DE102022200369A1

DE102022200369A1 - Leichte Schaufelspitze und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102022200369A1
Application number: DE102022200369.1A
Authority: DE
Inventors: Raphael Oberlin; Ulrich Stanka
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2022-01-14
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2023-07-20
Also published as: WO2023134983A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine leichte Schaufelspitze (9) einer Turbinenschaufel (1) mit einem Schaufelblatt (7) und Herstellungsverfahren, wobei sich das Schaufelblatt (7) entlang einer Längsachse (50) erstreckt, wobei schräg zur Längsachse (50) sich ein im Querschnitt V-förmiges Element (42, 43) mit einem längeren V-Schenkel (42) von einer Anströmkante (101) bis zu einer Abströmkante (102) erstreckt, und sich der kürzere V-Schenkel (43) nicht ausgehend von der Anströmkante (101) erstreckt, sondern hinter der Anströmkante (101) gelegen bis zu der Abströmkante (102) erstreckt, insbesondere sich nicht über die Hälfte der Strecke von Anströmkante (101) bis zu der Abströmkante (102) erstreckt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufelspitze einer Turbinenschaufel, die aufgrund ihres Designs leichter ausgebildet ist, sowie ein Herstellungsverfahren.
Turbinenschaufeln in Turbinen wie Dampfturbinen oder Gasturbinen sind hohen mechanischen Zentrifugalkräften ausgeliefert.
Jede Gewichtseinsparung führt daher zu enormen Vorteilen. Dies ist insbesondere bei Deckbändern oder Deckplatten von Turbinenschaufeln der Fall. Insbesondere Deckbänder weisen ein hohes Gewicht am distalen Ende einer Turbinenschaufel auf.
Eine Möglichkeit ist es, leichtere Materialien zu verwenden, was jedoch zu höheren Kosten führt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Lösung für obiges Problem aufzuzeigen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaufelspitze gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
Es zeigen

die 1, 2 ein Deckband nach dem Stand der Technik
sowie 3, 4, 5 ein Deckband gemäß der Erfindung.

Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
1 zeigt ein Deckband 2' nach dem Stand der Technik, das sich an ein Schaufelblatt 7' anschließt und ein distales Ende einer Turbinenschaufel 1' darstellt.
Die Turbinenschaufel 1' weist eine Längsachse 50 auf. Die Längsachse 50 verläuft senkrecht zu einer äußeren Oberfläche 6 des Deckbands 2' oder stellt eine radiale Richtung dar, wenn die die Turbinenschaufel 1' in einem Rotor eingebaut ist.
Am Ende des Schaufelblatts 7' ist die Schaufelspitze 9` ausgebildet, die, wie auch in 2 dargestellt, keilförmig und massiv ausgebildet ist und sich zumindest über die gesamte Breite des Schaufelblatts 7' erstreckt, also von einer Anströmkante 101 bis zu einer Abströmkante 102 des Schaufelblatts 7'.
Eine Innenfläche 4 des Deckbands 2' verläuft unter einem spitzen Winkel zur Längsachse 50 von der Anströmkante 101 aus gesehen.
Die Innenfläche 4 stellt eine Begrenzung zum Strömungspfad wie insbesondere zum Dampfpfad dar.
Die äußere Oberfläche 6 des Deckbands 2' weist Dichtungsfinnen 8 auf.
In 3 ist die Erfindung näher dargestellt.
Das Schaufelblatt 7 einer Turbinenschaufel 1 erstreckt sich ähnlich wie das Schaufelblatt 7' gemäß 1 und weist ebenfalls eine Längsachse 50 auf, sowie eine Anströmkante 101 und eine Abströmkante 102.
Die Schaufelspitze 9 weist nun aber eine V-Form auf, wobei eine Innenfläche 33 unter einem spitzen Winkel zur Längsachse 50 verläuft, insbesondere unter demselben Winkel wie die Innenfläche 4 des Deckbands 2' zur Längsachse 50 nach dem Stand der Technik (1, 2).
Die V-Form weist zwei V-Schenkel 42, 43 auf, wobei insbesondere ein unterer V-Schenkel 42 länger ausgebildet ist als der andere, obere V-Schenkel 43.
Der längere, untere V-Schenkel 42 erstreckt sich zumindest über die gesamte Breite des Schaufelblatts 7.
Der längere V-Schenkel 42 weist eine Stirnseite 12 im Bereich der Anströmkante 101 auf.
Die Ebene, in der die Stirnseite 12 liegt, hat vorzugsweise denselben Abstand zur Anströmkante 101 oder zu einer Abströmkante 102 wie eine vordere Stirnseite des Deckbands 2' nach dem Stand der Technik (1, 2) zur Anströmkante 101 oder zu einer Abströmkante 102.
Die Oberseite 40 des unteren V-Schenkels 42 verläuft vorzugsweise parallel zur Innenfläche 33.
Durch die V-Form bildet sich eine Hinterschneidung 10 aus.
Die Längsachse 50 verläuft senkrecht zur äußeren Oberfläche 15 des erfindungsgemäß ausgestalteten Deckbands 2 bzw. auf dem oberen V-Schenkel 43.
Auf der äußeren bzw. äußersten Oberfläche 15 des Deckbands 2 sind wiederum Dichtungsfinnen 13 vorhanden.
Die Dichtungsfinnen 8 sind aber im Querschnitt keil- oder dreieckförmig ausgebildet.
Die Dichtungsfinnen 13 sind zumindest am Ende spitz ausgebildet und im Querschnitt vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet. Dies ist auch in 3 näher dargestellt.
Die Dichtungsfinnen 13 sind insbesondere aus einem Rohteil rausgearbeitet werden, insbesondere durch Drehbearbeitung, sind also einteilig mit dem Deckband ausgebildet, können aber auch als dünne Bleche oder Auftragsschweißungen aufgebracht werden, sind also separat auf- oder angebracht worden.
Die Turbinenschaufel 1, insbesondere für eine Dampfturbine, wird gegossen oder geschmiedet und/oder aus einem Block rausgearbeitet.
Eine Stirnseite 11 des oberen V-Schenkels 43 erstreckt sich hier nicht über die gesamte Breite des Schaufelblatts 7 und liegt vorzugsweise etwa mittig zwischen Anströmkante 101 und Abströmkante 102 (3.), kann sich aber auch über die gesamte Breite der Turbinenschaufel 111 erstrecken, also bis zur Ebene der Stirnseite 12 (5).
Auch in der Ausführungsform gemäß 5 ist der untere V-Schenkel 42 länger ausgebildet als der obere V-Schenkel 43, auch wenn sie sich beide bis zur Ebene der Stirnseite 12 erstrecken. Die ist bedingt durch die etwas asymmetrische Anordnung der V-Schenkel 42, 43.
Auch kann eine Schaufel aus dem Stand der Technik (1, 2) durch Materialbearbeitung gemäß der Erfindung ausgestaltet werden.
Ebenso ist es möglich, das Deckband 2' gemäß 1, 2 zu entfernen und als neues Deckband 2 (3, 4, 5) aufzubauen, insbesondere durch additive Verfahren.

Claims

Turbinenschaufel (1) mit einem Schaufelblatt (7), wobei sich das Schaufelblatt (7) entlang einer Längsachse (50) erstreckt, und einer Schaufelspitze (9), wobei sich an der Schaufelspitze (9) quer zur Längsachse (50) ein im Querschnitt V-förmiges Element (42, 43) mit einem unterem V-Schenkel (42) von einer Anströmkante (101) bis zu einer Abströmkante (102) erstreckt, und einem oberen V-Schenkel (43) mit einer äußeren Oberfläche (15), wobei auf der äußeren Oberfläche (15) die Längsachse in einem Winkel von 80° bis 100°, insbesondere zu 90°, steht.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, bei der sich der obere V-Schenkel (43) nicht ausgehend von einer Anströmkante (101) erstreckt, sondern hinter der Anströmkante (101) gelegen bis zu einer Abströmkante (102) erstreckt, insbesondere sich nicht über die Hälfte der Strecke von Anströmkante (101) bis zu der Abströmkante (102) erstreckt.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, bei der sich der obere V-Schenkel (43) sich bis zur Anströmkante (101) erstreckt.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem auf einer Oberfläche (15) der Schaufelspitze (9), insbesondere des oberen V-Schenkels (43) Dichtungsfinnen (13) vorhanden sind.
Turbinenschaufel nach Anspruch 4, bei dem nur das Ende der Dichtungsfinnen (13) spitz oder keilförmig ausgebildet ist.
Turbinenschaufel nach Anspruch 4 oder 5, bei dem Dichtungsfinnen (13) separat aufgebracht wurden.
Turbinenschaufel nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Dichtungsfinnen (13) einteilig mit dem Deckblatt ausgebildet sind.
Turbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei der der untere V-Schenkel (42) unter einem spitzen Winkel zur Längsachse (50) verläuft.
Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel (1) mit einer Schaufelspitze (9) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem durch Materialabtrag eines keilförmigen Deckbands (2') eine Schaufelspitze (9) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 hergestellt wird.