CH709444A2 - Laufschaufelblatt für eine Turbomaschine. - Google Patents

Abstract

Ein Turbomaschinenlaufschaufelblatt (33) enthält ein Wurzelende (44), ein von dem Wurzelende (44) beabstandetes Spitzenende (46) und eine Schaufelblattoberfläche (50), die sich zwischen dem Wurzelende (44) und dem Spitzenende (46) erstreckt. Die Schaufelblattoberfläche (50) enthält eine stromaufwärtige Kante (59), eine stromabwärtige Kante (60), eine Druckseite (56) und eine Saugseite (54), die ein natürliches Schaufelprofil definieren. Die Schaufelblattoberfläche (50) enthält eine Schaufelspannweitenzone (73), die eine Teilspannweitendeckbandzone aufweist. Ein erstes Teilspannweitendeckband (90) ragt nach aussen von der Druckseite (56) in der Teilspannweitenzone vor, und ein zweites Teilspannweitendeckband (92) ragt nach aussen von der Saugseite (54) in der Teilspannweitendeckbandzone vor. Das Turbomaschinenlaufschaufelblatt (33) enthält eine Unterbrechung des natürlichen Schaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG

[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft das Gebiet von Turbomaschinen und insbesondere ein Laufschaufelblatt für eine Turbomaschine.

[0002] Turbomaschinen enthalten einen Verdichterabschnitt, der über eine gemeinsame Verdichter-/Turbinenwelle und eine Brennkammeranordnung mit einem Turbinenabschnitt verbunden ist. Eine Luftströmung am Einlass wird durch einen Lufteinlass zu dem Verdichterabschnitt hin geleitet. In dem Verdichterabschnitt wird die Einlassluftströmung durch eine Anzahl aufeinander folgender Stufen zu der Brennkammeranordnung hin verdichtet. In der Brennkammeranordnung vermischt sich die verdichtete Luftströmung mit einem Brennstoff, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Das brennbare Gemisch wird in der Brennkammeranordnung verbrannt, um heisse Gase zu bilden. Die heissen Gase werden entlang eines Heissgaspfads des Turbinenabschnitts durch ein Übergangsstück hindurch geführt. Die heissen Gase expandieren entlang eines Heissgaspfades beim Durchgang durch eine Anzahl von Turbinenstufen, wobei sie auf Turbinenlaufschaufelblätter einwirken, die an Laufrädern montiert sind, um Arbeit zu verrichten, die ausgegeben wird, um z. B. einen Generator anzutreiben. In einigen Fällen sind die Laufschaufelblätter der letzten Stufe mit einem Teilspannweitendeckband versehen, um eine mechanische Dämpfung zu erzielen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0003] Gemäss einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein Turbomaschinenlaufschaufelblatt ein Wurzelende, ein Spitzenende, das von dem Wurzelende beabstandet ist, und eine Schaufelblattoberfläche, die sich zwischen dem Wurzelende und dem Spitzenende erstreckt. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine stromaufwärtige Kante, eine stromabwärtige Kante, eine Druckseite und eine Saugseite, die ein natürliches Laufschaufelprofil definieren. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine Schaufelspannweitenzone, die eine Teilspannweitendeckbandzone definiert. Ein erstes Teilspannweitendeckband ragt nach aussen von der Druckseite in der Teilspannweitendeckbandzone heraus, und ein zweites Teilspannweitendeckband ragt nach aussen von der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone heraus. Das Turbomaschinenlaufschaufelblatt enthält eine Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone.

[0004] In dem zuvor erwähnten Turbomaschinenlaufschaufelblatt kann die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie enthalten, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin definiert ist.

[0005] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 15% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 15% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin definiert ist.

[0006] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 10% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 10% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin definiert ist.

[0007] In dem Turbomaschinenlaufschaufelblatt einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann jeder von dem ersten und zweiten Teilspannweitendeckband aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende der entsprechend einen von der Druckseite und der Saugseite der Schaufelblattoberfläche hin angeordnet sein.

[0008] In dem Turbomaschinenlaufschaufelblatt einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Schaufelblattoberfläche eine Sehnenlänge enthalten, die zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante definiert ist, wobei die Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils eine Veränderung der Sehnenlänge in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen kann.

[0009] Ferner kann die Veränderung der Sehnenlänge eine Vergrösserung der Sehnenlänge in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen.

[0010] Das Turbomaschinenlaufschaufelblatt einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Veränderung eines natürlichen Laufschaufelblattprofils von wenigstens entweder der Druckseite und/oder der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen.

[0011] Insbesondere kann die Veränderung des natürlichen Laufschaufelblattprofils von wenigstens entweder der Druckseite und/oder der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone eine Veränderung des natürlichen Laufschaufelblattprofils von sowohl der Druckseite als auch der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen.

[0012] In dem Turbomaschinenlaufschaufelblatt einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone einen Zweifel-Belastungskoeffizienten zwischen etwa 0,5 und etwa 0,8 in der Teilspannweitendeckbandzone einrichten.

[0013] Gemäss einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält eine Turbomaschine einen Verdichterabschnitt, einen Turbinenabschnitt, der mit dem Verdichterabschnitt betriebsmässig verbunden ist, und eine Brennkammeranordnung, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist. Ein Turbomaschinenlaufschaufelblatt ist in entweder dem Verdichterabschnitt und/ oder dem Turbinenabschnitt angeordnet. Das Turbomaschinenlaufschaufelblatt enthält ein Wurzelende, ein von dem Wurzelende beabstandetes Spitzenende, wodurch eine Schaufelspannweitenzone definiert ist, und eine Schaufelblattoberfläche, die sich zwischen dem Wurzelende und dem Spitzenende erstreckt. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine stromaufwärtige Kante, eine stromabwärtige Kante, eine Druckseite und eine Saugseite, die ein natürliches Laufschaufelprofil definieren. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine Schaufelspannweitenzone, die eine Teilspannweitendeckbandzone definiert. Ein erstes Teilspannweitendeckband ragt in der Teilspannweitendeckbandzone von der Druckseite nach aussen vor. Ein zweites Teilspannweitendeckband ragt in der Teilspannweitendeckbandzone von der Saugseite nach aussen vor. Das Turbomaschinenlauf Schaufelblatt enthält eine Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone.

[0014] In der zuvor erwähnten Turbomaschine kann die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie enthalten, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittelinie in Richtung auf das Spitzenende und bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie in Richtung auf das Wurzelende definiert ist.

[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 15% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittelinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 15% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin definiert ist.

[0016] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 10% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 10% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin definiert ist.

[0017] In der Turbomaschine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Schaufelblattoberfläche eine Sehnenlänge enthalten, die zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante definiert ist, wobei die Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils eine Veränderung der Sehnenlänge in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen kann.

[0018] Die Turbomaschine einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Veränderung eines natürlichen Laufschaufelblattprofils von wenigstens entweder der Druckseite und/oder der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen.

[0019] Gemäss einem noch weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein Turbomaschinensystem einen Verdichterabschnitt, ein Lufteinlasssystem, das mit dem Verdichterabschnitt strömungsmässig verbunden ist, einen Turbinenabschnitt, der mit dem Verdichterabschnitt betriebsmässig verbunden ist, eine Brennkammeranordnung, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist, und eine angetriebene Komponente, die mit entweder dem Verdichterabschnitt oder dem Turbinenabschnitt betriebsmässig verbunden ist. Ein Turbomaschinenlaufschaufelblatt ist in entweder dem Verdichterabschnitt oder dem Turbinenabschnitt angeordnet. Das Turbomaschinenlaufschaufelblatt enthält ein Wurzelende, ein Spitzenende, das von dem Wurzelende beabstandet ist, und eine Schaufelblattoberfläche, die sich zwischen dem Wurzelende und dem Spitzenende erstreckt. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine stromaufwärtige Kante, eine stromabwärtige Kante, eine Druckseite und eine Saugseite, die ein natürliches Laufschaufelprofil definieren. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine Schaufelspannweitenzone, die eine Teilspannweitendeckbandzone definiert. Ein erstes Teilspannweitendeckband ragt nach aussen von der Druckseite in der Teilspannweitendeckbandzone vor, und ein zweites Teilspannweitendeckband ragt nach aussen von der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone vor. Das Turbomaschinenlaufschaufelblatt enthält eine Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone.

[0020] In dem zuvor erwähnten Turbomaschinensystem kann die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie enthalten, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin definiert ist.

[0021] Zusätzlich oder alternativ kann die Schaufelblattoberfläche eine Sehnenlänge enthalten, die zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante definiert ist, wobei die Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils eine Veränderung der Sehnenlänge in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen kann.

[0022] Das Turbomaschinensystem einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Veränderung eines natürlichen Laufschaufelblattprofils von wenigstens entweder der Druckseite und/oder der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone aufweisen.

[0023] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit dem Zeichnungen offensichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0024] Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist insbesondere in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung angegeben und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschliessen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine schematische Ansicht einer Turbomaschine, die eine Turbomaschinenlaufschaufel mit einem Laufschaufelblatt gemäss einer beispielhaften Ausführungsform enthält; <tb>Fig. 2<SEP>eine Perspektivansicht der Turbomaschinenlaufschaufel nach Fig. 1 gemäss einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform; <tb>Fig. 3<SEP>eine ausschnittsweise Seitenansicht der Turbomaschinenlaufschaufel nach Fig. 2 ; <tb>Fig. 4<SEP>eine ausschnittsweise quergeschnittene ebene Ansicht der Turbomaschinenlaufschaufel nach Fig. 1 gemäss einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform; <tb>Fig. 5<SEP>eine ausschnittsweise Hinteransicht der Turbomaschinenlaufschaufel nach Fig. 4 ; und <tb>Fig. 6<SEP>eine grafische Darstellung, die einen Zweifel-Belastungskoeffizienten in einer Teilspannweitenzone des Laufschaufelblattes gemäss einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.

[0025] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0026] Ein Turbomaschinensystem gemäss einer beispielhaften Ausführungsform ist in Fig. 1 allgemein bei 2 angezeigt. Das Turbomaschinensystem 2 enthält eine Turbomaschine 4, die einen Verdichterabschnitt 6 aufweist, der mit einem Turbinenabschnitt 8 über eine Welle 10 betriebsmässig verbunden ist. Der Verdichterabschnitt 6 ist ferner mit dem Turbinenabschnitt 8 über eine Brennkammeranordnung 12, die wenigstens eine Brennkammer 14 enthält, strömungsmässig verbunden. Das Turbomaschinensystem 2 ist ferner veranschaulicht, wie es ein Lufteinlasssystem 18 enthält, das eine Luftströmung zu einem (nicht gesondert bezeichneten) Einlass des Verdichterabschnitt 6 liefert. Das Lufteinlasssystem 18 kann die Luftströmung vor der Einleitung in den Verdichterabschnitt 6 konditionieren. Das Turbomaschinensystem 2 ist ferner veranschaulicht, wie es eine angetriebene Komponente 20 enthält, die mit dem Turbinenabschnitt 8 betriebsmässig verbunden ist. Die angetriebene Komponente 20 kann die Form eines Generators, einer Pumpe oder einer anderen mechanischen Last einnehmen. Der Turbinenabschnitt 8 ist noch weiter veranschaulicht, wie er mehrere Laufschaufeln 30 enthält, die innerhalb eines (nicht gesondert bezeichneten) Gehäuses drehbar montiert sind. Die Laufschaufeln 30 sind in einer Anzahl von Stufen angeordnet und enthalten Laufschaufeln 33 der letzten Stufe.

[0027] Luft tritt in das Lufteinlasssystem 18 ein und strömt zu dem Verdichterabschnitt 6. Die Luft wird verdichtet und zu der Brennkammeranordnung 12 weitergeleitet. Ein Teil der Luft wird in den Turbinenabschnitt 8 zur Kühlung geleitet. In der Brennkammeranordnung 12 wird die Luft mit einem Brennstoff und/oder Verdünnungsmitteln vermischt, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Das brennbare Gemisch wird unter Erzeugung heisser Gase verbrannt, die von der Brennkammeranordnung 12 zu dem Turbinenabschnitt 8 über ein (nicht veranschaulichtes) Übergangsstück strömen. Die heissen Gase expandieren beim Durchgang durch den Turbinenabschnitt 8, wobei zu diesem Zeitpunkt die Laufschaufeln 30 Wärmeenergie in mechanische Energie umwandeln, die die angetriebene Komponente 20 antreibt. Die Heissgase strömen an den Laufschaufeln 33 der letzten Stufe vorbei und zu einem (ebenfalls nicht veranschaulichten) Auslasssystem hin.

[0028] Wie am besten in den Fig. 2 – 4 veranschaulicht, enthalten die Laufschaufeln 33 der letzten Stufe ein Laufschaufelblatt 36, das sich von einem Wurzelende 44 zu einem Spitzenende 46 unter Definition einer Schaufelspannweite 47 erstreckt. Das Laufschaufelblatt 36 enthält eine Schaufelblattoberfläche 50 mit einer Saugseite 54 und einer Druckseite 56. Die Schaufelblattoberfläche 50 enthält ferner eine Vorder- oder stromaufwärtige Kante 59 und eine Hinter- oder stromabwärtige Kante 60. Die Schaufelblattoberfläche 50 enthält ein natürliches Laufschaufelkantenprofil 63 und ein natürliches Laufschaufelblattprofil 64. Das natürliche Laufschaufelkantenprofil 63 ist eine imaginäre Linie oder Oberfläche, die sich entlang entweder der stromaufwärtigen Kante 59 oder der stromabwärtigen Kante 60 zwischen dem Wurzelende 44 und dem Spitzenende 46 einem natürlichen Verlauf, der eine herkömmliche Schaufelfestigkeit definiert, folgend erstreckt. Das natürliche Laufschaufelblattprofil 64 beschreibt eine herkömmliche Tragflächenprofilkontur der Schaufelblattoberfläche 50.

[0029] Die Schaufelblattoberfläche 50 enthält ferner eine Mittellinie 70, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante 59 und der stromabwärtigen Kante 60 an einer Position erstreckt, die von dem Wurzelende 44 und dem Spitzenende 46 gleich weit entfernt ist. Die Schaufelblattoberfläche 50 ist ferner veranschaulicht, wie sie eine Schaufelblattspannweitenzone 73 enthält, die einen Teil der Schaufelspannweite 47 repräsentiert. Die Schaufelspannweitenzone 73 erstreckt sich von einer Position bei etwa 25–30% der Schaufelspannweite 47 bis zu etwa 90–95% der Schaufelspannweite 47. Ein erstes Teilspannweitendeckband 90 ist an der Druckseite 56 montiert und ragt von dieser nach aussen vor. Ein zweites Teilspannweitendeckband 92 ist an der Saugseite 54 montiert und ragt von dieser nach aussen vor. Das erste und das zweite Teilspannweitendeckband 90 und 92 verbinden sich mit Teilspannweitendeckbändern an benachbarten Laufschaufeln, um eine mechanische Dämpfung für die Laufschaufeln 33 der letzten Stufe zu erzielen. Das erste und das zweite Teilspannweitendeckband können an der Schaufelblattoberfläche 50 an der Mittellinie 70, radial innen von der Mittellinie 70 oder radial aussen von der Mittellinie 70 je nach der gewünschten Dämpfung und dem gewünschten aerodynamischen Halten montiert sein.

[0030] Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform sind das erste Teilspannweitendeckband 90 und das zweite Teilspannweitendeckband 92 an der Schaufelblattoberfläche 50 in einer Teilspannweitendeckbandzone 100 montiert. Die Teilspannweitendeckbandzone 100 enthält einen ersten Abschnitt 104, der sich radial innen von der Mittellinie 70 zu dem Wurzelende 44 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 106, der sich radial aussen von der Mittellinie 70 zu dem Spitzenende 46 hin erstreckt. Gemäss einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der erste Abschnitt 104 bis zu 25% der Schaufelspannweitenzone 73 radial innen von der Mittellinie 70 zu dem Wurzelende 44 hin, und der zweite Abschnitt 106 erstreckt sich bis zu 25% der Schaufelspannweitenzone 73 radial aussen von der Mittellinie 70 zu dem Spitzenende 46 hin.

[0031] Gemäss einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der erste Abschnitt 104 bis zu 15% der Schaufelspannweitenzone 73 radial innen von der Mittellinie 70 zu dem Wurzelende 44 hin, und der zweite Abschnitt 106 erstreckt sich bis zu 15% der Schaufelspannweitenzone 73 radial aussen von der Mittellinie 70 zu dem Spitzenende 46 hin. Gemäss einem noch weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der erste Abschnitt 104 bis zu 10% der Schaufelspannweitenzone 73 radial innen von der Mittelinie 70 zu dem Wurzelende 44 hin, und der zweite Abschnitt 106 erstreckt sich bis zu 10% der Schaufelspannweitenzone 73 radial aussen von der Mittellinie 70 zu dem Spitzenende 46 hin. Gemäss einem weiteren Aspekt einer beispielshaften Ausführungsform enthält die Schaufelblattoberfläche 50 eine erste Kantenunterbrechung 116 und eine zweite Kantenunterbrechung 118. Die erste Kantenunterbrechung 116 ist an der stromaufwärtigen Kante 59 innerhalb der Teilspannweitendeckbandzone 100 ausgebildet, und die zweite Kantenunterbrechung 118 ist an der stromabwärtigen Kante 60 innerhalb der Teilspannweitendeckbandzone 100 ausgebildet. An dieser Stelle sollte verstanden werden, dass der Ausdruck «Unterbrechung» eine bewusste, konstruierte Abweichung des natürlichen Laufschaufelkantenprofils 63 beschreibt, die nur in der Teilspannweitendeckbandzone 100 existiert.

[0032] Gemäss einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform bilden die erste und die zweite Unterbrechung 116 und 118 eine Veränderung der Sehnenlänge der Schaufelblattoberfläche 50 in der Teilspannweitendeckbandzone 100. In der veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform stellt die Veränderung der Sehnenlänge eine Vergrösserung der Sehnenlänge der Schaufelblattoberfläche 50 in der Teilspannweitendeckbandzone 100 dar. Natürlich sollte verstanden werden, dass die Veränderung der Sehnenlänge eine Verringerung der Sehnenlänge oder eine Verringerung an einer Kante und eine Vergrösserung an einer gegenüberliegenden Kante sein kann, die ggf. keine tatsächliche Nettoveränderung der Länge zur Folge haben können, während sie dennoch das nachstehend beschriebene gewünschte Ergebnis erreichen. Die erste und die zweite Kantenunterbrechung 116 und 118 rufen eine Veränderung des Zweifel-Belastungskoeffizienten der Schaufelblattoberfläche 50 in der Teilspannweitendeckbandzone 100 hervor. Insbesondere sind die erste und die zweite Kantenunterbrechung 116 und 118 ausgelegt, um einen inkompressiblen Zweifel-Belastungskoeffizienten oder eine inkompressible Zweifel-Belastungszahl zwischen etwa 0,5 und etwa 0,8 in der Teilspannweitendeckbandzone 100 zu schaffen, um Wirkungsgradverluste in der Teilspannweitendeckbandzone 100, wie in Fig. 6 veranschaulicht, zu reduzieren.

[0033] Gemäss einem weiteren Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform, die in den Fig. 4 und 6 dargestellt ist, enthält die Schaufelblattoberfläche 50 eine erste Tragflächenprofilunterbrechung 134 und eine zweite Tragflächenprofilunterbrechung 135. Die erste Tragflächenprofilunterbrechung 134 ist in der Saugseite 54 innerhalb der Teilspannweitendeckbandzone 100 ausgebildet, und die zweite Tragflächenprofilunterbrechung 135 ist in der Druckseite 56 innerhalb der Teilspannweitendeckbandzone 100 ausgebildet. In ähnlicher Weise, wie vorstehend beschrieben, sollte verstanden werden, dass der Ausdruck «Unterbrechung» eine bewusste, konstruierte Abweichung des natürlichen Schaufelblatttragflächenprofils 64 beschreibt, die nur in der Teilspannweitendeckbandzone 100 existiert. Gemäss einem Aspekt der beispielhaften Ausführungsform bilden die erste und die zweite Tragflächenprofilunterbrechung 134 und 135 eine Veränderung des Schaufelblatt bzw. Tragflächenprofils der Schaufelblattoberfläche 50 in der Teilspannweitendeckbandzone 100. Die erste und die zweite Tragflächenprofilunterbrechung 134 und 135 rufen eine Umverteilung eines Auftriebsprofils der Schaufelblattoberfläche 50 in der Teilspannweitendeckbandzone 100 hervor, um das aerodynamische Leistungsverhalten des Laufschaufelblattes 34 und des ersten und zweiten Teilspannweitendeckbandes 90 und 92 zu verbessern.

[0034] An dieser Stelle sollte verstanden werden, dass die beispielhaften Ausführungsformen eine Turbomaschinenlaufschaufel mit speziellen, konstruierten Unterbrechungen des natürlichen Laufschaufelprofils beschreiben, die gestaltet sind, um einen gewünschten Zweifel-Belastungskoeffizientenbereich an einer bestimmten Stelle zu erreichen. Der bestimmte Zweifel-Belastungskoeffizientenbereich reduziert eine Spitzen-Mach-Zahl, die die Laufschaufel an der bestimmten Stelle aufweist. Die Reduktion der Spitzen-Mach-Zahl verbessert Belastungseigenschaften der Laufschaufel, was zu einer Verbesserung der Laufschaufelleistung führt, oder verringert umgekehrt die Wirkungsgradverluste an der Teilspannweitendeckbandzone. Es sollte ferner verstanden werden, dass, obwohl sie sowohl an der stromaufwärtigen als auch an der stromabwärtigen Kante veranschaulicht ist, eine Unterbrechung lediglich an einer oder der anderen Kante ausgebildet sein kann. Obwohl sie beschrieben ist, wie sie sowohl an der Druck- als auch an der Saugseite der Laufschaufel angeordnet ist, kann die Unterbrechung ferner in einer oder der anderen der Seiten angeordnet sein. Ausserdem können, obwohl sie in Verbindung mit in einer abschliessenden/letzten Turbinenstufe angeordneten Laufschaufeln veranschaulicht und beschrieben sind, beispielhafte Ausführungsformen in Stufen, die stromaufwärts von der letzten Stufe angeordnet sind, eingesetzt werden.

[0035] Während die Erfindung im Einzelnen in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifizierungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Umfang der Erfindung entsprechen. Ausserdem sollte verstanden werden, dass, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben sind, Aspekte der Erfindung lediglich einige von den beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Demgemäss ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.

[0036] Ein Turbomaschinenlaufschaufelblatt enthält ein Wurzelende, ein von dem Wurzelende beabstandetes Spitzenende und eine Schaufelblattoberfläche, die sich zwischen dem Wurzelende und dem Spitzenende erstreckt. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine stromaufwärtige Kante, eine stromabwärtige Kante, eine Druckseite und eine Saugseite, die ein natürliches Schaufelprofil definieren. Die Schaufelblattoberfläche enthält eine Schaufelspannweitenzone, die eine Teilspannweitendeckbandzone aufweist. Ein erstes Teilspannweitendeckband ragt nach aussen von der Druckseite in der Teilspannweitenzone vor, und ein zweites Teilspannweitendeckband ragt nach aussen von der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone vor. Das Turbomaschinenlaufschaufelblatt enthält eine Unterbrechung des natürlichen Schaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone.

Bezugszeichenliste

[0037] <tb>2<SEP>Turbomaschinensystem <tb>4<SEP>Turbomaschine <tb>6<SEP>Verdichterabschnitt <tb>8<SEP>Turbinenabschnitt <tb>10<SEP>Welle <tb>12<SEP>Brennkammeranordnung <tb>14<SEP>Brennkammer <tb>18<SEP>Lufteinlasssystem <tb>20<SEP>Angetriebene Komponente <tb>30<SEP>Mehrere Laufschaufeln <tb>33<SEP>Laufschaufeln der letzten Stufe <tb>36<SEP>Laufschaufelblatt <tb>44<SEP>Wurzelende <tb>46<SEP>Spitzenende <tb>47<SEP>Schaufelspannweite <tb>50<SEP>Schaufelblattoberfläche <tb>54<SEP>Saugseite <tb>56<SEP>Druckseite <tb>59<SEP>Vorder- oder stromaufwärtige Kante <tb>60<SEP>Hinter- oder stromabwärtige Kante <tb>63<SEP>Natürliches Laufschaufelkantenprofil <tb>64<SEP>Natürliches Laufschaufelblattprofil/Laufschaufeltragflächenprofil <tb>70<SEP>Mittellinie <tb>73<SEP>Schaufelspannweitenzone <tb>90<SEP>Erstes Teilspannweitendeckband <tb>92<SEP>Zweites Teilspannweitendeckband <tb>100<SEP>Teilspannweitendeckbandzone <tb>104<SEP>Erster Abschnitt <tb>106<SEP>Zweiter Abschnitt <tb>116<SEP>Erste Kantenunterbrechung <tb>118<SEP>Zweite Kantenunterbrechung <tb>134<SEP>Erste Schaufelblattunterbrechung/Tragflächenprofilunterbrechung <tb>135<SEP>Zweite Schaufelblattunterbrechung/ Tragflächenprofilunterbrechung

Claims (10)

1. Turbomaschinenlaufschaufelblatt, das aufweist: ein Wurzelende; ein Spitzenende, das von dem Wurzelende beabstandet ist; eine Schaufelblattoberfläche, die sich zwischen dem Wurzelende und dem Spitzenende erstreckt, wobei die Schaufelblattoberfläche eine stromaufwärtige Kante, eine stromabwärtige Kante, eine Druckseite und eine Saugseite enthält, die ein natürliches Laufschaufelprofil definieren, wobei die Schaufelblattoberfläche eine Schaufelspannweitenzone enthält, die eine Teilspannweitendeckbandzone definiert; ein erstes Teilspannweitendeckband, das nach aussen von der Druckseite in der Teilspannweitendeckbandzone vorragt; ein zweites Teilspannweitendeckband, das nach aussen von der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone vorragt, wobei das Turbomaschinenlaufschaufelblatt eine Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone enthält.

2. Turbomaschinenlaufschaufelblatt nach Anspruch 1, wobei die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie enthält, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 25% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin definiert ist.

3. Turbomaschinenlaufschaufelblatt nach Anspruch 2, wobei die Schaufelblattoberfläche eine Mittellinie enthält, die sich zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante erstreckt, wobei die Mittellinie im Wesentlichen äquidistant zu dem Wurzelende und dem Spitzenende verläuft, wobei die Teilspannweitendeckbandzone zwischen einer Position bis zu etwa 15% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 15% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin, vorzugsweise zwischen einer Position bis zu etwa 10% der Schaufelspannweitenzone aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende hin und bis zu etwa 10% der Schaufelspannweitenzone radial innen von der Mittellinie zu dem Wurzelende hin, definiert ist.

4. Turbomaschinenlaufschaufelblatt nach Anspruch 2 oder 3, wobei jedes von dem ersten und zweiten Teilspannweitendeckband aussen von der Mittellinie zu dem Spitzenende der entsprechenden einen von der Druckseite und der Saugseite der Schaufelblattoberfläche hin angeordnet ist.

5. Turbomaschinenlaufschaufelblatt nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaufelblattoberfläche eine Sehnenlänge enthält, die zwischen der stromaufwärtigen Kante und der stromabwärtigen Kante definiert ist, wobei die Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils eine Veränderung der Sehnenlänge in der Teilspannweitendeckbandzone aufweist.

6. Turbomaschinenlaufschaufelblatt nach Anspruch 5, wobei die Veränderung der Sehnenlänge eine Vergrösserung der Sehnenlänge in der Teilspannweitendeckbandzone aufweist.

7. Turbomaschinenlaufschaufelblatt nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Veränderung eines natürlichen Laufschaufelblattprofils von wenigstens einer von der Druckseite und der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone aufweist, wobei die Veränderung des natürlichen Laufschaufelblattprofils der wenigstens einen von der Druckseite und der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone vorzugsweise eine Veränderung des natürlichen Laufschaufelblattprofils von jeder von der Druckseite und der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone aufweist.

8. Turbomaschinenlaufschaufelblatt nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone einen Zweifel-Belastungskoeffizienten zwischen etwa 0,5 und etwa 0,8 in der Teilspannweitendeckbandzone einrichtet.

9. Turbomaschine, die aufweist: einen Verdichterabschnitt; einen Turbinenabschnitt, der mit dem Verdichterabschnitt betriebsmässig verbunden ist; eine Brennkammeranordnung, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist; und ein Turbomaschinenlaufschaufelblatt, das in einem von dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt angeordnet ist, wobei das Turbomaschinenlaufschaufelblatt aufweist: ein Wurzelende; ein Spitzenende, das von dem Wurzelende beabstandet ist, wodurch eine Schaufelspannweitenzone definiert ist; eine Schaufelblattoberfläche, die sich zwischen dem Wurzelende und dem Spitzenende erstreckt, wobei die Schaufelblattoberfläche eine stromaufwärtige Kante, eine stromabwärtige Kante, eine Druckseite und eine Saugseite enthält, die ein natürliches Laufschaufelprofil definieren, wobei die Schaufelblattoberfläche eine Schaufelspannweitenzone enthält, die eine Teilspannweitendeckbandzone definiert; ein erstes Teilspannweitendeckband, das nach aussen von der Druckseite in der Teilspannweitendeckbandzone vorragt; ein zweites Teilspannweitendeckband, das nach aussen von der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone vorragt, wobei das Turbomaschinenlaufschaufelblatt eine Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone enthält.

10. Turbomaschinensystem, das aufweist: einen Verdichterabschnitt; ein Lufteinlasssystem, das mit dem Verdichterabschnitt strömungsmässig verbunden ist; einen Turbinenabschnitt, der mit dem Verdichterabschnitt betriebsmässig verbunden ist; eine Brennkammeranordnung, die mit dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt strömungsmässig verbunden ist; eine angetriebene Komponente, die mit einem von dem Verdichterabschnitt oder dem Turbinenabschnitt betriebsmässig verbunden ist; und ein Turbomaschinenlaufschaufelblatt, das in einem von dem Verdichterabschnitt und dem Turbinenabschnitt angeordnet ist, wobei das Turbomaschinenlaufschaufelblatt aufweist: ein Wurzelende; ein Spitzenende, das von dem Wurzelende beabstandet ist; eine Schaufelblattoberfläche, die sich zwischen dem Wurzelende und dem Spitzenende erstreckt, wobei die Schaufelblattoberfläche eine stromaufwärtige Kante, eine stromabwärtige Kante, eine Druckseite und eine Saugseite enthält, die ein natürliches Laufschaufelprofil definieren, wobei die Schaufelblattoberfläche eine Schaufelspannweitenzone enthält, die eine Teilspannweitendeckbandzone definiert; ein erstes Teilspannweitendeckband, das nach aussen von der Druckseite in der Teilspannweitendeckbandzone vorragt; ein zweites Teilspannweitendeckband, das nach aussen von der Saugseite in der Teilspannweitendeckbandzone vorragt, wobei das Turbomaschinenlaufschaufelblatt eine Unterbrechung des natürlichen Laufschaufelprofils in der Teilspannweitendeckbandzone enthält.