Schlitzanordnungen zur Grenzschichtabsaugung, insbesondere für
die Schaufeln von Gasturbinen
Der Gegenstand der Erfindung betrifft die Anwendung
der Grenzschichtabsaugung, insbesondere zur Kühlhaltung der Schaufeln von Gas- und
Dampfturbinen zur Erhöhung der Arbeitstemperatur, wobei die der hohen Fliehkraft
ausgesetzten Schaufeln auf einer geringen Temperatur durch ein austretendes Kühlmittel
gehalten werden sollen, das das Profil umfließen soll, so daß die Berührung der
Schaufeln mit dem Arbeitsmittel vermieden wird.Slot arrangements for boundary layer suction, in particular for the blades of gas turbines The object of the invention relates to the use of boundary layer suction, in particular to keep the blades of gas and steam turbines cool to increase the working temperature, with the blades exposed to the high centrifugal force being kept at a low temperature by an escaping coolant should be kept that should flow around the profile, so that the contact of the blades with the working medium is avoided.
Zu diesem Zweck ist bereits vorgesnhlagen worden, das Kühlmittel an
der Staukante oder Stirnkante des Profils ausströmen zu lassen, vorzugswei se mittels
eines Schlitzes oder verteilter Öffnungen, wobei das Trennmittel über eine Drosselstelle
aus einer Quelle höheren Drucks zuströmt und laminar austritt. Dabei zeigt es sich,
daß hinter der größten Profildicke' Ablösungserscheinungen die Trennwirkung des
Kühlmittels aufheben.For this purpose it has already been suggested that the coolant be turned on
to allow the damming edge or front edge of the profile to flow out, vorzugswei se means
a slot or distributed openings, the separating means via a throttle point
flows in from a source of higher pressure and exits in a laminar manner. It turns out
that behind the greatest profile thickness' the separation effect of the
Save coolant.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, die Trennwirkung des an der
Stirnkante austretenden kühlen Trennmittels dadurch aufrecht zu erhalten, daß es
an den kritischen Stellen durch Einsaugen der langsam gewordenen Grenzschichtteile
über die ganze Profillänge anliegend gehalten wird. Damit tritt dann die beabsichtigte
Wirkung, nämlich die Herabsetzung der Temperatur der Schaufel über ihren ganzen
Querschnitt-des We'rkstoffs ein,.so daß diese Anordnung überhaupt erst brauchbar
wird.According to the invention it is proposed that the separating effect of the
Front edge escaping cool release agent by maintaining it
at the critical points by sucking in the parts of the boundary layer that have become slow
is held in place over the entire length of the profile. This then occurs the intended
Effect, namely lowering the temperature of the blade all over
Cross-section of the material, so that this arrangement can be used in the first place
will.
Erfindungsgemäß ist zu diesem Zweck das Schaufelgrundprofil mit nach
dem Radumfang zweckmäßig sich im Querschnitt vergrößernden Nuten versehen, wobei
schmale Zonen zwischen den Nuten die Profilform bestimmen bzw. auf der gewünschten
Profillinie liegen, und wobei die Bleche mit Schlitzen versehen sind, vorzugsweise
nach DAS 1 222 803.
In der Zeichnung ist in Fig.
1 ein Schnitt durch eine Turbinenschaufel dargestellt. Im Vorderteil des
Profils findet der Austritt eines Kühlmittels 1 durch eine Drosseldüse'2
in den Raum 3 hinein statt, der über seine ganze Länge mit Öffnungen an der
Staukante 4 versehen ist . Eine kleine Vorschaufel, die im Abstande mit schmalen
Leisten 5 oder dgl. gehalten ist, kann zusätzlich angeordnet werden, um den
Austritt der Strömung aus den Öffnungen in der Staukante längs der Oberfläche des
Profils zu sichern und von den periodischen Schwankungen des Anströmwinkels unabhängig
zu machen. Nach etwa 30 % der Profiltiefe ist die aus einem Hohlblech bestehende
Schaufel durch eine Wand 6 unterteilt, so daß ein besonderer Raum
7 gebildet wird, der unter Unterdruck steht, wobei der Unterdruck auf beliebige
Weise, z.B. durch Absaugung mittels einer besonderen Einrichtung, durch Schleuderwirkung
bei umlaufenden Schaufelrädern oder, wie dargestellt, durch Absaugen infolge Injektorwirkung
der Umströmung 8 an der Schaufelhinterkante 9
erzeugt wird.According to the invention, for this purpose the basic blade profile is provided with grooves that expediently increase in cross-section towards the wheel circumference, narrow zones between the grooves determining the profile shape or lying on the desired profile line, and the sheets being provided with slots, preferably according to DAS 1 222 803. In the drawing, FIG. 1 shows a section through a turbine blade. In the front part of the profile, a coolant 1 emerges through a throttle nozzle 2 into the space 3 , which is provided with openings on the damming edge 4 over its entire length . A small front vane, which is spaced apart by narrow strips 5 or the like. Can also be arranged in order to secure the exit of the flow from the openings in the retaining edge along the surface of the profile and to make it independent of the periodic fluctuations in the angle of attack . After about 30% of the profile depth, the blade consisting of a hollow sheet is divided by a wall 6 , so that a special space 7 is formed which is under negative pressure, the negative pressure in any way, e.g. by suction using a special device, by centrifugal action in the case of rotating paddle wheels or, as shown, by suction as a result of the injector effect of the flow 8 at the rear edge 9 of the vane.
Der Hinterteil des Profils ist an den erforderlichen Stellen in der
Länge mit unterteilten Schlitzen 10 versehen, die vorzugsweise sehr stark
nach innen divergieren, um Verstopfung durch Fremdkörper zu vermeiden. Gleichzeitig
soll durch eine scharfwinklige Kante 11, die der Strömungsrichtung 12 entgegensteht,
eine Schälwirkung auf die Grenzschicht ausgeübt werden, so daß die Säugwirkung sich
nur auf diese gewünschte Strömungsrichtung erstreckt. Im übrigen ist die Ausbildung
der Schlitzform und deren Herstellung in der DAS 1 222 803 behandelt.The rear part of the profile is provided with subdivided slots 10 at the required points in length, which preferably diverge very strongly inwards in order to avoid clogging by foreign bodies. At the same time, a sharp-angled edge 11, which opposes the direction of flow 12, is intended to exert a peeling effect on the boundary layer, so that the sucking effect extends only to this desired direction of flow. In addition, the formation of the slot shape and its production is dealt with in DAS 1 222 803.
In Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines derartigen Schaufelendes dargestellt.
Die in der Rückseite des Profils vorgesehenen Schlitze 10 sind unterbrochen
und wechselseitig versetzt, so daß die Schaufel ihre Form und Festigkeit behält.
Mittels kleiner Ab-
standsteile 13 ist die Schaufelhinterkante
9 zu einem Gesamtprofil geschlossen. Dazwischen werden Schlitzöffnungen 14
gebildet, aus denen die eingesaugten Grenzschichtteile des die Schaufel umhüllenden
kühleren Trennmittels 1 austreten.
In Fig. 3 ist in
verkürzter Schrägaufsicht ein Schnitt durch eine Turbinenschaufel mit Grenzschichtabsaugung
gezeigt. Das massive Grundprofil 20 ist mit nach außen hin zunehmend breiteren und
tieferen Nuten 21 versehen, wobei Flächenteile 22 dazwischen stehen bleiben, die
das Profil bestimmen. Über diese Fläche ist ein dünnes Blech 23 ' aufgelegt
und auf geeignete Weise fest verbundEn, beispielsweise durch Schweißung. Das Blech
22 weist wiederum Schlitze 10 ähnlich Fig. 2 auf, die vorzugsweise gemäß
DAS 1 222 803 hergestellt sind, Die Hohlseite 24 des Profils kann
unmittelbar am Grunde der Nuten mit Schlitzen 25 versehen sein, gegebenenfalls
abwechselnd versetzt zu den Schlitzen 10 im oberen Deckblech 23.- In Fig. 2 is a side view of such a blade end is shown. The slots 10 provided in the rear of the profile are interrupted and mutually offset so that the blade retains its shape and strength. Means less waste constituents 13, the blade trailing edge 9 is closed to form an overall profile. In between, slot openings 14 are formed, from which the sucked-in boundary layer parts of the cooler separating agent 1 surrounding the blade emerge. In Fig. 3 , a section through a turbine blade with boundary layer suction is shown in a shortened oblique view. The solid basic profile 20 is provided with increasingly wider and deeper grooves 21 towards the outside, with surface parts 22 remaining in between, which determine the profile. A thin sheet 23 'is placed over this surface and firmly connected in a suitable manner, for example by welding. In turn, the plate 22 comprises slots 10 similar to FIG. 2, which are preferably produced in accordance with DAS 1222803, the hollow side 24 of the profile may be provided directly at the base of the grooves provided with slots 25, possibly alternately offset to the slots 10 in the upper cover plate 23.-