DE10064272A1 - Gas turbine blade has platform at base with end face turned towards gas flow, smaller blade whose surface is parallel to end face being mounted under platform which is at least as wide as projection of blade width on front edge of platform - Google Patents
Gas turbine blade has platform at base with end face turned towards gas flow, smaller blade whose surface is parallel to end face being mounted under platform which is at least as wide as projection of blade width on front edge of platformInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit einer am Turbinenschaufelendbereich vorgesehenen Plattform, die eine Plattformvorderseite aufweist, die der innerhalb der Gasturbine axial hindurchtretenden Strömung zugewandt ist.The invention relates to a turbine blade for a gas turbine with a provided at the turbine blade end area, the one Platform front that the axially within the gas turbine passing flow is facing.
Turbinenschaufeln innerhalb einer Gasturbine, gleichwohl ob es sich um Lauf- oder Leitschaufeln handelt, weisen häufig an ihren Turbinenschaufelendbereichen Plattformen, oder wie sie auch genannt werden sogenannte Deckbänder, auf, die zu Zwecken der Eigenstabilität aber insbesondere der Abdichtung zwischen den rotierenden und den feststehenden Komponenten einer Gasturbine entlang des Heissgaskanals dienen. Das nachstehende, beim Stand der Technik vorhandene Problem wird am Beispiel der Plattform einer Leitschaufel skizziert, jedoch ist der gleiche Sachverhalt auch auf eine mit einer Plattform versehene Turbinenlaufschaufel zu übertragen.Turbine blades within a gas turbine, regardless of whether it is running or Guide vanes often have at their turbine blade end areas Platforms, or as they are called so-called shrouds, on that too For purposes of inherent stability, but especially the sealing between the rotating and the fixed components of a gas turbine along the Serve hot gas duct. The following existing in the prior art The problem is outlined using the example of the platform of a guide vane, but that is same situation also on a platform provided Transfer turbine blade.
Die am freistehenden Ende angebrachte Plattform an einem Leitschaufelende befindet sich innerhalb einer Gasturbine radial unmittelbar der Rotoranordnung gegenüberliegend, wobei die Aussenumfangsfläche der Plattform mit der Rotoranordnung einen kleinen Spalt einschließt. Diesen Spalt gilt es zur Vermeidung von Leckageströmen so gering wie nur möglich zu halten aber dennoch einen Freilauf zwischen den rotierenden und den feststehenden Gasturbinenkomponenten zu gewährleisten.The platform attached to the free end at a guide vane end is located radially within a gas turbine directly of the rotor assembly opposite, the outer peripheral surface of the platform with the Rotor assembly includes a small gap. This gap should be avoided of leakage currents as low as possible but still keep one Freewheel between the rotating and the fixed gas turbine components to ensure.
In Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine an sich bekannte Gasturbinenanordnung gezeigt, mit einer Brennkammer 1, an der sich stromab eine Gasturbinenstufe 2 anschließt. Die Gasturbinenstufe 2 weist einen um die Rotorachse R drehenden Rotor 3 auf, an dessen Aussenumfang Laufschaufeln 4 in axial hintereinander angerodneten Laufschaufelreihen angebracht sind. Die Laufschaufeln 4 ragen radial in den Heisskanal 5 der Gasturbinenstufe hinein, der radial nach aussen von dem Leitschaufelträger 6 begrenzt ist. In den Zwischenräumen zweier benachbarter Laufschaufelreihen ragen Leitschaufeln 7, an deren Leitschaufelendbereichen jeweils eine Plattform 8 angebracht ist. Die in der Regel rechteck- oder trapezförmig ausgebildeten Plattformen 8 weisen eine Plattformvorderseite 9 auf, die über eine bestimmte Größe verfügen muss, um zu verhindern, dass Heissgasanteile 10 durch den Spalt 11, der einerseits durch den Rotor 3 und andererseits durch die Plattform 8 begrenzt ist, hindurchtreten.In Fig. 2 is a longitudinal section through a known gas turbine arrangement, comprising a combustion chamber 1, at the downstream stage of a gas turbine 2 is connected. The gas turbine stage 2 has a rotor 3 rotating about the rotor axis R, on the outer circumference of which blades 4 are attached in rows of blades arranged axially one behind the other. The blades 4 project radially into the hot runner 5 of the gas turbine stage, which is delimited radially outwards by the guide blade carrier 6 . In the spaces between two adjacent rows of blades, guide blades 7 protrude, on each of whose guide blade end regions a platform 8 is attached. The platforms 8 , which are generally rectangular or trapezoidal, have a platform front side 9 , which must have a certain size in order to prevent hot gas components 10 from being delimited by the gap 11 , on the one hand by the rotor 3 and on the other hand by the platform 8 is to step through.
Genauere Untersuchungen an Plattformen, die bereits in Gasturbinen eingesetzt worden sind, haben gezeigt, dass sich gemäß Fig. 3 an der Oberseite der Plattformen 8 sogenannte Strömungsspuren 12 ausbilden. Diese Strömungsspuren deuten darauf hin, dass sich aufgrund des hohen Staudruckes, der sich in Strömungsrichtung vor der Plattformvorderseite 9 innerhalb des Heisskanals 5 ausbildet, eine veränderliche Druckverteilung an der Plattformvorderkante ausbildet. Eben jener Druckanstieg, der sich insbesondere an der Plattformvorderseite 9 im Bereich der auf die Plattformvorderseite 9 projizierten Breite der Turbinenschaufelvorderkante 7 besonders stark ausbildet (siehe hierzu das in Fig. 2 eingezeichnete Druckdiagramm P-x-Diagramm), trägt im wesentlichen dazu bei, dass Heissgasanteile in den Spalt 11 gedrückt werden und somit den Anteil des Leckagestroms erhöht wird.More detailed investigations on platforms that have already been used in gas turbines have shown that, according to FIG. 3, so-called flow traces 12 form on the upper side of the platforms 8 . These traces of flow indicate that, due to the high dynamic pressure which forms in the flow direction in front of the platform front side 9 within the hot runner 5 , a variable pressure distribution is formed on the platform front edge. Precisely that pressure increase, which forms in particular to the platform front side 9 in the area of the projected onto the platform front side 9 the width of the turbine blade leading edge 7 particularly strong (see the drawn in FIG. 2 pressure diagram Px diagram) carries substantially to the fact that the hot gas components in the gap 11 are pressed and thus the proportion of the leakage current is increased.
Ferner hat sich gezeigt, dass bei Begrenzung der axialen Länge einer Gasturbine und damit verbunden bei Verkürzung der Plattform vor der Schaufelvorderkante zugleich auch eine Erhöhung des Druckanstieges vor der Plattformvorderseite zu verzeichnen ist. Bildlich gesprochen werden durch derartige Maßnahmen die ohnehin vorhandene, sich in Strömungsrichtung vor der Plattformvorderseite, insbesondere im Bereich der Turbinenschaufelvorderkante, sich ausbildende Bugwelle vergrößert, so dass die Gefahr des lokalen Heissgaseinbruches 13 (siehe Figur. 3) direkt vor der Turbinenschaufelvorderkante erhöht wird. Dies gilt es mit geeigneten Maßnahmen zu verhindern.It has also been shown that if the axial length of a gas turbine is limited and, if the platform in front of the front edge of the blade is shortened, the pressure increase in front of the front of the platform also increases. Metaphorically speaking, such measures increase the bow wave, which is present anyway and forms in the direction of flow in front of the platform front, in particular in the region of the turbine blade front edge, so that the risk of local hot gas collapse 13 (see FIG. 3) directly in front of the turbine blade front edge is increased. Appropriate measures must be taken to prevent this.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit einer am Turbinenschaufelendbereich vorgesehenen Plattform, die eine Plattformvorderseite aufweist, die der innerhalb der Gasturbine axial hindurchtretenden Strömung zugewandt ist, derart auszubilden, dass ein Heissgaseinbruch in der vorstehend beschriebenen Weise effektiv reduziert bzw. vollständig unterbunden werden soll.The invention has for its object a turbine blade for a gas turbine with a platform provided on the turbine blade end region, which has a Platform front that the axially within the gas turbine passing flow faces such that a Hot gas intrusion is effectively reduced in the manner described above or should be completely prevented.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.The object underlying the invention is achieved in claim 1 specified. Features that further develop the inventive idea are advantageous Subject of the subclaims and from the description with reference refer to the exemplary embodiments.
Erfindungsgemäß ist eine Turbinenschaufel für eine Gasturbine, die entweder als Leit- oder Laufschaufel ausgebildet ist und am Turbinenschaufelendbereich eine Plattform vorsieht, derart ausgebildet, dass im Bereich der Plattformvorderseite wenigstens ein die Plattform längs zur Turbinenschaufellängsachse radial nach aussen überragendes Flächenelement vorgesehen ist. Das Flächenelement ist zumindest im Bereich der Plattformvorderseite derart ausgebildet und angeordnet, dass das Flächenelement zumindest den Bereich der axialen Projektion der Breite der Turbinenvorderkante auf die Plattformvorderseite längs zur Plattformvorderseite überdeckt. According to the invention is a turbine blade for a gas turbine, which either as Guide or rotor blade is formed and one at the turbine blade end region Provides platform, designed such that in the area of the platform front at least one radially following the platform along the longitudinal axis of the turbine blades outside surface element is provided. The surface element is designed and arranged at least in the area of the platform front, that the surface element at least the area of the axial projection of the width the turbine leading edge on the front of the platform along to the front of the platform covered.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, insbesondere im Bereich des größten Druckanstieges in Strömungsrichtung vor der Plattformvorderseite eine Art Heissgasschürze vorzusehen, die Heissgasanteile gegen die sich in diesem Bereich ausbildende, Staudruck bedingte Bugwelle daran hindert, innerhalb des Spaltes zwischen der Plattform und der der Plattform gegenüberliegenden Gasturbinenkomponente hindurchzutreten, bzw. zu Verhindern dass Heissgas direkt mit dem dort üblicherweise angebrachten Honigwabenblenden in Verbindung kommt. Das die Funktion einer Art Heissgasschürze vorgesehene erfindungsgemäße Flächenelement kann entweder einstückig mit der Plattform aus dem gleichen Material wie die Plattform bestehend bündig an der Plattformvorderseite angebracht sein und somit die gleiche Lebensdauer aufweisen, wie die Plattform respektive die gesamte Turbinenschaufel. Andererseits ist es möglich, das zusätzliche Flächenelement als Opferelement auszulegen und aus einem Material zu fertigen, das durch den Heissgasstrom aufgrund von Oxidation oder Korrosion regelrecht aufgebraucht wird.The invention is based on the idea, particularly in the area of the largest Pressure increases in the flow direction in front of the platform front a kind Hot gas apron to provide the hot gas components against that in this area forming, back pressure caused bow wave prevents within the gap between the platform and the one opposite the platform Gas turbine component to pass through, or to prevent hot gas directly in connection with the honeycomb panels usually attached there comes. The intended function of a kind of hot gas apron Surface element according to the invention can either be made in one piece with the platform the same material as the platform, which is flush with the Be attached to the front of the platform and thus have the same service life, like the platform or the entire turbine blade. On the other hand, it is possible to design and remove the additional surface element as a sacrificial element a material to be produced by the hot gas flow due to oxidation or corrosion is used up.
Neben der den Heissgasstrom abweisenden Funktion des Flächenelementes vermag das Flächenelement insbesondere eine Schutzfunktion auf die in Strömungsrichtung hinter dem Flächenelement angeordneten Dichtungsstrukturen zwischen der Plattform und der der Plattform gegenüberliegenden Gaskomponente zu übernehmen. So sind eine Vielzahl von Plattformen an ihrer Abschlussfläche mit Dichtungsstrukturen versehen, wie beispielsweise wabenförmig ausgebildete Elemente oder Labyrinthdichtungen, die bei einem Heissgaseinbruch in den vorstehend beschriebenen Zwischenraum erheblich in Mitleidenschaft gezogen werden, ja sogar vollständig zerstört werden können. Zum Erhalt derartiger Strukturen sorgt das erfindungsgemäße Flächenelement durch gezielte Abweisung jeglicher Heissgasströmungsanteile, die aufgrund der lokalen Druckverhältnisse in den Zwischenspalt zwischen Plattform und Anlagenkomponente gerichtet sind.In addition to the function of the surface element that repels the hot gas flow, it is capable of the surface element in particular a protective function on the flow direction sealing structures arranged behind the surface element between the Platform and the gas component opposite the platform take. So a variety of platforms are on their end surface Provide sealing structures, such as honeycomb-shaped Elements or labyrinth seals that penetrate into the The space described above was significantly affected can, even be completely destroyed. To receive such Structures are provided by the surface element according to the invention through targeted rejection any hot gas flow components that are due to the local pressure conditions in the gap between the platform and the system component is directed.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung dies allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention is hereinafter generalized without limitation The inventive concept based on exemplary embodiments with reference to the Drawing described as an example. Show it:
Fig. 1a bis c schematische Darstellung von unterschiedlich ausgebildeten Flächenelementen, Fig. 1a-c schematic representation of differently shaped surface elements,
Fig. 2 Längsschnitt durch eine an sich bekannte Gasturbinenanlage, Fig. 2 a longitudinal section through a known gas turbine plant
Fig. 3 schematisierte perspektivische Darstellung von Plattformen, Fig. 3 schematic perspective view of platforms,
Fig. 4a, b flexibel ausgebildetes Flächenelement sowie Fig. 4a, b flexible surface element and
Fig. 5 Längsschnitt durch ein Flächenelement mit Unterstrukturen. Fig. 5 longitudinal section through a surface element with substructures.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit Fig. 1a zeigt eine perspektivische Teilansicht auf eine Plattform 8, die mit einer Turbinenschaufel 7 verbunden ist. Unmittelbar bündig mit der Plattformvorderseite 9 ist ein Flächenelement 14 verbunden, das vor der Profilvorderkante in Umfangsrichtung zur Plattform 8 angeordnet ist. Die Plattform 14 überdeckt insbesondere die auf die Plattformvorderseite 9 projizierte Breite b der Turbinenschaufel 7, eben jenen Bereich, an dem der größte Druckanstieg vor der Plattformvorderseite 9 zu verzeichnen ist. In Fig. 1b ist die Turbinenschaufel 7 als Leitschaufel ausgebildet, an deren Leitschaufelende die Plattform 8 vorgesehen ist, die durch einen Spalt 11 vom Rotor 15 beabstandet ist. Bündig mit der Plattformvorderseite 9 ist das Flächenelement 14 verbunden, das eine Tiefe aufweist, die nahezu der gesamten Spaltbreite des Spaltes 11 entspricht. Auf diese Weise wird der Heissgasstrom daran gehindert, durch den Spalt 11 zwischen Plattform 8 und Rotor 15 hindurchzutreten. WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION , INDUSTRIAL APPLICABILITY FIG. 1 a shows a perspective partial view of a platform 8 which is connected to a turbine blade 7 . A surface element 14 , which is arranged in front of the profile leading edge in the circumferential direction of the platform 8 , is connected directly flush with the platform front side 9 . The platform 14 covers in particular the projected onto the platform front side 9 width b of the turbine blade 7, those same area where the largest pressure increase is recorded prior to the platform front side. 9 In FIG. 1b, the turbine blade 7 is designed as a guide blade, on the guide blade end of which the platform 8 is provided, which is spaced from the rotor 15 by a gap 11 . The surface element 14 is connected flush with the platform front side 9 and has a depth which corresponds to almost the entire gap width of the gap 11 . In this way, the hot gas flow is prevented from passing through the gap 11 between the platform 8 and the rotor 15 .
Eine weitere Ausführungsform des Flächenelementes 14 ist in Fig. 1c dargestellt. Fig. 1c zeigt die Draufsicht in Strömungsrichtung auf die Vorderkante der Turbinenschaufel 7 sowie der Plattform 8 als auch des Flächenelementes 14, das gegenüber dem Rotor 15 angeordnet ist. Das Flächenelement 14 weist dabei eine anstreiftolerante Flächenform auf, durch die, falls es zu Berührungen zwischen dem Flächenelement 14 und dem Rotor 15 kommt, keine schwerwiegenden Folgeschäden verursacht werden können.Another embodiment of the surface element 14 is shown in Fig. 1c. Fig. 1c shows a top view in the direction of flow on the leading edge of the turbine blade 7, and the platform 8 and also the surface element 14 which is disposed opposite to the rotor 15. The surface element 14 has a rub-tolerant surface shape, which, if there is contact between the surface element 14 and the rotor 15 , can cause no serious consequential damage.
Die Flächenelemente gemäß den Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. 1a, b, c sind vorzugsweise aus einem starren Material hergestellt, beispielsweise aus jenem Material, aus dem auch die Plattform 9 besteht. Somit ist gewährleistet, dass die Lebensdauer des Flächenelementes 14 jener Lebensdauer der Plattform 8 respektive der gesamten Turbinenschaufel entspricht.The surface elements according to the exemplary embodiments with reference to FIGS. 1a, b, c are preferably made from a rigid material, for example from the material from which the platform 9 is also made. This ensures that the service life of the surface element 14 corresponds to that of the platform 8 or the entire turbine blade.
Alternativ dazu kann das Flächenelement 14 auch flexibel ausgebildet sein, wie es aus Fig. 4 im einzelnen hervorgeht. Fig. 4a zeigt wieder eine Vorderansicht auf die Plattform 8 mit dem daran angebrachten Flächenelement 14 in Strömungsrichtung. Das Flächenelement 14 besteht aus einer Vielzahl axial verlaufender Flächenabschnitte oder Fasern, die in Umfangsrichtung zum Rotor flexibel nachgiebig ausgebildet sind. Dies geht insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 4b hervor. Mit einer derartigen Ausbildung des Flächenelementes 14 kann grundsätzlich ein schleifender Kontakt zwischen dem Flächenelement 14 und dem Rotor 15 ohne Gefahr auf Beschädigungen hergestellt werden, wodurch das Flächenelement 14 höchst effektiv den Spalt 11 zwischen der Plattform 8 und dem Rotor 15 abdichtet.As an alternative to this, the surface element 14 can also be flexible, as is shown in detail in FIG. 4. FIG. 4a again shows a front view of the platform 8 with the attached surface element 14 in the direction of flow. The surface element 14 consists of a plurality of axially extending surface sections or fibers, which are designed to be flexible and flexible in the circumferential direction of the rotor. This can be seen in particular with reference to FIG. 4b. With such a configuration of the surface element 14 , a sliding contact between the surface element 14 and the rotor 15 can in principle be produced without any risk of damage, as a result of which the surface element 14 seals the gap 11 between the platform 8 and the rotor 15 most effectively.
Fig. 5 zeigt einen Axialschnitt durch eine Plattform F3 und einen gegenüber dieser gelagerten Rotoranordnung 15. An der Plattformvorderseite 9 ist ein relativ zur Axialerstreckung der Gasturbine flexibel ausgebildetes Flächenelement 14 vorgesehen, das in ähnlicher Weise aus einer Vielzahl parallel verlaufender Blechstreifen besteht. Das Flächenelement 14 dient insbesondere, neben dem vorstehenden Abdichtungseffekt, dem Schutz von an der Plattform 8 angebrachten Strukturen 16, die Teil einer Labyrinthdichtung 17 sind, oder in an sich bekannter Weise als Honigwabenstrukturen ausgebildet sind. FIG. 5 shows an axial section through a platform F3 and a rotor arrangement 15 mounted opposite it. Provided on the front side of the platform 9 is a planar element 14 which is flexible relative to the axial extent of the gas turbine and which, in a similar manner, consists of a plurality of sheet metal strips running in parallel. The surface element 14 serves, in particular, in addition to the above sealing effect, to protect structures 16 attached to the platform 8 , which are part of a labyrinth seal 17 , or are designed in a manner known per se as honeycomb structures.
11
Brennkammer
combustion chamber
22
Gasturbinenanordnung
Gas turbine arrangement
33
Rotor
rotor
44
Laufschaufel
blade
55
Heissgaskanal
Hot-gas duct
66
Leitschaufelträger
guide vane
77
Leitschaufel
vane
88th
Plattform
platform
99
Plattformvorderseite
Platform front
1010
Heissgasströmungsanteil
Hot gas flow component
1111
Zwischenspalt
intermediate gap
1212
Strömungsspuren
flow lanes
1313
Lokaler Heissgaseinbruch
Local hot gas burglary
1414
Flächenelement
surface element
1515
Rotor
rotor
1616
Plattformstrukturen
platform structures
Claims (7)
dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Plattformvorderseite (9) wenigstens ein die Plattform (8) längs zur Turbinenschaufellängsachse radial nach außen überragendes Flächenelement (14) vorgesehen ist, und
dass das Flächenelement (14) zumindest in einem Bereich der Plattformvorderseite (9) angeordnet und derart ausgebildet ist, dass das Flächenelement (14) zumindest den Bereich der axialen Projektion der Breite der Turbinenvorderkante auf die Plattformvorderseite (9) längs zur Plattformvorderseite (9) überdeckt.1. turbine blade for a gas turbine with a platform ( 8 ) provided on the turbine blade end region and having a front side ( 9 ) of the platform which faces the flow passing axially within the gas turbine,
characterized in that in the area of the platform front side ( 9 ) at least one surface element ( 14 ) projecting radially outward beyond the platform ( 8 ) along the longitudinal axis of the turbine blade is provided, and
that the surface element ( 14 ) is arranged at least in a region of the platform front side ( 9 ) and is designed such that the surface element ( 14 ) covers at least the region of the axial projection of the width of the turbine front edge onto the platform front side ( 9 ) along the platform front side ( 9 ) ,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2000164272 DE10064272A1 (en) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Gas turbine blade has platform at base with end face turned towards gas flow, smaller blade whose surface is parallel to end face being mounted under platform which is at least as wide as projection of blade width on front edge of platform |
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Citations (3)
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| DE2455195B2 (en) * | 1973-11-23 | 1980-05-29 | Rolls-Royce Ltd., London | Brush-shaped seal between two machine parts that can move relative to one another |
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| DE19807247A1 (en) * | 1998-02-20 | 1999-09-09 | Mtu Muenchen Gmbh | Turbomachine with rotor and stator |
-
2000
- 2000-12-22 DE DE2000164272 patent/DE10064272A1/en not_active Withdrawn
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