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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die im Vorliegenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich allgemein auf Turbinenschaufeln und speziell auf Einrichtungen, die für den Zusammenbau eines segmentierten Blatts einer Turbinenschaufel geeignet sind.
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Zumindest einige bekannte Gasturbinen weisen eine Brennkammer, einen Verdichter und/oder Turbinen auf, die eine Rotorscheibe enthält, die mehrere Rotorblätter oder Schaufeln aufweist, die sich davon radial nach außen erstrecken. Die rotierenden Turbinenschaufeln oder -blätter kanalisieren Hochtemperaturfluide, z. B. Verbrennungsgase oder Dampf, durch eine Gasturbine oder eine Dampfturbine hindurch. Die Fußsegmente wenigstens einiger bekannter Schaufeln sind an der Scheibe mittels eines Schwalbenschwanzes angebracht, der in eine Schwalbenschwanznut eingeführt ist, die in der Rotorscheibe ausgebildet ist. Da derartige Gasturbinen bei verhältnismäßig hohen Temperaturen arbeiten und verhältnismäßig groß sein können, kann die Betriebskapazität eines derartigen Triebwerks wenigstens teilweise durch die Materialien, die bei der Herstellung der Schaufeln verwendet wurden, und/oder durch die Länge der Blattabschnitte der Schaufeln beschränkt sein. Um die Leistung zu erhöhen, steigerten zumindest einige Triebwerkshersteller die Abmessungen der Triebwerke, mit der Folge einer Steigerung der Länge des Blattabschnitts der Schaufeln. Eine solche Steigerung kann eine größere Dimensionierung der Schwalbenschwänze und der Schwalbenschwanznuten erfordern, um sicherzustellen, dass die längeren Schaufeln an Ort und Stelle gehalten werden.
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Darüber hinaus kann der Spitzenabschnitt der Strömungsfläche der Rotorblätter erheblich höheren Temperaturen ausgesetzt sein als der Fußabschnitt derselben Strömungsfläche, was möglicherweise mit der Zeit zu einem vorzeitigen Ausfall der Blattspitzen führt. Solche Ausfälle können einen Austausch der beschädigten Turbinenschaufel erfordern. Im Falle einer ”Schaufelscheibe” („Blisk”) können solche Ausfälle einen kostspieligen Austausch und/oder eine Erneuerung des gesamten ”Schaufelscheibe” erfordern. Dementsprechend könnte eine Turbinenschaufel mit einem instandsetzbaren und/oder austauschbaren Schaufelblattspitzenabschnitt Wartungskosten senken und die Betriebsprobleme in Zusammenhang mit den ständig größer bemessenen Längen des Blattabschnitts von Turbinenschaufeln vermindern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In einem Aspekt ist eine Turbinenschaufel geschaffen. Die Turbinenschaufel enthält eine Platte und ein Blatt, das sich ausgehend von der Platte radial nach außen erstreckt. Das Blatt weist ein Fußsegment und ein Spitzensegment auf. Das Fußsegment hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Das erste Fußende erstreckt sich ausgehend von einer radial äußeren Fläche der Platte. Das Fußsegment erstreckt sich von dem ersten Fußende zu dem zweiten Fußende. Das Spitzensegment weist ein erstes Spitzenende und ein zweites Spitzenende auf. Das erste Spitzenende ist abnehmbar an dem zweiten Fußende angebracht. Das Spitzensegment erstreckt sich von dem zweiten Fußende nach außen zu dem zweiten Spitzenende.
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In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Zusammenbau einer Turbinenschaufel geschaffen. Zu dem Verfahren gehört der Schritt, ein Spitzensegment eines Blatts abnehmbar an einem Fußsegment des Blatts anzubringen, wobei das Fußsegment an einer radial äußeren Platte der Turbinenschaufel angebracht ist.
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In noch einem weiteren Aspekt ist ein Gasturbinensystem geschaffen. Zu dem Gasturbinensystem gehören: ein Verdichter; eine Brennkammer, die mit dem Verdichter in Strömungsverbindung steht, um zumindest einen Teil der Luft aufzunehmen, die von den Verdichter abgegeben wird; eine Rotorwelle, die drehbar mit dem Verdichter verbunden ist; und eine Turbinenschaufel, die mit der Rotorwelle verbunden ist. Die Turbinenschaufel weist eine Platte und ein Blatt auf, das sich ausgehend von der Platte radial nach außen erstreckt. Das Blatt weist ein Fußsegment und ein Spitzensegment auf. Das Fußsegment hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Das erste Fußende erstreckt sich ausgehend von einer radial äußeren Fläche der Platte. Das Fußsegment erstreckt sich von dem ersten Fußende zu dem zweiten Fußende. Das Spitzensegment weist ein erstes Spitzenende und ein zweites Spitzenende auf. Das erste Spitzenende ist abnehmbar an dem zweiten Fußende angebracht. Das Spitzensegment erstreckt sich von dem zweiten Fußende nach außen zu dem zweiten Spitzenende.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Gasturbinensystems.
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2 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine exemplarische Turbinenschaufel, die in Zusammenhang mit der in 1 gezeigten Gasturbine verwendet werden kann.
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3A zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine abgewandelte Turbinenschaufel, die in Zusammenhang mit der in 1 gezeigten Gasturbine verwendet werden kann.
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3B zeigt die in 3A gezeigte Turbinenschaufel in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht.
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4A veranschaulicht schematisch eine abgewandelte Turbinenschaufel, die in Zusammenhang mit der in 1 gezeigten Gasturbine verwendet werden kann.
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4B zeigt die in 4A gezeigte Turbinenschaufel in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht.
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5 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein exemplarisches Verfahren zum Zusammenbau einer Turbinenschaufel, die ein segmentiertes Blatt aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In dem hier verwendeten Sinne wird der Begriff ”Turbinenlaufschaufelblatt” austauschbar mit dem Begriff ”Schaufel” verwendet und kann daher eine beliebige Kombination einer Schaufel, die eine Platte und einen Schwalbenschwanz aufweist, und/oder einer Schaufel beinhalten, die einstückig mit der Rotorscheibe ausgebildet ist, wobei beide wenigstens ein Blattsegment aufweisen.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines exemplarischen Gasturbinensystems 10. In dem Ausführungsbeispiel enthält das Gasturbinensystem 10 einen Ansaugabschnitt 12, einen stromabwärts des Ansaugabschnitts 12 angeordneten Verdichterabschnitt 14, einen stromabwärts des Ansaugabschnitts 12 angeschlossenen Brennkammerabschnitt 16, einen stromabwärts des Brennkammerabschnitts 16 angeschlossenen Turbinenabschnitt 18 und einen Auslassabschnitt 20. Der Turbinenabschnitt 18 ist antriebsmäßig über eine Rotorwelle 22 mit dem Verdichterabschnitt 14 verbunden. Der Brennkammerabschnitt 16 weist mehrere Brennkammern 24 auf. Der Brennkammerabschnitt 16 ist mit dem Verdichterabschnitt 14 verbunden, so dass sich jede Brennkammer 24 mit dem Verdichterabschnitt 14 in Strömungsverbindung befindet. An jeder der Brennkammern 24 ist eine Brennstoffdüsenanordnung 26 angebracht. Der Turbinenabschnitt 18 ist drehbar mit dem Verdichterabschnitt 14 und mit einer Last 28 verbunden, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, einem elektrischen Generator und einer mechanischen Antriebsanwendung. In dem Ausführungsbeispiel weisen der Verdichterabschnitt 14 und der Turbinenabschnitt 18 jeweils wenigstens eine mit der Rotorwelle 22 verbundene Turbinenschaufel 30 auf, die Blattabschnitte aufweisen.
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Im Betrieb kanalisiert der Ansaugabschnitt 12 Luft in Richtung des Verdichterabschnitts 14. Der Verdichterabschnitt 14 verdichtet die Einlassluft, um deren Druck und Temperatur zu erhöhen, und entlässt die verdichtete Luft in Richtung des Brennkammerabschnitts 16, in dem sie mit Brennstoff vermischt und gezündet wird, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die zu dem Turbinenabschnitt 18 strömen, der den Verdichterabschnitt 14 und/oder die Last 28 antreibt. Speziell wird mindestens ein Teil der verdichteten Luft der Brennstoffdüsenanordnung 26 zugeführt. Der Brennstoff wird zu der Brennstoffdüsenanordnung 26 geleitet, wobei er mit der Luft vermischt wird und stromabwärts der Brennstoffdüsenanordnung 26 in dem Brennkammerabschnitt 16 gezündet wird. Es entstehen Verbrennungsgase, die zu dem Turbinenabschnitt 18 geleitet werden, in dem thermische Energie des Gasstroms in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird. Die Abgase verlassen den Turbinenabschnitt 18 und strömen durch den Auslassabschnitt 20 in die umgebende Atmosphäre.
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2 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine Turbinenschaufel 100, die in Zusammenhang mit dem (in 1 gezeigten) Gasturbinensystem 10 verwendet werden kann. Die Turbinenschaufel 100 weist eine Druckseite 102 und eine (in 2 nicht gezeigte) Saugseite auf, die an einer Anströmkante 104 und eine Abströmkante 106 miteinander verbunden sind. Die Druckseite 102 ist im Wesentlichen konkav und die Saugseite ist im Wesentlichen konvex. Die Turbinenschaufel 100 weist einen Schwalbenschwanz 108, ein Blatt 110 und eine sich dazwischen erstreckende Platte 112 auf. In dem Ausführungsbeispiel ist die Turbinenschaufel 100 über den Schwalbenschwanz 108 mit der (in 1 gezeigten) Rotorwelle 22 verbunden und erstreckt sich von der Rotorwelle 22 ausgehend radial nach außen. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Turbinenschaufel 100 mit der Rotorwelle 22 durch andere Vorrichtungen verbunden sein, die dazu eingerichtet sind, eine Schaufel mit einer Rotorwelle, wie beispielsweise einem einteiligen Rotor (Blisk) zu verbinden.
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Der Schaufelschwalbenschwanz 108 weist eine axiale Länge 114 auf, die ein Sichern der Turbinenschaufel 100 an der Rotorwelle 22 erleichtert. Da die Rotorwelle 22 unterschiedlich bemessen sein kann, kann die Länge 114 ebenfalls variieren, um die Bereitstellung einer optimalen Leistung der Turbinenschaufel 100, und spezieller des Gasturbinensystems 10, zu ermöglichen. Die Platte 112 erstreckt sich von dem Schwalbenschwanz 108 ausgehend radial nach außen und weist eine Länge auf, die in etwa gleich der Schwalbenschwanzlänge 114 ist. Das Blatt 110 erstreckt sich von einer radial äußeren Fläche der Platte 112 ausgehend radial nach außen und weist ebenfalls eine anfängliche Länge auf, die in etwa gleich der Schwalbenschwanzlänge 114 ist. Insbesondere sind in dem Ausführungsbeispiel die Platte 112 und das Blatt 110 zusammen einstückig hergestellt, so dass in der Turbinenschaufel 100 dort, wo die Platte 112 in das Blatt 110 übergeht, keine Nahtstellen oder Inkonsistenzen vorhanden sind.
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Das Blatt 110 erstreckt sich von der Platte 112 ausgehend radial nach außen und vergrößert die Länge zu einem Spitzenende 116 der Turbinenschaufel 100. In dem Ausführungsbeispiel weist das Spitzenende 116 eine Länge 118 auf, die größer ist als die Länge 114. Das Blatt 110 hat außerdem eine (nicht gezeigte) Breite, die bemessen ist, um eine Verriegelung einer (nicht gezeigten) Anlaufabdeckung zu ermöglichen. Dementsprechend kann die Spitzenlänge 118 und die Spitzenbreite in Abhängigkeit von der Anwendung der Turbinenschaufel 100, und spezieller des Gasturbinensystems 10, variieren. Das Blatt 110 weist gemessen von der Platte 112 zu dem Spitzenende 116 eine erste oder radiale Länge 120 auf. Die radiale Länge 120 ist bemessen, um eine Optimierung der Leistung der Turbinenschaufel 100 durchzuführen. Dementsprechend kann auch die Schaufellänge 120 in Abhängigkeit von der Anwendung der Turbinenschaufel 100, und spezieller des Gasturbinensystems 10, variieren.
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In dem Ausführungsbeispiel weist das Blatt 110 ein erstes oder Spitzensegment 122 auf, das mit einem zweiten oder Fußsegment 124 verbunden ist, um das Blatt 110 zu bilden, das die radiale Länge 120 aufweist. In dem Ausführungsbeispiel hat das Spitzensegment 122 eine zweite radiale Länge 126, die kleiner ist als die radiale Blattlänge 120 des Blatts 110. In einem Ausführungsbeispiel ist die radiale Länge des Spitzensegments 126 in etwa gleich 50% der radialen Länge 120. In noch einem Ausführungsbeispiel ist die radiale Länge des Spitzensegments 126 größer als 50% der radialen Länge 120. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die radiale Länge des Spitzensegments 126 kleiner als 50% der radialen Länge 120. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist das Blatt 110 mindestens einen Dämpfer 128 auf, der mit dem Spitzensegment 122 und/oder dem Fußsegment 124 verbunden ist, um eine Dämpfung von Schwingungen in dem Blatt 110 durchzuführen, und/oder um dem Blatt 110 während des Betriebs des Gasturbinensystems 10 strukturellen Halt zu verleihen. In einem Ausführungsbeispiel ist der Dämpfer 128 an dem Spitzensegment 122 und/oder dem Fußsegment 124 und zwischen diesen angebracht, um selektiv zu verhindern, dass sich das Spitzensegment 122 von dem Fußsegment 124 löst.
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In dem Ausführungsbeispiel ist das Spitzensegment 122 an dem Fußsegment 124 an einer Verbindungsstelle 130 angebracht. In einem Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstelle 130 eine axiale Verbindungsstelle. In dem hier verwendeten Sinne wird der Begriff ”axiale Verbindungsstelle” verwendet, um eine Verbindungsstelle zu beschreiben, die längs einer axialen Länge eines Querschnitts des Blatts 110 ausgebildet ist. In noch einem Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstelle 130 eine an dem Umfang angeordnete Verbindungsstelle. In dem hier verwendeten Sinne wird der Begriff ”an dem Umfang angeordnete Verbindungsstelle” verwendet, um eine Verbindungsstelle zu beschreiben, die längs der Umfangsweite des Blatts 110 ausgebildet ist. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Verbindung 130 eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Nutverbindung und/oder eine Zinken-Verbindung aufweisen. Darüber hinaus kann die Verbindungsstelle 130 in anderen Ausführungsbeispielen auf sonstigen dem Fachmann bekannten Verbindungstechniken basieren, die es ermöglichen das Spitzensegment 122 abnehmbar an dem Fußsegment 124 anzubringen, wie es hierin beschrieben ist.
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In dem Ausführungsbeispiel wird das Spitzensegment 122 aus einem ersten Material 132 geformt. Das Fußsegment 124 wird anhand eines zweiten Materials 134 ausgebildet, das sich von dem ersten Material 132 unterscheidet. Spezieller ist das Spitzensegment 122 in dem Ausführungsbeispiel aus einem Material ausgebildet, das eine Dichte aufweist, die geringer ist als die Dichte des Werkstoffs des Fußsegments 124. Der Einsatz eines Materials geringerer Dichte erlaubt es, das Spitzensegment 122 leichter zu konstruieren als das Fußsegment 124. Somit kann die rotierende Masse der Turbinenschaufel 100 verringert werden. In dem Ausführungsbeispiel kann das für das Spitzensegment 122 verwendete Material, da die Betriebstemperatur an dem Spitzenende 116 oder an dem Spitzensegment 122 höher sein kann als die Betriebstemperatur an dem Fußsegment 124, darüber hinaus eine höhere Wärmefestigkeit und/oder eine erhöht Wärmetoleranz aufweisen als das Material, das zur Herstellung des Fußsegments 124 verwendet wird. Beispielsweise kann das Spitzensegment 122 in einem Ausführungsbeispiel zum Teil aus einem leichtgewichtigen Keramikmaterial hergestellt sein. Die Nutzung eines leichteren Materials kann außerdem eine Verringerung einer strukturellen Belastung ermöglichen, die auf das Fußsegment 124 ausgeübt wird, und/oder kann es ermöglichen, ein Schwingungsverhalten des zusammengebauten Blatts 110 zu kontrollieren, indem ein Material in dem Spitzensegment 122 verwendet wird, das ein Schwingungsverhalten aufweist, das sich von dem Schwingungsverhalten des Fußsegments 124 unterscheidet. Darüber hinaus kann die Verwendung eines dichteren Materials in dem Fußsegment 124 und eines leichteren Materials in dem Spitzensegment 122 eine Verringerung der Gefahr eines Ausfalls des Fußsegments 124 ermöglichen, dadurch dass Gewichtseinsparungen des monolithischen Blatts zu Lasten der Gesamtfestigkeit eines monolithischen Blatts nicht mehr im selben Maße erforderlich sind.
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Außerdem ergeben sich bei der Nutzung des Blatts 110 zusätzliche Vorteile. Spezieller kann das Spitzensegment 122, wenn es beispielsweise durch ein Spitzenreibereignis, durch Überhitzung und/oder ein sonstiges schädliches Ereignis, beschädigt wird, für sich repariert oder ausgetauscht werden, ohne eine kostspieligere und zeitintensivere Entfernung und Reparatur/Austausch der vollständigen Turbinenschaufel 100 zu erfordern. Solche Kosteneinsparungen ermöglichen eine Reduzierung der Gesamtkosten des Betriebs und der Wartung des Gasturbinensystems 10 sowie eine Verkürzung der Zeitdauer, in der das Gasturbinensystem 10 wegen derartiger Reparaturen außer Betrieb ist.
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3A zeigt eine schematische Ansicht einer abgewandelten Turbinenschaufel 200, die in Zusammenhang mit dem Gasturbinensystem 10 verwendet werden kann. 3B zeigt die Turbinenschaufel 200 in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht. In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel enthält die Turbinenschaufel 200 ein Blatt 202, das wenigstens eine Verbindungsstelle 204 aufweist. 3B zeigt eine vergrößerte Ansicht der Turbinenschaufel 200 an der Verbindungsstelle 204. In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist das Blatt 202 ein Fußsegment 206, ein Spitzensegment 208 und wenigstens einen Dämpfer 210 auf, der mit dem Fußsegment 206 verbunden ist. Ein erstes Ende 212 des Fußsegments 206 ist an einer Platte 214 angebracht. Das Fußsegment 206 erstreckt sich von der Platte 214 ausgehend radial nach außen zu einem zweiten Ende 216 des Fußsegments 206. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Platte 214 an einem Schwalbenschwanzabschnitt 218 angebracht. Der Schwalbenschwanzabschnitt 218 ist bemessen, gestaltet und ausgerichtet, um das Blatt 202 an einer (nicht gezeigten) Turbinenscheibe in dem (in 1 gezeigten) Gasturbinensystem 10 anzubringen. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind die Platte 214 und das Fußsegment 206 mit der Turbinenscheibe in einer ”Schaufelscheiben”-Konstruktion (”Blisk”) einstückig ausgebildet. Der Dämpfer 210 ist an dem zweiten Ende 216 des Fußsegments 206 angebracht. In einem Ausführungsbeispiel ist der Dämpfer 210 mit dem Fußsegment 206 einstückig ausgebildet.
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In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist das Spitzensegment 208 ein erstes Ende 220 und ein zweites Ende 222 auf. Das erste Ende 220 ist abnehmbar an dem zweiten Ende 216 des Fußsegments 206 angebracht. Das Spitzensegment 208 ist abnehmbar an dem Fußsegment 206 an der Verbindungsstelle 204 angebracht. In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist das erste Ende 220 des Spitzensegments einen Schwalbenschwanzabschnitt 224 auf, der sich längs einer axialen Länge 226 des Blatts 202 erstreckt. Das zweite Ende 216 des Fußsegments weist eine Schwalbenschwanznut 228 auf, die sich längs der axialen Länge 226 erstreckt. Die Schwalbenschwanznut 228 ist geeignet dimensioniert und gestaltet, um wenigstens einen Teil des Schwalbenschwanzabschnitts 224 aufzunehmen, um die Verbindungsstelle 204 zu bilden.
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4A veranschaulicht eine perspektivische Ansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels einer Turbinenschaufel 300, die in Zusammenhang mit der (in 1 gezeigten) Gasturbine 10 verwendet werden kann. 4B veranschaulicht eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Turbinenschaufel 300. In 3A gezeigte Komponenten sind in 4A und 4B mit denselben Bezugszeichen beschriftet. In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist die Turbinenschaufel 300 ein Blatt 302 auf. Das Blatt 302 weist mindestens einen Dämpfer 304 auf, der an dem Fußsegment 206 und/oder an dem Spitzensegment 208 abnehmbar angebracht ist, so dass der Dämpfer 304 eine Position des Fußsegments 206 in Bezug auf das Spitzensegment 208 aufrecht erhält. In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist das Spitzensegment 208 mindestens einen Vorsprung 306 auf, der sich ausgehend von dem Spitzensegment 208 radial nach außen erstreckt, und der entlang einer Umfangsbreite 308 des Blatts 302 in Umfangsrichtung ausgerichtet ist. Das Fußsegment 206 weist mindestens einen Schlitz 310 auf, der in Umfangsrichtung entlang der Breite 308 ausgerichtet ist, und der dem Vorsprung 306 entspricht. In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist der Schlitz 310 geeignet dimensioniert und gestaltet, um den Vorsprung 306 aufzunehmen, um eine Verbindungsstelle 312 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel weist der Vorsprung 306 eine Schwalbenschwanzform auf, und der Schlitz 310 basiert auf einer entsprechenden Schwalbenschwanznut. In dem abgewandelten Ausführungsbeispiel basiert der Dämpfer 304 auf zwei Dämpfersegmenten 314, die miteinander verbunden sind, und die außerdem mit dem Fußsegment 206, dem Spitzensegment 208 und der Verbindungsstelle 312 verbunden sind, so dass der Dämpfer 304 es gestattet, das Fußsegment 206 abnehmbar an dem Spitzensegment 208 anzubringen. In einem solchen Ausführungsbeispiel dient der Dämpfer 304 als eine Klammer und/oder ein Nutenstein, um die Verbindungsstelle 312 in verbundenem Zustand zu halten, so dass ein Lösen des Fußsegments 206 und des Spitzensegment 208 verhindert ist und so dass das Spitzensegment 208 und das Fußsegment 206 nur dann entfernt werden können, wenn der Dämpfer 304 entfernt ist.
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5 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein exemplarisches Verfahren 400 für einen Zusammenbau der Turbinenschaufel 100. In dem Ausführungsbeispiel wird das erste Ende 220 des Spitzensegments 208 abnehmbar an dem zweiten Ende 216 des Fußsegments 206 angebracht 402. In einem Ausführungsbeispiel wird das Verbinden 402 erreicht, indem wenigstens entweder eine axiale Verbindungsstelle 204 und/oder eine an dem Umfang angeordnete Verbindungsstelle 312 verwendet wird. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Verbinden 402 mittels einer Schwalbenschwanzverbindung, einer Nutverbindung, einer Zinken-Verbindung und/oder eine Nut-Feder-Verbindung erreicht werden. In dem Ausführungsbeispiel wird wenigstens ein Dämpfer 304 mindestens an dem Spitzensegment 208, dem Fußsegment 206 und/oder der Verbindungsstelle 312 abnehmbar angebracht 404 so dass der Dämpfer 304 es ermöglicht, das Fußsegment 206 an dem Spitzensegment 208 anzubringen 404. In dem Ausführungsbeispiel erhält der Dämpfer 304 eine Position des Fußsegments 206 relativ zu dem Spitzensegment 208 aufrecht. Darüber hinaus wirkt der Dämpfer 304 in einem derartigen Ausführungsbeispiel als eine Klammer und/oder ein Nutenstein, um zu verhindern, dass sich das Fußsegment 206 unbeabsichtigt von dem Spitzensegment 208 löst, und um sicherzustellen, dass das Spitzensegment 208 und das Fußsegment 206 nur entfernt werden können, wenn der Dämpfer 304 abgenommen ist.
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Darüber hinaus wird das Spitzensegment 208, das an dem Fußsegment 206 abnehmbar angebracht ist 402, in dem Ausführungsbeispiel wenigstens zum Teil aus einem Material hergestellt, das eine andere Dichte aufweist als der Werkstoff, der zur Herstellung eines Abschnitts des Fußsegments 206 verwendet wird. Spezieller wird das Spitzensegment 208 in dem Ausführungsbeispiel wenigstens teilweise aus einem Materials hergestellt, das eine geringere Dichte aufweist als der Werkstoff, der verwendet wird, um wenigstens einen Abschnitt des Fußsegments 206 herzustellen, so dass das Spitzensegment 208 weniger wiegt als das Fußsegment 206. Dadurch dass an dem Fußsegment 206 ein Spitzensegment 208 angebracht wird 402, das eine geringere Dichte aufweist, wird die Gesamtrotationsmasse des zusammengebauten Blatts 110 vermindert. Somit verringert sich auch die Gesamtrotationsmasse der Turbine. Ein Zusammenbau eines segmentierten Blatts mittels des hierin beschriebenen Verfahrens ermöglicht eine Verkürzung der Zeit, die erforderlich ist, um eine ausgefallene oder beschädigte Turbinenschaufel zu reparieren, zu überholen und/oder zu ersetzen.
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Die oben beschriebenen Verfahren und Einrichtungen ermöglichen den Zusammenbau einer Turbinenschaufel, deren rotierende Masse verringert ist. Spezieller kann das Spitzensegment durch den Zusammenbau einer Turbinenschaufel, die ein Spitzensegment und ein Fußsegment aufweist, unter Verwendung von Materialien ausgebildet werden, die eine geringere Dichte aufweisen als das Fußsegment. Darüber hinaus kann das Spitzensegment, da die Betriebstemperatur an dem Spitzensegment einer Turbinenschaufel höher sein kann als die Betriebstemperatur an dem Fußsegment, anhand von Material hergestellt werden, das eine höhere Wärmefestigkeit und/oder eine größere Wärmetoleranz aufweist als das Material, das zur Herstellung des Fußsegments eingesetzt wird. Außerdem kann das Spitzensegment, wenn es beispielsweise durch ein Spitzenreibereignis beschädigt ist, repariert oder ausgetauscht werden, ohne die vollständige Entfernung der Turbinenschaufel zu erfordern. Somit lassen sich die Kosten der Wartung des Gasturbinensystems verringern.
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Obwohl die hierin beschriebenen exemplarische Einrichtungen und Verfahren in Zusammenhang mit dem Zusammenbau eines segmentierten Blatts für eine Gasturbine beschrieben sind, sollte es verständlich sein, dass die Einrichtungen und Verfahren nicht ausschließlich auf die Nutzung in Zusammenhang mit einer Gasturbine beschränkt sind. Beispielsweise kann die hierin beschriebene Befestigung in Zusammenhang mit einer Vielfalt von Turbinen sowie jeder Einrichtung genutzt werden, die Schaufelblätter verwendet, und zwar unabhängig davon, ob die Blätter rotierend oder stationär sind. Daher wird der Fachmann erkennen, dass die Ansprüche und beschriebenen Ausführungsbeispiele in der Praxis mit Abwandlungen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche durchgeführt werden können.
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Im Vorausgehenden sind Ausführungsbeispiele von Verfahren und Einrichtungen für eine segmentierte Turbinenschaufelanordnung im Einzelnen beschrieben. Die Verfahren und Einrichtungen sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr können Komponenten von Systemen und/oder Schritte des Verfahrens unabhängig und getrennt von hier beschriebenen anderen Komponenten und/oder Schritten genutzt werden. Beispielsweise können die Verfahren und Einrichtungen auch in Verbindung mit sonstigen Verbrennungssystemen und Verfahren verwendet werden, und sie sind nicht ausschließlich auf eine Verwendung in Zusammenhang mit der hierin beschriebenen Gasturbinenanordnung beschränkt. Vielmehr kann das Ausführungsbeispiel in Verbindung mit vielen anderen Anwendungen von Verbrennungssystemen verwirklicht und genutzt werden.
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Die Tatsache, dass spezielle Merkmale vielfältiger Ausführungsbeispiele der Erfindung möglicherweise in einigen Zeichnungen gezeigt sind und in anderen nicht, dient lediglich zum Zweck der Vereinfachung. Darüber hinaus sind Bezüge auf ”ein Ausführungsbeispiel” in der obigen Beschreibung nicht als Ausschluss der Existenz zusätzlicher, die aufgeführten Merkmale ebenfalls beinhaltender Ausführungsbeispiele zu interpretieren. Gemäß der Grundzüge der Erfindung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem Merkmal jeder anderen Zeichnung herangezogen und/oder beansprucht werden.
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Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus zu beschreiben, und um außerdem einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
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Eine Turbinenschaufel 30, 100, 200, 300 weist eine Platte 112, 214 und ein Blatt 110, 302 auf, das sich von der Platte ausgehend radial nach außen erstreckt, wobei das Blatt ein Fußsegment 124, 206 und ein Spitzensegment 122, 208 aufweist, wobei das Fußsegment ein erstes Ende 212 und ein zweites Ende 216 aufweist, wobei sich das erste Fußende ausgehend von einer radial äußeren Fläche der Platte erstreckt, wobei sich das Fußsegment von dem ersten Fußende zu dem zweiten Fußende erstreckt, wobei das Spitzensegment ein erstes Spitzenende 220 und ein zweites Spitzenende 222 aufweist, wobei das erste Spitzenende abnehmbar an dem zweiten Fußende angebracht ist, wobei sich das Spitzensegment von dem zweiten Fußende nach außen zu dem zweiten Spitzenende erstreckt. Das Fußsegment weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Das erste Fußende erstreckt sich ausgehend von einer radial äußeren Fläche der Platte. Das Fußsegment erstreckt sich von dem ersten Fußende zu dem zweiten Fußende. Das Spitzensegment weist ein erstes Spitzenende und ein zweites Spitzenende auf. Das erste Spitzenende ist abnehmbar an dem zweiten Fußende angebracht. Das Spitzensegment erstreckt sich von dem zweiten Fußende nach außen zu dem zweiten Spitzenende.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasturbinensystem
- 12
- Ansaugabschnitt
- 14
- Verdichterabschnitt
- 16
- Brennkammerabschnitt
- 18
- Turbinenabschnitt
- 20
- Auslassabschnitt
- 22
- Rotorwelle
- 24
- Brennkammer
- 26
- Brennstoffdüsenanordnung
- 28
- Last
- 30
- Turbinenschaufel
- 100
- Turbinenschaufel
- 102
- Druckseite
- 104
- Anströmkante
- 106
- Abströmkante
- 108
- Schaufelschwalbenschwanz
- 110
- Blatt
- 112
- Platte
- 114
- Axiale Länge oder Schwalbenschwanzlänge
- 116
- Spitzenende
- 118
- Spitzenlänge
- 120
- Schaufellänge oder radiale Länge
- 122
- Spitzensegment
- 124
- Fußsegment
- 126
- Zweite radiale Länge oder radiale Länge des Spitzensegments
- 128
- Dämpfer
- 130
- Verbindungsstelle
- 132
- Erstes Material
- 134
- Zweites Material
- 200
- Abgewandelte Turbinenschaufel
- 202
- Blatt
- 204
- Verbindungsstelle
- 206
- Fußsegment
- 208
- Spitzensegment
- 210
- Dämpfer
- 212
- Erstes Ende
- 214
- Platte
- 216
- Zweites Ende
- 218
- Schwalbenschwanzabschnitt
- 220
- Erstes Ende des Spitzensegments
- 222
- Zweites Ende
- 224
- Schwalbenschwanzabschnitt
- 226
- Axiale Länge
- 228
- Schwalbenschwanznut
- 300
- Turbinenschaufel
- 302
- Blatt
- 304
- Dämpfer
- 306
- Vorsprung
- 308
- Umfangsweite
- 310
- Schlitz
- 312
- Verbindungsstelle
- 314
- Zwei Dämpfersegmente
- 400
- Exemplarisches Verfahren
- 402
- Abnehmbares Anbringen eines Spitzensegments an einem Fußsegment.
- 404
- Abnehmbares Anbringen eines Dämpfers an einem Spitzensegment, an einem Fußsegment und an einer Verbindungsstelle.
