CH702609A2 - Haltering für eine Turbinenleitapparatschaufel mit verbesserter thermischer Isolation. - Google Patents

Abstract

Es wird Haltering (300) für eine Turbinenteilapparatschaufel einer Gasturbine offengelegt. Der Haltering (300) enthält einen Hauptkörper (310) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form. Ein Paar von Umfangshalteansätzen (315) ragt aus dem Hauptkörper (310) radial nach innen. Jeder Halteansatz (325, 330) des Paares der Umfanghalteansätze (315) kann entlang seiner Umfangslänge segmentiert sein.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Diese Erfindung betrifft allgemein einen Haltering zum Unterstützen einer Turbinenleitapparatschaufel einer Gasturbine und insbesondere einen Haltering mit verbesserter thermischer Isolation, um somit einer Unrundheit des Halterings vorzubeugen.

Hintergrund der Erfindung

[0002] In einer Gasturbine strömen heisse Verbrennungsgase aus einer ringförmigen Anordnung von Brennern durch ein Übergangsteil für einen Durchfluss entlang einem ringförmigen Heissgaspfad. Insbesondere sind entlang dem Heissgaspfad Turbinenstufen dergestalt angeordnet, dass die heissen Verbrennungsgase aus dem Übergangsteil durch Leitapparatschaufeln und Laufschaufeln der ersten Stufe und durch Leitapparatschaufeln und Laufschaufeln von nachfolgenden Turbinenstufen strömen. Die Leitapparatschaufeln der ersten Stufe enthalten typischerweise eine ringförmige Anordnung oder Baugruppe gegossener Leitapparatschaufelsegmente, wovon jedes ein oder mehrere Leitapparatstatorleitschaufeln pro Segment enthält. Jedes Leitapparatschaufelsegment der ersten Stufe enthält auch innere und äussere Seitenwandabschnitte, die radial voneinander in Abstand angeordnet sind. Bei dem Zusammenbau der Leitapparatschaufelsegmente werden die Statorleitschaufeln in Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordnet, um eine ringförmige Anordnung davon zwischen den ringförmigen inneren und äusseren Seitenwänden zu erzeugen. Ein mit dem Turbinengehäuse verbundener Leitapparatschaufelhaltering ist mit der äusseren Seitenwand der Leitapparatschaufel der ersten Stufe verbunden und unterstützt die Leitapparatschaufeln der ersten Stufe in dem Gasströmungspfad der Turbine. Ein ringförmiger Leitapparatschaufelunterstützungsring, bevorzugt bei einer horizontalen Mittellinie unterteilt, steht mit der inneren Seitenwand in Eingriff und kann die Leitapparatschaufeln der ersten Stufe gegen eine axiale Bewegung unterstützen.

[0003] Seitendichtungselemente können die ringförmige Anordnung der Leitapparatschaufelsegmente gegenseitig entlang angrenzenden Umfangskanten abdichten. Die Seitendichtungen können Dichtungen zwischen einem Hochdruckbereich radial innerhalb von der inneren Seitenwand und radial ausserhalb der äusseren Seitenwand (d.h., der Verdichterauslassluft bei hohem Druck) und den heissen Verbrennungsgasen in dem Heissgasstrom, die sich bei einem niedrigeren Druck befinden, abdichten. Sehnenscharnierdichtungen werden zum Abdichten zwischen der inneren Seitenwand der Leitapparatschaufeln der ersten Stufe und einer axial zeigenden Oberfläche des Leitapparatschaufelunterstützungsringes und zwischen der äusseren Seitenwand und einem Deckband der ersten Laufschaufel verwendet. Somit können die Sehnenscharnierdichtungen auch gegenüber einer Leckage aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich des Heissgaspfades abdichten.

[0004] Fig. 1 stellt ein herkömmliches Seitenwandhaltesystem 100 einer Leitapparatschaufel 110 einer ersten Stufe einer Gasturbine dar. Die Leitapparatschaufel 110 der ersten Stufe enthält eine äussere Seitenwand 115, eine innere Seitenwand 120 und ein zwischen einem Leitapparatschaufelhaltering 130 und einem Leitapparatschaufelunterstützungsring 135 positioniertes Schaufelblatt 125. Der Leitapparatschaufelhaltering 130 und der Unterstützungsring 135 sind an dem (nicht dargestellten) Gehäuse der Turbine befestigt. Der Leitapparatschaufelhaltering 130 ist auch mit der äusseren Seitenwand 115 verbunden und befestigt die Leitapparatschaufel 110 der ersten Stufe. Der Leitapparatschaufelunterstützungsring 135 ist radial innerhalb der inneren Seitenwand 120 angeordnet und steht mit der inneren Seitenwand 120 in Eingriff. Der Leitapparatschaufel 110 der ersten Stufe enthält auch Sehnenscharnierschienen für die innere Seitenwand 120 und die äussere Seitenwand 115. Die Sehnenscharnierschiene 145 auf der inneren Seitenwand 120 stellt eine axiale Unterstützung für die Leitapparatschaufel 110 gegenüber dem Unterstützungsring 135 bereit und die Sehnenscharnierschiene 150 auf der äusseren Seitenwand 115 stellt eine axiale Unterstützung für die Leitapparatschaufel 110 gegenüber dem Deckband 160 der Laufschaufel 170 der ersten Stufe bereit. Die innere Sehnenscharnierschiene 145 und die äussere Sehnenscharnierschiene 150 stellen ferner Sehnenscharnierdichtungen 147, 152 zur Abdichtung gegenüber einer Leckage aus dem Hochdruckverdichterauslassbereich in den Bereich mit niedrigerem Druck des Heissgaspfades bereit.

[0005] Die Sehnenscharnierschiene 150 der äusseren Seitenwand 115 der Leitapparatschaufel 110 ragt radial aus der äusseren Seitenwand 115 vor. Die Sehnenscharnierschiene 150 enthält einen nach vorne zeigenden ringförmigen Halteansatz 175 an ihrem äussersten radialen Vorsprung. Der Halteansatz 175 steht sich mit einer nach hinten zeigenden ringförmigen Nut 180 in Verbindung, die durch einen nach hinten zeigenden Haltehaken 185 auf dem Haltering 130 definiert ist. Der auf dem Haltehaken 185 des Halterings 130 einwirkende Halteansatz 175 der Sehnenscharnierschiene 150 stellt eine radiale Unterstützung für die Leitapparatschaufel 110 bereit. Der ringförmige Haltehaken 185 kann in (nicht dargestellte) Segmente unterteilt sein. Eine Umfangsunterstützung kann durch einen (nicht dargestellten) Drehverhinderungsstift bereitgestellt werden, der durch den Haltering 130 und den Halteansatz 175 verläuft.

[0006] Stromerzeugungs-Gasturbinen verwenden herkömmlicherweise ein Hakenhalterungsschema. Verbesserungen wurden an dem herkömmlichen Hakenhalterungsschema durch Veränderung der zusammenhängenden Hakenanordnung in eine segmentierte Hakenanordnung durchgeführt. Diese Änderung führte zu einer begrenzteren Leitapparatschaufelbelastung und einer besseren Leitapparatschaufelabdichtung, führte aber auch zu einer suboptimalen thermischen Isolation des Halterings, und somit zur Aussetzung des Halterings an hohe Wärmegradienten. Die sich ergebenden Wärmespannungen aus einer derartigen Aussetzung können die Formänderungsfestigkeit des Halteringmaterials überschreiten, was eine Verwindung oder Unrundheit des Halterings bewirken kann. Dieses kann ein ernsthaftes Problem sein, da ein unrunder Ring typischerweise die Reparatur- und Wartungskosten in Verbindung mit dem Haltering und der Leitapparatschaufelbaugruppe der ersten Stufe erhöht. Zusätzlich kann die Unrundheit des Halterings eine Verbiegung der Leitapparatschaufel der ersten Stufe bewirken, was zu einem Kontakt des Leitapparatschaufel-Engelflügels und der Laufschaufelblattform der ersten Stufe führen und schliesslich die Laufschaufel beschädigen kann.

[0007] Derzeit besteht eine Lösung zur Verhinderung einer Ringunrundheit in der Änderung des für die Herstellung eines Halterings verwendeten Materialtyps. Beispielsweise kann das Ringmaterial auf eine Legierung mit höherer Festigkeit umgestellt werden, um somit dem Haltering zu ermöglichen, der durch das Fehlen einer thermischen Isolation bewirkten erhöhten Belastung zu widerstehen. Jedoch erhöht die Verwendung derartiger Legierungen mit höherer Festigkeit die Kosten eines Halterings und die Gesamtherstellungskosten einer Gasturbine.

[0008] Daher würde eine verbesserte thermische Isolation eines Halterings zum Verringern der auf den Haltering einwirkenden Wärmespannungen und dadurch eine Verhinderung einer Unrundheit des Halterings in der Technologie akzeptiert werden.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0009] Aspekte und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein, oder können durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden.

[0010] In einem Aspekt stellt der vorliegende Erfindungsgegenstand einen Haltering für eine Turbinenleitapparatschaufel einer Gasturbine bereit. Der Haltering enthält einen Hauptkörper und ein Paar von Umfangshalteansätzen, die aus dem Hauptkörper radial nach innen ragen. Das Paar der Umfanghalteansätze kann für eine Befestigung an einer Leitapparatschaufel konfiguriert sein. Zusätzlich kann jeder Halteansatz des Umfangshalteansatzpaares entlang seiner Umfangslänge segmentiert sein.

[0011] In einem weiteren Aspekt stellt der vorliegende Erfindungsgegenstand ein Halteschema einer äusseren Seitenwand für eine Turbinenleitapparatschaufel einer Gasturbine bereit. Das Halteschema der äusseren Seitenwand kann einen Haltering und wenigstens eine Leitapparatschaufel beinhalten. Der Haltering kann einen Hauptkörper und ein Paar von Umfangshalteansätzen enthalten, die sich aus dem Hauptkörper erstrecken. Die Leitapparatschaufel kann eine innere Seitenwand und eine äussere Seitenwand enthalten. Das Paar der Umfangshalteansätze kann entlang seiner Umfangslänge segmentiert sein und kann für eine Befestigung an der äusseren Seitenwand der Leitapparatschaufel konfiguriert sein, um so die Leitapparatschaufel zu unterstützen.

[0012] Diese und weitere Merkmale, Aspekt und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche ersichtlich. Die beigefügten Zeichnungen, welche in dieser Beschreibung enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0013] Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Erfindung einschliesslich ihrer besten Ausführungsart, die sich an den Fachmann richtet, wird nachstehend in der Beschreibung beschrieben, welche auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, in welchen:

[0014] Fig. 1 ein typisches Hakenhalteschema für eine äussere Seitenwand einer Leitapparatschaufel der ersten Stufe veranschaulicht;

[0015] Fig. 2 einen isometrischen Querschnitt einer Ausführungsform eines Halterings aus einer hinteren Perspektive gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes veranschaulicht;

[0016] Fig. 3 einen isometrischen Querschnitt einer Ausführungsform eines Halterings aus einer vorderen Perspektive gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes veranschaulicht;

[0017] Fig. 4 eine isometrische Ansicht eines Abschnittes einer Ausführungsform des Innenumfangs eines Halterings aus einer vorderen Perspektive gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes veranschaulicht;

[0018] Fig. 5 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Leitapparatschaufel gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes veranschaulicht;

[0019] Fig. 6 eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform einer Aussenseite einer äusseren Seitenwand einer Leitapparatschaufel gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes veranschaulicht;

[0020] Fig. 7 eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Aussenseite einer äusseren Seitenwand einer Leitapparatschaufel gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes veranschaulicht; und

[0021] Fig. 8 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Halteschemas einer äusseren Seitenwand gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0022] Es wird nun detaillierter Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, wovon oder ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich dürfte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder dem Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte und beschriebene Merkmale bei einer weiteren Ausführungsform genutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten abdecken, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

[0023] Wie vorstehend dargestellt kann ein Haltering in einer Gasturbine oft hohen Wärmegradienten ausgesetzt sein. Dieses beruht im Wesentlichen auf der Betriebsumgebung in der Gasturbine zusammen mit einer fehlenden ausreichenden Wärmeisolation des Halterings. Beispielsweise können die Stellen, an welchen die Turbinenleitapparatschaufeln an einem Haltering befestigt sind, hohen Temperaturen aufgrund der Wärme ausgesetzt sein, die von den und durch die Aussenseitenwände der Leitapparatschaufel übertragen werden, wenn heisse Verbrennungsgase entlang dem Heissgaspfad strömen. Jedoch ist an Stellen auf einem Haltering, die sich weiter weg von derartigen Befestigungspunkten befinden, die Temperatur relativ kühler. Diese Temperaturdifferenz kann zu auf den Haltering einwirkenden erhöhten thermischen Spannungen führen. Insbesondere können zu Zeitpunkten, wenn der Haltering deutlich erhöhten Wärmegradienten ausgesetzt wird, wie z.B. während eines Übergangsbetriebszustandes (z.B. Starten/Abschalten der Gasturbine), die sich ergebenden Wärmespannungen die Verformungsfestigkeit des Ringmaterials überschreiten und dadurch eine Unrundheit des Halteringes bewirken.

[0024] Gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes stellen die Fig. 2, 3 und 4 eine Ausführungsform eines Halterings 300 dar, der für eine Befestigung und Unterstützung einer Turbinenleitapparatschaufel einer Gasturbine konfiguriert ist. Zusätzlich kann der Haltering 30 dergestalt konfiguriert sein, dass er die in dem Ring 300 zu sehenden Wärmegradienten verringert, indem er eine thermische Isolation von Hochtemperaturbereichen des Halterings 300 von Bereichen niedrigerer Temperatur ermöglicht. Somit können die auf den Haltering 300 einwirkenden resultierenden Wärmespannungen verringert und dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Halteringunrundheit aufgrund von Ringverformung verhindert oder reduziert werden.

[0025] Fig. 2 und 3 stellen einen isometrischen Querschnitt einer Ausführungsform des Halterings 300 aus einer hinteren bzw. vorderen Perspektive dar. Fig. 4 veranschaulicht eine isometrische Ansicht eines Abschnittes einer Ausführungsform des Innenumfangs des Halterings 300.

[0026] Gemäss den Fig. 2, 3 und 4 enthält der Haltering 300 einen Hauptkörper 310 mit einem im Wesentlichen zylindrischen Körper, der durch das Gehäuse der Turbine mittels im Fachgebiet bekannter Verfahren unterstützt werden kann. Obwohl es nicht dargestellt ist, kann der Haltering 300 bevorzugt in zwei Halbkreisringe unterteilt sein, um den Zusammenbau zu erleichtern. Der Hauptkörper 310 kann ein Paar von Umfangshalteansätzen 315 enthalten, die aus dem Hauptkörper 310 radial nach innen stehen. Das Paar der Umfangshalteansätze 315 kann im Wesentlichen auf der hinteren Seite des Halterings 300 angeordnet sein, wobei jeder Steg axial von dem anderen über eine vorbestimmte Breite w getrennt sein kann. Der Vorsprung d des Hauptkörpers 310 und die vorbestimmte Breite w zwischen dem Paar der Umfangsstege 315 definieren eine Umfangsringnut 320. Im Wesentlichen kann das Paar der Umfangshalteansätze 315 einen hinteren Halteansatz 325 und einen vorderen Halteansatz 330 enthalten. Der hintere Halteansatz 325 kann eine hintere Umfangsfläche 326 und eine vordere Umfangsfläche 328 enthalten und der vordere Halteansatz 330 kann eine vordere Umfangsfläche 331 und eine. hintere Umfangsfläche 333 enthalten.

[0027] Mehrere axial ausgerichtete Durchtrittslöcher 345 können zwischen der hinteren Umfangsflache 326 und der vorderen Umfangsflache 328 des hinteren Halteansatzes 325 vorgesehen sein. Mehrere axial ausgerichtete Stichlöcher 350 können durch die Hinterseite 333 des vorderen Halteansatzes 330 hindurch vorgesehen sein. Mehrere axial ausgerichtete Stichlöcher 350 können durch die Hinterseite 333 des vorderen Halteansatzes 330 vorgesehen sein. Im Wesentlichen können die mehreren axial ausgerichteten Durchtrittslöcher 345 in dem hinteren Halteansatz 325 und die mehreren axial ausgerichteten Stichlöcher 350 in dem vorderen Halteansatz 330 radial und in Umfangsrichtung koaxial organisiert sein, um einen (nicht dargestellten) Haltestift axial durch den hinteren Halteansatz 325 und in das Bohrungsloch 350 des vorderen Halteansatzes 330 aufzunehmen. Die koaxial ausgerichteten Löcher mit Mittellinien 358 können ferner in Umfangsrichtung in Paaren gleichabständig um die Halteansätze 315 herum angeordnet sein. Es dürfte erkennbar sein, dass die Durchmesser der gepaarten Löcher 360 so bemessen sein können, dass sie Haltestifte zum Halten der Leitapparatschaufel aufnehmen.

[0028] Der Haltering 300 kann auch mehrere radial ausgerichtete Kühllöcher 340, die in dem Hauptkörper 310 ausgebildet sind, enthalten. Im Wesentlichen können die Kühllöcher 340 in dem Hauptkörper 310 so ausgebildet sein, dass die Löcher 340 den vorderen Halteansatz 330 entlang seiner Umfangslänge unterbrechen und dadurch mehrere Umfangssegmente 334 in dem vorderen Halteansatz 330 erzeugen. Insbesondere können, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, die Kühllöcher 340 so ausgebildet sein, dass eine Mittellinie 370 von jedem der Kühllöcher 340 im Wesentlichen zu einer Umfangsmittellinie 375 der vorderen Halteansätze 330 ausgerichtet ist.

[0029] Aufgrund der Segmentierung des vorderen Halteansatzes 330 und der Ausrichtung der Kühllöcher 340 kann die auf den vorderen Halteansatz 330, insbesondere während eines Übergangsbetriebs der Gasturbine, einwirkende Belastungsgrösse unter die Verformungsfestigkeit des Halteringmaterials reduziert werden. Beispielsweise kann die Ausrichtung der Kühllöcher 340 zu der Umfangsmittellinie 375 des vorderen Halteansatzes 330 die auf den Halteansatz 330 einwirkende mechanische Spannung verringern, indem die an den Enden 380 von jedem der Umfangssegmente 334 erzeugten geometrischen Diskontinuitäten verringert werden. Insbesondere kann eine derartige Anordnung die Erzeugung scharfer Kanten oder Ecken an den Enden 380 verhindern, die ansonsten Bereiche hoher Spannungskonzentration auf dem vorderen Halteansatz 330 erzeugen können.

[0030] Ferner können, da die Kühllöcher 340 so ausgebildet werden können, dass sie den vorderen Halteansatz 330 entlang seiner Umfangslänge unterbrechen oder segmentieren, die heissesten Bereiche des Halteansatzes 330 von den kühleren Bereichen isoliert werden. Insbesondere können die Umfangssegmente 334 des vorderen Halteansatzes 330 die Stellen definieren, an welchen die geschlossenen Stichlöcher 350 die Haltestifte 490, 495 (Fig. 7) aufnehmen können, um somit eine Befestigung einer Leitapparatschaufel an dem Haltering 300 zu ermöglichen. Demzufolge können die Umfangssegmente 334 im Wesentlichen die heissesten Bereiche auf dem vorderen Halteansatz 330 definieren, da die Wärme von der Leitapparatschaufel während des Betriebs der Gasturbine übertragen wird. Somit kann die Isolation der Umfangssegmente 334 von den relativ kühleren Bereichen des vorderen Halteansatzes 330 die in dem vorderen Halteansatz 330 zu sehenden Wärmegradienten verringern und dadurch die auf einen derartigen Steg einwirkenden Wärmespannungen verringern.

[0031] Es dürfte erkennbar sein, dass die Grösse und Form der Kühllöcher 340 im Wesentlichen von der Grösse und Konfiguration des Halteringes 300 abhängend variieren kann. Insbesondere können die Kühllöcher 340 so bemessen sein, dass der vordere Halteansatz 330 entlang seiner Umfangslänge ausreichend segmentiert wird. In einer Ausführungsform können die Kühllöcher 340 rund sein und einen Durchmesser in einem Bereich von etwa 5 cm bis 6,5 cm, wie z.B. von etwa 5,5, cm bis etwa 6,4 cm oder von etwa 5,8 cm bis etwa 6,1 cm und alle Unterbereiche dazwischen haben. Ferner dürfte auch erkennbar sein, dass die Kühllöcher 340 auch einen Pfad bereitstellen können, dass kühlende Verdichterauslassluft durch den Hauptkörper 310 des Halterings 300 strömt, um verschiedene Komponenten einer Turbinenleitapparatschaufel zu kühlen. Beispielsweise können die Kühllöcher 340 mit einem (nicht dargestellten) Innenkanal eines Leitapparatschaufelblattes in Verbindung stehen, um eine Leitapparatschaufelkühlung zu ermöglichen.

[0032] Der Haltering 300 kann mehrere in dem hinteren Halteansatz 325 ausgebildete Öffnungen 385 enthalten. Im Wesentlichen können die Öffnungen 385 in dem hinteren Halteansatz 325 dergestalt ausgebildet sein, dass der Halteansatz 325 entlang seiner Umfangslänge unterbrochen oder segmentiert ist. Somit können die Öffnungen 385 mehrere Umfangssegmente 390 in dem hinteren Halteansatz 325 erzeugen. Ähnlich zu Umfangssegmenten 334 des vorstehend beschriebenen vorderen Halteansatzes 330 können die Umfangssegmente 390 des hinteren Halteansatzes 325 im Wesentlichen die heissesten Bereiche auf dem Halteansatz 325 aufgrund der von der Leitapparatschaufel übertragenen Wärme definieren. Insbesondere können die Umfangssegmente 390 die Stellen definieren, an welchen die Durchtrittslöcher 435 Haltestifte 490, 495 (Fig. 7) aufnehmen können, um somit eine Befestigung einer Leitapparatschaufel an dem Haltering 300 zu ermöglichen. Demzufolge kann diese Segmentierung zur Isolation der heissesten Bereiche des hinteren Halteansatzes 325 von den relativ kühleren Bereichen dienen, und dadurch die Wärmegradienten und die sich ergebenden Wärmespannungen in dem hinteren Halteansatz 325 verringern. Insbesondere kann die Segmentierung die von dem Haltering 300 gesehene Spannung unter der Verformungsfestigkeit des Halteringmaterials halten und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines unrunden Ringes in der Betriebszeit des Halteringes 300 verringern.

[0033] Wie dargestellt, können die Öffnungen 385 in dem hinteren Halteansatz 325 als bogenförmige Öffnungen ausgebildet sein, um dadurch Ausbogungen entlang der Umfangslänge des Halteansatzes 325 zu definieren. Es dürfte jedoch erkennbar sein, dass die Öffnungen 385 im Wesentlichen jede Form haben können, die eine Segmentierung des hinteren Halteansatzes 325 ermöglicht. Ebenso können die Öffnungen 385 im Wesentlichen jede Grösse haben, die ausreichend die heissesten Bereiche des hinteren Halteansatzes 325 von den kühleren Bereichen isoliert. Somit kann in einer Ausführungsform jede Öffnung 385 einen Radius von etwa 2,5 cm haben, sodass jedes Umfangssegment 390 des hinteren Halteansatzes 325 vollständig von dem Nächsten isoliert ist. Jedoch wird der erforderliche Radius, die Breite oder Grösse der Öffnungen 385 im Wesentlichen von der Grösse und Konfiguration des Halterings 300 und insbesondere des hinteren Halteansatzes 325 abhängig variieren.

[0034] Zusätzlich kann die Menge der durch den vorderen Halteansatz 330 ausgebildeten Kühllöcher 340 und die Menge der in dem hinteren Halteansatz 325 ausgebildeten Öffnungen 385 gleich der Gesamtanzahl der an dem Haltering 300 befestigten und davon unterstützten Turbinenleitapparatschaufeln sein. Somit kann für jede an dem Haltering 300 befestigte Turbinenleitapparatschaufel ein entsprechendes Kühlloch 340 und eine Öffnung 385 in dem Ring 300 ausgebildet sein, um die vorderen und hinteren Halteansätze 330, 325 zu segmentieren, und dadurch thermisch die heissesten Bereiche der Stege 330, 325 zu isolieren. Es dürfte jedoch erkennbar sein, dass in alternativen Ausführungsformen die Menge von in dem Haltering 300 ausgebildeten Kühllöchern 340 und Öffnungen 385 grösser oder kleiner als die Gesamtanzahl der an dem speziellen Haltering 300 befestigten Leitapparatschaufeln sein kann. Ferner dürfte erkennbar sein, dass die Stellen, an welchen die Öffnungen 385 und die Kühllöcher 340 in dem Haltering 300 ausgebildet sind, in Abhängigkeit von der Konfiguration des Halterings 300 variieren können. Beispielsweise können in einer alternativen Ausführungsform die Öffnungen 385 in dem vorderen Halteansatz 330 so ausgebildet sein, dass sie den Halteansatz 330 entlang seiner Umfangslänge unterbrechen und mehrere Umfangssegmente erzeugen. In einer derartigen Ausführungsform können die Kühllöcher 340 in dem Hauptkörper 310 so ausgebildet sein, dass die Löcher 340 den hinteren Halteansatz 325 entlang seiner Umfangslänge unterbrechen und mehrere Umfangssegmente in dem hinteren Halteansatz 325 erzeugen.

[0035] Es dürfte auch erkennbar sein, dass der vorliegende Erfindungsgegenstand ferner ein Halteschema 500 der äusseren Seitenwand (Fig. 8) für eine Turbinenleitapparatschaufel einer Gasturbine umfasst. Das Halteschema 500 kann im Wesentlichen wenigstens eine Turbinenleitapparatschaufel mit einer inneren Seitenwand und einer äusseren Seitenwand und den vorstehend beschriebenen und dargestellten Haltering 300 umfassen. Insbesondere kann das Paar der Halteansätze 315 des Halterings 300 für eine Befestigung an der äusseren Seitenwand einer Turbinenleitapparatschaufel konfiguriert sein, um die Turbinenleitapparatschaufel in dem Gasströmungspfad der Turbine zu unterstützen. Ferner dürfte der Fachmann erkennen, dass, obwohl das Halteschema 500 der äusseren Seitenwand nachstehend im Zusammenhang mit der Unterstützung von Leitapparatschaufeln 400 der ersten Stufe beschrieben wird, das Halteschema 500 im Wesentlichen bei jeder Stufe in einer Gasturbine genutzt werden kann, um die Turbinenleitschaufein zu halten und zu unterstützen.

[0036] Fig. 5, 6 und 7stellen eine Ausführungsform einer Turbinenleitapparatschaufel, insbesondere einer Leitapparatschaufel 400 der ersten Stufe dar, welche an dem Haltering 300 in einer Ausführungsform des Halteschemas 500 der äusseren Seitenwand befestigt und unterstützt werden kann. Insbesondere stellt Fig. 5 eine Seitenansicht einer Leitapparatschaufel 400 der ersten Stufe dar. Fig. 6 stellt eine isometrische Ansicht einer Aussenoberfläche der äusseren Seitenwand der Leitapparatschaufel 400 der ersten Stufe dar. Fig. 7 stellt eine Draufsicht auf die Aussenoberflache der äusseren Seitenwand der Leitapparatschaufel 400 der ersten Stufe dar.

[0037] Die Leitapparatschaufel 400 kann eine innere Seitenwand 410, eine äussere Seitenwand 420 und ein Schaufelblatt 430 dazwischen enthalten. Das Schaufelblatt 430 kann einen (nicht dargestellten) Innenhohlraum zur Leitapparatschaufelkühlung mit einem Eintritt haben, der im Wesentlichen in axialer und Umfangs-Ausrichtung zu den Kühllöchern 340 (Fig. 2, 3und 4) des Halterings 300 ausgerichtet sind. Die äussere Seitenwand 420 kann eine Aussenseite 422 und eine Innenseite 424 enthalten. Bezüglich der Ausrichtung der vier Seiten der Leitapparatschaufelseitenwand, wenn sie sich in ihrer Lage auf dem Haltering 300 befindet, ist ein hinteres Ende 450 die stromabwärts liegende Seite und ein vorderes Ende 452 die stromaufwärts liegende Seite in Bezug auf die Strömung durch die Turbine. Ferner ist die Druckseite die Seite im Uhrzeigersinn und die Saugseite die Seiten gegen den Uhrzeigersinn, wenn man in Richtung des Strömungspfads von dem Brennerende blickt.

[0038] Die Aussenseite 422 der äusseren Seitenwand 420 kann zwei Halteösen haben. Eine erste Öse 440 und eine zweite Öse 445 können vor dem hinteren Ende 450 der Seitenwand in einen vorbestimmten Abstand s positioniert sein, wobei die Ösen in einer axialen Ausrichtung in Bezug auf das hintere Ende der Seitenwand 420 liegen. Die erste Öse 440 kann auf der Druckseite 456 der Seitenwand 420 positioniert sein und die zweite Öse 445 kann auf der Saugseite 454 der Seitenwand 420 positioniert sein. Zusätzlich können die erste Öse 440 und die zweite Öse 445 in Umfangsrichtung in der Nähe zu dem Rand ihres entsprechenden Randes der äusseren Seitenwand 420 positioniert sein. Die erste Öse 440 und die zweite Öse 445 können auch eine Breite w1 enthalten, w1 kann für einen Sitz in der Umfangshaltenut 320 (Fig. 2) des Paares der Halteansätze 315 angepasst sein, wenn die Leitapparatschaufel 400 in dem Haltering 300 montiert ist.

[0039] Ferner kann die erste Öse 440 einen axial ausgerichteten offenen Schlitz 442 enthalten und die zweite Öse 445 kann ein axial ausgerichtetes geschlossenes Stiftloch 447 enthalten. Das geschlossene Stiftloch 447 und der offene Schlitz 442 können zentriert sein, sodass sie radial und in Umfangsrichtung zu der Mittellinie 358 (Fig. 2) der axial ausgerichteten gepaarten Löcher 360 (Fig. 2) in den Halteansätzen 315 ausgerichtet sind, wenn die Leitapparatschaufel 400 auf dem Haltering 300 befestigt ist. Das geschlossene Stiftloch 447 und der offene Schlitz 442 können auch so bemessen sein, dass sie Haltestifte 490, 495 für die Leitapparatschaufel 400 aufnehmen. Im Allgemeinen kann die Stabilität der Leitapparatschaufel durch eine Platzierung der Ösen so weit wie möglich vorne und so weit wie möglich voneinander entfernt verbessert werden, um grössere Momentenarme zur Reaktion auf Gasbelastungen zu erzeugen. Zusätzlich verringert die Verschiebung der Unterstützungsösen weg von der Hinterkante die in die Hinterkante eingeleitete Spannung.

[0040] Die äussere Seitenwand 420 enthält ferner eine Sehnenscharnierschiene 460 auf dem hinteren Rand 450. Die Sehnenscharnierschiene 460 verläuft von der Innenseite der Seitenwand 420 von der Druckseite zu der Saugseite und erstreckt sich im Wesentlichen in radialer Auswärtsrichtung von dem hinteren Rand 450 der Seitenwand 420 aus. Die Sehnenscharnierschiene 460 ragt ausreichend radial nach aussen, um wenigstens teilweise oder vollständig den radialen Bereich der Durchtrittslöcher 345 (Fig. 2) in der Hinterseite 326 des hinteren Halteansatzes 325 zu überdecken. Eine Sehnenscharnierdichtung 465 kann auf der hinteren Oberfläche 468 der Sehnenscharnierschiene 460 vorgesehen sein, um eine Sitzoberfläche gegenüber dem Deckband der Laufschaufel der ersten Stufe bereitzustellen. Die Sehnenscharnierdichtung 465 stellt auch eine axiale Unterstützung für die äussere Seitenwand 420 gegenüber dem Deckband bereit. Die axiale Unterstützung durch das Deckband für die äussere Seitenwand 420 ergänzt die Radial- und Umfangsunterstützung, die durch die Halteansätze 315 des Halteringes 300 bereitgestellt wird.

[0041] In Fig. 7 zeigt die Draufsicht auf die äussere Seitenwand, dass die Seitenwand 420 die Form eines Parallelogramms mit einem speziellen Seitenwandanstellwinkel 485 haben kann. In einer Ausführungsform ist der Seitenwandanstellwinkel 485 angenähert 23 Grad zur Axialrichtung. Die Schrägstellung führt dazu, dass in dem hinteren Ende 450 der äusseren Seitenwand 420 (und somit in der Sehnenscharnierschiene 460) in Umfangsrichtung zu der Druckseite 456 und weg von der Saugseite 454 der äusseren Seitenwand 420 verschoben sind. Wenn sich der erste Haltestift 490 in seiner Lage in der ersten Halteöse 440 befindet, wird somit eine axiale Einführung und Entfernung entlang der Mittellinienlinie 492 des ersten Haltestiftes 490 durch die Sehnenscharnierschiene 460 blockiert. Jedoch fällt die Mittellinie 496 des zweiten Haltestiftes 495 in der zweiten Halteöse 445 in Umfangsrichtung ausserhalb der Sehnenscharnierschiene 460.

[0042] Die innere Seitenwand 410 enthält eine Sehnenscharnierschiene 470 auf einer Innenseite 415 der Seitenwand 410. Die Sehnenscharnierschiene 470 verläuft quer zu der Innenseite 415 von der Druckseite zu der Saugseite und erstreckt sich in einer im Wesentlichen nach innen gerichteten radialen Richtung aus der Innenseite 415 der Innenseitenwand 410. Zusätzlich kann die Sehnenscharnierschiene 470 eine erhöhte Sitzoberfläche einer Sehnenscharnierdichtung 475 enthalten, die mit einem inneren Unterstützungsring darin sitzen kann, um eine axiale Unterstützung für die innere Seitenwand 410 der Leitapparatschaufel 400 bereitzustellen. Die Sehnenscharnierdichtung 475 blockiert ferner einen Durchtritt von Hochdruckluft aus dem Verdichter zwischen der inneren Seitenwand 410 und dem inneren Unterstützungsring.

[0043] Fig. 8 veranschaulicht eine schematische Seitenaufrissansicht einer Ausführungsform eines Schemas 500 einer äussere Seitenwandhalterung für eine Turbinenleitapparatschaufel gemäss einem Aspekt des vorliegenden Erfindungsgegenstandes. Wie vorstehend gezeigt, kann das Halteschema 500 im Wesentlichen eine Turbinenleitapparatschaufel und einen Haltering für die Unterstützung der Leitapparatschaufel umfassen. Somit kann gemäss Darstellung in Fig. 8 das Halteschema 500 eine Leitapparatschaufel 520 und einen Haltering 300 einer ersten Stufe umfassen, welche beide, wie hierin dargestellt und beschrieben, konfiguriert sein können. Heisse Verbrennungsgase strömen aus einem (nicht dargestellten) Brenner durch ein Übergangsteil 510. Die heissen Gase treten in die Leitapparatschaufel 520 der ersten Stufe ein, wobei sie auf ein Schaufelblatt 430 auftreffen. Die heissen Gase werden durch das Schaufelblatt 430 zu der Laufschaufel 540 der ersten Stufe gelenkt. Der durch die Leitapparatschaufeln durchgeführte Lenkungsprozess beschleunigt den Gasstrom, was zu einer statischen Druckreduzierung zwischen den Einlass und Auslassebenen und einer hohen Druckbelastung der Leitapparatschaufeln führt. Der Haltering 300 enthält einen segmentierten vorderen Umfangssteg 330 und einen segmentierten hinteren Umfangssteg 325, welche beide für eine Befestigung und Unterstützung der Leitapparatschaufel 520 konfiguriert sein können. Insbesondere können die Halteösen 440, 545 (eine ist dargestellt) der äusseren Seitenwand 420 für jede Leitapparatschaufel 400 der ersten Stufe in der Umfangsringnut 320 des Halterings 300 sitzen. Die Haltestifte 490, 495 (einer ist dargestellt) können durch die axialen Löcher 345 und 350 in dem hinteren Halteansatz 325 bzw. dem vorderen Halteansatz 330 eingeführt sein. Zusätzlich können die Haltestifte 490, 495 auch in dem offenen Schlitz 442 und dem geschlossenen Stiftloch 447 der Halteösen 440, 545 aufgenommen sein. Somit können die Haltestifte 490, 495 eine Radial- und Umfangsunterstützung für die Leitapparatschaufel der ersten Stufe durch die Halteösen 440, 545 bereitstellen. Die Sehnenscharnierschiene 460 auf der äusseren Seitenwand 420 stellt eine axiale Unterstützung für die Leitapparatschaufel 400 an dem Punkt bereit, wo die Sehnenscharnierdichtung 465 in Kontakt mit dem Deckband 550 der Laufschaufel 540 der ersten Stufe steht. Die Sehnenscharnierschiene 470 auf der inneren Seitenwand 410 stellt eine axiale Unterstützung für die Leitapparatschaufel 400 an dem Punkt bereit, an dem die Sehnenscharnierdichtung 475 in Kontakt mit dem Unterstützungsring 580 steht. Ferner werden die Haltestifte 490, 495 (einer ist dargestellt) an einer Rückwärtsbewegung aus den Halteösen 440, 545 durch die Sehnenscharnierdichtung 460 gehindert.

[0044] Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschliesslich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschliesslich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.

[0045] Es wird Haltering 300 für eine Gasturbine offengelegt. Der Haltering 300 enthält einen Hauptkörper 310 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form. Ein Paar von Umfangshalteansätzen 315 ragt aus dem Hauptkörper 310 radial nach innen. Jeder Halteansatz 325, 330 des Paares der Umfanghalteansätze 315 kann entlang seiner Umfangslänge segmentiert sein.

Bezugszeichenliste

[0046] <tb>100<sep>herkömmliches Seitenwandhalterungsschema <tb>110<sep>Leitapparatschaufel der ersten Stufe <tb>115<sep>äussere Seitenwand <tb>120<sep>innere Seitenwand <tb>125<sep>Schaufelblatt <tb>130<sep>Leitapparatschaufel-Haltering <tb>135<sep>Leitapparatschaufel-Unterstutzungsring <tb>145, 150<sep>Sehnenscharnierschienen <tb>147, 152<sep>Sehnenscharnierdichtungen <tb>160<sep>Deckband <tb>170<sep>Laufschaufel der ersten Stufe <tb>175<sep>Halteansatz <tb>180<sep>Ringnut <tb>185<sep>Haltehaken <tb>300<sep>Haltering <tb>310<sep>Körper <tb>315<sep>Paar von Halteansätzen <tb>d<sep>Vorsprungstrecke der Halteansätze <tb>w<sep>Trennungsbreite der Halteansätze <tb>320<sep>Umfangsringnut <tb>325<sep>hinterer Halteansatz <tb>326<sep>Hintere Umfangsoberfläche <tb>328<sep>vordere Umfangsoberfläche <tb>330<sep>vorderer Halteansatz <tb>331<sep>vordere Umfangsoberfläche <tb>333<sep>hintere Umfangsoberfläche <tb>334<sep>vordere Umfangssegmente <tb>340<sep>Kühllöcher <tb>345<sep>Durchtrittslöcher <tb>350<sep>Stichlöcher <tb>358<sep>Mittellinie von Löchern (345, 350) <tb>360<sep>gepaarte Löcher <tb>370<sep>Mittellinie der Kühllöcher (340) <tb>375<sep>Mittellinie des vorderen Stegs (330) <tb>380<sep>Ende des Segmentes (334) <tb>385<sep>Öffnungen <tb>390<sep>hintere Umfangssegmente <tb>400<sep>Leitapparatschaufel der ersten Stufe <tb>410<sep>innere Seitenwand <tb>415<sep>Innenseite <tb>420<sep>äussere Seitenwand <tb>422<sep>Aussenseite <tb>424<sep>Innenseite <tb>430<sep>Schaufelblatt <tb>440<sep>erste Halteöse <tb>442<sep>offener Schlitz <tb>445<sep>zweite Halteöse <tb>447<sep>geschlossenes Stiftloch <tb>450<sep>hinterer Rand <tb>s<sep>Abstand zwischen den Stegen (450, 554) und hinterem Rand (450) <tb>454<sep>Saugseite <tb>456<sep>Druckseite <tb>w1<sep>Breite der Stege <tb>460<sep>Sehnenscharnierschiene <tb>465<sep>Sehnenscharnierdichtung <tb>470<sep>Sehnenscharnierschiene <tb>475<sep>Sehnenscharnierdichtung <tb>468<sep>hintere Oberfläche <tb>485<sep>Schrägstellungswinkel <tb>490<sep>erster Haltestift <tb>492<sep>Mittellinie von 490 <tb>495<sep>zweiter Haltestift <tb>496<sep>Mittellinie von 495 <tb>500<sep>Halteschema der äusseren Seitenwand <tb>510<sep>Übergangsteil <tb>520<sep>Leitapparatschaufel der ersten Stufe <tb>540<sep>Laufschaufel der ersten Stufe <tb>550<sep>Deckband <tb>580<sep>Unterstützungsring

Claims (10)

1. Haltering (300) für eine Turbinenleitapparatschaufel (400, 520) einer Gasturbine, wobei der Haltering (300) aufweist: einen Hauptkörper (310) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form; ein Paar von Umfangshalteansätzen (315), die von dem Hauptkörper (310) radial nach innen ragen, wobei das Paar der Umfangshalteansätze (315) für eine Befestigung an wenigstens einer Leitapparatschaufel (400, 520) einer Gasturbine konfiguriert ist; und wobei jeder Halteansatz (325, 330) des Paares der Umfangshalteansätze (315) entlang seiner Umfangslänge segmentiert ist.

2. Haltering (300) gemäss dem vorstehenden Anspruch, wobei das Paar der Umfangshalteansätze (315) einen vorderen Halteansatz (330) und einen hinteren Halteansatz (325) aufweist.

3. Haltering (300) nach Anspruch 2, der mehrere in dem Hauptkörper (310) ausgebildete Kühllöcher (340) aufweist, wobei die mehreren Kühllöcher (340) den vorderen Halteansatz (330) unterbrechen, um so Umfangssegmente (334) in dem vorderen Halteansatz (330) zu erzeugen.

4. Haltering (300) nach Anspruch 3, wobei die mehreren Kühllöcher (340) in dem Hauptkörper (310) so ausgebildet sind, dass eine Mittellinie (370) von jedem der mehreren Kühllöcher (340) im Wesentlichen zu einer Umfangsmittellinie (375) des vorderen Halteansatzes (330) ausgebildet ist.

5. Haltering (300) nach Anspruch 2, der mehrere in dem hinteren Halteansatz (325) ausgebildete Öffnungen (380) aufweist, wobei die mehreren Öffnungen (380) den hinteren Halteansatz (325) unterbrechen, um so Umfangssegmente (390) in dem hinteren Halteansatz (325) zu erzeugen.

6. Haltering (300) nach Anspruch 5, wobei die mehreren Öffnungen (380) eine gekrümmte Form haben.

7. Halteschema (500) einer äusseren Seitenwand für eine Turbinenleitapparatschaufel (400, 520) einer Gasturbine, wobei das Halteschema (500) der äusseren Seitenwand aufweist: einen Haltering (300) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Haltering (300) ein Paar von Umfangsstegen (315) enthält; wenigstens eine Leitapparatschaufel (400, 520) mit einer inneren Seitenwand (410) und einer äusseren Seitenwand (420); und wobei das Paar der Umfangshalteansätze (315) zur Befestigung an der äusseren Seitenwand (420) konfiguriert ist, um so die wenigstens eine Leitapparatschaufel (400, 520) zu unterstützen.

8. Halteschema (500) einer äusseren Seitenwand nach Anspruch 7, wobei die äussere Seitenwand (420) eine erste Öse (440) und eine zweite Öse (545) aufweist, wobei die erste Öse (440) und die zweite Öse (545) für einen Sitz in einer Umfangsringnut (320) angepasst sind, die zwischen dem Paar der Umfangshalteansätze (315) definiert ist.

9. Halteschema (500) einer äusseren Seitenwand nach Anspruch 8, das einen ersten Haltestift (490) und einen zweiten Haltestift (495) aufweist, wobei der erste Haltestift (490) zum Befestigen der ersten Öse (440) in der Umfangsringnut (320) an dem Paar der Umfangshalteansätze (315) dient, während der zweite Haltestift (495) zum Befestigen der zweiten Öse (445) in der Umfangsringnut (320) an dem Paar der Umfangshalteansätze (315) dient.

10. Halteschema (500) einer äusseren Seitenwand nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das eine Sehnenscharnierschiene (460) und eine Sehnenscharnierdichtung (465) auf der äusseren Seitenwand (420) der wenigstens einen Leitapparatschaufel (400, 520) und eine Sehnenscharnierschiene (470) und eine Sehnenscharnierdichtung (475) auf der inneren Seitenwand (410) der wenigstens einen Leitapparatschaufel (400, 520) aufweist.