DE102008002944A1 - Laufschaufel - Google Patents
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Abstract
Eine Laufschaufel (50) kann ein Spitzendeckband (62) mit wenigstens einem Dichtungszahn (70) enthalten, der im zusammengebauten Zustand in einem Winkel in Bezug auf eine Triebwerksmittellinie, die Vorderkante (77) des Spitzendeckbandes (62) und/oder die Hinterkante (79) des Spitzendeckbandes (62) angeordnet ist.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die exemplarischen Ausführungsformen betreffen allgemein Gasturbinentriebwerkskomponenten und insbesondere Laufschaufeln mit Spitzendeckbändern.
- Gasturbinentriebwerke enthalten typischerweise einen Verdichter, eine Brennkammer und wenigstens eine Turbine. Der Verdichter kann Luft verdichten, die mit Brennstoff vermischt und durch die Brennkammer geleitet werden kann. Das Gemisch kann dann zum Erzeugen heißer Verbrennungsgase gezündet werden, und die Verbrennungsgase können der Turbine zugeführt werden. Die Turbine kann den Verbrennungsgasen Energie für den Antrieb des Verdichters sowie zur Erzeugung von Nutzarbeit zum Antreiben eines Flugzeugs im Flug oder zum Antreiben einer Last wie zum Beispiel eines elektrischen Generators entziehen.
- Die Turbine kann eine Rotoranordnung und eine Statoranordnung enthalten. Die Rotoranordnung kann mehrere Laufschaufeln enthalten, die sich radial von einer Scheibe weg erstrecken. Jede Laufschaufel kann ein Schaufelblatt enthalten, das sich zwischen einer Plattform und einer Spitze erstrecken kann. Jede Laufschaufel kann auch einen Fuß enthalten, der sich unterhalb der Plattform erstreckt und in einem entsprechenden Schlitz in der Scheibe aufgenommen werden kann. Alternativ kann die Scheibe eine so genannte "Blisk" oder Schaufelscheibe sein, die den Fuß überflüssig macht wobei sich das Schaufelblatt direkt aus der Scheibe erstreckt. Ein Verbrennungsgasströmungspfad durch die Rotoranordnung kann radial innen durch die Laufschaufelplattformen begrenzt sein und radial außen durch mehrere Spitzendeckbänder, wobei jedes Spitzendeckband wenigstens einen Dichtungszahn enthalten kann.
- Typischerweise kann der wenigstens eine Dichtungszahn mit einer radial benachbarten Wabe zusammenarbeiten, um den Strömungspfad abzudichten. Der wenigstens eine Dichtungszahn kann wenigstens einen Abschnitt enthalten, der im Querschnitt größer als der Rest des Dichtungszahns ist. Während einer Vorwärtsbewegung der Laufschaufel in Bezug auf die Wabe, kann dieser größere Abschnitt mit der Wabe vor dem Rest des Dichtungszahns in Eingriff stehen, und eine Verschleißspur in die Wabe schneiden. Dieses kann erfordern, dass der Dichtungszahn nicht achsensymmetrisch ist.
- Laufschaufeln können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. Einige von diesen Materialien können ein Gießen des nicht achsensymmetrischen Dichtungszahns in die endgültige Form mit geringer, wenn überhaupt notwendiger, maschineller Bearbeitung ermöglichen. Andere leichtere, preiswertere oder längerlebige Materialien können nicht in eine Endform gegossen zu werden und müssen bearbeitet werden. Eine Bearbeitung von nicht achsensymmetrischen Merkmalen mit diesen Materialien kann zeitaufwendig sein und Abfallmaterial bewirken, was zu längeren Produktionszyklen führt.
- KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Eine exemplarische Ausführungsform kann auf eine Laufschaufel mit einem Spitzendeckband gerichtet sein, das wenigstens einen Dichtungszahn enthält, der in einem Winkel in Bezug auf die Triebwerksmittellinie im zusammengebauten Zustand angeordnet ist. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform kann der Dichtungszahn in einem Winkel in Bezug auf die Vorder- und/oder Hinterkante angeordnet sein.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines exemplarischen Gasturbinentriebwerks. -
2 ist eine teilweise aufgeschnittene Querschnittsansicht einer exemplarischen Turbinenanordnung, die bei einem Gasturbinentriebwerk, wie zum Beispiel dem in1 dargestellten Gasturbinentriebwerk, verwendet werden kann. -
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes einer exemplarischen Laufschaufel, die bei einem Gasturbinentriebwerk, wie zum Beispiel dem in1 dargestellten Gasturbinentriebwerk, verwendet werden kann. -
4 ist eine Draufsicht auf die in3 dargestellte Laufschaufel. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Gasturbinentriebwerks10 , das eine Bläseranordnung12 , einen Booster14 , einen Hochdruckverdichter16 und eine Brennkammer18 enthält. Das Triebwerk10 enthält auch eine Hochdruckturbine20 und eine Niederdruckturbine22 . Die Bläseranordnung12 enthält eine Anordnung von Bläserlaufschaufeln24 , die sich radial aus einer Rotorscheibe26 erstrecken. Das Triebwerk10 besitzt eine Einlassseite28 und eine Auslassseite30 . Das Triebwerk10 kann ein beliebiges Gasturbinentriebwerk sein. Beispielsweise kann das Triebwerk10 ein GE90 Gasturbinentriebwerk sein, das von General Electric Company, Cincinnati, Ohio beziehbar ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Bläseranordnung12 , der Booster14 und die Tur bine22 können über eine erste Rotorwelle32 verbunden sein, und der Verdichter16 und die Turbine20 können über eine zweite Rotorwelle34 verbunden sein. - Im Betrieb strömt Luft durch die Bläseranordnung
12 und verdichtete Luft wird dem Hochdruckverdichter16 über den Booster14 zugeführt. Die hochverdichtete Luft wird an die Brennkammer18 geliefert, wo sie mit Brennstoff vermischt und entzündet wird, um Verbrennungsgase zu erzeugen. Die Verbrennungsgase werden aus der Brennkammer18 geleitet, um die Turbinen20 und22 anzutreiben. Die Turbine22 treibt die Bläseranordnung22 und den Booster14 über die Welle32 an. Die Turbine20 treibt den Verdichter16 über die Welle34 an. -
2 ist eine teilweise aufgeschnittene Querschnittsansicht einer exemplarischen rotierenden Anordnung, die bei einem Gasturbinentriebwerk wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, dem (in1 dargestellten) Gasturbinentriebwerk10 verwendet werden kann. In der exemplarischen Ausführungsform kann die Rotoranordnung36 eine Turbine wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, die (in1 dargestellte) Niederdruckturbine20 sein. Jedoch können die hierin beschriebenen und/oder dargestellten exemplarischen Ausführungsformen mit jeder Rotoranordnung verwendet werden. Die Rotoranordnung36 enthält mehrere Rotoren38 , die miteinander über Kopplungen40 über eine (nicht dargestellte) axiale Mittellinienachse verbunden sind. Jeder Rotor38 enthält eine Rotorscheibe42 mit einem ringförmigen radial äußeren Rand44 , einer radial inneren Nabe46 und einem in einem Stück ausgebildeten Steg48 , der sich radial dazwischen erstreckt. Jeder Rotor38 enthält auch mehrere Schaufeln50 , die sich radial von dem äußeren Rand44 nach außen erstrecken. Eine oder mehrere Laufschaufeln50 von einem oder mehreren Rotoren40 können in einem Stück mit den entsprechenden Rändern44 verbunden sein. - Ferner können eine oder mehrere Laufschaufeln
50 von einem oder mehreren Rotoren40 entfernbar mit dem entsprechenden Rand44 in einer bekannten Weise unter Verwendung von (nicht dargestellten) Laufschaufelnschwalbenschwänzen verbunden sein, welche in komplementären (nicht dargestellten) Schlitzen in dem entsprechenden Rand44 befestigt sind. - Die Laufschaufeln
50 enthalten jeweils eine Vorderkante52 , eine Hinterkante54 und ein sich dazwischen erstreckendes Schaufelblatt56 . Jedes Schaufelblatt56 weist eine Saugseite58 und eine in Umfangsrichtung gegenüberliegende Druckseite60 auf. Die Saug- und Druckseiten58 und60 erstrecken sich jeweils zwischen axial beabstandeten Vorder- und Hinterkanten52 beziehungsweise54 , und erstrecken sich in einer radialen Spanne zwischen einem Laufschaufelspitzen-Deckband62 und einer Laufschaufelplattform64 . Eine Schaufelblattsehne wird zwischen den Vorder- beziehungsweise Hinterkanten52 und54 der Laufschaufel gemessen. Die radial äußeren Oberflächen66 der Plattformen64 definieren eine radial innere Strömungspfadoberfläche der Rotoranordnung36 und die radial inneren Oberflächen68 der Laufschaufelspitzen-Deckbänder62 definieren eine radial äußere Strömungspfadoberfläche der Motoranordnung36 . -
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes einer exemplarischen Laufschaufel, die bei einem Gasturbinentriebwerk wie zum Beispiel dem in1 dargestellten Gasturbinentriebwerk eingesetzt werden kann.4 ist eine Draufsicht auf die in3 dargestellte Laufschaufel. In einer exemplarischen Ausführungsform können die Laufschaufeln50 einen oder mehrere Dichtungszähne70 enthalten, welche zu einem Statordeckband72 benachbart angeordnet sein können und mit diesem in Wechselwirkung stehen. Der eine oder die mehreren Dichtungszähne70 können in einem Hohlraum74 angeordnet sein, der durch das Statordeckband72 und das Laufschaufelspitzen-Deckband62 definiert ist. Die Dichtungszähne70 können mit einer radial benachbarten Wabe auf dem Statordeckband72 zusammenarbeiten, um den Strömungspfad abzudichten. Die Wabe kann auf der radial tieferen Seite des Statordeckbandes72 angeordnet sein. Obwohl jedes Laufschaufelspitzen-Deckband62 in den2 bis4 mit zwei Dichtungszähnen70 dargestellt ist, die sich jeweils über eine gesamte Umfangsbreite des (in3 dargestellten) Deckbandes62 erstrecken, sollte angemerkt werden, dass jedes Spitzendeckband62 eine beliebige Anzahl von Dichtungszähnen70 enthalten kann, die sich jeweils quer über einen beliebigen Abschnitt der Umfangsbreite des Deckbandes62 erstrecken können. Ferner kann jedes Spitzendeckband62 ein Paar gegenüberliegender Eingriffsflächen76 und78 enthalten, die das Eingreifen von Deckbändern62 benachbarter Laufschaufeln50 in einem Rotor40 ermöglichen. Jedes Spitzendeckband62 kann eine Vorderkante77 und eine Hinterkante79 enthalten. - Gemäß Darstellung in den
3 und4 kann das Spitzendeckband62 einen oder mehrere Dichtungszähne wie zum Beispiel den Dichtungszahn80 enthalten. Der Dichtungszahn80 kann in einem solchen Winkel angeordnet sein, dass ein Dichtungszahn einer benachbarten Laufschaufel gegenüber dem Dichtungszahn80 versetzt ist, und somit ein "Sägezahn"-Muster an der Schnittstelle84 von Laufschaufel zu Laufschaufel erzeugt. Der Winkel kann jeder Winkel sein, solange der Dichtungszahn nicht senkrecht zu der Triebwerksmittellinie im zusammengebauten Zustand liegt. Der Dichtungszahn kann auch in einem Winkel in Bezug auf die Vorderkante77 und/oder Hinterkante79 des Spitzendeckbandes80 angeordnet sein. Der Versatz ermöglicht dem Dichtungszahn80 einen "effektiv" vergrößerten Abschnitt an der Schnittstelle84 zu haben, so dass der Dichtungszahn80 geeignet in die Wabe einschneiden kann, ohne zusätzliches Ma terial zu haben. Der Versatz kann auch eine Achsensymmetrie des Dichtungszahns80 ermöglichen, was für die Fertigung vorteilhaft sein kann. Der Winkel der Dichtungszähne80 und82 kann ein geeigneter Winkel so sein, dass ein Dichtungszahn bezüglich des benachbarten Dichtungszahns versetzt ist. In einer exemplarischen Ausführungsform können sich der Dichtungszahn80 und der Dichtungszahn82 an der Schnittstelle84 überlappen. In einer exemplarischen Ausführungsform kann der Spitzendeckmantel62 einen zusätzlichen Dichtungszahn86 aufweisen. Ähnlich zu dem Dichtungszahn80 kann der Dichtungszahn86 in einem solchen Winkel angeordnet sein, dass ein Dichtungszahn88 einer benachbarten Laufschaufel gegenüber dem Dichtungszahn86 versetzt ist, und somit ein Sägezahnmuster an der Schnittstelle90 von Laufschaufel zu Laufschaufel erzeugt. Der Winkel der Dichtungszähne86 und88 kann jeder geeignete Winkel dergestalt sein, dass ein Dichtungszahn bezüglich des benachbarten Dichtungszahns versetzt ist. In einer exemplarischen Ausführungsform können die Dichtungszähne80 und82 denselben Winkel wie die Dichtungszähne86 und88 haben und somit parallel zueinander sein. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform können die Dichtungszähne80 und82 einen sich von dem Winkel der Dichtungszähne86 und88 unterscheidenden Winkel haben. - Die Laufschaufeln und/oder Spitzendeckbänder können aus jedem im Fachgebiet bekannten Material hergestellt werden. In einer exemplarischen Ausführungsform können die Laufschaufeln und/oder Spitzendeckbänder aus einer Nickel- oder Kobalt-basierenden Superlegierung bestehen. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform können die Laufschaufeln und/oder Spitzendeckbänder aus einer Titanlegierung bestehen wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt Titanaluminid. Zusätzlich können die Laufschaufel, das Spitzendeckband und/oder die Dichtungszähne mit jeder im Fachgebiet bekannten Beschich tung beschichtet sein. In einer exemplarischen Ausführungsform können die Laufschaufel und/oder das Spitzendeckband mit einer Umweltbeschichtung beschichtet sein. Die Dichtungszähne können mit einer abrasiven Beschichtung wie zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, Aluminiumoxid beschichtet sein.
- Die Laufschaufeln und/oder Spitzendeckbänder können in ihre Endform geformt werden oder sie können geformt und dann in ihre Endform bearbeitet werden. In dem Falle, dass die Außenoberfläche der Spitzendeckbänder bearbeitet werden muss, kann die Verwendung eines im Winkel angestellten Dichtungszahnes eine achsensymmetrische Form für eine leichte Bearbeitung ermöglichen, während gleichzeitig eine Einrichtung zum "Schneiden" der Wabe ermöglicht wird. Typischerweise können die Spitzendeckbänder auf einem gekrümmten Pfad bearbeitet werden, wobei die Rotationsachse die Triebwerksmittellinie ist. Wenn die Außenoberfläche des Spitzendeckbandes im Wesentlichen zylindrisch (das heißt im Wesentlichen parallel zu der Triebwerksmittellinie im Querschnitt) ist, kann dann die Rotationsachse des gekrümmten Pfades, zum Erzeugen der Außenoberfläche die ausreichend gedrehte Triebwerksmittellinie sein, um den Versatz zwischen benachbarten Dichtungszähnen zu erzielen. Wenn die Außenoberfläche im Wesentlichen konisch ist, muss die Rotationsachse versetzt sowie in Bezug auf die Triebwerksmittellinie im Winkel angeordnet sein. Dieses kann erforderlich sein, um sicherzustellen, dass die Dicke an den Kanten des Spitzendeckbandes nicht unerwünscht dünn oder dick wird.
- Obwohl diese Anmeldung verschiedene spezifische exemplarische Ausführungsformen beschrieben hat, wird der Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass diese exemplarischen Ausführungsformen mit Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfang der Ansprüche in die Praxis umgesetzt werden können.
- Eine Laufschaufel
50 kann ein Spitzendeckband62 mit wenigstens einem Dichtungszahn70 enthalten, der im zusammengebauten Zustand in einem Winkel in Bezug auf eine Triebwerksmittellinie, die Vorderkante77 des Spitzendeckbandes62 und/oder die Hinterkante79 des Spitzendeckbandes62 angeordnet ist. -
- 10
- Gasturbinentriebwerk
- 12
- Bläseranordnung
- 14
- Booster
- 16
- Hochdruckverdichter
- 18
- Brennkammer
- 20
- Hochdruckturbine
- 22
- Niederdruckturbine
- 24
- Bläserlaufschaufeln
- 26
- Rotorscheibe
- 28
- Einlassseite
- 30
- Auslassseite
- 32
- erste Rotorwelle
- 34
- zweite Rotorwelle
- 36
- Rotoranordnung
- 38
- Rotor
- 40
- Kopplung
- 42
- Rotorscheibe
- 44
- Außenrand
- 46
- Innennabe
- 48
- Steg
- 50
- Laufschaufel
- 52
- Vorderkante
- 54
- Hinterkante
- 56
- Schaufelblatt
- 58
- Saugseite
- 60
- Druckseite
- 62
- Spitzendeckband
- 64
- Plattform
- 66
- Außenoberfläche
- 68
- Innenoberfläche
- 70
- Dichtungszahn
- 72
- Statordeckband
- 74
- Hohlraum
- 76
- erste Eingriffsfläche
- 77
- Vorderkante
- 78
- zweite Eingriffsfläche
- 79
- Hinterkante
- 80
- Dichtungszahn
- 82
- Dichtungszahn
- 84
- Schnittstelle
- 86
- Dichtungszahn
- 88
- Dichtungszahn
- 90
- Schnittstelle
Claims (10)
- Laufschaufel (
50 ), aufweisend: ein Schaufelblatt (56 ); und ein Spitzendeckband (62 ), das sich aus dem Schaufelblatt (56 ) erstreckt, wobei das Spitzendeckband (62 ) wenigstens einen Dichtungszahn (80 ) enthält, der in einem Winkel in Bezug auf eine Triebwerksmittellinie in einem zusammengebauten Zustand angeordnet ist. - Laufschaufel (
50 ), aufweisend: ein Schaufelblatt (56 ); und ein Spitzendeckband (62 ), das sich aus dem Schaufelblatt (56 ) erstreckt, wobei das Spitzendeckband (62 ) eine Vorderkante (77 ), eine Hinterkante (79 ) und wenigstens einen Dichtungszahn (80 ) besitzt, wobei der wenigstens eine Dichtungszahn (80 ) in einem Winkel in Bezug auf die Vorder-(77 ) und/oder Hinter-Kante (79 ) so angeordnet ist, dass der wenigstens eine Dichtungszahn (80 ) nicht parallel zu der Vorder-(77 ) und/oder Hinter-Kante (79 ) ist. - Laufschaufel (
50 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Dichtungszahn (80 ) achsensymmetrisch ist. - Laufschaufel (
50 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Spitzendeckband (62 ) ferner aufweist: eine erste Eingriffsfläche (76 ); und eine zweite Eingriffsfläche (78 ). - Laufschaufel (
50 ) nach Anspruch 1, wobei das Spitzendeckband (62 ) ferner aufweist: einen zweiten Dichtungszahn (86 ), der in einem Winkel in Bezug auf eine Triebwerksmittellinie im zusammengebauten Zustand angeordnet ist. - Laufschaufel (
50 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Laufschaufel (50 ) aus Titanaluminid ausgebildet ist. - Laufschaufel (
50 ) nach Anspruch 2, wobei das Spitzendeckband (62 ) ferner aufweist: einen zweiten Dichtungszahn (86 ), der in einem Winkel in Bezug auf die Vorder-(77 ) und/oder Hinter-Kante (79 ) so angeordnet ist, dass der zweite Dichtungszahn (86 ) nicht parallel zu der Vorder-(77 ) und/oder Hinter-Kante (79 ) ist. - Rotoranordnung (
36 ), aufweisend: einen Rotor (38 ); eine erste Laufschaufel (50 ), die sich radial aus dem Rotor (38 ) mit einem ersten Dichtungszahn (80 ) erstreckt. eine zweite Laufschaufel (50 ), die sich radial aus dem Rotor (38 ) mit einem zweiten Dichtungszahn (82 ) erstreckt, wobei der erste (80 ) und der zweite Dichtungszahn (82 ) so angeordnet sind, dass die Dichtungszähne in Bezug zueinander versetzt sind. - Rotoranordnung (
36 ) nach Anspruch 8, wobei die erste Laufschaufel (50 ) zu der zweiten Laufschaufel (50 ) benachbart ist. - Rotoranordnung (
36 ) nach Anspruch 8, wobei sich der erste Dichtungszahn (80 ) und der zweite Dichtungszahn (82 ) überlappen und dadurch ein Sägezahnmuster erzeugen.
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