DE102011056322A1

DE102011056322A1 - Verfahren, Systeme und Vorrichtungen in Bezug auf Fuß- und Plattformkonfigurationen für Turbinenlaufschaufeln

Info

Publication number: DE102011056322A1
Application number: DE102011056322A
Authority: DE
Inventors: Luke John Ammann
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-06-21
Also published as: FR2969211A1; CN102536334A; US20120156045A1; JP2012132439A

Abstract

Es ist eine Laufschaufelanordnung für einen Turbinenantrieb geschaffen, wobei die Laufschaufelanordnung enthält: eine Turbinenlaufschaufel, die einen zwischen einer Befestigungseinrichtung und einem Schaufelblatt befindlichen Schaft enthält, wobei der Schaft einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweist; und eine Plattform, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite aufweist, von denen jede mit der anderen und der Turbinenlaufschaufel nicht-integrale Komponenten aufweist. Die Plattform kann eine Verbindung zwischen der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite aufweisen. Und die Plattform kann derart konfiguriert sein, dass die Verbindung mit wenigstens entweder dem vorderen Abschnitt und/oder dem hinteren Abschnitt des Schaftes fluchtend ausgerichtet ist.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Diese vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Turbinenlaufschaufeln und die Konfiguration von Fuß- und Plattformbereichen im Zusammenhang mit diesen. Insbesondere, jedoch keineswegs beschränkend, betrifft die vorliegende Anmeldung vorteilhafte Konfigurationen von Fuß- und Plattformbereichen für Laufschaufeln mit nicht-integralen Plattformen.
Allgemein verbrennen Gasturbinenantriebe ein Gemisch aus komprimierter Luft und Brennstoff, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen. Die Verbrennungsgase können durch eine oder mehrere Stufen von Turbinenschaufeln strömen, um Leistung für eine Leistung für eine Last und/oder einen Verdichter zu erzeugen. Plattformen zwischen den Turbinenlaufschaufeln können eine Wärmebarriere zwischen den heißen Verbrennungsgasen und dem Turbinenlaufrad bereitstellen und können einen inneren Strömungspfad der Gasturbine definieren. Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Turbine und der Triebkräfte, die durch die Verbrennungsgase ausgeübt werden, müssen die Plattformen gegebenenfalls ausgelegt sein, um hohen Temperaturen und Belastungen standzuhalten.
Es hat sich gezeigt, dass nicht integral ausgebildete Plattformen in manchen Anwendungen Vorteile bieten. Nicht-integrale Plattformen sind allgemein Plattformen, die von dem Schaufelblatt- und dem Fußabschnitt der Turbinenlaufschaufel gesondert erzeugt werden. Diese Einrichtung kann jedoch einen zusätzlichen Leckagepfad oder eine Fuge ergeben, durch den bzw. die Heißgase des Strömungspfades entweichen können. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, kann eine derartige Leckage ernste negative Auswirkungen haben, wozu eine Verringerung des Wirkungsgrads des Antriebs, eine Reduktion der Effektivität der aktiven Kühlstrategien und die Herbeiführung eines Schadens an Komponenten in dem Bereich gehören. Außerdem schafft dies eine Verbindungs- bzw. Grenzstelle zwischen der Plattform und der Laufschaufel, die sicher und fest verbunden werden muss. Infolge dessen besteht ein Bedarf nach verbesserten Vorrichtungen, Verfahren und/oder Systemen in Bezug auf Laufschaufelkonfigurationen, die nicht-integrale Plattformkonfigurationen enthalten und dabei auch eine Leckage vermeiden und eine stabile Verbindung zwischen den Teilen der Turbinenlaufschaufel unterstützen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung beschreibt somit eine Laufschaufelanordnung für einen Turbinenantrieb, die enthält: eine Turbinenlaufschaufel, die einen Schaft enthält, der sich zwischen einer Befestigungseinrichtung, und einem Schaufelblatt befindet, wobei der Schaft einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweist; und eine Plattform, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite aufweist, die jeweils mit der anderen und der Turbinenschaufel nicht-integrale Komponenten aufweisen. Die Plattform kann eine Verbindungsstelle zwischen der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite aufweisen. Und die Plattform kann derart konfiguriert sein, dass die Verbindungsstelle mit wenigstens entweder dem vorderen Abschnitt und/oder dem hinteren Abschnitt des Schafts fluchtend ausgerichtet ist.
Die vorliegenden Anmeldung beschreibt ferner eine Laufschaufelanordnung für einen Turbinenantrieb, die enthält: eine Turbinenschaufel, die einen zwischen einer Befestigungsausrichtung und einem Schaufelblatt befindlichen Schaft enthält, wobei der Schaft eine vordere Schaftfläche und eine hintere Schaftfläche aufweist; wobei die vordere Schaftfläche eine nach vorne gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die nach vorne gerichtete Fläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt, und die hintere Schaftfläche eine nach hinten gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die nach hinten gerichtete Fläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt; und eine Plattform, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite aufweist, von denen jede nicht-integrale Komponenten mit der anderen und der Turbinenschaufel aufweist. Die Plattform kann eine Verbindung zwischen der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite enthalten. Entlang eines vorderen Abschnitts der Verbindung kann die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche enthalten; und entlang eines hinteren Abschnitts der Verbindung kann die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche enthalten.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zum Konfigurieren einer Laufschaufelanordnung, um eine Leckage zu vermeiden, wobei die Laufschaufelanordnung eine Turbinenschaufel und nicht-integrale Plattformen enthält, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite enthalten, wobei die Laufschaufelanordnung einen Schaft enthält, der sich zwischen einer Befestigungseinrichtung und einem Schaufelblatt befindet, wobei der Schaft eine vordere Schaftfläche und eine hintere Schaftfläche aufweist; wobei die vordere Schaftfläche eine nach vorne gerichtete Fläche enthält, die einen Winkelweite aufweist, wobei die nach vorne gerichtete Fläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt, und wobei die hintere Schaftfläche eine nach hinten gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die hintere Schaftfläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt. In einer Ausführungsform enthält das Verfahren den Schritt des Konfigurierens der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite in einer derartigen Weise, dass bei Montage eine Verbindungsstelle geschaffen wird, die eine schmale, sich radial erstreckende Fuge zwischen der Plattformdruckseite und einer Plattformsaugseite aufweist. Entlang eines vorderen Abschnitts der Verbindungsstelle weist die Winkelposition der Verbindungsstelle eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche auf; und entlang eines hinteren Abschnitts der Verbindungsstelle weist die Winkelposition der Verbindungsstelle eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche auf.
Diese und weitere Merkmale des vorliegenden Anmeldegegenstands werden bei einer Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offenkundig.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden umfassender verstanden und erkannt, indem die folgende detailliertere Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen sorgfältig studiert wird, in denen zeigen:
1 ein schematisiertes Flussdiagramm eines Gasturbinenantriebs, der Turbinenlaufschaufeln gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung verwenden kann;
2 eine Schnittansicht des Gasturbinenantriebs nach 1, geschnitten durch die Längsachse;
3 eine Perspektivansicht von Laufschaufelanordnungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
4 eine Explosionsansicht des in 3 veranschaulichten Laufrads;
5 eine Draufsicht auf Laufschaufelanordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
6 eine vergrößerte Draufsicht auf die Laufschaufelanordnungen nach 5;
7 eine Draufsicht auf Laufschaufelanordnungen gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung;
8 eine Draufsicht auf Laufschaufelanordnungen gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung; und
9 eine Draufsicht auf Laufschaufelanordnungen gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachstehend beschrieben. In dem Bestreben, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls in der Beschreibung nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Realisierung beschrieben sein. Es sollte verstanden werden, dass bei der Entstehung einer jeden derartigen tatsächlichen Realisierung, wie in jedem Entwicklungs- oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche realisierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, wie beispielsweise die Einhaltung systembezogener und unternehmensbezogener Randbedingungen, die von einer Realisierung zur anderen variieren können. Außerdem sollte erkannt werden, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch für Fachleute auf dem Gebiet, die den Nutzen dieser Offenbarung haben, ein routinemäßiges Unterfangen zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” bedeuten, dass es ein oder mehrere der Elemente gibt. Die Ausdrücke „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sollen den Sinn von inklusive haben und bedeuten, dass außer den aufgeführten Elementen zusätzliche Elemente vorhanden sein können.
Die vorliegende Offenbarung ist auf Gasturbinenantriebe gerichtet, die Turbinenschaufelplattformen enthalten, die gestaltet sind, um hohen Temperaturen und/oder Belastungen standzuhalten. Wenn die Temperatur von Verbrennungsgasen, die in Gasturbinen strömen, steigt, kann die Temperaturdifferenz zwischen den Turbinenlaufschaufeln und den Plattformen steigen, was wiederum Spannungsbelastungen auf die Plattformen ausüben kann. Herkömmliche Kühlschemata für integrale Schaufeln und Plattformen können Temperaturauswirkungen verringern, können aber auch die Turbinenleistung mindern. Deshalb ist vorgeschlagen worden, dass Plattformen als gesonderte, nicht-integrale Komponenten von den Turbinenlaufschaufeln (d. h. anstatt als ein einziger Aufbau, der sowohl die Turbinenlaufschaufel als auch die Plattform enthält) vorliegen können. Nicht-integrale Plattformen können es ermöglichen, dass gesonderte Temperaturprofile für die Turbinenlaufschaufeln und die Plattformen vorliegen, die Belastungen sowohl an den Plattformen als auch an den Turbinenschaufeln reduzieren können. Ferner können die nicht-integralen Plattformen eine Reduktion der Kühlung ermöglichen, was wiederum den Wirkungsgrad des Gasturbinenantriebs steigern kann.
Jedoch bedeutet ein Vorsehen einer gesonderten, nicht-integralen Plattform notwendigerweise, dass eine zusätzliche Fuge oder Verbindung in das System eingebracht wird, die einen zusätzlichen Leckagepfad schaffen kann, durch den Heißgase aus dem Hauptströmungspfad des Antriebs unter Umströmung der Schaufelblätter der Laufschaufeln strömen können, was die Antriebsleistung beeinträchtigen kann. Außerdem kann eine derartige Leckage das Ansaugen heißer Strömungspfadgase zulassen, was Komponenten beschädigen kann, die für eine derartige Beaufschlagung nicht ausgelegt worden sind. Wie hierin vorgesehen und gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung kann diese Fugenstelle konfiguriert sein, um eine derartige Leckage zu reduzieren oder zu minimieren. Auf diese Weise können die Vorteile nicht-integraler Plattformen ausgeschöpft werden, während die negativen Aspekte, wie beispielsweise eine Leckage, weitgehend vermieden werden.
In manchen Ausführungsformen kann jede Plattform zwischen zwei Turbinenlaufschaufeln angeordnet und durch die benachbarten Turbinenlaufschaufeln gehaltert sein. Ferner kann jede Plattform mit einer benachbarten Plattform an der Stelle einer Turbinenlaufschaufel verbunden sein. Wenn zwei Plattformen zusammengebracht werden, können die Plattformen eine Öffnung für die Turbinenlaufschaufel bilden, wodurch den Plattformen ermöglicht wird, eine Turbinenlaufschaufel zu umschließen und eine Verbindung an der Laufschaufelstelle zu bilden.
Indem nun auf 1 Bezug genommen wird, ist dort ein Blockschaltbild eines beispielhaften Systems 10, das einen Gasturbinenantrieb 12 enthält, veranschaulicht. Es wird erkannt, dass das System 10 eine beispielhafte Anwendung zeigt, in der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. In manchen Ausführungsformen kann das System 10 ein Flugzeug, ein Wasserfahrzeug, eine Lokomotive, ein Energieerzeugungssystem oder Kombinationen von diesen enthalten. Der veranschaulichte Gasturbinenantrieb 12 enthält einen Lufteinlassabschnitt 16, einen Verdichter 18, einen Brennkammerabschnitt 20, eine Turbine 22 und einen Auslass- bzw. Abgasabschnitt 24. Die Turbine 22 ist mit dem Verdichter 18 über eine Welle 26 antriebsmäßig gekoppelt. Wie durch die Pfeile angezeigt, kann Luft in den Gasturbinenantrieb 12 durch den Einlassabschnitt 16 eintreten und in den Verdichter 18 einströmen, der die Luft vor ihrem Eintritt in den Brennkammerabschnitt 20 verdichtet. Der veranschaulichte Brennkammerabschnitt 20 enthält ein Brennkammergehäuse 28, das konzentrisch und ringförmig um die Welle 26 herum zwischen dem Verdichter 18 und der Turbine 22 angeordnet ist. Die verdichtete Luft aus dem Verdichter 18 tritt in die Brennkammern 30 ein, wo die verdichtete Luft sich mit einem Brennstoff innerhalb der Brennkammern 30 vermischen und mit dem Brennstoff verbrennen kann, um die Turbine 22 anzutreiben. Von dem Brennkammerabschnitt 20 aus strömen die heißen Verbrennungsgase durch die Turbine 22, wobei sie den Verdichter 18 über die Welle 26 antreiben. Z. B. können die Verbrennungsgase eine Antriebskraft auf Turbinenlaufschaufeln innerhalb der Turbine 22 ausüben, um die Welle 26 drehend anzutreiben. Nachdem sie die Turbine 22 durchströmt haben, können die heißen Verbrennungsgase aus dem Gasturbinenantrieb 12 durch den Abgasabschnitt 24 austreten.
2 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Gasturbinenantriebs 12 nach 1, aufgenommen entlang der Längsachse. Wie darstellt, enthält die Gasturbine 22 drei gesonderte Turbinenrotoren 31. Jeder Rotor 31 enthält Laufschaufelanordnungen 32, die mit einem Laufrad 34 gekoppelt sind, das an der Welle 26 (1) drehfest angebracht sein kann. Die Laufschaufelanordnungen 32 können Laufschaufeln enthalten, die sich von den Laufrädern 34 radial nach außen erstrecken und zum Teil in dem Pfad der heißen Verbrennungsgase angeordnet sein können. Wie weiter nachstehend erläutert, können die Laufschaufelanordnungen 32 die Turbinenlaufschaufeln und die Turbinenschaufelplattformen enthalten. Obwohl die Gasturbine 22 als eine dreistufige Turbine mit drei Rotoren 31 veranschaulicht ist, können die hierin beschriebenen Turbinenschaufelplattformen in jeder beliebigen geeigneten Turbinenbauart mit einer beliebigen Anzahl von Stufen und Wellen verwendet werden. Z. B. können die Plattformen in einer einstufigen Gasturbine, in einem Dualturbinensystem, das eine Niederdruckturbine und eine Hochdruckturbine enthält, oder in einer Dampfturbine aufgenommen werden.
Wie vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben, kann Luft durch den Lufteinlassabschnitt 16 eintreten und durch den Verdichter 18 verdichtet werden. Die verdichtete Luft aus dem Verdichter 18 kann anschließend in den Brennkammerabschnitt 20 geleitet werden, wo die verdichtete Luft mit einem Brennstoffgas vermischt werden kann. Das Gemisch aus verdichteter Luft und Brennstoffgas wird im Wesentlichen innerhalb des Brennkammerabschnitts 20 verbrannt, um Hochtemperatur-Hochdruck-Verbrennungsgase zu erzeugen, die verwendet werden können, um innerhalb der Turbine 22 Drehmoment zu erzeugen. Insbesondere können die Verbrennungsgase Triebkräfte auf die Rotoranordnungen 32 ausüben, um die Räder 34 zu drehen, wodurch die Laufschaufelanordnungen 32 verschiedenen mechanischen Belastungen und/oder Beanspruchungen ausgesetzt werden. Z. B. können die Verbrennungsgase Triebkräfte auf die Turbinenschaufeln innerhalb der Rotoranordnungen 32 ausüben können. Schwankungen der Triebkräfte können Vibrationen hervorrufen, die eine Belastung auf die Laufschaufelanordnungen 32 ausüben. Ferner können innere Temperaturen ungefähr 650°C oder mehr erreichen, was die Komponenten für Korrosion, Oxidation, Kriechen und/oder Ermüdung anfällig machen kann. Demgemäß können die Plattformen der Laufschaufelanordnungen 32 CMCs aufweisen oder aus CMCs aufgebaut sein, um höhere Temperaturbeständigkeiten zu erzielen.
3 zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts eines der Laufräder 31, wie sie in 2 veranschaulicht sind. Für veranschaulichende Zwecke ist lediglich ein Abschnitt des Laufrads 31 veranschaulicht. Jedoch kann das Rad 31 allgemein einen kreisförmigen Aufbau mit Rotoranordnungen 32 enthalten, die sich entlang des Umfangs des Laufrads radial nach außen erstrecken. Die Laufschaufelanordnung 32 kann ein Turbinenlaufrad 36 und eine Plattform 38 enthalten. In manchen Ausführungsformen können ungefähr 60 bis 92 Laufschaufelanordnungen 32 um das Laufrad 34 und eine zugehörige Drehachse herum montiert und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein.
Die Laufschaufeln 36 und die Plattformen 38 der Laufschaufelanordnungen 32 können aus einem Metall, einer Metalllegierung, einem CMC oder einem anderen geeigneten Material aufgebaut sein. Jede Schaufel 36 enthält allgemein eine Befestigungseinrichtung, die ein Schwalbenschwanz 40 sein kann, der in zugehörige Öffnungen 42 innerhalb des Laufrads 34 eingesetzt wird. Die Öffnungen 42 können an Winkelpositionen rings um das Laufrad 34 in Umfangsrichtung beabstandet vorgesehen sein. Die Schaufel 36 enthält ferner einen Schaft 44, der sich von dem Schwalbenschwanz 40 radial nach außen erstreckt. In manchen Ausführungsformen kann die Laufschaufel 36 ein Profil, einen Absatz oder eine andere Haltestruktur zur Halterung der Plattformen 38 enthalten. Z. B. kann das Profil an dem Schaft 44 oder an einem Schaufelblatt 45 angeordnet sein, das sich von dem Schaft 44 radial nach außen erstreckt. Die Schaufelblätter 45 können in dem Pfad der heißen Verbrennungsgase angeordnet sein. Im Betrieb können die heißen Verbrennungsgase Triebkräfte auf die Schaufelblätter 45 ausüben, um die Turbine 22 (1) anzutreiben.
Die Plattformen 38 können im Wesentlichen zwischen den Schäften 44 der Laufschaufeln 36 angeordnet sein und können radial zwischen den Öffnungen 42 innerhalb des Laufrads 34 positioniert sein. Die Schaufeln 36 erstrecken sich von dem Laufrad 34 radial nach außen und sind in Umfangsrichtung rings um das Laufrad 34 derart voneinander beabstandet, dass zwischen ihnen Zwischenräume geschaffen sind. Die Plattformen 38 können in diesen umfangsseitigen Zwischenräumen zwischen den Laufsschaufeln 36 positioniert sein. In anderen Worten bilden die Plattformen 38 nicht bloß integrale Verlängerungen der Laufschaufeln 36, sondern vielmehr füllen die Plattformen 38 die Zwischenräume oder einen Teil der Zwischenräume, wobei sie die Schaufeln 36 voneinander trennen, die sich an radialen Positionen von dem Laufrad 34 weg erstrecken. Ferner können die Plattformen 38 im Wesentlichen derart zwischen den Laufschaufeln 36 angeordnet sein, dass der Großteil jeder Plattform 38 zwischen denselben zwei benachbarten Laufschaufeln 36 angeordnet ist. Die Plattformen 38 können sich zwischen den Schäften 44, den Schaufelblättern 45, den Schwalbenschwänzen 40 oder Kombinationen von diesen erstrecken. In manchen Ausführungsformen können die Plattformen 38 durch Profile montiert und gehaltert sein, die an den Schäften 44 angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen können die Plattformen 38 durch die Seiten der Laufschaufeln 36 gehaltert sein. Die Plattformen 38 können ferner integrale Deckplatten oder Randleisten 48, 49 enthalten, die sich von den Seiten der Schäfte 44 weg erstrecken.
Wie oben erwähnt, können die Plattformen 38 als von den Laufschaufeln 36 unabhängige und/oder gesonderte Komponenten vorliegen. In anderen Worten sind die Plattformen 38 mit den Schaufeln 36 nicht integral ausgebildet. Die Plattformen 38 können aus CMC-Materialien gegossen oder in sonstiger Weise geformt sein. Die Plattformen 38 können aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einem anderen geeigneten Material mit einer CMC-Beschichtung oder -Schicht aufgebaut sein.
Wie erwähnt, kann eine Plattformverbindungsstelle oder Grenzstelle 46 zwischen all den benachbarten Plattformkomponenten ausgebildet sein. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann, wie in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert, die Verbindungsstelle 46 an den gleichen Umfangs- oder Winkelpositionen wie die Laufschaufeln 36 positioniert, anstatt an zwischenliegenden Winkelpositionen in der Mitte zwischen den Schaufeln 36 ausgebildet zu sein. In derartigen Ausführungsformen können die Plattformen 38 derartig konfiguriert sein, dass bei einer Montage Öffnungen für die Schaufelblätter 45 der Laufschaufeln 36 erzeugt werden, wenn die Plattformen an der Verbindungsstelle 46 aneinandergefügt werden. Insbesondere kann jede Seite der Plattform 38 eine Öffnung für einen Abschnitt der Turbinenlaufschaufel 36 enthalten. Wenn zwei Plattformen 38 nebeneinander positioniert sind, können die Plattformen 38 eine Öffnung bilden, die dem Profil des Schaufelblattes 45 der Turbinenschaufel 36 entspricht. In anderen Worten enthält jede Plattform 38 alleine keine Öffnung, um den gesamten Umfang des Schaufelblattes 45 zu umschließen. Stattdessen weist jede Plattform 38 Teilöffnungen für eine Turbinenschaufel 36 auf, die, wenn sie mit Teilöffnungen einer benachbarten Plattform 38 verbunden werden, eine Öffnung bilden, die eine Turbinenschaufel 36 umschließen kann. Auf diese Weise können die Verbindungen 46 zwischen den Plattformen 38 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benachbart zu den und in der Nähe der Turbinenschaufeln 36 angeordnet werden. Auf diese Weise kann die Verbindungsstelle 46 den Schaft 44 überlappen, so dass der Schaft 44 ein Hindernis für ein Fluid darstellt, das ansonsten durch die Verbindungsstelle 46 entweichen würde. Demgemäß wird erkannt, dass diese Konfiguration, d. h. die Ausrichtung der Verbindungsstelle 46 in einer Linie mit dem Schaft 44 der Turbinenschaufel 36 (gemeinsam mit den weiteren hierin beschriebenen Konfigurationen) die Leckage von Verbrennungsgasen und/oder Kühlfluiden reduzieren oder eliminieren kann, die ansonsten durch die durch die Plattformverbindung 46 geschaffene Fuge eintreten würden, was natürlich die Folge des Vorsehens nicht-integraler Plattformen 38 ist.
Die hierin beschriebenen Plattformen 38 können bei vielen Arten und Konfigurationen von Plattformen und Turbinenschaufeln verwendet werden. Z. B. können die Profile, Formen und relativen Größen der Laufschaufeln 36 und der Plattformen 38 variieren. In manchen Ausführungsformen können die Laufschaufeln 36 integrale Kühlkanäle aufweisen und/oder können z. B. mit CMCs, einer Auflagebeschichtung, einer Diffusionsbeschichtung oder einer sonstigen Wärmesperrbeschichtung beschichtet sein, um heiße Korrosion und eine Heißtemperaturoxidation zu verhindern. Ferner können die Schaufeln 36 Spitzendeckbänder enthalten, die sich von den Schaufelblättern 45 radial weg erstrecken, um eine Schwingungskontrolle erzielen zu können. Die Plattformen 38 können weitere Komponenten, wie beispielsweise Dichtungsstrukturen, enthalten, die mit den Plattformen 38 integral gegossen oder als gesonderte Komponenten angebracht sein können, wie dies in größeren Einzelheiten nachstehend erläutert ist.
4 zeigt eine Explosionsansicht des in 3 veranschaulichten Laufrads 31. Jede Plattform 38 kann zwei integrale Randleisten oder Deckplatten 48, 49 enthalten, die konfiguriert sind, um die Schäfte 44 der Schaufeln 36 gegen die Laufradzwischenraumhohlräume zu verschließen. Es wird erkannt, dass die Plattform 38 beschrieben sein kann, wie sie eine vordere Randleiste 48 und eine hintere Randleiste 49 enthält, die jeweils mit der vorderen bzw. hinteren Richtung des Turbinenantriebs 12 zusammenfallen. Die Plattformen 38 können ferner Engelflügel 50 enthalten, die konfiguriert sind, um eine Abdichtung der Laufradzwischenraumhohlräume zu schaffen. In manchen Ausführungsformen können die Randleisten 48, 49 und die Engelflügel 50 gemeinsam mit den Plattformen 38 integral gegossen und aus CMCs aufgebaut sein. Jedoch können die Randleisten 48, 49 und/oder die Engelflügel 50 in anderen Ausführungsformen aus anderen Materialien aufgebaut sein und als gesonderte Komponenten vorliegen.
Jede Plattform 38 enthält zwei Außenseiten 52 und 54, die im Wesentlichen entgegengesetzt zueinander gerichtet angeordnet sind und die sich an die Konturen der Turbinenschaufel 36 anpassen. Insbesondere kann eine Außenseite 52 gestaltet sein, um mit einer Saugseite 56 der Turbinenschaufel 36 verbunden zu sein, während die andere Außenseite 54 gestaltet sein kann, um mit einer Druckseite 58 einer Turbinenschaufel verbunden zu sein. Wie veranschaulicht, enthält die Außenseite 52 eine im Wesentlichen konkave Oberfläche, die passend zu dem konvexen Profil der Saugseite 56 der Turbinenschaufel 36 gestaltet ist. Die Außenseite 54 enthält eine im Wesentlichen konvexe Oberfläche, die passend zu dem konkaven Profil der Druckseite 58 der Turbinenschaufel 36 gestaltet ist. Im an dem Laufrad 34 positionierten Zustand kann die Außenseite 52 mit einer Saugseite 56 einer Turbinenschaufel 36 verbunden sein, die an einer Winkelposition des Laufrads 34 angeordnet ist. Die andere Außenseite 54 kann mit einer Druckseite 58 einer anderen Turbinenschaufel 36 verbunden sein, die an einer benachbarten Winkelposition an dem Laufrad 34 angeordnet ist. Die Saugseite 56 einer Turbinenschaufel 36 kann mit der Außenseite 52 einer Plattform 38 zusammenstoßen, und die Druckseite 58 kann mit der Außenseite 54 einer anderen Plattform 38 zusammenstoßen. Wie erkannt wird, können die Profile der Außenseiten 52 und 54 in anderen Ausführungsformen passend zu vielfältigen Turbinenschaufelprofilen variieren. Z. B. kann jede Außenseite 52 und 54 eine konvexe, konkave, flache oder sonstige geeignete Geometrie aufweisen. Wie oben erwähnt, kann eine Plattform 38 allgemein an den Seiten 52 und 54 durch die Turbinenschaufeln 36 gehaltert sein. In manchen Ausführungsformen kann der Halt von den benachbarten Schaufeln 36 Belastungen an der Plattform verringern und kann ein Plattformkriechen reduzieren.
Jede Plattform 38 kann gestaltet sein, um mit einer benachbarten, ähnlichen Plattform 38 verbunden zu sein, um eine dazwischenliegende Öffnung zu bilden, die bestimmt ist, um eine Turbinenlaufschaufel 36 zu umschließen oder zu umgeben. Insbesondere kann die Oberfläche 52 einen Abschnitt der Öffnung bilden, während die Oberfläche 54 einen anderen Abschnitt der Öffnung bilden kann. Wenn zwei Plattformen 38 nebeneinander angeordnet sind, kann die Verbindungs- bzw. Grenzstelle 46 (3) zwischen den beiden Plattformen an der Stelle der Öffnung für die Turbinenlaufschaufel 36 entstehen. Wie oben erwähnt, kann die Position der Verbindung 46 die Leckage von Fluiden zwischen den Deckplatten oder Randleisten 48, 49 der Schäfte 44 der Turbinenschaufeln 36 reduzieren. Wie veranschaulicht, kann die Verbindung 46 nach der Montage von zwei benachbarten Plattformen 38 eine radiale Fuge enthalten, die an der im Wesentlichen gleichen Winkelposition wie der Schaft 44 positioniert ist. Es wird erkannt, dass die Erzeugung irgendeiner Fuge in einer Turbinenumgebung ein gewisses Maß an Leckage herbeiführt. Durch Minimierung dieser Leckage, wie Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung vorschlagen, kann eine vom Ansaugen resultierende Beschädigung an Komponenten vermieden und eine Steigerung des Wirkungsgrads des Antriebs erreicht werden.
5 bis 9 veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen des vorliegenden Anmeldegegenstands. Wie erläutert, können die nicht-integralen Plattformen 38 derart konfiguriert sein, dass die Verbindung 46 zwischen ihnen eine Leckage verhindert. Insbesondere können gemäß manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die nicht-integralen Plattformen 38 derart konfiguriert sein, dass die Verbindung 46 zwischen ihnen an der Winkelposition des Schafts 44 auftritt.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen kann der Schaft 44 derart konfiguriert sein, dass er eine vordere Schaftkante oder -fläche 62 enthält. In einigen Fällen kann die vordere Schaftkante oder -fläche 62 schmal und leicht gekrümmt (d. h. eher wie eine Kante) gestaltet sein, wie beispielsweise in dem Beispiel, das in 7 veranschaulicht ist. In anderen Fällen, wie beispielsweise den in den 5, 7, 8 und 9 dargestellten Ausführungsformen, kann die vordere Schaftkante oder -fläche 62 eine breite oder teilweise breite ebene oder leicht gekrümmte Oberfläche enthalten, die in etwa stromaufwärts oder in der Vorwärtsrichtung weisend angeordnet oder ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise kann die hintere Schaftkante oder -fläche 64 in einigen bevorzugten Ausführungsformen schmal und leicht gekrümmt (d. h. eher wie eine Kante) gestaltet sein, wie beispielsweise in dem in 7 veranschaulichten Beispiel. In anderen Fällen, wie beispielsweise in den in den 5, 6, 8 und 9 veranschaulichten Ausführungsformen, kann die hintere Schaftkante oder -fläche 62 eine breite oder teilweise breite ebene oder leicht gekrümmte Oberfläche enthalten, die in etwa stromabwärts oder in der Rückwärtsrichtung weisend angeordnet oder ausgerichtet ist. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform, die eine ebene vordere Schaftfläche 62 und eine ebene hintere Schaftfläche 64 enthält. Sowohl die vordere Schaftfläche 62 als auch die hintere Schaftfläche 64, wie veranschaulicht, können eine Umfangsweite aufweisen, die sich zwischen zwei Winkel- oder Umfangspositionen erstreckt. Ferner können sich die vordere Schaftfläche 62 und die hintere Schaftfläche 64, wie veranschaulicht, zwischen einer inneren radialen Position und einer äußeren radialen Position erstrecken, die in etwa mit der radialen Höhe der nicht-integralen Plattformen 38 (oder insbesondere der radialen Höhe der vorderen und hinteren Randleisten 48, 49 der nicht-integralen Plattformen 38) zusammenfallen können.
Wie in den 5 bis 9 veranschaulicht, können beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Laufschaufelanordnung 32 für einen Turbinenantrieb enthalten. Die Laufschaufelanordnung 32 kann eine Turbinenlaufschaufel 36 enthalten, die einen Schaft 44 enthält, der sich zwischen einer Befestigungseinrichtung, die, wie veranschaulicht, ein Schwalbenschwanz 40 sein kann, und einem Schaufelblatt 45 befindet. Der Schaft 44 kann einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweisen. Die Plattform 38 kann eine Plattformsaugseite 56 und eine Plattformdruckseite 58 enthalten, die jeweils mit der anderen und der Turbinenschaufel 36 nicht-integrale Komponenten bilden. Es wird erkannt, dass in den 5 bis 9 die Plattformdruckseite 58 die zu der Druckseite dieses bestimmten Schaufelblattes benachbarte Plattformseite ist und dass die Plattformsaugseite 56 die zu der Saugseite 56 dieses bestimmten Schaufelblattes benachbarte Plattformseite ist. Es wird ferner erkannt, dass die Plattformdruckseite 58 als die Plattformsaugseite 56 für die benachbarte Turbinenschaufel 36 in dieser Richtung dienen kann. Gleichermaßen wird erkannt, dass die Plattformsaugseite 56 als die Plattformdruckseite 58 für die benachbarte Turbinenschaufel in der anderen Richtung, wie in den 3 und 4 dargestellt, dienen kann.
Wie erwähnt, kann die Plattform eine Verbindung bzw. Grenze 46 zwischen der Plattformdruckseite 58 und der Plattformsaugseite 56 enthalten. Vorzugsweise kann die Verbindung 46 im Wesentlichen eine schmale Fuge aufweisen, die von dem Aneinanderfügen der nicht-integralen Plattformkomponenten herrühren kann. In manchen Ausführungsformen können die Plattformkomponenten derart konfiguriert sein, dass die Verbindung 46 mit wenigstens entweder dem vorderen Abschnitt und/oder dem hinteren Abschnitt des Schaftes 44 in einer Linie ausgerichtet ist. In anderen Ausführungsformen ist die Verbindung 46 mit sowohl der vorderen Schaftfläche 62 als auch der hinteren Schaftfläche 64 des Schaftes 44 fluchtend ausgerichtet.
In einigen Ausführungsformen kann der vordere Abschnitt des Schaftes 44 eine vordere Schaftfläche 62 enthalten, und der hintere Abschnitt des Schaftes 44 kann eine hintere Schaftfläche 64 enthalten. In manchen bevorzugten Ausführungsformen enthält die vordere Schaftfläche 62 eine nach vorne gerichtete Oberfläche, die eine Umfangs- oder Winkelweite aufweist, die sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt. In ähnlicher Weise enthält die hintere Schaftfläche 64 eine nach hinten gerichtete Oberfläche, die eine Winkelweite aufweist, die sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt. In derartigen Fällen kann die Winkelposition der Verbindung 46 derart konfiguriert sein, dass sie eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche 62 enthält. Ferner kann die Winkelposition der Verbindung 46 derart konfiguriert sein, dass sei eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche 64 enthält.
Wie veranschaulicht, kann die Plattformdruckseite 58 eine vordere Randleiste 48 und eine hintere Randleiste 48 aufweisen. In ähnlicher Weise kann die Plattformsaugseite 56 eine vordere Randleiste 48 und eine hintere Randleiste 48 aufweisen. Es versteht sich, dass die Randleiste gewöhnlich derart konfiguriert ist, dass sie die Strömung von Heißgasen daran hindert, in die inneren radialen Regionen der Rotoranordnung einzudringen. Es versteht sich ferner, dass die Verbindungsstelle 46 zwischen der Plattformdruckseite 58 und der Plattformsaugseite 56 derart umschrieben werden kann, dass sie eine vordere Verbindung 46 und eine hintere Verbindung 46 enthält. Die vordere Verbindung 46 kann eine sich ungefähr radial erstreckende Fuge enthalten, die zwischen der vorderen Randleiste 48 der Plattformdruckseite 58 und der vorderen Randleiste 48 der Plattformsaugseite 56 ausgebildet ist. In einigen bevorzugten Ausführungsformen kann die Winkelposition der vorderen Verbindungsstelle 46 eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche 62 aufweisen. Insbesondere kann die Winkelposition der vorderen Verbindungsstelle 46 ungefähr an der winkelmäßigen Mittelpunktposition der vorderen Schaftfläche 62 liegen.
Die Plattformdruckseite 58 kann eine hintere Randleiste 49 enthalten, und die Plattformsaugseite 56 kann eine hintere Randleiste 49 enthalten. In derartigen Fällen kann die hintere Verbindung 46 eine sich ungefähr radial erstreckende Fuge enthalten, die zwischen der hinteren Randleiste 49 der Plattformdruckseite 48 und der hinteren Randleiste 49 der Plattformsaugseite 56 ausgebildet ist. In einigen bevorzugten Ausführungsformen weist die Winkelposition der hinteren Verbindungsstelle 46 eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche 64 auf. Insbesondere kann die Winkelposition der hinteren Verbindungsstelle 46 ungefähr an dem winkelmäßigen Mittelpunkt der hinteren Schaftfläche 64 liegen.
Die vordere Randleiste 48 der Plattformdruckseite 58 und die vordere Randleiste 48 der Plattformsaugseite 56 können derart konfiguriert sein, dass die vordere Verbindung 46 sich über die radiale Höhe der vorderen Schaftfläche 62 erstreckt. Die hintere Randleiste 49 der Plattformdruckseite 58 und die hintere Randleiste 49 der Plattformsaugseite 56 können derart konfiguriert sein, dass sich die hintere Verbindung 46 über die radiale Höhe der hinteren Schaftfläche 64 erstreckt. Die vordere Schaftfläche 62 kann eine nach vorne gerichtete Fläche enthalten, die eine Winkelweite aufweist.
Die vordere Schaftfläche 62 kann sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstrecken. In ähnlicher Weise kann die hintere Schaftfläche 64 eine nach hinten gerichtete Fläche enthalten, die eine Winkelweite aufweist. Die hintere Schaftfläche 64 kann sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstrecken. Wie erwähnt, verhindert die Ausrichtung oder ungefähre Ausrichtung der Verbindungsstelle 46 mit der Schaftfläche eine Leckage durch die Verbindungsstelle 46. Zum Teil wird dies durch die Schaffung eines gewundenen Pfads, durch den das Kühlmittel hindurchtreten muss, bewerkstelligt.
In einigen Ausführungsformen kann eine Dichtungsstruktur an der vorderen Schaftfläche 62 und/oder der hinteren Schaftfläche 64 gebildet sein, um die Leckageströmung durch die Verbindungsstelle 46 und den zwischen den Plattformrandleisten 48, 49 und dem Schaft 44 ausgebildeten Hohlraum weiter zu behindern. Eine bevorzugte Ausführungsform enthält axial vorstehende Rippen 66, die entlang der vorderen Schaftfläche 62 und/oder der hinteren Schaftfläche 64 radial vorragen. In einer Ausführungsform kann die vordere Schaftfläche 62 mehrere Rippen 66 enthalten. Der Querschnitt der Rippen 66 kann, wie veranschaulicht, rechteckig sein, obwohl auch andere Formen möglich sind. Die Rippen 66 können im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Außerdem kann die vordere Schaftfläche 62 wenigstens eine Rippe 66 auf jeder Seite der Verbindung 46 enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann jede Rippe 66 sich im Wesentlichen über die gesamte radiale Höhe der vorderen Schaftfläche 62 erstrecken. Es versteht sich, dass die gleiche Konfiguration auch auf der hinteren Schaftfläche 64 erzeugt sein kann.
In einer anderen Ausführungsform, wie sie in 9 veranschaulicht ist, kann die Plattformdruckseite 58 benachbart zu der vorderen Verbindungsstelle 46 eine sich axial erstreckende Lippe 67 enthalten, die in Richtung auf die vordere Schaftfläche 62 vorragt. Außerdem kann die Plattformsaugseite 56 benachbart zu der vorderen Verbindungsstelle 46 eine sich axial erstreckende Lippe 67 enthalten, die in Richtung auf die vordere Schaftfläche 62 vorragt. Wie veranschaulicht, kann die vordere Schaftfläche 62 eine darin ausgebildete, sich radial erstreckende Nut 69 enthalten, in die die Lippe 67 der Plattformdruckseite 58 und die Lippe 67 der Plattformsaugseite 56 hineinragen. Auf diese Weise sind die Lippe 67 der Plattformdruckseite 58 und die Nut 69 konfiguriert, um eine axiale Überlappung zu haben. Folglich sind die Lippe 67 der Plattformsaugseite 56 und die Nut 69 konfiguriert, um eine axiale Überlappung zu haben. Es versteht sich, dass die axiale Überlappung einen gewundenen Pfad erzeugt, durch den ein Leckstrom hindurchtreten muss. Es versteht sich, dass diese Konfiguration auch an dem hinteren Abschnitt der Plattform und des Schafts mit ähnlichen Ergebnissen ausgebildet sein kann.
In einer weiteren (nicht veranschaulichten) Ausführungsform können die vordere Randleiste 48 der Plattformdruckseite 58 und die vordere Schaftfläche 62 ineinandergreifende Rippen 66 aufweisen. Das heißt, die vordere Randleiste 48 der Plattformdruckseite 58 kann eine Rippe 66 aufweisen, die sich axial mit einer Rippe 66 überlappt, die an der vorderen Schaftfläche 62 ausgebildet ist. Ebenfalls können in einigen Ausführungsformen die vordere Randleiste 48 der Plattformsaugseite 56 und die vordere Schaftfläche 62 auch ineinandergreifende Rippen 66 enthalten. Die Rippen 66 können sich über die gesamte radiale Höhe der Plattformdruckseite 58, der Plattformsaugseite 56 und/oder der vorderen Schaftfläche 62 erstrecken. Erneut erzeugen die ineinandergreifenden Rippen 66 einen gewundenen Pfad, durch den der Leckstrom strömen muss, und sie verbessern die Abdichtungseigenschaften der Konfiguration.
Die vorliegende Anmeldung enthält ferner ein neues Verfahren zum Konfigurieren einer Laufschaufelanordnung, die nicht integrale Plattformen aufweist, die eine Leckage verhindern. Die Laufschaufelanordnung kann eine Turbinenlaufschaufel enthalten und kann eine Plattformdruckseite 58 sowie eine Plattformsaugseite 56 enthalten. Die Laufschaufel kann einen Schaft 44 enthalten, der zwischen einer Befestigungseinrichtung und einem Schaufelblatt angeordnet ist. Der Schaft 44 kann eine vordere Schaftfläche 62 und eine hintere Schaftfläche 64 aufweisen. Die vordere Schaftfläche 62 kann eine nach vorne gerichtete Fläche enthalten, die eine Winkelweite aufweist, die sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt. Die hintere Schaftfläche 64 kann eine nach hinten gerichtete Fläche enthalten, die eine Winkelweite aufweist, die sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt.
Das Verfahren kann den Schritt des Konfigurierens der Plattformdruckseite 58 und der Plattformsaugseite 56 in einer derartigen Weise enthalten, dass, nach Montage, eine Verbindung 46 geschaffen wird, die eine schmale, sich radial erstreckende Fuge zwischen der Plattformdruckseite 58 und einer Plattformsaugseite 56 aufweist. Entlang eines vorderen Abschnitts der Verbindung 46 kann die Winkelposition der Verbindung 46 eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche 66 aufweisen. Entlang eines hinteren Abschnitts der Verbindung 46 kann die Winkelposition der Verbindung 46 eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche 64 aufweisen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung 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 Laufschaufelanordnung für einen Turbinenantrieb geschaffen, wobei die Laufschaufelanordnung enthält: eine Turbinenlaufschaufel, die einen zwischen einer Befestigungseinrichtung und einem Schaufelblatt befindlichen Schaft enthält, wobei der Schaft einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweist; und eine Plattform, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite aufweist, von denen jede mit der anderen und der Turbinenlaufschaufel nicht integrale Komponenten aufweist. Die Plattform kann eine Verbindung zwischen der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite aufweisen. Und die Plattform kann derart konfiguriert sein, dass die Verbindung mit wenigstens entweder dem vorderen Abschnitt und/oder dem hinteren Abschnitt des Schaftes fluchtend ausgerichtet ist.
Bezugszeichenliste

10: System
12: Gasturbinenantrieb
16: Lufteinlassabschnitt
18: Verdichter
20: Brennkammerabschnitt
22: Turbine
24: Abgasabschnitt, Auslassabschnitt
26: Welle
28: Brennkammergehäuse
30: Brennkammern
31: Rotoren
32: Rotoranordnung
34: Laufrad
36: Turbinenlaufschaufel
38: Turbinenschaufelplattform
40: Schwalbenschwanz
42: Öffnung
44: Schaft
45: Schaufelblatt
46: Plattformverbindung
48: Vordere Randleiste
49: Hintere Randleiste
50: Engelflügel
52: Plattformaußenseite
54: Plattformaußenseite
56: Plattformsaugseite
58: Plattformdruckseite
62: Vordere Schaftfläche
64: Hintere Schaftfläche
66: Rippe
67: Rippe
69: Nut

Claims

Laufschaufelanordnung für einen Turbinenantrieb, wobei die Laufschaufelanordnung aufweist: eine Turbinenlaufschaufel, die einen zwischen einer Befestigungseinrichtung und einem Schaufelblatt befindlichen Schaft enthält, wobei der Schaft einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweist; und eine Plattform, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite aufweist, von denen jede mit der anderen und der Turbinenschaufel nicht-integrale Komponenten aufweist; wobei: die Plattform eine Verbindung zwischen der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite aufweist, und die Plattform derart konfiguriert ist, dass die Verbindung mit wenigstens entweder dem vorderen Abschnitt und/oder dem hinteren Abschnitt des Schaftes ausgerichtet ist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 1, wobei: der vordere Abschnitt des Schaftes eine vordere Schaftfläche aufweist; der hintere Abschnitt des Schaftes eine hintere Schaftfläche aufweist; und die Verbindung sowohl mit der vorderen Schaftfläche als auch mit der hinteren Schaftfläche ausgerichtet ist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 1, wobei: die vordere Schaftfläche eine nach vorne gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei sich die nach vorne gerichtete Fläche der vorderen Schaftfläche radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt; die hintere Schaftfläche eine nach hinten gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei sich die nach hinten gerichtete Fläche der hinteren Schaftfläche radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt; die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche aufweist, und die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 2, wobei: die Plattformdruckseite eine vordere Randleiste aufweist; die Plattformsaugseite eine vordere Randleiste aufweist; die Verbindung eine vordere Verbindung enthält, wobei die vordere Verbindung eine sich ungefähr radial erstreckende Fuge aufweist, die zwischen der vorderen Randleiste der Plattformdruckseite und der vorderen Randleiste der Plattformsaugseite ausgebildet ist; die vordere Schaftfläche eine Winkelweite aufweist; und die Winkelposition der vorderen Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 4, wobei: die Plattformdruckseite eine hintere Randleiste aufweist; die Plattformsaugseite eine hintere Randleiste aufweist; die Verbindung eine hintere Verbindung enthält, wobei die hintere Verbindung eine sich ungefähr radial erstreckende Fuge aufweist, die zwischen der hinteren Randleiste der Plattformdruckseite und der hinteren Randleiste der Plattformsaugseite ausgebildet ist; die hintere Schaftfläche eine Winkelweite aufweist; und die Winkelposition der hinteren Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 4, wobei die Winkelposition der vorderen Verbindung den ungefähren winkelmäßigen Mittelpunkt der vorderen Schaftfläche aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 5, wobei: die vordere Schaftfläche eine nach vorne gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die nach vorne gerichtete Fläche der vorderen Schaftfläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt; und die hintere Schaftfläche eine nach hinten gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die nach hinten gerichtete Fläche der hinteren Schaftfläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 7, wobei: die vordere Randleiste der Plattformdruckseite und die vordere Randleiste der Plattformsaugseite derart konfiguriert sind, dass sich die vordere Verbindung über die radiale Höhe der vorderen Schaftfläche erstreckt; und die hintere Randleiste der Plattformdruckseite und die hintere Randleiste der Plattformsaugseite derart konfiguriert sind, dass sich die hintere Verbindung über die radiale Höhe der hinteren Schaftfläche erstreckt.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 2, wobei: die Plattformdruckseite eine hintere Randleiste aufweist; die Plattformsaugseite eine hintere Randleiste aufweist; die Verbindung eine hintere Verbindung enthält, wobei die hintere Verbindung eine sich ungefähr radial erstreckende Fuge aufweist, die zwischen der hinteren Randleiste der Plattformdruckseite und der hinteren Randleiste der Plattformsaugseite ausgebildet ist; der hintere Schaft eine Winkelposition aufweist; und die Winkelposition der hinteren Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 9, wobei die Winkelposition der hinteren Verbindung den ungefähren winkelmäßigen Mittelpunkt der hinteren Schaftfläche aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 1, wobei: die Plattformdruckseite und die Plattformsaugseite konfiguriert sind, um eine Öffnung zu bilden, die nach Montage das Schaufelblatt in der Nähe einer Basis des Schaufelblattes umgibt; die Befestigungseinrichtung einen Schwalbenschwanz aufweist; und die Verbindung mit einer Vorderkante des Schaufelblattes und einer Hinterkante des Schaufelblattes im Wesentlichen ausgerichtet ist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 2, die ferner axial vorspringende Rippen aufweist, die sich radial entlang wenigstens entweder der vorderen Schaftfläche und/oder der hinteren Schaftfläche erstrecken und konfiguriert sind, um eine Leckageströmung zu behindern, die durch die Verbindung hindurch eindringt und zwischen der Schaftfläche und der Plattform strömt.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 12, wobei: die vordere Schaftfläche mehrere Rippen aufweist; die Rippen in Bezug aufeinander im Wesentlichen parallel verlaufen; die vordere Schaftfläche wenigstens eine Rippe auf jeder Seite der Verbindung aufweist; und jede Rippe sich im Wesentlichen über die gesamte radiale Höhe der vorderen Schaftfläche erstreckt.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 7, wobei: die vordere Randleiste der Plattformdruckseite und die vordere Randleiste der Plattformsaugseite derart konfiguriert sind, dass sich die vordere Verbindung über die radiale Höhe der vorderen Schaftfläche erstreckt; benachbart zu der vorderen Verbindung die Plattformdruckseite eine sich axial erstreckende Lippe aufweist, die in Richtung auf die vordere Schaftfläche vorragt; benachbart zu der vorderen Verbindung die Plattformsaugseite eine sich axial erstreckende Lippe aufweist, die in Richtung auf die vordere Schaftfläche vorragt; und die vordere Schaftfläche eine darin ausgebildete, sich radial erstreckende Nut aufweist, in die die Lippe der Plattformdruckseite und die Lippe der Plattformsaugseite ragen.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 14, wobei die Lippe der Plattformdruckseite und die Nut derart konfiguriert sind, dass sie eine axiale Überlappung aufweisen; und wobei die Lippe der Plattformsaugseite und die Nut derart konfiguriert sind, dass sie eine axiale Überlappung aufweisen.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 7, wobei: die vordere Randleiste der Plattformdruckseite und die vordere Randleiste der Plattformsaugseite derart konfiguriert sind, dass sich die vordere Verbindung über die radiale Höhe der vorderen Schaftfläche erstreckt; die vordere Randleiste der Plattformdruckseite und die vordere Schaftfläche ineinander greifende Rippen aufweisen; die vordere Randleiste der Plattformsaugseite und die vordere Schaftfläche ineinander greifende Rippen aufweisen; wenigstens eine Rippe an der vorderen Randleiste der Plattformdruckseite sich im Wesentlichen über die gesamte radiale Höhe der Plattformdruckseite erstreckt; wenigstens eine Rippe an der vorderen Randleiste der Plattformsaugseite sich im Wesentlichen über die gesamte radiale Höhe der Plattformsaugseite erstreckt; wenigstens eine Rippe an der vorderen Schaftfläche sich im Wesentlichen über die gesamte radiale Höhe der vorderen Schaftfläche erstreckt; und das Ineinandergreifen wenigstens eine axiale Überlappung aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 2, die ferner aufweist: mehrere Turbinenlaufschaufeln; mehrere Plattformsaugseiten und mehrere Plattformdruckseiten; wobei all die Plattformsaugseiten und Plattformdruckseiten eine ähnliche Konfiguration aufweisen und in einer Umfangsanordnung angeordnet sind, um mehrere Öffnungen zu definieren, die konfiguriert sind, um die Schaufelblätter der mehreren Turbinenlaufschaufeln zu umgeben; und ferner ein Laufrad mit mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Laufradbefestigungsmitteln aufweisend, die konfiguriert sind, um die Turbinenschaufelbefestigungseinrichtung jeder der Turbinenlaufschaufeln an vorbestimmten Winkelpositionen rings um das Laufrad aufzunehmen.
Laufschaufelanordnung für einen Turbinenantrieb, wobei die Laufschaufelanordnung aufweist; eine Turbinenlaufschaufel, die einen Schaft enthält, der sich zwischen einer Befestigungseinrichtung und einem Schaufelblatt befindet, wobei der Schaft eine vordere Schaftfläche und eine hintere Schaftfläche aufweist; wobei die vordere Schaftfläche eine nach vorne gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die nach vorne gerichtete Fläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt, und wobei die hintere Schaftfläche eine nach hinten gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die nach hinten gerichtete Fläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt; und eine Plattform, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite aufweist, von denen jede mit der anderen und der Turbinenlaufschaufel nicht-integrale Komponenten aufweist; wobei: die Plattform eine Verbindung zwischen der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite aufweist; entlang eines vorderen Abschnitts der Verbindung die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche aufweist; und entlang eines hinteren Abschnitts der Verbindung die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche aufweist.
Laufschaufelanordnung nach Anspruch 18, wobei: die Plattformdruckseite eine vordere Randleiste und eine hintere Randleiste aufweist; die Plattformsaugseite eine vordere Randleiste und eine hintere Randleiste aufweist; der vordere Abschnitt der Verbindung eine sich ungefähr radial erstreckende Fuge aufweist, die zwischen der vorderen Randleiste der Plattformdruckseite und der vorderen Randleiste der Plattformsaugseite ausgebildet ist; die vordere schaftfläche eine Winkelweite aufweist; die Winkelposition der vorderen Verbindung den ungefähren winkelmäßigen Mittelpunkt der vorderen Schaftfläche aufweist; der hintere Abschnitt der Verbindung eine sich ungefähr radial erstreckende Fuge aufweist, die zwischen der hinteren Randleiste der Plattformdruckseite und der hinteren Randleiste der Plattformsaugseite ausgebildet ist; die hintere Schaftfläche eine Winkelweite aufweist; und die Winkelposition der hinteren Verbindung den ungefähren winkelmäßigen Mittelpunkt der hinteren Schaftfläche aufweist.
Verfahren zum Konfigurieren einer Laufschaufelanordnung, um eine Leckage zu verhindern, wobei die Laufschaufelanordnung eine Turbinenlaufschaufel und nicht-integrale Plattformen enthält, die eine Plattformdruckseite und eine Plattformsaugseite enthalten, wobei die Laufschaufelanordnung einen Schaft enthält, der sich zwischen einer Befestigungseinrichtung und einem Schaufelblatt befindet, wobei der Schaft eine vordere Schaftfläche und eine hintere Schaftfläche aufweist; wobei die vordere Schaftfläche eine nach vorne gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei die nach vorne gerichtete Fläche sich radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt, und wobei die hintere Schaftfläche eine nach hinten gerichtete Fläche enthält, die eine Winkelweite aufweist, wobei sich die hintere Schaftfläche radial zwischen der Befestigungseinrichtung und dem Schaufelblatt erstreckt; wobei das Verfahren die Schritte enthält: Konfigurieren der Plattformdruckseite und der Plattformsaugseite in einer derartigen Weise, dass bei der Montage eine Verbindung geschaffen wird, die eine schmale, sich radial erstreckende Fuge zwischen der Plattformdruckseite und einer Plattformsaugseite aufweist; wobei entlang eines vorderen Abschnitts der Verbindung die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der vorderen Schaftfläche aufweist; und wobei entlang eines hinteren Abschnitts der Verbindung die Winkelposition der Verbindung eine Position innerhalb der Winkelweite der hinteren Schaftfläche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Winkelposition der hinteren Verbindung die ungefähre winkelmäßige Mitte der hinteren Schaftfläche aufweist; und wobei die Winkelposition der vorderen Verbindung die ungefähre winkelmäßige Mitte der vorderen Schaftfläche aufweist.