DE102011052419A1

DE102011052419A1 - Turbinenschaufelanordnung und Verfahren zur Montage derselben

Info

Publication number: DE102011052419A1
Application number: DE102011052419A
Authority: DE
Inventors: Michael James Fedor; David Martin Johnson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US20120045337A1; CH703658A2; JP2012041930A; CN102373961A

Abstract

Es ist eine Laufschaufel (100) für einen Turbinenantrieb (10) geschaffen. Die Laufschaufel enthält eine Plattform (112), die eine radial äußere Fläche (184) und eine radial innere Fläche (190) enthält, ein Schaufelblatt (110), das sich von der Plattform radial nach außen erstreckt, einen Schwalbenschwanz (116), der eingerichtet ist, um mit einem Laufrad gekoppelt zu sein, einen Schaft (114), der sich zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz erstreckt, wobei der Schaft wenigstens eine Deckplatte (146, 148) enthält, die sich von der Plattform nach innen zu dem Schwalbenschwanz erstreckt, und wenigstens eine Dichtungsanordnung (168, 170), die mit der Deckplatte gekoppelt ist, wobei sich die Dichtungsanordnung von dem Schwalbenschwanz zu der Plattform erstreckt, wobei die Dichtungsanordnung einen Dichtungspfad (172) zwischen der Laufschaufel und einer in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufel bildet.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin beschriebene Gegenstand betrifft allgemein Gasturbinenantriebe und insbesondere eine Laufschaufelanordnung zur Verwendung bei einem Turbinenantrieb.
Wenigstens einige bekannte Rotoranordnungen, die in Turbinenantrieben verwendet werden, enthalten wenigstens eine Reihe in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Laufschaufeln. Jede Laufschaufel enthält ein Schaufelblatt, das eine Druckseite und eine Saugseite enthält, die entlang einer Vorder- und einer Hinterkante miteinander verbunden sind. Jedes Schaufelblatt erstreckt sich in Radialrichtung nach außen von einer Laufschaufelplattform aus. Jede Laufschaufel enthält ferner einen Schwalbenschwanz, der sich radial nach innen von einem Schaft aus erstreckt, der zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz ausgebildet ist. Der Schwalbenschwanz wird verwendet, um die Laufschaufel an einer Laufscheibe oder Rotorwelle zu montieren. Bekannte Laufschaufeln sind hohl und enthalten einen inneren Kühlhohlraum, der wenigstens teilweise durch das Schaufelblatt, die Plattform, den Schaft und den Schwalbenschwanz definiert ist und der verwendet wird, um eine Kühlfluidströmung zu leiten. Zwischen benachbarten Laufschaufeln kann eine Leckage des Kühlfluids auftreten. Je nach der Menge des Leckstroms können die Turbinenleistung und -abgabe nachteilig beeinflusst werden.
Außerdem sind die Schaufelblattabschnitte wenigstens einiger bekannter Laufschaufeln allgemein höheren Temperaturen ausgesetzt als die Schwalbenschwanzabschnitte. Höhere Temperaturen können dazu führen, dass an der Verbindungsstelle zwischen dem Schaufelblatt und der Plattform und/oder zwischen dem Schaft und der Plattform Temperaturunterschiede entstehen. Diese Temperaturunterschiede können dazu führen, dass thermische Druckbelastungen auf die Laufschaufelplattform eingeleitet werden. Im Laufe der Zeit kann ein fortgesetzter Betrieb bei hohen thermischen Druckbeanspruchungen eine Oxidation der Plattform, eine Rissbildung an der Plattform und/oder eine Kriechverbiegung der Plattform herbeiführen, von denen jede oder alle die Nutzungslebensdauer der Rotoranordnung verkürzen können.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt ist ein Verfahren zur Montage einer Rotoranordnung zur Verwendung bei einem Turbinenantrieb geschaffen. Das Verfahren enthält ein Bereitstellen von wenigstens zwei Laufschaufeln, die jeweils einen Schaft enthalten, der sich zwischen einem Schwalbenschwanz und einer Plattform erstreckt. Der Schaft enthält wenigstens eine Deckplatte, die sich von der Plattform aus nach innen zu dem Schwalbenschwanz erstreckt. Ein Schaufelblatt erstreckt sich von der Plattform aus nach außen. Eine erste Laufschaufel ist mit einer Laufscheibe gekoppelt. Eine zweite Laufschaufel ist mit der Laufscheibe derart gekoppelt, dass ein Hohlraum zwischen der ersten und der zweiten Laufschaufel gebildet ist und dass ein Dichtungspfad zwischen einer ersten Laufschaufeldeckplatte und einer zweiten Laufschaufeldeckplatte gebildet ist.
In einem weiteren Aspekt ist eine Laufschaufel für einen Turbinenantrieb geschaffen. Die Laufschaufel enthält eine Plattform, die eine radial äußere Fläche und eine radial innere Fläche enthält. Ein Schaufelblatt erstreckt sich radial nach außen von der Plattform aus. Ein Schwalbenschwanz ist dazu eingerichtet, mit einem Laufrad gekoppelt zu werden. Ein Schaft erstreckt sich zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz. Der Schaft enthält wenigstens eine Deckplatte, die sich von der Plattform nach innen zu dem Schwalbenschwanz erstreckt. Wenigstens eine Dichtungsanordnung ist mit der Deckplatte gekoppelt. Die Dichtungsanordnung erstreckt sich von dem Schwalbenschwanz zu der Plattform. Die Dichtungsanordnung bildet einen Dichtungspfad zwischen der Laufschaufel und einer in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufel.
In einem weiteren Aspekt ist ein Gasturbinenantrieb geschaffen. Der Gasturbinenantrieb enthält einen Verdichter und eine Brennkammer, die stromabwärts von dem Verdichter angeschlossen ist, um wenigstens einen Teil der von dem Verdichter ausgegebenen Luft zu empfangen. Mit dem Verdichter ist eine Rotorwelle gekoppelt. Mit der Rotorwelle sind mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Laufschaufeln verbunden. Jede der mehreren Laufschaufeln enthält eine Plattform. Ein Schaufelblatt erstreckt sich radial nach außen von der Plattform aus. Mit der Rotorwelle ist ein Schwalbenschwanz gekoppelt. Ein Schaft erstreckt sich zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz. Der Schaft enthält wenigstens eine Deckplatte, die sich von der Plattform aus nach innen zu dem Schwalbenschwanz hin erstreckt. Wenigstens eine Dichtungsanordnung ist mit der Deckplatte derart gekoppelt, dass ein Dichtungspfad zwischen benachbarten Laufschaufeln gebildet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften bekannten Turbinenantriebsystems.
2 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht einer beispielhaften Rotoranordnung, die bei dem in 1 veranschaulichten Turbinenantriebsystem eingesetzt werden kann.
3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts der in 2 veranschaulichten Rotoranordnung.
4 zeigt eine Querschnittsansicht der in 2 veranschaulichten Rotoranordnung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebenen beispielhaften Verfahren und Systeme überwinden Nachteile bekannter Laufschaufelanordnungen durch Schaffung einer Laufschaufel, die eine Reduktion der Kühlfluidleckage von der Laufschaufel ermöglicht. Insbesondere enthalten die hierin beschriebenen Ausführungsformen einen Labyrinthdichtungspfad, der zwischen benachbarten Laufschaufeln positioniert ist, um eine Erhöhung eines Gegendrucks zwischen benachbarten Laufschaufeln zu ermöglichen und um zu ermöglichen, eine Leckage eines Kühlfluids durch die Laufschaufeln zu reduzieren.
In dem hierin verwendeten Sinne wird der Ausdruck „Laufschaufel” mit dem Ausdruck „Schaufeleinrichtung” austauschbar verwendet und kann somit jede Kombination einer Schaufel, die eine Plattform und einen Schwalbenschwanz enthält, und/oder einer Schaufel, die mit der Laufscheibe integral ausgebildet ist, von denen jede wenigstens ein Schaufelblattsegment enthalten kann, umfassen.
1 zeigt eine schematisierte Ansicht eines beispielhaften Gasturbinenantriebs 10. In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Gasturbinenantrieb 10 einen Einlassabschnitt 12, einen Verdichterabschnitt 14, der stromabwärts von dem Einlassabschnitt 12 angeschlossen ist, einen Brennkammerabschnitt 16, der stromabwärts von dem Verdichterabschnitt 14 angeschlossen ist, einen Turbinenabschnitt 18, der stromabwärts von dem Brennkammerabschnitt 16 angeschlossen ist, und einen Auslassabschnitt 20. Der Turbinenabschnitt 18 enthält eine Rotoranordnung 22, die mit dem Verdichterabschnitt 14 über eine Antriebswelle 32 gekoppelt ist. Der Brennkammerabschnitt 16 enthält mehrere Brennkammern 24. Der Brennkammerabschnitt 16 ist mit dem Verdichterabschnitt 14 derart gekoppelt, dass jede Brennkammer 24 mit dem Verdichterabschnitt 14 in Strömungsverbindung steht, und derart, dass die Brennstoffdüsenanordnung 26 mit jeder Brennkammer 24 gekoppelt ist. Der Turbinenabschnitt 18 ist mit dem Verdichterabschnitt 14 und mit einer Last, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, einem elektrischen Generator und einer mechanischen Antriebseinrichtung, drehfest verbunden. In der beispielhaften Ausführungsform enthalten der Verdichterabschnitt 14 und der Turbinenabschnitt 18 jeweils wenigstens eine mit der Rotoranordnung 22 gekoppelte Turbinenschaufel oder Schaufeleinrichtung 30, die einen (in 1 nicht veranschaulichten) Schaufelblattabschnitt enthält.
Während des Betriebs leitet der Einlassabschnitt 12 Luft zu dem Verdichterabschnitt 14 hin. Der Verdichterabschnitt 14 verdichtet die Einlassluft auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur und gibt die verdichtete Luft zu dem Brennkammerabschnitt 16 ab. Die verdichtete Luft wird mit Brennstoff vermischt und gezündet, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die zu dem Turbinenabschnitt 18 strömen. Der Turbinenabschnitt 18 treibt den Verdichterabschnitt 14 und/oder die Last 28 an. Insbesondere wird wenigstens ein Teil der verdichteten Luft zu der Brennstoffdüsenanordnung 26 geliefert. Es wird Brennstoff zu der Brennstoffdüsenanordnung 26 geleitet, worin dieser mit der Luft vermischt und in dem Brennkammerabschnitt 16 gezündet wird. Es werden Verbrennungsgase erzeugt, die zu dem Turbinenabschnitt 18 geleitet werden, worin die Wärmeenergie des Gasstroms in mechanische Rotationsenergie umgesetzt wird. Abgase verlassen den Turbinenabschnitt 18 und strömen durch den Auslassabschnitt 20 zur Umgebungsatmosphäre.
2 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht einer beispielhaften Rotoranordnung 22, die bei dem (in 1 veranschaulichten) Gasturbinenantrieb 10 verwendet werden kann. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitt der Rotoranordnung 22, und 4 zeigt eine Querschnittsansicht der Rotoranordnung 22, geschnitten entlang der Schnittlinie 4-4 in 3. In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Rotoranordnung 22 wenigstens eine Laufschaufel 100, die mit einer Laufscheibe 102 verbunden ist. Außerdem enthält die Rotoranordnung 22 in der beispielhaften Ausführungsform eine erste Laufschaufel 104, eine zweite Laufschaufel 106 und wenigstens eine dritte Laufschaufel 107. In der beispielhaften Ausführungsform ist jede Laufschaufel 100 mit einer Laufscheibe 102 gekoppelt, die mit einer Rotorwelle, beispielsweise der (in 1 veranschaulichten) Antriebswelle 32, drehfest verbunden ist. In einer alternativen Ausführungsform sind die Laufschaufeln 100 in einer (nicht veranschaulichten) Rotorwelle montiert. Wenn insbesondere die Laufschaufeln 100 an eine Laufscheibe 102 angekoppelt sind, ist zwischen benachbarten, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Laufschaufeln 100 ein Spalt 108 definiert. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich jede Laufschaufel 100 radial nach außen von der Laufscheibe 102 und enthält ein Schaufelblatt 110, eine Plattform 112, einen Schaft 114 und einen Schwalbenschwanz 116. Jedes Schaufelblatt 110 enthält eine erste Seitenwand 118 und eine zweite Seitenwand 120, die mit der ersten Seitenwand 118 verbunden ist, um das Schaufelblatt 110 zu bilden.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die erste Seitenwand 118 konvex und definiert eine Saugseite 119 des Schaufelblattes 110, während die zweite Seitenwand 120 konkav ist und eine Druckseite 121 des Schaufelblattes 110 definiert. Die erste Seitenwand 118 ist entlang einer Vorderkante 122 und entlang einer axial beabstandeten Hinterkante 124 des Schaufelblattes 110 mit der zweiten Seitenwand 120 verbunden. Insbesondere ist die Hinterkante 124 des Schaufelblattes in Sehnenrichtung im Abstand und stromabwärts von der Vorderkante 122 des Schaufelblattes angeordnet. Die erste Seitenwand 118 und die zweite Seitenwand 120 erstrecken sich jeweils in Längsrichtung oder radial nach außen in Spannweitenrichtung von einem Schaufelfuß 126 aus, der benachbart zu der Plattform 112 positioniert ist, bis zu einer Schaufelblattspitze 128. In der beispielhaften Ausführungsform ist innerhalb des Schaufelblattes 110 zwischen der ersten Seitenwand 118 und der zweiten Seitenwand 120 eine innere Kühlkammer 130 gebildet, die sich durch die Plattform 112, durch den Schaft 114 hindurch und in den Schwalbenschwanz 116 hinein erstreckt.
Die Plattform 112 erstreckt sich zwischen dem Schaufelblatt 110 und dem Schaft 114 derart, dass jedes Schaufelblatt 110 von der Plattform 112 radial nach außen ragt. Der Schaft 114 erstreckt sich radial nach innen von der Plattform 112 aus bis zu dem Schwalbenschwanz 116. Der Schwalbenschwanz 116 erstreckt sich von dem Schaft 114 radial nach innen, um den Laufschaufeln 100 zu ermöglichen, mit der Laufscheibe 102 gekoppelt zu sein. Die Plattform 112 enthält eine stromaufwärtige Seite oder einen stromaufwärtigen Rand 132 und eine stromabwärtige Seite oder einen stromabwärtigen Rand 134, die mit einer druckseitigen Kante 136 und einer gegenüberliegenden saugseitigen Kante 138 gemeinsam verbunden sind. Wenn die Laufschaufeln 100 mit der Laufscheibe 102 verbunden sind, ist ein Spalt 140 zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufelplattformen 112 und insbesondere zwischen der druckseitigen Kante 136 und einer benachbarten saugseitigen Kante 138 gebildet.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Schaft 114 eine erste Seitenwand 142, eine zweite Seitenwand 144, eine stromaufwärtige Seitenwand oder vordere Deckplatte 146 und eine entgegengesetzte stromabwärtige Seitenwand oder hintere Deckplatte 148. Außerdem ist die erste Seitenwand 142 in der beispielhaften Ausführungsform im Wesentlichen konkav und zwischen der vorderen Deckplatte 146 und der hinteren Deckplatte 148 derart eingebunden, dass die vordere Deckplatte 146 der hinteren Deckplatte 148 gegenüberliegt. Die zweite Seitenwand 144 ist im Wesentlichen konvex und zwischen der vorderen Deckplatte 146 und der hinteren Deckplatte 148 angeschlossen. In einer Ausführungsform ist die erste Seitenwand 142 mit der zweiten Seitenwand 144 derart verbunden, dass ein Hohlraum 150 wenigstens teilweise zwischen der ersten Seitenwand 142 und der zweiten Seitenwand 144 definiert ist. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Seitenwand 142 mit der zweiten Seitenwand 144 derart gekoppelt, dass ein unitäres, eine einstückige Einheit bildendes Element, das sich zwischen der vorderen Deckplatte 146 und der hinteren Deckplatte 148 erstreckt, gebildet ist. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Schaft 114 als ein unitäres Element ausgebildet. In der beispielhaften Ausführungsform sind die erste Seitewand 142 und die zweite Seitenwand 144 jeweils in Bezug auf die vordere Deckplatte 146 bzw. die hintere Deckplatte 148 vertieft bzw. zurückversetzt angeordnet, so dass, wenn die Laufschaufeln 100 mit der Laufscheibe 102 gekoppelt sind, ein Schafthohlraum 152 zwischen der ersten Seitenwand 142 und einer benachbarten zweiten Seitenwand 144 definiert ist.
In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich ein als Engelsflügel (Angle Wing) bezeichneter vorderer Dichtungssteg 154 von der vorderen Deckplatte 146 nach außen. Ein hinterer Engelsflügel 156 erstreckt sich von der hinterten Deckplatte 148 nach außen. Der vordere Engelsflügel 154 und der hintere Engelsflügel 156 unterstützen jeweils eine Abdichtung der (nicht veranschaulichten) vorderen und hinteren Engelsflügelpufferhohlräume, die innerhalb der Rotoranordnung 22 ausgebildet sind. Außerdem erstreckt sich ein vorderer unterer Engelsflügel 158 von der vorderen Deckplatte 146 nach außen, und er ist konfiguriert, um eine Abdichtung zwischen der Laufschaufel 100 und der Laufscheibe 102 zu ermöglichen.
Insbesondere erstreckt sich der vordere untere Engelsflügel 158 von der vorderen Deckplatte 146 nach außen zwischen dem Schwalbenschwanz 116 und dem vorderen Engelsflügel 154.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält die hintere Deckplatte 148 einen Vorderkantenabschnitt 164 und einen in Umfangsrichtung beabstandeten Hinterkantenabschnitt 166. Eine erste Dichtungsanordnung 168 ist mit dem Vorderkantenabschnitt 164 gekoppelt, und eine zweite Dichtungsanordnung 170 ist mit dem Hinterkantenabschnitt 166 gekoppelt. In der beispielhaften Ausführungsform wirkt die erste Dichtungsanordnung 168 mit einer benachbarten zweiten Dichtungsanordnung 170 zusammen, wenn die Laufschaufeln 100 mit der Laufscheibe 102 verbunden sind. Die erste Dichtungsanordnung 168 und die zweite Dichtungsanordnung 170 erstrecken sich jeweils zwischen dem Schwalbenschwanz 116 und der Plattform 112, und jede unterstützt eine Abdichtung des Schafthohlraums 152. In der beispielhaften Ausführungsform wirken die erste Dichtungsanordnung 168 und die zweite Dichtungsanordnung 170 zusammen, um einen Dichtungspfad 172 zwischen einer ersten hinteren Deckplatte 148 und einer benachbarten zweiten hinteren Deckplatte 148 zu bilden. Der Dichtungspfad 172 ermöglicht eine Reduktion eines Luftvolumens, das zwischen in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufelschäften 114 geleitet wird. Insbesondere ermöglicht der Dichtungspfad 172 eine Reduktion des Luftvolumens, das von der vorderen Deckplatte 146 zu der hinteren Deckplatte 148 durch den Schafthohlraum 152 geleitet werden muss, um eine Heißgasströmung daran zu hindern, in den Schafthohlraum 152 einzutreten.
In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich die hintere Deckplatte 148 über eine radiale Höhe r₁ hinweg von dem Schwalbenschwanz 116 zu einer Plattforminnenfläche 174. Die erste Dichtungsanordnung 168 und die zweite Dichtungsanordnung 170 erstrecken sich jeweils über eine radiale Höhe r₂ hinweg von dem Schwalbenschwanz 116 bis zu der Plattforminnenfläche 174. Die radiale Höhe r₂ ist ungefähr die gleiche Höhe wie die radiale Höhe r₁ der hinteren Deckplatte 148. In einer Ausführungsform erstreckt/erstrecken sich die erste Dichtungsanordnung 168 und/oder die zweite Dichtungsanordnung 170 über die volle radiale Höhe r₁ der hinteren Deckplatte 148 hinweg.
In einer Ausführungsform enthält die erste Dichtungsanordnung 168 einen Dichtungsfortsatz 176, der sich von dem Vorderkantenabschnitt 164 nach außen zu einem Hinterkantenabschnitt 166 einer benachbarten Laufschaufel hin erstreckt. Die zweite Dichtungsanordnung 170 enthält eine ausgesparte bzw. vertiefte Dichtungsnut 178, die innerhalb des Hinterkantenabschnitts 166 ausgebildet ist. Die vertiefte Dichtungsnut 178 ist bemessen, um einen benachbarten Dichtungsfortsatz 176 aufzunehmen, so dass die vertiefte Dichtungsnut 178 und der Dichtungsfortsatz 176 zusammenwirken, um den Dichtungspfad 172 zu bilden. In einer alternativen Ausführungsform enthält die erste Dichtungsanordnung 168 die vertiefte Dichtungsnut 178, und die zweite Dichtungsanordnung 170 enthält den Dichtungsfortsatz 176.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält die erste Laufschaufel 104 die erste Dichtungsanordnung 168, einschließlich des Dichtungsfortsatzes 176, und die zweite Dichtungsanordnung 170, einschließlich der vertieften Dichtungsnut 178. In einer alternativen Ausführungsform enthält die erste Laufschaufel 104 die erste Dichtungsanordnung 168, einschließlich der vertieften Dichtungsnut 178, und die zweite Dichtungsanordnung 170, einschließlich eines Dichtungsfortsatzes 176. In einer Ausführungsform enthält die zweite Laufschaufel 106 die erste Dichtungsanordnung 168 und die zweite Dichtungsanordnung 170, die jeweils einen Dichtungsfortsatz 176 enthalten. In einer alternativen Ausführungsform enthält die zweite Laufschaufel 106 die erste Dichtungsanordnung 168 und die zweite Dichtungsanordnung 170, die jeweils die vertiefte Dichtungsnut 178 enthalten.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält die vertiefte Dichtungsnut 178 eine radial äußere Fläche 184, die sich zwischen dem Schwalbenschwanz 116 und der Plattforminnenfläche 174 erstreckt. Mit der Außenfläche 184 der vertieften Dichtungsnut ist eine abreibbare Schicht 186 verbunden. Alternativ enthält die abreibbare Schicht 186 in einer Ausführungsform einen Aluminiumverbundwerkstoff. In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Dichtungsfortsatz 176 mehrere Labyrinthzähne 188, die sich von einer Innenfläche 190 des Dichtungsfortsatzes 176 aus nach außen erstrecken. Die Labyrinthzähne 188 sind jeweils benachbart zu einer Außenfläche 184 einer gegenüberliegenden vertieften Dichtungsnut positioniert, so dass zwischen dem Dichtungsfortsatz 176 und der vertieften Dichtungsnut 178 eine Labyrinthdichtung 191 gebildet ist.
In der beispielhaften Ausführungsform enthält der Schaft 114 einen Vorderkanten-Radialdichtungsstiftschlitz 192, der sich im Wesentlichen radial durch den Schaft 114 wenigstens teilweise zwischen der Plattform 112 und dem Schwalbenschwanz 116 erstreckt. Insbesondere ist der Vorderkanten-Radialdichtungsstiftschlitz 192 innerhalb der vorderen Deckplatte 146 des Schaftes definiert und benachbart zu der konvexen Schaftseitenwand 144 angeordnet. Der Vorderkanten-Radialdichtungsstiftschlitz 192 ist bemessen, um einen radialen Dichtungsstift 194 aufzunehmen, um eine Abdichtung zwischen benachbarten vorderen Deckplatten 146 zu ermöglichen, wenn die Laufschaufeln 100 innerhalb der Rotorscheibe 102 angeschlossen sind. In einer Ausführungsform wird der radiale Dichtungsstift 194 nicht in den Vorderkanten-Radialdichtungsstiftschlitz 192 eingefügt. In einer alternativen Ausführungsform enthält die vordere Deckplatte 146 eine erste Dichtungsanordnung 168 und eine zweite Dichtungsanordnung 170.
Bezugnehmend auf 3 erzeugt der Brennkammerabschnitt 16 in der beispielhaften Ausführungsform während eines Betriebs der Gasturbinenantriebsanordnung 10 Verbrennungsgase, die durch Pfeile 196 dargestellt sind, und leitet diese zu der Rotoranordnung 22. Die Verbrennungsgase 196 gelangen mit den Laufschaufeln 100 in Kontakt, wodurch die Rotoranordnung 22 zur Rotation an der Antriebswelle 32 veranlasst wird. Wenigstens ein Teil der Verbrennungsgase 196 tritt durch benachbarte vordere Deckplatten 146 hindurch, an dem radialen Dichtungsstift 194 vorbei und in den Schafthohlraum 152 hinein. Die erste Dichtungsanordnung 168 und die zweite Dichtungsanordnung 170 helfen jeweils, die Verbrennungsgase 196 am Hindurchströmen durch benachbarte hintere Deckplatten 148 zu hindern und bewirken eine Erhöhung eines Fluiddrucks innerhalb des Schafthohlraums 152, der eine Reduktion eines Volumens der in den Schafthohlraum 152 eintretenden Verbrennungsgase 196 ermöglicht.
Die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen eine Reduktion einer Betriebstemperatur einer Rotoranordnung. Insbesondere ermöglicht die zwischen benachbarten Laufschaufeln gebildete Labyrinthdichtung eine Reduktion der Kühlfluidleckage zwischen benachbarten Laufschaufeln. Außerdem ermöglichen die hierin beschriebenen Ausführungsformen eine Erhöhung eines Gegendrucks eines Kühlfluids innerhalb eines Schafthohlraums, was eine Erhöhung eines Kühlfluidflusses zu den Laufschaufeln zur Reduktion einer Betriebstemperatur der Rotoranordnung ermöglicht. An sich wird eine Reduktion der Kosten der Instandhaltung des Gasturbinenantriebsystems ermöglicht.
Beispielhafte Ausführungsformen von Verfahren und Vorrichtungen für eine Turbinenlaufschaufelanordnung sind vorstehend in Einzelheiten beschrieben. Die Verfahren und Vorrichtungen sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, so dass vielmehr Komponenten der Systeme und/oder Schritte des Verfahrens unabhängig und gesondert von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten verwendet werden können. Zum Beispiel können die Verfahren und Vorrichtungen auch in Verbindung mit anderen Verbrennungssystemen und Verfahren verwendet werden und sind nicht darauf beschränkt, nur mit der Gasturbinenantriebsanordnung, wie sie hierin beschrieben ist, in die Praxis umgesetzt zu werden. Vielmehr kann die beispielhafte Ausführungsform in Verbindung mit vielen weiteren Verbrennungssystemanwendungen ausgeführt und verwendet werden.
Obwohl spezielle Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen veranschaulicht sein können und in anderen nicht, dient dies nur der Einfachheit bzw. Zweckmäßigkeit. Außerdem sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform” in der vorstehenden Beschreibung nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten, ausschließen. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann jedes Merkmal aus einer Zeichnung in Verbindung mit einem beliebigen Merkmal irgendeiner anderen Zeichnung in Bezug genommen und/oder beansprucht werden.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Es ist eine Laufschaufel 100 für einen Turbinenantrieb 10 geschaffen. Die Laufschaufel enthält eine Plattform 112, die eine radial äußere Fläche 184 und eine radial innere Fläche 190 enthält, ein Schaufelblatt 110, das sich von der Plattform radial nach außen erstreckt, einen Schwalbenschwanz 116, der eingerichtet ist, um mit einem Laufrad gekoppelt zu sein, einen Schaft 114, der sich zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz erstreckt, wobei der Schaft wenigstens eine Deckplatte 146, 148 enthält, die sich von der Plattform nach innen zu dem Schwalbenschwanz erstreckt, und wenigstens eine Dichtungsanordnung 168, 170, die mit der Deckplatte gekoppelt ist, wobei sich die Dichtungsanordnung von dem Schwalbenschwanz zu der Plattform erstreckt, wobei die Dichtungsanordnung einen Dichtungspfad 172 zwischen der Laufschaufel und einer in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufel bildet.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbinenantrieb
12: Einlassabschnitt
14: Verdichterabschnitt
16: Brennkammerabschnitt
18: Turbinenabschnitt
20: Auslassabschnitt
22: Rotoranordnung
24: Brennkammer
26: Brennstoffdüsenanordnung
28: Last
30: Turbinenschaufel oder Schaufeleinrichtung
32: Antriebswelle oder Rotorwelle
100: Laufschaufeln
102: Laufscheibe
104: Erste Laufschaufel
106: Zweite Laufschaufel
107: Dritte Laufschaufel
108: Spalt
110: Schaufelblatt
112: Plattform
114: Schaft
116: Schwalbenschwanz
118: Erste Seitenwand
119: Saugseite
120: Zweite Seitenwand
121: Druckseite
122: Vorderkante
124: Hinterkante
126: Schaufelfuß
128: Schaufelblattspitze
130: Innere Kühlkammer
132: Stromaufwärtige Seite oder stromaufwärtiger Rand
134: Stromabwärtige Seite oder stromabwärtiger Rand
136: Druckseitenkante
138: Saugseitenkante
140: Spalt
142: Erste Seitenwand
144: Zweite Seitenwand
146: Vordere Deckplatte
148: Hintere Deckplatte
150: Hohlraum
152: Schafthohlraum
154: Vorderer Engelsflügel
156: Hinterer Engelsflügel
158: Vorderer unterer Engelsflügel
164: Vorderkantenabschnitt
166: Hinterkantenabschnitt der Schaufel
168: Erste Dichtungsanordnung
170: Zweite Dichtungsanordnung
172: Dichtungspfad
174: Innere Plattformfläche
176: Dichtungsfortsatz
178: Ausgesparte, vertiefte Dichtungsnut
184: Radial äußere Fläche oder Außenfläche der Dichtungsnut
186: Abreibbare Schicht
188: Labyrinthzähne
190: Innenfläche
191: Labyrinthdichtung
192: Radialer Dichtungsstiftschlitz
194: Radialer Dichtungsstift
196: Verbrennungsgase

Claims

Laufschaufel (100) für einen Turbinenantrieb (10), wobei die Laufschaufel aufweist: eine Plattform (112), die eine radial äußere Fläche (184) und eine radial innere Fläche (190) aufweist; ein Schaufelblatt (110), das sich von der Plattform radial nach außen erstreckt; einen Schwalbenschwanz (116), der eingerichtet ist, um mit einem Laufrad gekoppelt zu sein; einen Schaft (114), der sich zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz erstreckt, wobei der Schaft wenigstens eine Deckplatte (146, 148) aufweist, die sich von der Plattform zu dem Schwalbenschwanz hin erstreckt; und wenigstens eine Dichtungsanordnung (168, 170), die mit der Deckplatte gekoppelt ist, wobei sich die Dichtungsanordnung von dem Schwalbenschwanz zu der Plattform erstreckt, wobei die Dichtungsanordnung einen Dichtungspfad (172) zwischen der Laufschaufel und einer in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufel bildet.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsanordnung (168, 170) einen Dichtungsfortsatz (176) aufweist, der mit der Deckplatte (146, 148) verbunden ist, wobei sich der Dichtungsfortsatz von der Deckplatte nach außen in Richtung auf eine benachbarte Laufschaufel erstreckt.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 2, wobei der Dichtungsfortsatz (176) mehrere Labyrinthzähne (188) aufweist, die sich von dem Dichtungsfortsatz nach außen erstrecken, wobei die Labyrinthzähne konfiguriert sind, um einen gewundenen Pfad zwischen dem Dichtungsfortsatz und einer benachbarten Laufschaufel auszubilden.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 1, wobei die Dichtungsanordnung (168, 170) eine vertiefte Dichtungsnut (178) aufweist, die in der Deckplatte (146, 148) ausgebildet ist.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 4, wobei die Dichtungsnut (178) eine abreibbare Fläche aufweist, die sich von einer Außenfläche (184) der Dichtungsnut erstreckt.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 1, die ferner eine erste Dichtungsanordnung (168), die mit der Deckplatte (146, 148) gekoppelt ist, und eine gegenüberliegende zweite Dichtungsanordnung (170) aufweist, die mit der Deckplatte gekoppelt ist.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 6, wobei die erste Dichtungsanordnung (168) einen Dichtungsfortsatz (176) aufweist, wobei die zweite Dichtungsanordnung (170) eine vertiefte Nut (178) aufweist.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 6, wobei die erste Dichtungsanordnung (168) und die zweite Dichtungsanordnung (170) jeweils einen Dichtungsfortsatz (176) aufweisen.
Laufschaufel (100) nach Anspruch 6, wobei die erste Dichtungsanordnung (168) und die zweite Dichtungsanordnung (170) jeweils eine vertiefte Nut (178) aufweisen.
Gasturbinenantrieb (10), der aufweist: einen Verdichter (14); eine Brennkammer (16), die stromabwärts von dem Verdichter angeschlossen ist, um wenigstens einen Teil der von dem Verdichter ausgegebenen Luft zu empfangen; eine Rotorwelle (32), die mit dem Verdichter gekoppelt ist; und mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Laufschaufeln (100), die mit der Rotorwelle gekoppelt sind, wobei jede der mehreren Laufschaufeln aufweist: eine Plattform (112); ein Schaufelblatt (110), das sich von der Plattform radial nach außen erstreckt; einen Schwalbenschwanz (116), der mit der Rotorwelle gekoppelt ist; einen Schaft (114), der sich zwischen der Plattform und dem Schwalbenschwanz erstreckt, wobei der Schaft wenigstens eine Deckplatte (146, 148) aufweist, die sich von der Plattform nach innen zu dem Schwalbenschwanz erstreckt; und wenigstens eine Dichtungsanordnung (168, 170), die mit der Deckplatte derart gekoppelt ist, dass ein Dichtungspfad (172) zwischen benachbarten Laufschaufeln gebildet ist.