DE102014115266A1

DE102014115266A1 - Laufschaufelanordnung zur Verwendung in einer Turbine

Info

Publication number: DE102014115266A1
Application number: DE201410115266
Authority: DE
Inventors: Sylvain Pierre; Holly Davis Brown
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-04-30
Also published as: US9631500B2; CN204532439U; JP2015086873A; US20150118062A1; JP6506532B2; CH708793A2

Abstract

Es ist eine Anordnung zur Verwendung in einer Turbine geschaffen. Die Anordnung enthält eine erste Laufschaufel, eine in Umfangsrichtung zu der ersten Laufschaufel benachbarte zweite Laufschaufel, ein sich zwischen der ersten und zweiten Laufschaufel erstreckendes Deckband und eine aerodynamische Umhüllung, die das Deckband derart im Wesentlichen umgibt, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Turbinen und insbesondere Laufschaufelanordnungen zur Verwendung in Turbinen.
Wenigstens einige bekannte Turbinen enthalten rotierende Anordnungen, die mehrere Laufschaufeln oder Schaufeln enthalten. Um Schaufelblattbeanspruchungen, Biegungen und Schwingungseigenschaften zu steuern, können derartige rotierende Anordnungen Teilspannweiten-Verbinder enthalten, die sich zwischen benachbarten Laufschaufeln erstrecken. Jedoch sind bekannte Teilspannweiten-Verbinder im Allgemeinen in einem Turbinenströmungspfad angeordnet, und sie können somit aerodynamische Verluste in das System einführen.
Um möglichen aerodynamischen Verlusten entgegenzuwirken, enthalten wenigstens einige bekannte rotierende Anordnungen einen mit einer aerodynamischen Form hergestellten Teilspannweiten-Verbinder. Jedoch kann die Hinzufügung von zusätzlichem Material zu dem Teilspannweiten-Verbinder zum Erzeugen der aerodynamischen Form zur Folge haben, dass ein Teilspannweiten-Verbinder geschaffen wird, der deutlich größer und schwerer als ein nicht aerodynamischer Teilspannweiten-Verbinder ist, der primär nur eine mechanische Unterstützung bietet. Demzufolge kann die Verwendung von aerodynamischen Teilspannweiten-Verbindern die Kosten für die Herstellung der Teilspannweiten-Verbinder erhöhen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem Aspekt wird eine Anordnung zur Verwendung in einer Turbine bereitgestellt. Die Anordnung enthält eine erste Laufschaufel, eine in Umfangsrichtung zu der ersten Laufschaufel benachbarte zweite Laufschaufel, ein sich zwischen der ersten und zweiten Laufschaufel erstreckendes Deckband und eine aerodynamische Umhüllung, die das Deckband derart im Wesentlichen umgibt, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet ist.
In der zuvor erwähnten Anordnung kann das Deckband eine sich von der ersten Laufschaufel aus erstreckende erste Deckbandkomponente und eine sich von der zweiten Laufschaufel aus erstreckende zweite Deckbandkomponente aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann das Deckband dafür eingerichtet sein, eine mechanische Unterstützung für die erste und zweite Laufschaufel zu schaffen, wobei die aerodynamische Umhüllung eine aerodynamische Oberfläche aufweisen kann, die eine Fluidströmung über die Anordnung ermöglicht.
Die Anordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann ferner wenigstens einen in dem Deckband definierten Kühlkanal aufweisen, wobei der wenigstens eine Kühlkanal eine Fluidverbindung zwischen einem Innenbereich der ersten Laufschaufel und dem Hohlraum bereitstellt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Anordnung ferner wenigstens ein in der aerodynamischen Umhüllung definiertes Kühlloch aufweisen, wobei das wenigstens eine Kühlloch eine Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum und einem Außenbereich der aerodynamischen Umhüllung bereitstellt.
In der Anordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann die aerodynamische Umhüllung ein erstes Ende und ein mit dem ersten Ende in einem Schnappverbindungseingriff verbundenes zweites Ende aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ können die erste und die zweite Laufschaufel jeweils eine Rippe aufweisen, die mit der aerodynamischen Umhüllung in Eingriff steht, um die Beibehaltung einer Position der aerodynamischen Umhüllung zu unterstützen.
In der Anordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann die aerodynamische Umhüllung wenigstens einen länglichen Schlitz aufweisen, wobei das Deckband wenigstens einen Zapfen aufweisen kann, der in dem wenigstens einen länglichen Schlitz aufgenommen wird.
Zusätzlich oder alternativ kann die aerodynamische Umhüllung einen Vorderrand und einen Hinterrand aufweisen, wobei wenigstens einer von dem Vorderrand und dem Hinterrand einen ersten geradlinigen Abschnitt und einen zweiten geradlinigen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten geradlinigen Abschnitt schräg ausgerichtet ist, aufweist.
In einem weiteren Aspekt wird eine rotierende Anordnung bereitgestellt. Die rotierende Anordnung enthält eine Rotorwelle, eine mit der Rotorwelle verbundene Nabe, mehrere Laufschaufeln, die mit der Nabe derart verbunden sind, dass sich die Laufschaufeln von der Rotorwelle radial nach außen erstrecken, ein Deckband, das sich zwischen einer ersten Laufschaufel von den mehreren Laufschaufeln und einer zweiten Laufschaufel von den mehreren Laufschaufeln erstreckt, und eine aerodynamische Umhüllung, die das Deckband derart im Wesentlichen umgibt, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet ist.
In der zuvor erwähnten rotierenden Anordnung kann das Deckband eine erste Deckbandkomponente, die sich von der ersten Laufschaufel aus erstreckt, und eine zweite Deckbandkomponente aufweisen, die sich von der zweiten Laufschaufel aus erstreckt.
In der rotierenden Anordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann das Deckband eingerichtet sein, um eine mechanische Unterstützung für die erste und zweite Laufschaufel zu schaffen, wobei die aerodynamische Umhüllung eine aerodynamische Oberfläche aufweisen kann, die eine Fluidströmung über die rotierende Anordnung unterstützt.
Die rotierende Anordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann ferner wenigstens einen in dem Deckband definierten Kühlkanal aufweisen, wobei der wenigstens eine Kühlkanal eine Fluidverbindung zwischen einem Innenbereich der ersten Laufschaufel und dem Hohlraum bereitstellt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Anordnung ferner wenigstens ein in der aerodynamischen Umhüllung definiertes Kühlloch aufweisen, wobei das wenigstens eine Kühlloch eine Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum und einem Außenbereich der aerodynamischen Umhüllung bereitstellt.
In der rotierenden Anordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann die aerodynamische Umhüllung einen Vorderrand und einen Hinterrand aufweisen, wobei wenigstens einer von dem Vorderrand und dem Hinterrand einen ersten geradlinigen Abschnitt und einen zweiten geradlinigen Abschnitt, der schräg in Bezug auf den ersten geradlinigen Abschnitt ausgerichtet ist, aufweist.
In der rotierenden Anordnung jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs können die erste und die zweite Laufschaufel jeweils eine Rippe aufweisen, die mit der aerodynamischen Umhüllung in Eingriff steht, um die Beibehaltung einer Position der aerodynamischen Umhüllung zu unterstützen.
Zusätzlich oder alternativ kann die aerodynamische Umhüllung wenigstens einen länglichen Schlitz aufweisen, wobei das Deckband wenigstens einen Zapfen aufweisen kann, der in dem wenigstens einem länglichen Schlitz aufgenommen wird.
In noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Zusammenbauen einer Rotoranordnung bereitgestellt. Das Verfahren enthält ein Verbinden einer ersten Laufschaufel mit einer Nabe, Verbinden einer zweiten Laufschaufel mit der Nabe, wobei eine erste Deckbandkomponente, die sich von der ersten Laufschaufel aus erstreckt, und eine zweite Deckbandkomponente, die sich von der zweiten Laufschaufel aus erstreckt, ein Deckband ausbilden, Positionieren einer aerodynamischen Umhüllung um das Deckband herum derart, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet wird.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Positionieren einer aerodynamischen Umhüllung ein derartiges Positionieren der aerodynamischen Umhüllung aufweisen, dass wenigstens ein an dem Deckband ausgebildeter Zapfen in wenigstens einem länglichen Schlitz aufgenommen wird, der in der aerodynamischen Umhüllung definiert ist.
Zusätzlich oder alternativ kann das Positionieren einer aerodynamischen Umhüllung ein Befestigen der aerodynamischen Umhüllung über einer Rippe aufweisen, die auf wenigstens einer von der ersten Laufschaufel und der zweiten Laufschaufel ausgebildet ist.
Das Verfahren jedes beliebigen vorstehend erwähnten Typs kann ferner ein Verbinden eines ersten Randes der aerodynamischen Umhüllung mit einem zweiten Rand der aerodynamischen Umhüllung in einer derartigen Weise aufweisen, dass die aerodynamische Umhüllung das Deckband im Wesentlichen umgibt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer exemplarischen Turbinenanordnung.
2 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer exemplarischen rotierenden Anordnung, die bei der in 1 dargestellten Turbinenanordnung verwendet werden kann.
3 ist eine schematische Draufsicht auf zwei benachbarte Laufschaufeln und auf eine ein Deckband umgebende Umhüllung, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden können.
4 ist eine schematische Draufsicht auf zwei benachbarte Laufschaufeln und eine ein Deckband umgebende Umhüllung, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden können.
5 ist eine schematische Draufsicht auf zwei benachbarte Laufschaufeln und eine ein Deckband umgebende Umhüllung, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden können.
6 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Anordnung, die ein Deckband und eine Umhüllung enthält, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden können.
7 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Umhüllung, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden können.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Deckbandes und einer Umhüllung, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden können.
9 ist eine schematische Draufsicht auf eine exemplarische Kühlanordnung, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden kann.
10 ist eine Seitenansicht einer exemplarischen Laufschaufel, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden kann.
11 ist eine Querschnittsansicht der in 10 dargestellten Laufschaufel und aufgenommen entlang der Linie 11-11.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Deckbandes und einer Umhüllung, die bei der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden können.
13 ist ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens, das zum Zusammenbau der in 2 dargestellten rotierenden Anordnung verwendet werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren stellen eine aerodynamische Umhüllung bereit, die ein sich zwischen zwei Laufschaufeln erstreckendes Deckband im Wesentlichen umgibt. Das Deckband bietet mechanische Unterstützung für die Laufschaufeln, während die aerodynamische Umhüllung ein aerodynamisches Profil bereitstellt, das eine Fluidströmung unterstützt. Ein zwischen der Umhüllung und dem Deckband definierter Hohlraum ermöglicht es, dass die Anordnung relativ leicht sein kann, während sie dennoch ausreichende mechanische und aerodynamische Eigenschaften bereitstellt.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer exemplarischen Turbinenanordnung 100. Insbesondere ist die Turbinenanordnung 100 eine Gasturbinenanordnung. Obwohl die exemplarische Ausführungsform eine Gasturbinenanordnung veranschaulicht, ist die Offenbarung auf keine spezielle Maschine beschränkt, und ein Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung in Verbindung mit anderen Turbinen (z.B. Dampfturbinen) oder anderen Rotationsmaschinen verwendet werden kann.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Turbinenanordnung 100, in serieller Strömungsanordnung verbunden, einen Verdichter 104, eine Brennkammeranordnung 106 und eine Turbine 108, die über eine Rotorwelle 110 drehfest mit dem Verdichter 104 verbunden ist.
Während des Betriebs wird in der exemplarischen Ausführungsform Umgebungsluft durch einen (nicht dargestellten) Lufteinlass zu dem Verdichter 104 geleitet. Die Umgebungsluft wird vor der Weiterleitung zu der Brennkammeranordnung 106 durch den Verdichter 104 verdichtet. In der exemplarischen Ausführungsform wird die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und das sich ergebende Brennstoff/Luft-Gemisch wird in der Brennkammeranordnung 106 gezündet, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die zu der Turbine 108 geleitet werden. Ferner entzieht die Turbine 108 in der exemplarischen Ausführungsform Rotationsenergie aus den Verbrennungsgasen und lässt die Rotorwelle 110 rotieren, um den Verdichter 104 anzutreiben. Ferner treibt die Turbine 100 in der exemplarischen Ausführungsform eine Last 112, wie z.B. einen Generator, die mit der Rotorwelle 110 verbunden ist. In der exemplarischen Ausführungsform befindet sich die Last 112 stromabwärts von der Turbinenanordnung 100. Alternativ kann sich die Last 112 stromaufwärts von der Turbinenanordnung 100 befinden.
2 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer rotierenden Anordnung 200, die mehrere Laufschaufelanordnungen 202 enthält. Die rotierende Anordnung 200 kann beispielsweise in einer Turbine 108 einer Turbinenanordnung 100 (beide in 1 dargestellt) enthalten sein. Jede Laufschaufelanordnung 202 enthält eine erste Deckbandkomponente 204 und eine sich von einer Laufschaufel 208 aus erstreckende zweite Deckbandkomponente 206. Insbesondere erstreckt sich die erste Deckbandkomponente 204 in eine erste Umfangsrichtung CD1, und die zweite Deckbandkomponente erstreckt sich in eine zu der ersten Umfangsrichtung entgegengesetzte zweite Umfangsrichtung CD2. Die erste und die zweite Umfangsrichtung CD1 und CD2 sind orthogonal zu einer axialen Richtung AD der rotierenden Anordnung 200 ausgerichtet. Die Laufschaufeln 208 sind mit einer Nabe 209 verbunden, erstrecken sich von einer Welle, wie z.B. der (in 1 dargestellten) Rotorwelle 110, radial nach außen und erstrecken sich von einer Basis 210 bis zu einer Spitze 212.
Die erste und zweite Deckbandkomponente 204 und 206 bilden ein Deckband 216. Insbesondere bilden die erste Deckbandkomponente 204 auf einer Laufschaufel 208 und die zweite Deckbandkomponente 206 auf einer benachbarten Laufschaufel 208 ein Deckband 216. Die erste Deckbandkomponente 204 enthält einen Umfangsrand 220, und die zweite Deckbandkomponente 206 enthält einen zu dem ersten Umfangsrand 220 komplementären Umfangsrand 222. Die erste Deckbandkomponente 204 enthält einen Vorderrand 224 und einen Hinterrand 225, und die zweite Deckbandkomponente 206 enthält einen Vorderrand 226 und einen Hinterrand 227.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält der Umfangsrand 220 der ersten Deckbandkomponente eine erste Fläche 230, eine zweite Fläche 232, die schräg zu der ersten Fläche 230 ausgerichtet ist, und eine dritte Fläche 234, die im Wesentlichen parallel zu der ersten Fläche 230 ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise enthält der Umfangsrand 222 der zweiten Komponente eine erste Fläche 240, eine zweite Fläche 242, die schräg zu der ersten Fläche 240 ausgerichtet ist, und eine im Wesentlichen parallel zu der ersten Fläche 240 ausgerichtete dritte Fläche 244. Alternativ können die erste und die zweite Deckbandkomponente 204 und 206 Ränder 220 und 222 mit beliebigen Formen haben, die zueinander komplementär sind.
Das Deckband 216 ermöglicht die Anhebung von Eigenfrequenzen der Laufschaufeln 208 und sorgt für eine Reibungsdämpfung für die Laufschaufeln 208. Das Deckband 216 ermöglicht auch die Minimierung von Ausfallmodi, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, des hochzyklischen Ermüdungsausfalls der Laufschaufeln 208.
Um eine Unterstützung für die Laufschaufeln 208 bereitzustellen, ist das Deckband 216 relativ fest und/oder steif. Jedoch strömen während des Betriebs der Turbinenanordnung 100 Fluide (z.B. Gas, Luft) über die Laufschaufelanordnung 202. Um eine Fluidströmung zu ermöglichen, sollte die Laufschaufelanordnung 202 eine relativ aerodynamische Form haben. Jedoch vergrößert die Hinzufügung von zusätzliche Material zu dem Deckband 216, um dem Deckband 216 eine aerodynamische Form zu verleihen, eine Masse des Deckbandes 216, welche die Nabenbelastung aufgrund einer zusätzlichen Zuglast und einer aerodynamischen Blockierung aufgrund einer erhöhten Verbindungsausrundungsgröße negativ beeinflussen kann.
Demzufolge enthält in der exemplarischen Ausführungsform die Laufschaufelanordnung 200 eine (in 2 nicht dargestellte) Umhüllung, die das Deckband 216 im Wesentlichen umgibt. Während das Deckband 216 eine relativ dicke und robuste Komponente ist, hat die Umhüllung in der exemplarischen Ausführungsform eine relativ kleine Dicke. Demzufolge bietet das Deckband 216 strukturelle Unterstützung, und die Umhüllung stellt ein aerodynamisches Profil bereit. 3 ist eine schematische Draufsicht auf zwei benachbarte Laufschaufeln 208 und eine das Deckband 216 umgebende Umhüllung 300. 4 ist eine schematische Draufsicht auf zwei benachbarte Laufschaufeln 208 und eine das Deckband 216 umgebende alternative Umhüllung 400.
Gemäß der Darstellung in 3 und 4 enthält jede Umhüllung 300 und 400 einen entsprechenden Vorderrand 302 und 402 und einen Hinterrand 304 und 404. In der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die Vorder- und Hinterränder 302 und 303 im Wesentlichen parallel zu den Vorderrändern 224 und 226 und den Hinterrändern 225 und 227 der ersten und zweiten Deckbandkomponente 204 und 206 ausgerichtet. In der in 3 dargestellten Ausführungsform sind die Vorder- und Hinterränder 402 und 404 schräg in Bezug auf die Vorderränder 224 und 226 und die Hinterränder 225 und 227 der ersten und zweiten Deckbandkomponente 204 und 206 ausgerichtet.
5 ist eine schematische Draufsicht auf zwei benachbarte Laufschaufeln 208 und eine das Deckband 216 umgebende alternative Umhüllung 450. In der in 5 dargestellten Ausführungsform sind ein Vorderrand 452 und ein Hinterrand 454 der Umhüllung 450 nicht vollständig geradlinig. Stattdessen wird der Vorderrand 452 von einem ersten geradlinigen Segment 460 und einem schräg zu dem ersten geradlinigen Segment 460 ausgerichteten zweiten geradlinigen Segment 462 gebildet. Ebenso wird der Hinterrand 454 durch ein erstes geradliniges Segment 470 und ein schräg zu dem ersten geradlinigen Segment 470 ausgerichtetes zweites geradliniges Segment 472 gebildet. Die in 5 dargestellte Gestaltung ermöglicht eine Maximierung einer Basisfläche einer Umhüllung 450 auf einer Druckseite 482 einer Laufschaufel 208 und einer Saugseite 484 der anderen Laufschaufel 208.
6 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Anordnung 500, die ein Deckband 502 und eine Umhüllung 504 enthält. Gemäß der Darstellung in 6 umgibt die Umhüllung 504 im Wesentlichen das Deckband 502. Ferner wird ein Hohlraum 506 zwischen der Umhüllung 504 und dem Deckband 502 definiert. Der Hohlraum 506 ist im Wesentlichen leer und ermöglicht eine Gewichtsreduzierung der Anordnung 500. Dennoch stellt, obwohl das Gewicht der Anordnung 500 relativ niedrig ist, die Anordnung 500 trotzdem eine mechanische Unterstützung mittels des Deckbandes 502 und ein aerodynamisches Profil mittels der Umhüllung 504 bereit. In einigen Ausführungsformen berührt die Umhüllung 504 das Deckband 502 nicht direkt, und sie kann unter Verwendung von Rippen, Positionierungszapfen usw., wie hierin im Detail beschrieben, in ihrer Lage gehalten werden. Alternativ kann die Umhüllung 504 direkt mit dem Deckband 502 verbunden sein. Das Deckband 502 hat in der exemplarischen Ausführungsform einen im Wesentlichen runden Querschnitt. Alternativ kann das Deckband 502 jede beliebige Querschnittsform (z.B. quadratisch, elliptisch, usw.) haben, die eine Funktion der Anordnung 500, wie hierin beschrieben, ermöglicht.
Die Umhüllung 504 kann in jeder beliebigen Anordnung um das Deckband 502 herum befestigt sein, die eine Funktion der Anordnung 500, wie hierin beschrieben, ermöglicht. Obwohl spezifische exemplarische Anordnungen des Deckbandes und der Umhüllung 500 hierin beschrieben sind, wird der Fachmann erkennen, dass weitere hierin nicht speziell identifizierte Ausführungsformen innerhalb des Rahmens und Umfangs der Offenbarung liegen.
7 ist eine Querschnittsansicht einer exemplarischen Umhüllung 600. In der in 7 dargestellten Ausführungsform enthält die Umhüllung eine Schnappverbindungsvorrichtung 602 zum Schließen der Umhüllung 600 rings um das (in 7 nicht dargestellte) Deckband. Insbesondere enthält ein erstes Ende 610 der Umhüllung 600 einen Flansch 612, und ein zweites Ende 614 der Umhüllung enthält einen Vorsprung 616. Zum Schließen der Umhüllung 600 wird die Umhüllung 600 um das Deckband herum gewickelt, und das erste Ende 610 wird über das zweite Ende 614 derart geschnappt, dass der Flansch 612 mit dem Vorsprung 616 in Eingriff steht.
In alternativen Ausführungsformen können das erste Ende 610 und das zweite Ende 614 andere Vorrichtungen zum Ermöglichen des Schließens der Umhüllung 600 enthalten. Beispielsweise kann das erste Ende 610 eine Hakenvorrichtung enthalten, die in eine in dem zweiten Ende 614 ausgebildete Aussparung eingreift. In einigen Ausführungsformen verbinden das erste und zweite Ende 610 und 614 die Umhüllung 600 mit dem Deckband. Beispielsweise können das erste und zweite Ende 610 und 614 jeweils eine Hakeneinrichtung enthalten, die mit einer in dem Deckband ausgebildeten zugeordneten Aussparung in Eingriff steht. Ferner enthält in einigen Ausführungsformen wenigstens eines von dem ersten und dem zweiten Ende 610 und 614 ein oder mehrere (nicht dargestellte) erhöhte Einrichtungen, die verhindern, dass über die Umhüllung strömendes Fluid die Verbindungsstelle zwischen dem ersten und zweiten Ende 610 und 614 berührt und beeinträchtigt.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnittes eines alternativen exemplarischen Deckbandes 700 und einer Umhüllung 702. In der in 8 dargestellten Ausführungsform wird die Umhüllung 702 durch Biegen einer Materialbahn gebildet. Um die Umhüllung 702 zu erzeugen, wird die Bahn um das Deckband 700 geschlungen, und ein erster Rand 706 der Bahn wird mit einem zweiten Rand 708 der Bahn verbunden. Der erste und der zweite Rand 706 und 708 können unter Anwendung einer Verschweißung, einer Hartlötung, mehrerer Befestigungselemente und/oder anderer Verbindungstechniken verbunden werden.
In der in 8 dargestellten Ausführungsform enthält die Umhüllung 702 mehrere durch sie hindurch definierte Kühllöcher 710. Die Kühllöcher 710 ermöglichen einem Fluid, aus dem Hohlraum 506 zu einer Außenseite der Umhüllung 702 zu strömen, was eine Kühlung des Deckbandes 700 und der Umhüllung 702 ermöglicht. In der exemplarischen Ausführungsform wird Kühlfluid durch die Laufschaufeln 208 als Teil eines Kühlkreislaufs gepumpt und in den Hohlraum 506 ausgegeben. Das Kühlfluid hat eine wesentlich niedrigere Temperatur als die über die Anordnung 500 strömende Heißgaspfadluft.
9 ist eine schematische Draufsicht auf eine exemplarische Kühlanordnung 750. Die Umhüllung ist in 9 zur Verdeutlichung weggelassen. Gemäß der Darstellung in 9 erstreckt sich ein Deckband 760 zwischen zwei Laufschaufeln 208. Die in den Laufschaufeln 208 definierten Kühlkanäle 770 stehen mit Deckbandkühlkanälen 780 in Fluidverbindung. Demzufolge strömt Kühlfluid durch die Laufschaufelkühlkanäle 770 hindurch in die Deckbandkühlkanäle 780 und tritt in den Hohlraum 506 durch die Deckbandkühllöcher 790 aus. Nach der Ausgabe des Kühlfluids in den Hohlraum 506 wird das Kühlfluid aus dem Hohlraum 506 durch die Kühllöcher 710 hindurch gespült.
Obwohl die Kühllöcher 710 auf einer Oberseite der Umhüllung 702 dargestellt sind, können sich die Kühllöcher 710 auf jedem beliebigen Abschnitt der Umhüllung 702 befinden, der eine Funktion der Kühllöcher 710, wie hierin beschrieben, ermöglicht. Beispielsweise können sich die Kühllöcher 710 auf einem Hinterrand der Umhüllung 702 und/oder an einer Verbindungsstelle zwischen den Laufschaufeln und der Umhüllung 702 befinden. Ferner können, obwohl die Kühllöcher 710 als im Wesentlichen rund dargestellt sind, die Kühllöcher 710 jede beliebige geeignete Form (z.B. elliptisch, tropfenförmig, usw.) haben, die eine Kühlung ermöglicht. Ferner kann die Umhüllung 702 an den Kühllöchern 710 eine vorbestimmte Dicke haben, um die Führung eines Kühlfluidstroms dadurch zu unterstützen.
10 ist eine Seitenansicht einer exemplarischen Laufschaufel 800, wie z.B. der in 2 dargestellten Laufschaufel 208. 11 ist eine Querschnittsansicht der Laufschaufel 800 entlang der in 10 dargestellten Linie 11-11. In der in den 10 und 11 dargestellten Ausführungsform enthält die Laufschaufel 800 eine Rippe 802, die sich von einer Oberfläche 804 der Laufschaufel 800 nach außen erstreckt. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Rippe 802 im Wesentlichen elliptisch. Alternativ kann die Rippe 802 jede beliebige Form haben, die eine Funktion der Laufschaufel 800, wie hierin beschrieben, ermöglicht. Die Rippe 802 ermöglicht eine Positionierung einer Umhüllung um ein Deckband 812 herum. Insbesondere passt die Umhüllung 810 über die Rippe 802 und hält eine Position der Umhüllung 810 aufrecht. Die Positionen der Umhüllung 810 und des Deckbandes 812 sind zur Verdeutlichung in gestrichelten Linien dargestellt.
12 ist eine perspektivische Ansicht eines exemplarischen Deckbandes 1000 und einer Umhüllung 1002. In der in 2 dargestellten Ausführungsform enthält die Umhüllung 1002 wenigstens einen darin definierten länglichen Schlitz 1004. Insbesondere erstreckt sich der längliche Schlitz 1004 in eine erste und eine zweite Umfangsrichtung CD1 und CD2. Das Deckband 1000 enthält wenigstens einen sich daraus erstreckenden Zapfen 1006. Der längliche Schlitz 1004 nimmt einen zugeordneten Zapfen 1006 derart auf, dass der Zapfen 1006 in dem länglichen Schlitz 1004 bewegbar ist. Demzufolge sind das Deckband 1000 und die Umhüllung 1002 in Bezug zueinander in eine erste und eine zweite Umfangsrichtung CD1 und CD2 beweglich, aber im Wesentlichen in Bezug zueinander in axialer Richtung AD unbeweglich. Ferner wird der längliche Schlitz 1004 durch einen ersten Anschlag 1010 und einen zweiten Anschlag 1012 definiert, welche die Bewegung des Zapfens 1006 in der ersten bzw. zweiten Umfangsrichtung CD1 und CD2 beschränken.
13 ist ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 1100 zum Zusammenbauen einer rotierenden Anordnung, wie z.B. der in 2 dargestellten Rotationsanordnung 200. Eine erste Laufschaufel, wie z.B. eine von den (in 2 dargestellten) Laufschaufeln 208 wird mit einer Nabe, wie z.B. der (in 2 dargestellten) Nabe 209, verbunden, 1102. Eine zweite Laufschaufel wird mit der Nabe derart verbunden, 1104, dass eine erste Deckbandkomponente, wie z.B. die (in 2 dargestellte) erste Deckbandkomponente 204, und eine zweite Deckbandkomponente, wie z.B. die (in 2 dargestellte) zweite Deckbandkomponente 206, ein Deckband, wie z.B. das (in 2 dargestellte) Deckband 216 ausbilden. Eine aerodynamische Umhüllung, wie z.B. die (in 3 dargestellte) Umhüllung 300, wird um das Deckband herum derart positioniert, 1106, dass ein Hohlraum, wie z.B. der (in 6 dargestellte) Hohlraum 506, zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet wird. Die aerodynamische Umhüllung wird in ihrer Position durch mechanische Einrichtungen, wie z.B., jedoch nicht darauf beschränkt, Schweißen, Hartlöten, Befestigungselemente usw., befestigt, 1108.
Im Vergleich zu wenigstens einigen bekannten rotierenden Anordnungen, die einen oder mehrere Teilspannweiten-Verbinder enthalten, die versuchen, mechanische und aerodynamische Gesichtspunkte in einem einzigen Teil zu berücksichtigen, enthalten die hierin beschriebenen Anordnungen ein Deckband zur mechanischen Unterstützung und eine getrennte Umhüllung für die Aerodynamik. Ein zwischen dem Deckband und der umgebenden Umhüllung ausgebildeter Hohlraum verringert das Gewicht der Anordnung im Vergleich zu wenigstens einigen bekannten Rotationsanordnungen. Demzufolge können durch die Trennung der mechanischen und aerodynamischen Funktionen in das Deckband bzw. die Umhüllung die hierin beschriebenen Anordnungen weniger aufwendig zu fertigen und leichter als wenigstens einige bekannte Rotationsanordnungen sein.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen eine aerodynamische Umhüllung bereit, die ein sich zwischen zwei Laufschaufeln erstreckendes Deckband im Wesentlichen umschließt. Das Deckband bietet mechanische Unterstützung für die Laufschaufeln, während die aerodynamische Umhüllung für ein aerodynamisches Profil sorgt, das eine Fluidströmung ermöglicht. Ein zwischen der Umhüllung und dem Deckband definierter Hohlraum ermöglicht der Anordnung, relativ leicht zu sein und dabei gleichzeitig ausreichende mechanische und aerodynamische Eigenschaften zu bieten.
Exemplarische Ausführungsformen von Systemen und Verfahren für Laufschaufelanordnungen sind vorstehend im Detail beschrieben. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, sondern stattdessen können Komponenten der Systeme und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten genutzt werden.
Obwohl spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in einigen Zeichnungen dargestellt sein können und in anderen nicht, dient dies nur der Vereinfachung. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kann auf jedes Merkmal einer Zeichnung Bezug genommen werden und/oder dieses in Kombination mit jedem Merkmal jeder anderen Zeichnung beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsart, zu offenbaren und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung, einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren, in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Es ist eine Anordnung zur Verwendung in einer Turbine geschaffen. Die Anordnung enthält eine erste Laufschaufel, eine in Umfangsrichtung zu der ersten Laufschaufel benachbarte zweite Laufschaufel, ein sich zwischen der ersten und zweiten Laufschaufel erstreckendes Deckband und eine aerodynamische Umhüllung, die das Deckband derart im Wesentlichen umgibt, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

100: Turbinenanordnung
104: Verdichter
106: Brennkammeranordnung
108: Turbine
110: Rotorwelle
112: Last
200: rotierende Anordnung
202: Laufschaufelanordnung
204: erste Deckbandkomponente
206: zweite Deckbandkomponente
208: Laufschaufeln
209: Nabe
210: Basis
212: Spitze
216: Deckband
220: erster Umfangsrand
222: zweiter Umfangsrand
224: Vorderrand
225: Hinterrand
226: Vorderrand
227: Hinterrand
230: erste Fläche
232: zweite Fläche
234: dritte Fläche
240: erste Fläche
242: zweite Fläche
244: dritte Fläche
300: Umhüllung
302: Vorderrand
304: Hinterrand
400: Umhüllung
402: Vorderrand
404: Hinterrand
450: Umhüllung
452: Vorderrand
454: Hinterrand
460: erstes geradliniges Segment
462: zweites geradliniges Segment
470: erstes geradliniges Segment
472: zweites geradliniges Segment
482: Druckseite
484: Saugseite
500: Anordnung
502: Deckband
504: Umhüllung
506: Hohlraum
600: Umhüllung
602: Schnappverbindungsvorrichtung
610: erstes Ende
612: Flansch
614: zweites Ende
616: Vorsprung
700: Deckband
702: Umhüllung
706: erster Rand
708: zweiter Rand
710: Kühllöcher
750: Kühlanordnung
760: Deckband
770: Laufschaufelkühlkanäle
780: Deckbandkühlkanäle
790: Deckbandkühllöcher
800: Laufschaufel
802: Rippe
804: Oberfläche
810: Umhüllung
812: Deckband
1000: Deckband
1002: Umhüllung
1004: länglicher Schlitz
1006: Zapfen
1010: erster Anschlag
1012: zweiter Anschlag
1100: Verfahren
1102: Verbinden der ersten Laufschaufel
1104: Verbinden der zweiten Laufschaufel
1106: Positionieren der aerodynamischen Umhüllung
1108: Befestigen der aerodynamischen Umhüllung

Claims

Anordnung zur Verwendung in einer Turbine, wobei die Anordnung aufweist: eine erste Laufschaufel; eine zu der ersten Laufschaufel in Umfangsrichtung benachbarte zweite Laufschaufel; ein sich zwischen der ersten und zweiten Laufschaufel erstreckendes Deckband; und eine aerodynamische Umhüllung, die das Deckband derart im Wesentlichen umgibt, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Deckband aufweist: eine sich von der ersten Laufschaufel aus erstreckende erste Deckbandkomponente; und eine sich von der zweiten Laufschaufel aus erstreckende zweite Deckbandkomponente; und/oder wobei das Deckband eingerichtet ist, um eine mechanische Unterstützung für die erste und zweite Laufschaufel zu bieten, und wobei die aerodynamische Umhüllung eine aerodynamische Oberfläche aufweist, die eine Fluidströmung über die Anordnung unterstützt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner wenigstens einen in dem Deckband definierten Kühlkanal aufweist, wobei der wenigstens eine Kühlkanal eine Fluidverbindung zwischen einem Innenbereich der ersten Laufschaufel und dem Hohlraum bereitstellt; und/oder die ferner wenigstens ein in der aerodynamischen Umhüllung definiertes Kühlloch aufweist, wobei das wenigstens eine Kühlloch eine Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum und einem Außenbereich der aerodynamischen Umhüllung bereitstellt.
Anordnung nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die aerodynamische Umhüllung aufweist: ein erstes Ende; und ein mit dem ersten Ende in einem Schnappverbindungseingriff gekoppeltes zweites Ende; und/oder wobei die aerodynamische Umhüllung wenigstens einen länglichen Schlitz aufweist und wobei das Deckband wenigstens einen Zapfen aufweist, der in dem wenigstens einen länglichen Schlitz aufgenommen ist.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite Laufschaufel jeweils eine Rippe aufweisen, die mit der aerodynamischen Umhüllung in Eingriff steht, um die Beibehaltung einer Position der aerodynamischen Umhüllung zu ermöglichen.
Anordnung nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die aerodynamische Umhüllung einen Vorderrand und einen Hinterrand aufweist, wobei wenigstens einer von dem Vorderrand und dem Hinterrand einen ersten geradlinigen Abschnitt und einen zweiten geradlinigen Abschnitt, der schräg in Bezug auf den ersten geradlinigen Abschnitt ausgerichtet ist, aufweist.
Rotierende Anordnung, die aufweist: eine Rotorwelle; eine mit der Rotorwelle verbundene Nabe; mehrere mit der Nabe derart verbundene Laufschaufeln, dass sich die Laufschaufeln von der Rotorwelle radial nach außen erstrecken; ein Deckband, das sich zwischen einer ersten Laufschaufel von den mehreren Laufschaufeln und einer zweiten Laufschaufel von den mehreren Laufschaufeln erstreckt; und eine aerodynamische Umhüllung, die das Deckband derart im Wesentlichen umgibt, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet ist.
Verfahren zum Zusammenbauen einer Rotationsanordnung, wobei das Verfahren aufweist: Verbinden einer ersten Laufschaufel mit einer Nabe; Verbinden einer zweiten Laufschaufel mit der Nabe, wobei eine sich von der ersten Laufschaufel aus erstreckende erste Deckbandkomponente und eine sich von der zweiten Laufschaufel aus erstreckende zweite Deckbandkomponente ein Deckband ausbilden; und Positionieren einer aerodynamischen Umhüllung um das Deckband herum derart, dass ein Hohlraum zwischen der aerodynamischen Umhüllung und dem Deckband ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Positionieren einer aerodynamischen Umhüllung ein Positionieren der aerodynamischen Umhüllung in einer derartigen Weise aufweist, dass wenigstens ein an dem Deckband ausgebildeter Zapfen in wenigstens einem in der aerodynamischen Umhüllung definierten länglichen Schlitz aufgenommen wird; und/oder wobei das Positionieren einer aerodynamischen Umhüllung ein Befestigen der aerodynamischen Umhüllung über einer Rippe aufweist, die an wenigstens einer von der ersten Laufschaufel und der zweiten Laufschaufel ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, das ferner ein Verbinden eines ersten Randes der aerodynamischen Umhüllung mit einem zweiten Rand der aerodynamischen Umhüllung in einer derartigen Weise aufweist, dass die aerodynamische Umhüllung das Deckband im Wesentlichen umschließt.