DE2262597A1 - DEVICE FOR COOLING FULL PROFILE BLADE OF MOTOR VEHICLE GAS TURBINES - Google Patents
DEVICE FOR COOLING FULL PROFILE BLADE OF MOTOR VEHICLE GAS TURBINESInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
sk/krsk / kr
Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
AktiengesellschaftMaschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Corporation
Nürnberg, 14. Dez. 1972Nuremberg, Dec. 14, 1972
Vorrichtung zum Kühlen von Vollprofil-Laufschaufeln von KraftfahrzeuggasturbinenDevice for cooling full-profile rotor blades of motor vehicle gas turbines
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen der verwundenen Vollprofil-Laufschaufeln von Kraftfahrzeuggasturbinen, wobei am oder im Träger für die dem Laufradteil vorgeschaltete Leitvorrichtung kühlluftbeaufschlagte Düsen so angeordnet sind, daß durch die Kühlluft der an daa aktive Schaufelprofil sich anschließende Teil des Turbinenlaufrades bestrichen wird.The invention relates to a device for cooling the twisted full-profile rotor blades of motor vehicle gas turbines, with nozzles acted upon by cooling air on or in the carrier for the guide device upstream of the impeller part are arranged so that the part of the turbine runner connected to the active blade profile by the cooling air is coated.
Die bei Gasturbinen aus Gründen der Leistungssteigerung und der Steigerung des thermischen Wirkungsgrades erwünschte Erhöhung der Gastemperatur am Turbineneintritt ist durch die vorhandenen Werkstoffe für die Turbinenräder und Turbinenschaufeln begrenzt. Die Temperatürgrenze dieser Werkstoffe liegt zur Zeit bei ca. 950° C für Turbinen mit annehmbarer Lebensdauer. Um die Gastemperatur am Turbineneintritt zu erhöhen, hat man bei einer bekannten Kraftfahr- · zeuggasturbine die Schaufelfüße bzw. den sich an das aktive Schaufelprofil anschließenden Teil des Turbinenlaufrades mit Kühlluft beaufschlagt, wobei durch Wärmeleitung ständig Wärme vom Schaufelkörper zum Schaufelfuß und von' da an die Kühlluft abgeführt wurde. Bei dieser bekannten Konstruktion erreicht man zwar eine wesentliche Verringerung der Temperatur am Schaufelfuß, jedoch ist die Temperatur am Schaufel-The one that is desired in gas turbines for reasons of increasing performance and increasing thermal efficiency Increase in the gas temperature at the turbine inlet is due the existing materials for the turbine wheels and turbine blades limited. The temperature limit of these materials is currently around 950 ° C for turbines with an acceptable service life. About the gas temperature at the turbine inlet In a known motor vehicle gas turbine, the blade roots or the blade roots are to be increased Blade profile adjoining part of the turbine impeller acted upon with cooling air, whereby constantly by heat conduction Heat from the blade body to the blade root and from there on Cooling air was removed. With this known construction, a substantial reduction in temperature is achieved at the blade root, but the temperature at the blade
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kopf naoh wie vor relativ hoch, so daß auch die mittlere Schaufelteoiperatur Jj= 1/2 χ (Schaufelkopftemperatur + Schaufelfußtemperatur)] noch relativ groß ist.head close as before relatively high, so that the mean blade temperature Jj = 1/2 χ (blade head temperature + blade root temperature)] is still relatively large.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine SchaufcMihlvorrichtung zu schaffen, mit der bei einer vorgegebenen Gaatemptratur am Turbineneintritt eine möglichst geringe mittlere Schaufeltemperatur erreichbar ist.The invention is based on the object of a blade milling device to create with the at a given Gaatemptratur The lowest possible mean blade temperature can be achieved at the turbine inlet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auch die Leitvorrichtung in ihrem die Laufschaufelenden überdeckenden Teil mit einer kühlluftbeaufschlagten Düsenvorrichtung versehen ist, wobei die Düsen so angeordnet sind, daß die Kühlluft in radialer Richtung ausströmt. Da eich um die Schaufelenden ein Kaltluftring bildet, besteht bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung neben dem Wärmegefälle von der Schaufelmitte zum Schaufelfuß noch ein Wärmegefälle von der Schaufelmitte zum Schaufelkopf, so daß die mittlere laufschaufeltemperatur - gleiche Turbineneintrittstemperatur vorausgesetzt - geringer ist als die bei den bekannten Turbinenlaufrädern mit ausschließlich Schaufelfußkühlung, was zur Folge hat, daß die Lebensdauer der Laufschaufeln erhöht ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung besteht darin, daß die Kühlluft den Verlust an Arbeitsgas durch den zwischen den Laufschaufelenden und dem letztere überdeckenden Teil der Leitvorrichtung befindlichen Spalt verringert.According to the invention, this object is achieved in that the guide device also covers the ends of the rotor blades Part with a nozzle device charged with cooling air is provided, wherein the nozzles are arranged so that the cooling air flows out in the radial direction. There calibrate forms a cold air ring around the blade ends of the cooling device according to the invention, in addition to the heat gradient from the blade center to the blade root, a heat gradient from the blade center to the blade head so that the mean blade temperature - same turbine inlet temperature provided - is less than that of the known turbine runners with only blade root cooling, with the result that the life of the rotor blades is increased. Another advantage of the invention Cooling device consists in the fact that the cooling air prevents the loss of working gas through the between the Blade ends and the latter overlapping part of the Guide device located gap is reduced.
Um airenenartige Geräusche im Laufradteil infolge der vorhandenen Düsen in dem die Schaufelenden überdeckenden Teil der Leitvorrichtung zu vermeiden, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Düsen ein oder mehrere ringförmige Schlitze.To airen-like noises in the impeller part as a result of the existing Avoiding nozzles in the part of the guide device that covers the blade ends are to be avoided according to another Feature of the invention the nozzles one or more annular slots.
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In der Zeichnung ist ein" Ausführungabeispiel der Erfindung scheniatisch dargestellt. Es zeigt:In the drawing is an "embodiment of the invention Scheniatisch represented. It shows:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Laufrad einer Fahrzeuggasturbine und einen Teil der Leitvorrichimg, wobei das Laufrad und die Leitvorrichtung nur zur -Hälfte dargestellt sind und1 shows a longitudinal section through an impeller of a vehicle gas turbine and part of the Leitvorrichimg, wherein the impeller and the guide device are only shown in half and
Fig. 2 einen Teil der Abwicklung des Lauf- und Leitrades.Fig. 2 shows a part of the development of the impeller and stator.
Mit 1 ist ein Laufrad einer Kraftfahrzeuggasturbine in axia ler Bauart bezeichnet, das eine Nabe 2, einen Radkörper 3 und die Laufschaufeln 4 aufweist. Die Laufschaufeln 4 aind in der bekannten Weise verwunden, dünnwandig und haben ein Vollprofil., Dem Laufrad 1 ist eine Leitvorrichtung 5 mit Leitscliaufeln 6 vorgeschaltet. Der äußere Leitschaufelring 7 setzt sich unter entsprechender Verstärkung in Richtung auf das Laufrad 1 fort und überdeckt das Laufrad. Zwischen den Enden des Laufrades und der Innenwand des äußeren Leitschaufelringfortsatzes 8 befindet sich ein Axialspalt von beispielsweise 0,4 mm Höhe. In dem konzentrisch zu dem Laufrad 1 liegenden Leitschaufelringfortsatz 8 sind in dessen das Laufrad überdeckenden Teil ringförmige, senkrecht zur Laufradachse gerichtete Schlitze 9 angeordnet. Die Schlitze 9 stehen über eine Leitung 10 mit einer nicht weiter dargestellten Kühldruckluftquelle in Verbindung. Als Kühlluft kann ein Teil der vom Verdichter der Gasturbine komprimierten Luft dienen. Zweckmäßiger ist es jedoch, wenn man als Kühlluft die im Vergleich zu der Verdichterluft wesentlich kühlere, vom Druckluftspeicherbehälter unmittelbar zu den Schlitzen 9 geförderte Druckluft verwendet.With 1 is an impeller of a motor vehicle gas turbine in axia ler Designated type, which has a hub 2, a wheel body 3 and the rotor blades 4. The blades 4 aind twisted in the known manner, thin-walled and have a full profile., The impeller 1 is a guide device 5 with Leitscliaufeln 6 upstream. The outer vane ring 7 continues with appropriate reinforcement in the direction of the impeller 1 and covers the impeller. Between the ends of the impeller and the inner wall of the outer vane ring extension 8 there is an axial gap of, for example, 0.4 mm in height. In which concentric to the impeller 1 lying guide vane ring extension 8 are in the part covering the impeller annular, perpendicular to the Impeller axis directed slots 9 arranged. The slots 9 are over a line 10 with a not shown Cooling compressed air source in connection. A portion of the air compressed by the compressor of the gas turbine can serve as cooling air. However, it is more useful if you are considered to be Cooling air, which is significantly cooler compared to the compressor air, directly from the compressed air storage tank Compressed air conveyed to the slots 9 is used.
In dem sich an den inneren Leitschaufelring 11 anschlieSenden Teil 12 ist - wie bekannt - eine weitere Kühlvorrichtung angeordnet, die der Schaufelfußkühlung dient. Sie Kühlvorrichtung weist mehrere Düsen 13 auf, die über eine Lei··In the part 12 adjoining the inner guide vane ring 11 there is - as is known - a further cooling device arranged, which serves to cool the blade root. You cooler has several nozzles 13, which over a line
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tung 14 mit einer Druckluftquelle verbunden sind, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.device 14 are connected to a compressed air source, but what is not shown further.
Die Kühlluft für die Lauf schaufelenden strömt unter Druci; aua den Schlitzen 9 radial nach innen auf die Lau .'schauf elenden zu. Die Krümmung der Laufschaufeln bewirkt einerseits eine Forcierung der Kühlluft entgegen der Strömung des Arbeitsgases, andererseits letzteres eine Förderung der Luft in Richtung des Arbeitsgaeee. Ba die Kühlluft spezifisch schwerer als das Arbeitsgaa ist, verbleibt duiti die Zentrifugalkraft ein Kaltluftring um die Schaufelender» Durch diese Kaltluftzone wird ein Temperaturgefölle zu den Schaufelenden geschaffen. Da infolge der (bekannten) Schau fei fuß kühlung auch ein 'i'emp era turge fälle zum Schaufelfuß besteht, wird Wärme sowohl radial nach innen als auch radial nach außen abgeführt.The cooling air for the blade ends flows under pressure; aua the slots 9 radially inwards towards the Lau .'schauf miserable. The curvature of the blades causes on the one hand Forcing the cooling air against the flow of the working gas, on the other hand, promoting the latter the air towards the Arbeitsgaeee. Ba the cooling air specifically heavier than the Arbeitsgaa remains, duiti the centrifugal force a cold air ring around the shovel end »through this cold air zone becomes a temperature gradient to the Shovel ends created. As a result of the (well-known) show fei foot cooling, there is also an 'i'emp era turge fall to the blade foot exists, heat is dissipated both radially inwards and radially outwards.
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AktiengesellschaftMaschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
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Legal Events
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