DE102007035236A1

DE102007035236A1 - Turbinenschaufelspitzendeckband

Info

Publication number: DE102007035236A1
Application number: DE102007035236A
Authority: DE
Inventors: William Scott Zemitis; Massimiliano Mariotti; Cody Jermaine Ford
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2008-02-07
Also published as: KR20080012775A; RU2351769C1; CN101117897B; US7762779B2; JP4642819B2; CN101117897A; CH701290B1; US20080038116A1; JP2008038910A

Abstract

Ein Turbinenschaufelspitzendeckband (100) wird geschaffen. Das Spitzendeckband (100) kann eine Plattform (110), eine Anzahl von in der Plattform (110) angerodneten Z-Kerben (140, 150), eine Anzahl von auf der Plattform (110) angerodneten Dichtleisten (120, 130) und eine Anzahl von in der Plattform (110) angerodneten und an die Dichtleisten (120, 130) und die Z-Kerben (140, 150) angrenzenden Vertiefungen (160, 170) enthalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Gasturbinen und konkreter auf ein Turbinenschaufelspitzendeckband mit Vertiefungen in demselben, um die Gesamtmasse des Spitzendeckbandes zu verringern.
Hintergrund der Erfindung
Gasturbinenlaufschaufeln können häufig ein Schaufelblatt mit einem einstückig daran befestigten Spitzendeckband enthalten. Das Spitzendeckband bzw. Spitzendeckbandsegment ist an der äußeren Kante des Schaufelblatts befestigt und weist eine Oberfläche auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Schaufelblattoberfläche verläuft. Der Oberflächenbereich des Spitzen deckbandes hilft dabei, die Turbinenabgase an dem Schaufelblatt zu halten, so dass ein größerer Anteil der Energie von den Turbinenabgasen in mechanische Energie umgewandelt werden kann, um die Gesamteffizienz zu erhöhen. Das Spitzendeckband bewirkt auch eine aeromechanische Dämpfung und Verhinderung von Abtrag (Fretting). Die Umgebung mit relativ hoher Temperatur und die durch das überhängende Material und die Zentrifugalbelastung auf das Spitzendeckband hervorgerufenen Biegebeanspruchungen tragen jedoch dazu bei, ein Kriechen (Verformung) in dem Deckband voranzutreiben. Diese Biegebeanspruchungen können z.B. in den Bereichen des Deckbandes, die als „Z-Kerbe" bekannt sind, und anderswo hohe lokale Beanspruchungskonzentrationen hervorrufen.
Daher besteht der Wunsch nach einem verbesserten Turbinenschaufelspitzendeckband, das das Kriechen verringert, um die maximale Schaufellebensdauer zu optimieren, während sichergestellt wird, dass die Schaufel eine akzeptable Leistungsfähigkeit und Herstellbarkeit aufweist. Die Lebensdauer der gesamten Schaufel sollte verbessert werden, ohne insgesamt Turbineneffizienz und -kosten zu opfern.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beschreibt demnach ein Turbinenschaufelspitzendeckband. Das Spitzendeckband kann eine Plattform, eine Anzahl von in der Plattform angeordneten Z-Kerben, eine Anzahl von an der Plattform angeordneten Dichtleisten und eine Anzahl von in der Plattform angeordneten und zu den Dichtleisten und den Z-Kerben benachbarten Vertiefungen enthalten.
Die Dichtleisten können eine Druckseitendichtleiste und eine Saugseitendichtleiste enthalten. Die Vertiefungen können eine Dicke von wenigstens etwa 1,72 mm aufweisen und wenigstens etwa 2,0 mm von den Z-Kerben angeordnet sein. Die Vertiefungen können eine Druckseitenvertiefung, die an die Druckseitendichtliste angrenzend angeordnet ist, und eine Saugseitenvertiefung, die an die Saugseitendichtleiste angrenzend angeordnet ist, enthalten. Die Z-Kerben können eine Z-Kerbe der ersten Seite und eine Z-Kerbe der zweiten Seite enthalten. Die Druckseitenvertiefung kann eine Länge von etwa 22,32 mm, eine an die Z-Kerbe der ersten Seite angrenzende Breite von etwa 5,97 mm und gegenüber der Z-Kerbe der ersten Seite eine Breite von etwa 3,46 mm aufweisen. Die Saugseitenvertiefung 160 kann eine Länge von etwa 21,5 mm, angrenzend an die Z-Kerbe der zweiten Seite eine Breite von etwa 3,97 mm und der Z-Kerbe der zweiten Seite gegenüber liegend eine Breite von etwa 3,03 mm aufweisen Die Vertiefungen können über sie hinweg eine einheitliche Tiefe aufweisen. Das Spitzendeckband kann nach einem Wachsausschmelzverfahren oder einem spanabhebenden Verfahren hergestellt werden.
Die vorliegende Anmeldung beschreibt weiterhin ein Turbinenschaufelspitzendeckband. Das Spitzendeckband kann eine Plattform, eine Anzahl von in der Plattform angeordneten Z-Kerben, eine Anzahl von auf der Plattform angeordneten Dichtleisten und eine Anzahl von in der Plattform angeordneten Vertiefungen aufweisen, die an die Dichtleisten angrenzen und wenigstens etwa 2,0 mm von den Z-Kerben entfernt sind.
Die Dichtleisten können eine Druckseitendichtleiste und eine Saugseitendichtleiste enthalten. Die Vertiefungen können eine Dicke von wenigstens etwa 1,72 mm aufweisen. Die Vertiefungen können eine Druckseitenvertiefung, die an die Druckseitendichtleiste angrenzend angeordnet ist, und eine Saugseitenvertiefung, die an die Saugseitendichtleiste angrenzend angeordnet ist, enthalten. Die Z-Kerben können eine Z-Kerbe der ersten Seite und eine Z-Kerbe der zweiten Seite aufweisen. Die Druckseitenvertiefung kann eine Länge von etwa 22,32 mm, eine an die Z-Kerbe der ersten Seite angrenzende Breite von etwa 5,97 mm und der Z-Kerbe der ersten Seite gegenüber liegend eine Breite von etwa 3,46 mm aufweisen. Die Saugseitenvertiefung 160 kann eine Länge von etwa 21,5 mm, eine an die Z-Kerbe der zweiten Seite angrenzende Breite von etwa 3,97 mm und der Z-Kerbe der zweiten Seite gegenüber liegend eine Breite von etwa 3,03 mm aufwiesen. Die Vertiefungen können über sie hinweg eine einheitliche Tiefe aufweisen.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für einen Fachmann bei der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen und den mehreren beigefügten Ansprüchen deutlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht von bekannten Turbinenlaufschaufeln mit Spitzendeckbändern darauf.
2 ist eine perspektivische Draufsicht auf ein Spitzendeckband, wie es hierin beschrieben ist.
3 ist eine perspektivische Seitenansicht des Spitzendeckbandes aus 2.
Detaillierte Beschreibung
Nun unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf die gleichen Elemente in den verschiedenen Zeichnungen beziehen: 1 zeigt eine Anzahl von bekannten Turbinenschaufeln 10. Wie gezeigt sind die Turbinenschaufeln 10 zur Drehung mit Betriebsdrehzahlen an einer Turbinenscheibe 20 angebracht. Jede Turbinenschaufel 10 kann einen Fußabschnitt 30 aufweisen, der an der Scheibe 20 befestigt ist. Jede Schaufel 10 enthält weiterhin einen Plattformabschnitt 40 und einen Schaufelblattabschnitt 50. An der Spitze des Schaufelblattabschnittes 50 ist ein Spitzendeckband 60 angeordnet. Das Spitzendeckband 60 ist größtenteils rechtwinklig zu dem Schaufelblatt 50 angeordnet. Das Spitzendeckband 60 enthält eine Plattform 70 mit einer Anzahl von darauf angeordneten Dichtleisten 80. Die Dichtleisten 80 erstrecken sich im Wesentlichen über die Länge des Spitzendeckbandes 60. Die Seiten des Spitzendeckbandes 60 (auf beiden Seiten des Schaufelblatts 50) können eine darin angeordnete „Z-Kerbe" 90 aufweisen. Wie der Name andeutet ist die Z-Kerbe 90 größtenteils von der Form eines „Z". Die Z-Kerbe 90 ermöglicht es den verschiedenen Schaufeln 10, ineinander zu greifen.
Die 2 und 3 zeigen ein Spitzendeckband 100, wie es hierin beschrieben ist. Ähnlich dem oben beschriebenen Spitzendeckband 60 enthält das Spitzendeckband 100 eine Plattform 110, ein Paar von darauf angeordneten Dichtleisten, eine Druckseitendichtleiste 120 und eine Saugseitendichtleiste 130, und ein Paar von Z-Kerben, eine Z-Kerbe 140 der ersten Seite und eine Z-Kerbe 150 der zweiten Seite. Die. Druckseitenleiste 120 kann etwa 8,51 mm von der yz-Ebene entfernt sein. Die Saugseitenleiste 130 kann etwa 7,75 mm von der yz-Ebene entfernt sein. Das Spitzendeckband 100 kann einen Abstand von etwa 16,64 mm zwischen den Dichtleisten 120 und 130 aufweisen. Auch andere Strukturen, Formen, Abstände und Größen können hierin verwendet werden.
Das Spitzendeckband weist ferner eine Anzahl von Vertiefungen, eine Druckseitenvertiefung 150 und eine Saugseitenvertiefung 160 auf. Die Vertiefungen 160, 170 sind an die Dichtleisten 120, 130 angrenzend in der Plattform 110 angeordnet. Die Vertiefungen 160, 170 können eine minimale Dicke von etwa 1,72 mm in der Plattform 110 und angrenzend an die Z-Kerben 140, 150 eine minimale Wanddicke von etwa 2,0 mm aufweisen. Die Druckseitenvertiefung 160 kann eine Länge von etwa 22,32 mm, eine an die Z-Kerbe 140 der ersten Seite angrenzen de Breite von etwa 5,97 mm und der Z-Kerbe 140 gegenüber liegend eine Breite von 3,46 mm aufweisen. Die Saugseitenvertiefung 170 kann eine Länge von etwa 21,5 mm, angrenzend an die zweite Z-Kerbe 150 eine Breite von etwa 3,97 mm und der Z-Kerbe 150 gegenüber liegend eine Breite von etwa 3,03 mm aufweisen. Die Vertiefungen 160, 170 können über sie hinweg eine größtenteils gleichmäßige Tiefe aufweisen.
Die Anordnung, Größe und Form der Vertiefungen 160 kann variiert werden, wie es erwünscht ist. Die hierin beschriebene Abmessung kann mit einer Turbinenlaufschaufel der ersten Stufe einer G4 HSPT (High Speed Power Turbine) verwendet werden, die von General Electric Company aus Schenectady, New York, verkauft wird. Das Spitzendeckband 100 als Ganzes und die Vertiefungen 160, 170 in diesem können durch ein Wachsausschmelzverfahren oder ähnliche Fertigungstechniken hergestellt werden. Es kann z.B. auch ein spanabhebendes Bearbeitungsverfahren angewandt werden, bei dem das überschüssige Material abgetragen wird.
Die Verwendung der Vertiefungen verringert demnach die Gesamtmasse des Spitzendeckbandes 100 und bewirkt eine Flexibilität des Kontaktbereiches zwischen den mehreren Schaufeln 10. Die Vertiefungen 160, 170 können in Bereichen der Plattform 110 angeordnet sein, so dass sie die Beanspruchung an limitierenden Stellen, wie z.B. den Z-Kerben 140, 150 minimieren. Eine um die Z-Kerben 140, 150 herum erreichte Verringerung der Beanspruchung verbessert die Kriechlebensdauer der Laufschaufel 10 als Ganzes. Die Gestaltung der Vertiefungen 160, 170 kann optimiert werden, um den maximalen Lebensdauergewinn zu bewirken, wobei sichergestellt ist, dass die Schau fel 10 eine akzeptable Leistungsfähigkeit und Herstellbarkeit aufweist.
Unter der Annahme, dass die Vertiefungen 160, 170 in Bereichen angeordnet sind, die senkrecht zu dem Schaufelblatt 50 überhängen, reduziert eine Verringerung der Masse des Spitzendeckbandes 100 die Biegebeanspruchung, wobei das Spitzendeckband 100 ausreichende abdichtende und aeromechanische Eigenschaften behält. Weiterhin besteht ein verbleibender Nutzen der Verwendung der Vertiefungen 160, 170 darin, dass die Kontaktoberfläche an der Schaufelgrenzfläche flexibler ist, so dass sie bewirkt, dass die Belastung zwischen zwei (2) Laufschaufeln 10 gleichmäßiger verteilt wird.
Ein Turbinenschaufelspitzendeckband 100 wird geschaffen. Das Spitzendeckband 100 kann eine Plattform 110, eine Anzahl von in der Plattform 110 angeordneten Z-Kerben 140, 150, eine Anzahl von auf der Plattform 110 angeordneten Dichtleisten 120, 130 und eine Anzahl von in der Plattform 110 angeordneten und an die Dichtleisten 120, 130 und die Z-Kerben 140, 150 angrenzenden Vertiefungen 160, 170 enthalten.
Es sollte erkannt werden, dass sich das Vorangegangene nur auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung bezieht und zahlreiche Änderungen und Abwandlungen von einem Fachmann hierin vorgenommen werden können, ohne von dem wesentlichen Geist und Bereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente festgelegt ist.

10: Turbinenschaufel
20: Turbinenscheibe
30: Fußabschnitt
40: Plattformabschnitt
50: Schaufelblattabschnitt
60: Spitzendeckband
70: Plattform
80: Dichtleiste
90: Z-Kerbe
100: Spitzendeckband
110: Plattform
120: Druckseitendichtleiste
130: Saugseitendichtleiste
140: Z-Kerbe der ersten Seite
150: Z-Kerbe der zweiten Seite
160: Druckseitenvertiefung
170: Saugseitenvertiefung

Claims

Turbinenschaufelspitzendeckband (100), das aufweist: eine Plattform (110), wobei die Plattform (110) eine Anzahl von Z-Kerben (140, 150) aufweist; eine Anzahl von auf der Plattform (110) angeordneten Dichtleisten (120, 130) und eine Anzahl von in der Plattform (110) angeordneten und an die Anzahl von Dichtleisten (120, 130) und die Anzahl von Z-Kerben (140, 150) angrenzenden Vertiefungen (160, 170).
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl von Dichtleisten (120, 130) eine Druckseitendichtleiste (120) und eine Saugseitendichtleiste (130) enthält.
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 1, bei dem die Vertiefungen (160, 170) eine Dicke von wenigstens etwa 1,72 mm aufweisen.
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 1, bei dem die Vertiefungen (160, 170) wenigstens etwa 2,0 mm von den mehreren Z-Kerben (140, 150) angeordnet sind.
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl von Vertiefungen (160, 170) eine Druckseitenvertiefung (160), die an die Druckseitendichtleiste (120) angrenzend angeordnet ist, und eine Saugseitenvertiefung (170), die an die Saugseitendichtleiste (130) angrenzend angeordnet ist, enthält.
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 5, bei dem die Anzahl von Z-Kerben (140, 150) eine Z-Kerbe (140) der ersten Seite und eine Z-Kerbe (150) der zweiten Seite enthält.
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 6, bei dem die Druckseitenvertiefung (160) eine Länge von etwa 22,32 mm, eine an die Z-Kerbe (140) der ersten Seite angrenzende Breite von etwa 5,97 mm und der Z-Kerbe (140) der ersten Seite gegenüber liegend eine Breite von etwa 3,46 mm aufweist.
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 6, bei dem die Saugseitenvertiefung (170) eine Länge von etwa 21,5 mm, eine an die Z-Kerbe (150) der zweiten Seite angrenzende Breite von etwa 3,97 mm und der Z-Kerbe (150) der zweiten Seite gegenüber liegend eine Breite von etwa 3,03 mm aufweist.
Turbinenschaufelspitzendeckband (100) nach Anspruch 1, bei dem die Vertiefungen (160, 170) über sie hinweg eine gleichmäßige Tiefe aufweisen.