DE2358521C2 - Gasturbinenschaufel mit gewelltem Austrittskantenbereich - Google Patents

Description

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

Aus der US-PS 36 28 880 ist es bekannt, das Schaufelblatt einer Gasturbinenschaufel in seinem Äustrittskantenbereich auf einer Schaufelseite mit in Profilsehnenrichtung verlaufenden Rillen zu versehen. Diese Rillen stellen bei der bekannten Schaufel die rückwärtigen Verlängerungen von zur Schaufelaustrittskante hin ausmündenden Kühlluftkanälen dar.

Der Austritlskantenbereich ein/;s Gasturbinenschaufelblattes ist aus aerodynamischen Gründen im Vergleich zum übrigen Schaufelblatt dünn, was natürlich zu Problemen hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und der Kühlung führt

Die festigkeit mäßige Schwierigkeit liegt darin, daß bei Änderungen der Arbei'smitteJ'emperatur, beispielsweise beim Anlassen oder Abstellen des Triebwerks, der verhältnismäßig dünne AustrittiVantenbereich des Schaufelblattes sich schneller dehnt bzw. zusammenzieht als das übrige Schaufelblatt, was zu ungünstigen Spannungszuständen führt. Außerdem ist der Austrittskantenbereich des Schaufelblattes Gaskräften ausgesetzt, die ihn in Schwingung zu versetzen oder relativ zum übrigen Schaufelblatt zu biegen versuchen.

Die beiden Forderungen nach ausreichender mechanischer Festigkeit und Kühlung des Austrittskantenbereiches des Schaufelblattes bestimmen überwiegend dessen Konstruktion zum Nachteil der aerodynamischen Eigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbinenschaufel der eingangs genannten Art im Sinne einer Vergrößerung der mechanischen Festigkeil des Schaufelblatt-Austrittkantenbereichs unter Berücksichtigung einer ausreichenden Kühlmöglichkeit zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung des Austrittskantenbereichs des Schaufelblattes gelöst.

Die Ausbildung nach Anspruch 2 führt zu einem aerodynamisch kontinuierlichen Übergang zwischen den Rillenoberflächen und der übrigen Schaufelblattoberfläche.

Die durch die erfindungsgemäße Konstruktion erreichte gewellte Form des Schaufelblatt-Austrittskantenbereiches bringt den Vorteil, daß die bei Arbeitsmitteltemperaturänderungen stattfindenden, gegenüber dem übrigen Schaufelblatt stärkeren Dehnungs- und Zusammenziehungsbewegungen des Austrittskantenbereiches geringere innere Spannungen als bei bekannten Schaufeln mit geraden Austrittskanten verursachen.

Eine ausreichende Kühlmöglichkeit des Schaufel· blatt-Austrittskantenbereiches ist, wie bei der eingangs erwähnten bekannten Schaufel, durch Anordnung von in die Rillen ausmündenden Kühlluftkanälen gegeben.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, in welchen zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Gasturbinenlaufschau-Hi fei in perspektivischer Rückansicht,

F i g. 2 die Schaufel nach F i g. I in Seitenansicht, die Fig.3 und 4 Querschnitte in den Ebenen III-III und IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht in Richtung des ü PfeilesVinFig.3,die

Fig.6 und 7 Schnitte in den Ebenen VI-VI und Vll-yilin Fig.5.

Fig.8 eine Rückansicht der Schaufelblattaustrittskante gemäß Pfeil VI11 in F i g. 5, und
2i! F i g. 9 Schnitte ähnlich den F i g. 6 und 7 abgewandelter Ausführungsbeispiele von Lauf- und Leitschaufeln.

Die F i g. 1 bis 8 zeigen eine gegossene Gasturbinenlaufschaufel mit einem tragflügelförmigem Schaufelblatt 10 und einem Schaufelfuß 11. An dem Hauptteil 12 des 2-, Schaufelblattes 10 schließt sich ein damit einstückig ausgebildeter Austrittskantenbereich 13 an, der gegenüber dem Hauptteil 12 relativ dünn ist. Die Linie 15 deutet den Obergang zwischen dem Kauptteil 12 und dem Austrittskantenbereich 13 des Schaufelblattes 10 »ι an.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Austrittskantenbetviches 13 ist dieser gemäß Fig.8 gewellt ausgebildet, indem auf beiden Schaufelseiten in Profilsehnenrichtung verlaufende Rillen 18 gebildet r. sind, die stromabseitig an der Schaufelaustrittskante 17 und stromaufseitig bei der Linie 15 enden. Diese gewellte Form des Austrittskantenbereiches gestattet relative Dehnungen und Zusammenziehungen bezüglich des Hauptteils 12 bei viel geringerer Bruchgefahr als bei geradlinig verlaufender Schaufciauntrittskante. Außerdem ergibt die gewellte Form eine größere Biegefestigkeit gegen Querkräfte als bei einem geradlinig ausgebildeten Austrittskantenbereich gleichen Gewichts.

4. Zur Kühlung des Schaufelblatt-Austrittskantenbereiches 13 münden Kiihlluftkanäle 16 aus einem Schaufelkühlkanal 14 in die Rillen 18. Die gemäß den F i g. 6 und 7 am stromaufwärtigen Rillenende in Längsrichtung der betreffenden Rille 18 in diese ausmündenden Kühlluft-Ίο kanäle 16 lassen einen Kühlluftstrahl 21 mit zur örtlichen Strömungsrichtung 22 der Grenzschichtströmung paralleler Richtung in die Rille einströmen, so daß sich der Kühlluftstrahl über die ganze Rillenoberfläche ausbreitet und einen wirksamen Kühlfilm bildet. Damit ■·;■> die Kühlluftkanäle 16 nicht übermäßig lang sind, sind die Rillen 18 ausreichend tief und haben stromaufseitig eine Wandung 23, in welche die Kühlluftkanäle 16 ausmünden.

Die gewellte Form des Schaufelaustrittskantenberei-Wi ches kann sich über die erste Schaufelblattlänge oder nur über denjenigen Teil erstrecken, in welchem die Beiriebsanforderiingen dies wünschenswert machen. In den Fig. I und 2 sind der Einfachheit halber nur einige der Rillen 18 dargestellt.

H-i Fig. 9 zeigt zwei Turbinenleitschaufeln 50 und 51. deren Schaufelblätter 52 jeweils einen Hauptteil 53 uml einen damit einstückig ausgebildeten Austrittskantenbereich 54 aufweisen, der mit beiderseits gebildeten Rillen

55 versehen und gewellt ist.

Die für Überschall- Gasgeschwindigkeiten ausgelegten Schaufeln bilden zwischen sich eine Strömungskanaleinschnürung 56. Bekanntermaßen hat die Gasumströmung des Austrittskantenbereiches nur auf der Niederdruckseite 52A, nicht aber auf der Hochdruckseite 52B Oberschallgeschwindigkeit. Außerdem ist die Niederdruckseite einer geringeren Temperatur als die Hochdruckseite ausgesetzt. Andererseits ist die aerodynamische Kontinuität auf der Niederdruckseite wichtiger als auf der hochdruckseite. Demgemäß münden nur in die Rillen 55/t auf der Hochdruckseite (siehe Schaufel SO) Kühlluftkanäle 58 aus, wozu diese Rillen mit ausreichender Tiefe und einer stromaufwärtigen Wandung 57 ausgebildet sind. Die Rillen 553 auf der Niederdruckseite (siehe Schaufel 51) haben dagegen eine stromabwärts allmählich größer werdende Tiefe, se > daß sie sanft in die Oberfläche des Hauptteils des Schaufelblattes übergehen.

Die ebenfalls in Fig.9 gezeigten Laufschaufeln 60 und 61 sind in ihrem Austrittskantenbereich entsprechend ausgebildet.

in Die in Fig.9 dargestellten Leit- und Laufschaufeln sind, analog den Fig.6 und 7, in jeweils versetzten Schnittebenen dargestellt, um die Rillen auf beiden Schaufelseiten darstellen zu können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

! Patentansprüche:

1. Gasturbinenschaufel mit tragflügelförmigem Schaufelblatt, das im Austrittskantenbereich mit in Profilsehnenrichtung verlaufenden Rillen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (18,55) auf beiden Schaufelblattseiten gebildet und derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß der Austrittskantenbereich (13; 54) eine gewellte Form hat.

2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Rillen {55B) auf mindestens einer Schaufelseite (52SJ stromaufwärts allmählich abnimmt.