DE2320581C2 - Gasturbine mit luftgekühlten Turbinenlaufschaufeln - Google Patents
Gasturbine mit luftgekühlten TurbinenlaufschaufelnInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit luftgekühlten Turbinenlaufschaufeln gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
Eine solche Gasturbine ist bekannt (US-PS 36 28 885).
Dabei sind die luftdurchströmten Hohlräume sowie deren Austrittsöffnungen vorgesehen, um für hinreichende
Kühlung der Turbinenschaufeln zu sorgen, die bei Hochleistungsturbinen erheblichen thermischen und
mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Bei der bekannten Turbine sorgt die aus dem dritten Hohlraum
durch dessen Austrittsöffnungen austretende Kühlluft zusammen mit dem an der Turbinenschaufel vorbeiströmenden
Arbeitsmittel fur die Entstehung eines Luftfilms auf beiden Seiten der Oberfläche des Schaufelabschnitts,
wobei dieser Luftfilm einerseits Wärme von der Oberfläche aufnimmt und dadurch zur Kühlung des
Schaufelabschnitts beiträgt und andererseits eine gewisse Wärmesperre zwischen dem Schaufelabschnitt und
dem Arbeitsmittel darstellt. Bei der bekannten Turbine ist der zwischen dem ersten Hohlraum und dem dritten
Hohlraum angeordnete zweite Hohlraum als Serpentinenkammer
bzw. Serpentinenkanal ausgebildet, der aus mehreren aufeinanderfolgenden Kammerabschnitten
besteht, die jeweils am äußeren bzw. inneren Schaufelende
ineinander übergehen. Der zweite Lufteinlaß mündet in den zweiten Hohlraum, und zwar in dessen dem
ersten Hohlraum nächsten Kammerabschnitt Die durch die Serpentinerilcammer geströmte Kühlluft tritt aus
dieser durch Öffnungen am Schaufelkopf aus, damit der Arbeitsmittelleckage an den radial äußeren Enden der
Turbinenschaufeln vorbei vorgebeugt ist. Der erste
Hohlraum und der zweite Hohlraum sind bei der bekannten Turbine durch eine Wand getrennt in der zahlreiche
Öffnungen ausgebildet sind, so daß aus dem dem ersten Hohlraum nächsten Kammerabschnitt des zweiten
Hohlraums Kühlluft in den ersten Hohlraum eintreten kann. Diese Kühlluft durchströmt den ersten Hohlraum
im wesentlichen in Axialrichtung der Turbine, wobei sie die innere Oberfläche des ersten Hohlraumes
kühlt, und strömt schließlich durch die Austrittsöffnungen des ersten Hohlraumes an der Hinterkante aus.
Bei modernen Turbomaschinen kann nun der Gesamtwirkungsgrad dadurch beeinträchtigt werden, daß
die Turbinenschaufeln zu ihrer Kühlung eine verhältnismäßig große Kühlluftmenge benötigen, da die Arbeit,
die erforderlich ist, um die Kühlluft zur Verfügung zu stellen, die von der Turbomaschine gelieferte Leistung
entsprechend vermindert. Demzufolge ist eine solche Ausbildung der Turbinenschaufeln wünschenswert, bei
der minimale Mengen an Kühlluft erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Turbine derart auszubilden, daß das Kühlungspotential
der zugeführten Kühlluft möglichst weitgehend ausgenutzt wird, damit der Gesamtwirkungsgrad
der Turbomaschine, zu der die Turbine gehört, durch die Notwendigkeit, die Turbinenschaufeln zu kühlen,
möglichst wenig beeinträchtigt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch
1 gelöst.
Bei der erfindungr.gemäßen Turbine tritt die gesamte für den ersten und den zweiten Hohlraum vorgesehene
Kühlluftmenge in den unmittelbar an der Hinterkante angeordneten ersten Hohlraum an dessen radial innerem
Ende ein und durchströmt zunächst diesen Hohlraum in Richtung radial nach außen. Dadurch wird der
durch hohe Temperaturen und mechanische Belastungen sehr stark beanspruchte Bereich am radial inneren
Ende der Hinterkante mit Kühlluft in großer Menge und mit noch verhältnismäßig niedriger Temperatur versorgt.
Erst aus dem ersten Hohlraum gelangt die Kühlluft in den zweiten Hohlraum, für den das verbliebene
Kühlpotential der Kühlluft jedoch noch ausreicht, zumal im zweiten Hohlraum der Einsatz vorgesehen ist, der für
intensive Nutzung der Kühlluft zur Kühlung der inneren Oberfläche des zweiten Hohlraums sorgt.
Aus der US-PS 29 20 865 ist allerdings bekannt, für drei Turbinenschaufel-Hohlräume einen ersten Lufteinlaß
in den dritten und einen zweiten Lufteinlaß in den ersten Hohlraum münden zu lassen und den zweiten
Hohlraum unter anderem aus dem ersten Hohlraum mit Kühlluft zu speisen, indem als Strömungsverbindung
zwischen dem ersten und zweiten Hohlraum ein Kanal nahe dem äußeren Schaufelende gebildet ist, wobei dort
ein Verschlußteil die drei Turbinenschaufel-Hohlräume nach außen verschließt Diese Anordnung der drei Turbinenschaufel-Hohlräume
ist der Ausbildung der zweiten Kammer der gattungsgemäßen Gasturbine gemäß
der US-PS 36 28 885 als Serpentinenkammer bzw. Serpentinenkanal vergleichbar. Nicht vorgesehen bei der
Gasturbine gemäß der US-PS 29 20 865 ist ein durch mehrere Austrittsöffnungen in der Hinterkante nach außen
offener Hohlraum unmittelbar an der Hinterkante. Gerade um die Kühlluftführung im Falle des Vorhandenseins
eines solchen Hohlraums geht es aber bei der Erfindung. Ferner nicht vorgesehen bei dieser bekannten
Gasturbine sind vom zweiten Hohlraum zur seitlichen Oberfläche führende Austrittsöffnungen sowie ein
Einsatz in diesem Hohlraum.
Von einem mittleren Hohlraum ausgehende Austrittsöffnungen, die in der äußeren seitlichen Oberfläche
münden, sind allerdings an sich bekannt (Flight international,
13. Juli 1967, Seite 77).
Das noch in der aus dem zweiten Hohlraum, austretenden
Kühlluft enthaltene restliche Kühlpotentiai wird schließlich dadurch ausgenutzt, daß diese Kühlluft zur
Filmbildung auf der äußeren Oberfläche herangezogen wird. Die durch die erfindungsgemäße Ausbildung bewirkte
Kühlluftführung im ersten und zweiten Hohlraum führt dazu, daß mit gleicher Kühlluftmerge eine
bessere Kühlwirkung als bei der gattungsgemäßen Turbine bzw. mit geringerer Kühlluftmenge die gleiche
Kühlwirkung wie bei der gattungsgemäßen Turbine erreicht wird. Die erfindungsgemäße Turbine ermöglicht
somit einen hohen Gesamtwirkungsgrad.
Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert
werden. Es zeigt
F i g. 1 eine Schnittansicht eines üblichen Strahltriebwerkes, wobei die wesentlichen Teile dieses Strahltriebwerkes
dargestellt sind,
F i g. 2 eine Teilschnittansicht des in F i g. 1 dargestellten Strahltriebwerkes, wobei dessen Turbine im Detail
gezeigt ist,
Fig.3 einen Schnitt genommen längs der Linie 3-3
der F i g. 2,
Fig.4 ei;;e Schnittansicht der ei'ündungsgemäßen
Turbinenschaufeln und
F i g. 5 eine schematische Darstellung des Strömi'ngsweges
der Kühlluft in der in F i g. 2 dargestellten Turbinenschaufel.
Das in F i g. 1 dargestellte Strahltriebwerk weist die für ein dera/tiges Triebwerk typischen Grundbauteile
auf. Ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse umgibt einen Kompressor 10, Brennkammern Il und eine Turbine
12, die alle um eine drehbare Welle 13 herum angeordnet sind. Wie bekannt, tritt atmosphärische Luft in
das Triebwerk von links ein und wird verdichtet und erhitzt und nach rechts ausgestoßen, um einen nutzbaren
Schub zu erzeugen. Insbesondere wird Luft, die von links eintritt, vom Kompressor 10 in Zusammenarbeit
mit der Form des vorderen Endes der Welle 13 verdichtet und wird zum Teil in die Brennkammern 11 geführt.
Wärmeenergie wird der Luft innerhalb der Brennkammern zugeführt und zwar durch die Verbrennung eines
entsprechenden Brennstoffs, der diesen Brennkammern ebenfalls zugeführt wird. Ein Arbeitsmittel, welches aus
einer Kombination von Ljft und verbranntem Brennstoff
besteht, tritt am rechten Ende der Brennkammern aus und trifft auf eine Anzahl von Turbinenschaufeln 14
auf, die von einer Anzahl von benachbarten Scheiben getragen werden und die Turbine 12 bilden. Die Beaufschlagung
der Turbinenschaufeln 14 durch das Arbeitsmittel bewirkt, daß die Turbine gedreht wird. Diese Drehung
wird auf die Welle 13 übertragen. Durch die Drehung der Welle 13 wird eine Antriebskraft zum Betrieb
des Kompressors 10 am vorderen Ende des Triebwerks übertragen.
Die Turbinenschaufeln 14 müssen außerordentlich fest und wärmebeständig sein, um den Kräften und der
Wärme zu widerstehen, die von dem auftreffenden Arbeitsmittel ausgehen. Das Kühlsystem, durch das die
Schaufeln 14 gegen eine Überhitzung geschützt werden, ist in den Fig.2 bis 5 dargestellt und arbeitet unter
Benutzung eines Teils der Luft, die vom Kompressor 10 verdichtet wird, die jedoch nicht den Brennkammern 11
zugeführt wird.
Fig.2 zeigt eine typische Turbinenschaufel 14 und
deren Zusammenwirkung mit der WpVi; 13, und es sind
ferner Teile des noch zu beschreibenacn Kühlmittelsystems
gezeigt. Die Schaufel 14 weist einen Schaufeiabschnitt 16 in Form eines Tragflächenprofils auf. Weiterhin
ist eine Platte 18 vorgesehen, von der der Schaufelfuß ausgeht der mit der Scheibe 19 zusammenwirkt, von
der die Schaufeln getragen werden. Der Schaufelabschnitt 16 weist eine äußere Oberfläche 17 auf und eine
Anzahl von inneren Hohlräumen, die noch näher beschrieben werden sollen. Am Schaufelkopf (das Schaufelende,
das der Platte 18 gegenüberliegt) ist ein Verschlußteil 20 vorgesehen, das die inneren Hohlräume
der Schaufel von der Umgebungsatmosphäre abtrennt. Dieses Verschlußteil kann integral mit dem Schaufeiabschnitt
16 ausgebildet sein oder als getrenntes Bauteil an diesem befestigt sein.
Der Schaufelabschnitt 16 weist ferner eine Vorderkante 26 und eine Hinterkante 28 auf.
Bei der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsfonn ermöglicht
eine Öffnung 22 in der Welle 13 den Durchgang von Kühlluft, die von einem Kühlluftexpander 24
korn·nt, der mit einer nicht dargestellten Kammer zusammenarbeitet,
um Kühlluft der Schaufel zuzuführen. Schnittansichten der Schaufeln 14 sind in den F i g. 3
und 4 dargestellt. Der Strömungsweg ist schernatisch in Fig. 5 dargestellt.
Die F i g. 3 und 4 zeigen, daß die dargestellte Ausführungsform der Turbinenschaufel einen ersten, zweiten
und dritten Hohlraum 30, 32 und 34 aufweist, die der Reihe nach nebeneinander zwischen der Hinterkante 28
und der Vorderkante 26 des Schaufelabschnitts 16 angeordnet sind. Die Hohlräume werden innerhalb des Mantels
durch innere Manteloberflächen 31, 33 und 35 begrenzt. Die drei Hohlräume haben eine Form und eine
Große, die dadurch bestimmt sind, daß sie eine optimale Kühlmittelwirkung und eine optimale mechanische
Schaufelfestigkeit ergeben. Der Hohlraum 30 ist neben der Hinterkante 28 der Schaufel angeordnet, während
der Hohlraum 32 im Abstand von der Hinterkante 28 angeordnet ist. Der Hohlraum 34 ist neben der Vorderkante
der Schaufel ausgebildet.
Einsätze 36 und 38 sind innerhalb der Hohlräume 32 und 34 angeordnet und weisen eine Anzahl von Öffnungen
37 und 39 auf, die dazu dienen, die Kühlluft in Strahlen aufzuteilen, die auf die inneren Oberflächen eines
jeden Hohlraums aulireffen. Die innere Oberfläche 31 des Hohlraumes 30 weist eine Anzahl von Vorsprüngen
31a auf. die so angeordnet sind, daß sie bei Erzeugung
eines minimalen Druckabfalls die Turbulenz der Strömung verstärken. Wie bekannt, haben die auftreffenden
Strahlen in den Hohlräumen 32 und 34 und die turbulente Strömung im Hohlraum 30 bessere Kühlwirkungen
als die Ströme, die innerhalb der Hohlräume auftreten wurden, wenn diese die beschriebenen Einrichtungen
nicht hätten.
Die Schaufel 14 weist zwei Lufteinlasse 40 und 42 zum Eintritt der Kühlluft aus der Öffnung 22 (F i g. 2) auf. Es
sei bemerkt, daß die beiden Einlasse 40 und 42 für die Hohlräume 30 und 34 vorgesehen sind. Einrichtungen
zur Leitung der Kühlluft in den Hohlraum 32 umfassen einen Kanal 44 zwischen den Hohlräumen 32 und 30, der
dicht neben dem Kopf der Schaufel 14 und vom Einlaß 40 entfernt angeordnet ist. Die beiden Hohlräume 30
und 32 und der Kanal 44 bilden eine serpentinenförmige Strömungsbahn für die Kühlluft, die in den Einlaß 40
eintritt.
Die vorgesehene Anordnung von Auslassen für die Kühlluft sorgt zusammen mit dem im vorstehenden beschriebenen
Schaufelaufbau dafür, daß die Ausnutzung des Kühlmittels optimal wird. Ein geringer Teil der
Kühlluft, die durch den Lufteinlaß 40 eingeführt wird, wird durch eine Anzahl von Austrittsöffnungen 46 abgegeben,
die an der Hinterkante 28 des Schaufelabschnitts 16 vorgesehen sind. Ein Teil der Luft, der in den Hohlraum
34 durch den Lufteinlaß 42 eintritt, wird durch drei Gruppen von Austrittsöffnungen 48, 50 und 52 abgegeben,
die so angeordnet und ausgebildet sind, daß das austretende Kühlmittel in Form eines Filmes oder einer
dünnen Schicht über verschiedene Abschnitte der äußeren Oberfläche des Schaufelabschnitts 16 strömt.
Es wurde gefunden, daß die Film- oder Schichtkühlung
nützlich ist, um die Kühlluft stärker auszunutzen, deren Kühlpotential nicht durch die Berührung mit den
inneren Oberflächen des Schaufelabschnitts erschöpft wurde. Wenn die Luft innerhalb des Hohlraums 34.
42 durch die Öffnungen 39 im
Einsatz 38 ausgeströmt und gegen die Oberfläche 35 geströmt ist. eine Temperatur hat. die geringer ist als
die, die im Arbeitsmittel in der Nähe der äußeren Oberflächen des Schaufelabschnitts 16 vorhanden ist. kann
die Führung dieser Luft aus dem Hohlraum 34 hinaus in Form eines Filmes über diese äußeren Oberflächen hinweg
dazu dienen, diese Oberflächen zu kühlen und so die Kühlmitteiströmung weiter auszunutzen.
Es ist eine Anzahl von im Abstand voneinander angeordneten Austrittsöffnungen 54 vorgesehen, durch die
hindurch die Kühlluft auf die äußere Oberfläche des Schaufelabschnitts 16 stromab der Öffnungen 54 geleitet
werden kann. Die Öffnungen 54 sind im wesentlichen entlang einer radialen Linie zwischen den Enden des
Schaufelabschnitts 16 angeordnet und sind so ausgebildet,
daß sie zur Ausbildung eines Kühlmittelfilmes auf der äußeren Schaufeloberfläche geeignet sind. Der so
ausgebildete Füm dient als Sperrschicht, um die Schaufel gegen das direkte Aufschlagen des heißen Arbeitsmitteis
zu schützen.
Der Film dient ferner dazu, Wärme der Schaufeloberfläche
durch eine Konvektionsströmung zu entnehmen. Diese zusätzliche Ausnutzung der Kühlungsleistung der
Kühlluft ermöglicht es, daß die Turbinenschaufel im gleichen Ausmaß wie bisher gekühlt wird, jedoch mit
dem Unterschied, daß weniger Kühlluft erforderlich ist Hierdurch werden gute Auswirkungen auf den Gesamtwirkür;
gsgrad der Turbinenanlage erzielt
Die Arbeitsweise der beschriebenen Turbine soll nun unter Bezugnahme auf die Buchstaben, die in den F i g. 3
und 4 enthalten sind, und unter Bezugnahme auf die schematischc Darstellung in F i g. 5 erläutert werden.
Kühlluft aus der Kühlluftkammer gelangt durch den Kanal 22, der in F i g. 2 gezeigt ist, zur Platte 18 der Sehau-IeI
14 und wird zu den Einlassen 40 und 42 geführt, die in F i g. 4 gezeigt sind. Der Teil der Strömung, der in den
Einlaß 42 eintritt, gelangt vom Punkt Λ unterhalb des
Hohlraumes 34 zum Punkt ß innerhalb des Hohlraumes 34 und ferner in Kontakt mit dem Einsatz 38. Die Luft
to wird durch die Öffnungen 39 hindurchgeführt und gelangt in den Raum, der durch den Punkt Cgekennzeichnet
ist. Dieser Raum Cwird durch den Einsat/ 38 und die
innere Oberfläche 35 des Schaufelmantcls begrenzt. Das Auftreffen dieser Luft auf die Oberfläche 35 dient dazu.
diese Oberfläche zu kühlen, ehe die Luft durch die Austrittsöffnungen
48,50 und 52 an den Punkten D, ZTund N
abgegeben wird. Das Arbeitsmittel, das an den Punkten D und E vorbeiströmt, trifft auf das austretende Kühlmittel
auf, und durch die zwischen diesen beiden Strömungen auftretenden viskosen Kräfte werden Filme auf
den stromab gelegenen Seiten eines jeden Punktes erzeugt, und diese Filme dienen dazu, die äußeren Oberflächen
des Schaufelabschnitts 16 zu kühlen, bis die Filme von den Oberflächen durch Turbulenz abgelöst werden.
Ein zweiter Teil der Kühlluft, der in die Schaufel (durch den Lufteinlaß 40) eintritt, strömt vom Punkt F
unterhalb des Schaufelabschnitts zum Punkt G, der am Verschlussteil 20 liegt. Ein geringer Teil dieser Strö-
JO mur.g, die in die Schaufel an der Hinterkante mit ihrer
tiefsten Temperatur eintritt, wird aus dem Hohlraum 30 durch die öffnungen 46 in der Hinterkante ausgestoßen.
Der Hauptteil des Kühlmittels gelangt vom Punkt C durch den Kanal 44 zum Punkt H innerhalb des Hohlraums
32. Diese Strömung verläuft dann bis zum Punkt / innerhalb des Hohlraums 32 und weiter bis zum Punkt J.
Innerhalb des Hohlraums 30 strömt das Kühlmittel als turbulente Strömung zur Kühlung der Oberfläche 3i.
Wenn das Kühlmittel in den Hohlraum 32 eintritt, so wird das Kühlmittel durch die Öffnungen 37 des Einsatzes
in den Raum geführt, der durch K gekennzeichnet ist. und dieses Kühlmittel trifft auf die Oberfläche 33 auf.
um diese zu kühlen. Die Temperatur des Kühlmittels, das bis zu dieser Stelle gelangt ist, hat sich durch den
Kontakt mit den Oberflächen 31 und 33 der Wand des Schaufelabschnitts erhöht. Dennoch verbleibt das Kühlmittel
auf einer Temperatur, die unterhalb der äußeren Oberflächentemperatur des Schaufelabschnitts liegt.
Das Kühlmittel enthält noch nutzbare Kühlleistung. Es sind die Austrittsöffnungen 54 vorgesehen, durch die
das Kühlmittel anschließend zum Punkt L außerha!1 des
Schaufelabschnitts geführt wird. Die viskosen Kräfte des vorbeiströmenden Arbeitsmittels wirken auf das
austretende Kühlmittel ein, um einen Kühlfilm stromab der Austrittsöffnungen 54 zu erzeugen, und zwar auf der
äußeren Oberfläche des Schaufelabschnitts in der Nähe der Hinterkante 28. Dieser Film bildet eine Sperrschicht
zwischen der äußeren Schaufeloberfläche und dem Arbeitsmittel. Dieser Film kühlt ebenfalls die Schaufeloberfläche
durch Wärmekonvektion. Demzufolge dient der Film zur weiteren Kühlung der Schaufel dadurch,
daß der Wärmeübergang auf das Kühlmittel erhöht wird, nachdem dieses Kühlmittel aus der Schaufel ausgetreten
ist.
Auf diese Weise wird die Ausnutzung der Kühlleistung einer gegebenen Menge Kühlluft erhöht, und
zwar dadurch, daß der Kontakt des Teiles der Kühlluft, der in den Hohlraum an der Hinterkante eingeführt
ZV Döl
wird, mit den verschiedenen Turbinenschaufeloberflächen
maximal gemacht wird. Wenn das Kühlmittel, welches durch den Einlaß 40 eintritt, in das vorbeigehende
Arbeitsmittel entweder vom Kopf oder vom Fuß der Schaufel abgegeben würde, so würde es keinen Film auf ~,
der äußeren Oberfläche der Schaufel erzeugen. Die verbleibende Kühlleistung dieses Kühlmittels ginge verloren.
Ourch die beschriebene Ausbildung der Turbincnschaufeln
kann die Menge von Kühlmittel, die dem ersten und dem zweiten Hohlraum zugeführt werden in
muß, vermindert werden und dadurch v-ird der Wirkungsgrad
des Triebwerkes erhöht.
Beim dargestellten Ausführungsbeispicl wird ein Kühlfilm lediglich über eine Seite der äußeren Oberfläche
des Schaufelabschnitts geführt. Es kann aber auch t-j
eine Anzahl von Öffnungen vorgesehen sein, die da/u dienen, die andere Seite des Sehaufelabschnitts mil dem
zweiten Hohlraum zu verbinden, um Kühlmittel über diese Seite der Oberfläche zu führen.
20
Hierzu I Blatt Zeichnungen
40
50
60
65
Claims (2)
1. Gasturbine mit luftgekühlten Turbinenlaufschaufeln mit jeweils einem Schaufelfuß und einem
profilierten Schaufelabschnitt, der eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine äußere seitliche Oberfläche,
ein fußseitiges, erstes Schaufelende und ein radial äußeres, zweites Schaufelende aufweist, wobei im
Schaufelabschnitt ein erster, zweiter und dritter, luftdurchströmter
und in Schaufellängsrichtung verlaufender Hohlraum ausgebildet sind, wobei der erste
Hohlraum unmittelbar an der Hinterkante angeordnet ist und durch mehrere Austrittsöffnungen in der
Hinterkante nach außen offen ist, wobei der dritte Hohlraum an der Vorderkante angeordnet ist, durch
einen Lufteinlaß am ersten Schaufelende mit Kühlluft gespeist wird und mit der äußeren seitlichen
Oberfläche durch mehrere Austrittsöffnungen verbunden ist durch die Kühlluft zur Bildung eines
OberflächenSlms austritt, wobei der zweite Hohlraum zwischen dem ersten und dem dritten Hohlraum
angeordnet ist, in Strömungsverbindung mit dem ersten Hohlraum steht und Austrittsöffnungen
aufweist, durch die Kühlluft aus dem Schaufelabschnitt nach außen austritt, und wobei am ersten
Schaufelende ein zweiter Lufc-inlaß vorgesehen ist,
durch den die Kühlluft für den ersten und zweiten Hohlraum zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die drei Hohlräume (30,32,34) am zweiten Schaufelende mittels eines Verschlußteils
(20) nach aui,en verschlossen sind, daß der zweite Lufteinlaß (40) in den ersten hohlraum (30) mündet
und der zweite Hohlraum (32) aus dem ersten Hohlraum (30) mit Kühlluft gespeist ■· jrd, wobei die Strömungsverbindung
zwischen diesen Hohlräumen durch einen Kanal (44) nahe dem zweiten Schaufelende gebildet ist, daß die Austrittsöffnungen (54) des
zweiten Hohlraums (32) mit der äußeren seitlichen Oberfläche (17) verbunden sind, so daß auch die
durch diese Austrittsöffnungen (54) austretende Kühlluft einen Oberflächenfilm bildet, und daß in
den zweiten Hohlraum (32) ein Einsatz (36) mit einei Anzahl von Öffnungen (37) eingesetzt ist, durch die
der dem zweiten Hohlraum (32) zugeführte Kühlluftstrom in auf die innere Oberfläche (33) des Hohlraums
gerichtete Strahlen aufgeteilt wird.
2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (54) des zweiten
Hohlraums (32) im wesentlichen längs einer radialen Linie zwischen dem ersten und dem zweiten Schaufelende
angeordnet sind.
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Families Citing this family (33)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH584833A5 (de) * | 1975-05-16 | 1977-02-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
GB1565361A (en) * | 1976-01-29 | 1980-04-16 | Rolls Royce | Blade or vane for a gas turbine engien |
US4221539A (en) * | 1977-04-20 | 1980-09-09 | The Garrett Corporation | Laminated airfoil and method for turbomachinery |
US4257737A (en) * | 1978-07-10 | 1981-03-24 | United Technologies Corporation | Cooled rotor blade |
FR2516165B1 (fr) * | 1981-11-10 | 1986-07-04 | Snecma | Aube de turbine a gaz a chambre de refroidissement par circulation de fluide et son procede de realisation |
US4514144A (en) * | 1983-06-20 | 1985-04-30 | General Electric Company | Angled turbulence promoter |
US4645415A (en) * | 1983-12-23 | 1987-02-24 | United Technologies Corporation | Air cooler for providing buffer air to a bearing compartment |
US4529358A (en) * | 1984-02-15 | 1985-07-16 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Vortex generating flow passage design for increased film cooling effectiveness |
IN163070B (de) * | 1984-11-15 | 1988-08-06 | Westinghouse Electric Corp | |
US4705455A (en) * | 1985-12-23 | 1987-11-10 | United Technologies Corporation | Convergent-divergent film coolant passage |
DE3629910A1 (de) * | 1986-09-03 | 1988-03-17 | Mtu Muenchen Gmbh | Metallisches hohlbauteil mit einem metallischen einsatz, insbesondere turbinenschaufel mit kuehleinsatz |
JP3142850B2 (ja) * | 1989-03-13 | 2001-03-07 | 株式会社東芝 | タービンの冷却翼および複合発電プラント |
US5156526A (en) * | 1990-12-18 | 1992-10-20 | General Electric Company | Rotation enhanced rotor blade cooling using a single row of coolant passageways |
US5165852A (en) * | 1990-12-18 | 1992-11-24 | General Electric Company | Rotation enhanced rotor blade cooling using a double row of coolant passageways |
US5660524A (en) * | 1992-07-13 | 1997-08-26 | General Electric Company | Airfoil blade having a serpentine cooling circuit and impingement cooling |
US5591002A (en) * | 1994-08-23 | 1997-01-07 | General Electric Co. | Closed or open air cooling circuits for nozzle segments with wheelspace purge |
US5503529A (en) * | 1994-12-08 | 1996-04-02 | General Electric Company | Turbine blade having angled ejection slot |
FR2765265B1 (fr) * | 1997-06-26 | 1999-08-20 | Snecma | Aubage refroidi par rampe helicoidale, par impact en cascade et par systeme a pontets dans une double peau |
US6193465B1 (en) * | 1998-09-28 | 2001-02-27 | General Electric Company | Trapped insert turbine airfoil |
US6183192B1 (en) | 1999-03-22 | 2001-02-06 | General Electric Company | Durable turbine nozzle |
US6283708B1 (en) | 1999-12-03 | 2001-09-04 | United Technologies Corporation | Coolable vane or blade for a turbomachine |
DE10004128B4 (de) | 2000-01-31 | 2007-06-28 | Alstom Technology Ltd. | Luftgekühlte Turbinenschaufel |
JP2009162119A (ja) * | 2008-01-08 | 2009-07-23 | Ihi Corp | タービン翼の冷却構造 |
US9011077B2 (en) * | 2011-04-20 | 2015-04-21 | Siemens Energy, Inc. | Cooled airfoil in a turbine engine |
US9726024B2 (en) | 2011-12-29 | 2017-08-08 | General Electric Company | Airfoil cooling circuit |
EP2626519A1 (de) * | 2012-02-09 | 2013-08-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinenbaugruppe, zugehöriges Prallkühlungsrohr und Gasturbinenkraftwerk. |
JP2018529045A (ja) * | 2015-08-28 | 2018-10-04 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft | 内部インピンジメント冷却特徴を備えるタービン翼 |
EP3472437B1 (de) * | 2016-07-28 | 2020-04-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Aerodynamisches profil mit unabhängigem kühlkreislauf zur steuerung der mittelprofiltemperatur |
US20180051566A1 (en) * | 2016-08-16 | 2018-02-22 | General Electric Company | Airfoil for a turbine engine with a porous tip |
US10260363B2 (en) * | 2016-12-08 | 2019-04-16 | General Electric Company | Additive manufactured seal for insert compartmentalization |
US10697310B2 (en) * | 2018-05-17 | 2020-06-30 | Raytheon Technologies Corporation | Multiple source impingement baffles for gas turbine engine components |
US11293347B2 (en) * | 2018-11-09 | 2022-04-05 | Raytheon Technologies Corporation | Airfoil with baffle showerhead and cooling passage network having aft inlet |
US11480059B2 (en) | 2019-08-20 | 2022-10-25 | Raytheon Technologies Corporation | Airfoil with rib having connector arms |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2699598A (en) * | 1952-02-08 | 1955-01-18 | Utica Drop Forge & Tool Corp | Method of making turbine blades |
NL88170C (de) * | 1952-10-31 | 1900-01-01 | ||
US2866618A (en) * | 1953-02-13 | 1958-12-30 | Thomas W Jackson | Reverse flow air cooled turbine blade |
US3301526A (en) * | 1964-12-22 | 1967-01-31 | United Aircraft Corp | Stacked-wafer turbine vane or blade |
US3528751A (en) * | 1966-02-26 | 1970-09-15 | Gen Electric | Cooled vane structure for high temperature turbine |
US3560107A (en) * | 1968-09-25 | 1971-02-02 | Gen Motors Corp | Cooled airfoil |
US3628885A (en) * | 1969-10-01 | 1971-12-21 | Gen Electric | Fluid-cooled airfoil |
BE755567A (fr) * | 1969-12-01 | 1971-02-15 | Gen Electric | Structure d'aube fixe, pour moteur a turbines a gaz et arrangement de reglage de temperature associe |
-
1972
- 1972-04-24 US US246778A patent/US3891348A/en not_active Expired - Lifetime
-
1973
- 1973-04-17 GB GB1839373A patent/GB1388260A/en not_active Expired
- 1973-04-20 FR FR7314515A patent/FR2331251A5/fr not_active Expired
- 1973-04-24 DE DE2320581A patent/DE2320581C2/de not_active Expired
Also Published As
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---|---|
FR2331251A5 (fr) | 1977-06-03 |
US3891348A (en) | 1975-06-24 |
GB1388260A (en) | 1975-03-26 |
DE2320581A1 (de) | 1975-05-28 |
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