DE102014102211B4

DE102014102211B4 - Turbomaschinenschaufel mit einem Strömungsunterbrecher und entsprechende Turbomaschine

Info

Publication number: DE102014102211B4
Application number: DE102014102211.4A
Authority: DE
Inventors: Subramaniyan Moorthi; Prabakaran Modachur Krishnan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: US20140248139A1; CH707727A2; DE102014102211A1; US9644483B2

Abstract

Turbomaschinenschaufel, zu der gehören:ein Basisabschnitt (8), der bemessen ist, um mit einem Turbomaschinenlaufrad (4) verbunden zu werden, wobei der Basisabschnitt (8) eine Anströmkante (40) und eine Abströmkante (42) aufweist, die der Anströmkante (40) gegenüberliegt;wobei die Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) eine ebene Fläche (58) aufweist;ein Blattabschnitt (7), der mit dem Basisabschnitt (8) verbunden ist und der fluchtend ausgerichtet ist, um sich von dem Basisabschnitt (8) ausgehend radial zu erstrecken;ein Mantel (9), der mit dem Blattabschnitt (7) verbunden ist und der fluchtend ausgerichtet ist, um sich von dem Blattabschnitt (7) ausgehend radial zu erstrecken; undein Strömungsunterbrecher (50), der mit der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) verbunden ist;wobei sich der Strömungsunterbrecher (50) von der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) bis zu einer Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) erstreckt;wobei der Strömungsunterbrecher (50) eine ebene Stirnfläche (60) aufweist, die sich ausgehend von der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) erstreckt, so dass die gesamte ebene Stirnfläche (60) des Strömungsunterbrechers (50) mit der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) koplanar ist; undwobei der Strömungsunterbrecher (50) eine im Wesentlichen gleiche Breite wie der Blattabschnitt (7) in der Nähe der Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) aufweist, wobei die Breite des Blattabschnitts (7) und die Breite des Strömungsunterbrechers (50) entlang der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) gemessen sind.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hier beschriebene Erfindung betrifft Stromversorgungssysteme. Spezieller betrifft die Erfindung Turbomaschinensysteme.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Herkömmliche (auch als Turbinen bezeichnete) Turbomaschinen, z.B. Dampfturbinen, enthalten allgemein Sätze (oder Reihen) stationärer Schaufelblätter, die gelegentlich als statische Leitapparate bezeichnet sind, die den Strom eines Arbeitsfluids (z.B. Dampf) in einen Strömungspfad lenken, der durch entsprechende Sätze (oder Reihen) drehbarer Schaufeln (oder Laufschaufeln) besetzt ist. Diese drehbaren Schaufeln sind mit einer Laufradwelle verbunden, die im Wesentlichen innerhalb der Turbomaschinenzwischenwand untergebracht ist. Die Turbomaschinenzwischenwand beherbergt die Sätze stationärer Schaufelblätter und stellt einen Fluideinlass für den Eintritt des Arbeitsfluids in die Turbomaschine bereit. Jeder der Sätze drehbarer Schaufeln ist auf einer Scheibe gehalten, die an dem Laufradkörper angebracht ist. Die drehbaren Schaufeln und die stationären Schaufelblätter überlappen radial, und jeder entsprechende Satz stationärer Schaufelblätter und drehbarer Schaufeln wird gewöhnlich als eine Stufe der Turbomaschine bezeichnet. Um unerwünschten Leckstrom des Arbeitsfluids zwischen Stufen zu verhindern, werden in der Nähe des radialen Endes der stationären Schaufelblätter und der drehbaren Schaufeln Mäntel und (auch als Packungen bezeichneten) Dichtungen verwendet.
Während das Arbeitsfluid die Turbomaschine von dem Einlass her in axialer Richtung durchströmt, nimmt der Druck des Arbeitsfluids ab. Beispielsweise ist der Fluiddruck auf der stromabwärts gelegenen (in axialer Richtung stromabwärts gelegenen, von dem Einlass entfernteren) Seite einer Reihe stationärer Schaufelblätter kleiner als der Fluiddruck auf der stromaufwärts gelegenen (axial stromaufwärts gelegenen) Seite jener Reihe stationärer Schaufelblätter. Als ein Fluidmedium strömt das Arbeitsfluid naturgemäß von der stromaufwärts gelegenen Seite höheren Drucks zu der stromabwärts gelegenen Seite geringeren Drucks. Dieser natürliche Sog des Arbeitsfluids kann über den Spalt zwischen Mänteln und Packungen, die dazu dienen, entsprechende Stufen der Turbomaschine abzudichten, einen Leckstrom hervorrufen. Der Leckstrom kann in die stromabwärts gelegene Stufe, insbesondere in den (stromaufwärts der drehbaren Schaufeln gelegenen) Hauptströmungspfad eintreten und sich unkontrolliert mit dem Dampf in dem Hauptströmungspfad vermischen. Dieses Mischen kann zu Eindring- und Mischverlusten führen, die den Wirkungsgrad der Turbomaschine verringern.
US 2013 / 0 039 772 A1 offenbart eine Turbine mit Laufschaufeln, die jeweils einen mit einem Laufrad verbundenen Basisabschnitt, einen Blattabschnitt, eine Plattform zwischen Basisabschnitt und dem Blattabschnitt, einen Mantel oder ein Deckband an dem radial äußeren Ende der Laufschaufel, eine Anströmkante und eine gegenüberliegende Abströmkante aufweisen. Es sind mehrere Strömungsunterbrecher in Form von stiftartigen Vorsprüngen vorgesehen, die auf der stromaufwärtigen Seite der Plattform von dieser aus radial vorstehen und in geringem Abstand zu der Anströmkante des Basisabschnitts und zu dem Blattabschnitt angeordnet sind, um ein Eindringen heißer Verbrennungsgase aus dem Hauptströmungspfad der Turbine in einen Laufraumhohlraum zwischen einer Stator- und Rotorstufe der Turbine zu verhindern.
US 2009 / 0 280 011 A1 offenbart eine Gasturbinenlaufschaufel mit einem länglichen leistenartigen Ablenkelement, das in der Nähe der Anströmkante einer Laufschaufelplattform im Abstand zu dieser und zu dem Schaufelblatt angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung der Schaufel erstreckt, um eine von einem Hohlraum unterhalb der Plattform ankommende Fluidströmung zu blockieren und als Kühlströmung in Richtung der Druckseite der Laufschaufel zu lenken.
JP 2006- 2 609 A offenbart Strömungsunterbrecher in Form von leistenartigen Strömungsablenkabschnitten, die entlang der Anströmkanten von Laufschaufelplattformen angeordnet, mit ihrer Längserstreckung in Umfangsrichtung der Laufschaufeln ausgerichtet und von dem Blattabschnitt der Laufschaufeln beabstandet sind. Eine axiale Stirfläche jedes Strömungsablenkabschnittes ist mit der ebenen Vorderfläche der Anströmkante des Laufschaufelbasisabschnitts koplanar.
Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Turbomaschinenschaufel sowie eine Turbomaschine mit derartigen Laufschaufeln zu schaffen, die es ermöglichen, einen Leckstrom am Eintreten in eine stromabwärts gelegene Stufe, insbesondere in den Hauptströmungspfad, zu hindern oder zumindest zu verringern, um Eindring- und Mischverluste sowie damit verbundene Wirkungsgradverluste der Turbomaschine zu reduzieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Zur Lösung der obigen Aufgabe sind gemäß der vorliegenden Erfindung eine Turbomaschinenschaufel, die einen Strömungsunterbrecher aufweist, mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende Dampfturbinenmaschine und Turbomaschine mit dem Merkmalen der Patentansprüche 5 und 10 geschaffen.
Ein erster Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Turbomaschinenschaufel, zu der gehören: ein Basisabschnitt, der bemessen ist, um mit einem Turbomaschinenlaufrad verbunden zu werden, wobei der Basisabschnitt eine Anströmkante und eine Abströmkante aufweist, die der Anströmkante gegenüberliegt, wobei die Anströmkante des Basisabschnitts eine ebene Fläche aufweist; ein Blattabschnitt, der mit dem Basisabschnitt verbunden ist und der fluchtend ausgerichtet ist, um sich radial von dem Basisabschnitt zu erstrecken; ein Mantel, der mit dem Blattabschnitt verbunden ist und der fluchtend ausgerichtet ist, um sich von dem Blattabschnitt radial zu erstrecken; und ein Strömungsunterbrecher, der mit der Anströmkante des Basisabschnitts verbunden ist. Der Strömungsunterbrecher erstreckt sich von der Anströmkante des Basisabschnitts bis zu einer Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt. Der Strömungsunterbrecher weist eine ebene Stirnfläche auf, die sich ausgehend von der ebenen Fläche der Anströmkante des Basisabschnitts erstreckt, so dass die gesamte ebene Stirnfläche des Strömungsunterbrechers mit der ebenen Fläche der Anströmkante des Basisabschnitts koplanar ist. Der Strömungsunterbrecher weist eine im Wesentlichen gleiche Breite wie der Blattabschnitt in der Nähe der Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt auf, wobei die Breite des Blattabschnitts und die Breite des Strömungsunterbrechers entlang der Anströmkante des Basisabschnitts gemessen sind.
Der Strömungsunterbrecher der oben erwähnten Turbomaschinenschaufel kann einen Flansch aufweisen, der sich zumindest teilweise axial ausgehend von dem Basisabschnitt erstreckt.
Die Anströmkante des Basisabschnitts jeder der oben erwähnten Turbomaschinenschaufeln kann in der Nähe einer Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt eine im Wesentlichen schräge Fläche aufweisen, wobei der Strömungsunterbrecher sich ausgehend von der Schrägfläche erstreckt.
Die im Wesentlichen schräge Fläche jeder der oben erwähnten Turbomaschinenschaufeln kann im Wesentlichen abgerundet sein.
Der Strömungsunterbrecher jeder der oben erwähnten Turbomaschinenschaufeln kann durch eine Schweißnaht mit der Anströmkante des Basisabschnitts verbunden sein.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Dampfturbinenmaschine, zu der gehören: ein Zwischenwandabschnitt, der Sätze von Leitapparaten enthält, die sich radial nach innen erstrecken; ein Laufradabschnitt, der im Wesentlichen in dem Zwischenwandabschnitt untergebracht ist, wobei der Laufradabschnitt enthält: einen Laufradkörper mit einer radial äußeren Fläche; und Sätze von Schaufeln, die sich radial ausgehend von der radial äußeren Fläche des Laufradkörpers erstrecken und die axial zwischen benachbarten Sätzen der Leitapparate des Zwischenwandabschnitts angeordnet sind, wobei wenigstens eine Schaufel in den Sätzen von Schaufeln enthält: einen Basisabschnitt, der mit dem Laufradkörper verbunden ist, wobei der Basisabschnitt eine axial zugewandte Anströmkante und eine axial zugewandte Abströmkante aufweist, die der Anströmkante gegenüberliegt, wobei die axial zugewandte Anströmkante des Basisabschnitts eine ebene Fläche aufweist; einen Blattabschnitt, der mit dem Basisabschnitt verbunden ist und sich radial von dem Basisabschnitt erstreckt; einen Mantel, der mit dem Blattabschnitt verbunden ist und sich radial von dem Blattabschnitt erstreckt; und einen Strömungsunterbrecher, der mit der Anströmkante des Basisabschnitts verbunden ist. Der Strömungsunterbrecher erstreckt sich von der Anströmkante des Basisabschnitts bis zu einer Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt. Der Strömungsunterbrecher weist eine ebene Stirnfläche auf, die sich ausgehend von der ebenen Fläche der Anströmkante des Basisabschnitts erstreckt, so dass die gesamte ebene Stirnfläche des Strömungsunterbrechers mit der ebenen Fläche der Anströmkante des Basisabschnitts koplanar ist. Der Strömungsunterbrecher weist eine im Wesentlichen gleiche Breite wie der Blattabschnitt in der Nähe der Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt auf, wobei die Breite des Blattabschnitts und die Breite des Strömungsunterbrechers entlang der Anströmkante des Basisabschnitts gemessen sind.
Der Strömungsunterbrecher jeder Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann einen Leckstrom eines Arbeitsfluids in der Nähe einer Verbindungsstelle des Basisabschnitts und des Blattabschnitt verhindern.
Die wenigstens eine Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann eine Druckseite, die sich zwischen der Anströmkante und der Abströmkante erstreckt, und eine Saugseite aufweisen, die der Druckseite gegenüberliegt und die sich zwischen der Anströmkante und der Abströmkante erstreckt, wobei der Strömungsunterbrecher eingerichtet ist, um während des Betriebs der Dampfturbinenmaschine ein Druckgefälle zwischen der Druckseite und der Saugseite zu beeinflussen.
Der Strömungsunterbrecher jeder Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann einen Flansch aufweisen, der sich zumindest teilweise axial ausgehend von dem Basisabschnitt erstreckt.
Die Anströmkante des Basisabschnitts jeder Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann in der Nähe einer Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt eine im Wesentlichen schräge Fläche aufweisen, wobei der Strömungsunterbrecher sich ausgehend von der Schrägfläche erstreckt.
Die im Wesentlichen ebene Fläche der Anströmkante des Basisabschnitts jeder Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann kontinuierlich in die im Wesentlichen schräge Fläche übergehen.
Die im Wesentlichen schräge Fläche jeder Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann im Wesentlichen abgerundet sein.
Der Strömungsunterbrecher jeder Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann mit der Anströmkante des Basisabschnitts durch eine Schweißnaht verbunden sein.
Ein dritter Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Turbomaschine, zu der gehören: ein Zwischenwandabschnitt; ein Laufradabschnitt, der im Wesentlichen in dem Zwischenwandabschnitt untergebracht ist, wobei der Laufradabschnitt enthält: einen Laufradkörper mit einer radial äußeren Fläche; und Sätze von Schaufeln, die sich radial ausgehend von der radial äußeren Fläche des Laufradkörpers erstrecken, wobei wenigstens eine Schaufel in den Sätzen von Schaufeln aufweist: einen Basisabschnitt, der mit dem Laufradkörper verbunden ist, wobei der Basisabschnitt eine axial zugewandte Anströmkante und eine axial zugewandte Abströmkante aufweist, die der Anströmkante gegenüberliegt, wobei die axial zugewandte Anströmkante des Basisabschnitts eine ebene Fläche aufweist; einen Blattabschnitt, der mit dem Basisabschnitt verbunden ist und sich radial von dem Basisabschnitt erstreckt; und einen Strömungsunterbrecher, der mit der Anströmkante des Basisabschnitts verbunden ist. Der Strömungsunterbrecher erstreckt sich von der Anströmkante des Basisabschnitts bis zu einer Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt. Der Strömungsunterbrecher weist eine ebene Stirnfläche auf, die sich ausgehend von der ebenen Fläche der Anströmkante des Basisabschnitts erstreckt, so dass die gesamte ebene Stirnfläche des Strömungsunterbrechers mit der ebenen Fläche der Anströmkante des Basisabschnitts koplanar ist. Der Strömungsunterbrecher weist eine im Wesentlichen gleiche Breite wie der Blattabschnitt in der Nähe der Verbindungsstelle zwischen dem Basisabschnitt und dem Blattabschnitt auf, wobei die Breite des Blattabschnitts und die Breite des Strömungsunterbrechers entlang der Anströmkante des Basisabschnitts gemessen sind.
Der Strömungsunterbrecher jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann in Bezug auf eine radiale Achse des Laufradabschnitts unter einem Winkel zwischen etwa 45° und etwa 225° angeordnet sein.
Die wenigstens eine Schaufel jeder der oben erwähnten Turbomaschinen kann eine Druckseite, die sich zwischen der Anströmkante und der Abströmkante erstreckt, und eine Saugseite aufweisen, die der Druckseite gegenüberliegt und die sich zwischen der Anströmkante und der Abströmkante erstreckt, wobei der Strömungsunterbrecher während des Betriebs der Dampfturbinenmaschine ein Druckgefälle zwischen der Druckseite und der Saugseite beeinflusst.
Figurenliste
Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlicher, die vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulichen:

1 zeigt eine geschnittene Teilansicht einer Turbomaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt in einer detaillierteren perspektivischen Teilansicht eine Turbomaschinenschaufel gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Zu beachten ist, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht unbedingt maßstabgetreu sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Erfindung veranschaulichen und sollten daher nicht als den Schutzumfang der Erfindung beschränkend erachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleichartige Bezugszeichen gleichartige Elemente.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie erwähnt, betrifft die hier beschriebene Erfindung Leistungssysteme. Spezieller betrifft die Erfindung Turbomaschinensysteme.
Während das Arbeitsfluid die Turbomaschine von dem Einlass her in axialer Richtung durchströmt, nimmt der Druck des Arbeitsfluids, wie hier beschrieben, ab. Beispielsweise ist der Fluiddruck auf der stromabwärts gelegenen (in axialer Richtung stromabwärts gelegenen, von dem Einlass entfernteren) Seite einer Reihe stationärer Schaufelblätter kleiner als der Fluiddruck auf der stromaufwärts gelegenen (axial stromaufwärts gelegenen) Seite jener Reihe stationärer Schaufelblätter. Als ein Fluidmedium strömt das Arbeitsfluid naturgemäß von der stromaufwärts gelegenen Seite höheren Drucks zu der stromabwärts gelegenen Seite geringeren Drucks. Dieser natürliche Sog des Arbeitsfluids kann über den Spalt zwischen Mänteln und Packungen, die dazu dienen, entsprechende Stufen der Turbomaschine abzudichten, einen Leckstrom hervorrufen. Der Leckstrom kann in die stromabwärts gelegene Stufe, insbesondere in den (stromaufwärts der drehbaren Schaufeln gelegenen) Hauptströmungspfad eintreten und sich unkontrolliert mit dem Dampf in dem Hauptströmungspfad vermischen. Dieses Mischen kann zu Eindring- und Mischverlusten führen, die den Wirkungsgrad der Turbomaschine verringern.
Um Problemen in Zusammenhang mit der herkömmlichen Turbomaschine zu begegnen, enthalten unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung einen Strömungsunterbrecher, der Eindringverluste verringert, die aufgrund einer unkontrollierten Vermischung des Leckstroms mit der Primärströmung in einer Turbomaschine auftreten. Verschiedene Ausführungsbeispiele beinhalten eine (oder mehrere) drehbare Turbomaschinenschaufel(n), die an einer stromaufwärts weisenden Fläche einen Strömungsunterbrecher enthalten, um Leckstrom zwischen Stufen zu verhindern.
In dem hier verwendeten Sinne bezeichnen die Begriffe „axial“ und/oder „in axialer Richtung“ die relative Position/Richtung von Objekten entlang der Achse A, die zu der Drehachse der Turbomaschine (insbesondere des Laufradabschnitts) im Wesentlichen parallel ist. Weiter bezeichnen die Begriffe „radial“ und/oder „in radialer Richtung“ in dem hier verwendeten Sinne die relative Position/Richtung von Objekten entlang der Achse (r), die im Wesentlichen rechtwinklig zu der Achse A verläuft und die Achse A lediglich an einem einzigen Ort schneidet. Darüber hinaus bezeichnen die Begriffe „an dem Umfang“ und/oder „in Umfangsrichtung“ die relative Position/Richtung von Objekten entlang eines Umfangs, der die Achse A umgibt, jedoch die Achse A an keiner Stelle schneidet.
Mit Bezug auf 1 ist anhand einer schematischen Schnittansicht ein Abschnitt einer Turbomaschine (z.B. einer auch als Dampfturbine bezeichneten Dampfturbinenmaschine) 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Wie gezeigt, kann die Turbomaschine 2 einen Laufradabschnitt 4 mit einem Satz von axial angeordneten Laufschaufeln 6 aufweisen. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, können die (auch als Laufschaufeln bezeichneten) Laufschaufeln 6 in Reaktion auf einen Fluidstrom in der Turbomaschine 2 drehfest mit dem Laufradabschnitt 4 rotieren. Die Laufschaufeln 6 können einen (auch als Schwalbenschwanzabschnitt bezeichneten) Basisabschnitt 8 aufweisen, der mit dem Körper 10 des Laufradabschnitts 4 verbunden ist. Die Schaufeln 6 können zudem einen Blattabschnitt 7 aufweisen, der sich radial von dem Basisabschnitt 8 in Richtung eines Zwischenwandabschnitts 12 der Turbomaschine erstreckt. An einem radialen Ende der Schaufel 6 ist ein Mantel 9 angeordnet. Wie erwähnt, kann die Turbomaschine 2 außerdem einen Zwischenwandabschnitt 12 aufweisen, der den Laufradabschnitt 4 wenigstens teilweise umgibt. Der Zwischenwandabschnitt 12 kann einen Satz von Leitapparaten 14 enthalten, die zwischen benachbarten Sätzen 16 von axial angeordneten Laufschaufeln (Schaufeln) 6 angeordnet sind. Wie hier beschrieben, wird jede Paarzusammenstellung eines Satzes von Leitapparaten 14 und eines Satzes von Laufschaufeln (Schaufeln) 16 als eine „Stufe“ der Turbomaschine bezeichnet. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, tritt während des Betriebs der Turbomaschine 2 (über einen nicht gezeigten Einlass) Arbeitsfluid (z.B. Dampf) in einen Raum zwischen der (als Zwischenwandabschnitt 12 gezeigten) Zwischenwand und dem (als Laufradabschnitt 4 gezeigten) Laufrad ein und wird mittels der Leitapparate 14 (insbesondere mittels der Blattabschnitte 22) über die Laufschaufeln (Schaufeln) 6 (Blattabschnitte 7) gelenkt, wodurch der Laufradabschnitt 4 in dem Zwischenwandabschnitt 12 in Drehung versetzt wird.
Die Sätze von Leitapparaten 14 in dem Zwischenwandabschnitt 12 beinhalten mindestens einen Leitapparat 18, der einen Basisabschnitt 20 aufweist, der mit dem Zwischenwandabschnitt 12 verbunden ist. Der Leitapparat 18 weist außerdem eine Schaufel (Leitapparatschaufel) 22 auf, die mit dem Basisabschnitt 20 verbunden ist. Der Leitapparat 18 weist zudem einen (auch als Mantel bezeichneten) radialen Spitzenabschnitt 24 auf, der mit einem radialen Ende der Schaufel 22 verbunden ist. Außerdem ist eine Packung 32 gezeigt, die sich ausgehend von einer Fläche 34 des Laufradkörpers 10 oder von der radial innen liegenden Fläche des radialen Spitzenabschnitts 24 erstrecken kann. Der Mantel 24 und die Packung 32 bilden zwischen benachbarten Stufen der Turbomaschine 2 eine Dichtung (z.B. eine axiale Dichtung) 36.
Wie gezeigt, weist die Turbomaschinenlaufschaufel 6 eine Anströmkante 40 und eine Abströmkante 42, die der Anströmkante 40 gegenüberliegt, auf. Die Anströmkante 40 ist axial stromaufwärts (in Richtung des Einlasses der Turbomaschine, dem axialen Arbeitsfluidstrom) zugewandt, während die Abströmkante 42 von der Laufschaufel 6 ausgehend axial stromabwärts weist. Wie gezeigt, weist die Turbomaschinenlaufschaufel 6 eine Druckseite 44 und eine (in dieser Ansicht nicht gezeigte, verborgene) Saugseite 46 auf. Die Druckseite 44 ist die konkave Oberfläche der Schaufel 6, die dazu eingerichtet ist, den Arbeitsfluidstrom aufzufangen, während die Saugseite 46 entgegengesetzt zu der Druckseite 44 der Schaufel 6 angeordnet ist.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Turbomaschinenlaufschaufeln weist die Laufschaufel 6 einen (durch einen gestrichelt gezeichneten Kreis markierten) Strömungsunterbrecher 50 auf, der mit der Anströmkante 40 des Basisabschnitts 8 verbunden ist und in der Lage ist, den Arbeitsfluidstrom zu unterbrechen, der über die Dichtung 36 zwischen Stufen der Turbomaschine 2 entweicht. D.h. der Strömungsunterbrecher 50 kann den Fluidleckstrom von der Dichtung 36 zu dem primären Fluidströmungsbereich 53 zwischen dem Leitapparat 18 und der Turbomaschinenschaufel 6 unterbrechen.
In vielfältigen Ausführungsbeispielen weist der Strömungsunterbrecher 50 einen Flansch 52 auf, der sich zumindest teilweise axial ausgehend von dem Basisabschnitt 8 der Schaufel 6 erstreckt. In manchen Fällen weist die Anströmkante 40 des Basisabschnitts 8 in der Nähe einer Verbindungsstelle 61 zwischen dem Basisabschnitt 8 und dem Blattabschnitt 7 eine im Wesentlichen schräge Fläche 54 auf. Die im Wesentlichen schräge Fläche 54 kann in einigen Ausführungsbeispielen eine im Wesentlichen abgerundete Schrägfläche sein. In manchen Fällen erstreckt sich der Strömungsunterbrecher 50 ausgehend von der Schrägfläche 54. Der Basisabschnitt 8 weist zudem eine im Wesentlichen ebene Fläche 58 auf, die kontinuierlich in die im Wesentlichen schräge Fläche 54 übergeht. Der Strömungsunterbrecher 50 weist eine Stirnfläche 60 auf, die mit der im Wesentlichen ebenen Fläche 58 des Basisabschnitts 8 koplanar ist.
Mit Bezug auf 2 ist eine dreidimensionale perspektivische Nahansicht einer Turbomaschinenschaufel 6 gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gezeigt. In dieser Ansicht ist der Strömungsunterbrecher 50 mit einer (über die Anströmkante, z.B. entlang des Umfangs über den Basisabschnitt 8, gemessenen) Breite gezeigt, die im Wesentlichen gleich ist der Breite des Blattabschnitts 7 in der Nähe der Verbindungsstelle 61 zwischen dem Basisabschnitt 8 und dem Blattabschnitt 7. In einigen Ausführungsbeispielen ist der Strömungsunterbrecher 50 mit der Anströmkante 40 des Basisabschnitts 8 durch eine Schweißnaht 62 verbunden. Spezieller ist der Strömungsunterbrecher 50 mittels der Schweißnaht 62 an der Schrägfläche 54 des Basisabschnitts 8 angebracht. In vielfältigen Ausführungsbeispielen kann die Schweißnaht 62 eine Wolframinertschweißnaht, eine MSG-Schweißnaht und dergleichen beinhalten. In abgewandelten Ausführungsbeispielen tritt an die Stelle der Schweißnaht 62 eine (nicht gezeigte) Hartlotverbindung.
In vielfältigen Ausführungsbeispielen ist der Strömungsunterbrecher 50 gegenüber einer (zu der radialen Achse r parallelen) Bezugsachse a_r unter einem Winkel angeordnet. In manchen Fällen ist der Strömungsunterbrecher 50 unter einem Winkel (α) angeordnet, der weitgehend senkrecht (90°) zu der Bezugsachse (a_r) ist, während der Winkel (α) zwischen dem Strömungsunterbrecher 50 und der (zu der radialen Achse r parallelen) Bezugsachse (a_r) in anderen Fällen zwischen 45° und 225° beträgt.
Gemäß 1-2 kann der Strömungsunterbrecher 50 das während des Betriebs der Turbomaschine 2 vorhandene Druckgefälle zwischen der Druckseite 44 und der Saugseite 46 der Turbomaschinenschaufel 6 beeinflussen. Beispielsweise kann der Strömungsunterbrecher 50 in manchen Fällen ein Druckgefälle des Dampfs zwischen der Druckseite 44 und der Saugseite 46 der Turbomaschinenschaufel 6 im Vergleich zu einer herkömmlichen Turbomaschinenschaufel verändern.
Die hier verwendete Terminologie dient lediglich zur Vereinfachung der Erläuterung spezieller Ausführungsformen und soll die Beschreibung nicht beschränken. In dem hier verwendeten Sinne sollen die Singularformen unbestimmter oder bestimmter Artikel auch die Mehrzahlformen einschließen, sofern aus dem Zusammenhang nicht ausdrücklich Entgegenstehendes hervorgeht. Weiter ist klar, dass die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe „aufweisen“ und/oder „enthalten“ das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsschritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung einzelner oder mehrerer sonstiger Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Arbeitsschritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Ferner ist es klar, dass die Begriffe „Vorderseite“ und „Rückseite“ nicht als beschränkend zu bewerten sind, und dass sie austauschbar sein sollen, wo es angemessen erscheint.
Bezugszeichenliste

2: Turbomaschine
4: Laufradabschnitt
6: Laufschaufeln
7: Schaufelblattabschnitt
8: Schaufelbasisabschnitt
9: Mantel
10: Laufradkörper
12: Zwischenwandabschnitt
14: Sätze von Leitapparaten
16: benachbarte Sätze axial angeordneter Laufschaufeln
18: Leitapparat
20: Leitapparatbasisabschnitt
22: Leitapparatblattabschnitt
24: radialer Leitapparatspitzenabschnitt
32: Packung
34: Laufradkörperfläche
36: Dichtung
40: Laufschaufelanströmkante
42: Laufschaufelabströmkante
44: Laufschaufeldruckseite
46: Laufschaufelsaugseite
50: Strömungsunterbrecher
52: Flansch
53: primärer Fluidströmungsbereich
54: im Wesentlichen schräge Fläche
58: im Wesentlichen ebene Fläche
60: Stirnfläche
61: Verbindungsstelle
62: Schweißnaht

Claims

Turbomaschinenschaufel, zu der gehören: ein Basisabschnitt (8), der bemessen ist, um mit einem Turbomaschinenlaufrad (4) verbunden zu werden, wobei der Basisabschnitt (8) eine Anströmkante (40) und eine Abströmkante (42) aufweist, die der Anströmkante (40) gegenüberliegt; wobei die Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) eine ebene Fläche (58) aufweist; ein Blattabschnitt (7), der mit dem Basisabschnitt (8) verbunden ist und der fluchtend ausgerichtet ist, um sich von dem Basisabschnitt (8) ausgehend radial zu erstrecken; ein Mantel (9), der mit dem Blattabschnitt (7) verbunden ist und der fluchtend ausgerichtet ist, um sich von dem Blattabschnitt (7) ausgehend radial zu erstrecken; und ein Strömungsunterbrecher (50), der mit der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) verbunden ist; wobei sich der Strömungsunterbrecher (50) von der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) bis zu einer Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) erstreckt; wobei der Strömungsunterbrecher (50) eine ebene Stirnfläche (60) aufweist, die sich ausgehend von der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) erstreckt, so dass die gesamte ebene Stirnfläche (60) des Strömungsunterbrechers (50) mit der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) koplanar ist; und wobei der Strömungsunterbrecher (50) eine im Wesentlichen gleiche Breite wie der Blattabschnitt (7) in der Nähe der Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) aufweist, wobei die Breite des Blattabschnitts (7) und die Breite des Strömungsunterbrechers (50) entlang der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) gemessen sind.
Turbomaschinenschaufel nach Anspruch 1, wobei der Strömungsunterbrecher (50) einen Flansch (52) aufweist, der sich zumindest teilweise axial von dem Basisabschnitt (8) erstreckt; und/oder wobei der Strömungsunterbrecher (50) durch eine Schweißnaht (62) mit der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) verbunden ist.
Turbomaschinenschaufel nach Anspruch 1, wobei die Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) in der Nähe der Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) eine im Wesentlichen schräge Fläche (54) aufweist, wobei die ebene Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) kontinuierlich in die im Wesentlichen schräge Fläche (54) übergeht und wobei der Strömungsunterbrecher (50) sich ausgehend von der schrägen Fläche (54) erstreckt.
Turbomaschinenschaufel nach Anspruch 3, wobei die im Wesentlichen schräge Fläche (54) im Wesentlichen abgerundet ist.
Dampfturbinenmaschine, zu der gehören: ein Zwischenwandabschnitt (12), der Sätze von Leitapparaten (18) enthält, die sich radial nach innen erstrecken; ein Laufradabschnitt (4), der im Wesentlichen in dem Zwischenwandabschnitt (12) untergebracht ist, wobei der Laufradabschnitt (4) enthält: einen Laufradkörper (10) mit einer radial äußeren Fläche (34); und Sätze von Laufschaufeln (6), die sich ausgehend von der radial äußeren Fläche (34) des Laufradkörpers (10) radial erstrecken und die axial zwischen benachbarten Sätzen der Leitapparate (18) des Zwischenwandabschnitts (12) angeordnet sind, wobei wenigstens eine Laufschaufel (6) in den Sätzen von Laufschaufeln (6) enthält: einen Basisabschnitt (8), der mit dem Laufradkörper (12) verbunden ist, wobei der Basisabschnitt (8) eine axial zugewandte Anströmkante (40) und eine axial zugewandte Abströmkante (42) aufweist, die der Anströmkante (40) gegenüberliegt; wobei die axial zugewandte Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) eine ebene Fläche (58) aufweist; einen Blattabschnitt (7), der mit dem Basisabschnitt (8) verbunden ist und sich radial von dem Basisabschnitt (8) erstreckt; einen Mantel (9), der mit dem Blattabschnitt (7) verbunden ist und sich radial von dem Blattabschnitt (7) erstreckt; und einen Strömungsunterbrecher (50), der mit der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) verbunden ist; wobei sich der Strömungsunterbrecher (50) von der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) bis zu einer Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) erstreckt; wobei der Strömungsunterbrecher (50) eine ebene Stirnfläche (60) aufweist, die sich ausgehend von der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) erstreckt, so dass die gesamte ebene Stirnfläche (60) des Strömungsunterbrechers (50) mit der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) koplanar ist; und wobei der Strömungsunterbrecher (50) eine im Wesentlichen gleiche Breite wie der Blattabschnitt (7) in der Nähe der Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) aufweist, wobei die Breite des Blattabschnitts (7) und die Breite des Strömungsunterbrechers (50) entlang der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) gemessen sind.
Dampfturbinenmaschine nach Anspruch 5, wobei der 5 Strömungsunterbrecher (50) einen Flansch (52) aufweist, der sich zumindest teilweise axial ausgehend von dem Basisabschnitt (8) erstreckt; und/oder wobei der Strömungsunterbrecher (50) durch eine Schweißnaht (62) mit der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) verbunden ist.
Dampfturbinenmaschine nach Anspruch 5, wobei die wenigstens eine Laufschaufel (6) eine Druckseite (44), die sich zwischen der Anströmkante (40) und der Abströmkante (42) erstreckt, und eine Saugseite (46) aufweist, die der Druckseite (44) gegenüberliegt und die sich zwischen der Anströmkante (40) und der Abströmkante (42) erstreckt, wobei der Strömungsunterbrecher (50) eingerichtet ist, um ein Druckgefälle zwischen der Druckseite (44) und der Saugseite (46) während des Betriebs der Dampfturbinenmaschine zu beeinflussen.
Dampfturbinenmaschine nach Anspruch 5, wobei die Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) in der Nähe der Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) eine im Wesentlichen schräge Fläche (54) aufweist, wobei die ebene Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) kontinuierlich in die im Wesentlichen schräge Fläche (54) übergeht und wobei der Strömungsunterbrecher (50) sich ausgehend von der schrägen Fläche (54) erstreckt.
Dampfturbinenmaschine nach Anspruch 8, wobei die im Wesentlichen schräge Fläche (54) im Wesentlichen abgerundet ist.
Turbomaschine, zu der gehören: ein Zwischenwandabschnitt (12); ein Laufradabschnitt (4), der im Wesentlichen in dem Zwischenwandabschnitt (12) untergebracht ist, wobei der Laufradabschnitt (4) enthält: einen Laufradkörper (10) mit einer radial äußeren Fläche (34); und Sätze von Laufschaufeln (6), die sich radial ausgehend von der radial äußeren Fläche (34) des Laufradkörpers (10) erstrecken, wobei wenigstens eine Laufschaufel (6) in den Sätzen von Laufschaufeln (6) enthält: einen Basisabschnitt (8), der mit dem Laufradkörper (10) verbunden ist, wobei der Basisabschnitt (8) eine axial zugewandte Anströmkante (40) und eine axial zugewandte Abströmkante (42) aufweist, die der Anströmkante (40) gegenüberliegt; wobei die axial zugewandte Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) eine ebene Fläche (58) aufweist; einen Blattabschnitt (7), der mit dem Basisabschnitt (8) verbunden ist und sich radial von dem Basisabschnitt (8) erstreckt; und einen Strömungsunterbrecher (50), der mit der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) verbunden ist; wobei sich der Strömungsunterbrecher (50) von der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) bis zu einer Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) erstreckt; wobei der Strömungsunterbrecher (50) eine ebene Stirnfläche (60) aufweist, die sich ausgehend von der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) erstreckt, so dass die gesamte ebene Stirnfläche (60) des Strömungsunterbrechers (50) mit der ebenen Fläche (58) der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) koplanar ist; und wobei der Strömungsunterbrecher (50) eine im Wesentlichen gleiche Breite wie der Blattabschnitt (7) in der Nähe der Verbindungsstelle (61) zwischen dem Basisabschnitt (8) und dem Blattabschnitt (7) aufweist, wobei die Breite des Blattabschnitts (7) und die Breite des Strömungsunterbrechers (50) entlang der Anströmkante (40) des Basisabschnitts (8) gemessen sind.