DE2032505A1

DE2032505A1 - Gekühlte Turbinenlaufschaufel

Info

Publication number: DE2032505A1
Application number: DE19702032505
Authority: DE
Inventors: Henry James Savage Joseph Walter Herzner Frederick Charles Cincinnati Ohio Brands (V St A )
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-10-23
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1971-05-06
Also published as: BE753627A; US3606574A; CA925439A; FR2065838A5; GB1311776A

Description

Die vorliegende Erfindung; betrifft Verbesserungen in Axialturbinen und insbesondere Verbesserungen in der Kühlung von Turbinenlaufschaufeln, deren Spitzen eine Abdeckung' aufweisen.

Mit zunehmender Erhöhung der Arbeitstemperaturen von Gasturbinentriebv/erken v/urde ein ständig.es Anwachsen des Gebrauchs von Kühlluft und anderen Kühlmedien beobachtet, um die Temperaturen von Teilen, die in heißen Zonen liegen, auf einem tragbaren Wert zu halten. Die Anwendung dieser Kühltechniken war notwendig, um sowohl eine ausreichende Festigkeit der Konstruktionselemente aufrechtzuerhalten, als auch ein Glühen

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und/oder Schmelzen der Metallteile zu verhindern, insbesondere in den Turbinen solcher Triebwerke.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kühltechnik für Turbinenlaufschaufeln mit Spitzenabdeckung zu schaffen und den Anwendungsbereich solcher Schaufeln in heißen Gasströmen mit extrem hohen Temperaturen wirksam zu vergrößern.

Die äußere Begrenzung des ringförmigen Gasströmungsweges kann entweder durch eine feste oder eine sich drehende Abdeckung, die von den Rotorschaufeln getragen wird, definiert werden. Im letzteren Falle wird die Abdeckung gexvöhnlich als Umfangssegment in der Form von "Tragflächen¹¹ ausgebildet, die an beiden Seiten jeder Turbinenlaufschaufel herausragen.

Die Spitzenabdeckungen haben, die primäre Funktion, die aerodynamischen und tiermischen Verluste an den äußeren Enden der Turbinenschaufeln auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Zusätzlich dienen sie im Falle von Schaufeln mit einem hohen Radienverhältnis (Schaufellänge/Sehnenlänge) dazu, Schwingungen zu dämpfen.

Die Erfindung sieht daher in ihren weitesten Aspekten eine Tubinenlaufschaufel vor, welche an ihrem äußeren Umfang mit einem, mit einem Kühlmedium angefüllten Hohlraum versehen ist, der in einem Segment einer Spitzenabdeckung ausgebildet ist. Dieser Hohlraum wird aus einen: inneren Hohlraum in der Laufschaufel mit einem Kühlmedium gespeist. Kleine Bohrungen verteilen Kühlluft von dem Hohlraum zur inneren Oberfläche der Abdecksegmente, um eine hochwirksame Kühlanordnung zu · schaffen, die in der Lage ist, bei hoch beanspruchten sich drehenden Teilen eingesetzt ;zu.werden. Der Hohlraum besitzt vorzugsweise zwecks maximale^ Festigkeit eine gewölbte Form.

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Diese und andere Ziele und Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel,

Pig. 2 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, einer Laufschaufel gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 einen Turbinenrotor mit Spitzenabdeckung in verkleinertem Maßstab.

Bezug nehmend auf die Fig. 1 bis 3 enthält die dargestellte Schaufel einen mit Tragflächenprofil versehenen Schaufelteil 10, welcher an seinem inneren Ende einen bogenförmigen Schaft 12 aufvieist, der zur Befestigung der Schaufel an einem Rotor r dient und in der, Zeichnung mit strichpunktierten Linien angedeutet ist. Beziehungen von Teilen zueinander, wie z.B. Radial- und Umfangsbeziehungen,sind in diesem Text auf die Rotorachse bezogen, wie bei dieser Technologie üblich. Ein Umfang:5-Abdocksof*ment l'J ist an dem äußeren Ende des Schaufelteiles 10 angeformt. Dieses Segment I^ ist im allgemeinen zentrinch in bezug auf den Querschnitt den Schaufelteiles mit Tragf]'"iclienprofi J angeordnet. !lach außen vorstehende radiale Flansche 16 sind an den stromaufwärts odor stromabwärts gelegenen Enden des Segmenten l'l vorgesehen.

Die Fif"· ^f{ stellt einen Turbinenrotor, der die vorher beschriebenen Schaufeln 10 enthält, in zusammengebautem Zustand dar. Die Segmente 1*1 sind einander benachbart, um zusammengenommen

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eine Abdeckung oder eine Umhüllung zu bilden, deren innere Oberfläche die äußere Begrenzung der ringförmigen heißen Gasströmung durch die Turbinenschaufeln definiert. Die Plansche 16 bilden zusammengenommen am Umfang angeordnete dichtende Zähne, welche mit den stationären Abdeckungen s^ zusammenwirken, um eine Gasdichtung zu bilden (Fig. 1).

Entsprechend Fig. 1 bis 3 ist ein Hohlraum 18 am Umfang des Segmentes Ik vorgesehen. Dieser Hohlraum 18 wird von einer dünnen Wand 20 gebildet, ifelche sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung leicht gewölbt ist, und zwar von der dünnen Wand des Segments I^ hinweg. Es sind zwei Reihen von Bohrungen 22, 2k vorgesehen. Diese Bohrungen oder Kanäle weisen einen Abstand voneinander auf und führen von dem Hohl-, raum 18 zur inneren Oberfläche des Segmentes Ik.

Führungsmittel sind vorgesehen, um Kühlluft von dem inneren Ende der Schaufel dem Hohlraum 18 zuzuführen. Diese Mittel schließen die Kanäle 26 ein, die radial in dem Schaft 12 angeordnet sind. Wenn die Schaufel in dem Rotor befestigt ist, sind diese Kanäle mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Kühlmediums verbunden. Die Kühlluft strömt in einen ilchlraum 28, welcher von der dünnen Hülle 30 des Schaufelteils 10 gebildet wird, welcher seinerseits zum Hohlraum 18 hin offen ist. Die Hohlräume 26, 28 können in der Hülle 30 vorgesehen sein, um die Kühlung derselben zu erleichtern.

Das Kühlmedium strömt durch den Hohlraum 18 und die Bohrungen 22 und 2k zur inneren Oberfläche des Segmentes Ik. Dieser Fluß des Kühlmediums kühlt das Segment sowohl durch Konvektion als auch dadurch, daß die innere Oberfläche des Segmentes mit einem dünnen Film eines Kühlmediums versehen wird, um es von dem heißen Gasstrom zu isolieren. Im letzteren Falle werdenjvorzugsweise die Bohrungen 22 und 2k mit einem kleinen Winkel in bezug auf die innere Oberfläche des Segmentes angeordnet.

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Es ist auch möglich, mehr als einen mit Kühlmedium auszufüllenden Hohlraum 18 in dem Segment 14 vorzusehen. Jedoch wird es vorgezogen, daß ein solcher Hohlraum neben dem stromaufwärts gelegenen Ende des Segmentes angeordnet ist. Ein zusätzliches Kühlmedium kann außerdem von der stationären Triebwerksstruktur aus stromaufwärts zur Abdeckung geleitet werden.

Die beschriebene Kühlanordnung für eine Spitzenabdeckung ist hochwirksam, um die Temperatur des Metalls dieses Teils der Schaufel auf ein Minimum herabzusetzen. Desweiteren ist die gewölbte Form des Hohlraums 18 für eine Verringerung des Schaufelgewichtes von erheblicher Bedeutung, während sich gleichzeitig die Möglichkeit eines Einsatzes in hoch' beanspruchten Teilen eines schnell rotierenden Turbinenrades ergibt. .

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Claims

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Ansprüche

Turbinenlaufschaufel enthaltend . ■

einen Schaufelabschnitt mit Tragflächenprofil, einen Schaft am inneren Ende des Schaufelabschnittes zur Anbringung der Schaufel an einem Rotor, einen Kanal, der sich durch.die Schaufel erstreckt und an ihrem inneren Ende einen Einlaß aufweist, welcher mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Kühlmediums verbunden ist,

ein Umfangs-Abdecksegment am äußeren Ende des Schaufelteils, dessen innere Oberfläche die äußere Begrenzung der Gasströmung an der Schaufel vorbei definiert, wenn die Schaufel in einem Turbinenrotor eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet ,daß in dem Segment (14) ein Hohlraum (18) ausgebildet ist,· der mit dem Hohlraum (28) für die Kühlluft verbunden ist und eine Anzahl relativ kleiner Kanäle (22, 24) von diesem Hohlraum (18) zur inneren Oberfläche des Segmentes (14) führen.
2. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Anzahl von kleinen Kanälen (22, 24) am Umfang nebeneinander aufgereiht sind.
3. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der am Umfang angeordnete Hohlraum (18) dem stromaufwärts gelegenen Ende des Abdecksegmentes (14) benachbart ist.
4. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, in der das Abdecksegment in bezug auf die Wand des Schaufelteils zentrisch angeordnet ist und einen dünnen Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß der

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am Umfang angeordnete Hohlraum (18) durch eine dünne Wand (20) gebildet wird, die von dem Segment sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung leicht abgewölbt ausgebildet ■;dst:. ■ . ■ -■'-,..., . ■■'.·: ■
5. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 4, dadurch

g e k e η η ζ e .i c- h'n e t , daß der am Umfang angeordnete Hohlraum (18) dem stromaufwärts gelegenen Ende des Segmentes benachbart ist und eine Anzahl von Bohrungen (22, 2k) in mindestens einer Umfangsreihe an beiden Seiten der Schaufel herausragen. .
6. Turbinenlaufschaufel, gekennzeichnet durch die dargestellte und beschriebene Ausbildung mindestens eines_: Hohlraums; der von einem Kühlmedium durchströmt wird.· ■ . ,

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