-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbomaschinenschaufel, eine Turbomaschinenschaufelanordnung und eine Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk, mit der Turbomaschinenschaufel(anordnung) sowie ein Montage- und ein Betriebsverfahren der Turbomaschinenschaufel.
-
Nach betriebsinterner Praxis ist es bekannt, in Gasturbinen-Laufschaufeln Hohlräume vorzusehen, insbesondere, um Gewicht zu sparen und/oder Fliehkräfte zu reduzieren.
-
Insbesondere, um diese Hohlräume herzustellen, sind diese nach betriebsinterner Praxis über Kanäle von außen zugänglich, insbesondere, um Material verlorener Kerne abzuführen, die Hohlräume auszubilden und/oder zu bearbeiten oder dergleichen.
-
Diese Hohlräume dienen häufig nicht der Kühlung und sollen daher im Betrieb nicht bzw. so wenig wie möglich durch Arbeitsgas der Gasturbine durchströmt werden.
-
Daher werden die Öffnungen der Kanäle bislang nach betriebsinterner Praxis mit verlöteten oder -schweißten Deckeln verschlossen. Hierzu werden bislang nach betriebsinterner Praxis die Öffnungen in Vertiefungen angeordnet, die die Deckel aufnehmen.
-
Die Fertigung dieser Vertiefungen, die Bereitstellung dieser Deckel und/oder die Herstellung und/oder Prüfung ihrer stoffschlüssigen Verbindung erhöht den Aufwand. Zusätzlich oder alternativ können sich die Vertiefungen und/oder die stoffschlüssige Verbindung der Deckel nachteilig auswirken, beispielsweise Spannungsspitzen, insbesondere Kerbwirkungen, hervorrufen und/oder Kontaktflächen reduzieren.
-
Auf der anderen Seite ist es, beispielsweise aus der
EP 0 610 668 B1 , an sich bekannt, Schaufelfüße von Laufschaufeln in Rotorscheibennuten axial durch sogenannte Sicherungsbleche zu sichern.
-
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinen, zu verbessern, insbesondere den Betrieb und/oder die Herstellung und/oder Montage, insbesondere ihrer Schaufeln.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Turbomaschinenschaufel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 3 und 5-7 stellen eine Turbomaschinenschaufelanordnung bzw. Turbomaschine mit wenigstens einer hier beschriebenen Turbomaschinenschaufel bzw. Verfahren zur Montage bzw. zum Betreiben einer hier beschriebenen Turbomaschine(nschaufel(anordnung)) unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Turbomaschinenschaufel ein Schaufelblatt auf, das zur (Strömungs)Umlenkung eines Arbeitsfluids, insbesondere Arbeitsgases, vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Turbomaschinenschaufel einen Schaufelfuß auf, der zur, insbesondere form- und/oder reibschlüssigen, Befestigung in einer Nut vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird. Hierzu weisen in einer Ausführung Schaufelfuß und Nut einen oder mehrere ineinandergreifende Vorsprünge bzw. Hinterschneidungen auf, in einer Ausführung der Schaufelfuß und/oder die Nut ein Schwalbenschwanz- oder Tannenbaumprofil oder dergleichen. In einer Ausführung sind bzw. werden Schaufelblatt und -fuß integral miteinander hergestellt, in einer Ausführung urgeformt, oder, vorzugsweise stoffschlüssig, miteinander verbunden.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Turbomaschinenschaufel einen oder mehrere Hohlräume, insbesondere einen oder mehrere Hohlkerne auf.
-
Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft Gewicht und bei Laufschaufeln zudem Fliehkräfte reduziert werden.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind mit dem bzw. einem oder mehreren der Hohlräume (jeweils) ein oder mehrere Kanäle (strömungstechnisch) verbunden, der bzw. die (jeweils) eine oder mehrere Öffnung(en) an, insbesondere auf bzw. in, dem Schaufelfuß aufweist/aufweisen, in einer Ausführung mündet der Kanal (jeweils) in dem Hohlraum bzw. einem der Hohlräume und/oder endet bzw. beginnt in bzw. mit der bzw. den (jeweiligen) Öffnung(en). In einer Ausführung ist der bzw. einer oder mehrere der Hohlräume (jeweils) durch die Öffnung(en) des mit ihm verbundenen Kanals bzw. der mit ihm verbundenen Kanäle (wenigstens temporär, insbesondere in einem Fertigungszustand) von außen zugänglich.
-
Hierdurch kann in einer Ausführung der (jeweilige) Hohlraum besser hergestellt und/oder bearbeitet, insbesondere Material eines verlorenen Kerns abgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann hierdurch in einer Ausführung Fluid, insbesondere Luft, im Hohlraum bei Erwärmung aus diesem austreten und so eine (Über)Druckbelastung reduziert werden.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Turbomaschinenschaufelanordnung eine hier, insbesondere vorstehend und/oder nachfolgend, beschriebene Turbomaschinenschaufel und einen Schaufelträger mit einer bzw. der Nut auf, die den Schaufelfuß der Turbomaschinenschaufel ganz oder teilweise, in einer Ausführung form- und/oder reibschlüssig, aufnimmt bzw. in die der Schaufelfuß wenigstens teilweise eingeführt wird bzw. ist, bzw. ist/wird der Schaufelfuß und/oder die Nut hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. verwendet.
-
Der Schaufelträger ist in einer Ausführung eine Rotorscheibe, die Turbomaschinenschaufel entsprechend eine Laufschaufel.
-
Hierfür kann die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der Dynamik, insbesondere im Betrieb auftretenden Fliehkräfte, mit besonderem Vorteil verwendet werden, ohne dass sie hierauf beschränkt ist.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Turbomaschinenschaufelanordnung ein ein- oder mehrteiliges Sicherungsblech auf, das den Schaufelfuß, in einer Ausführung axial, in einer oder zwei entgegengesetzten (axialen) Richtung(en) und/oder form- und/oder reibschlüssig, in der Nut sichert bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird.
-
Hierdurch kann in einer Ausführung die Montage und/oder der Betrieb der Turbomaschine(nschaufel(anordnung)) verbessert werden.
-
Eine axiale Richtung ist in einer Ausführung parallel zu einer (Haupt)Maschinenachse bzw. Drehachse der Turbomaschine bzw. ihres Rotors, eine Umfangsrichtung entsprechend eine Rotationsrichtung um diese Achse, eine Radialrichtung senkrecht zu dieser Axial- und Umfangsrichtung.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verschließt dieses Sicherungsblech, insbesondere (wenigstens) im Betrieb der Turbomaschine(nschaufel(anordnung)), wenigstens temporär, die bzw. eine oder mehrere der Öffnung(en), dichtet diese in einer Ausführung (wenigstens temporär, insbesondere wenigstens im Betrieb) ab, insbesondere gegen Arbeitsfluid-, insbesondere -gas, der Turbomaschine(nschaufel(anordnung)), bzw. ist hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird hierzu verwendet.
-
Dem liegt die Idee zugrunde, ein - zum Sichern des Schaufelfußes ohnehin vorhandenes bzw. vorgesehenes - Sicherungsblech zusätzlich auch zum Verschließen, insbesondere Abdichten, der bzw. einer oder mehrerer der am Schaufelfuß angeordneten Öffnung(en) zu verwenden, so dass dieses vorteilhaft eine weitere bzw. Doppelfunktion übernimmt.
-
Hierdurch kann in einer Ausführung ein stoffschlüssig mit dem Schaufelfuß verbundener Deckel zum Verschließen der (jeweiligen) Öffnung(en) und insbesondere eine Vertiefung zu dessen Aufnahme entfallen.
-
Insbesondere dadurch kann in einer Ausführung der Fertigungs- und/oder Prüfaufwand reduziert werden. Zusätzlich oder alternativ können hierdurch in einer Ausführung Spannungsspitzen, insbesondere Kerbwirkungen, reduziert und/oder Kontaktflächen, insbesondere für Sicherungsblech und/oder Schaufelfuß, vergrößert werden.
-
Das Sicherungsblech ist in einer Ausführung nicht stoffschlüssig mit dem Schaufelfuß verbunden, es wird bzw. in einer Ausführung form- und/oder reibschlüssig an der Nut und/oder dem Schaufelfuß gehalten und/oder, insbesondere fliehkraftbedingt, wenigstens im Betrieb gegen den Schaufelfuß gepresst bzw. ist hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird hierzu verwendet.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein Rand der bzw. einer oder mehrerer der Öffnung(en jeweils) lokal unvertieft in einer äußeren Oberfläche des Schaufelfußes und vollständig in einer Tangentialebene (zu) dieser Oberfläche angeordnet, wobei diese Tangentialebene in einer Ausführung den Schaufelfuß nicht schneidet.
-
Hierdurch kann in einer Ausführung das vorstehend erläuterte Verschließen, insbesondere Abdichten, dieser Öffnung(en) bzw. die vorstehend erläuterte Doppelfunktion vorteilhaft realisiert werden.
-
In einer Ausführung ist der Hohlraum bzw. einer oder mehrere der Hohlräume (jeweils) ganz oder teilweise in dem Schaufelblatt angeordnet und/oder nicht zur durchströmenden Kühlung, in einer Ausführung nicht zu (irgend)einer Kühlung, vorgesehen, insbesondere eingerichtet, bzw. wird nicht zur (durchströmenden) Kühlung verwendet.
-
Die vorliegende Erfindung kann mit besonderem Vorteil zum Verschließen solcher Hohlräume, die nicht zur Kühlung durchströmt bzw. genutzt werden (sollen), verwendet werden bzw. vorgesehen, insbesondere eingerichtet sein. Entsprechend ist die Turbomaschinenschaufel in einer Ausführung eine ungekühlte Schaufel.
-
In einer Ausführung ist die bzw. eine oder mehrere der Öffnung(en jeweils) an einer schaufelblattabgewandten, insbesondere radial inneren, Unterseite des Schaufelfußes angeordnet, in einer Ausführung an einer Unterseite, die zu einer Längsachse der Schaufel senkrecht ist bzw. in Axialrichtung keine radialen Höhenunterschiede aufweist. In einer Ausführung weist somit die äußere Oberfläche des Schaufelfußes die schaufelblattabgewandte, insbesondere radial innere, Unterseite des Schaufelfußes auf, kann insbesondere diese sein.
-
Hier kann die vorliegende Erfindung mit besonderem Vorteil verwendet, insbesondere das Sicherungsblech vorteilhaft angeordnet bzw. genutzt, werden.
-
In einer Ausführung weist das Sicherungsblech einen Steg, der (wenigstens im Betrieb der Turbomaschine(nschaufel(anordnung))) wenigstens temporär, die bzw. eine oder mehrere der Öffnung(en) verschließt, insbesondere abdichtet, bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet ist bzw. verwendet wird, und einen oder mehrere dagegen abgewinkelte, in einer Ausführung umgebogene, Schenkel auf, die den Schaufelfuß in der Nut, in einer Ausführung axial, in einer oder zwei entgegengesetzten Richtung(en) und/oder form- und/oder reibschlüssig, sichern bzw. hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet sind bzw. verwendet werden.
-
Hierdurch kann in einer Ausführung die vorstehend erläuterte Doppelfunktion besonders vorteilhaft realisiert werden.
-
Die Turbomaschine ist in einer Ausführung eine Gasturbine, in einer Ausführung für ein bzw. eines Flugtriebwerk(s), die Turbomaschinenschaufel in einer Ausführung eine Turbomaschinenschaufel, insbesondere Laufschaufel, einer Verdichter- oder Turbinenstufe der Gasturbine.
-
Hierfür kann die vorliegende Erfindung, insbesondere aufgrund der thermischen Belastungen und/oder Gewichts- und/oder Sicherheitsanforderungen, mit besonderem Vorteil verwendet werden.
-
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung des Sicherungsblechs sowohl zum Sichern des Schaufelfußes in der Nut als auch zum wenigstens temporären Verschließen der Öffnung(en) unter Schutz gestellt.
-
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
- 1 einen Teil einer Turbomaschinenschaufelanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Axialschnitt;
- 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1; und
- 3 ein Verfahren zur Montage einer Turbomaschinenschaufel der Turbomaschinenschaufelanordnung und zum Betreiben der Turbomaschinenschaufel(anordnung).
-
1 zeigt einen Teil einer Turbomaschinenschaufelanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Axial- bzw. Meridianschnitt, 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1.
-
Die Turbomaschinenschaufelanordnung weist eine Rotorscheibe 20 mit einer Nut 21 auf.
-
In diese ist bzw. wird ein Schaufelfuß 11 einer Laufschaufel 10 eingeführt (3: Schritt S10), die ein Schaufelblatt 12 zur Strömungsumlenkung aufweist, in dem ein Hohlraum bzw. -kern 13 angeordnet ist.
-
Mit dem Hohlraum 13 verbundene Kanäle 14 weisen jeweils eine Öffnung 15 an dem Schaufelfuß auf, deren Rand 16 unvertieft in der schaufelblattabgewandten Unterseite 17 des Schaufelfußes und vollständig in einer Tangentialebene T (zu) dieser Oberfläche angeordnet ist.
-
Ein Sicherungsblech, welches vorab, parallel oder anschließend ebenfalls in die Nut 21 eingeführt ist, weist zwei durch einen Steg 31 verbundene Schenkel 32 auf, von denen wenigstens einer nach Einführen von Schaufelfuß und Sicherungsblech umgebogen wird und so den Schaufelfuß 11 formschlüssig axial in der Nut 21 sichert (3: Schritt S20).
-
Nachdem die Turbomaschinenschaufel 10 solcherart montiert (worden) ist (3: S10, S20), wird sie betrieben (3: Schritt S30).
-
Dabei wird das Sicherungsblech, insbesondere sein Steg 31, fliehkraftbedingt gegen die Unterseite 17 des Schaufelfußes 11 gepresst und verschließt jedenfalls dann wenigstens temporär die Öffnungen 15 und dichtet diese dadurch ab, ohne dass hierzu ein Deckel stoffschlüssig mit dem Schaufelfuß verbunden werden bzw. sein muss.
-
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Laufschaufel
- 11
- Schaufelfuß
- 12
- Schaufelblatt
- 13
- Hohlraum/-kern
- 14
- Kanal
- 15
- Öffnung
- 16
- Rand
- 17
- Fußunterseite
- 20
- Rotorscheibe
- 21
- Nut
- 31
- Sicherungsblechsteg
- 32
- Sicherungsblechschenkel
- T
- Tangentialebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
