DE102009037410B4

DE102009037410B4 - Erosionsschutz für Dampfturbinenstufen

Info

Publication number: DE102009037410B4
Application number: DE200910037410
Authority: DE
Inventors: Dr. Haje Detlef
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-08-13
Filing date: 2009-08-13
Publication date: 2012-02-02
Anticipated expiration: 2029-08-14
Also published as: DE102009037410A1

Abstract

Dampfturbinenlaufschaufel (102) enthaltend:
einen ersten Oberflächenabschnitt (123);
einen zweiten Oberflächenabschnitt;
einen Schaufelfuß (104);
einen Flüssigkeitsströmungsweg (106) mit einem Strömungswegeinlass (110) und einem Strömungswegauslass (112);
wobei der Strömungswegeinlass (110) angeordnet und ausgebildet ist zum Aufnehmen von Flüssigkeit (124) auf dem ersten Oberflächenabschnitt (123);
wobei der Strömungswegauslass (112) in einer Richtung (108) von dem Schaufelfuß (104) weg mit Abstand von dem Strömungswegeinlass (110) angeordnet ist; und
wobei der Strömungswegauslass (112) angeordnet und ausgebildet ist, um unter Betriebsbedingungen mit einer durch den Strömungswegauslass (112) abgegebenen Flüssigkeit (124) einen Flüssigkeitsfilm (162) zur Verminderung der Erosion durch Tropfenschlag auf dem zweiten Oberflächenabschnitt zu erzeugen;
die Dampfturbinenschaufel ferner enthaltend eine längliche Vertiefung (125), welche in einem vorderen Randbereich (114) der Dampfturbinenlaufschaufel (102) angeordnet ist;
wobei sich die längliche Vertiefung (125) mit ihrer Längsrichtung quer zu der Richtung (108) von dem Schaufelfuß (104) weg...

Description

Die Erfindung betrifft Dampfturbinen und insbesondere Turbinenlaufschaufeln von Dampfturbinen.
Hintergrund der Erfindung
Turbinenschaufeln von Niederdruckstufen von Dampfturbinen erreichen sehr große Durchmesser und damit große Umfangsgeschwindigkeiten, so dass Tropfen, die auf eine laufende Turbinenschaufel auftreffen, zu Erosion der Turbinenschaufel führen können. Insbesondere bei einer Kondensationsturbine, bei welcher der Dampf, das heißt das Betriebsmedium der Dampfturbine, bis zum Sattdampfzustand oder sogar bis in ein Nassdampfgebiet hinein entspannt wird, tritt teilweise Kondensation auf. Dabei arbeiten die letzten Stufen einer Kondensationsturbine fast im Vakuum. Die im Dampf kondensierende Flüssigkeit kann sich hierbei als Flüssigkeitsfilm auf einer Leitschaufel absetzen. Dieser Film wird dann von der Dampfströmung zur Leitschaufelhinterkante hin bewegt und löst sich dort in Form von Tropfen oder Schlieren ab. Diese sich ablösenden Flüssigkeitstropfen können vom Dampfstrom wegen ihrer großen Dichte nicht auf die Dampfgeschwindigkeit beschleunigt werden. Sie schlagen deshalb mit großer Wucht auf dem Rücken der Laufschaufel (Saugseite der Laufschaufel) auf und verursachen dort starke Erosion. Zur Vermeidung von Erosion ist es bekannt, den vorderen Bereich der Laufschaufeln, das heißt den der Dampfströmung zugewandten Bereich der Laufschaufeln zu härten.
DE 547 332 A betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung schwerer Teilchen aus einem Luft-, Dampf-, Gas oder Flüssigkeitsstrom, der durch umlaufende Schaufeln axial hindurchgeführt wird. Um eine wirksame Abscheidung schwerer Teilchen aus einem Luft-, Dampf-, Gas oder Flüssigkeitsstrom, der durch umlaufende Schaufeln axial hindurchgeführt wird, zu ermöglichen, ist das Rückenstück jeder Laufschaufel mit einer nach dem Schaufelkopf zugerichteten Rille oder deren mehrere oder bei Verwendung von Hohlschaufeln mit Durchtrittskanälen zu den Hohlräumen zu versehen. Durch Öffnungen in einem die Schaufeln umgebenden Ring gelangen die Wassertröpfchen dann auf Fangbleche, durch die sie in einen Abführungskanal in dem Turbinengehäuse geleitet werden.
WO 1998/014 692 A1 offenbart, eine Leitschaufel im Ventilationsbetrieb einer Dampfturbine durch Ausbilden eines Kühlfilms über der äußeren Oberfläche der Leitschaufel zu kühlen. Im Leistungsbetrieb der Dampfturbine wird dem Hohlraum der Leitschaufel über eine Fluidleitung Heißdampf zugeführt, welcher eine Erwärmung der Leitschaufel bewirkt, so dass eine Bildung von Kondensattröpfchen, insbesondere an der Abströmkante der Leitschaufel, deutlich vermindert oder vermieden wird.
DE 195 460 08 A1 beschreibt, dass sich die erosive Wirkung von auf die Laufschaufeln auftreffenden Wassertröpfchen deutlich vermindert, wenn es gelingt, auf den betroffenen Oberflächen der Laufschaufeln einen eine Dämpfung bewirkenden Wasserfilm aufzubauen. Hierzu wird auf dem Schaufelblatt im Bereich seiner Eintrittskante und seines Schaufelrückens eine Oberflächenrauhigkeit erzeugt, die gegenüber der Oberflächenrauhigkeit an der Vorderseite des Schaufelblatts deutlich verstärkt ist.
WO 1997/034 075 A1 betrifft die Vermeidung von Verkrustung einer Dampfturbinenschaufel durch Reindampfeinspritzung. Durch eine Zuführung von Reindampf, insbesondere über den Schaufelfuß der Turbinenschaufel in die Fluidzuführung und damit an die Anströmfläche, wird ein die Anströmfläche überdeckender Dampffilm gebildet. Dieser bietet einen Schutz gegen aggressiven Dampf, mit dem die Dampfturbine, in der die Turbinenschaufel angeordnet ist, betrieben wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Erosion an Laufschaufeln von Dampfturbinen zu reduzieren oder zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird eine Dampfturbinenlaufschaufel bereitgestellt, welche folgende Merkmale aufweist: Einen ersten Oberflächenabschnitt; einen Schaufelfuß zur Montage der Dampfturbinenlaufschaufel auf einer Welle; und einen Flüssigkeitsströmungsweg mit einem Strömungswegeinlass und einem Strömungswegauslass. Der Strömungswegeinlass ist angeordnet und ausgebildet zum Aufnehmen von Flüssigkeit auf dem ersten Oberflächenabschnitt, d. h. von Flüssigkeit, die sich beispielsweise auf dem ersten Oberflächenabschnitt befindet. Der Strömungswegauslass ist in einer Richtung von dem Schaufelfuß weg mit Abstand von dem Strömungswegeinlass der Dampfturbinenlaufschaufel angeordnet.
Im Folgenden wird die Dampfturbinenlaufschaufel kurz mit ”Turbinenschaufel” bezeichnet, d. h. wo nicht abweichend angegeben, bezieht sich der Begriff ”Turbinenschaufel” stets auf eine Dampfturbinenlaufschaufel.
Die gemäß dem ersten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände ausgebildete Turbinenschaufel ermöglicht es, über den Flüssigkeitsströmungsweg Flüssigkeit in einem bezüglich des Strömungswegeinlasses radial äußeren Bereich der Turbinenschaufel abzugeben und dadurch negative Wirkungen von Tropfen in dem Dampfstrom (beispielsweise Erosion) zu reduzieren oder zu vermeiden.
Der erste Oberflächenabschnitt kann sich beispielsweise auf einem Schaufelblatt der Turbinenschaufel und/oder auf dem Schaufelfuß befinden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Strömungswegauslass in einem vorderen Randbereich der Turbinenschaufel angeordnet.
Wie hierin verwendet, bezeichnet ein vorderer Randbereich der Turbinenschaufel einen Randbereich der Turbinenschaufel, der, wenn die Turbinenschaufel sich in einem montierten Zustand befindet, vorgeordneten Leitschaufeln gegenüberliegt. Vorgeordnete Leitschaufeln sind Leitschaufeln, welche die Turbinenschaufel mit Dampf beaufschlagen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der vordere Randbereich einen Erosionsgefährdeten Bereich der Turbinenschaufel oder ist, gemäß anderer Ausführungsform, durch diesen gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der hierin offenbarten Gegenstände ist das Betriebsmedium der Dampfturbine Wasserdampf. Gemäß anderer Ausführungsformen kann das Betriebsmedium jedoch auch ein anderer Dampf oder ein tropfenführendes Medium sein.
Gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspektes ist das Betriebsmedium der Dampfturbine Wasserdampf. Gemäß anderer Ausführungsformen kann das Betriebsmedium jedoch auch ein anderer Dampf sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Flüssigkeit, welche dem Strömungswegauslass zugeführt wird, die selbe wie die Flüssigkeit, die die Basis für das Betriebsmedium bildet, z. B. Wasser. Gemäß anderer Ausführungsform kann die Flüssigkeit, welche dem Strömungswegauslass zugeführt wird, eine beliebige andere Flüssigkeit sein, beispielsweise eine Flüssigkeit, welche von der Flüssigkeit, die die Basis für das Betriebsmedium bildet, verschieden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Strömungswegauslass angeordnet und ausgebildet, um unter Betriebsbedingungen, d. h. insbesondere bei einer bestimmten Betriebsdrehzahl, mit einer durch den Strömungswegauslass abgegebenen Flüssigkeit einen Flüssigkeitsfilm auf einem zweiten Oberflächenabschnitt, beispielsweise dem vorderen Randbereich der Turbinenschaufel zu erzeugen. Der Flüssigkeitsfilm auf dem Oberflächenabschnitt der Turbinenschaufel mindert den Aufprall von Tropfen auf den vorderen Randbereich und vermindert oder vermeidet dadurch eine Erosion des vorderen Randbereichs.
Gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspektes der hierin offenbarten Gegenstände weist die Turbinenschaufel eine längliche Vertiefung auf, welche in dem vorderen Randbereich angeordnet ist. Gemäß einer Ausführungsform kann sich die Vertiefung mit ihrer Längsrichtung quer zu der Richtung erstrecken, welche sich von dem Schaufelfuß weg erstreckt. Durch eine oder mehrere solcher länglicher Vertiefungen kann eine Flüssigkeitsverteilung auf einer Oberfläche der Turbinenschaufel beeinflusst werden, beispielsweise optimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungform mündet der Strömungswegauslass in die Vertiefung. Auf diese Weise ist die Oberfläche, aus welcher Flüssigkeit auf den vorderen Randbereich gelangt, größer, was zu einer zuverlässigeren Bildung des Flüssigkeitsfilms führen kann.
Gemäß einer Ausführungsform einer Dampfturbinenschaufel definiert der Strömungswegauslass eine Flüssigkeitsabgaberichtung von dem vorderen Randbereich weg. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Strömungswegauslass angeordnet und ausgebildet, um unter Betriebsbedingungen mit einer durch den Strömungswegauslass abgegebenen Flüssigkeit eine Flüssigkeitsströmung in Richtung der Flüssigkeitsabgaberichtung zu erzeugen. Gemäß Ausführungsformen erzeugt der Strömungswegauslass die Flüssigkeitsströmung in Form von einem oder mehreren Flüssigkeitsstrahlen, einem Flüssigkeitsstrahlbündel, etc.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Turbinenschaufel eine Schaufelvorderseite auf, welche unter Betriebsbedingungen mit einem Dampfstrom beaufschlagt ist, und eine Schaufelrückseite, welche unter Betriebsbedingungen in eine Laufrichtung der Dampfturbinenschaufel weist und welche bezüglich der Schaufelvorderseite entgegengesetzt angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die durch den Strömungswegauslass definierte Flüssigkeitsabgaberichtung schräg zu der Laufrichtung hin gerichtet. Dies hat den Vorteil, dass eine durch den Flüssigkeitsauslass abgegebene Flüssigkeitsströmung der Turbinenschaufel vorauseilt und dadurch mit dem Dampfstrom ankommende Flüssigkeitstropfen z. B. ablenken und/oder zerstäuben kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Strömungswegeinlass eine trichterförmige Vertiefung auf oder ist durch eine trichterförmige Vertiefung gebildet. Die trichterförmige Vertiefung weist eine Trichteröffnung in dem ersten Oberflächenabschnitt auf. Gemäß einer Ausführungsform ist die Trichteröffnung dem Schaufelfuß gegenüberliegend angeordnet. Auf diese Weise wird Flüssigkeit, welche sich unter Betriebsbedingungen durch die Fliehkräfte radial nach außen, in Richtung von dem Schaufelfuß weg bewegt, durch die Trichteröffnung aufgefangen. Gemäß anderer Ausführungsform kann die Trichteröffnung einer Dampfströmungsrichtung entgegengesetzt oder schräg entgegen der Dampfströmungsrichtung gerichtet sein. Auf diese Weise wird Flüssigkeit, welche durch den Dampfstrom in Richtung des Dampfstromes getrieben wird, aufgefangen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Strömungswegeinlass eine Vielzahl von Trichteröffnungen aufweisen, die gemäß einer weiteren Ausführungsform entsprechend den lokalen Dampfströmungsbedingungen unterschiedlich ausgerichtet sind. Insbesondere kann die Anordnung und Ausrichtung auf der Schaufelvorderseite und auf der Schaufelrückseite unterschiedlich sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können Trichteröffnungen ausschließlich auf der Schaufelvorderseite angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können Trichteröffnungen ausschließlich auf der Schaufelrückseite angeordnet sein.
Gemäß weiterer Ausführungsformen kann der Strömungswegeinlass auf beliebige andere Weise gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Flüssigkeitsströmungsweg einen Hauptkanal mit dem Strömungswegeinlass und mindestens zwei Nebenkanäle auf, die mindestens zwei Nebenkanäle mit dem Hauptkanal strömungsmäßig verbunden sind und den Strömungswegauslass bilden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jeder Nebenkanal in eine oder mehrere Auslassöffnungen mündet. Gemäß einer anderen Ausführungsform können zwei oder mehr Flüssigkeitsströmungswege vorgesehen sein, deren Strömungswegeinlass durch eine einzige Einlassöffnung gebildet ist und deren Strömungswegauslass durch eine einzige Auslassöffnung gebildet ist. Gemäß anderer Ausführungsformen sind andere Anzahlen von Einlassöffnungen und Auslassöffnungen pro Strömungsweg vorgesehen.
Die vorstehend genannten Ausführungsformen erlauben eine kostengünstige und effiziente Realisierung des Strömungswegeinlasses und des Strömungswegauslasses, wobei durch eine geeignete Anzahl von Nebenkanälen, beispielsweise mindestens zwei Nebenkanälen, die Charakteristik des Strömungswegauslasses einfach an die Anforderungen der jeweiligen Dampfturbine anpassbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Turbinenschaufel ein Schaufelblatt auf, welches an dem Schaufelfuß befestigt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Schaufelblatt als Hohlkörper ausgebildet ist, welcher eine Wandung und einen von der Wandung mindestens teilweise umschlossenen Hohlraum aufweist. Gemäß einer Ausführungsform ist der Flüssigkeitsströmungsweg mindestens teilweise von dem Hohlraum gebildet. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Flüssigkeitsströmungsweg in dem Hohlraum gebildet, beispielsweise durch in dem Hohlraum verlaufende Kanäle oder Rohre.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Schaufelblatt der Turbinenschaufel aus einem faserverstärkten Werkstoff gebildet. Die Reduzierung der Erosion durch die Abgabe von Flüssigkeit durch den Strömungswegauslass ermöglicht den Einsatz von Werkstoffen für das Schaufelblatt, die ohne erosionsmindernde Maßnahmen hierfür ungeeignet wären.
Gemäß einem zweiten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird eine Dampfturbine bereitgestellt, welche eine Welle und eine Vielzahl von Dampfturbinenschaufeln (102) aufweist, die entsprechend dem ersten Aspekt oder einer Ausführungsform hiervon ausgebildet sind und welche mit ihrem Schaufelfuß an der Welle montiert sind. Gemäß einer Ausführungsform weist die Dampfturbine eine Leitbeschaufelung mit einer Vielzahl von Leitschaufeln auf, welche den Laufschaufeln, die gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sind, in Strömungsrichtung eines Dampfstromes vorgelagert sind. In diesem Fall ist der oben genannte vordere Randbereich der Turbinen(lauf)schaufeln diesen Leitschaufeln gegenüberliegend angeordnet.
Gemäß einem dritten Aspekt der hierin offenbarten Gegenstände wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Erosionsschutzes für eine Dampfturbinenlaufschaufel offenbart, welches aufweist: Aufnehmen einer Flüssigkeit von einem ersten Oberflächenabschnitt der Dampfturbinenlaufschaufel in einen Strömungswegeinlass; Transportieren der Flüssigkeit in einem Strömungsweg von dem Strömungswegeinlass zu einem Strömungswegauslass durch Erzeugung einer Fliehkraft in dem Strömungsweg, welche auf die Flüssigkeit in dem Strömungsweg einwirkt; und Abgeben der Flüssigkeit auf einen zweiten Oberflächenabschnitt, welcher in Richtung der Fliehkraft mit Abstand von dem ersten Oberflächenabschnitt angeordnet ist.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände beschrieben, wobei beispielsweise auf eine Turbinenschaufel und eine Dampfturbine enthaltend eine solche Turbinenschaufel, oder auf ein Erosionsschutzverfahren Bezug genommen wird. Es sollte jedoch hervorgehoben werden, dass natürlich jede Kombination von Merkmalen verschiedener Aspekte, Ausführungsformen und Beispiele möglich ist. Insbesondere werden einige Ausführungsformen mit Bezug auf die Turbinenschaufel beschrieben, während andere Ausführungsformen mit Bezug auf die Dampfturbine oder ein Erosionsschutzverfahren beschrieben werden. Der Fachmann wird jedoch der vorstehenden und der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen entnehmen, dass, so lange es nicht anders angegeben ist, Merkmale verschiedener Aspekte, Ausführungsformen und Beispiele kombinierbar sind.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung von Ausführungsformen, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Die einzelnen Figuren der Zeichnungen dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und nicht als maßstabsgetreu anzusehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in Teilschnittansicht einen Teil einer Dampfturbine gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Turbinenschaufel gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
3 zeigt eine Aufsichtansicht der Turbinenschaufel aus 2 gemäß Linie III-III in 2.
4 zeigt eine Schnittansicht einer Turbinenschaufel gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
5 zeigt eine weitere Schnittansicht der Turbinenschaufel mit der Schnittlinie IV-IV, welche die Schnittebene der 4 repräsentiert.
6A bis 6D veranschaulichen Erosionsprozesse auf einer Turbinenschaufel.
7 zeigt eine Schnittansicht einer Turbinenschaufel gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
8 zeigt eine Schnittansicht einer Turbinenschaufel gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
9 zeigt eine Schnittansicht einer Dampfturbine gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
10 zeigen einen Strömungswegeinlass gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände.
Detaillierte Beschreibung
Es wird angemerkt, dass in verschiedenen Figuren ähnliche oder identische Elemente oder Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Solche Merkmale bzw. Komponenten, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten in einer anderen Figur gleich oder zumindest funktionsgleich sind, werden nur bei ihrem ersten Auftreten in dem nachfolgenden Text detailliert beschrieben und die Beschreibung wird bei dem nachfolgenden Auftreten dieser Merkmale und Komponenten (bzw. der entsprechenden Bezugszahlen) nicht wiederholt.
1 zeigt in Teilschnittansicht einen Teil einer Dampfturbine 100 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände. Die Dampfturbine 100 umfasst ein Laufrad 101 mit einer Vielzahl von Laufschaufeln 102, die mit einer Welle 120 drehfest verbunden sind. In 1 sind exemplarisch drei Laufschaufeln dargestellt. Die Dampfturbine 100 weist ferner eine Leitbeschaufelung auf, mit einer Vielzahl von Leitschaufeln 103, von denen in 1 exemplarisch zwei Leitschaufeln dargestellt sind. Die Leitschaufeln 103 sind über einen Träger 105 an einem Gehäuse 107 fixiert. Der Träger weist eine Öffnung 109 auf, durch welche sich die Welle hindurcherstreckt.
Die Leitschaufeln 103 richten einen Dampfstrom 154 gegen die Laufschaufeln (Turbinenschaufeln) 102. Der Dampfstrom 154 treibt somit das Laufrad 101 mit den Laufschaufeln 102 in einer Drehbewegung an, die in 1 mit 156 gekennzeichnet ist. Flüssigkeitstropfen, die sich zum Beispiel von der Leitschaufel 103 ablösen, werden aufgrund ihrer relativ großen Dichte von dem Dampfstrom nicht auf die Dampfstromgeschwindigkeit beschleunigt. Solche Flüssigkeitstropfen schlagen deshalb auf einer Schaufelrückseite 160 auf, die dadurch einer Erosion unterliegen kann. Eine solche Erosion kann gemäß den hierin offenbarten Gegenständen und Ausführungsformen vermindert oder vermieden werden.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Turbinenschaufel 102 gemäß Ausführungsformen der hierein offenbarten Gegenstände. Die Turbinenschaufel 102 weist einen Schaufelfuß 104 auf, mittels welchem die Turbinenschaufel 102 mit einer Welle (in 2 nicht dargestellt) drehfest koppelbar ist. Die Turbinenschaufel 102 weist mindestens einen Flüssigkeitsströmungsweg 106 auf, welcher sich in einer Richtung 108 von dem Schaufelfuß 104 weg erstreckt. Beispielsweise können sechs Flüssigkeitsströmungswege vorgesehen sein, wie in 2 dargestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Strömungsweg 106 durch eine Oberflächenvertiefung in der Oberfläche des Schaufelblattes 121 gebildet, wie in 2 dargestellt. Gemäß anderer Ausführungsformen kann sich der Strömungsweg 106 im Inneren der Turbinenschaufel 102 erstrecken.
Der Flüssigkeitsströmungsweg 106 weist einen Strömungswegeinlass 110 und einen Strömungswegauslass auf. In 2 ist einer der Strömungswegauslässe exemplarisch mit 112 bezeichnet.
Der Strömungswegeinlass ist gemäß einer Ausführungsform trichterförmig ausgebildet, mit einer Trichteröffnung, die allgemein in Richtung zu dem Schaufelfuß 104 und/oder zu einer Eintrittskante 111 hin weist. Auf diese Weise wird Flüssigkeit, die sich auf einem ersten Oberflächenabschnitt 123 der Turbinenschaufel befindet, durch die infolge einer Rotation des Laufrades auftretenden Fliehkräfte und/oder durch den Dampfstrom in den Strömungswegeinlass 110 gefördert.
Der Strömungswegauslass 112 ist in der Richtung 108 von dem Schaufelfuß 104 weg mit Abstand von dem Strömungswegeinlass 110 angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist der Strömungswegauslass 112 in einem vorderen Randbereich 114 der Turbinenschaufel 102 angeordnet. Der vordere Randbereich ist in 2 mit einer gestrichelten Linie 116 markiert.
Der Begriff „vorderer” Randbereich bezieht sich hier auf die Anordnung der Turbinenschaufel 102 in der Turbine 100 bezüglich einer allgemeinen Dampfstromrichtung ein Dampfstromes, welcher die Turbine antreibt, wobei die Dampfstromrichtung in 2 mit 118 gekennzeichnet ist. Der vordere Randbereich 114 erstreckt sich gemäß einer Ausführungsform zwischen 2 mm (Millimeter) und 50 mm (Millimeter) von der Eintrittskante 111 in Richtung zu einer Austrittskante 113, d. h. in der Dampfstromrichtung 118. In radialer Richtung erstreckt sich der vordere Randbereich 114 ausgehend von einem dem Schaufelfuß 104 abgewandten Schaufelende 117 über eine Bereichslänge 115. Die Bereichslänge 115 des vorderen Randbereichs 114 hat gemäß einer Ausführungsform einen Wert, der in dem Bereich zwischen einem Drittel und zwei Dritteln der Schaufelblattlänge 119 eines Schaufelblatts 121 der Turbinenschaufel 102 liegt. Gemäß einer Ausführungsform entspricht der vordere Randbereich 114 dem erosionsgefährdeten Bereich der Turbinenschaufel. Insofern können die relativen und absoluten Abmessungen des vorderen Randbereichs 114 von der Turbinenstufe und der Turbinendrehzahl abhängen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Turbinenschaufel eine Laufschaufel einer Dampfturbinenendstufe.
3 zeigt eine Draufsicht auf die Turbinenschaufel 102 aus 2, wobei eine Drehbewegung (Umfangsrichtung des Laufrades) mit der Bezugszahl 156 angegeben ist und ein auf die Turbinenschaufel auftreffender Dampfstrom mit 154 bezeichnet ist. Der Dampfstrom 154 definiert eine Schaufelvorderseite 158 und eine Schaufelrückseite 160.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Strömungswegauslass 112 ausgebildet zum Abgeben von Flüssigkeit 124 und dadurch Reduzieren einer Erosion der Turbinenschaufel 102.
Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Strömungswegauslass 112 angeordnet und ausgebildet ist zum Erzeugen eines Flüssigkeitsfilms 162 auf einem zweiten Oberflächenabschnitt mit der durch den Strömungswegauslass 112 abgegebenen Flüssigkeit. Der zweite Oberflächenabschnitt kann beispielsweise der vordere Randbereich 114 sein. Hierzu kann der Strömungswegauslass zum Beispiel bezüglich seines Querschnittes, seiner Austrittsrichtung, etc. angepasst sein, um mit der aus dem Strömungswegauslass austretenden Flüssigkeit eine Erosion der Schaufel 102 zu vermindern oder zu vermeiden.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Turbinenschaufel 102, bei welcher der Strömungswegauslass 112 eine längliche Vertiefung 125, beispielsweise eine Quernut, aufweist, in welche der Strömungsweg 106 mündet. Gemäß einer Ausführungsform können in einem Durchtrittsbereich 127 Strömungswiderstände vorgesehen sein, um eine Austrittsgeschwindigkeit einer Flüssigkeit 124 anzupassen und den Flüssigkeitsfilm 162 zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der vordere Randbereich 114 der Turbinenschaufel gehärtet ist, wie in 4 mit der Bezugszahl 164 gekennzeichnet ist.
5 zeigt die Turbinenschaufel 102 in einer seitlichen Schnittansicht, wobei in 5 zusätzlich die Schnittebene IV-IV dargestellt ist, welche die Schnittdarstellung der 4 ergibt.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Flüssigkeitsströmungsweg 106 einen Hauptkanal 126 auf und mindestens einen Nebenkanal 128, beispielsweise zwei Nebenkanäle 128 auf, wie in 5 dargestellt. Die Nebenkanäle 128 sind mit dem Hauptkanal 126 strömungsgemäß verbunden. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Schaufelblatt 121 als Hohlkörper ausgebildet ist, welcher eine Wandung 166 aufweist, die einen Hohlraum 168 mindestens teilweise umschließt. Gemäß einer Ausführungsform ist der Flüssigkeitsströmungsweg mindestens teilweise durch den Hohlraum gebildet. Beispielsweise kann der Hauptkanal 126 durch den Hohlraum gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann der Nebenkanal 128 durch Bohrungen gebildet sein, die von dem vorderen Randbereich 114 bis in den Hauptkanal 126 hinein gebildet sind. Der Strömungswegeinlass 110 kann gemäß einer Ausführungsform direkt in den Hohlraum 168 münden. Gemäß anderer Ausführungsform kann der Strömungsweg 106 in dem Hohlraum 168 angeordnet sein, beispielsweise in Form eines Rohres oder Kanals.
Gemäß anderer Ausführungsform kann der Hohlraum 168 rohrartig ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Hohlraum durch ein Rohr, beispielsweise aus Metall, gebildet sein. Das den Hohlraum bildende Rohr kann dabei gemäß einer weiteren Ausführungsform in das Schaufelblatt 121 eingebettet sein. Das Schaufelblatt 121 kann in diesem Fall beispielsweise durch ein Verbundmaterial oder durch ein anderes geeignetes Material gebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet ein Ende des den Hohlraum bildenden Rohres den Strömungswegeinlass 110 und ein anderes Ende des Rohres bildet den Strömungswegauslass 112. In diesem Fall ist der Strömungsweg 106 vollständig durch das Rohr gebildet. Gemäß weiterer Ausführungsform können zwei oder mehr der oben beschriebenen, einen Hohlraum bzw. den Strömungsweg 106 bildenden Rohre in der Turbinenschaufel angeordnet sein.
Die Wirkung des Flüssigkeitsfilms 162 wird in den 6A bis 6D veranschaulicht. 6A zeigt hierbei einen Tropfen 170, der sich mit einer Relativgeschwindigkeit 172 auf den vorderen Randbereich 114 der Turbinenschaufel 102 zubewegt. 6B zeigt die Turbinenschaufel 102 aus 6A nach dem Auftreffen des Tropfens 170 auf den vorderen Randbereich 114.
Durch den Aufprall verteilt sich die Flüssigkeit des Tropfens in seitlicher Richtung, wie in 6B durch die Pfeile 174 angegeben. Ferner breitet sich durch den Aufprall des Tropfens erzeugter Körperschall 176 in der Turbinenschaufel 102 aus.
Die Konfiguration der 6C entspricht weitgehend der 6A, deren Beschreibung hier nicht wiederholt wird. Im Unterschied zu 6A ist jedoch in 6C ein Flüssigkeitsfilm 162 auf dem vorderen Randbereich 114 angeordnet.
Nun Bezug nehmend auf 6D, bewirkt der Flüssigkeitsfilm 162, dass der Aufprall des Tropfens 170 zu einer Welle 178 in dem Flüssigkeitsfilm 162 führt, welche die Aufprallenergie mindestens teilweise abführt und zu einer Schallausbreitung und Dissipation im Flüssigkeitsfilm 162 führt. Ferner können durch den Aufprall des Tropfens 170 sekundäre Tropfen 180 aus dem Flüssigkeitsfilm herausgeschleudert werden, die zusätzlich Energie abführen. Insgesamt führt der Flüssigkeitsfilm 162 dazu, dass der Körperschall 176 von wesentlich geringerer Intensität ist, verglichen mit der Konfiguration ohne Flüssigkeitsfilm 162 in 6B.
7 zeigt eine Schnittansicht durch einen Teil einer Turbinenschaufel gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände. Gemäß einer Ausführungsform definiert der Strömungswegauslass 122 eine Flüssigkeitsabgaberichtung 182, wobei der Strömungswegauslass 122 angeordnet und ausgebildet ist, um unter Betriebsbedingungen mit der durch den Strömungswegauslass 122 abgegebenen Flüssigkeit 124 in der Flüssigkeitsabgaberichtung 182 eine Flüssigkeitsströmung 184 von der Turbinenschaufel 102 weg zu erzeugen. Betriebsbedingungen sind hier eine Betriebsdrehzahl der Turbinenwelle, auf welcher die Turbinenschaufel angeordnet ist. Die Rotation im Betrieb hat zur Folge, dass Flüssigkeit in dem Strömungsweg 106 infolge der Fliehkraft radial nach außen gedrängt wird, wodurch sich in dem Strömungsweg 106 Drücke von 100–300 bar aufbauen können.
Mittels der Flüssigkeitsströmung 184, die sich von der Turbinenschaufel 102 weg bewegt, können beispielsweise mit der Dampfströmung herannahende Tropfen 170 abgelenkt oder zerstäubt, oder in Umlaufrichtung 156 der Turbinenschaufeln beschleunigt werden. Die genaue Ausrichtung der Flüssigkeitsabgaberichtung hängt hierbei beispielsweise von der Umlaufgeschwindigkeit der Turbinenschaufeln, der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Dampfstromes, der Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit 124 an dem Strömungswegauslass 112, etc. ab. Eine Austrittsgeschwindigkeit kann bei gegebenen Fliehkräften durch Änderung des Strömungswiderstandes durch den Strömungswegauslass verändert werden, da sich durch Änderung des Strömungswiderstandes auch der Flüssigkeitspegel in dem Strömungsweg verändern lässt. Gemäß einer Ausführungsform weist der Strömungswegauslass 112 gegenüber dem Strömungsweg 106 einen reduzierten Querschnitt auf.
Schätzungen haben ergeben, dass die Erosion der Turbinenschaufel sich durch die Flüssigkeitsströmung 184 auf ca. ein Fünftel oder besser reduzieren lässt.
Zur Erzeugung der Flüssigkeitsströmung 184 kann der Strömungswegauslass 112 gemäß Ausführungsformen als Düse oder Schlitz ausgebildet sein.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine Turbinenschaufel 102 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände. Der Strömungswegauslass 112 ist hier ausgebildet zum Abgeben einer Flüssigkeitsströmung in Form eines Flüssigkeitsschwalls. Beispielsweise kann der Strömungswegauslass hierzu eine Vielzahl von Auslassöffnungen (nicht dargestellt in 8) aufweisen.
9 zeigt eine Teilschnittansicht einer Dampfturbine 100 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände. Gemäß einer in 9 dargestellten Ausführungsform sind die Turbinenschaufeln 102, von denen in 9 exemplarisch eine einzige dargestellt ist, ausgebildet, um bei einer Rotation der Welle 120 in einer Umlaufrichtung 156 einen der Turbinenschaufel vorauseilenden Flüssigkeitsschwall 184 zu bilden. Der Flüssigkeitsschwall 184 vermindert eine Erosion der Turbinenschaufel 102 durch Tropfen, die sich von Leitschaufeln lösen können. Die Leitschaufeln sind in 9 nicht dargestellt, da sie sich über der Zeichenebene befinden.
10 zeigt einen Strömungswegeinlass 110 gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände. Der Strömungswegeinlass 110 weist eine trichterförmige Vertiefung 186 auf, die von einer Berandung 188 umgeben ist und eine Trichteröffnung 190 aufweist. Gemäß einer Ausführungsform weist der Strämungswegeinlass 110 eine Öffnung 192 in dem ersten Oberflächenabschnitt 123 des Schaufelblattes 121 auf, an welche sich der Strömungsweg 106 anschließt, um die von der trichterförmigen Vertiefung gesammelte Flüssigkeit durch die Öffnung 192 gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen in den Strömungsweg 106 zu überführen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Strömungsweg 106 in dem Schaufelblatt 121 beispielsweise als ein Hohlraum eines hohlkörperförmigen Schaufelblattes (wie in 5 dargestellt) ausgebildet sein. Ferner kann der Strömungsweg 106 beispielsweise durch rohrförmige Bauteile, Bohrungen, oder Oberflächenvertiefungen gebildet sein, um nur einige Beispiele zu nennen.
Durch Änderung der Strömungsparameter des Strömungswegeinlasses 110, des Strömungsweges 106 und des Strömungswegauslasses 112 können die Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände auf die jeweiligen Gegebenheiten einer Dampfturbine angepasst werden.
Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände ermöglichen das Bereitstellen eines Erosionsschutzes für eine Dampfturbinenlaufschaufel durch Aufnehmen einer Flüssigkeit von der ersten Oberfläche 123 der Dampfturbinenlaufschaufel 102 in den Strömungswegeinlass 110; Transportieren der Flüssigkeit 124 in dem Strömungsweg 106 von dem Strömungswegeinlass 110 zu einem Strömungswegauslass 112 durch Erzeugung einer Fliehkraft in dem Strömungsweg; und Abgeben der Flüssigkeit auf den zweiten Oberflächenabschnitt, beispielsweise den vorderen Randabschnitt 114, welcher in Richtung der Fliehkraft mit Abstand von dem ersten Oberflächenabschnitt 123 angeordnet ist.
Allgemein sind gemäß einer weiteren Ausführungsform zwei oder mehr der hierein beschriebenen Strömungswege 106 pro Turbinenschaufel 102 vorgesehen. Die zwei oder mehr Strömungswege 106 können nach den selben Ausführungsformen (gleichartig) oder gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen (verschiedenartig) ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die zwei oder mehr Strömungswege 106 parallel wirkend angeordnet sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der hierin offenbarten Gegenstände darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit beschriebenen Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Ferner sollte erwähnt werden, dass die Begriffe wie „ein” oder „eines” eine Mehrzahl nicht ausschließen. Begriffe wie „enthaltend” oder „aufweisend” schließen weitere Merkmale oder Verfahrensschritte nicht aus.
Zusammenfassend bleibt festzustellen, dass hierin eine Turbine und eine Turbinenschaufel für eine Turbine offenbart werden, wobei die Turbinenschaufel einen Schaufelfuß und einen Flüssigkeitsströmungsweg mit einem Strömungswegeinlass und einem Strömungswegauslass aufweist. Der Strömungswegeinlass ist angeordnet und ausgebildet zum Aufnehmen von Flüssigkeit auf einem ersten Oberflächenabschnitt der Turbinenschaufel und der Strömungswegauslass ist in einer Richtung von dem Schaufelfuß weg mit Abstand von dem Strömungswegeinlass angeordnet.
Wie vorstehend dargelegt, wird gemäß Ausführungsformen Flüssigkeit (Nässe), die auf dem Schaufelblatt oder am Schaufelfuß der Turbinenschaufel anfällt aufgefangen und mit einem Strömungsweg/Strömungswegauslass so geführt, dass sie zu einer Verminderung der Erosionsbeanspruchung beitragen kann. Bei einer Ausführungsform wird die auf der Schaufeloberfläche/am Schaufelfuß anfallende Flüssigkeit mit Hilfe von oberflächennahen Rillen bzw. durch Bohrungen oder rohrartige Querschnitte an die Eintrittskante oder andere erosionsgefährdete Bereiche (Bereiche der Schaufelspitze oder der Hinterkante) der Beschaufelung geleitet, wo es in Form eines Schutzfilmes über die erosionsbeanspruchten Flächen fließt und durch die Schaufel im Wesentlichen radial abgeschleudert wird. Auf diese Weise können einfallende Tropfen keine direkten Kraftimpulse mehr auf die Schaufeloberfläche selbst bewirken und die kinetische Energie des Tropfenaufpralls wird zu einem nennenswerten Anteil im Flüssigkeitsfilm dissipiert. Je nach Dicke des Flüssigkeitsfilms findet auch ein wesentlicher Anteil der Wellenausbreitung (Longitudinal- und Oberflächenwellen) in der Flüssigkeit (z. B. Wasser) selbst statt. Weiterhin können sich Ausführungsformen zu Nutze machen, dass die Wellenausbreitung von der Flüssigkeitsschicht in das Bauteil durch den Unterschied in der Schallgeschwindigkeit und der Dichte erschwert wird (Impedanz). Diese Ausführung macht sich die Idee zu Nutze, dass eine nachgiebige Erosionsschicht auf die Schaufel aufgetragen wird (der Flüssigkeitsfilm), welche jedoch nicht dem üblichen Nachteil einer Ermüdung des Beschichtungsmaterials aufweist, da die Schicht kontinuierlich ausgetauscht wird. Zur Erzielung einer hohen Wirkung der austretenden Flüssigkeit kann gemäß einer Ausführungsform vorgesehen sein, die aus dem Strömungsweg im Inneren der Schaufel austretende Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit durch Strömungswiderstände zu begrenzen, z. B. durch Düsen oder Schlitze mit einem gegenüber dem Strömungsweg reduzierten Querschnitt oder durch poröse Durchtrittsbereiche.
Ferner kann die anfallende Flüssigkeit durch zumindest teilweise umschlossene Querschnitte oder Innenräume der Turbinenschaufel derart geführt werden, dass sich innerhalb dieser Innenräume ein Druck aus der Fliehkraftwirkung der umlaufenden Schaufel aufbauen kann. Die Innenräume sind dabei so gestaltet, dass der erfolgte Druckaufbau die enthaltene Flüssigkeit durch den Strömungswegauslass, beispielsweise durch mindestens eine Düse oder mindestens einen Schlitz, ausströmen lässt, und dass diese ausströmende Flüssigkeit in Form eines Strahles oder eines Schwalles herannahende Tropfen ablenken oder zerstäuben kann, oder dass herannahende Tropfen in Richtung der Umlaufgeschwindigkeit der Schaufel beschleunigt werden. In allen genannten Fällen wird eine wesentliche Reduzierung der Erosionswirkung erzielt; Überschlagsrechnungen legen eine Reduzierung auf ca. ein Fünftel oder besser nahe. Diese Ausführungsformen machen sich zum Teil die Idee zunutze, die auf der Schaufeloberfläche auftretende Flüssigkeit zu nutzen, um einen aktiven Schutz vor auftreffenden Tropfen zu erzielen. Dies wird erreicht, indem ein Flüssigkeitsstrahl oder ein Flüssigkeitsschwall mit Hilfe des hydrostatischen Druckes innerhalb eines Hohlraumes oder Innenraumes erzeugt wird, welcher zur Ablenkung, Beschleunigung oder Zerstäubung herannahender Tropfen dient. Zur gezielten Ausnutzung des hydrostatischen Druckes und zur Erzielung einer hohen Wirkung der austretenden Flüssigkeit hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Düsen oder Schlitze mit einem gegenüber dem Innenraum reduzierten Querschnitt auszuführen.
Die genannten Ausführungen Flüssigkeitsfilm auf der Turbinenschaufel und von der Turbinenschaufel abgegebene Flüssigkeitsströmung können auch in Kombination angewendet werden. Hierdurch wird eine weitere Reduzierung der Erosionsbeanspruchung erreicht. Für beide Ausführungen stellt es sich als Vorteil dar, dass die Menge der auf der Schaufel anfallenden Flüssigkeit gemeinsam mit der in Tropfenform einfallenden Flüssigkeit ansteigt, und dass somit das Schutzmedium in gleicher Weise wie das einfallende Medium ansteigt.
In einer Ausführungsform wird das Schaufelblatt zumindest teilweise aus einem faserverstärkten Werkstoff gebildet. Die Führung der Flüssigkeit erfolgt in diesem Fall in Innenräumen, die durch den Faserverbundwerkstoff gebildet oder von ihm ganz oder teilweise aufgenommen werden. Ebenfalls kann der Schaufelbereich mit einem Schutzbauteil versehen sein, welches aus Stahl, Titan oder einem anderen erosionsresistenten Werkstoff besteht. In diesem Fall können die Innenräume auch ganz oder teilweise durch das Schutzbauteil gebildet oder von ihm aufgenommen werden.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Innenräume durch druckfeste, longitudinal erstreckte (röhrenförmige) Bauteile gebildet. Weiterhin werden die Innenräume eingangsseitig mit einer Einlaufgeometrie verbunden oder ausgeführt, die anfallende Flüssigkeit auf der Schaufeloberfläche oder am Schaufelfuß sammelt und dem Innenraum zuführt. Diese Einlaufgeometrie ist unter Berücksichtigung der Fliehkraftwirkung und der angreifenden Strömungskräfte zu gestalten, und soll in der Lage sein, eventuell eintretende Anteile von Luft (oder anderen gasförmig verbleibenden Stoffen) durch Blasenaufstieg abzuscheiden. Die Innenräume sind, wie bereits erwähnt, austrittsseitig durch Düsen, Schlitze oder Strömungswiderstände abzuschließen. Aufgrund der hohen Beanspruchungen sind diese Elemente aus erosionsbeständigem Material auszuführen; sie können mit den Innenräumen integral verbunden sein oder mit diesen durch eine stoff-, kraft- oder formschlüssige Verbindung verbunden sein.
Folglich kann gemäß Ausführungsformen der hierin offenbarten Gegenstände die auftretende Flüssigkeit aus dem Schaufelbereich der Niederdruck-Turbinenschaufeln durch einen geeigneten Strömungsweg (Führung, Rohr, Rillenoberfläche) in den Bereich der Schaufelvorderkante geleitet werden und hier als eine Art Dämmung gegen Tropfenschlagerosion wirken. Weiterhin kann die Flüssigkeit auch so geleitet werden, dass sich ein der Schaufel vorauseilender Strahl oder Schwall einstellt, welcher einfallende Tropfen ablenkt, beschleunigt oder zerstäubt.

Claims

Dampfturbinenlaufschaufel (102) enthaltend: einen ersten Oberflächenabschnitt (123); einen zweiten Oberflächenabschnitt; einen Schaufelfuß (104); einen Flüssigkeitsströmungsweg (106) mit einem Strömungswegeinlass (110) und einem Strömungswegauslass (112); wobei der Strömungswegeinlass (110) angeordnet und ausgebildet ist zum Aufnehmen von Flüssigkeit (124) auf dem ersten Oberflächenabschnitt (123); wobei der Strömungswegauslass (112) in einer Richtung (108) von dem Schaufelfuß (104) weg mit Abstand von dem Strömungswegeinlass (110) angeordnet ist; und wobei der Strömungswegauslass (112) angeordnet und ausgebildet ist, um unter Betriebsbedingungen mit einer durch den Strömungswegauslass (112) abgegebenen Flüssigkeit (124) einen Flüssigkeitsfilm (162) zur Verminderung der Erosion durch Tropfenschlag auf dem zweiten Oberflächenabschnitt zu erzeugen; die Dampfturbinenschaufel ferner enthaltend eine längliche Vertiefung (125), welche in einem vorderen Randbereich (114) der Dampfturbinenlaufschaufel (102) angeordnet ist; wobei sich die längliche Vertiefung (125) mit ihrer Längsrichtung quer zu der Richtung (108) von dem Schaufelfuß (104) weg erstreckt; und wobei der Strömungswegauslass (112) in die Vertiefung (125) mündet.
Dampfturbinenlaufschaufel (102) nach Anspruch 1, wobei der Strömungswegauslass (112) eine Flüssigkeitsabgaberichtung (182) von dem vorderen Randbereich (114) weg definiert; und wobei der Strömungswegauslass (112) angeordnet und ausgebildet ist, um unter Betriebsbedingungen mit einer durch den Strömungswegauslass (112) abgegebenen Flüssigkeit (124) eine Flüssigkeitsströmung (184) in Richtung der Flüssigkeitsabgaberichtung (182) zu erzeugen.
Dampfturbinenlaufschaufel (102) nach Anspruch 2, ferner enthaltend: eine Schaufelvorderseite (158), welche unter Betriebsbedingungen mit einem Dampfstrom (154) beaufschlagt ist, und eine Schaufelrückseite (160), welche unter Betriebsbedingungen in eine Laufrichtung (156) der Dampfturbinenlaufschaufel weist und welche bezüglich der Schaufelvorderseite (158) entgegengesetzt angeordnet ist; wobei die Flüssigkeitsabgaberichtung (182) schräg zu der Laufrichtung (156) hin gerichtet ist.
Dampfturbinenlaufschaufel (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungswegeinlass (110) eine trichterförmige Vertiefung (186) mit einer Trichteröffnung (190) in dem ersten Oberflächenabschnitt (123) aufweist.
Dampfturbinenlaufschaufel (102), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsströmungsweg (106) einen Hauptkanal (126) mit dem Strömungswegeinlass (110) und mindestens zwei Nebenkanäle (128) aufweist, und wobei die mindestens zwei Nebenkanäle (128) mit dem Hauptkanal (126) strömungsmäßig verbunden sind und den Strömungswegauslass (112) bilden.
Dampfturbinenlaufschaufel (102), nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner enthaltend ein Schaufelblatt (121), welches an dem Schaufelfuß (104) befestigt ist; wobei das Schaufelblatt (121) als Hohlkörper ausgebildet ist, welcher eine Wandung (166) und einen von der Wandung (166) mindestens teilweise umschlossenen Hohlraum (168) aufweist.
Dampfturbinenlaufschaufel (102), nach Anspruch 6, wobei der Flüssigkeitsströmungsweg (106) mindestens teilweise von dem Hohlraum (168) gebildet ist.
Dampfturbinenlaufschaufel (102), nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Schaufelblatt (121) aus einem faserverstärkten Werkstoff gebildet ist.
Turbine, enthaltend eine Welle (120) und eine Vielzahl von Dampfturbinenlaufschaufeln (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche mit ihrem Schaufelfuß (104) an der Welle (120) montiert sind.
Verfahren zum Bereitstellen eines Erosionsschutzes für eine Dampfturbinenlaufschaufel (102) mit einem Schaufelfuß (104), einem Flüssigkeitsströmungsweg (106) mit einem Strömungswegeinlass (110) und einem Strömungswegauslass (112), und einer länglichen Vertiefung (125), welche in einem vorderen Randbereich (114) der Dampfturbinenlaufschaufel (102) angeordnet ist, wobei sich die längliche Vertiefung (125) mit ihrer Längsrichtung quer zu einer Richtung (108) von dem Schaufelfuß (104) weg erstreckt, und wobei der Strömungswegauslass (112) in die Vertiefung (125) mündet, das Verfahren enthaltend: Aufnehmen einer Flüssigkeit (124) von einem ersten Oberflächenabschnitt (123) der Dampfturbinenlaufschaufel in einen Strömungswegeinlass (110); Transportieren der Flüssigkeit (124) in einem Strömungsweg (106) von dem Strömungswegeinlass zu einem Strömungswegauslass (112) durch Erzeugung einer Fliehkraft in dem Strömungsweg (106); und Abgeben der Flüssigkeit (124) auf einen zweiten Oberflächenabschnitt (114) der Dampfturbinenlaufschaufel, welcher in Richtung der Fliehkraft mit Abstand von dem ersten Oberflächenabschnitt (123) angeordnet ist, und dadurch Erzeugen eines Flüssigkeitsfilms (162) zur Verminderung der Erosion durch Tropfenschlag auf dem zweiten Oberflächenabschnitt.