DE102017209632A1 - Herstellungs- oder Reparaturverfahren für eine Strömungsmaschine, Strömungsmaschine sowie Betriebsverfahren dazu - Google Patents

Herstellungs- oder Reparaturverfahren für eine Strömungsmaschine, Strömungsmaschine sowie Betriebsverfahren dazu Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neuherstellung oder Reparatur einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, die einen Stator und einen in dem Stator um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor umfasst, die zwischen sich einen ringförmigen Strömungskanal definieren, wobei der Rotor zumindest einen Laufschaufelkranz mit einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Laufschaufeln aufweist, die jeweils eine Schaufelplattform und ein von der Schaufelplattform radial auswärts vorstehendes Schaufelblatt mit einer anströmseitigen Vorderkante, einer abströmseitigen Hinterkante und einer zu einer ringförmigen Umfangswandung des Stators weisenden Schaufelspitze umfassen, wobei zwischen jeder Schaufelspitze und der Umfangswandung ein radialer Spalt definiert ist, wobei die Schaufelspitze zumindest einer Laufschaufel derart hergestellt oder überarbeitet wird, dass zwischen der Vorderkante und der Hinterkante das radiale Spaltmaß des entsprechenden Spalts im kalten Zustand der Strömungsmaschine uneinheitlich und im heißen Zustand der Strömungsmaschine im Wesentlichen konstant ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine und ein Betriebsverfahren dazu.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oder Reparatur einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, die einen Stator und einen in dem Stator um eine Drehachse drehbar gelagerten Rotor umfasst, die zwischen sich einen ringförmigen Strömungskanal definieren, wobei der Rotor zumindest einen Laufschaufelkranz mit einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten Laufschaufeln aufweist, die jeweils eine Schaufelplattform und ein von der Schaufelplattform radial auswärts vorstehendes Schaufelblatt mit einer anströmseitigen Vorderkante, einer abströmseitigen Hinterkante und einer zu einer ringförmigen Umfangswandung des Stators weisenden Schaufelspitze umfassen, wobei zwischen jeder Schaufelspitze und der Umfangswandung ein radialer Spalt definiert ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Strömungsmaschine und ein Betriebsverfahren dazu.
  • Strömungsmaschinen wie beispielsweise Gasturbinen umfassen üblicherweise einen Stator und einen Rotor, der in dem Stator um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Der Stator und der Rotor definieren zwischen sich einen ringförmigen Strömungskanal für ein Arbeitsfluid, beispielsweise ein Heißgas.
  • Der Rotor weist zumindest einen Laufschaufelkranz mit einer Mehrzahl von Laufschaufeln auf, die in einer Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Jede Laufschaufel umfasst eine Schaufelplattform und ein von der Schaufelplattform radial auswärts vorstehendes Schaufelblatt. Das Schaufelblatt weist eine anströmseitige Vorderkante, eine abströmseitige Hinterkante und eine Schaufelspitze auf. Die Schaufelspitzen weisen zu einer ringförmigen Umfangswandung des Stators, wobei zwischen jeder Schaufelspitze und der Umfangswandung ein radialer Spalt definiert ist.
  • Während des Betriebs der Strömungsmaschine strömt ein heißes Arbeitsfluid durch den Strömungskanal und umströmt dabei die in dem Strömungskanal angeordneten Schaufelblätter der Laufschaufeln des Laufschaufelkranzes. Aufgrund des Profils der Laufschaufeln sowie ihrer Anordnung an dem Rotor und im Strömungskanal wird jede Laufschaufel auf einer Seite, der sogenannten Druckseite, mit einem Druck und auf der anderen Seite, der sogenannten Saugseite, mit einem Sog beaufschlagt. Eine daraus resultierende, in der Umfangsrichtung des Rotors wirkende Kraft beaufschlagt den Rotor mit einem Drehmoment, wodurch dieser zu einer Rotationsbewegung um seine Drehachse angetrieben wird. Die Rotationsenergie des Rotors kann dann beispielsweise mittels eines an den Rotor gekoppelten Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.
  • Der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine ist auch von dem radialen Spaltmaß der Spalte zwischen den Schaufelspitzen der Laufschaufeln und der den Strömungskanal an seiner radial äußeren Seite begrenzenden Umfangswandung des Stators abhängig. Arbeitsfluid, das durch diese Spalte von den Druckseiten zu den Saugseiten der Laufschaufeln gelangt, leistet keinen Beitrag zu der auf die Laufschaufeln in der Umfangsrichtung wirkenden Kraft. Zum einen verringert durch den Radialspalt strömendes Arbeitsfluid den Strömungsdruck auf der Druckseite jeder Laufschaufel, zum anderen bildet das durch die radialen Spalte strömende Arbeitsfluid auf der Saugseite der Laufschaufeln Verwirbelungen, sogenannte Schaufelspitzenleckagewirbel, welche die Strömung des Arbeitsfluids entlang den Saugseiten der Laufschaufeln stören und somit die Sogwirkung auf die Saugseiten der Laufschaufeln verringern.
  • Entsprechend wird bei der Neuherstellung oder Reparatur einer Strömungsmaschine angestrebt, Laufschaufeln derart herzustellen oder zu überarbeiten, dass die radialen Spalte während des Betriebs der Strömungsmaschine ein möglichst geringes radiales Spaltmaß aufweisen, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Strömungsmaschine zu erreichen.
  • Eine gebräuchliche Maßnahme zur Realisierung eines geringen radialen Spaltmaßes besteht darin, dass die Laufschaufeln derart hergestellt oder überarbeitet werden, dass ihre Schaufelspitzen im kalten Zustand der Strömungsmaschine mit der Umfangswandung radiale Spalte bilden, die ein möglichst geringes und konstantes radiales Spaltmaß aufweisen.
  • Allerdings können auf diese Weise die sich während des Betriebs der Strömungsmaschine einstellenden radialen Spaltmaße nicht beliebig verringert werden. Denn während des Betriebs der Strömungsmaschine verformen sich die Schaufelblätter der Laufschaufeln unter dem Einfluss der hohen Temperatur des Arbeitsfluids und/oder aufgrund der auf sie wirkenden Umfangskräfte und Zentrifugalkräfte. Die betriebsbedingte Verformung der Schaufelblätter kann zu ungünstigen radialen Spaltmaßen führen. Insbesondere können sich aber die Schaufelblätter während des Betriebs der Strömungsmaschine auch in radialer Richtung ausdehnen und ihre Schaufelspitzen dadurch mit der Umfangswandung in Anlage kommen, wodurch die Laufschaufeln und/oder die Umfangswandung beschädigt werden können.
  • Eine weitere gebräuchliche Maßnahme zur Optimierung der sich während des Betriebs der Strömungsmaschine einstellenden radialen Spaltmaße besteht darin, bei der Herstellung oder Überarbeitung der Laufschaufeln an deren Schaufelspitzen eine abreibende oder abreibbare Beschichtung vorzusehen. Mit anderen Worten werden die Laufschaufeln derart hergestellt oder überarbeitet, dass sie dank der Beschichtung mit Blick auf den heißen Zustand der Strömungsmaschine eine bestimmte radiale Überlänge der Schaufelblätter aufweisen.
  • Wenn sich die Schaufelblätter dann während des Betriebs der Strömungsmaschine in radialer Richtung ausdehnen, wird die Beschichtung entsprechend der Kontur der Umfangswandung nach und nach abgerieben, so dass sich ein geringes radiales Spaltmaß einstellt. Dadurch entsteht in dem Strömungskanal der Strömungsmaschine allerdings ein erheblicher Abrieb, der die Funktion der Strömungsmaschine beeinträchtigen kann und daher unerwünscht ist.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zum Herstellen oder Reparieren einer Strömungsmaschine ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Strömungsmaschine sowie ein Angabe eines zugeordneten Betriebsverfahrens.
  • Zur Lösung dieser Aufgaben schafft die vorliegende Erfindung neben einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Strömungsmaschine und ein Betriebsverfahren, bei dem die Schaufelspitze zumindest einer Laufschaufel derart hergestellt oder überarbeitet wird bzw. dergestalt ist bzw. derart betrieben wird, dass zwischen der Vorderkante und der Hinterkante das radiale Spaltmaß des entsprechenden Spalts im kalten, betriebslosen Zustand der Strömungsmaschine entlang seiner Erstreckung in Axialrichtung uneinheitlich und im heißen oder im betriebenen Zustand der Strömungsmaschine entlang seiner Erstreckung in Axialrichtung weniger uneinheitlich, insbesondere im Wesentlichen konstant ist.
  • Der Kerngedanke aller Lösungen besteht darin, die spätere betriebsbedingte Verformung der Laufschaufeln bereits bei deren Herstellung oder Überarbeitung zu berücksichtigen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die betriebsbedingte radiale Längenausdehnung der Laufschaufeln zwischen ihrer Vorderkante und ihrer Hinterkante nicht einheitlich ist. Deshalb werden erfindungsgemäß die Schaufelspitzen der Laufschaufeln unter Berücksichtigung ihrer späteren Verformung derart hergestellt oder überarbeitet, dass das radiale Spaltmaß des radialen Spalts im kalten d.h. betriebslosen Zustand der Strömungsmaschine zunächst uneinheitlich ist. Erst während des Betriebs der Strömungsmaschine stellt sich infolge der betriebsbedingten Verformung der Laufschaufeln dann ein radialer Spalt mit einem weniger uneinheitlichen, im Wesentlichen konstantem radialen Spaltmaß ein. Dank der Berücksichtigung dieser Tatsache lassen sich sehr geringe radiale Spaltmaße und ein entsprechend hoher Wirkungsgrad der Strömungsmaschine realisieren, ohne dass die eingangs genannten Probleme in relevantem Umfang auftreten.
  • Zudem ist die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens mit geringen Kosten verbunden und birgt ein nur geringes Schadenrisiko, da ein Anstoßen der Schaufelspitzen an die Umfangswandung während des Betriebs der Strömungsmaschine weitgehend vermieden werden kann. Überdies ist das vorgeschlagene Verfahren für alle Strömungsmaschinen anwendbar. Insbesondere lässt sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren auch der Wirkungsgrad bereits vorhandener Strömungsmaschinen nachträglich erhöhen.
  • Bevorzugt nimmt das radiale Spaltmaß im kalten Zustand der Strömungsmaschine von der Vorderkante zu der Hinterkante der Schaufelspitze kontinuierlich zu oder ab. Dadurch kann dem in der Praxis häufigen Fall begegnet werden, dass die betriebsbedingte radiale Ausdehnung des Schaufelblatts einer Laufschaufel von der Vorderkante zu der Hinterkante kontinuierlich ab- oder zunimmt.
  • Vorteilhaft ist das radiale Spaltmaß im kalten Zustand der Strömungsmaschine im Bereich der Vorderkante des Schaufelblattes der zumindest einen Laufschaufel geringer als im Bereich der Hinterkante des Schaufelblattes der zumindest einen Laufschaufel.
  • Zusätzlich kann die Schaufelspitze der zumindest einen Laufschaufel mit einer abreibenden oder einer abreibbaren Beschichtung versehen werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine solche Beschichtung kostengünstig sehr dünn aufgebracht werden, wodurch während des Betriebs der Strömungsmaschine entsprechend wenig Abrieb anfällt. Durch eine abreibende oder einer abreibbare Beschichtung können das radiale Spaltmaß des radialen Spalts im heißen Zustand der Strömungsmaschine weiter verringert und die Konstanz des radialen Spaltmaßes des radialen Spalts im heißen Zustand der Strömungsmaschine weiter verbessert werden, was mit einer entsprechenden Erhöhung des Wirkungsgrads der Strömungsmaschine einhergeht.
  • Die für das Verfahren genannten vorteilhaften Ausgestaltungen gelten ebenso für die Strömungsmaschine sowie deren Betriebsweise.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen oder Reparieren einer Strömungsmaschine unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist:
    • 1 eine teilweise Perspektivansicht einer Anordnung von Laufschaufeln in einem Strömungskanal einer Strömungsmaschine;
    • 2 eine Seitenansicht einer in einem Strömungskanal einer Strömungsmaschine angeordneten Laufschaufel gemäß dem Stand der Technik im kalten Zustand der Strömungsmaschine;
    • 3 eine Seitenansicht des in 2 mit dem Bezugszeichen III versehenen Details der Laufschaufel im heißen Zustand der Strömungsmaschine; und
    • 4 eine der 3 entsprechende Detailansicht einer in einem Strömungskanal einer Strömungsmaschine angeordneten Laufschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im heißen Zustand der Strömungsmaschine.
  • 1 zeigt zueinander korrespondierende Abschnitte eines Stators 1 und eines Rotors 2 einer Gasturbine. Der Stator 1 und der Rotor 2 definieren zwischen sich einen ringförmigen Strömungskanal 3. Der Stator 1 umfasst eine ringförmige Umfangswandung 4, die den Strömungskanal 3 an seiner radialen Außenseite begrenzt. Der Rotor 2 weist zumindest einen Laufschaufelkranz 5 mit einer Mehrzahl von Laufschaufeln 6 auf. Die Laufschaufeln 6 sind in einer Umfangsrichtung U nebeneinander angeordnet. Der Rotor 2 ist in dem Stator 1 um eine Drehachse drehbar gelagert.
  • Der in der 1 dargestellte Abschnitt des Strömungskanals 3 ist in einem abgerollten, ebenen Zustand dargestellt. Er zeigt drei Laufschaufeln 6, die jeweils eine Schaufelplattform 7 aufweisen. Die Schaufelplattformen 7 aller Laufschaufeln 6 eines Laufschaufelkranzes 5 begrenzen den Strömungskanal 3 an seiner radial inneren Seite. Weiterhin umfasst jede Laufschaufel 6 ein Schaufelblatt 8, das von der Schaufelplattform 7 radial auswärts vorsteht. Das Schaufelblatt 8 definiert eine anströmseitige Vorderkante 9, eine abströmseitige Hinterkante 10 und eine Schaufelspitze 11, die zu der Umfangswandung 4 des Stators 1 weist. Zwischen der Schaufelspitze 11 und der Umfangswandung 4 ist zwischen der Vorderkante 9 und der Hinterkante 10 jeder Laufschaufel ein radialer Spalt 12 definiert.
  • Während des Betriebs der Gasturbine durchströmt ein Heißgas den Strömungskanal 3 in einer Strömungsrichtung S. Zusätzlich zu den sich nahe der Schaufelplattform 7 einstellenden sogenannten Hufeisenwirbeln 13 bildet Heißgas, das von einer Druckseite des Schaufelblattes 8 durch den radialen Spalt 12 strömt, an einer Saugseite des Schaufelblattes 8 im Bereich der Schaufelspitze 11 einen sogenannten Schaufelspitzenleckagewirbel 14. Der Schaufelspitzenleckagewirbel 14 stört die Strömung des Heißgases entlang der Saugseite des Schaufelblattes 8 und verringert so die in Umfangsrichtung U wirkende Saugkraft auf das Schaufelblatt 8. Zudem verringert dieses Heißgas den Druck auf einer Druckseite des Schaufelblattes 8.
  • Die 2 und 3 zeigen eine gemäß dem Stand der Technik hergestellte oder überarbeitete Laufschaufel 6, die in einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik zur Herstellung oder zur Reparatur einer Strömungsmaschine verwendet wird. Die Laufschaufel 6 ist zur Verwendung in einem sich in der Strömungsrichtung S des Arbeitsfluids linear aufweitenden Abschnitt der Umfangswandung 4 vorgesehen. Entsprechend besitzt die Umfangswandung 4 in diesem Abschnitt die Form eines Kegelstumpfes. Die Laufschaufel 6 wird derart hergestellt oder überarbeitet, dass der radiale Spalt 12 zwischen der Schaufelspitze 11 und der Umfangswandung 4 zwischen der Vorderkante 9 und der Hinterkante 10 im kalten Zustand der Strömungsmaschine ein im Wesentlichen konstantes radiales Spaltmaß besitzt. Das bedeutet, dass das an der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 gemessene radiale Spaltmaß a1 im Wesentlichen gleich dem an der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 gemessenen radialen Spaltmaß b1 ist. Entsprechend weist das Schaufelblatt 8 der Laufschaufel 6 an seiner Hinterkante 10 eine größere radiale Länge auf als an seiner Vorderkante 9 unter Ausbildung einer sich von der Vorderkante 9 zur Hinterkante 10 geradlinig erstreckenden Schaufelspitze.
  • Während des Betriebs der Strömungsmaschine verformt sich das Schaufelblatt 8 aufgrund der auf das Schaufelblatt 8 wirkenden Umfangskräfte sowie Zentrifugalkräfte und unter dem Einfluss der hohen Temperatur des das Schaufelblatt 8 umströmenden Heißgases. Diese Verformung geht gewöhnlich auch mit einer radialen Längenausdehnung des Schaufelblattes 8 einher, die unmittelbar das radiale Spaltmaß des radialen Spalts 12 zwischen den Schaufelspitzen 11 und der Umfangswandung 4 beeinflusst.
  • Die Verformung des Schaufelblattes 8 zwischen der Vorderkante 9 und der Hinterkante 10 ist aufgrund einer komplexen Profilform des Schaufelblattes 8 einerseits und einer sich zwischen der Vorderkante 9 und der Hinterkante 10 ändernden radialen Länge andererseits uneinheitlich. Konkret ist im heißen Zustand der Strömungsmaschine die Ausdehnung des Schaufelblattes 8 an seiner Hinterkante 10 größer als an seiner Vorderkante 9.
  • Entsprechend stellt sich während des Betriebs der Strömungsmaschine zwischen der Schaufelspitze 11 und dem Schaufelblatt 8 ein radialer Spalt 12 ein, der sich ausgehend von der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 zu der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 gleichmäßig verjüngt. Mit anderen Worten bildet der radiale Spalt 12 zwischen der Vorderkante 9 und der Hinterkante 10 im Wesentlichen eine Keilform aus. Das bedeutet, dass das an der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 gemessene radiale Spaltmaß a2 im heißen Zustand der Strömungsmaschine größer ist als das an der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 gemessene radiale Spaltmaß b2 . Infolgedessen kann in dem für den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine besonders wichtigen vorderen Bereich des Schaufelblattes 8 relativ viel Arbeitsfluid durch den radialen Spalt 12 strömen, ohne einen Beitrag zu dem auf den Rotor 2 in der Umfangsrichtung U wirkenden Drehmoment zu leisten.
  • Die 4 zeigt eine Laufschaufel 6, die in einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt oder überarbeitet wurde. Im kalten Zustand der Strömungsmaschine weitet sich der radiale Spalt 12 zwischen der Schaufelspitze 11 und der Umfangswandung 4 von der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 zu der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 auf. Das bedeutet, dass ein an der Hinterkante 10 gemessenes radiales Spaltmaß b1 größer ist als ein an der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 gemessenes radiales Spaltmaß a1. Aufgrund der Längenausdehnung stellt sich im heißen Zustand der Strömungsmaschine zwischen der Schaufelspitze 11 und der Umfangswandung 4 ein radialer Spalt 12 ein, der zwischen der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 und der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 ein im Wesentlichen konstantes radiales Spaltmaß aufweist. Das bedeutet, dass ein an der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 gemessenes radiales Spaltmaß b2 im Wesentlichen gleich einem an der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 gemessenen Spaltmaß a2 ist.
  • Das Schaufelblatt 8 der Laufschaufel 6 ist im Bereich der Schaufelspitze 11 zusätzlich mit einer abreibbaren Beschichtung 15 versehen. Die abreibbare Beschichtung 15 kann das radiale Spaltmaß zwischen der Schaufelspitze 11 und der Umfangswandung 4 im heißen Zustand der Strömungsmaschine weiter verringern und den Wirkungsgrad der Strömungsmaschine günstig beeinflussen. Dabei kann die in radialer Richtung gemessene Dicke der abreibbaren Beschichtung 15 geringer gewählt werden als bei Laufschaufeln, die nicht nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt oder überarbeitet werden. Entsprechend ist auch der während des Betriebs der Strömungsmaschine anfallende Abrieb geringer.
  • Die 2 bis 4 stellen selbstverständlich vereinfachend idealisierte Verläufe des radialen Spalts 12 zwischen der Vorderkante 9 und der Hinterkante 10 dar. Abweichend von der dargestellten Einbausituation einer Laufschaufel 6 weiten sich Strömungskanäle 3 in der Strömungsrichtung S des Heißgases häufig nicht linear auf, sondern weisen zumindest abschnittsweise eine Krümmung derart auf, dass die Aufweitung zu- oder abnimmt. Umgekehrt nimmt auch die radiale Längenausdehnung der Schaufelblätter 8 von der Vorderkante 9 zu der Hinterkante 10 zumeist nicht linear zu, sondern kann beispielsweise bedingt durch die komplexe Profilform abschnittsweise sehr unterschiedliche Ausdehnungsraten aufweisen. Entsprechend kann der Verlauf des radialen Spalts 12 von der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 zu der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 im kalten Zustand ggf. einen komplizierten Verlauf aufweisen. Die optimale Kontur und Verlauf der Schaufelspitze zwischen der Vorderkante 9 und der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 kann aber für jede Einbausituation und jedes Schaufelblatt mittels entsprechender Simulationsrechnungen individuell berechnet werden. Dies gilt insbesondere, wenn die betreffende Strömungsmaschine mit einer konstanten Drehzahl und/oder bei im Wesentlichen konstanter Betriebstemperatur wird, wie es beispielsweise bei stationären Strömungsmaschinen, insbesondere solche, die zur Stromerzeugung eingesetzt werden, der Fall ist. Dann lassen sich die Simulationsrechnungen besonders präzise durchführen. Alternativ wäre es auch möglich, empirisch die Schaufelspitzenkontur eines bereits abgeriebenen Schaufelblattes 8 im kalten Zustand für die Herstellung oder Überarbeitung einer Laufschaufel 6 heranzuziehen. Entsprechende Untersuchungen zeigen, dass die betriebsbedingte Längenausdehnung eines Schaufelblattes 8 von der Vorderkante 9 bis zu der Hinterkante 10 um bis zu einigen mm variieren kann.
  • Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt folgt daraus, dass gängige Strömungsmaschinen mehrere Turbinenstufen umfassen können, die in der axialen Richtung hintereinander angeordnet sind und jeweils einen Laufschaufelkranz 5 umfassen. In einem sich in der Strömungsrichtung S aufweitenden Strömungskanal 3 sind deshalb in hinteren Turbinenstufen Laufschaufeln 6 mit Schaufelblättern 8 größerer radialer Länge erforderlich, um die gesamte radiale Breite des Strömungskanals 3 zu überbrücken. Da die betriebsbedingte Längenausdehnung eines Schaufelblattes 8 aber im Allgemeinen mit größerer radialer Länge zunimmt, sind auch die betriebsbedingten Veränderungen der radialen Spaltmaße der radialen Spalte 12 in hinteren Laufschaufelkränzen 5 größer als in vorderen. Entsprechend kann die Schaufelspitzenkontur hinterer Laufschaufeln 6 im kalten Zustand eine größere Uneinheitlichkeit aufweisen als die Schaufelspitzenkontur vorderer Laufschaufeln 6.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass das radiale Spaltmaß des radialen Spalts 12 zwischen der Schaufelspitze 11 und der Umfangswandung 4 zwischen der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 und der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 im heißen Zustand der Strömungsmaschine einen günstigen Verlauf aufweist. Mit anderen Worten wird bereits bei der Herstellung oder Überarbeitung der Laufschaufel 6 das spätere Verformungs-, insbesondere radiale Ausdehnungsverhalten des Schaufelblattes 8 derart antizipiert, dass das radiale Spaltmaß des radialen Spalts 12 zwischen der Vorderkante 9 des Schaufelblattes 8 und der Hinterkante 10 des Schaufelblattes 8 einen uneinheitlichen Verlauf besitzt. Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der radiale Spalt 12 zwischen den Schaufelspitzen 11 der Laufschaufeln 6 und der Umfangswandung 4 derart optimiert werden, dass die Menge des durch den radialen Spalt 12 tretende Heißgases und damit auch die Bildung von Schaufelspitzenleckagewirbeln 14 verringert wird, was mit einer Steigerung des Wirkungsgrades der Strömungsmaschine einhergeht.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung oder Reparatur einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, die einen Stator (1) und einen in dem Stator (1) um eine sich in axialer Richtung erstreckende Drehachse drehbar gelagerten Rotor (2) umfasst, die zwischen sich einen ringförmigen Strömungskanal (3) definieren, wobei der Rotor (2) zumindest einen Laufschaufelkranz (5) mit einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung (U) nebeneinander angeordneten Laufschaufeln (6) aufweist, die jeweils eine Schaufelplattform (7) und ein von der Schaufelplattform (7) radial auswärts vorstehendes Schaufelblatt (8) mit einer anströmseitigen Vorderkante (9), einer abströmseitigen Hinterkante (10) und einer zu einer ringförmigen Umfangswandung (4) des Stators (1) weisenden Schaufelspitze (11) umfassen, wobei zwischen jeder Schaufelspitze (11) und der Umfangswandung (4) ein radialer Spalt (12) definiert ist, welcher sich in der axialen Richtung von der Vorderkante (9) bis zu der Hinterkante (10) der jeweiligen Laufschaufel (6) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (11) zumindest einer Laufschaufel (6) derart hergestellt oder überarbeitet wird, dass zwischen der Vorderkante (9) und der Hinterkante (10) das radiale Spaltmaß des entsprechenden Spalts (12) im kalten, betriebslosen Zustand der Strömungsmaschine uneinheitlich, so dass im heißen oder im betriebenen Zustand der Strömungsmaschine weniger uneinheitlich, insbesondere im Wesentlichen konstant ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Spaltmaß im kalten Zustand der Strömungsmaschine von der Vorderkante (9) zur der Hinterkante (10) der jeweiligen Laufschaufel betrachtet kontinuierlich zunimmt oder abnimmt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das radiale Spaltmaß im kalten, betriebslosen Zustand der Strömungsmaschine im Bereich der Vorderkante (9) des Schaufelblattes (8) der zumindest einen Laufschaufel (6) geringer ist als im Bereich der Hinterkante (10) des Schaufelblattes (8) der zumindest einen Laufschaufel (6).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (11) der zumindest einen Laufschaufel (6) mit einer abreibenden oder einer abreibbaren Beschichtung (15) versehen wird.
  5. Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, die einen Stator (1) und einen in dem Stator (1) um eine sich in axialer Richtung erstreckende Drehachse drehbar gelagerten Rotor (2) umfasst, die zwischen sich einen ringförmigen Strömungskanal (3) definieren, wobei der Rotor (2) zumindest einen Laufschaufelkranz (5) mit einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung (U) nebeneinander angeordneten Laufschaufeln (6) aufweist, die jeweils eine Schaufelplattform (7) und ein von der Schaufelplattform (7) radial auswärts vorstehendes Schaufelblatt (8) mit einer anströmseitigen Vorderkante (9), einer abströmseitigen Hinterkante (10) und einer zu einer ringförmigen Umfangswandung (4) des Stators (1) weisenden Schaufelspitze (11) umfassen, wobei zwischen jeder Schaufelspitze (11) und der Umfangswandung (4) ein radialer Spalt (12) definiert ist, welcher sich in der axialen Richtung der Strömungsmaschine sich von der Vorderkante (9) bis der Hinterkante (10) der jeweiligen Laufschaufel erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelspitze (11) zumindest einer Laufschaufel (6) dergestalt ist, dass zwischen der Vorderkante (9) und der Hinterkante (10) das radiale Spaltmaß des entsprechenden Spalts (12) - im kalten, betriebslosen Zustand der Strömungsmaschine uneinheitlich und - im heißen oder im betriebenen Zustand der Strömungsmaschine weniger uneinheitlich, insbesondere im Wesentlichen konstant ist.
  6. Strömungsmaschine nach Anspruch 5, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, die einen Stator (1) und einen in dem Stator (1) um eine sich in axialer Richtung erstreckende Drehachse drehbar gelagerten Rotor (2) umfasst, die zwischen sich einen ringförmigen Strömungskanal (3) definieren, wobei der Rotor (2) zumindest einen Laufschaufelkranz (5) mit einer Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung (U) nebeneinander angeordneten Laufschaufeln (6) aufweist, die jeweils eine Schaufelplattform (7) und ein von der Schaufelplattform (7) radial auswärts vorstehendes Schaufelblatt (8) mit einer anströmseitigen Vorderkante (9), einer abströmseitigen Hinterkante (10) und einer zu einer ringförmigen Umfangswandung (4) des Stators (1) weisenden Schaufelspitze (11) umfassen, wobei zwischen jeder Schaufelspitze (11) und der Umfangswandung (4) ein radialer Spalt (12) definiert ist, welcher sich in der axialen Richtung der Strömungsmaschine sich von der Vorderkante (9) bis der Hinterkante (10) der jeweiligen Laufschaufel erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass während des betriebslosen, kalten Zustands der Strömungsmaschine das radiale Spaltmaß des entsprechenden Spalts (12) uneinheitlich und im heißen Zustand bzw. während des Betriebs der Strömungsmaschine das radiale Spaltmaß des entsprechenden Spalts (12) weniger uneinheitlich, insbesondere im Wesentlichen konstant ist.
  8. Verfahren zum Betreiben einer Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, deren Strömungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.
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