DE102004008710A1

DE102004008710A1 - Turbinenlaufschaufeldeckband variabler Dicke und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102004008710A1
Application number: DE102004008710A
Authority: DE
Inventors: Leonid Yulyevich Guinessine; Anil Kumar Tolpadi
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2004-09-16
Also published as: JP2004270699A; CN1532375A; US20040175266A1; US6851926B2

Abstract

Eine Turbinenlaufschaufel- und -deckbandanordnung beinhaltet eine Laufschaufel (42) mit einem Fußteil (46) und einem davon durch einen Bodenteil (48) getrennten Schaufelblattteil (44); ein Laufschaufeldeckband (54), das auf einem abgeschrägten radial äußeren Ende (50) des Schaufelblattteils angeordnet ist, wobei das Laufschaufeldeckband eine an den abgeschrägten Rand angepasste radial innere Oberfläche (56) und eine radial äußere Oberfläche (58) aufweist, die in einer Ebene liegt, die parallel zu einer Längsachse eines Rotors verläuft, auf dem die Laufschaufel befestigt werden kann. Ein zugehöriges Verfahren beinhaltet die Schritte von a) Bereitstellen eines Laufschaufeldeckbandes (54) mit einer radial inneren und einer dazu im Wesentlichen parallelen radial äußeren Oberfläche (56, 57); b) Abnehmen von Material (60) von dem Laufschaufeldeckband in der Weise, dass eine neue gestaltete radial äußere Oberfläche (58) ausgebildet wird, die einen spitzen Winkel mit der radial inneren Oberfläche einschließt; und c) Befestigen des Laufschaufeldeckbandes (54) auf dem abgeschrägten Schaufelblattende (50) der Turbinenlaufschaufel (42) in der Weise, dass die radial äußere Fläche (58) im Wesentlichen parallel zu der Turbinenrotorachse verläuft.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft Dampfturbinen und mehr im Einzelnen die Ausbildung eines Laufschaufeldeckbandes für Turbinenlaufschaufeln oder -schaufelblätter mit schrägen Enden (Spitzen) und eine Labyrinthdichtungsanordnung, die mit der abgewandelten Laufschaufeldeckband zusammenwirkt.

Laufschaufeldeckbänder sind typischerweise mit den radial außen liegenden Enden von Turbinenlaufschaufeln oder -schaufelblättern verbunden, um Vibrationen zu dämpfen und ein Verwinden der Schaufelblätter zu vermeiden. Die Laufschaufeldeckbänder wirken auch mit Dichtungseinrichtungen, wie etwa Labyrinthdichtungszähnen oder -spitzen zusammen, um die Leckage von Gas oder Dampf längs der Laufschaufelenden zu verringern. Typischerweise weisen Laufschaufeldeckbänder kleine, flache Platten oder Segmente gleichmäßiger Dicke auf, die an den Enden der Laufschaufeln dadurch befestigt sind, dass ein Zapfen an der Laufschaufelende in eine Öffnung der Deckplatte eingefügt ist, wobei das Ende des Zapfens anschließend verformt wird, um die Deckplatte ortsfest zu sichern. Bei bestimmten Turbinenstufen, bspw. in der Niederdrucksektion einer Dampfturbine ist das jeweilige Laufschaufelende gegenüber der Horizontalen geneigt. Ein Deckband gleichmäßiger Dicke auf dem schräg liegenden Laufschaufelende verringert aber wegen der Axialbewegung des Rotors bezüglich der Statorzwischenwände der Turbinenlabyrinthzähne die für das Zusammenwirken mit dem im Wesentli chen horizontal ausgerichteten Labyrinthzähnen zur Verfügung stehenden Flächenbereiche und fahrt damit zu erhöhten Leckverlusten an dem Schaufelende. Bei bestimmten Turbinenstufen macht es diese Konstruktion notwendig, die Laufschaufelbänder selbst mit zusätzlichen Dichtungszähnen oder -spitzen zu versehen, doch verringert auch diese Anordnung die an dem Luafschaufelende auftretenden Leckageverluste nicht in ausreichendem Maße, noch ist sie für die Gleichgestaltung der Dichtungsausbildung bei verschiedenen Turbinenstufen förderlich.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung schafft eine abgewandelte Laufscheibendeckbandkonstruktion, die es ermöglicht, dass eine erhöhte Zahl von Labyrinthzähnen oder -spitzen bei an einem Turbinenrotor befestigter Laufschaufel mit der radial außen liegenden Oberfläche des Laufschaufeldeckbandes zusammenwirkt, um die Leckageverluste an dem Laufschaufelende zu verringern. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist ein Laufschaufeldeckband variabler Dicke vorgesehen, das an einem schräg- liegendem radialen Ende der Laufschaufel eine entsprechende radial innenliegende Oberfläche und eine radial außenliegende Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen horizontal, d.h. parallel zu der Labyrinthdichtungsverzahnungen oder, im Wege der Bezugnahme, parallel mit der Längsachse des Rotors ist. Zu bemerken ist in diesem Zusammenhang, dass die Laufschaufeldeckbänder und die Labyrinthdichtungsverzahnung gemeinsam rings um den Umfang der Rotorscheibe angeordnet sind, dass aber in jeder vertikalen Querschnittsansicht das Laufschaufelbodenteil und die Labyrinthverzahnung generell horizontal und parallel zu der Turbinenrotorachse erscheinen. Die Art und Weise, in der das Laufschaufeldeckband mittels der Zapfen befestigt ist, wird durch das abgewandelte Deckband nicht beeinträchtigt.

Bei der beispielhaften Ausführungsform ist die Neigung des Laufschaufelendes verhältnismäßig klein (etwa 5°) und die abgewandelte Deckband kann in der Weise hergestellt werden, dass von der radial außen liegenden Oberfläche des Deckbandes ein gleicher Winkel abgetragen wird, so dass sich eine glatte, horizontale Fläche ergibt, die im Wesentlichen parallel zu der Labyrinthverzahnung und zu der Rotorachse ist. Die Dichtungszähne auf dem Deckband selbst sind ebenfalls entfernt, so dass das Laufschaufeldeckband mit den in anderen Turbinenstufen vorhandenen gebräuchlicheren Labyrinthdichtungen verwendet werden kann. Das erfindungsgemäß abgewandelte Laufschaufeldeckband kann deshalb unter Verwendung vorhandener Herstellungsverfahren erzeugt werden.

Demgemäß betrifft die Erfindung unter einem Aspekt eine Turbinenlaufschaufel- und -deckbandanordnung, die jeweils eine Laufschaufel mit einem Fußteil und einem durch einen Bodenplattenteil davon getrennten Schaufelblattteil und ein auf einem schrägliegenden, radial äußeren Ende des Schaufelblattteils angeordnetes Laufschaufeldeckband aufweist, wobei das Laufschaufeldeckband eine radial innere Oberfläche aufweist, die dem abgeschrägten Ende entspricht und eine radial äußere Oberfläche, die in einer horizontalen Ebene liegt.

Unter einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung eine Turbinenlaufschaufel- und -labyrinthdichtungsanordnung für eine Dampfturbine mit jeweils einer Laufschaufel, die einen Fußteil und einen von dieser durch einen Bodenplattenteil getrennten Schaufelblattteil aufweist; ein Laufschaufeldeckband, das auf einem abgeschrägten radial äußeren Ende des Schaufelblattteils angeordnet ist, wobei das Laufschaufeldeckband eine radial innere Oberfläche, die mit dem abgeschrägten Rand zusammenpasst und eine radial äußere Oberfläche aufweist; eine Labyrinthdichtung, die radial außerhalb des Laufschaufeldeckbandes angeordnet ist, wobei die Laby rinthdichtung eine Anzahl Dichtungszähne oder -spitzen aufweist, die in einem im Wesentlichen horizontalen Array bezüglich der radial äußeren Oberfläche angeordnet sind und wobei die radial äußere Oberfläche des Laufschaufeldeckbandes in einer zu dem im Wesentlichen horizontalen Array von Dichtungszähnen im Wesentlichen parallelen Ebene liegt.

Unter einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zurichten eines Turbinelaufschaufeldeckbandes zur Verwendung bei einer zur Befestigung an einem Rotor eingerichteten Turbinenlaufschaufel mit einem abgeschrägten Schaufelblattteilende, das beinhaltet:

a) Bereitstellen eines Laufschaufeldeckbandes, das eine im Wesentlichen parallele, radial innere und radial äußere Oberfläche aufweist;
b) abnehmen von Material von dem Laufschaufeldeckband, so dass eine neue radial äußere Oberfläche ausgebildet wird, die einen spitzen Winkel mit der radial inneren Oberfläche einschließt; und
c) befestigen des Laufschaufeldeckbandes auf dem abgeschrägten Schaufelblattende der Turbinenlaufschaufel in der Weise, dass die radial äußere Oberfläche im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Rotors sein kann.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachstehende Zeichnung im Detail beschrieben.

1 ist eine Seitenansicht einer gebräuchlichen Laufschaufel/Labyrinthdichtungsanordnung;
2 ist eine Seitenansicht einer Laufschaufel mit einem erfindungsgemäßen Laufschaufeldeckband; und
3 ist eine teilweise Seitenansicht zur Veranschaulichung wie ein in 1 dargestellte gebräuchliche Laufschaufeldeckband abgewandelt wird, um zu dem erfindungsgemäßen Laufschaufeldeckband zu gelangen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf 1 weist eine Turbinenlaufschaufel 10 einen Schaufelblattteil 12 und einen Fußteil 14 auf. Der Fußteil 14 ist mit einem nutartigen Befestigungsabschnitt 16 ausgebildet, der mit einem leistenartigen Befestigungsabschnitt 18 formschlüssig zusammenpassend gestaltet ist, welcher am Umfang der Scheibe 20 des Turbinenrotors ausgebildet ist. Dies wird gelegentlich als eine „Tannenbaum"-Befestigung bezeichnet. Zu bemerken ist, dass jedoch für die Zwecke der Erfindung die Art und Weise, in der die Laufschaufel an dem Rotorrad befestigt ist, nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt ist, sondern alle geeigneten gleichwirkenden Befestigungstechniken mit einschließt. Das radial äußere Ende des Schaufelblattteils ist durch einen abgeschrägten Rand 22 begrenzt, auf den ein Laufschaufeldeckband 24 aufgesetzt ist. Der Rand 22 ist außerdem mit einem radial nach außen ragenden Zapfen 27 ausgebildet, der das Laufschaufeldeckband 24 mittels einer in dieser vorgesehenen Öffnung aufnimmt. Der Zapfen 27 wurde anschließend so verformt, dass er das Deckband an der Laufschaufel befestigt. Die Zapfenkonstruktion und die Art und Weise in der das Laufschaufeldeckband mittels des Zapfens gehaltert ist, ist bekannt und braucht nicht weiter beschrieben zu werden.
Die radial innen liegende Oberfläche 26 sitzt auf dem abgeschrägten Rand 22 des Schaufelblattteils und da die Innenfläche 26 parallel zu der Außenfläche 28 ist, nimmt auch die Außenfläche 28 eine geneigte oder schräge Zuordnung zu der benachbarten Labyrinthverzahnung 30 und, im Wege der weiteren Bezugnahme, bspw. zu der Rotorachse ein. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, dass der vordere und der hintere Rand 34 bzw. 36 des Laufschaufeldeckbandes 24 im Wesentlichen rechtwinklig zu der radial inneren und radial äußeren Fläche 26 bzw. 28 verlaufen, so dass das Deckband 24 eine regelmäßige rechteckige Querschnittsgestalt aufweist. Bei der in 1 dargestellten Laufschaufel ist die Außenfläche 28 um etwa 5° bezüglich der Horizontalen – oder der (nicht dargestellten) Rotorachse – geneigt.
Wegen der schrägen Orientierung der Außenfläche 28 ist ein lediglich eingeschränktes Zusammenwirken mit der Anordnung der radial außen liegenden Labyrinthdichtungszähne 30 möglich. In diesem Zusammenhang kann die Anordnung der Zähne 30 so betrachtet werden, dass sie im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, d.h. im Wesentlichen parallel zu der (nicht dargestellten) Rotorachse. Zu bemerken ist, dass das Deckband 24 auch mit einem vorragenden Hakenteil 38 ausgebildet sein kann, der mit Labyrinthzähnen 40 versehen ist. Diese Konstruktion verringert aber die Leckageverlust an dem Laufschaufelende nicht in dem gewünschten Maße. Darüberhinaus ist die Konstruktion des Laufschaufeldeckbandes 24 von den Laufschaufeldeckbandkonstruktionen anderer Turbinenstufen verschieden, so dass spezielle Labyrinthdichtungen erforderlich sind.
Bezugnehmend nun auf die 2 und 3 und gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Laufschaufel 42 ebenfalls einen Schaufelblattteil 44 und einen von diesem durch einen Bodenteil 48 getrennten Fußteil 46 auf. Der Schaufelblattteil 44 weist ein abgeschrägtes radial außenliegende Ende 50 auf, wobei von diesem ein Zapfen 52 radial nach außen ragt und in einer Öffnung 53 des Laufschaufeldeckbandes aufgenommen ist. Das neu. gestaltete Laufschaufeldeckband 54 trägt eine radial innen liegende Oberfläche 56, die auf dem äußeren Ende 50 sitzt, so dass sie den gleichen spitzen Winkel (etwa 5°) wie das Ende einnimmt. In diesem Falle ist aber die radial außenliegende Oberfläche 58 des abgewandelten Laufschaufeldeckbandes 54 durch spanabhebende Bearbeitung eines außen liegenden Teils des Laufschaufeldeckbandes so gestaltet, dass das (schraffierte) Material 60 in 3 entfernt wurde, derart, dass die neu gestaltete Außenfläche 58 in einer Ebene liegt, die im Wesentlichen parallel zu der nicht dargestellten Längsachse des Rotors und damit auch zu der Labyrinthdichtung 62 und deren Labyrinthzahnarray 64 verläuft. Vor der spanabhebenden Bearbeitung war die radial außenliegende Oberfläche 57 im Wesentlichen parallel zu der Innenfläche 56. Diese Anordnung ermöglicht es eine größere Zahl der Labyrinthzähne 64 mit der Außenfläche 56 des Laufschaufeldeckbandes zusammen wirken zu lassen und damit die Leckageverluste an dem Laufschaufelende zu verringern.
Darauf hinzuweisen ist, dass das Laufschaufeldeckband 48 mit vorhandenen Verfahren hergestellt werden kann. Außerdem ist jedoch zu bemerken, dass die Erfindung auch andere technischen Herstellungsverfahren zur Erzielung der gewünschten Laufschaufeldeckbandsgestalt umschließt. Das Laufschaufeldeckband 54 fördert aber die Gleichartigkeit der Teile, weil es mit bei anderen Turbinenstufen eingesetzten, vorhandenen Labyrinthdichtungen verwendet werden kann. Mit anderen Worten hat die Labyrinthdichtung 62 im Vergleich zu der Labyrinthdichtung nach 1 einen wesentlich gebräuchlicheren Dichtungsaufbau.
Wenngleich die Erfindung im Zusammenhang damit beschrieben worden ist, was gegenwärtig als die zweckmäßigste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, so ist doch zu bemerken, dass die Erfindung nicht auf die geoffenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern, dass sie im Gegenteil zahlreiche Abwandlungen und äquivalente Ausbildungen mit umfassen soll, die im Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche liegen.

10: Dampfturbinenlaufschaufel
12: Schaufelblattteil
14: Fußteil
16: nutenartiger Befestigungsteil
18: leistenartiger Befestigungsteil
20: Scheibe
22: abgeschrägter Rand
24: Laufschaufeldeckband oder -abdeckung
26: radial innere Oberfläche
27: Zapfen
28: Außenfläche
30: Labyrinthverzahnung
34 bzw. 36: vorderer und hinterer Rand
38: vorragender Hakenteil
40: Labyrinthverzahnung
42: Laufschaufel
44: Bodenteil
46: Fußteil
48: Bodenteil
50: äußeres Ende
52: Zapfen
53: Öffnung
54: neu gestaltetes Laufschaufeldeckband oder -abdeckung
56: radial innere Oberfläche
57: radial äußere Oberfläche (vor der Bearbeitung)
58: radial äußere Oberfläche
60: Material
62: Labyrinthdichtung
64: Labyrinthverzahnung

Claims

Turbinenlaufschaufel- und -deckbandanordnung, die aufweist: – eine Laufschaufel (42) mit einem Fußteil (46) und einem durch einen Bodenteil(48) davon getrennten Schaufelblattteil (44); und – ein Laufschaufeldeckband (54), das auf einem abgeschrägten radial außen liegenden Ende (50) des Schaufelblattteils angeordnet ist, wobei das Laufschaufeldeckband eine an das abgeschrägte Ende (50) angepasste radial innere Oberfläche (56) und eine in einer horizontalen Ebene liegende radial äußere Oberfläche (58) aufweist
Turbinenlaufschaufel- und -deckbandanordnung nach Anspruch 1, bei der ein Zapfen von dem radial außen liegenden Ende (50) vorragt und bei der das Laufschaufeldeckband (54) eine den Zapfen aufnehmende Öffnung (53) aufweist.
Turbinenlaufschaufel und -deckbandsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Laufschaufeldeckband (54) im Querschnitt eine Dicke aufweist, die in der Arbeitsmittelströmungsrichtung abnimmt.
Turbinenlaufschaufel- und -deckbandanordnung nach Anspruch 1, bei der die radial innere Oberfläche 46 unter einem Winkel von etwa 5° bezüglich der radial äußeren Oberfläche (58) verläuft.
Turbinenlaufschaufel- und -labyrinthdichtungsanordnung für eine Dampfturbine, die aufweist: – eine Laufschaufel (42) mit einem Fußteil und einem von diesem durch einen Bodenteil (48) getrennten Schaufelblattteil (44), wobei der Schaufelblattteil ein abgeschrägtes Ende (50) aufweist und der Fußteil (46) zur Befestigung der Laufschaufel an einem Rotorrad (20) eingerichtet it; – ein Laufschaufeldeckband (54), das auf das abgeschrägten Ende (50) des Schaufelblattteils angeordnet ist, wobei das Laufschaufeldeckband (54) eine mit dem abgeschrägten Rand zusammenpassende radial innere Oberfläche (56) und eine radial äußere Oberfläche (58) aufweist; – eine Labyrinthdichtung (62) radial außerhalb des Laufschaufeldeckbandes, wobei die Labyrinthdichtung eine Anzahl Dichtungszähne oder -spitzen (60) aufweist, die in einer im Wesentlichen horizontalen Anordnung bezüglich der radial äußeren Oberfläche (58) angeordnet sind und wobei die radial äußere Oberfläche (58) des Laufschaufeldeckbandes (54) in einer zu der im Wesentlichen horizontalen Anordnung von Dichtungszähnen (60) im Wesentlichen parallelen Ebene liegt.
Turbinenlaufschaufel- und -labyrinthdichtungsanordnung nach Anspruch 5, bei der ein Zapfen (52) von dem radial außenliegenden Ende (50) vorragt und bei der das Laufschaufeldeckband (54) eine den Zapfen aufnehmende Öffnung (53) aufweist.
Turbinenlaufschaufel- und -labyrinthdichtungsanordnung nach Anspruch 5, bei der das Laufschaufeldeckband (54) im Querschnitt eine Dicke aufweist, die in der Richtung der Dampfströmung über die Laufschaufel abnimmt.
Turbinenlaufschaufel- und -labyrinthdichtungsanordnung nach Anspruch 5, bei der die radial innere Oberfläche (56) unter einem Winkel von etwa 5° bezüglich der radial äußeren Oberfläche (58) verläuft.
Turbinenlaufschaufel- und -labyrinthdichtungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die radial innere Oberfläche (56) unter einem Winkel von etwa 5° bezüglich der radial äußeren Oberfläche (58) verläuft.
Verfahren zum Zurichten eines Turbinenlaufschaufeldeckbandes zur Verwendung bei einer zur Befestigung auf einem Rotor eingerichteten Turbinenlaufschaufel (52) mit einem abgeschrägten Schaufelblattende (50), das beinhaltet: a) Bereitstellen eines Laufschaufeldeckbandes (54), das eine radial innere und eine dazu im Wesentlichen parallele radial äußere Oberfläche (56, 57) aufweist; b) abnehmen von Material von dem Laufschaufeldeckband in der Weise, dass eine neu gestaltete radial äußere Oberfläche (58) erzeugt wird, die einen spitzen Winkel mit der radial inneren Oberfläche (56) einschließt; und c) befestigen des Laufschaufeldeckbandes (58) auf dem abgeschrägten Schaufelblattende (50) der Turbinenlaufschaufel (42) in der Weise, dass die radial äußere Oberfläche (58) im wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Rotors liegen kann.
Verfahren nach Anspruch 10 bei dem der Ende Winkel etwa 5° ist.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Laufschaufeldeckband (54) an dem abgeschrägten Schaufelblattende (50) mittels eines Zapfens (52) an dem Schaufelblattende befestigt ist, der in einer Öffnung (53) in dem Laufschaufeldeckband aufgenommen ist.