CH269598A - Rotorschaufel an mit heissem Arbeitsmittel arbeitender Strömungsmaschine. - Google Patents

Description

      Rotorschaufel    an mit heissem Arbeitsmittel arbeitender Strömungsmaschine.    Die Erfindung bezieht sich auf eine     Rotor-          sehaufel    an mit heissem Arbeitsmittel arbei  tender Strömungsmaschine.  



  Bei der     Rotorschaufel    gemäss der Erfin  dung sind Mittel vorgesehen, um einem dem  heissen Arbeitsmittel ausgesetzten Schaufelteil  Wärme zu entnehmen und auf einen andern  Schaufelteil zu übertragen, von welchem aus  die Wärme abgeleitet wird.  



  Die erfindungsgemässe     Rotorschaufel    an       finit    heissem Arbeitsmittel arbeitender Strö  mungsmaschine ist dadurch gekennzeichnet,  dass sie einen vom heissen Arbeitsmittel     beauf-          schlagten    Schaufelteil, einen in eine kühlere  Zone ragenden Schaufelteil und einen ein  Kühlmittel enthaltenden, sich in beide Schau  felteile erstreckenden Innenhohlraum auf  weist., das Ganze zum Zweck,

   dass im Betrieb       dieses    Kühlmittel nach aussen in den erst  genannten Schaufelteil geschleudert wird und  infolge der relativen Lage der     beulen    Schau  felteile sowie ihrer unterschiedlichen Tempera  turen eine Zirkulation des Kühlmittels zwecks  Wärmetransportes vom heisseren Schaufelteil  zum kälteren Schaufelteil     erfolgt.     



  Das Kühlmittel kann eine Flüssigkeit sein  oder es kann im Betrieb flüssig werden, um  eine     Zirkulationsströmung    auszuführen. Vor  zugsweise soll das Kühlmittel im Betrieb in  dem vom heissen Arbeitsmittel     beaufschlagten     Schaufelteil sieden und im kälteren Schaufel  teil kondensieren, so dass es     fortlaufend    von    einem in den andern Aggregatzustand wech  selt.  



  Im Betrieb wird das flüssige Kühlmittel  zufolge     Zentrifugalwirkung    nach aussen ge  schleudert. Demgemäss liegt bei der erfin  dungsgemässen Schaufel der Teil des Hohl  raumes, der im vom heissen Arbeitsmittel     be-          aufschlagten    Schaufelteil liegt, radial aussen,  während der Teil des Hohlraumes, der im  kälteren Schaufelteil liegt, radial innen liegt.  



  Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel be  trifft eine     Rotorschaufel    an einer sowohl eine  Turbine als auch einen Kompressor bildenden       Axialströmungsmasehine    mit zwei koaxial       übereinanderliegenden        Durchströmkanälen,     wobei diese Schaufel einen radial innen ge  legenen     Kompressorteil    und einen radial  aussen gelegenen Turbinenteil aufweist.  



  Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs  gegenstandes, ausgebildet als kombinierte  Schaufel mit koaxial     übereinanderliegendem     Kompressor- und     Turbinenschaufelteil,    ist auf  der beiliegenden Zeichnung dargestellt.  



       Fig.1    ist ein Aufriss einer einzelnem  Schaufel.  



       Fig.    2 ist eine Draufsicht auf die Schaufel.       Fig.    3 ist ein Längsschnitt, und       Fig.    4 und 5 sind Querschnitte nach den  Linien     4-4    und 5-5 der     Fig.    3.  



  Die in     Fig.1    gezeigte     Rotorschaufal    weist  einen Fussteil 10, einen Teil 12, einen Flansch  14 und einen weiteren Teil 13 auf, welche  alle aus einem Stück hergestellt sind. Der           Fussteil    10 weist eine Verlängerung 11 mit  gezahnten oder gerippten Seitenflächen auf,  die in einer entsprechend ausgebildeten Nut  eines Schaufelträgers befestigt werden.  



  Der Teil 12 ist als     Kompressorschaufel        und     der Teil 13 als     Turbinenschaufel    ausgebildet.  In     Fig.1    ist die Schaufel in der     Axialrich-          tung    der Maschine gezeigt und in     Fig.    2 ist  die     Drehrichtung    durch den Pfeil R angedeu  tet. Pfeile A bzw.

   T geben die     Strömungs-          richtungen    von Luft und Gas durch den Kom  pressor bzw. die     Turbine    an, wobei die Schau  fel für     eine    Maschine bestimmt ist, in wel  cher die     Strömungsriehtungen    durch den       Kompressor    und durch die Turbine     entgegen-          gesetzt    sind.

   Bei einer Maschine, bei welcher  die Strömungsrichtungen im Kompressor     und     in der Turbine dieselben sind, wäre die  Schaufel     im    allgemeinen auch gleich der dar  gestellten, wobei jedoch die     Schaufelwinkel     der zwei Schaufelteile 12, 13 abgeändert  wären.  



  Der     Turbinenschaufelteil    13 ist in bezug  auf die Drehachse ausserhalb des Kompressor  schaufelteils 12 angeordnet. Diese Anordnung  ist wichtig für das wirksame Kühlen.  



  Die Schaufel ist, wie in     Fig.    3 bis 5 ge  zeigt, hohl, indem sich ein Hohlraum 15 vom  Fuss 10 bis     zur    Schaufelspitze erstreckt, wo  er durch einen Zapfen 16 abgeschlossen ist.  Dieser Hohlraum 15 ist teilweise mit einem  Kühlmittel 17 gefüllt, das nach der Schaufel  herstellung vor dem Einsetzen des Zapfens 16  in den Hohlraum 15. eingebracht wird.  



  Das für die Füllung 17 benutzte Material  kann metallisches     Natrium    oder ein schmelz  bares Salz, z. B.     Aluminiumbromid,        Al@uni-          niumchlorid,        Aluminiumjodid,    deren Siede  punkte bei 263 - bzw. 183 bzw.     360     liegen,  sein, wie es als Kühlmittel für die- Auspuff  ventile von Kolbenverbrennungsmotoren be  nutzt wird. Es soll so viel     Kühhnittel    17 im  festen Aggregatzustand eingefüllt werden,  dass er weniger als die Hälfte des Gesamt  volumens des Innenraumes 15 der Schaufel  einnimmt.  



  Beim Betrieb der Maschine wird der  äussere bzw.     Turbinenschaufelteil    13 durch    die heissen Gase auf hohe Temperatur erhitzt.  Die Wärme     wird    einwärts längs der Schau  fel auf den innern oder     Kompressorschaufel-          teil    12 geleitet, dessen Temperatur auf solche  Höhe     steigt,    dass das Natrium oder Salz  schmilzt und durch die     Zentrifugalkraft    an  das Aussenende des Hohlraumes 15 geschleu  dert wird, wo es Wärme von den Wänden des       Turbinenschaufelteils    13 aufnimmt.

   Die Tem  peratur des flüssigen Natriums oder Salzes  steigt bis     zu    der dem herrschenden Druck ent  sprechenden     Verdampfungstemperatur.    Der  entstehende Dampf     wird    an das Innenende  des Hohlraumes 15     gedrängt    und hier kon  densiert. Die durch die Verdampfung des  flüssigen Natriums oder Salzes von den Wän  den des     Turbinenschaufelteils    13 aufgenom  mene Wärme wird durch den genannten  Dampf auf die Wände des     Kompressorschau-          felteils    12 übertragen.

   Infolge seiner latenten       Verdampfungswärune    kann das flüssige Na  trium oder Salz eine grosse Wärmemenge: bei  einem verhältnismässig geringen Temperatur  anstieg aufnehmen. Der Wärmetransport, be  dingt durch     Konvektionsströme    in der     Flüs-          sigkeits-    und Dampfphase     des    Kühlmittels,  wird durch die     Zentrifugalwirkung    noch ge  fördert. Letzteres kühlt somit den heissen     Tur-          binenschaufelteil    13 sehr wirksam und hilft.

    mit, durch Übertragen der     'Wärme    auf den  kühleren     Kompressorschaufelteil    12, das Tem  peraturgefälle im Schaufelmaterial selbst her  abzusetzen, um innere Spannungen     und    ein  Deformieren der Schaufel zu verringern.  



  Die     Wärme    wird von den Wänden des       Kompressorschaufelteils    12 an das vom Kom  pressor geförderte Arbeitsmittel abgegeben  und geht daher nicht ganz verloren, wenn es  sich um eine     Gasturbinenanlage    handelt.  



  Beim Auswuchten eines Rotors mit solchen  Schaufeln ist nicht nur das Auswuchten des  Rotors mit den Schaufeln ohne     Kühlmittel-          fiillung    nötig, sondern es muss nach dem Ein  führen des genau gleichen Gewichtes an Kühl  mittel in jede Schaufel erneut gewuchtet wer  den. Es ist auch wichtig, dass die     Schaufel-          hohlrä'LZme    15 in Anordnung und im Ausmass  genau miteinander übereinstimmen, damit die      Schwerpunkte der an die Aussenenden der       lIohlräume    1.5 geworfenen Füllungen 17 im       gleichen    Abstand von der Drehachse liegen.  



  Die Zapfen 16 dürfen     sich    natürlich un  ter dem Einfluss der Zentrifugalkraft der  flüssigen Füllung 17 nicht lockern.  



  Beim gezeigten Beispiel bildet der     Innen-          bzw.        Kompressorschaufelteil    12 eine radial  einwärts gerichtete Verlängerung des Aussen  bzw.     Turbinenschaufelteils    1.3, die in eine küh  lere,     diireh    den     Kompressorkanal    der Maschine  gebildete Zone ragt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Rotorschaufel an mit heissem Arbeitsmittel arbeitender Strömungsmaschine, dadurch ge kennzeichnet, dass sie einen vom heissen Ar heitsmittelstrom beaufschlagten Schaufelteil, einen in eine kühlere Zone ragenden Schau felteil und einen ein Kühlmittel enthal tenden, sieh in beide Schaufelteile erstrecken den Innenhohlraum aufweist, das ranze zum Zweck, dass im Betrieb dieses Kühlmittel nach aussen in den erstgenannten. Schaufelteil ge- chleudert wird und infolge der relativen Lage der beiden Schaufelteile sowie ihrer unter schiedlichen Temperaturen eine Zirkulation des Kühlmittels zwecks Wärmetransportes vom heisseren Schaufelteil zum kälteren Schaufelteil erfolgt.

   UNTERAN SPRL'CIIE I. Rotorgchaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Schaufel sich von einem Schaufelträger radial nach aus wärts erstreckt und der in eine kühlere Zone ragende Schaufelteil in einem von einem Kühlmedium durchströmten Raum liegt. 2. Rotorsehaufel nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem Kühlraum liegende Schaufelteil selbst das Profil einer Schaufel besitzt, um das Kühl medium im Raum zu fördern.

   3. Rotorsehaufel nach Unteranspruch 1 an einer sowohl eine Turbine als auch einen Kom pressor bildenden Axialströmungsmaschine mit zwei koaxial übereinanderliegenden Durch- strömkanälen, dadurch gekennzeichnet, dass der radial aussen liegende Schaufelteil als Turbinenschaufel, der radial innen liegende Schaufelteil als Kompressorsehaufel ausgebil det ist. 4. Rotorsehaufel nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel einen mit ihr aus einem Stück bestehenden, zwischen den beiden Teilen liegenden Flansch aufweist und der Innenhohlraum den erwähn ten Flansch durchsetzt.

   5. Rotorsehaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, da.ss das Kühlmittel Na triummetall ist. 6. Rotorsehaufel nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel ein schmelzbares Salz ist.