DE2241191B2 - Innengekühlte Gasturbinenschaufel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine innengekühlte Gasturbinenschaufel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der GB-PS 8 07 181 ist bereits eine solche innengekühlte Gasturbinenschaufel mit hohlem Schaufelkörper und einem in dessen Hohlraum eingesetzten Einsatz bekannt, wobei der Zwischenraum zwischen dem Einsatz und dem Schaufelkörper durch diesen Zwischenraum durchsehende Stege in Kühlkanäle unterteilt ist, die an einem Schaufelende beginnen und schraubenlinienartig um den Einsatz herumführen. Bei der bekannten Schaufel hat der Schaufelkörper nur eine dünne Wand mit glatten Innenwandflächen, und der Einsatz ist mit Rippen versehen, welche die, die Kühlkanäle begrenzenden Stege bilden. Der Einsatz ist seinerseits als an seinen beiden Enden verschlossener Hohlkörper ausgebildet und seine Rippen sind jeweils entlang ihrer gesamten Länge mit dem Schaufelkörper Kort verlöte** uni der Schaufel die erforderliche mechanische Steifigkeit und Festigkeit zu geben.

Die bekannte Schaufel erfordert eine ziemlich aufwendige Herstellung, denn der zum einen als Hohlkörper gestaltete und zum anderen an seiner Außenfläche mit Rippen versehene Einsatz stellt eiqen ziemlich komplizierten Bauteil dar, und außerdem bedeutet die Verbindung der Rippen des Einsatzes mit dem Schaufelkörper einen sehr großen Aufwand, der aber notwendig ist, um eine Verformung des dünnwandigen Schaufelkörpers im Betrieb unter dem ziemlichen hohen Kühlluftdruck sicher zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innengekühlte Gasturbinenschaufel der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sie sich einerseits

is durch hohe Stabilität und gute Kühlung auszeichnet, andererseits aber mit relativ geringem Fertigungsaufwand herzustellen ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene

Anordnung gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Schaufel ist also der Einsatz einwandig, d. h. als einfaches Blechteil ausgebildet, was geringstmöglichen Fertigungsaufwand bedeutet, und der Schaufelkörper, der ohnehin aufgrund seiner komplizierten, meist noch verwundenen Tragflügelprofilform als Gußteil hergestellt wird, iot mit den die Kühlkanal:: begrenzenden Stegen versehen, die als einstückig mit der Schaufelkörperinnenwandung ausgebildete Rippen hergestellt sind. Diese Rippen dienen bei

3D der erfindungsgemäßen Schaufel nicht nur der Begrenzung der Kühlkanäle, sondern sie bewirken auch eine so ausreichende Versteifung des Schaufelkörpers, daß dieser zur Herstellung seiner im Betrieb erforderlichen mechanischen Festigkeit und Integrität nicht mit dem Einsatz verbunden zu sein braucht Daher ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Schaufel den Einsatz nur an einem Schaufelende mit dem Schaufelkörper zu verbinden, während er im übrigen über die gesamte Länge der Schaufel nicht fest mit dem Schaufelkörper verbunden ist und sich daher bei unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen Einsatz und Schaufelkörper frei innerhalb der Schaufel bewegen kann.

Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt längs der Linie B-B in F i g. 2 durch eine Gasturbinenlaufschaufel

so nach der Erfindung,

F i g. 2 in größerem Maßstab einen Querschnitt durch die Schaufel in der Ebene A-A in F i g. 1, und

F i g. 3 eine schematische perspektivische Darstellung des äußeren Schaufelendes, vom Schaufelfuß her auf eine Schaufelabdeckung gesehen.

Die in F i g. 1 dargestellte Gasturbinenlaufschaufel weist eine Schaufelvorderkante 10 und eine Schaufelhinterkante 11, eine Schaufelabdeckung 12 und einen Schaufelfuß 13 auf. Die Schaufel ist hohl und der Schaufelhohlraum ist durch einen einwandigen Blecheinsatz 14 in zwei Teilräume unterteilt Der Einsatz 14 erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Schaufellänge und ist am Schaufelfuß mit dem Schaufelkörper hart verlötet, im übrigen jedoch nicht fest mit dem Schaufelkörper verbunden, damit Wärmedehnungen möglich sind. Die Lage des Einsatzes 14 innerhalb der Schaufel ist deutlich aus F i g. 2 zu ersehen. Der Einsatz ist innerhalb des Schaufelhchlrauins

zwischen einer großen Anzahl von Flächenvorsprüngen 15 und einer Anzahl von schraubenförmig verlaufenden Rippen 16 der Schaufelwände 17 und 18 gehalten. Die Flächenvorsprünge 15 sind in Fig. 1 durch kleine Kreuze versinnbildlicht Die Vorspninge und Rippen sind zweckmäßigerweise einstückig mit den Schaufelwänden 17 und 18 gegossen. Der Einsatz 14 endet jeweils kurz hinterhalb der Schaufelvorderkante bzw. vorderhalb der Schaufelhinterkante und läßt auf diese Weise Hohlräume frei, durch welche Kühlluft innerhalb der Schaufel von der einen Seite zur anderen Seite des Einsatzes strömen kann.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß am Schaufelfuß 13 zugeführte Kühlluft in eine Anzahl von Kühlkanälen eintreten kann, die an einer Seite des Einsatzes schräg nach oben verlaufen, um die Vorderkante des Einsatzes herum umbiegen und dann wiederum schräg nach oben verlaufen, um sodann an der Hinterkante des Einsatzes ebenfalls um diese herum umzubiegen und dann schließlich wieder weiter schräg nach oben zu verlaufen. Diese Kühlkanäle sind durch die Rippen 16 begrenzt Der Verlauf eines dieser Kühlkanäle ist in F i g. 1 durch einen Pfeil angedeutet Ein Teil der durch die Kühlkanäle radial nach außen durch die Schaufel strömenden Kühlluft wird an der Schaufelvorderkante durch Bohrungen 20 abgelassen und bildet einen Kühlfilm auf der Schaufelvorderkante. Ebenso wird ein Teil der Kühlluft durch Austrittsschiitze 21 an der Schaufelhinterkante abgelassen. Da auf diese Weise das die Schaufel durchströmende Kühlvolumen geringer wird, sind die Kühlkanäle so bemessen, daß ihr lichter Querschnitt in Richtung zum radial äußeren Schaufelende allmählich kleiner wird. Dazu kann entweder der gegenseitige Abstand der Rippen 16 fortschreitend kleiner werden, oder die Dicke der Kühlkanäle zwischen dem Einsatz und den Schaufelwänden kann sich verringern. Dadurch erhält man eine im wesentlichen gleichbleibende Kühlluftströmung. Die Geschwindigkeit der Kühlluftströmung durch die Kühlkanäle

ίο kann außerdem durch Wahl steilerer oder flacherer

Winkel, unter welchen die Rippen 16 längs der Innenflächen der Schaufelwände verlaufen, beeinflußt

werden.

Vorzugsweise sind in der zwischen der Schaufelau-

ßeciläche und der Schaufelabdeckung 12 gebildeten Ecke Austrittsöffnungen 22 für die Kühlluft vorgesehen. Die durch diese Öffnungen austretende Kühlluft dient zur Kühlung der Schaufelabdeckung, die zu diesem Zweck an ihrer radial inneren Oberfläche mit

Längskanälen 24 versehen ist

Gewünschtenfalls können einige der Kühlkanäle so ausgebildet sein, daß sie jeweils nur zur Schaufelvorderkante oder nur zur Schaufelhinterkante führen, was durch entsprechende Wahl der Neigung aer Rippen 16 erreicht weiden kann. Eine solche Anordnung gestattet es, für die Schaufelvorderkante und die Schaufelhinterkante verschiedene Kühlluftsysteme einzusetzen, was es wiederum möglich macht, die jeweiligen Kühlluftdrücke den unterschiedlichen Umgebungsgasdrücken in diesen

Bereichen optimal anzupassen. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Innengekühlte Gasturbinenschaufel mit hohlem Schaufelkörper und einem in dessen Hohlraum eingesetzten Einsatz sowie mit durch zwischen dem Schaufelkörper und dem Einsatz verlaufende Stege begrenzten Kühlkanälen, die an einem Schaufelende beginnen und schraubenlinienartig um den Einsatz herumführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (14) einwandig ist und die Stege als Rippen (16) der Innenwandungen des Schaufelkörpers (17,18) gebildet sind, und daß der Einsatz nur an einem Schaufelende, im übrigen jedoch nicht fest mit dem Schaufelkörper verbunden ist

2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Kühlkanäle an den Innenwandungen des Schaufelkörpers (17, 18) eine Vielzahl von Flächenvorsprüngen (15) gebildet ist, die den Einsatz (14) zusätzlich zu den Rippen (16) im Schaufelhohlraum abstützen.

3. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schaufelvorderkante aus den Kühlkanälen ausmündende Austrittsöffnungen (20) im Schaufelkörper gebildet sind.

4. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Schaufelhinterkante aus den Kühlkanälen ausmündende Austrittsöffnungen (21) im Schaufelkörper gebildet sind.

5. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Kühlkanäle so groß ist, daß mindestens einige der Kühlkanäle durch den Schaufelvorderkantenbereich oder ausschließlich durch den Schaufelhinterkantenbereich führen.

6. Gasturbinenschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle an einer mit dem äußeren Schaufelende verbundenen Schaufelabdeckung (23) aus dem Schaufelkörper ausmünden.

7. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausmündungen (22) der Kühlkanäle zu an der radial inneren Schaufelabdekkungsfläche gebildeten Kanälen (24) hin gerichtet sind.