CH709266A2 - Turbinenschaufel und Verfahren zum Auswuchten eines Spitzendeckbandes einer Turbinenschaufel und Gasturbine. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel (80) für eine Gasturbine. Die Turbinenschaufel (80) weist ein Flügelprofil (82), ein radial aussen von dem Flügelprofil (82) angeordnetes Spitzendeckband (88) und eine Dichtschiene (96) auf, die radial aussen von dem Spitzendeckband (88) angeordnet ist und sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes (88) erstreckt. Die Dichtschiene (96) weist eine maximale axiale Dicke an einer Stelle auf, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet und von dem Flügelprofil (82) in der im Wesentlichen tangentialen Richtung versetzt ist. Die eine Gasturbine und ein Verfahren zum Auswuchten des Spitzendeckbandes (88) einer Turbinenschaufel (80) einer Gasturbine.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung und das resultierende Patent beziehen sich allgemein auf Gasturbinen und beziehen sich genauer auf eine Turbinenschaufel und auf ein Verfahren zum Auswuchten eines Spitzendeckbandes einer Turbinenschaufel einer Gasturbine.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Bei einer Gasturbine können heisse Verbrennungsabgase von einer oder mehreren Brennkammern durch ein Zwischenstück und entlang eines Heissgaspfades einer Turbine strömen. Eine Anzahl von Turbinenstufen kann typischerweise in Reihe entlang des Heissgaspfades angeordnet sein, so dass die Verbrennungsabgase durch die Leitapparate und Laufschaufeln der ersten Stufe und anschliessend durch die Leitapparate und Laufschaufeln von späteren Stufen der Turbine strömen. Auf diese Weise können die Leitapparate die Verbrennungsabgase zu den betreffenden Laufschaufeln leiten, wodurch die Laufschaufeln veranlasst werden zu rotieren und eine Last anzutreiben, wie etwa einen elektrischen Generator oder dergleichen. Die Verbrennungsabgase können durch stationäre Umfangsverkleidungen eingeschlossen werden, die die Laufschaufeln umschliessen, die auch zum Lenken der Verbrennungsabgase entlang des Heissgaspfades beitragen können.

[0003] Bestimmte Turbinenschaufeln können ein Spitzendeckband aufweisen, das radial aussen gegenüber einem Flügelprofil angeordnet ist. Während des Betriebes der Turbine kann das Spitzendeckband den Ausfall eines Flügelprofils bei Schwingungsrissbildung durch Vibrationsbelastungen vermeiden. Jedoch können Belastungen in einem Kehlbereich zwischen dem Flügelprofil und dem Spitzendeckband aufgrund von Zentrifugalkräften eingeleitet werden, die auf das Spitzendeckband wirken. Entsprechend einigen Konfigurationen kann die Turbinenschaufel auch eine Dichtschiene aufweisen, die radial aussen gegenüber dem Spitzendeckband angeordnet ist und sich in einer Tangentialrichtung mit Bezug zu einer zentralen Rotationsachse der Turbine erstreckt. Die Dichtschiene kann sich allgemein radial in eine Nut erstrecken, die in der betreffenden stationären Umfangsverkleidung angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Dichtschiene eine Leckage von Verbrennungsabgasen zwischen dem Spitzendeckband und der stationären Umfangsverkleidung steuern oder vermeiden. Ausserdem kann die Dichtschiene das Biegen des Spitzendeckbandes reduzieren, obwohl die zusätzliche Masse der Dichtschiene Belastungen an dem Kehlbereich erhöhen kann.

[0004] Entsprechend einer bekannten Konfiguration kann sich die Dichtschiene in tangentialer Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstrecken und die Dichtschiene kann eine axiale Dicke aufweisen, die entlang der tangentialen Richtung konstant ist. Obwohl eine solche Konfiguration die Leckage über dem Spitzendeckband steuern kann und das Biegen des Spitzendeckbandes reduzieren kann, kann die zusätzliche Masse der Dichtschiene, insbesondere an den Enden des Spitzendeckbandes, die Belastungen an dem Kehlbereich erheblich vergrössern. Erhöhte Belastungen bei hohen Betriebstemperaturen können zu einer hohen Kriechgeschwindigkeit an dem Spitzendeckband führen, was die Teilelebensdauer der Turbinenschaufel verringern kann. Ausserdem können die erhöhten Belastungen bei erhöhten Temperaturen die Ermüdungslebensdauer der Turbinenschaufel reduzieren. Weiterhin kann eine solche Dichtschienenkonfiguration Herausforderungen beim Erreichen der Spitzendeckbandauswuchtung und der Freguenzabstimmung der Turbinenschaufel bereitstellen, die auch die Teilelebensdauer der Turbinenschaufel reduzieren können.

[0005] Es besteht daher ein Bedarf für eine Turbinenschaufel mit einer verbesserten Dichtschienenkonfiguration zur Erzielung einer Spitzendeckbandauswuchtung und Frequenzabstimmung der Turbinenschaufel. Insbesondere kann eine solche Dichtschienenkonfiguration optimiert werden, um eine angemessene Dichtschienenauswuchtung zu erreichen, während auch die notwendige Dichtschienenmasse bereitgestellt wird, um das Spitzendeckband abzustützen und die gewünschten Frequenzgrenzen aufrecht zu erhalten. Auf diese Weise kann eine solche Dichtschienenkonfiguration die Teilelebensdauer der Turbinenschaufel erhöhen und daher das Auftreten von teuren Reparaturen und Abschalten der Turbine reduzieren.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen somit eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine bereit. Die Turbinenschaufel kann ein Flügelprofil, ein radial aussen vom Flügelprofil angeordnetes Spitzendeckband und eine radial aussen vom Spitzendeckband angeordnete Dichtschiene aufweisen, die sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstreckt. Die Dichtschiene kann eine maximale axiale Dicke an einer Stelle aufweisen, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und versetzt von dem Flügelprofil in der im Wesentlichen tangentialen Richtung angeordnet ist.

[0007] Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen auch ein Verfahren zum Auswuchten eines Deckbandes einer Turbinenschaufel einer Gasturbine bereit. Das Verfahren kann den Schritt des Bereitstellens einer Dichtschiene aufweisen, die radial aussen von dem Spitzendeckband angeordnet ist und sich im Wesentlichen in tangentialer Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstreckt. Das Verfahren kann auch den Schritt des Variierens der axialen Dicke der Dichtschiene aufweisen, so dass eine maximale axiale Dicke an einer Stelle zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und versetzt von einem Flügelprofil der Turbinenschaufel in der im Wesentlichen tangentialen Richtung angeordnet ist.

[0008] Das Verfahren kann in irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel enthalten, dass der Schritt des Variierens der axialen Dicke der Dichtschiene das Auswuchten des Deckbandes um das Flügelprofil aufweist.

[0009] Das Verfahren kann in irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel enthalten, dass der Schritt des Variierens der axialen Dicke der Dichtschiene das Verteilen der Masse der Dichtschiene enthält, um die gewünschten Frequenzgrenzen zu erhalten.

[0010] Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen ausserdem eine Gasturbine bereit. Die Gasturbine kann einen Kompressor, eine in Kommunikationsverbindung mit dem Kompressor stehende Brennkammer und eine in Kommunikationsverbindung mit der Brennkammer stehende Turbine aufweisen. Die Turbine kann eine Anzahl von Turbinenschaufeln aufweisen, die in einer Umfangsanordnung angeordnet sind. Jede der Turbinenschaufeln kann ein Flügelprofil, ein radial aussen vom Flügelprofil angeordnetes Spitzendeckband und eine Dichtschiene aufweisen, die radial aussen vom Spitzendeckband angeordnet ist und sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstreckt. Die Dichtschiene kann eine maximale axiale Dicke an einer Stelle aufweisen, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und versetzt vom Flügelprofil in der im Wesentlichen tangentialen Richtung angeordnet ist.

[0011] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtschiene ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die Stelle der maximalen axialen Dicke mit einem ersten Abstand von dem ersten Ende der Dichtschiene und einem zweiten Abstand vom zweiten Ende der Dichtschiene angeordnet ist, und wobei der erste Abstand von dem zweiten Abstand verschieden ist.

[0012] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtschiene eine erste axiale Dicke an einem ersten Ende der Dichtschiene und eine zweite axiale Dicke an dem zweiten Ende der Dichtschiene aufweist, und wobei die erste axiale Dicke gleich gross ist wie die zweite axiale Dicke.

[0013] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtschiene eine erste axiale Dicke an dem ersten Ende der Dichtschiene und eine zweite axiale Dicke an dem zweiten Ende der Dichtschiene aufweist, und wobei die erste axiale Dicke verschieden ist von der zweiten axialen Dicke.

[0014] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die axiale Dicke der Dichtschiene von dem ersten Ende der Dichtschiene zu der Stelle mit maximaler axialer Dicke variabel zunimmt und/oder dass die axiale Dicke der Dichtschiene von dem zweiten Ende der Dichtschiene zu der Stelle mit maximaler axialer Dicke variabel zunimmt.

[0015] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtschiene eine oder mehrere Regionen mit konstanter axialer Dicke aufweist, die zwischen der Stelle mit maximaler axialer Dicke und dem ersten Ende der Dichtschiene oder dem zweiten Ende der Dichtschiene angeordnet sind.

[0016] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Stelle mit maximaler axialer Dicke gegenüber einer Druckseite des Flügelprofils versetzt ist.

[0017] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Stelle mit maximaler axialer Dicke gegenüber einer Saugseite des Flügelprofils versetzt ist.

[0018] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Spitzendeckband über einen Kehlabschnitt mit dem Flügelprofil verbunden ist, und wobei die Stelle mit maximaler axialer Dicke gegenüber dem Kehlabschnitt in der im Wesentlichen tangentialen Richtung versetzt ist.

[0019] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Stelle mit maximaler axialer Dicke radial mit einem Abschnitt des Kehlbereichs fluchtet.

[0020] Bei irgendeinem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass die Dichtschiene eine Stromaufwärts-Fläche und eine Stromabwärts-Fläche aufweist, und wobei die Stelle mit maximaler axialer Dicke durch eine erste sich radial erstreckende Kante der Stromaufwärts-Fläche und eine zweite sich radial erstreckende Kante der Stromabwärts-Fläche gebildet ist.

[0021] Diese und andere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patentes werden für einen Durchschnittsfachmann beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und unter Berücksichtigung mit den mehreren Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offenbar werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0022] <tb>Fig. 1<SEP>ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine aufweisend einen Kompressor, eine Brennkammer und eine Turbine. <tb>Fig. 2<SEP>ist ein schematisches Darstellung eines Abschnitts einer Turbine, wie er bei der Gasturbine aus Fig. verwendet werden kann, der eine Anzahl von Turbinenstufen zeigt. <tb>Fig. 3<SEP>ist eine Frontansicht einer bekannten Turbinenschaufel wie sie in der Turbine nach Fig. 2 verwendet werden kann, wobei die Turbinenschaufel ein Flügelprofil, ein Spitzendeckband und eine Dichtschiene aufweist. <tb>Fig. 4<SEP>ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt der Turbinenschaufel aus Fig. 3 , der das Spitzendeckband, die Dichtschiene und das Flügelprofil (durch verdeckte Linien veranschaulicht) zeigt. <tb>Fig. 5<SEP>ist eine Frontalansicht eines Ausführungsbeispiels einer Turbinenschaufel wie sie hierin beschrieben sein kann und wie sie in eine Turbine aus Fig. 2 verwendet werden kann, wobei die Turbinenschaufel ein Flügelprofil, ein Spitzendeckband und eine Dichtschiene aufweist. <tb>Fig. 6<SEP>ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer Turbinenschaufel aus Fig. 5 , der das Spitzendeckband, die Dichtschiene und das Flügelprofil (veranschaulicht durch verdeckte Linien) zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0023] Es wird jetzt Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente durchgängig durch die verschiedenen Ansichten beziehen, wobei Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Gasturbine 10 zeigt, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Kompressor 15 aufweisen. Der Kompressor 15 komprimiert einen eingehenden Strom von Luft 20. Der Kompressor 15 gibt die komprimierte Strömung der Luft 20 an eine Brennkammer 25 ab. Die Brennkammer 25 mischt die komprimierte Strömung der Luft 20 mit einer unter Druck stehenden Strömung eines Brennstoffes 30 und zündet das Gemisch, um eine Strömung von Verbrennungsabgasen 35 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer 25 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine 10 irgendeine Anzahl von Brennkammern 25 aufweisen. Die Strömung von Verbrennungsabgasen 35 wird wiederum an eine Turbine 40 abgegeben. Die Strömung der Verbrennungsabgase 35 treibt die Turbine 40 an, um eine mechanische Arbeit zu erzeugen. Die in der Turbine 40 erzeugte mechanische Arbeit treibt einen Kompressor 15 über eine Welle 45 und eine externe Last 50, wie einen elektrischen Generator oder dergleichen an. Andere Konfigurationen und andere Komponenten können hierin verwendet werden.

[0024] Die Gasturbine 10 kann Erdgas, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine 10 kann irgendeine von einer Reihe von unterschiedlichen Gasturbinen sein, die durch die General Electric Company in Schenectady, New York angeboten werden, enthaltend aber nicht beschränkt auf solche wie etwa eine Serie 7 oder Serie 9 Schwerlastgasturbine oder dergleichen. Die Gasturbine 10 kann unterschiedliche Konfigurationen haben und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Andere Arten von Gasturbinen können hierin ebenfalls verwendet werden. Mehrere Gasturbinen, andere Arten von Turbinen und andere Arten von Energieerzeugungseinrichtungen können hierin zusammen verwendet werden. Auch wenn hierin eine Gasturbine 10 gezeigt ist, kann die vorliegende Erfindung auch auf irgendeine Art von Turbomaschine, wie etwa eine Dampfturbine anwendbar sein.

[0025] Fig. 2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Abschnitts der Turbine 40, die eine Anzahl von Stufen 52 aufweist, die in einem Heissgaspfad 54 der Gasturbine 10 angeordnet sind. Eine erste Stufe 56 kann eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Leitapparaten 58 der ersten Stufe und eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Laufschaufeln 60 der ersten Stufe enthalten, die um eine zentrale Achse CA der Turbine 40 angeordnet sind. Die erste Stufe 56 kann auch eine Verkleidung 62 der ersten Stufe enthalten, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und die Laufschaufeln 60 der ersten Stufe umgibt. Die Verkleidung 62 der ersten Stufe kann eine Anzahl von Verkleidungssegmenten aufweisen, die benachbart zueinander in einer ringförmigen Anordnung angeordnet sind. Auf gleiche Weise kann eine zweite Stufe 64 eine Anzahl von Leitapparaten 66 der zweiten Stufe, eine Anzahl von Laufschaufeln 68 der zweiten Stufe und eine Verkleidung 70 der zweiten Stufe aufweisen, die die Laufschaufeln 68 der zweiten Stufe umgibt. Ferner kann eine dritte Stufe 72 eine Anzahl von Leitapparaten 74 der dritten Stufe, eine Anzahl von Laufschaufeln 76 der dritten Stufe und eine Verleidung 78 der dritten Stufe aufweisen, die die Laufschaufeln 76 der dritten Stufe umschliesst. Auch wenn der Abschnitt der Turbine 40 so veranschaulicht ist, dass er drei Stufen 52 enthält, kann die Turbine 40 irgendeine Anzahl von Stufen 52 aufweisen, die entlang der zentralen Achse CA der Turbine 40 angeordnet sind.

[0026] Fig. 3 und 4 zeigen eine Turbinenschaufel 80, wie sie in einer der Stufen 52 der Turbine 40 verwendet werden kann. Z.B. können die Laufschaufeln 80 in der zweiten Stufe 64 oder einer späteren Stufe der Turbine 40 verwendet werden. Allgemein ausgedrückt können die Turbinenschaufeln 80 ein Flügelprofil 82, einen Schaft 84 und eine Plattform 86 aufweisen, die zwischen dem Flügelprofil 82 und dem Schaft 84 angeordnet ist. Wie vorstehend beschrieben, kann eine Anzahl von Laufschaufeln 80 in einer Umfangsanordnung innerhalb der Stufe 52 der Turbine 40 angeordnet sein. Auf diese Weise kann sich das Flügelprofil 82 jeder Laufschaufel 80 radial in Bezug auf die zentrale Achse CA der Turbine 40 erstrecken, während sich die Plattform 86 jeder Laufschaufel 80 tangential mit Bezug zu der zentralen Achse CA der Turbine 40 erstreckt.

[0027] Wie veranschaulicht kann sich das Flügelprofil 82 in einer radialen Richtung R von der Plattform 86 nach aussen zu einem Spitzendeckband 88 erstrecken, das um ein Spitzenende 90 der Laufschaufel 80 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Spitzendeckband 88 mit dem Flügelprofil 82 über einen Kehlbereich 92 verbunden sein. Der Schaft 84 kann sich von der Plattform 86 radial nach innen zu einem Wurzelende 94 der Laufschaufel 80 erstrecken, so dass die Plattform 86 allgemein eine Schnittstelle zwischen dem Flügelprofil 82 und dem Schaft 84 bildet. Wie veranschaulicht kann die Plattform 86 so gestaltet sein, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse CA der Turbine 40 während deren Betrieb erstreckt. Der Schaft 84 kann so ausgestaltet sein, um eine Wurzelstruktur zu bilden, wie etwa einen Schwalbenschwanz, dazu eingerichtet, die Laufschaufel 80 an einer Turbinenscheibe der Turbine 40 zu sichern. Während des Betriebes der Turbine 40 bewegt sich die Strömung von Verbrennungsabgasen 35 entlang des Heissgaspfades 54 und über die Plattformen 86 der Laufschaufeln 80, die zusammen mit dem Aussenumfang der Turbinenscheibe im Wesentlichen die radial innere Grenze des Heissgaspfades 54 bilden können. Auf gleiche Weise können die Spitzendeckbänder 88 der Laufschaufeln 80 im Wesentlichen die radial äussere Grenze des Heissgaspfades 54 bilden.

[0028] Wie in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, kann die Laufschaufel 80 auch eine Dichtschiene 96 aufweisen, die radial aussen von dem Spitzendeckband 88 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Dichtschiene 96 integral mit dem Spitzendeckband 88 ausgebildet sein. Wie veranschaulicht, kann sich die Dichtschiene 96 in einer tangentialen Richtung T in Bezug auf die zentrale Achse CA der Turbine 40 erstrecken. Insbesondere kann sich die Dichtschiene 96 in der tangentialen Richtung T von einem ersten Ende 97 des Spitzendeckbandes 88 zu einem zweiten Ende 98 des Spitzendeckbandes 88 erstrecken. Wie veranschaulicht, kann das Spitzendeckband 96 eine axiale Dicke AT aufweisen, gemessen in einer axialen Richtung A, die entlang einer Länge L der Dichtschiene 96 konstant ist, gemessen in der tangentialen Richtung T. Wie vorstehend beschrieben, kann sich die Dichtschiene 96 im Wesentlichen radial in eine Nut erstrecken, die in einer zugeordneten stationären Umfangsverkleidung gebildet ist. Auf diese Weise kann die Dichtschiene 96 eine Leckage von Verbrennungsabgasen zwischen dem Spitzendeckband 88 und der stationären Umfangsabdeckung während des Betriebes der Turbine 40 steuern oder verhindern. Ausserdem kann die Dichtschiene 96 das Durchbiegen des Spitzendeckbandes 88 während des Betriebes der Turbine 40 reduzieren, obwohl die zusätzliche Masse der Dichtschiene 96 die Belastungen an dem Kehlbereich 92 erhöhen kann.

[0029] Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Turbinenschaufel 100, wie sie hierin beschrieben ist. Die Turbinenschaufel 100 kann in einer der Stufen 52 der Turbine 40 verwendet werden und im Allgemeinen auf eine Weise ausgeführt sein, die der oben beschriebenen Turbinenschaufel 80 entspricht, obwohl bestimmte Unterschiede in der Struktur und Funktion hierin nachfolgend beschrieben sind. Z.B. kann die Laufschaufel 100 in der zweiten Stufe 64 oder in einer späteren Stufe der Turbine 40 verwendet werden. Wie dargestellt, kann die Laufschaufel 100 ein Flügelprofil 102, einen Schaft 104 und eine Plattform 106 aufweisen, die zwischen dem Flügelprofil 102 und dem Schaft angeordnet ist. Eine Anzahl von Laufschaufeln 100 kann in einer Umfangsanordnung innerhalb der Stufe 52 der Turbine 40 angeordnet sein. Auf diese Weise kann sich das Flügelprofil 102 jeder Laufschaufel radial mit Bezug zu der zentralen Achse CA der Turbine 40 erstrecken, während die Plattform 106 jeder Laufschaufel 100 sich tangential mit Bezug zu der zentralen Achse CA der Turbine 40 erstreckt.

[0030] Wie veranschaulicht, kann sich das Flügelprofil 102 in einer radialen Richtung R von der Plattform 106 zu dem Spitzendeckband 108 nach aussen erstrecken, das um ein Spitzenende 110 der Laufschaufel 100 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann das Spitzendeckband 108 über einen Kehlbereich 112 mit dem Flügelprofil 102 verbunden sein. Der Schaft 104 kann sich radial nach innen von der Plattform 106 zu einem Wurzelende 114 der Laufschaufel 100 erstrecken, so dass die Plattform 106 generell eine Schnittstelle zwischen dem Flügelprofil 102 und dem Schaft 104 bildet. Wie veranschaulicht kann die Plattform 106 so ausgebildet sein, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse CA der Turbine 40 während deren Betrieb erstreckt. Der Schaft 104 kann ausgebildet sein, um eine Wurzelstruktur, wie etwa einen Schwalbenschwanz, zu bilden, die dazu eingerichtet ist, die Laufschaufel 80 an einer Turbinenscheibe der Turbine 40 zu sichern. Während des Betriebes der Turbine 40 bewegt sich die Strömung der Verbrennungsabgase 35 entlang des Heissgaspfades 54 und über die Plattformen 106 der Laufschaufeln 100, die gemeinsam mit einem Aussenumfang der Turbinenscheibe die radial innere Grenze des Heissgaspfades 54 bilden. Auf gleiche Weise können die Spitzendeckbänder 108 der Laufschaufeln 100 im Wesentlichen die radial äussere Grenze des Heissgaspfades 54 bilden.

[0031] Wie in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht, kann die Laufschaufel 100 auch eine Dichtschiene 116 aufweisen, die radial aussen von dem Spitzendeckband 108 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Dichtschiene 116 integral mit dem Spitzendeckband 108 ausgebildet sein, wie veranschaulicht, kann sich die Dichtschiene 116 in einer tangentialen Richtung T mit Bezug zu der zentralen Achse CA der Turbine 40 erstrecken. Insbesondere kann sich die Dichtschiene 116 in der tangentialen Richtung T von einem ersten Ende 118 des Spitzendeckbandes 108 zu einem zweiten Ende 120 des Spitzendeckbandes 88 erstrecken. Auf diese Weise kann die Dichtschiene 116 eine Länge L aufweisen, gemessen in der tangentialen Richtung T, die sich von einem ersten Ende 122 der Dichtschiene 116 zu einem zweiten Ende 124 der Dichtschiene erstreckt. Das erste Ende 122 kann ein vorderes Ende und das zweite Ende 124 kann ein hinteres Ende mit Bezug auf eine Rotationsrichtung der Dichtschiene 116 um die zentrale Achse CA der Turbine sein. Wie veranschaulicht, kann die Dichtschiene 116 eine axiale Dicke aufweisen, gemessen in einer axialen Richtung A, die entlang der Länge L der Dichtschiene 116 variiert. Die Dichtschiene 116 kann eine erste axiale Dicke AT1an dem ersten Ende 122 und eine zweite axiale Dicke AT2an dem zweiten Ende 124 aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die erste axiale Dicke AT1gleich der zweiten axialen Dicke AT2sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die erste axiale Dicke AT1grösser sein als die zweite axiale Dicke AT2. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen kann die erste axiale Dicke AT1 kleiner sein als die zweite axiale Dicke AT2.

[0032] Gemäss einigen Ausführungsbeispielen, kann die Dichtschiene 116 eine vorgeneigte Konfiguration aufweisen und daher mit einem geringen Neigungswinkel bezogen auf die tangentiale Richtung T verlaufen, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Mit anderen Worten kann sich die Dichtschiene 116 in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung mit Bezug zu der zentralen Achse CA der Turbine 40 als Folge des Neigungswinkels erstrecken.

[0033] Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, kann die Dichtschiene 116 eine dritte axiale Dicke AT3an einer Stelle zwischen dem ersten Ende 122 und dem zweiten Ende 124 der Dichtschiene 116 aufweisen und die dritte axiale Dicke AT3kann grösser als die erste axiale Dicke AT1und die zweite axiale Dicke AT2sein. Insbesondere kann die dritte axiale Dicke AT3eine maximale axiale Dicke ATmaxder Dichtschiene 116 an einer Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke aufweisen, die zwischen dem ersten Ende 122 und dem zweiten Ende 124 angeordnet ist. Wie gezeigt, kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke mit einem ersten Abstand Di von dem ersten Ende 122 und einem zweiten Abstand D2von dem zweiten Ende 124 angeordnet sein, wobei der erste Abstand Di von dem zweiten Abstand D2verschieden ist. Mit anderen Worten kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke versetzt von dem Mittelpunkt der Länge L der Dichtschiene 116 angeordnet sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der erste Abstand Di grösser sein als der zweite Abstand D2. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der erste Abstand D1kleiner sein als der zweite Abstand D2.

[0034] Gemäss einigen Ausführungsbeispielen, wie in Fig. 6 gezeigt, kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke in der tangentialen Richtung T versetzt von dem Flügelprofil 102 (veranschaulicht durch verdeckte Linien) angeordnet sein. Insbesondere kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke einen Tangentialversatz TO, gemessen in tangentialer Richtung T, gegenüber dem Flügelprofil 102 aufweisen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke zu einer Druckseite 128 des Flügelprofils 102 versetzt sein, wie es gezeigt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke zu einer Saugseite 130 des Flügelprofils 102 versetzt sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke mit einem Abschnitt des Kehlabschnitts 112 (durch verdeckte Linien veranschaulicht) fluchtend ausgerichtet sein. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke in der tangentialen Richtung T von dem Kehlabschnitt 112 versetzt sein.

[0035] Die axiale Dicke der Dichtschiene 116 kann von einem ersten Ende 122 zu der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke zunehmen und kann auch von dem zweiten Ende 124 zu der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke zunehmen. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Dicke der Dichtschiene von dem ersten Ende 122 zu der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke konstant zunehmen und kann auch von dem zweiten Ende 124 zu der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke konstant zunehmen, wie es gezeigt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Dichtschiene 116 einen oder mehrere Bereiche mit konstanter axialer Dicke aufweisen, die zwischen dem ersten Ende 122 und der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke und/oder zwischen dem zweiten Ende 124 und der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke angeordnet sind. Bei noch anderen Ausführungsbeispielen kann die axiale Dicke der Dichtschiene 116 von dem ersten Ende 122 zu der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke variierend zunehmen und kann auch von dem zweiten Ende 124 zu der Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke variierend zunehmen, wie es gezeigt ist.

[0036] Die Dichtschiene 116 kann eine Stromaufwärts-Fläche 132 und eine Stromabwärts-Fläche 134 aufweisen, die sich jeweils von dem ersten Ende 122 zu dem zweiten Ende 124 erstrecken. Entsprechend bestimmter Ausführungsbeispiele, kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke durch eine erste sich radial erstreckende Kante 136 der Stromaufwärts-Fläche 132 und eine zweite sich radial erstreckende Kante 138 der Stromabwärts-Fläche 134 gebildet sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die erste sich radial erstreckende Kante 136 und die zweite sich radial erstreckende Kante 138 in der tangentialen Richtung T miteinander fluchten, wie es gezeigt ist. Gemäss einigen Ausführungsbeispielen kann die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke durch eine erste ebene Oberfläche der Stromaufwärts-Fläche 132 und eine zweite ebene Fläche der Stromabwärts-Fläche 134 gebildet sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die erste ebene Oberfläche und die zweite ebene Oberfläche in der tangentialen Richtung miteinander fluchten.

[0037] Die spezifischen Dimensionen der Dichtschiene 116, enthaltend die Länge L, die erste axiale Dicke AT1, die zweite axiale Dicke AT2, die maximale axiale Dicke ATmax, den ersten Abstand D1, den zweiten Abstand D2und den Tangentialversatz TO, können gewählt werden, um eine angemessene Auswuchtung des Spitzendeckbandes 108 optimal zu erreichen, während auch die notwendige Masse zur Stützung des Spitzendeckbandes 108 bereitgestellt und die gewünschten Frequenzgrenzen aufrechterhalten werden. Aufgrund der sich ändernden axialen Dicke entlang der Länge L der Dichtschiene 116 kann die Masse der Dichtschiene 116 nahe am ersten und am zweiten Ende 122, 124 so gewählt werden, dass nur ein notwendiges Mass zur Stützung des Spitzendeckbandes 108 bereitgestellt und das Durchbiegen darum reduziert wird, ohne unnötig erhöhte Belastungen an den Kehlabschnitt 112. Dabei kann die maximale axiale Dicke ATmaxund die Stelle 126 mit maximaler axialer Dicke, die durch den ersten Abstand Di, den zweiten Abstand D2 und den Tangential-versatz TO bestimmt ist, so gewählt werden, um eine Auswuchtung des Spitzendeckbandes zu erreichen und die notwendige Masse zur Frequenzabstimmung der Laufschaufel 100 bereitzustellen. Dementsprechend kann die Konfiguration der Dichtschiene 116 eine verbesserte Optimierung der Auswuchtung und der Frequenzeinstellung des Spitzendeckbandes im Vergleich zu der Dichtschiene 96 mit einer konstanten axialen Dicke bereitstellen.

[0038] Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen daher eine Turbinenschaufel bereit, mit einer verbesserten Dichtschienenkonfiguration um eine Spitzendeckband-Auswuchtung und eine Frequenzabstimmung der Turbinenschaufel zu erreichen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Dichtschienenkonfiguration optimiert werden, um eine angemessene Spitzendeckband-Auswuchtung zu erreichen, während auch die notwendige Dichtschienenmasse zur Stützung des Spitzendeckbandes bereitgestellt und die gewünschten Frequenzgrenzen aufrecht erhalten werden. Auf diese Weise kann die Dichtschienenkonfiguration ultimativ die Teilelebensdauer der Turbinenschaufel erhöhen und daher das Auftreten von teuren Reparaturen und Abschalten der Turbine reduzieren.

[0039] Es sollte verstanden werden, dass das vorstehende sich nur auf bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patents bezieht. Zahlreiche Änderungen und Modifikationen können hierin durch einen Durchschnittsfachmann ausgeführt werden, ohne von dem allgemeinen Gedanken und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente bestimmt ist.

[0040] Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine bereit. Die Turbinenschaufel kann ein Flügelprofil, ein radial aussen von dem Flügelprofil angeordnetes Spitzendeckband und eine Dichtschiene aufweisen, die radial aussen von dem Spitzendeckband angeordnet ist und sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstreckt. Die Dichtschiene kann eine maximale axiale Dicke an einer Stelle aufweisen, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet und von dem Flügelprofil in der im Wesentlichen tangentialen Richtung versetzt ist. Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen ausserdem eine Gasturbine und ein Verfahren zum Auswuchten des Spitzendeckbandes einer Turbinenschaufel einer Gasturbine bereit.

Bezugszeichenliste

[0041] <tb>10<SEP>Gasturbine <tb>15<SEP>Kompressor <tb>20<SEP>Strömung der Luft <tb>25<SEP>Brennkammer <tb>30<SEP>Strömung des Brennstoffes <tb>35<SEP>Strömung der Verbrennungsabgase <tb>40<SEP>Turbine <tb>45<SEP>Welle <tb>50<SEP>externe Last <tb>52<SEP>Turbinenstufen <tb>54<SEP>Heissgaspfad <tb>56<SEP>erste Stufe <tb>58<SEP>Leitapparat der ersten Stufe <tb>60<SEP>Laufschaufeln der ersten Stufe <tb>62<SEP>Verkleidung der ersten Stufe <tb>64<SEP>zweite Stufe <tb>66<SEP>Leitapparat der zweiten Stufe <tb>68<SEP>Laufschaufeln der zweiten Stufe <tb>70<SEP>Verkleidung der zweiten Stufe <tb>72<SEP>dritte Stufe <tb>74<SEP>Leitapparat der dritten Stufe <tb>76<SEP>Laufschaufeln der dritten Stufe <tb>78<SEP>Verkleidung der dritten Stufe <tb>80<SEP>Laufschaufeln <tb>82<SEP>Flügelprofil <tb>84<SEP>Schaft <tb>86<SEP>Plattform <tb>88<SEP>Spitzendeckband <tb>90<SEP>Spitzenende <tb>92<SEP>Kehlabschnitt <tb>94<SEP>Wurzelende <tb>96<SEP>Dichtschiene <tb>97<SEP>erstes Ende <tb>98<SEP>zweites Ende <tb>100<SEP>Turbinenschaufel <tb>102<SEP>Flügelprofil <tb>104<SEP>Schaft <tb>106<SEP>Plattform <tb>108<SEP>Spitzendeckband <tb>110<SEP>Spitzenden <tb>112<SEP>Kehlabschnitt <tb>114<SEP>Wurzelende <tb>116<SEP>Dichtschiene <tb>118<SEP>erstes Ende <tb>120<SEP>zweites Ende <tb>122<SEP>erstes Ende <tb>124<SEP>zweites Ende <tb>126<SEP>Stelle mit maximaler axialer Dicke <tb>128<SEP>Druckseite <tb>130<SEP>Saugseite <tb>132<SEP>stromaufwärts-Fläche <tb>134<SEP>stromabwärts-Fläche <tb>136<SEP>sich radial erstreckende erste Kante <tb>138<SEP>sich radial erstreckende zweite Kante

Claims (10)

1. Turbinenschaufel für eine Gasturbine, wobei die Turbinenschaufel aufweist: ein Flügelprofil; ein radial aussen von dem Flügelprofil angeordnetes Spitzendeckband; und eine Dichtschiene, die radial aussen vom Spitzendeckband angeordnet ist und sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstreckt, wobei die Dichtschiene eine maximale axiale Dicke an einer Stelle aufweist, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und versetzt zu dem Flügelprofil in der im Wesentlichen tangentialen Richtung angeordnet ist.

2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Dichtschiene ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die Stelle mit maximaler axialer Dicke mit einem ersten Abstand von dem ersten Ende der Dichtschiene und mit einem zweiten Abstand von dem zweiten Ende der Dichtschiene angeordnet ist, und wobei der erste Abstand von dem zweiten Abstand verschieden ist.

3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dichtschiene an dem ersten Ende der Dichtschiene eine erste axiale Dicke und an dem zweiten Ende der Dichtschiene eine zweite axiale Dicke aufweist und wobei die erste axiale Dicke gleich gross ist wie die zweite axiale Dicke.

4. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtschiene an dem ersten Ende der Dichtschiene eine erste axiale Dicke und an dem zweiten Ende der Dichtschiene eine zweite axiale Dicke aufweist, und wobei die erste axiale Dicke verschieden ist von der zweiten axialen Dicke.

5. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die axiale Dicke der Dichtschiene von dem ersten Ende der Dichtschiene zu der Stelle mit maximaler axialer Dicke unterschiedlich zunimmt und wobei die axiale Dicke der Dichtschiene von dem zweiten Ende der Dichtschiene zu der Stelle mit maximaler axialer Dicke unterschiedlich zunimmt.

6. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtschiene einen oder mehrere Abschnitte mit konstanter axialer Dicke aufweist, die zwischen der Stelle mit maximaler axialer Dicke und dem ersten Ende der Dichtschiene oder dem zweiten Ende der Dichtschiene angeordnet sind.

7. Turbinenschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtschiene eine Stromaufwärts-Fläche und eine Stromabwärts-Fläche aufweist, und wobei die Stelle mit maximaler axialer Dicke durch eine sich radial erstreckende erste Kante der Stromaufwärts-Fläche und eine sich radial erstreckende zweite Kante der Stromabwärts-Fläche gebildet ist.

8. Verfahren zum Auswuchten eines Spitzendeckbandes einer Turbinenschaufel einer Gasturbine, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Dichtschiene, die radial aussen vom Spitzendeckband angeordnet ist und sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstreckt; Verändern einer axialen Dicke der Dichtschiene derart, dass eine maximale axiale Dicke an einer Stelle zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und in der im Wesentlichen tangentialen Richtung versetzt von einem Flügelprofil der Turbinenschaufel angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verändern der axialen Dicke der Dichtschiene das Auswuchten des Spitzendeckbandes um das Flügelprofil aufweist und/oder wobei das Verändern der axialen Dicke der Dichtschiene das Verteilen der Masse der Dichtschiene aufweist, um die gewünschten Frequenzgrenzen zu erhalten.

10. Gasturbine, aufweisend: einen Kompressor; eine in Verbindung mit dem Kompressor stehende Brennkammer; und eine in Verbindung mit der Brennkammer stehende Turbine, wobei die Turbine eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln aufweist, die in einer Umfangsanordnung angeordnet sind, wobei jede der Turbinenschaufeln aufweist: ein Flügelprofil; ein Spitzendeckband, das radial aussen vom Flügelprofil angeordnet ist; und eine Dichtschiene, die radial aussen vom Spitzendeckband angeordnet ist und sich in einer im Wesentlichen tangentialen Richtung von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende des Spitzendeckbandes erstreckt, wobei die Dichtschiene eine maximale axiale Dicke an einer Stelle aufweist, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende und in der im Wesentlichen tangentialen Richtung versetzt von dem Flügelprofil angeordnet ist.