DE102013112791A1

DE102013112791A1 - Turbinenschaufel-Mantelanordnung und Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel

Info

Publication number: DE102013112791A1
Application number: DE201310112791
Authority: DE
Inventors: Krishna Kishore GUMPINA; Mahesh Pasupuleti; Sheo Narain Giri; Sanjeev Kumar Jha
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2014-05-22
Also published as: JP2014101880A; US20140140841A1

Abstract

Eine Turbinenschaufel-Mantelanordnung für ein Turbinensystem weist einen Berührungsbereich eines Spitzenmantels auf, wobei der Berührungsbereich in unmittelbarer Nähe eines benachbarten Spitzenmantels angeordnet ist. Weiter wird ein Material mit negativer Wärmeausdehnung verwendet, das in der Nähe des Berührungsbereichs aufgebracht ist, wobei der Berührungsbereich während einer Hochfahrbedingung und während einer Bedingung des Herunterfahrens des Turbinensystems ein erstes Volumen, und während einer stabilen Dauerbetriebsbedingung des Turbinensystems ein zweites Volumen aufweist, wobei das zweite Volumen kleiner ist als das erste Volumen.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die hier beschriebene Erfindung betrifft Turbinensysteme und spezieller Turbinenschaufel-Mantelanordnungen sowie ein Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel.
Turbinensysteme verwenden eine Anzahl von rotierenden Komponenten oder Vorrichtungen, z.B. Verdichterstufen und Turbinenstufen, die sich beispielsweise während des Betriebs der Turbine mit hoher Geschwindigkeit drehen. Allgemein enthält eine Stufe viele frei schwebende Laufschaufeln, die sich ausgehend von einer zentralen Nabe radial nach außen erstrecken. Einige Laufschaufeln weisen einen Mantel auf, der Schwingungen in einer Stufe begrenzt und eine Dichtung bildet, um den Wirkungsgrad des Gesamtsystems zu steigern. Der Mantel ist gewöhnlich an einem Spitzenabschnitt der Laufschaufel, an einem Mittelabschnitt der Laufschaufel oder sowohl an dem mittleren Abschnitt als auch an dem Spitzenabschnitt der Laufschaufel angeordnet. Die Mäntel sind geeignet konstruiert, so dass sich die frei schwebenden Laufschaufeln verriegeln, um während des Betriebs ein integrales rotierendes Element zu bilden.
Vor der Rotation der frei schwebenden Laufschaufeln besteht zwischen Berührungsflächen der Mäntel ein Spalt. Der Abstand des Spalts bestimmt, wie zeitig eine Verriegelung der Mäntel beim Hochfahren des Turbinensystems auftritt. Ein zu großer Spalt verzögert die Verriegelungsgeschwindigkeit ungünstig, was beispielsweise Resonanz hervorrufen könnte. Ein zu geringer Spalt führt zu unerwünschten Wirkungen, wenn das Turbinensystem mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird. Solche Effekte beinhalten einen geringeren Dämpfungswirkungsgrad und eine geringere Flattergrenze sowie hohe mechanische Spannungen, die beispielsweise aufgrund einer gesteigerten Übertragung von Kräften zwischen den sich berührenden Mänteln auf die Turbinenschaufel ausgeübt werden. Folglich stehen im Falle herkömmlicher Bemühungen, den Spalt mit dem Ziel einer zeitigen Verriegelung vorteilhaft zu verringern, um mögliche aeromechanische Probleme bei niedriger Drehzahl zu lösen, unter Dauerbetriebsbedingungen auftretende nachteilige Wirkungen gegenüber, die die Spitzenmantellebensdauer reduzieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Turbinenschaufel-Mantelanordnung für ein Turbinensystem einen Berührungsbereich eines Spitzenmantels auf, wobei der Berührungsbereich in unmittelbarer Nähe eines benachbarten Spitzenmantels aufgebracht ist. Weiter wird ein Material mit negativer Wärmeausdehnung verwendet, das in der Nähe des Berührungsbereichs aufgebracht ist, wobei der Berührungsbereich während einer Hochfahrbedingung und während einer Bedingung des Herunterfahrens des Turbinensystems ein erstes Volumen, und während einer stabilen Dauerbetriebsbedingung des Turbinensystems ein zweites Volumen aufweist, wobei das zweite Volumen kleiner ist als das erste Volumen.
Das Material mit negativer Wärmeausdehnung der Turbinenschaufel-Mantelanordnung kann mindestens Zirkon, Zirconiumwolframat und/oder und eine A₂(MO₄)₃-Verbindung beinhalten.
Die Turbinenschaufel-Mantelanordnung einer beliebigen der oben erwähnten Bauarten kann zudem einen benachbarten Berührungsbereich des benachbarten Spitzenmantels aufweisen.
Der benachbarte Berührungsbereich jeder der oben erwähnten Turbinenschaufel-Mantelanordnungen kann auf einem Material mit negativer Wärmeausdehnung basieren.
Der Berührungsbereich jeder der oben erwähnten Turbinenschaufel-Mantelanordnungen kann auf einer Zusammensetzung des Materials mit negativer Wärmeausdehnung und eines verschleißfesten Materials basieren.
Die Zusammensetzung jeder der oben erwähnten Turbinenschaufel-Mantelanordnungen kann auf einer Schicht basieren, die auf einem Basismetall des Spitzenmantels aufgebracht ist.
Die Zusammensetzung jeder der oben erwähnten Turbinenschaufel-Mantelanordnungen kann mehrere Schichten aufweisen, die auf einem Basismetall des Spitzenmantels aufgebracht sind.
Jede der mehreren Schichten jeder der oben erwähnten Turbinenschaufel-Mantelanordnungen kann einen anderen Volumenanteil des Materials mit negativer Wärmeausdehnung aufweisen.
Die Zusammensetzung jeder der oben erwähnten Turbinenschaufel-Mantelanordnungen kann mit dem Spitzenmantel hart verlötet sein.
Die Zusammensetzung jeder der oben erwähnten Turbinenschaufel-Mantelanordnungen kann mit dem Spitzenmantel verschweißt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel geschaffen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Verringern eines Spalts, der zwischen einem Berührungsbereich eines Spitzenmantels und eines benachbarten Spitzenmantels angeordnet ist, durch Aufbringen eines Materials mit negativer Wärmeausdehnung in der Nähe des Berührungsbereichs. Hinzu kommt der Schritt des Inberührungbringens des Berührungsbereichs des Spitzenmantels mit dem benachbarten Spitzenmantel während einer Hochfahrbetriebsbedingung und während einer Betriebsbedingung des Herunterfahrens. Außerdem beinhaltet das Verfahren den Schritt des Verringerns eines Volumens des Berührungsbereichs während Hochtemperaturbetriebsbedingungen auf die Kontraktion des Materials mit negativer Wärmeausdehnung hin, wobei das Verringern des Volumens Spitzenmantelberührungskräfte und mechanische Spannungen während einer Dauerbetriebsbedingung reduziert.
Weiter kann das Verfahren den Schritt des Aufbringens des Materials mit negativer Wärmeausdehnung in der Nähe eines benachbarten Berührungsbereichs des benachbarten Spitzenmantels beinhalten.
Jedes der oben erwähnten Verfahren kann zudem den Schritt des Ausbildens einer Zusammensetzung in der Nähe des Berührungsbereichs beinhalten, wobei die Zusammensetzung auf dem Material mit negativer Wärmeausdehnung und einem verschleißfesten Material basiert.
Jedes der oben erwähnten Verfahren kann außerdem den Schritt des Ausbildens mehrerer Schichten der Zusammensetzung in der Nähe des Berührungsbereichs beinhalten.
Jede der mehreren Schichten kann einen anderen Volumenanteil des Materials mit negativer Wärmeausdehnung aufweisen.
Die Zusammensetzung kann mit dem Spitzenmantel hart verlötet sein.
Die Zusammensetzung kann mit dem Spitzenmantel verschweißt sein.
Die Zusammensetzung kann mit dem Spitzenmantel laserplattiert sein.
Die Zusammensetzung kann auf den Spitzenmantel kalt aufgespritzt sein.
Die Zusammensetzung kann während eines Plasma-Auftragsschweißvorgangs aufgebracht werden.
Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der als die Erfindung erachtete behandelte Gegenstand wird in den der Beschreibung beigefügten Patentansprüchen speziell aufgezeigt und gesondert beansprucht. Die vorausgehend erwähnten und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Turbinensystems;
2 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht eine Turbinenstufe des Turbinensystems;
3 zeigt eine Draufsicht auf eine Turbinenschaufel-Mantelanordnung, die einen Berührungsbereich aufweist;
4 zeigt den Berührungsbereich von 3 in einer vergrößerte Draufsicht von oben;
5 zeigt eine schematische Ansicht des Berührungsbereichs, der auf einer Zusammensetzung basiert;
6 zeigt eine schematische Ansicht mehrerer Schichten der Zusammensetzung; und
7 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel.
Die detaillierte Beschreibung erläutert anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Turbinensystem, das in Form einer Gasturbine gezeigt ist und gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, allgemein mit 10 bezeichnet. Das Turbinensystem 10 enthält einen Verdichter 12 und mehrere in einer Ringbrennerrohranordnung angeordnete Brennkammereinrichtungen, wobei eine davon mit 14 bezeichnet ist. Wie gezeigt, enthält die Brennkammereinrichtung 14 eine Endabdeckungsanordnung 16, die eine Brennkammer 18 abdichtet und zumindest teilweise definiert. Mehrere Düsen 20–22 sind durch die Endabdeckungsanordnung 16 getragen und erstrecken sich in die Brennkammer 18. Die Düsen 20–22 nehmen über einen (nicht gezeigten) gemeinsamen Brennstoffeinlass Brennstoff und verdichtete von dem Verdichter 12 stammende Luft auf. Der Brennstoff und die verdichtete Luft werden in die Brennkammer 18 geleitet und gezündet, um einen Strom von Verbrennungsprodukten oder Luft hoher Temperatur und hohen Drucks zu erzeugen, der für den Antrieb eine Turbine 24 genutzt wird. Die Turbine 24 enthält mehrere Stufen 26–28, die über eine (auch als Laufrad/Rotor bezeichnete) Verdichter-/Turbinenwelle 30 funktional mit dem Verdichter 12 verbunden sind.
Im Betrieb strömt Luft in den Verdichter 12 und wird zu einem hochkomprimierten Gas verdichtet. Das hochkomprimierte Gas wird der Brennkammereinrichtung 14 zugeführt und in der Brennkammer 18 mit Brennstoff, beispielsweise mit einem Prozessgas und/oder mit einem synthetischen Gas, vermischt. Das Brennstoff/Luft- oder Verbrennungsgemisch verbrennt, um einen Verbrennungsgasstrom hohen Drucks und hoher Temperatur zu erzeugen. In einer Abwandlung kann die Brennkammereinrichtung 14, ohne darauf beschränkt zu sein, Brennstoffe wie Erdgas und/oder Dieselöl verbrennen. Auf jeden Fall führt die Brennkammereinrichtung 14 den Verbrennungsgasstrom einer Turbine 24 zu, die thermische Energie in mechanische Rotationsenergie umwandelt.
Hier ist zu beachten, dass sämtliche Stufen 26–28 ähnlich ausgebildet sind, und daher bei der Beschreibung von Stufe 26, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, in dem Sinne Bezug auf 2 genommen wird, dass die übrigen Stufen, d.h. die Stufen 27 und 28, eine entsprechende Konstruktion aufweisen. Außerdem sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung in Stufen in dem Verdichter 12 oder in anderen rotierenden Vorrichtungen verwendet werden kann, die verschleiß- und/oder schlagfeste Oberflächen voraussetzen. Jedenfalls ist die Stufe 26 mit mehreren rotierenden Elementen dargestellt, z.B. mit einem Schaufelblatt 32, das sich ausgehend von einer zentralen Nabe 34, die eine axiale Mittellinie 35 aufweist, radial nach außen erstreckt. Das Blatt 32 ist um die axiale Mittellinie 35 der zentralen Nabe 34 drehbar und weist einen Basisabschnitt 36 und einen Spitzenabschnitt 38 auf.
Ein Spitzenmantel 50 bedeckt den Spitzenabschnitt 38 des Schaufelblatts 32. Der Spitzenmantel 50 ist dazu eingerichtet, Spitzenmäntel an benachbarten rotierenden Elementen aufzunehmen oder sich mit diesen zu verschachteln, um einen fortlaufenden Ring zu bilden, der sich in Umfangsrichtung um die Stufe 26 erstreckt. Der ununterbrochene Ring bildet eine äußere Strömungspfadbegrenzung, die einen Gaspfadluftleckstrom über (nicht gesondert bezeichnete) obere Abschnitte der Stufe 26 reduziert, um den Wirkungsgrad der Stufe und die Turbinengesamtleistung zu steigern. Dank Zentrifugalkräften und thermischen Belastungen, die durch den Betrieb der Turbine 24 bei hohen oder Betriebsdrehzahlen hervorgerufen werden, verriegeln sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel benachbarte Schaufelblätter durch den Spitzenmantel 50 jedes entsprechenden Schaufelblatts.
Wie in 3 und 4 detaillierter veranschaulicht, befindet sich der Spitzenmantel 50 in enger räumliche Nachbarschaft zu einem benachbarten Spitzenmantel 52. Der Spitzenmantel 50 weist einen Berührungsbereich 54 auf, der dazu eingerichtet ist, während des Betriebs des Turbinensystems 10 mit dem benachbarten Spitzenmantel 52 in Berührung zu kommen. Speziell kommt der Berührungsbereich 54 mit einem benachbarten Berührungsbereich 56 des benachbarten Spitzenmantels 52 in Berührung. Zwischen dem Spitzenmantel 50 und dem benachbarten Spitzenmantel 52, und insbesondere zwischen dem Berührungsbereich 54 und dem benachbarten Berührungsbereich 56, ist ein Spalt 58 vorhanden. Der Spalt 58 ist vor dem Hochfahrvorgang des Turbinensystems 10 vorhanden. Der Spalt 58 ist hinsichtlich der Abmessungen auf der Grundlage eines erwünschten zeitigen Verriegelns des Spitzenmantels 50 und des benachbarten Spitzenmantels 52 bei Betrieb des Turbinensystems 10 und Rotation des Schaufelblatts 32 ausgewählt. Nach dem Verriegeln des Spitzenmantels 50 und des benachbarten Spitzenmantels 52 steigt die Temperatur der Betriebsumgebung, was zu einer Wärmeausdehnung der meisten Komponenten in der Turbine 24 führt.
Um die Spannungen, die durch die mögliche Ausdehnung bereits in Berührung stehender Bauteile ausgeübt werden, zu vermindern, beinhaltet mindestens der Berührungsbereich 54 und/oder der benachbarte Berührungsbereich 56, jedoch gewöhnlich sowohl der Berührungsbereich 54 als auch der benachbarte Berührungsbereich 56, ein Material 60 mit negativer Wärmeausdehnung. Das Material 60 mit negativer Wärmeausdehnung weist einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass sich das Material unter dem Einfluss gesteigerter Temperatur nicht ausdehnt sondern zusammenzieht. Selbstverständlich kann jedes Material, das einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, für die Verwendung in Zusammenhang mit dem Berührungsbereich 54 und dem benachbarten Berührungsbereich 56 geeignet sein. Beispiele solcher Materialien beinhalten Zirkon, Zirconiumwolframat und A₂(MO₄)₃-Verbindungen. Das Ausbilden wenigstens eines Abschnitt des Berührungsbereichs 54 und des benachbarten Berührungsbereich 56 anhand des Materials 60 mit negativer Wärmeausdehnung ermöglicht vorteilhafterweise, die Abmessungen des Spalts 58 zu reduzieren, um ein zeitiges Verriegeln zwischen dem Spitzenmantel 50 und dem benachbarten Spitzenmantel 52 zu erleichtern, während gleichzeitig die Berührungskräfte, die der Wechselwirkung zwischen dem Spitzenmantel 50 und dem benachbarten Spitzenmantel 52 zugeordnet sind, verringert werden, so dass dadurch mechanische Spannungen, die auf vielfältige Bereiche des Spitzenmantels 50, des benachbarten Spitzenmantels 52 und des daran angebrachten Schaufelblatts 32 ausgeübt werden, reduziert werden. Die Verringerung von Spannungen wird erreicht, indem eine Verriegelung aufrecht erhalten wird, während das Material 60 mit negativer Wärmeausdehnung hingegen schrumpft. D.h. der Berührungsbereich 54 weist während einer Hochfahrbedingung des Turbinensystems 10 ein erstes Volumen, und während einer Dauerbetriebsbedingung des Turbinensystems 10 ein zweites, kleineres Volumen auf.
Mit Bezug auf 5 und 6 ist der Berührungsbereich 54 schematisch detaillierter dargestellt. Der Spitzenmantel 50 weist einen Basismetallbereich 62 auf, der auf dem Berührungsbereich 54 als Schicht aufgebracht oder mit diesem einstückig ausgebildet ist. Der Berührungsbereich 54 basiert auf einer oder mehreren Zusammensetzungsschichten, die gewöhnlich einen Anteil des Materials 60 mit negativer Wärmeausdehnung und einen Anteil eines verschleißfesten Materials enthalten. Wie oben erwähnt, kann der Berührungsbereich 54 auf einer einzigen Zusammensetzungsschicht (5) oder auf mehreren Zusammensetzungsschichten (6) basieren. In einem Ausführungsbeispiel, das mehrere Zusammensetzungsschichten 72 aufweist, ist es als Vorteil zu erachten, dass in den mehreren Zusammensetzungsschichten 72 gesonderte Volumen- und/oder Gewichtsanteile des Materials 60 mit negativer Wärmeausdehnung, beispielsweise wie gezeigt, eine erste Schicht 64, eine zweite Schicht 68 und eine dritte Schicht 70, vorhanden sein können. In einem Ausführungsbeispiel nimmt der Anteil des Materials 60 mit negativer Wärmeausdehnung in jeder Schicht mit wachsendem Abstand von dem Basismetallbereich 62 progressiv zu. Insbesondere kann die erste Schicht 64 einen geringeren Anteil des Materials 60 mit negativer Wärmeausdehnung enthalten als die zweite Schicht 68, wobei die zweite Schicht 68 einen geringeren Anteil als die dritte Schicht 70 enthält. Ein allmählicher Übergang der Verwendung des Materials 60 mit negativer Wärmeausdehnung ausgehend von dem Basismetallbereich 62 verringert eine thermische Beanspruchung an der Grenzfläche zwischen dem Berührungsbereich 54 und dem Basismetallbereich 62 des Spitzenmantels 50. Selbstverständlich können die mehreren Zusammensetzungsschichten 72 unterschiedliche Dicken aufweisen und das Material 60 mit negativer Wärmeausdehnung mit einem Anteil im Bereich von etwa 0 % bis ungefähr 100 % enthalten.
Ob in Form einer einzelnen Schicht oder als mehrere Zusammensetzungsschichten 72, kann der Berührungsbereich 54 mittels einer Anzahl von Auftragsverfahren an dem Spitzenmantel 50 angebracht sein oder mit diesem einstückig hergestellt sein. Beispiele solcher Verfahren beinhalten Hartlöten, Schweißen, Laserplattierung, Kaltspritzen und Plasma-Auftragsschweißverfahren (PTA). Die vorstehende Aufzählung dient lediglich der Veranschaulichung und soll zahlreiche sonstige geeignete Auftragsverfahren nicht ausschließen.
Wie in dem Flussdiagramm von 7 dargestellt und mit Bezug auf 1–6 erläutert, ist darüber hinaus ein Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel 100 geschaffen. Das Turbinensystem 10 sowie der Spitzenmantel 50 und der Berührungsbereich 54 wurden zuvor beschrieben; auf eine nähere Beschreibung spezieller Konstruktionskomponenten kann daher verzichtet werden. Das Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel 100 beinhaltet den Schritt, einen Spalt zwischen einem Berührungsbereich eines Spitzenmantels und eines benachbarten Spitzenmantels zu verringern, indem in der Nähe des Berührungsbereichs 102 ein Material mit negativer Wärmeausdehnung aufgebracht wird. Der Berührungsbereich kommt während einer Hochfahrbetriebsbedingung 104 mit dem benachbarten Spitzenmantel in Berührung. Während Hochtemperaturbetriebsbedingungen wird ein Volumen des Berührungsbereichs auf die Kontraktion des Materials mit negativer Wärmeausdehnung 106 hin verringert.
Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist vielmehr lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
Eine Turbinenschaufel-Mantelanordnung für ein Turbinensystem weist einen Berührungsbereich eines Spitzenmantels auf, wobei der Berührungsbereich in unmittelbarer Nähe eines benachbarten Spitzenmantels angeordnet ist. Weiter wird ein Material mit negativer Wärmeausdehnung verwendet, das in der Nähe des Berührungsbereichs aufgebracht ist, wobei der Berührungsbereich während einer Hochfahrbedingung und einer Bedingung des Herunterfahrens des Turbinensystems ein erstes Volumen, und während einer stabilen Dauerbetriebsbedingung des Turbinensystems ein zweites Volumen aufweist, wobei das zweite Volumen kleiner ist als das erste Volumen.
Bezugszeichenliste

10: Turbinensystem
12: Verdichter
14: Brennkammereinrichtung
16: Endabdeckungsanordnung
18: Brennkammer
20–22: Mehrere Düsen
24: Turbine
26–28: Mehrere Stufen
30: Laufrad
32: Schaufelblatt
34: Zentrale Nabe
35: Axiale Mittellinie
36: Basisabschnitt
38: Spitzenabschnitt
50: Spitzenmantel
52: Benachbarter Spitzenmantel
54: Berührungsbereich
56: Benachbarter Berührungsbereich
58: Spalt
60: Material mit negativer Wärmeausdehnung
62: Basismetallbereich
64: Erste Schicht
68: Zweite Schicht
70: Dritte Schicht
72: Mehrere Zusammensetzungsschichten
100: Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel
102: Vermindern eines Spalts zwischen einem Berührungsbereich eines Spitzenmantels und eines benachbarten Spitzenmantels durch Aufbringen eines Materials mit negativer Wärmeausdehnung in der Nähe des Berührungsbereichs
104: Inberührungbringen des Berührungsbereichs mit dem benachbarten Spitzenmantel während einer Hochfahrbetriebsbedingung
106: Verringern eines Volumens des Berührungsbereichs während Hochtemperaturbetriebsbedingungen auf eine Kontraktion des Materials mit negativer Wärmeausdehnung hin

Claims

Turbinenschaufel-Mantelanordnung für ein Turbinensystem, zu der gehören: ein Berührungsbereich eines Spitzenmantels, wobei der Berührungsbereich in unmittelbarer Nähe eines benachbarten Spitzenmantels angeordnet ist; und ein Material mit negativer Wärmeausdehnung, das in der Nähe des Berührungsbereichs aufgebracht ist, wobei der Berührungsbereich während einer Hochfahrbedingung und einer Bedingung des Herunterfahrens des Turbinensystems ein erstes Volumen und während einer stabilen Dauerbetriebsbedingung des Turbinensystems ein zweites Volumen aufweist, wobei das zweite Volumen kleiner ist als das erste Volumen.
Turbinenschaufel-Mantelanordnung nach Anspruch 1, wobei das Material mit negativer Wärmeausdehnung wenigstens Zirkon, Zirconiumwolframat und/oder eine A₂(MO₄)₃-Verbindung beinhaltet.
Turbinenschaufel-Mantelanordnung nach Anspruch 1, die zudem einen benachbarten Berührungsbereich des benachbarten Spitzenmantels aufweist.
Turbinenschaufel-Mantelanordnung nach Anspruch 3, wobei der benachbarte Berührungsbereich auf einem Material mit negativer Wärmeausdehnung oder auf einer Zusammensetzung des Materials mit negativer Wärmeausdehnung und eines verschleißfesten Materials basiert.
Turbinenschaufel-Mantelanordnung nach Anspruch 4, wobei die Zusammensetzung eine Schicht, die auf einem Basismetall des Spitzenmantels aufgebracht ist, oder mehrere Schichten aufweist, die auf einem Basismetall des Spitzenmantels aufgebracht sind.
Turbinenschaufel-Mantelanordnung nach Anspruch 5, wobei jede der mehreren Schichten einen anderen Volumenanteil des Materials mit negativer Wärmeausdehnung aufweist.
Turbinenschaufel-Mantelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung mit dem Spitzenmantel hart verlötet oder verschweißt ist.
Verfahren zur Steuerung der Turbinenschaufelwechselwirkung mit einer benachbarten Turbinenschaufel, mit den Schritten: Verringern eines Spalts, der zwischen einem Berührungsbereich eines Spitzenmantels und eines benachbarten Spitzenmantels angeordnet ist, durch Aufbringen eines Materials mit negativer Wärmeausdehnung in der Nähe des Berührungsbereichs; Inberührungbringen des Berührungsbereichs des Spitzenmantels mit dem benachbarten Spitzenmantel während einer Hochfahrbetriebsbedingung und während einer Betriebsbedingung des Herunterfahrens; und Verringern eines Volumens des Berührungsbereichs während Hochtemperaturbetriebsbedingungen auf die Kontraktion des Materials mit negativer Wärmeausdehnung hin, wobei das Verringern des Volumens Spitzenmantelberührungskräfte und mechanische Spannungen der Turbinenschaufel während einer Dauerbetriebsbedingung reduziert.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt des Aufbringens des Materials mit negativer Wärmeausdehnung in der Nähe eines benachbarten Berührungsbereichs des benachbarten Spitzenmantels.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner mit dem Schritt das Ausbildens einer Zusammensetzung in der Nähe des Berührungsbereichs, wobei die Zusammensetzung auf dem Material mit negativer Wärmeausdehnung und einem verschleißfesten Material basiert.