CH708627A2

CH708627A2 - Turbinenschaufel.

Info

Publication number: CH708627A2
Application number: CH01397/14A
Authority: CH
Inventors: Xiuzhang James Zhang; James W Vehr
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2015-03-31
Also published as: US20150075180A1; DE102014112838A1; JP2015059570A

Abstract

Es ist hierin eine Turbinenschaufel (100) offenbart. Die Turbinenschaufel (100) enthält eine Plattform (102) und einen Schaftabschnitt (104), der sich von der Plattform (102) aus radial nach innen erstreckt. Der Schaftabschnitt (104) enthält eine Schlitzfläche (110), eine radiale Dichtungsstiftnut (118), die in der Schlitzfläche (110) ausgebildet ist, und wenigstens ein Kühlloch (122), das in der Schlitzfläche (110) an der radialen Dichtungsstiftnut (118) angeordnet ist.

Description

Beschreibung Gebiet der Erfindung

[0001 ] Ausführungsformen des Offenbarungsgegenstands betreffen allgemein eine Gasturbine und insbesondere Systeme und Verfahren zur Bereitstellung eines oder mehrerer Kühllöcher in einer Schlitzfläche einer Turbinenschaufel.

Hintergrund zu der Erfindung

[0002] Eine Gasturbine enthält gewöhnlich einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Die Effizienz der Turbine hängt zum Teil von der Menge einer Kühlluftströmung von dem Verdichter, die zur Kühlung von Komponenten in dem Heissgaspfad in dem Turbinenabschnitt verwendet wird. Die Kühlluftströmung kann in den Laufradzwischenraum der Turbine eingeleitet werden, um Hochtemperaturgase am Eintreten in den Laufradzwischenraum einzuschränken (oder zu spülen). Ein zu grosser Spülfluss zu dem Laufradzwischenraum kann den Turbinenwirkungsgrad verringern, da die Kühlluftströmung nicht zur Verrichtung von Arbeit zur Verfügung stehen kann.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0003] Einige oder alle der vorstehenden Bedürfnisse und/oder Probleme können durch manche Ausführungsformen des Offenbarungsgegenstands bewältigt werden. Gemäss einer Ausführungsform ist eine Turbinenschaufel offenbart. Die Turbinenschaufel kann eine Plattform und einen Schaftabschnitt enthalten, der sich von der Plattform radial nach innen erstreckt. Der Schaftabschnitt kann eine Schlitzfläche, eine radiale Dichtungsstiftnut, die in der Schlitzfläche ausgebildet ist, und wenigstens ein Kühlloch enthalten, das in der Schlitzfläche an der radialen Dichtungsstiftnut angeordnet ist.

[0004] Die zuvor erwähnte Turbinenschaufel kann ferner einen radialen Dichtungsstift aufweisen, der innerhalb der radialen Dichtungsstiftnut positionierbar ist.

[0005] In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das wenigstens eine Kühlloch eingerichtet sein, um eine Kühlfluidströmung an der radialen Dichtungsstiftnut zu liefern.

[0006] Die Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine vordere Nutausnehmung aufweisen, die an einem vorderen Rand des Schaftabschnitts ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Kühlloch in der Schlitzfläche an der vorderen Nutausnehmung angeordnet ist.

[0007] In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das wenigstens eine Kühlloch an wenigstens einem der folgenden Elemente positioniert sein: einem radialen äusseren Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut; einem stromaufwärtigen Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut; einem stromabwärtigen Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut; und/oder einer Kombination von diesen.

[0008] In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das wenigstens eine Kühlloch mehrere Kühllöcher aufweisen.

[0009] In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Schlitzfläche eine druckseitige Schlitzfläche und/oder eine saugseitige Schlitzfläche aufweisen.

[0010] In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das wenigstens eine Kühlloch mit einem Kühlkreislauf in Verbindung stehen.

[0011 ] Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist ein Gasturbinensystem offenbart. Das System kann einen Verdichter, eine Brennkammer in Verbindung mit dem Verdichter und eine Turbine in Verbindung mit der Brennkammer enthalten. Die Turbine kann eine oder mehrere Turbinenschaufeln aufweisen. Die Turbinenschaufel kann eine Plattform und einen Schaftabschnitt enthalten, der sich von der Plattform aus radial nach innen erstreckt. Der Schaftabschnitt kann eine Schlitzfläche, eine radiale Dichtungsstiftnut, die in der Schlitzfläche ausgebildet ist, und wenigstens ein Kühlloch enthalten, das in der Schlitzfläche an der radialen Dichtungsstiftnut angeordnet ist.

[0012] Die Turbinenschaufel des zuvor erwähnten Gasturbinensystems kann eine beliebige Konfiguration der Turbinenschaufel gemäss der ersten Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, aufweisen.

[0013] Ferner ist gemäss einer weiteren Ausführungsform ein Schaftabschnitt einer Turbinenschaufel offenbart. Der Schaftabschnitt kann eine Schlitzfläche, eine radiale Dichtungsstiftnut, die in der Schlitzfläche ausgebildet ist, und wenigstens ein Kühlloch enthalten, das in der Schlitzfläche an der radialen Dichtungsstiftnut angeordnet ist.

[0014] Der zuvor erwähnte Schaftabschnitt einer Turbinenschaufel kann eine beliebige Konfiguration des Schaftabschnitts der Turbinenschaufel der ersten Ausführungsform aufweisen, wie vorstehend beschrieben. Insbesondere kann der Schaftabschnitt ferner einen radialen Dichtungsstift aufweisen, der innerhalb der radialen Dichtungsstiftnut positionierbar ist. Das wenigstens eine Kühlloch kann konfiguriert sein, um eine Kühlfluidströmung an der radialen Dichtungsstiftnut zu liefern. Der Schaftabschnitt kann ferner eine vordere Nutausnehmung aufweisen, die an einem vorderen Rand des Schaftabschnitts ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Kühlloch in der Schlitzfläche an der vorderen Nutausnehmung angeordnet ist.

[0015] Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Merkmale der Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich.

2 Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0016] Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise massstabsgetreu gezeichnet sind.

Fig. 1 zeigt in schematisierter Weise eine beispielhafte Ansicht einer Gasturbine.

Fig. 2 zeigt in schematisierter Weise eine beispielhafte Querschnittsansicht einer Turbinenschaufel.

Fig. 3 zeigt in schematisierter Weise eine beispielhafte perspektivische Querschnittsansicht einer Turbinenschaufel gemäss einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.

Fig. 4 zeigt in schematisierter Weise eine beispielhafte perspektivische Querschnittsansicht einer Turbinenschaufel gemäss einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0017] Anschauliche Ausführungsformen sind hier nachstehend in grösseren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, jedoch nicht alle Ausführungsformen veranschaulicht sind. Der Offenbarungsgegenstand kann in vielfältigen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich überall auf gleiche Elemente.

[0018] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbine 10, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 verdichtet eine ankommende Luftströmung 20. Der Verdichter liefert die verdichtete Luftströmung 20 zu einer Brennkammer 25. Die Brennkammer 25 vermischt die verdichtete Luftströmung 20 mit einer verdichteten Brennstoffströmung 30 und zündet das Gemisch, um eine Strömung von Verbrennungsgasen 35 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzelne Brennkammer 25 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 25 enthalten. Die Strömung der Verbrennungsgase 35 wird wiederum zu einer stromabwärtigen Turbine 40 geliefert. Die Strömung der Verbrennungsgase 35 treibt die Turbine 40 an, um mechanische Arbeit zu verrichten. Die in der Turbine 40 verrichtete mechanische Arbeit treibt über eine Welle 45 den Verdichter 15 und eine externe Last 50, wie beispielsweise einen elektrischen Generator oder dergleichen an.

[0019] Die Gasturbine 10 kann Erdgas, verschiedene Synthesegasarten und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine beliebige von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, wie beispielsweise denjenigen, die von der General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, und dergleichen. Die Gasturbine 10 kann unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Es können auch andere Arten von Gasturbinen hierin verwendet werden. Es können mehrere Gasturbinen, andere Arten von Turbinen und andere Arten einer Energieerzeugungsausrüstung auch gemeinsam hierin verwendet werden.

[0020] Fig. 2 zeigt in schematisierter Weise eine beispielhafte Ausführungsform eines Abschnitts der Turbine 40. Die Turbine 40 kann einen Rotor 52 enthalten, der um eine Längsachse herum positioniert ist. Es kann eine Anzahl von Laufschaufeln 54 an dem Rotor 52 montiert sein. Zum Beispiel können die Laufschaufeln 54 längs des Umfangs benachbart zueinander positioniert sein und sich von dem Rotor 52 aus radial nach aussen erstrecken. Die Laufschaufeln 54 können eine oder mehrere Stufen in der Turbine 40 bilden. Zum Beispiel können die Laufschaufeln 54 eine erste Stufe, eine letzte Stufe oder eine beliebige Stufe dazwischen bilden. Die Laufschaufeln 54 können eine Plattform 56, einen Schaftabschnitt 58, ein Schaufelblatt 60 und einen Schwalbenschwanz 62 enthalten. Der Schwalbenschwanz 62 kann konfiguriert sein, um mit einem zugehörigen Schwalbenschwanz 64 des Rotors 52 zusammenzupassen.

[0021 ] Der Schaftabschnitt 56 kann eine Schlitzfläche 66 enthalten. Die Schlitzfläche 66 ist der umfangsseitige Rand des Schaftabschnitts 58. In einigen Fällen kann der vordere Rand des Schaftabschnitts 58 eine vordere Nutausnehmung 68 enthalten. Die vordere Nutausnehmung 68 kann zwischen einer Engelflügeldichtung 70 und einer Vorderkante 72 der Plattform 76 ausgebildet sein. Die vordere Nutausnehmung 68 kann einen Bereich bereitstellen, in dem Spülluft aus den Laufradzwischenräumen sich mit den heissen Verbrennungsgasen verbindet. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.

[0022] Fig. 3 und 4 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform für eine Turbinenschaufel 100, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Turbinenschaufel 100 kann eine Plattform 102, einen Schaftabschnitt 104, ein Schaufelblatt 106 und einen Schwalbenschwanz 108 enthalten. Der Schaftabschnitt 104 kann sich radial innen von der Plattform 102 erstrecken, und das Schaufelblatt 106 kann sich radial aussen von der Plattform 102 erstrecken. Der Schaftabschnitt 104 kann eine Schlitzfläche 1 10 enthalten. Die Schlitzfläche 1 10 ist der umfangsseitige Rand des Schaftabschnitts 104. Abhängig von der Orientierung des Schaufelblattes 106 kann die Schlitzfläche 1 10 eine druckseitige Schlitzfläche (wie in Fig. 3 dargestellt) oder eine saugseitige Schlitzfläche (wie in Fig. 4 dargestellt) sein. D.h., die an der Druckseite des Schaufelblattes 106 positionierte Schlitzfläche 1 10 ist die druckseitige Schlitzfläche, und die an der Saugseite des Schaufelblattes 106 positionierte Schlitzfläche 1 10 ist die saugseitige Schlitzfläche.

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Claims

[0023] In einigen Fällen kann der vordere Rand des Schaftabschnitts 104 eine vordere Nutausnehmung 1 12 enthalten. Die vordere Nutausnehmung 1 12 kann zwischen einer Engelflügeldichtung 1 14 und einer Vorderdankte 1 16 der Plattform 102 ausgebildet sein. Die vordere Nutausnehmung 112 kann einen Bereich bereitstellen, in dem Spülluft aus den Laufradzwischenräumen sich mit den heissen Verbrennungsgasen verbindet. [0024] In manchen Ausführungsformen kann die Turbinenschaufel 102 eine radiale Dichtungsstiftnut 1 18 enthalten, die in der Schlitzfläche 1 10 ausgebildet ist. Die radiale Dichtungsstiftnut 1 18 kann sich wenigstens teilweise von der Plattform 102 aus zu dem Schwalbenschwanz 108 erstrecken. In einigen Fällen kann ein radialer Dichtungsstift 120 (der der Übersichtlichkeit wegen mit gestrichelter Linie dargestellt ist) innerhalb der radialen Dichtungsstiftnut 1 18 positioniert sein. D.h., jede radiale Dichtungsstiftnut 1 18 kann bemessen und gestaltet sein, um darin einen radialen Dichtungsstift 120 aufzunehmen, um eine Abdichtung zwischen benachbarten Schaftabschnitten 104 zu unterstützen, wenn eine Anzahl von Turbinenlaufschaufeln 100 mit dem Rotor gekoppelt sind. Die US-Offenlegungsschrift Nr. 201 1/0 081 245 und die US-Patentschrift Nr. 7 600 972 beschreiben beide beispielhafte Ausführungsformen einer radialen Dichtungsstiftnut und eines radialen Dichtungsstiftes und sind hierin durch Verweis mit aufgenommen. In einigen Fällen kann/können lediglich die druckseitige Schlitzfläche und/oder die saugseitige Schlitzfläche die radiale Dichtungsstiftnut 1 18 und/oder den radialen Dichtungsstift 120 enthalten. Auf diese Weise kann eine Schlitzfläche, die die radiale Dichtungsstiftnut 1 18 und/oder den radialen Dichtungsstift 120 nicht enthält, dennoch eine Abdichtung mit einer benachbarten Turbinenschaufel 100 schaffen, die die radiale Dichtungsstiftnut 1 18 und/oder den radialen Dichtungsstift 120 enthält. [0025] Die Turbinenschaufel 100 kann wenigstens ein Kühlloch 122 enthalten, das in der Schlitzfläche 1 10 um die radiale Dichtungsstiftnut 1 18 herum angeordnet ist. Das Kühlloch 122 kann innerhalb einer druckseitigen Schlitzfläche und/oder einer saugseitigen Schlitzfläche angeordnet sein. Das Kühlloch 122 kann eingerichtet sein, um eine Strömung eines Kühlfluids (z.B. Luft) zu dem Bereich um die radiale Dichtungsstiftnut 1 18 und/oder den radialen Dichtungsstift 120 herum zu liefern. Zum Beispiel kann das Kühlloch 122 mit einer Strömung einer von dem Verdichter über einen Kühlkreislauf 124 abgeleiteten Luft in Strömungsverbindung stehen. Es können andere Luftquellen verwendet werden. In einigen Fällen kann der Kühlkreislauf 124 eine Anzahl von Kanälen 126 oder dergleichen enthalten, die im Innern der Turbinenschaufel 100 angeordnet sind. Auf diese Weise kann das Kühlloch 122 mit einem beliebigen einzelnen der Kanäle 126 in Strömungsverbindung stehen. Die Ausrichtung, Konfiguration und Anzahl der Kühlkreisläufe 124 und/oder der Kanäle 126 kann variieren. [0026] In manchen Ausführungsformen kann das Kühlloch 122 in der Schlitzfläche 1 10 an der vorderen Nutausnehmung 1 12 angeordnet sein. D.h., das Kühlloch 122 kann in der Schlitzfläche 1 10 zwischen der Engelflügeldichtung 1 14 und der Vorderkante 1 16 der Plattform 102 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlloch 122 an einem radial äusseren Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut 1 18 positioniert sein. In einem anderen Fall kann das Kühlloch 122 an einem stromaufwärtigen Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut 1 18 und/oder einem stromabwärtigen Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut 1 18 positioniert sein. Das Kühlloch 122 kann an einer beliebigen Stelle an der radialen Dichtungsstiftnut 1 18 positioniert sein. Ausserdem kann das Kühlloch 122 in einigen Fällen eine Anzahl von Kühllöchern 122 enthalten. D.h., es können mehrere Kühllöcher 122 in der Schlitzfläche 1 10 an verschiedenen Stellen an der radialen Dichtungsstiftnut 1 18 angeordnet sein. [0027] Die Lage der Kühllöcher 122 ermöglicht eine Kühlung des Bereichs an der radialen Dichtungsstiftnut 1 18 und/oder dem radialen Dichtungsstift 120. Die vordere Nutausnehmung 1 12 kann wiederum weniger Spülluft erfordern, was einen grösseren Wirkungsgrad der Gasturbine zur Folge hat. [0028] Obwohl Ausführungsformen in einer Sprache beschrieben worden sind, die für die strukturellen Merkmale und/oder methodischen Handlungen spezifisch ist, sollte verstanden werden, dass die Offenbarung nicht notwendigerweise auf die speziellen beschriebenen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Vielmehr sind die speziellen Merkmale und Handlungen als anschauliche Formen zur Implementierung der Ausführungsformen offenbart. [0029] Es ist hierin eine Turbinenschaufel offenbart. Die Turbinenschaufel kann eine Plattform und einen Schaftabschnitt enthalten, der sich von der Plattform aus radial nach innen erstreckt. Der Schaftabschnitt kann eine Schlitzfläche, eine radiale Dichtungsstiftnut, die in der Schlitzfläche ausgebildet ist, und wenigstens ein Kühlloch enthalten, das in der Schlitzfläche an der radialen Dichtungsstiftnut angeordnet ist. Patentansprüche 1. Turbinenschaufel, die aufweist: eine Plattform; und einen Schaftabschnitt, der sich von der Plattform aus radial nach innen erstreckt, wobei der Schaftabschnitt aufweist: eine Schlitzfläche; eine radiale Dichtungsstiftnut, die in der Schlitzfläche ausgebildet ist; und wenigstens ein Kühlloch, das in der Schlitzfläche an der radialen Dichtungsstiftnut angeordnet ist.
2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 , das ferner einen radialen Dichtungsstift aufweist, der innerhalb der radialen Dichtungsstiftnut positionierbar ist.
3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wenigstens eine Kühlloch konfiguriert ist, um eine Kühlfluidströmung an der radialen Dichtungsstiftnut zu liefern. 4
4. Turbinenschaufel nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine vordere Nutausnehmung aufweist, die an einem vorderen Rand des Schaftabschnitts ausgebildet ist, wobei das wenigstens eine Kühlloch in der Schlitzfläche an der vorderen Nutausnehmung angeordnet ist.
5. Turbinenschaufel nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Kühlloch an wenigstens einem der folgenden Elemente positioniert ist: einem radialen äusseren Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut; einem stromaufwärtigen Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut; einem stromabwärtigen Abschnitt der radialen Dichtungsstiftnut; oder einer Kombination von diesen.
6. Turbinenschaufel nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Kühlloch mehrere Kühllöcher aufweist; und/oder wobei das wenigstens eine Kühlloch mit einem Kühlkreislauf in Verbindung steht.
7. Turbinenschaufel nach einem beliebigen der vorherhegenden Ansprüche, wobei die Schlitzfläche eine druckseitige Schlitzfläche und/oder eine saugseitige Schlitzfläche aufweist.
8. Gasturbinensystem, das aufweist: ein Verdichter; eine Brennkammer in Verbindung mit dem Verdichter; und eine Turbine in Verbindung mit der Brennkammer, wobei die Turbine eine oder mehrere Turbinenschaufeln aufweist, die aufweisen: eine Plattform; und einen Schaftabschnitt, der sich radial nach innen von der Plattform erstreckt, wobei der Schaftabschnitt aufweist: eine Schlitzfläche; eine radiale Dichtungsstiftnut, die in der Schlitzfläche ausgebildet ist; und wenigstens ein Kühlloch, das in der Schlitzfläche an der radialen Dichtungsstiftnut angeordnet ist.
9. Gasturbinensystem nach Anspruch 8, wobei die eine oder mehreren Turbinenschaufeln gemäss einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 7 konfiguriert sind.
10. Schaftabschnitt einer Turbinenschaufeln, wobei der Schaftabschnitt aufweist: eine Schlitzfläche; eine radiale Dichtungsstiftnut, die in der Schlitzfläche ausgebildet ist; und wenigstens ein Kühlloch, das in der Schlitzfläche an der radialen Dichtungsstiftnut angeordnet ist. 5