DE102015107766A1 - Turbine blade arrangement and turbine system - Google Patents

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Dwight Eric Davidson
Brian Denver Potter
Stephen Joseph Balsone
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Abstract

Es sind eine Turbinenschaufelanordnung und ein Turbinensystem offenbart. Die Anordnung weist eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform auf, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist. Der Spitzenabschnitt weist ein Spitzenabschnittsmaterial auf, der Fußabschnitt weist ein Fußabschnittsmaterial auf und das Turbinenrad weist ein Turbinenradmaterial auf, das eine niedrigere Wärmebeständigkeit und eine höhere Wärmeausdehnung aufweist als das Fußabschnittsmaterial und das Spitzenabschnittsmaterial.There are disclosed a turbine blade assembly and a turbine system. The assembly has a connection with a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection. The tip portion has a tip portion material, the foot portion has a foot portion material, and the turbine wheel has a turbine wheel material that has lower heat resistance and higher thermal expansion than the foot portion material and tip portion material.

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Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Turbinenbauteile und Turbinensysteme. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Turbinenschaufelanordnungen und Turbinensysteme mit einer oder mehreren Turbinenschaufelanordnungen. The present invention relates to turbine components and turbine systems. More particularly, the present invention relates to turbine blade assemblies and turbine systems having one or more turbine blade assemblies.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Zumindest einige bekannte Gasturbinen weisen eine Brennkammer, einen Verdichter und/oder Turbinen auf, die eine Laufradscheibe aufweisen, die eine Mehrzahl von Laufradschaufeln, oder Schaufeln, aufweist, die von dort aus radial nach außen verlaufen. Die Mehrzahl von sich drehenden Turbinenlaufschaufeln oder -schaufeln leiten Hochtemperaturfluide wie Verbrennungsgase oder Dampf entweder durch eine Gasturbine oder eine Dampfturbine. Die Füße von zumindest einigen bekannten Schaufeln sind mit der Scheibe über Schwalbenschwänze verbunden, die in entsprechende Schwalbenschwanzschlitze eingesetzt werden, die in der Laufradscheibe geformt sind, damit eine beschaufelte Scheibe oder "Blisk" entsteht. Da derartige Turbinen bei relativ hohen Temperaturen arbeiten und relativ groß sein können, kann die Betriebsleistung einer solchen Turbine zumindest teilweise durch die Materialien, die bei der Herstellung der Schaufeln verwendet werden, und/oder die Länge der Profilabschnitte der Schaufeln eingeschränkt sein. Zur Ermöglichung einer verbesserten Leistung haben zumindest einige Turbinenhersteller die Größe der Turbinen vergrößert, wodurch eine Vergrößerung der Länge des Profilabschnitts der Schaufeln bewirkt wird. Bei einer derartigen Verlängerung kann es erforderlich sein, dass die Größe der Schwalbenschwänze und der Schwalbenschwanzschlitze vergrößert wird, damit die längeren Schaufeln in ihrer Position gehalten werden. At least some known gas turbines include a combustor, a compressor, and / or turbines having an impeller disk having a plurality of impeller blades, or vanes, extending radially outwardly therefrom. The plurality of rotating turbine blades or blades direct high temperature fluids, such as combustion gases or steam, through either a gas turbine or a steam turbine. The feet of at least some known blades are connected to the disk via dovetails which are inserted into corresponding dovetail slots formed in the impeller disk to form a bladed disk or "blisk". Since such turbines operate at relatively high temperatures and may be relatively large, the operating performance of such a turbine may be limited, at least in part, by the materials used in the manufacture of the blades and / or the length of the profile sections of the blades. To allow for improved performance, at least some turbine manufacturers have increased the size of the turbines, thereby causing an increase in the length of the profile section of the blades. With such an extension, the size of the dovetails and the dovetail slots may be required to be increased to keep the longer blades in place.

Turbinenschaufelanordnungen, ob mit oder ohne zu reparierende und/oder austauschbare Profilspitzenabschnitte, sind verschiedenen Kräften ausgesetzt. Durch diese Kräfte ist es erforderlich, dass verschiedene Abschnitte der Turbinenschaufelanordnungen verschiedene Eigenschaften aufweisen. Es ist bekannt, dass eine Veränderung der Dichte je nach Lage des Materials von Nutzen sein kann. Eine weitere Charakterisierung von Eigenschaften, die vorteilhafte Ergebnisse liefern, insbesondere hinsichtlich bestimmter Materialien, würde jedoch zusätzliche Vorteile mit sich bringen. Turbine blade assemblies, whether with or without repairable and / or replaceable profile tip portions, are subject to various forces. These forces require that different portions of the turbine blade assemblies have different properties. It is known that a change in density may be useful depending on the location of the material. However, further characterization of properties that provide beneficial results, especially with respect to particular materials, would provide additional benefits.

Eine Turbinenschaufelanordnung und ein Turbinensystem mit einer Turbinenschaufelanordnung mit Verbesserungen wären im Fachgebiet wünschenswert. A turbine blade assembly and a turbine system with a turbine blade assembly with improvements would be desirable in the art.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

In einer Ausführungsform weist eine Turbinenschaufelanordnung eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform auf, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der einteiligen Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist. Der Spitzenabschnitt weist ein Spitzenabschnittsmaterial auf, der Fußabschnitt weist ein Fußabschnittsmaterial auf und das Turbinenrad weist ein Turbinenradmaterial auf, wobei das Turbinenradmaterial eine niedrigere Wärmebeständigkeit und eine höhere Wärmeausdehnung aufweist als das Fußabschnittsmaterial und das Spitzenabschnittsmaterial. In one embodiment, a turbine blade assembly has a connection with a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the one-piece platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection. The tip portion has a tip portion material, the root portion includes a root portion material, and the turbine wheel includes a turbine wheel material, the turbine wheel material having lower heat resistance and thermal expansion than the root portion material and tip portion material.

In jeder beliebigen Ausführungsform der Turbinenschaufelanordnung kann es vorteilhaft sein, dass das Turbinenradmaterial eine Superlegierung auf Nickelbasis, eine Superlegierung auf Cobaltbasis oder eine Superlegierung auf Stahlbasis ist. In any embodiment of the turbine blade assembly, it may be advantageous for the turbine wheel material to be a nickel-based superalloy, a cobalt-base superalloy, or a steel-based superalloy.

In jeder beliebigen Ausführungsform der Turbinenschaufelanordnung kann es vorteilhaft sein, dass das Fußabschnittsmaterial und/oder das Spitzenabschnittsmaterial ein Titanaluminid sind bzw. ist. In any embodiment of the turbine blade assembly, it may be advantageous for the foot portion material and / or the tip portion material to be a titanium aluminide.

In jeder beliebigen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dass die Turbinenschaufelanordnung ferner ein Spitzendeckband umfasst, das einteilig auf dem Spitzenabschnitt des unterteilten Profils platziert ist. In any embodiment, it may be advantageous for the turbine blade assembly to further include a tip shroud that is integrally placed on the tip section of the sectioned profile.

In jeder beliebigen Ausführungsform der Turbinenschaufelanordnung kann es vorteilhaft sein, dass das Spitzendeckband eine Dichtleiste umfasst, die an einer Außenfläche des Spitzendeckbands distal von der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung platziert ist. In any embodiment of the turbine blade assembly, it may be advantageous for the tip shroud to include a sealing strip placed on an outer surface of the tip shroud distal to the connection with a single projection.

In jeder beliebigen Ausführungsform der Turbinenschaufelanordnung kann es vorteilhaft sein, dass die Geometrie des Turbinenrads, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, einen Rand des Turbinenrads definiert. In any embodiment of the turbine blade assembly, it may be advantageous for the geometry of the turbine wheel corresponding to the connection to a single projection to define an edge of the turbine wheel.

In jeder beliebigen Ausführungsform der Turbinenschaufelanordnung kann es vorteilhaft sein, dass die Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung über eine axiale Verbindung, eine Umfangsverbindung, eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Nutverbindung, eine Zinkenverbindung, eine Nut-Feder-Verbindung oder eine Kombination daraus abnehmbar mit dem Turbinenrad verbunden ist.In any embodiment of the turbine blade assembly, it may be advantageous for the connection to have a single projection via an axial connection, a peripheral connection, a dovetail connection, a groove connection, a tine connection, a tongue and groove connection. Connection or a combination thereof is detachably connected to the turbine wheel.

In jeder beliebigen Ausführungsform der Turbinenschaufelanordnung kann es vorteilhaft sein, dass der Fußabschnitt über eine axiale Verbindung, eine Umfangsverbindung, eine gebogene Schwalbenschwanzverbindung, eine Nutverbindung, eine Zinkenverbindung, eine Nut-Feder-Verbindung oder eine Kombination daraus mit dem Spitzenabschnitt verbunden ist. In any embodiment of the turbine blade assembly, it may be advantageous for the foot portion to be connected to the tip portion via an axial connection, a peripheral connection, a bent dovetail connection, a groove connection, a tine connection, a tongue and groove connection or a combination thereof.

In jeder beliebigen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dass die Turbinenschaufelanordnung ferner einen Dämpfer umfasst, der abnehmbar mit dem Fußabschnitt verbunden ist. In any embodiment, it may be advantageous for the turbine blade assembly to further include a damper removably connected to the foot portion.

In jeder beliebigen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dass die Turbinenschaufelanordnung ferner einen Prallschutzstreifen umfasst, der an einer Vorderkante des unterteilten Profils platziert ist. In any embodiment, it may be advantageous for the turbine blade assembly to further include an impact protection strip placed at a leading edge of the sectioned profile.

In jeder beliebigen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dass die Turbinenschaufelanordnung ferner einen Prallschutzstreifen umfasst, der an einer Hinterkante des unterteilten Profils platziert ist. In any embodiment, it may be advantageous for the turbine blade assembly to further include an impact protection strip placed at a trailing edge of the sectioned profile.

In einer weiteren Ausführungsform weist eine Turbinenschaufelanordnung eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform auf, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der einteiligen Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist. Der Spitzenabschnitt weist ein Spitzenabschnittsmaterial auf, der Fußabschnitt weist ein Fußabschnittsmaterial auf und das Turbinenrad weist ein Turbinenradmaterial auf, wobei das Turbinenradmaterial eine Superlegierung ist, das Fußabschnittsmaterial ein Titanaluminid ist und das Spitzenabschnittsmaterial ein Titanaluminid ist. In another embodiment, a turbine blade assembly has a connection with a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the one-piece platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection. The tip section comprises a tip section material, the foot section comprises a foot portion material, and the turbine wheel comprises a turbine wheel material, wherein the turbine wheel material is a superalloy, the foot portion material is a titanium aluminide, and the tip portion material is a titanium aluminide.

In einer weiteren Ausführungsform weist ein Turbinensystem einen Verdichterabschnitt, einen Brennkammerabschnitt, der so eingerichtet ist, dass er Luft von dem Verdichterabschnitt erhält, und einen Turbinenabschnitt in Fluidverbindung mit dem Brennkammerabschnitt auf, wobei der Turbinenabschnitt ein Leitrad und eine Turbinenschaufelanordnung umfasst. Die Turbinenschaufelanordnung weist eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform auf, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der einteiligen Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist. Der Spitzenabschnitt weist ein Spitzenabschnittsmaterial auf, der Fußabschnitt weist ein Fußabschnittsmaterial auf und das Turbinenrad weist ein Turbinenradmaterial auf, wobei das Turbinenradmaterial eine niedrigere Wärmebeständigkeit und eine höhere Wärmeausdehnung aufweist als das Fußabschnittsmaterial und das Spitzenabschnittsmaterial. In another embodiment, a turbine system includes a compressor section, a combustor section configured to receive air from the compressor section, and a turbine section in fluid communication with the combustor section, the turbine section including a stator and turbine blade assembly. The turbine blade assembly has a connection with a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the one-piece platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection. The tip portion has a tip portion material, the root portion includes a root portion material, and the turbine wheel includes a turbine wheel material, the turbine wheel material having lower heat resistance and thermal expansion than the root portion material and tip portion material.

In jeder beliebigen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dass das Turbinensystem ferner eine Mehrzahl von axial beabstandeten Stufen von Turbinenschaufelanordnungen einschließlich einer letzten Stufe von Turbinenschaufelanordnungen umfasst. In any embodiment, it may be advantageous for the turbine system to further include a plurality of axially spaced stages of turbine blade assemblies including a final stage of turbine blade assemblies.

In jeder beliebigen Ausführungsform des Turbinensystems kann es vorteilhaft sein, dass das Profil eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist und ferner mindestens einen Prallschutzstreifen umfasst, der an der Vorderkante, der Hinterkante, dem Spitzenabschnitt und/oder dem Fußabschnitt angebracht ist. In any embodiment of the turbine system, it may be advantageous for the profile to have a leading edge and a trailing edge, and further comprising at least one impact protection strip attached to the leading edge, the trailing edge, the tip portion, and / or the foot portion.

In jeder beliebigen Ausführungsform des Turbinensystems kann es vorteilhaft sein, dass Prallschutzstreifen an der Vorderkante der Spitzenabschnitte der Mehrzahl von Turbinenschaufelanordnungen in einer oder mehreren der Mehrzahl von Turbinenstufen angebracht sind. In any embodiment of the turbine system, it may be advantageous for impact protection strips to be attached to the leading edge of the tip portions of the plurality of turbine blade assemblies in one or more of the plurality of turbine stages.

In jeder beliebigen Ausführungsform des Turbinensystems kann es vorteilhaft sein, dass Prallschutzstreifen an der Hinterkante der Spitzenabschnitte der Mehrzahl von Turbinenschaufelanordnungen in einer oder mehreren der Mehrzahl von Turbinenstufen mit Ausnahme der letzten Stufe angebracht sind. In any embodiment of the turbine system, it may be advantageous for impact protection strips to be attached to the trailing edge of the tip portions of the plurality of turbine blade assemblies in one or more of the plurality of turbine stages except the last stage.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind anhand der folgenden ausführlicheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich, die beispielhaft die Grundsätze der Erfindung veranschaulichen. Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following more particular description of the preferred embodiment, taken in conjunction with the accompanying drawings, which illustrate, by way of example, the principles of the invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine vereinfachte Darstellung eines Turbinensystems mit einer Turbinenschaufelanordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. 1 FIG. 10 is a simplified illustration of a turbine system having a turbine blade assembly according to one embodiment of the disclosure. FIG.

2 ist eine perspektivische Darstellung einer Turbinenschaufelanordnung mit einem unterteilten Profil in einer Turbinenschaufel gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. 2 FIG. 3 is a perspective view of a turbine blade assembly having a split profile in a turbine blade according to one embodiment of the disclosure. FIG.

3 ist eine Draufsicht auf die rechte Seite einer Turbinenschaufel einer hinteren Stufe (zum Beispiel einer Schaufel zur Verwendung in einer dritten oder vierten Stufe einer vierstufigen Turbine) gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. 3 FIG. 12 is a right side plan view of a rear stage turbine blade (eg, a blade for use in a third or fourth stage of a four stage turbine) according to an embodiment of the disclosure. FIG.

In allen Zeichnungen werden, wenn möglich, dieselben Bezugszeichen für die Darstellung derselben Teile verwendet. In all drawings, where possible, the same reference numerals are used to represent the same parts.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Es sind eine Turbinenschaufelanordnung und ein Turbinensystem bereitgestellt. Zusätzlich sind aus der Offenbarung Verfahren zum Montieren und/oder Herstellen derartiger Turbinenschaufelanordnungen und Turbinensysteme ersichtlich. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, beispielsweise im Vergleich zu ähnlichen Konzepten, bei denen ein oder mehrere der hier offenbarten Merkmale nicht enthalten sind, wird eine einfachere Reparatur von Schäden (beispielsweise durch Auftreten einer Scheuerstelle an der Spitze, Überhitzung und/oder ein anderes Schadensereignis) ermöglicht, indem der Spitzenabschnitt allein repariert werden kann, ohne dass ein(e) teurere(r) und zeitaufwändigere(r) Abnahme und Reparatur/Austausch der kompletten Turbinenschaufel notwendig ist, werden die Gesamtbetriebs- und Gesamtwartungskosten gesenkt, wird die Dauer von Ausfallzeiten für Reparaturen verkürzt, werden weitere zweckmäßige Vorteile ermöglicht, können größere oder kleinere Turbinen und/oder Turbinenschaufeln verwendet werden, können Abschnitte einer Turbinenschaufelanordnung höheren Temperaturen ausgesetzt werden, können Eigenschaften in einem bestimmten Abschnitt einer Turbinenschaufelanordnung zusätzlichen Kräften standhalten, können zusätzliche Materialien für Abschnitte von Turbinenschaufelanordnungen verwendet werden, oder eine Kombination daraus. There is provided a turbine blade assembly and a turbine system. In addition, the disclosure discloses methods for mounting and / or manufacturing such turbine blade assemblies and turbine systems. Embodiments of the present disclosure, for example, as compared to similar concepts that do not include one or more of the features disclosed herein, provide easier repair of damage (eg, by the occurrence of a tip chafe, overheating, and / or other damage event). by repairing the tip section alone, without the need for more expensive and more time consuming turbine blade decommissioning and repair / replacement, reduce the overall operating and overall maintenance costs, reduce the duration of downtime for Shortening repairs will allow for further convenient advantages, larger or smaller turbines and / or turbine blades may be used, portions of a turbine blade assembly may be exposed to higher temperatures, properties in a particular section of a turbine blade assembly may include additional K Withstand forces, additional materials may be used for sections of turbine blade assemblies, or a combination thereof.

1 ist eine vereinfachte Darstellung eines Turbinensystems 10, beispielsweise ein Gasturbinensystem, ein Energieerzeugungssystem, jedes beliebige andere geeignete System, bei dem Laufschaufeln/Schaufeln verwendet werden, oder eine Kombination daraus. Der Begriff "Laufschaufel" wird hier austauschbar mit dem Begriff "Schaufel" verwendet. Eine geeignete Turbinenschaufel ist in 3 dargestellt, die eine Schaufel zur Verwendung in einer hinteren Stufe einer Gasturbine (beispielsweise eine dritte oder vierte Stufe einer vierstufigen Turbine) veranschaulicht. In einer Ausführungsform weist das System 10 einen Einlassabschnitt 12, einen Verdichterabschnitt 14 stromabwärts des Einlassabschnitts 12, einen Brennkammerabschnitt 16, der stromabwärts des Einlassabschnitts 12 angekoppelt ist, einen Turbinenabschnitt 18, der stromabwärts des Brennkammerabschnitts 16 angekoppelt ist, und einen Auslassabschnitt 20 auf. Der Turbinenabschnitt 18 ist über eine Läuferwelle 22 antriebsmäßig mit dem Verdichterabschnitt 14 gekoppelt. Der Brennkammerabschnitt 16 weist eine Mehrzahl von Brennkammern 24 auf und ist so an den Verdichterabschnitt 14 angekoppelt, dass jede der Brennkammern 24 über ein Fluid mit dem Verdichterabschnitt 14 in Verbindung steht. Mit jeder der Brennkammern 24 ist eine Brennstoffdüsenanordnung 26 verbunden. Der Turbinenabschnitt 18 ist drehbar an den Verdichterabschnitt 14 und an eine Last 28 angekoppelt, beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, einen elektrischen Generator und/oder eine mechanische Antriebsanwendung. Der Verdichterabschnitt 14 und/oder der Turbinenabschnitt 18 weist bzw. weisen mindestens eine Laufschaufel oder Turbinenschaufel 30 auf, die mit der Läuferwelle 22 gekoppelt ist. 1 is a simplified representation of a turbine system 10 For example, a gas turbine system, a power generation system, any other suitable system using blades / vanes, or a combination thereof. The term "bucket" is used interchangeably with the term "bucket" here. A suitable turbine blade is in 3 which illustrates a blade for use in a rear stage of a gas turbine (for example, a third or fourth stage of a four-stage turbine). In one embodiment, the system 10 an inlet section 12 , a compressor section 14 downstream of the inlet section 12 , a combustion chamber section 16 which is downstream of the inlet section 12 is coupled, a turbine section 18 located downstream of the combustor section 16 is coupled, and an outlet section 20 on. The turbine section 18 is about a rotor shaft 22 drivingly with the compressor section 14 coupled. The combustion chamber section 16 has a plurality of combustion chambers 24 on and is so on the compressor section 14 docked to each of the combustion chambers 24 via a fluid with the compressor section 14 communicates. With each of the combustion chambers 24 is a fuel nozzle assembly 26 connected. The turbine section 18 is rotatable to the compressor section 14 and a load 28 coupled, for example, but not limited to, an electric generator and / or a mechanical drive application. The compressor section 14 and / or the turbine section 18 has at least one blade or turbine blade 30 on that with the rotor shaft 22 is coupled.

Während des Betriebs leitet der Einlassabschnitt 12 Luft in Richtung des Verdichterabschnitts 14. Der Verdichterabschnitt 14 verdichtet die Zuluft auf einen höheren Druck und eine höhere Temperatur und führt die verdichtete Luft in Richtung des Brennkammerabschnitts 16 ab. Die verdichtete Luft wird mit Kraftstoff vermischt und gezündet, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die zu dem Turbinenabschnitt 18 strömen, der den Verdichterabschnitt 14 und/oder die Last 28 antreibt. Insbesondere wird zumindest ein Teil der verdichteten Luft der Kraftstoffdüsenanordnung 26 zugeführt. Kraftstoff wird zu der Kraftstoffdüsenanordnung 26 geleitet. Der Kraftstoff wird stromabwärts der Kraftstoffdüsenanordnung 26 in dem Brennkammerabschnitt 16 mit der Luft gemischt und gezündet. Es werden Verbrennungsgase erzeugt und zu dem Turbinenabschnitt 18 geleitet. Wärmeenergie des Gasstroms wird in dem Turbinenabschnitt 18 in mechanische Rotationsenergie umgewandelt. Abgase strömen aus dem Turbinenabschnitt 18 und strömen durch den Auslassabschnitt 20 in die Umgebungsluft.During operation, the inlet section conducts 12 Air in the direction of the compressor section 14 , The compressor section 14 compresses the supply air to a higher pressure and a higher temperature and leads the compressed air in the direction of the combustion chamber section 16 from. The compressed air is mixed with fuel and ignited to generate combustion gases that go to the turbine section 18 flow, the compressor section 14 and / or the load 28 drives. In particular, at least a portion of the compressed air of the fuel nozzle assembly 26 fed. Fuel becomes the fuel nozzle assembly 26 directed. The fuel will be downstream of the fuel nozzle assembly 26 in the combustion chamber section 16 mixed with the air and ignited. Combustion gases are generated and to the turbine section 18 directed. Heat energy of the gas stream is in the turbine section 18 converted into mechanical rotational energy. Exhaust gases flow out of the turbine section 18 and flow through the outlet section 20 into the ambient air.

2 ist eine perspektivische Darstellung einer Turbinenschaufelanordnung 200 mit der Turbinenschaufel 30, die bei dem System 10 verwendet werden kann. Die Turbinenschaufel 30 weist ein Profil 110 auf. Das Profil 110 ist unterteilt (weist beispielsweise einen Spitzenabschnitt 122 und einen Fußabschnitt 124 auf, die an einer Abschnittsverbindung 130 separat geformt oder trennbar sind). Die Turbinenschaufel 30 weist eine Druckseite 102 und eine Saugseite 103 auf, die an einer Vorderkante 104 und einer Hinterkante 106 miteinander verbunden sind. Die Druckseite 102 weist eine ganz allgemein konkave Geometrie auf und die Saugseite 103 weist eine ganz allgemein konvexe Geometrie auf. Die Turbinenschaufel 30 weist eine Verbindung 108 und/oder beliebige andere geeignete Merkmale wie eine Plattform 112 auf, die zwischen der Verbindung 108 und dem Profil 110 verläuft. 2 is a perspective view of a turbine blade assembly 200 with the turbine blade 30 that with the system 10 can be used. The turbine blade 30 has a profile 110 on. The profile 110 is divided (has, for example, a top section 122 and a foot section 124 on that at a section link 130 are separately formed or separable). The turbine blade 30 has a print page 102 and a suction side 103 on, on a leading edge 104 and a trailing edge 106 connected to each other. The print side 102 has a generally concave geometry and the suction side 103 has a generally convex geometry. The turbine blade 30 has a connection 108 and / or any other suitable features such as a platform 112 on that between the connection 108 and the profile 110 runs.

Die Verbindung 108 ist ein Schwalbenschwanz, weist mehrere Vorsprünge auf, weist einen einzelnen Vorsprung auf, ist ein Abschnitt einer Blisk, ist einteilig mit dem Profil 110 (beispielsweise derart, dass in der Turbinenschaufel 30, wo die Plattform 112 in das Profil 110 übergeht, keine Nähte oder Uneinheitlichkeiten vorhanden sind), ist ein weiterer geeigneter Mechanismus oder eine weitere geeignete Vorrichtung zum Sichern der Turbinenschaufel 30 oder ist eine Kombination daraus. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien in den Bauteilen (beispielsweise ein Rad 105, der Fußabschnitt 124 und der Spitzenabschnitt 122) geben die Verbindungsart zwischen den jeweiligen Bauteilen vor. Wenn die Materialien beispielsweise einen beinahe identischen oder identischen Wärmeausdehnungskoeffizienten über einen weiten Temperaturbereich aufweisen, kann die Verbindung 108 zwischen den Bauteilen entweder eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung oder mit mehreren Vorsprüngen sein. Eine Verbindung mit mehreren Vorsprüngen kann unter bestimmten Umständen bevorzugt sein. Im Gegensatz dazu kann, wenn die Materialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung zwischen den Bauteilen bevorzugt sein.The connection 108 is a dovetail, has a plurality of projections, has a single projection, is a portion of a blisk, is integral with the profile 110 (For example, such that in the turbine blade 30 where the platform 112 in the profile 110 is passing, there are no seams or inconsistencies) is another suitable mechanism or other suitable device for securing the turbine blade 30 or is a combination of it. The thermal expansion coefficients of the materials in the components (for example, a wheel 105 , the foot section 124 and the top section 122 ) specify the type of connection between the respective components. For example, if the materials have an almost identical or identical coefficient of thermal expansion over a wide temperature range, the compound can 108 between the components either a connection with a single projection or with multiple projections. A multi-protrusion connection may be preferred in some circumstances. In contrast, if the materials have different thermal expansion coefficients, joining with a single protrusion between the components may be preferred.

In einer Ausführungsform ist die Turbinenschaufel 30 mit dem Rad 105 über die Verbindung 108 verbunden und verläuft von dem Rad 105 aus radial nach außen. Die Verbindung 108 weist eine Geometrie mit einem einzelnen Vorsprung auf, die einer jeweiligen Aufnahme in dem Rad 105 entspricht, und kann mit jedem geeigneten Verfahren abnehmbar oder dauerhaft mit dem Rad 105 verbunden werden. Ein geeignetes Verfahren umfasst die abnehmbare Verbindung der Verbindung 108 mit dem Rad 105 über eine axiale Verbindung oder eine Umfangsverbindung. Ein weiteres geeignetes Verfahren umfasst die abnehmbare Verbindung der Verbindung 108 mit dem Rad 105 über eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Nutverbindung, eine Zinkenverbindung, eine Nut-Feder-Verbindung oder eine Kombination daraus.In one embodiment, the turbine blade is 30 with the wheel 105 about the connection 108 connected and runs from the wheel 105 out radially to the outside. The connection 108 has a geometry with a single projection that is a respective receptacle in the wheel 105 corresponds, and can be removed by any suitable method or permanently with the wheel 105 get connected. A suitable method comprises the detachable compound of the compound 108 with the wheel 105 via an axial connection or a peripheral connection. Another suitable method comprises the detachable compound of the compound 108 with the wheel 105 via a dovetail connection, a groove connection, a tine connection, a tongue and groove connection or a combination thereof.

In einer Ausführungsform ist das Rad 105 ein Turbinenrad mit einer Mehrzahl von Aufnahmen mit einer Geometrie entsprechend den Verbindungen 108 mit einem einzelnen Vorsprung einer entsprechenden Mehrzahl von Turbinenschaufeln 30, und die Geometrie des Rads 105 definiert einen Rand des Turbinenrads. In einer alternativen Ausführungsform (1) sind die Turbinenschaufeln 30 über die Verbindungen 108 unmittelbar mit der Läuferwelle 22 verbunden und verlaufen von der Läuferwelle 22 aus radial nach außen.In one embodiment, the wheel is 105 a turbine wheel having a plurality of receptacles with a geometry corresponding to the connections 108 with a single projection of a corresponding plurality of turbine blades 30 , and the geometry of the wheel 105 defines an edge of the turbine wheel. In an alternative embodiment ( 1 ) are the turbine blades 30 about the connections 108 directly with the rotor shaft 22 connected and run from the rotor shaft 22 out radially to the outside.

In einer Ausführungsform weist die Verbindung 108 eine axiale Verbindungslänge 114 auf, die das Sichern vereinfacht. In einer Ausführungsform verläuft die Plattform 112 von der Verbindung 108 aus radial nach außen und weist eine Plattformlänge 117 auf, die der axialen Verbindungslänge 114 entspricht oder in etwa entspricht (wie in 2 und 3 dargestellt ist).In one embodiment, the compound 108 an axial connection length 114 on, which simplifies the backup. In one embodiment, the platform runs 112 from the connection 108 from radially outward and has a platform length 117 on, the axial connection length 114 corresponds or approximately corresponds (as in 2 and 3 is shown).

In einer Ausführungsform verläuft das Profil 110 von der Verbindung 108 aus radial nach außen, verläuft von einer Plattformaußenfläche der Plattform 112 aus radial nach außen, weist eine Ausgangsprofillänge 119 auf, die ungefähr der axialen Verbindungslänge 114 entspricht, und/oder nimmt in der axialen Länge bis zu einer Spitzenendenlänge 118 an einem Spitzenende 116 der Turbinenschaufel 30 ab, sodass die Spitzenendenlänge 118 bei einer Profilansicht von rechts kürzer ist als die axiale Verbindungslänge 114, wie in 3 dargestellt ist. Die Spitzenendenlänge 118 und eine Spitzenbreite können je nach Anwendung der Turbinenschaufel 30 und/oder des Systems 10 verändert werden. Das Profil 110 weist gemessen von der Plattform 112 zum Spitzenende 116 eine erste oder radiale Länge 120 auf, beispielsweise zur Ermöglichung einer verbesserten Leistung der Turbinenschaufel 30. Die Profillänge 120 kann je nach Anwendung der Turbinenschaufel 30 oder des Systems 10 verändert werden. In einer Ausführungsform weist das Profil 110 eine Profilbreite auf, die so bemessen ist, dass die Sicherung an dem Rad 105 erleichtert wird.In one embodiment, the profile runs 110 from the connection 108 from radially outward, extends from a platform outer surface of the platform 112 from radially outward, has an initial profile length 119 on, the approximately the axial connection length 114 corresponds, and / or increases in axial length to a tip end length 118 at a top end 116 the turbine blade 30 off, so the top end length 118 in a profile view from the right shorter than the axial connection length 114 , as in 3 is shown. The top end length 118 and a tip width may vary depending on the application of the turbine blade 30 and / or the system 10 to be changed. The profile 110 has measured from the platform 112 to the top end 116 a first or radial length 120 for example, to enable improved performance of the turbine blade 30 , The profile length 120 may vary depending on the application of the turbine blade 30 or the system 10 to be changed. In one embodiment, the profile 110 a profile width that is dimensioned so that the fuse on the wheel 105 is relieved.

Das Profil 110 ist ein unterteilter Abschnitt der Turbinenschaufel 30. In einer Ausführungsform weist das Profil 110, wie in 2 dargestellt ist, einen ersten Abschnitt oder den Spitzenabschnitt 122 auf, der (abnehmbar oder dauerhaft) mit einem zweiten Abschnitt oder dem Fußabschnitt 124 verbunden ist. Der Fußabschnitt 124 befindet sich proximal zum Rad 105 oder der Läuferwelle 22 (siehe 1). Der Spitzenabschnitt 122 befindet sich distal vom Rad 105 oder der Läuferwelle 22 (siehe 1), beispielsweise proximal zu einem Spitzendeckband 109 oder einer Dichtleiste 111. In einer Ausführungsform ist der Spitzenabschnitt 122 mit dem Fußabschnitt 124 an der Abschnittsverbindung 130 verbunden, bei der es sich um eine Abschnittsverbindung mit mehreren Vorsprüngen handelt, beispielsweise eine axiale Abschnittsverbindung, eine Umfangsabschnittsverbindung, eine gebogene Schwalbenschwanz-Abschnittsverbindung, eine Nut-Abschnittsverbindung, eine Zinken-Abschnittsverbindung, eine Nut-Feder-Abschnittsverbindung oder eine Kombination daraus. In einer weiteren Ausführungsform ist der Spitzenabschnitt 122 mit dem Fußabschnitt 124 an der Abschnittsverbindung 130 verbunden, bei der es sich um eine Abschnittsverbindung mit einem einzelnen Vorsprung handelt, beispielsweise eine axiale Abschnittsverbindung, eine Umfangsabschnittsverbindung, eine gebogene Schwalbenschwanz-Abschnittsverbindung, eine Nut-Abschnittsverbindung, eine Zinken-Abschnittsverbindung, eine Nut-Feder-Abschnittsverbindung oder eine Kombination daraus. Der Begriff "axiale Abschnittsverbindung" wird hier zum Beschreiben einer Abschnittsverbindung verwendet, die entlang einer axialen Länge eines Querschnitts des Profils 110 ausgebildet ist. Der Begriff "Umfangsverbindung" wird hier zum Beschreiben einer Abschnittsverbindung verwendet, die entlang der Umfangsbreite des Profils 110 ausgebildet ist.The profile 110 is a divided section of the turbine blade 30 , In one embodiment, the profile 110 , as in 2 is shown, a first portion or the tip portion 122 on, the (removable or permanent) with a second section or the foot section 124 connected is. The foot section 124 is located proximal to the wheel 105 or the rotor shaft 22 (please refer 1 ). The top section 122 is located distally from the wheel 105 or the rotor shaft 22 (please refer 1 ), for example proximal to a tip shroud 109 or a sealing strip 111 , In one embodiment, the tip section is 122 with the foot section 124 at the section link 130 connected, at the it is a sectional connection with a plurality of projections, for example, an axial section connection, a peripheral section connection, a bent dovetail section connection, a groove section connection, a tine section connection, a tongue and groove section connection or a combination thereof. In another embodiment, the tip section is 122 with the foot section 124 at the section link 130 which is a single-protrusion section connection, for example, an axial section connection, a peripheral section connection, a curved dovetail section connection, a groove section connection, a tine section connection, a tongue and groove section connection, or a combination thereof. The term "axial section connection" is used herein to describe a section connection that is along an axial length of a cross section of the section 110 is trained. The term "peripheral connection" is used herein to describe a section connection that is along the circumferential width of the profile 110 is trained.

Der Spitzenabschnitt 122 weist eine Spitzenabschnittslänge 126 auf, die mit der Turbinenschaufellänge 120 beispielsweise über einen relativen Anteil an der Turbinenschaufellänge 120 vergleichbar ist, beispielsweise ungefähr 25 Prozent, ungefähr 40 Prozent, mehr als 40 Prozent, weniger als ungefähr 50 Prozent, ungefähr 50 Prozent, mehr als ungefähr 50 Prozent, ungefähr 60 Prozent, zwischen ungefähr 40 Prozent und ungefähr 60 Prozent, ungefähr 75 Prozent, zwischen ungefähr 25 Prozent und ungefähr 75 Prozent, zwischen ungefähr 40 Prozent und ungefähr 75 Prozent, oder jede geeignete Kombination, Unterkombination, jeder geeignete Bereich oder Teilbereich darin. Die Spitzenabschnittslänge 126 verläuft bis zu einem mittleren Bereich des Profils 110 mit einer axialen Länge 129, die bei einer Profilansicht von rechts länger als die Spitzenendenlänge 118 und kürzer als die Ausgangsprofillänge 119 ist, wie in 3 dargestellt ist.The top section 122 has a tip section length 126 on that with the turbine blade length 120 for example, over a relative proportion of the turbine blade length 120 for example, about 25 percent, about 40 percent, more than 40 percent, less than about 50 percent, about 50 percent, more than about 50 percent, about 60 percent, between about 40 percent and about 60 percent, about 75 percent, between about 25 percent and about 75 percent, between about 40 percent and about 75 percent, or any suitable combination, sub-combination, any suitable range or sub-range therein. The top section length 126 runs up to a middle section of the profile 110 with an axial length 129 that are longer than the tip end length for a profile view from the right 118 and shorter than the initial profile length 119 is how in 3 is shown.

In einer Ausführungsform weist das Profil 110 mindestens einen Dämpfer 128 in der Mitte des Deckbands auf, der mit dem Fußabschnitt 124 verbunden ist, damit beispielsweise Vibrationen in dem Profil 110 gedämpft werden und/oder das Profil 110 während des Betriebs des Systems 10 strukturell verstärkt wird. In einer Ausführungsform arbeitet der Dämpfer 128 in der Mitte des Deckbands mit (nicht dargestellten) Dämpfungsstiften zusammen, die sich zwischen dem Fußabschnitt 124 und dem Spitzenabschnitt 122 befinden, damit beispielsweise gezielt verhindert wird, dass sich der Spitzenabschnitt 122 von dem Fußabschnitt 124 loslöst. Zusätzlich oder alternativ können zwischen der Verbindung 108 und der Aufnahme des Rads 105 (nicht dargestellte) Dämpfungsstifte zum Sichern der Schaufel 30 an dem Rad 105 verwendet werden.In one embodiment, the profile 110 at least one damper 128 in the middle of the shroud, with the foot section 124 connected, for example, vibration in the profile 110 are dampened and / or the profile 110 during operation of the system 10 structurally reinforced. In one embodiment, the damper operates 128 in the middle of the shroud with damping pins (not shown) extending between the foot section 124 and the top section 122 so that, for example, specifically prevents the tip section 122 from the foot section 124 detaches. Additionally or alternatively, between the connection 108 and the recording of the wheel 105 (not shown) damping pins for securing the blade 30 at the wheel 105 be used.

In einer Ausführungsform weist die Turbinenschaufel 30 das Spitzendeckband 109 einteilig platziert auf dem Spitzenabschnitt 122 auf. Das Spitzendeckband 109 weist Elemente zum Schützen des Spitzenabschnitts 122 auf, beispielsweise eine oder mehrere Dichtleisten 111, die an einer Außenfläche 113 des Spitzenabschnitts 122 distal von der Verbindung 108 platziert sind. In einer Ausführungsform weist das Spitzendeckband 109 eine Grundfläche auf, die die Querschnittsfläche des Spitzenabschnitts 122 bedeckt.In one embodiment, the turbine blade 30 the lace cover tape 109 in one piece placed on the top section 122 on. The lace cover tape 109 has elements for protecting the tip section 122 on, for example, one or more sealing strips 111 on an outside surface 113 of the top section 122 distal to the connection 108 are placed. In one embodiment, the tip shroud has 109 a footprint that is the cross-sectional area of the tip portion 122 covered.

Der Spitzenabschnitt 122, der Fußabschnitt 124, die Verbindung 108 und/oder das Rad 105 weisen jede geeignete Kombination aus Materialien auf, die den Betriebsanforderungen an das System 10 standhalten kann und/oder in Verbindung mit den Merkmalen der Turbinenschaufel 30 funktioniert. Die Materialien sind ähnliche Materialien, dieselben Materialien oder unterschiedliche Materialien, die so ausgewählt sind, dass ein Gleichgewicht zwischen Überlegungen zu Gewicht und Kosten und der Leistung bei höheren Temperaturen und/oder Drehzahlen hergestellt wird.The top section 122 , the foot section 124 , the connection 108 and / or the wheel 105 have any suitable combination of materials that meet the operating requirements of the system 10 can withstand and / or in conjunction with the characteristics of the turbine blade 30 works. The materials are similar materials, materials or materials that are selected to balance weight and cost considerations with performance at higher temperatures and / or speeds.

Zu geeigneten Materialien für den Spitzenabschnitt 122 gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Verbundwerkstoffe mit keramischer Matrix, Titanaluminid, Materialien mit einer ähnlichen oder niedrigeren Wärmeausdehnung als Materialien in dem Fußabschnitt 124 und/oder dem Rad 105, Materialien mit einer ähnlichen oder höheren Wärmebeständigkeit als Materialien in dem Fußabschnitt 124 und/oder dem Rad 105 (beispielsweise zur Berücksichtigung, dass der Spitzenabschnitt 122 höheren Betriebstemperaturen ausgesetzt ist), Materialien mit einer ähnlichen oder niedrigeren Dichte als Materialien in dem Fußabschnitt 124 und/oder dem Rad 105 (die beispielsweise zu einer niedrigeren rotierenden Masse in der Turbinenschaufel 30 führt) oder eine Kombination daraus. In einem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält der Spitzenabschnitt 122 ein Titanaluminidmaterial.To suitable materials for the top section 122 include, but are not limited to, ceramic matrix composites, titanium aluminide, materials with similar or lower thermal expansion than materials in the foot section 124 and / or the wheel 105 , Materials with a similar or higher heat resistance than materials in the foot section 124 and / or the wheel 105 (For example, taking into account that the tip section 122 higher operating temperatures), materials of similar or lower density than materials in the foot section 124 and / or the wheel 105 (For example, to a lower rotating mass in the turbine blade 30 leads) or a combination thereof. In an embodiment described herein, the tip section includes 122 a titanium aluminide material.

Der Fußabschnitt 124, die Plattform 112 und die Verbindung 108 sind einteilig miteinander ausgebildet und somit aus demselben Material hergestellt. Zu geeigneten Materialien für den Fußabschnitt 124 gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Superlegierungen, Titanaluminid, Materialien mit einer ähnlichen oder höheren Wärmeausdehnung als Materialien in dem Spitzenabschnitt 122, Materialien mit einer ähnlichen oder niedrigeren Wärmebeständigkeit als Materialien in dem Spitzenabschnitt 122, Materialien mit einer ähnlichen oder niedrigeren Wärmeausdehnung als Materialien in dem Rad 105, Materialien mit einer ähnlichen oder höheren Wärmebeständigkeit als Materialien in dem Rad 105 (beispielsweise zur Berücksichtigung, dass der Spitzenabschnitt 122 höheren Betriebstemperaturen ausgesetzt ist), Materialien mit einer ähnlichen oder niedrigeren Dichte als Materialien in dem Rad 105 (die beispielsweise zu einer niedrigeren rotierenden Masse in der Turbinenschaufel 30 führt) oder eine Kombination daraus. In einem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält der Fußabschnitt 122 ein Titanaluminidmaterial, das dasselbe wie das Titanaluminidmaterial, das in dem Spitzenabschnitt 122 verwendet wird, oder ein anderes ist.The foot section 124 , the platform 112 and the connection 108 are integrally formed with each other and thus made of the same material. Suitable materials for the foot section 124 include, but are not limited to, superalloys, titanium aluminide, materials with similar or higher thermal expansion than materials in the tip section 122 , Materials with similar or lower heat resistance than materials in the tip section 122 , Materials with a similar or lower thermal expansion than materials in the wheel 105 , Materials with similar or higher heat resistance than materials in the wheel 105 (For example, taking into account that the tip section 122 exposed to higher operating temperatures), materials of similar or lower density than materials in the wheel 105 (For example, to a lower rotating mass in the turbine blade 30 leads) or a combination thereof. In an embodiment described herein, the foot section includes 122 a titanium aluminide material which is the same as the titanium aluminide material described in U.S. Pat the top section 122 is used, or is another.

Zu geeigneten Materialien für das Rad 105 gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Superlegierungen auf Cobaltbasis, Superlegierungen auf Nickelbasis, Superlegierungen auf Stahlbasis, Materialien mit einer ähnlichen oder höheren Wärmeausdehnung als Materialien in dem Fußabschnitt 124 und/oder dem Spitzenabschnitt 122, Materialien mit einer ähnlichen oder niedrigeren Wärmebeständigkeit als Materialien in dem Fußabschnitt 124 und/oder dem Spitzenabschnitt 122, Materialien mit einer ähnlichen oder höheren Dichte als Materialien in dem Fußabschnitt 124 und/oder dem Spitzenabschnitt 122 oder eine Kombination daraus. In einem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel weist das Rad 105 eine Superlegierung mit den zuvor erörterten Eigenschaften auf.To suitable materials for the wheel 105 include, but are not limited to, cobalt-base superalloys, nickel-base superalloys, steel-based superalloys, materials having similar or higher thermal expansion than materials in the foot portion 124 and / or the top section 122 , Materials with a similar or lower heat resistance than materials in the foot section 124 and / or the top section 122 , Materials of similar or higher density than materials in the foot section 124 and / or the top section 122 or a combination of them. In one embodiment described herein, the wheel 105 a superalloy with the properties discussed above.

Der Begriff "Verbundwerkstoff mit keramischer Matrix" umfasst hier, ohne darauf beschränkt zu sein, kohlefaserverstärkten Kohlenstoff (C/C), kohlefaserverstärktes Siliziumcarbid (C/SiC) und siliziumcarbidfaserverstärktes Siliziumcarbid (SiC/SiC). In einer Ausführungsform weist der Verbundwerkstoff mit keramischer Matrix bessere Dehnungs-, Bruchzähigkeits-, Temperaturwechseleigenschaften, Eigenschaften hinsichtlich der dynamischen Belastbarkeit und anisotrope Eigenschaften im Vergleich zu einer monolithischen keramischen Struktur auf. The term "ceramic matrix composite" herein includes, but is not limited to, carbon fiber reinforced carbon (C / C), carbon fiber reinforced silicon carbide (C / SiC), and silicon carbide fiber reinforced silicon carbide (SiC / SiC). In one embodiment, the ceramic matrix composite has better elongation, fracture toughness, thermal cycling properties, dynamic resilience properties and anisotropic properties as compared to a monolithic ceramic structure.

Der Begriff "Titanaluminid" umfasst hier, ohne darauf beschränkt zu sein, übliche gewichtsbezogene Zusammensetzungen mit etwa 45% Ti und etwa 50% Al (TiAl) und/oder einem Molverhältnis von ungefähr 1 Mol Ti zu ungefähr 1 Mol Al, TiAl2 (beispielsweise mit einem Molverhältnis von ungefähr 1 Mol Ti zu ungefähr 2 Mol Al), TiAl3 (beispielsweise mit einem Molverhältnis von ungefähr 1 Mol Ti zu ungefähr 3 Mol Al), Ti3Al (beispielsweise mit einem Molverhältnis von ungefähr 3 Mol Ti zu ungefähr 1 Mol Al) oder andere geeignete Mischungen daraus.The term "titanium aluminide" as used herein includes, but is not limited to, conventional weight compositions containing about 45% Ti and about 50% Al (TiAl) and / or a mole ratio of about 1 mole Ti to about 1 mole Al, TiAl 2 (e.g. with a molar ratio of about 1 mole of Ti to about 2 moles of Al), TiAl 3 (eg, having a molar ratio of about 1 mole of Ti to about 3 moles of Al), Ti 3 Al (for example, having a molar ratio of about 3 moles of Ti to about 1 Mole Al) or other suitable mixtures thereof.

Der Begriff "Superlegierung" umfasst hier, ohne darauf beschränkt zu sein, Legierungen auf Nickelbasis, Legierungen auf Cobaltbasis oder Legierungen auf Stahlbasis. Ein typisches Superlegierungsmaterial auf Nickelbasis, das unter dem Handelsnamen INCONEL® 718 von Special Metal Corporation aus New Hartford, NY, verkauft wird, weist eine gewichtsbezogene Zusammensetzung von ungefähr 50,0 bis 55,0% Ni, ungefähr 17,0 bis 21,0% Cr, ungefähr 4,75 bis 5% Nb, ungefähr 2,8 bis 3,3% Mo, ungefähr 1,0% Co, ungefähr 0,65 bis 1,15% Al, ungefähr 0,35% Mn, ungefähr 0,35% Si, ungefähr 0,2 bis 0,8% Cu, ungefähr 0,3% Ti, ungefähr 0,08% C, ungefähr 0,015% S, ungefähr 0,015% P und ungefähr 0,006% B und als Differenz zu 100% Fe auf. Eine beispielhafte CrMoV-Superlegierungszusammensetzung (auf Basis von Stahl) weist eine Zusammensetzung in Gewichts-% von ungefähr 0,90 bis 1,50% Mo, ungefähr 0,90 bis 1,25% Cr, ungefähr 0,55 bis 0,90% Mn, ungefähr 0,35 bis 0,55% Ni, ungefähr 0,25 bis 0,33% C, 0,20 bis 0,30% V, nicht mehr als ungefähr 0,35% Si, nicht mehr als ungefähr 0,35% Cu, nicht mehr als 0,012% P, nicht mehr als ungefähr 0,012% S, und als Differenz zu 100% Fe und Spurenverunreinigungen auf.The term "superalloy" includes, but is not limited to, nickel-base alloys, cobalt-based alloys, or steel-based alloys. A typical superalloy nickel-based material, which is sold under the trade name INCONEL ® 718 of Special Metal Corporation of New Hartford, NY, has a composition by weight of approximately 50.0 to 55.0% Ni, about 17.0 to 21.0 % Cr, about 4.75 to 5% Nb, about 2.8 to 3.3% Mo, about 1.0% Co, about 0.65 to 1.15% Al, about 0.35% Mn, about 0 , 35% Si, about 0.2 to 0.8% Cu, about 0.3% Ti, about 0.08% C, about 0.015% S, about 0.015% P and about 0.006% B and as a difference to 100% Fe up. An exemplary CrMoV superalloy composition (based on steel) has a composition in weight% of about 0.90 to 1.50% Mo, about 0.90 to 1.25% Cr, about 0.55 to 0.90% Mn, about 0.35 to 0.55% Ni, about 0.25 to 0.33% C, 0.20 to 0.30% V, not more than about 0.35% Si, not more than about 0, 35% Cu, not more than 0.012% P, not more than about 0.012% S, and as a difference to 100% Fe and trace impurities.

Bezogen auf 2 weist die Turbinenschaufel 30 in einer Ausführungsform Aufprallstreifen 107 an dem Profil 110 auf, die die Schlagzähigkeit des Bauteils erhöhen, an dem sie angebracht sind. Die Aufprallstreifen 107 können aus einem ähnlichen Material wie zumindest ein Abschnitt des Profils 110 oder einem anderen Material gefertigt sein und/oder können ähnliche Eigenschaften wie zumindest ein Abschnitt des Profils 110 oder andere Eigenschaften besitzen. Die Aufprallstreifen 107 sind (wie dargestellt) an der Vorderkante 104 der Turbinenschaufel 30, der Hinterkante 106 der Turbinenschaufel 30, an dem Spitzenabschnitt 122, dem Fußabschnitt 124 oder einer Kombination daraus platziert. In einer Ausführungsform befinden sich die Aufprallstreifen 107 an der Vorderkante 104 der Spitzenabschnitte 122 an jeder beliebigen und/oder allen Turbinenstufen, wohingegen sich die Aufprallstreifen 107 an der Hinterkante 106 der Spitzenabschnitte 122 an jeder beliebigen und/oder allen Turbinenstufen mit Ausnahme der letzten Stufe befinden.Related to 2 points the turbine blade 30 In one embodiment, impact strips 107 on the profile 110 on, which increase the impact resistance of the component to which they are attached. The impact strip 107 can be made of a similar material as at least a section of the profile 110 or another material and / or may have similar characteristics as at least a portion of the profile 110 or have other properties. The impact strip 107 are (as shown) at the front edge 104 the turbine blade 30 , the trailing edge 106 the turbine blade 30 , at the top section 122 , the foot section 124 or a combination of them. In one embodiment, the impact strips are located 107 at the front edge 104 the top sections 122 at any and / or all turbine stages, whereas the impact strips 107 at the rear edge 106 the top sections 122 at any and / or all turbine stages except the last stage.

Die Prallschutzstreifen 107 sind mit einem oder mehreren chemischen und/oder mechanischen Verfahren, die beispielsweise auf physikalisch basierten Verfahren (wie Geometrie) und werkstoffwissenschaftlichen Verfahren (wie Legieren) beruhen, angebracht. In einer Ausführungsform sind die Prallschutzstreifen 107 beispielsweise mittels In-Situ-Materialverarbeitung wie Gießen, In-Situ-Extrusion, In-Situ-Schmieden, weiteren geeigneten Verfahren oder einer Kombination daraus chemisch angebracht. Zusätzlich oder alternativ werden die Prallschutzstreifen 107 in einer Ausführungsform chemisch über Materialnachbearbeitungsausgangsverfahren, beispielsweise Diffusionsverbinden, Hartlöten, Schweißen, weitere geeignete Verfahren oder eine Kombination daraus angebracht. In einer weiteren Ausführungsform sind die Prallschutzstreifen 107 über Klebstoff, Nieten, Schaftstifte, Knöpfe oder Halteverbindungen (beispielsweise eine Nutverbindung, eine Zinkenverbindung und/oder eine Nut-Feder-Verbindung), weitere geeignete Verfahren oder eine Kombination daraus mechanisch angebracht.The bumper strips 107 are attached by one or more chemical and / or mechanical methods based, for example, on physically based methods (such as geometry) and material science methods (such as alloying). In one embodiment, the bumper strips 107 For example, by means of in situ material processing such as casting, in-situ extrusion, in situ forging, other suitable methods or a combination thereof chemically attached. Additionally or alternatively, the impact protection strips 107 in one embodiment, chemically attached via post-processing material exit methods, such as diffusion bonding, brazing, welding, other suitable methods, or a combination thereof. In a further embodiment, the impact protection strips 107 via adhesive, rivets, shaft pins, buttons or retaining connections (for example a groove connection, a tine connection and / or a tongue and groove connection), further suitable methods or a combination thereof are mechanically attached.

Die Erfindung ist zwar bezogen auf ein oder mehrere Ausführungsformen beschrieben worden, jedoch versteht der Fachmann, dass ohne Abweichung vom Geltungsbereich der Erfindung verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Entsprechungen Elemente davon ersetzen können. Zusätzlich können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Geltungsbereich abzuweichen. Die Erfindung soll deshalb nicht auf die besondere Ausführungsform beschränkt sein, die als für diese Erfindung beste in Erwägung gezogene Ausführungsform beschrieben ist, sondern soll sämtliche Ausführungsformen enthalten, die in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Zusätzlich sind alle in der ausführlichen Beschreibung genannten Zahlenwerte so auszulegen, als wären sowohl der genaue als auch ungefähre Wert ausdrücklich genannt. While the invention has been described in terms of one or more embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made without departing from the scope of the invention and equivalents may be substituted for elements thereof. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from its essential scope. The invention, therefore, should not be limited to the particular embodiment described as the best mode contemplated for this invention, but is intended to include all embodiments falling within the scope of the appended claims. In addition, all numerical values given in the detailed description shall be construed as expressly indicating both the exact and approximate values.

Es sind eine Turbinenschaufelanordnung und ein Turbinensystem offenbart. Die Anordnung weist eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform auf, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist. Der Spitzenabschnitt weist ein Spitzenabschnittsmaterial auf, der Fußabschnitt weist ein Fußabschnittsmaterial auf und das Turbinenrad weist ein Turbinenradmaterial auf, das eine niedrigere Wärmebeständigkeit und eine höhere Wärmeausdehnung aufweist als das Fußabschnittsmaterial und das Spitzenabschnittsmaterial. There are disclosed a turbine blade assembly and a turbine system. The assembly has a connection with a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection. The tip portion has a tip portion material, the foot portion has a foot portion material, and the turbine wheel has a turbine wheel material that has lower heat resistance and higher thermal expansion than the foot portion material and tip portion material.

Claims (10)

Turbinenschaufelanordnung, umfassend: eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der einteiligen Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist; wobei der Spitzenabschnitt ein Spitzenabschnittsmaterial aufweist, der Fußabschnitt ein Fußabschnittsmaterial aufweist und das Turbinenrad ein Turbinenradmaterial aufweist, wobei das Turbinenradmaterial eine niedrigere Wärmebeständigkeit und eine höhere Wärmeausdehnung aufweist als das Fußabschnittsmaterial und das Spitzenabschnittsmaterial.A turbine blade assembly comprising: a connection with a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the one-piece platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection; wherein the tip portion comprises a tip portion material, the foot portion comprises a foot portion material, and the turbine wheel comprises a turbine wheel material, the turbine wheel material having lower heat resistance and thermal expansion than the foot portion material and tip portion material. Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Spitzendeckband, das einteilig auf dem Spitzenabschnitt des unterteilten Profils platziert ist.The assembly of claim 1, further comprising a tip shroud that is integrally placed on the tip portion of the divided profile. Anordnung nach Anspruch 5, wobei das Spitzendeckband eine Dichtleiste umfasst, die an einer Außenfläche des Spitzendeckbands distal von der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung platziert ist. Arrangement according to claim 5, wherein the tip shroud comprises a sealing strip, which is placed on an outer surface of the tip shroud distal to the connection with a single projection. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Geometrie des Turbinenrads, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, einen Rand des Turbinenrads definiert.Arrangement according to claim 1, wherein the geometry of the turbine wheel, which corresponds to the connection with a single projection defines an edge of the turbine wheel. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung über eine axiale Verbindung, eine Umfangsverbindung, eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Nutverbindung, eine Zinkenverbindung, eine Nut-Feder-Verbindung oder eine Kombination daraus abnehmbar mit dem Turbinenrad verbunden ist.The assembly of claim 1, wherein the connection is detachably connected to the turbine wheel with a single projection via an axial connection, a peripheral connection, a dovetail connection, a groove connection, a tine connection, a tongue and groove connection or a combination thereof. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Fußabschnitt über eine axiale Verbindung, eine Umfangsverbindung, eine gebogene Schwalbenschwanzverbindung, eine Nutverbindung, eine Zinkenverbindung, eine Nut-Feder-Verbindung oder eine Kombination daraus mit dem Spitzenabschnitt verbunden ist.The assembly of claim 1, wherein the foot portion is connected to the tip portion via an axial connection, a peripheral connection, a bent dovetail connection, a groove connection, a tine connection, a tongue and groove connection or a combination thereof. Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Dämpfer, der abnehmbar mit dem Fußabschnitt verbunden ist.Arrangement according to claim 1, further comprising a damper, which is detachably connected to the foot portion. Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Prallschutzstreifen, der an einer Vorderkante des unterteilten Profils platziert ist und/oder umfassend einen Prallschutzstreifen, der an einer Hinterkante des unterteilten Profils platziert ist.Arrangement according to claim 1, further comprising an impact protection strip, which is placed on a front edge of the divided profile and / or comprising an impact protection strip, which is placed at a trailing edge of the divided profile. Turbinenschaufelanordnung, umfassend: eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der einteiligen Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist; wobei der Spitzenabschnitt ein Spitzenabschnittsmaterial aufweist, der Fußabschnitt ein Fußabschnittsmaterial aufweist und das Turbinenrad ein Turbinenradmaterial aufweist, wobei das Turbinenradmaterial eine Superlegierung ist, das Fußabschnittsmaterial ein Titanaluminid ist und das Spitzenabschnittsmaterial ein Titanaluminid ist.A turbine blade assembly comprising: a connection having a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the one-piece platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection; wherein the tip portion comprises a tip portion material, the foot portion comprises a foot portion material and the turbine wheel Turbine wheel material, wherein the turbine wheel material is a superalloy, the Fußabschnittsmaterial is a titanium aluminide and the tip portion material is a titanium aluminide. Turbinensystem, umfassend: einen Verdichterabschnitt; einen Brennkammerabschnitt, der so eingerichtet ist, dass er Luft von dem Verdichterabschnitt erhält; und einen Turbinenabschnitt in Fluidverbindung mit dem Brennkammerabschnitt, wobei der Turbinenabschnitt ein Leitrad und eine Turbinenschaufelanordnung umfasst, wobei die Turbinenschaufelanordnung Folgendes umfasst: eine Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung und einer einteiligen Plattform, wobei die Verbindung eine erste axiale Länge aufweist; ein unterteiltes Profil mit einem Fußabschnitt, der von der einteiligen Plattform aus radial nach außen verläuft, und einem Spitzenabschnitt, der mit dem Fußabschnitt verbunden ist, wobei der Spitzenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, die kürzer ist als die erste axiale Länge; und ein Turbinenrad, das eine Aufnahme mit einer Geometrie aufweist, die der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung entspricht, und mit der Verbindung mit einem einzelnen Vorsprung verbunden ist; wobei der Spitzenabschnitt ein Spitzenabschnittsmaterial aufweist, der Fußabschnitt ein Fußabschnittsmaterial aufweist und das Turbinenrad ein Turbinenradmaterial aufweist, wobei das Turbinenradmaterial eine niedrigere Wärmebeständigkeit und eine höhere Wärmeausdehnung aufweist als das Fußabschnittsmaterial.Turbine system comprising: a compressor section; a combustor section configured to receive air from the compressor section; and a turbine section in fluid communication with the combustor section, the turbine section including a stator and turbine blade assembly, the turbine blade assembly comprising: a connection with a single projection and a one-piece platform, the connection having a first axial length; a split profile having a foot portion extending radially outwardly from the one-piece platform and a tip portion connected to the foot portion, the tip portion having a second axial length that is shorter than the first axial length; and a turbine wheel having a receptacle with a geometry corresponding to the connection with a single projection and connected to the connection with a single projection; wherein the tip portion comprises a tip portion material, the foot portion comprises a foot portion material and the turbine wheel comprises a turbine wheel material, the turbine wheel material having a lower heat resistance and a higher thermal expansion than the foot portion material.
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