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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Turbinensysteme und insbesondere auf eine Turbinendüsenanordnung für eine Turbine, einschließlich einer Spannungsentlastungsstruktur für eine Befestigungsschiene der Turbinendüsenanordnung.
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HINTERGRUND
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Turbinensysteme schließen Stufen von rotierenden Schaufeln und stationären Düsen ein, wobei letztere ein Arbeitsfluid in Richtung der rotierenden Schaufeln leiten, um diese in Drehung zu versetzen. Eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Turbinendüsenanordnungen bilden zusammen einen Düsenabschnitt oder eine Stufe des Turbinensystems. Jede Turbinendüsenanordnung schließt eine oder mehrere Befestigungsschienen ein, die mit einer radial äußeren Stirnwand gekoppelt sind. Die radial äußere Stirnwand ist mit einer radial inneren Stirnwand durch ein Schaufelblatt gekoppelt. Die Befestigungsschiene(n) ist/sind mit einem stationären Gehäuse der Turbine gekoppelt. Die Befestigungsschiene(n) können hohen Spannungen ausgesetzt sein. 1 zeigt eine Seitenansicht einer herkömmlichen Spannungsentlastungsstruktur 10 in einer Befestigungsschiene 12. Die Spannungsentlastungsstruktur 10 weist eine symmetrische Anordnung auf. Die symmetrische Anordnung führt nicht zu einer Entlastung an den Stellen, an denen die Spannungen in der Befestigungsschiene 12 am größten sind.
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KURZBESCHREIBUNG
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Alle nachstehend genannten Gesichtspunkte, Beispiele und Merkmale können in jeder technisch möglichen Weise kombiniert werden.
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Ein Gesichtspunkt der Offenbarung stellt eine Turbinendüsenanordnung bereit, die mindestens ein Schaufelblatt umfasst; eine innere Stirnwand, die mit einem radialen inneren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist; eine äußere Stirnwand, die mit einem radialen äußeren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist; eine Befestigungsschiene, die mit der äußeren Stirnwand gekoppelt ist, wobei sich die Befestigungsschiene zumindest teilweise radial nach außen von der äußeren Stirnwand und zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand erstreckt, wobei die Befestigungsschiene eine radiale Außenoberfläche und eine Schienendicke aufweist; und eine in der Befestigungsschiene definierte Spannungsentlastungsstruktur, wobei die Spannungsentlastungsstruktur einschließt: eine Endöffnung, die in der radialen Außenoberfläche der Befestigungsschiene definiert ist; einen Schlitz, der durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit der Endöffnung gekoppelt ist; und eine längliche Öffnung, die durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit einem radialen inneren Ende des Schlitzes gekoppelt ist, wobei die längliche Öffnung asymmetrisch in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz angeordnet ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und das mindestens eine Schaufelblatt schließt ein erstes Schaufelblatt auf einer ersten Umfangsseite des Schlitzes und ein zweites Schaufelblatt ein, das in Umfangsrichtung von dem ersten Schaufelblatt an einer zweiten Umfangsseite des Schlitzes beabstandet ist, wobei die Spannungsentlastungsstruktur in Umfangsrichtung näher an dem zweiten Schaufelblatt als an dem ersten Schaufelblatt liegt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die längliche Öffnung schließt eine erste Umfangserstreckung an der ersten Umfangsseite des Schlitzes ein, die kleiner ist als eine zweite Umfangserstreckung an der zweiten Umfangsseite des Schlitzes.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die längliche Öffnung schließt ein: eine erste planare Oberfläche, die sich in Umfangsrichtung zu der ersten Umfangsseite des Schlitzes erstreckt; eine zweite planare Oberfläche, die sich in Umfangsrichtung zu der zweiten Umfangsseite des Schlitzes erstreckt; und eine abgerundete Oberfläche, welche die erste planare Oberfläche und die zweite planare Oberfläche verbindet.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die abgerundete Oberfläche schließt eine Vielzahl von verbundenen bogenförmigen Oberflächen ein, wobei jede bogenförmige Oberfläche einen unterschiedlichen Krümmungsradius aufweist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und eine erste bogenförmige Oberfläche der abgerundeten Oberfläche angrenzend an die erste planare Oberfläche weist einen ersten Krümmungsradius auf, der kleiner ist als ein zweiter Krümmungsradius einer zweiten bogenförmigen Oberfläche der abgerundeten Oberfläche angrenzend an die zweite planare Oberfläche.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein und umfasst ferner: einen Dichtungsschlitz, der zwischen einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche der Befestigungsschiene angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung über den Schlitz und die längliche Öffnung erstreckt; und eine planare Dichtung, die in dem Dichtungsschlitz positioniert ist, wobei die planare Dichtung eine Kante aufweist, die so geformt ist, dass sie zu einer abgerundeten Oberfläche der länglichen Öffnung passt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Befestigungsschiene ist mit der äußeren Stirnwand angrenzend an eine axial hintere Kante der äußeren Stirnwand gekoppelt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Turbinendüsenanordnung befindet sich in einer zweiten Stufe eines Turbinensystems.
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Ein Gesichtspunkt der Offenbarung schließt eine Turbinendüsenanordnung ein, umfassend: ein erstes Schaufelblatt, angrenzend an ein zweites Schaufelblatt; eine innere Stirnwand, die mit einem radialen inneren Ende des ersten Schaufelblattes und des zweiten Schaufelblattes gekoppelt ist; eine äußere Stirnwand, die mit einem radialen äußeren Ende des ersten Schaufelblattes und des zweiten Schaufelblattes gekoppelt ist; eine Befestigungsschiene, die mit der äußeren Stirnwand gekoppelt ist, wobei sich die Befestigungsschiene zumindest teilweise radial nach außen von der äußeren Stirnwand und zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand erstreckt, wobei die Befestigungsschiene eine radiale Außenoberfläche und eine Schienendicke aufweist; und eine in der Befestigungsschiene definierte Spannungsentlastungsstruktur, wobei die Spannungsentlastungsstruktur einschließt: eine Endöffnung, die in der radialen Außenoberfläche der Befestigungsschiene definiert ist; einen Schlitz, der durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit der Endöffnung gekoppelt ist; und eine längliche Öffnung, die durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit einem radialen inneren Ende des Schlitzes gekoppelt ist, wobei die längliche Öffnung asymmetrisch in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz angeordnet ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt einen der vorstehenden Aspekte ein, und das erste Schaufelblatt befindet sich an einer ersten Umfangsseite des Schlitzes, und das zweite Schaufelblatt ist in Umfangsrichtung von dem ersten Schaufelblatt beabstandet und befindet sich an einer zweiten Umfangsseite des Schlitzes, wobei die Spannungsentlastungsstruktur in Umfangsrichtung näher an dem zweiten Schaufelblatt als an dem ersten Schaufelblatt liegt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die längliche Öffnung schließt eine erste Umfangserstreckung an der ersten Umfangsseite des Schlitzes ein, die kleiner ist als eine zweite Umfangserstreckung an der zweiten Umfangsseite des Schlitzes.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die längliche Öffnung schließt ein: eine erste planare Oberfläche, die sich in Umfangsrichtung zu der ersten Umfangsseite des Schlitzes erstreckt; eine zweite planare Oberfläche, die sich in Umfangsrichtung zu der zweiten Umfangsseite des Schlitzes erstreckt; und eine abgerundete Oberfläche, welche die erste planare Oberfläche und die zweite planare Oberfläche verbindet.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die abgerundete Oberfläche schließt eine Vielzahl von verbundenen bogenförmigen Oberflächen ein, wobei jede bogenförmige Oberfläche einen unterschiedlichen Krümmungsradius aufweist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und eine erste bogenförmige Oberfläche der abgerundeten Oberfläche angrenzend an die erste planare Oberfläche weist einen ersten Krümmungsradius auf, der kleiner ist als ein zweiter Krümmungsradius einer zweiten bogenförmigen Oberfläche der abgerundeten Oberfläche angrenzend an die zweite planare Oberfläche.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein und umfasst ferner: einen Dichtungsschlitz, der zwischen einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche der Befestigungsschiene angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung über den Schlitz und die längliche Öffnung erstreckt; und eine planare Dichtung, die in dem Dichtungsschlitz positioniert ist, wobei die planare Dichtung eine Kante aufweist, die so geformt ist, dass sie zu einer abgerundeten Oberfläche der länglichen Öffnung passt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Befestigungsschiene ist mit der äußeren Stirnwand angrenzend an eine axial hintere Kante der äußeren Stirnwand gekoppelt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Turbinendüsenanordnung befindet sich in einer zweiten Stufe eines Turbinensystems.
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Ein Gesichtspunkt der Offenbarung schließt ein Turbinensystem ein, umfassend: eine Vielzahl von Düsenstufen, wobei mindestens eine Düsenstufe der Vielzahl von Düsenstufen mindestens eine Turbinendüsenanordnung einschließt, umfassend: mindestens ein Schaufelblatt; eine innere Stirnwand, die mit einem radialen inneren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist; eine äußere Stirnwand, die mit einem radialen äußeren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist; eine Befestigungsschiene, die mit der äußeren Stirnwand gekoppelt ist, wobei sich die Befestigungsschiene zumindest teilweise radial nach außen von der äußeren Stirnwand und zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand erstreckt, wobei die Befestigungsschiene eine radiale Außenoberfläche und eine Schienendicke aufweist; und eine in der Befestigungsschiene definierte Spannungsentlastungsstruktur, wobei die Spannungsentlastungsstruktur einschließt: eine Endöffnung, die in der radialen Außenoberfläche der Befestigungsschiene definiert ist; einen Schlitz, der durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit der Endöffnung gekoppelt ist; und eine längliche Öffnung, die durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit einem radialen inneren Ende des Schlitzes gekoppelt ist, wobei die längliche Öffnung asymmetrisch in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz angeordnet ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die mindestens eine Düsenstufe schließt eine zweite Stufe des Turbinensystems ein.
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Ein Gesichtspunkt der Offenbarung kann eine Turbinendüsenanordnung einschließen, umfassend: mindestens ein Schaufelblatt; eine äußere Stirnwand, die mit einem radialen äußeren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist; eine mit der äußeren Stirnwand gekoppelte Befestigungsschiene, wobei sich die Befestigungsschiene zumindest teilweise radial nach außen von der äußeren Stirnwand und zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand erstreckt, wobei die Befestigungsschiene eine radiale Außenoberfläche, eine Schienendicke und einen Ursprung an einem hintersten Punkt an einer druckseitigen Umfangsseite der Befestigungsschiene aufweist; und eine Spannungsentlastungsstruktur, die in der Befestigungsschiene definiert ist, wobei die Spannungsentlastungsstruktur eine längliche Öffnung einschließt, die durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert ist, wobei die längliche Öffnung einen Abschnitt mit einer Form mit einem Nennprofil aufweist, das durch eine Vielzahl von bogenförmigen Oberflächen definiert ist, die im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten von Y und Z und dem Krümmungsradius, die in TABELLE I dargelegt sind, definiert sind, die am Ursprung beginnen und durch die Schienendicke der Befestigungsschiene in einer Richtung parallel zu einer X-Achse der Turbine vorstehen, wobei die kartesischen Koordinatenwerte dimensionslose Werte von 0 % bis 100 % sind, die in Abstände umwandelbar sind, indem die Werte mit einer minimalen Ausdehnung der Schienendicke der Befestigungsschiene in X-Richtung multipliziert werden, und wobei die Y- und Z-Werte nahtlos miteinander verbunden sind, um ein Oberflächenprofil des Abschnitts der länglichen Öffnung durch die Schienendicke der Befestigungsschiene in der Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine zu bilden.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Spannungsentlastungsstruktur schließt ferner ein: eine Endöffnung, die in der radialen Außenoberfläche der Befestigungsschiene definiert ist; und einen Schlitz, der durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit der Endöffnung gekoppelt ist, und wobei die längliche Öffnung mit einem radialen inneren Ende des Schlitzes gekoppelt ist, wobei die längliche Öffnung asymmetrisch in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz angeordnet ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und das mindestens eine Schaufelblatt schließt ein erstes Schaufelblatt an einer ersten Umfangsseite des Schlitzes und ein zweites Schaufelblatt ein, das in Umfangsrichtung von dem ersten Schaufelblatt an einer zweiten Umfangsseite des Schlitzes beabstandet ist, wobei die Spannungsentlastungsstruktur in Umfangsrichtung näher an dem zweiten Schaufelblatt als an dem ersten Schaufelblatt liegt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein und ferner umfassend: einen Dichtungsschlitz, der zwischen einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche der Befestigungsschiene angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung über den Schlitz und die längliche Öffnung erstreckt; und eine planare Dichtung, die in dem Dichtungsschlitz positioniert ist, wobei die planare Dichtung eine Kante aufweist, die so geformt ist, dass sie zu einer abgerundeten Oberfläche der länglichen Öffnung passt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Befestigungsschiene ist mit der äußeren Stirnwand angrenzend an eine axial hintere Kante der äußeren Stirnwand gekoppelt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Turbinendüsenanordnung befindet sich in einer zweiten Stufe eines Turbinensystems.
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Ein Gesichtspunkt der Offenbarung bezieht sich auf eine Turbinendüsenanordnung, umfassend: mindestens ein Schaufelblatt; eine äußere Stirnwand, die mit einem radialen äußeren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist; eine mit der äußeren Stirnwand gekoppelte Befestigungsschiene, wobei sich die Befestigungsschiene zumindest teilweise radial nach außen von der äußeren Stirnwand und zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand erstreckt, wobei die Befestigungsschiene eine radiale Außenoberfläche, eine Schienendicke und einen Ursprung an einem hintersten Punkt an einer druckseitigen Umfangsseite der Befestigungsschiene aufweist; und eine Spannungsentlastungsstruktur, die in der Befestigungsschiene definiert ist, wobei die Spannungsentlastungsstruktur eine längliche Öffnung einschließt, die durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert ist, wobei die längliche Öffnung einen Abschnitt mit einer Form mit einem Nennprofil aufweist, das im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten der X-, Y- und Z-Werte, die in TABELLE II dargelegt sind, und am Ursprung beginnt, wobei die kartesischen Koordinatenwerte dimensionslose Werte von 0 % bis 100 % sind, die in Abstände umwandelbar sind, indem die Werte mit einer minimalen Ausdehnung der Schienendicke der Montageschiene in X-Richtung multipliziert werden, und wobei die X-, Y- und Z-Werte nahtlos miteinander verbunden sind, um ein Oberflächenprofil des Abschnitts der länglichen Öffnung zu bilden.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Spannungsentlastungsstruktur schließt ferner ein: eine Endöffnung, die in der radialen Außenoberfläche der Befestigungsschiene definiert ist; und einen Schlitz, der durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit der Endöffnung gekoppelt ist, und wobei die längliche Öffnung mit einem radialen inneren Ende des Schlitzes gekoppelt ist, wobei die längliche Öffnung asymmetrisch in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz angeordnet ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und das mindestens eine Schaufelblatt schließt ein erstes Schaufelblatt an einer ersten Umfangsseite des Schlitzes und ein zweites Schaufelblatt ein, das in Umfangsrichtung von dem ersten Schaufelblatt an einer zweiten Umfangsseite des Schlitzes beabstandet ist, wobei die Spannungsentlastungsstruktur in Umfangsrichtung näher an dem zweiten Schaufelblatt als an dem ersten Schaufelblatt liegt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein und ferner umfassend: einen Dichtungsschlitz, der zwischen einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche der Befestigungsschiene angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung über den Schlitz und die längliche Öffnung erstreckt; und eine planare Dichtung, die in dem Dichtungsschlitz positioniert ist, wobei die planare Dichtung eine Kante aufweist, die so geformt ist, dass sie zu einer abgerundeten Oberfläche der länglichen Öffnung passt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Befestigungsschiene ist mit der äußeren Stirnwand angrenzend an eine axial hintere Kante der äußeren Stirnwand gekoppelt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Turbinendüsenanordnung befindet sich in einer zweiten Stufe eines Turbinensystems.
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Ein Gesichtspunkt der Offenbarung schließt eine Turbinendüsenanordnung ein, die mindestens ein Schaufelblatt umfasst; eine äußere Stirnwand, die mit einem radialen äußeren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist; eine mit der äußeren Stirnwand gekoppelte Befestigungsschiene, wobei sich die Befestigungsschiene zumindest teilweise radial nach außen von der äußeren Stirnwand und zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand erstreckt, wobei die Befestigungsschiene eine radiale Außenoberfläche, eine Schienendicke und einen Ursprung an einem hintersten Punkt an einer druckseitigen Umfangsseite der Befestigungsschiene aufweist; und eine Spannungsentlastungsstruktur, die in der Befestigungsschiene definiert ist, wobei die Spannungsentlastungsstruktur eine längliche Öffnung einschließt, die durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert ist, wobei die längliche Öffnung einen Abschnitt mit einer Form mit einem Nennprofil aufweist, das im Wesentlichen gemäß kartesischen Koordinatenwerten von Y- und Z-Werten, die in TABELLE II dargelegt sind, am Ursprung beginnt und durch die Schienendicke der Befestigungsschiene in einer Richtung parallel zu einer X-Achse der Turbine vorsteht, wobei die kartesischen Koordinatenwerte dimensionslose Werte von 0 % bis 100 % sind, die in Abstände umwandelbar sind, indem die Werte mit einer minimalen Ausdehnung der Schienendicke der Befestigungsschiene in X-Richtung multipliziert werden, und wobei Y- und Z-Werte nahtlos miteinander verbunden sind, um ein Oberflächenprofil des Abschnitts der länglichen Öffnung durch die Schienendicke der Befestigungsschiene in der Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine zu bilden.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Spannungsentlastungsstruktur schließt ferner ein: eine Endöffnung, die in der radialen Außenoberfläche der Befestigungsschiene definiert ist; und einen Schlitz, der durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit der Endöffnung gekoppelt ist, und wobei die längliche Öffnung mit einem radialen inneren Ende des Schlitzes gekoppelt ist, wobei die längliche Öffnung asymmetrisch in einer Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz angeordnet ist.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und das mindestens eine Schaufelblatt schließt ein erstes Schaufelblatt auf einer ersten Umfangsseite des Schlitzes und ein zweites Schaufelblatt ein, das in Umfangsrichtung von dem ersten Schaufelblatt an einer zweiten Umfangsseite des Schlitzes beabstandet ist, wobei die Spannungsentlastungsstruktur in Umfangsrichtung näher an dem zweiten Schaufelblatt als an dem ersten Schaufelblatt liegt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein und ferner umfassend: einen Dichtungsschlitz, der zwischen einer vorderen Oberfläche und einer hinteren Oberfläche der Befestigungsschiene angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung über den Schlitz und die längliche Öffnung erstreckt; und eine planare Dichtung, die in dem Dichtungsschlitz positioniert ist, wobei die planare Dichtung eine Kante aufweist, die so geformt ist, dass sie zu einer abgerundeten Oberfläche der länglichen Öffnung passt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Befestigungsschiene ist mit der äußeren Stirnwand angrenzend an eine axial hintere Kante der äußeren Stirnwand gekoppelt.
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Ein weiterer Gesichtspunkt der Offenbarung schließt jeden der vorstehenden Gesichtspunkte ein, und die Turbinendüsenanordnung befindet sich in einer zweiten Stufe eines Turbinensystems.
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Zwei oder mehr in dieser Offenbarung beschriebene Gesichtspunkte, einschließlich der in diesem Zusammenfassungsabschnitt beschriebenen, können kombiniert werden, um Implementierungen zu bilden, die hierin nicht spezifisch beschrieben sind.
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Die Details einer oder mehrerer Implementierungen sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale dieser Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Gesichtspunkte der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung darstellen, besser verständlich, in denen Folgendes gilt:
- 1 zeigt eine Seitenansicht einer herkömmlichen Spannungsentlastungsstruktur 10 in einer Befestigungsschiene 12;
- 2 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht einer beispielhaften Turbomaschine;
- 3 zeigt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften vierstufigen Turbine, die mit der Turbomaschine in 2 verwendet werden kann;
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer veranschaulichten Turbinendüsenanordnung einschließlich einer Spannungsentlastungsstruktur gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
- 5 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer veranschaulichten Turbinendüsenanordnung einschließlich einer Spannungsentlastungsstruktur, gemäß anderen Ausführungsformen der Offenbarung;
- 6 zeigt eine perspektivische Ansicht von vorne und von unten auf eine Spannungsentlastungsstruktur in einer Befestigungsschiene einer Turbinendüsenanordnung, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
- 7 zeigt eine Rückansicht einer Spannungsentlastungsstruktur in einer Befestigungsschiene einer Turbinendüsenanordnung, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
- 8 zeigt eine vergrößerte Rückansicht einer länglichen Öffnung der Spannungsentlastungsstruktur, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung; und
- 9 zeigt eine perspektivische Ansicht von vorne und von oben auf eine Spannungsentlastungsstruktur in einer Befestigungsschiene einer Turbinendüsenanordnung, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
- 10 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer saugseitigen Umfangsseite der Befestigungsschiene, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
- 11 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer druckseitigen Umfangsseite der Befestigungsschiene, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung;
- 12 zeigt eine perspektivische Ansicht von vorne und von unten auf eine Spannungsentlastungsstruktur in einer Befestigungsschiene einer Turbinendüsenanordnung, gemäß weiteren Ausführungsformen der Offenbarung; und
- 13 zeigt eine Rückansicht einer Spannungsentlastungsstruktur in einer Befestigungsschiene einer Turbinendüsenanordnung einschließlich einer darin eingeschlossenen Dichtungsplatte, gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
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Es wird angemerkt, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Gesichtspunkte der Offenbarung darstellen und sollten daher nicht als den Umfang der Offenbarung einschränkend angesehen werden. In den Zeichnungen entsprechen gleiche Nummern gleichen Elementen zwischen den Zeichnungen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Um den Gegenstand der aktuellen Offenbarung klar zu beschreiben, muss zunächst eine bestimmte Terminologie ausgewählt werden, wenn auf relevante Maschinenkomponenten innerhalb einer Turbomaschine Bezug genommen wird und diese beschrieben werden. Soweit möglich, wird die branchenübliche Terminologie verwendet und in einer Weise eingesetzt, die ihrer anerkannten Bedeutung entspricht. Sofern nicht anders angegeben, sollte eine solche Terminologie eine breite Auslegung erhalten, die mit dem Kontext der vorliegenden Anmeldung und dem Umfang der beigefügten Ansprüche vereinbar ist. Durchschnittsfachleute werden erkennen, dass häufig auf eine bestimmte Komponente unter Verwendung mehrerer unterschiedlicher oder überlappender Begriffe Bezug genommen werden kann. Was hierin als ein einzelnes Teil beschrieben werden kann, kann mehrere Komponenten umfassen und in einem anderen Kontext als aus diesen bestehend bezeichnet werden. Alternativ kann das, was hierin als mehrere Komponenten enthaltend beschrieben werden kann, an anderer Stelle als ein einzelnes Teil bezeichnet werden.
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Außerdem können hierin mehrere beschreibende Begriffe regelmäßig verwendet werden, und es sollte sich als hilfreich erweisen, diese Begriffe zu Beginn dieses Abschnitts zu definieren. Diese Begriffe und ihre Definitionen sind, sofern nicht anders angegeben, wie folgt. Wie hier verwendet, sind „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ Ausdrücke, die eine Richtung relativ zur Strömung eines Fluids angeben, wie etwa des Arbeitsfluids durch die Turbinenmaschine oder zum Beispiel des Luftstroms durch die Brennkammer oder des Kühlmittels durch eines der Turbinenkomponentensysteme. Der Begriff „stromabwärts“ entspricht der Strömungsrichtung des Fluids, und der Begriff „stromaufwärts“ bezieht sich auf die Richtung entgegengesetzt zur Strömung (d. h. die Richtung, aus der die Strömung ausgeht). Die Begriffe „vordere“ und „hintere“ beziehen sich ohne weitere Spezifizierung auf Richtungen, wobei sich „vordere“ auf das Vorder- oder Verdichterende des Motors und „hintere“ auf den hinteren Bereich der Turbomaschine bezieht.
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Es ist häufig erforderlich, Teile zu beschreiben, die in Bezug auf eine Mittelachse an unterschiedlichen radialen Positionen angeordnet sind. Der Begriff „radial“ bezieht sich auf eine Bewegung oder Position senkrecht zu einer Achse. Wenn eine erste Komponente näher an der Achse liegt als eine zweite Komponente, wird hierin zum Beispiel angegeben, dass die erste Komponente sich „radial innen liegend“ oder „nach innen“ von der zweiten Komponente befindet. Wenn sich andererseits die erste Komponente weiter von der Achse entfernt als die zweite Komponente befindet, kann hier angegeben werden, dass die erste Komponente „radial außen“ oder „außen“ zur zweiten Komponente liegt. Der Begriff „axial“ bezieht sich auf eine Bewegung oder Position parallel zu einer Achse, z. B. einer Turbinenwelle. Der Begriff „in Umfangsrichtung“ schließlich bezieht sich auf eine Bewegung oder Position rund um eine Achse. Es versteht sich, dass solche Begriffe in Bezug auf die Mittelachse der Turbine angewendet werden können. Einige Zeichnungen schließen eine Legende ein, die eine radiale (Z), axiale (X) und eine Umfangsrichtung (Y) angibt. Wenn kartesische Koordinaten verwendet werden, geben die Pfeilspitzen der Legenden die positiven Richtungen an.
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Außerdem können hier mehrere beschreibende Begriffe regelmäßig verwendet werden, wie unten beschrieben. Die Ausdrücke „erster“, „zweiter“ und „dritter“ können austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sollen nicht den Ort oder die Wichtigkeit der einzelnen Komponenten kennzeichnen.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Arbeitsvorgänge, Elemente, und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Ganzzahlen, Schritten, Arbeitsvorgängen, Elementkomponenten, und/oder Gruppen davon ausschließen. „Optional“ oder „wahlweise“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand auftreten kann, aber nicht muss, oder dass die nachfolgend beschriebene Komponente oder das nachfolgend beschriebene Element vorhanden sein kann, aber nicht muss, und dass die Beschreibung Fälle einschließt, in denen das Ereignis auftritt oder die Komponente vorhanden ist, und Fälle, in denen es nicht auftritt oder nicht vorhanden ist.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, verbunden, in Eingriff oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein, oder dazwischenliegende Elemente oder Schichten können vorhanden sein. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“ usw.). Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Gegenstände.
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Wie vorstehend angegeben, stellt die Offenbarung eine Turbinendüsenanordnung und ein Turbinensystem bereit, das die Turbinendüsenanordnung einschließt. Die Turbinendüsenanordnung schließt mindestens ein Schaufelblatt und eine äußere Stirnwand ein, die mit einem radialen äußeren Ende des mindestens einen Schaufelblattes gekoppelt ist. Die Turbinendüsenanordnung schließt auch eine Befestigungsschiene ein, die mit der radialen äußeren Stirnwand gekoppelt ist, wobei sich die Befestigungsschiene zumindest teilweise radial nach außen von der äußeren Stirnwand und zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand erstreckt. Die Befestigungsschiene weist auch eine radiale Außenoberfläche und eine Schienendicke auf. In der Befestigungsschiene ist eine Spannungsentlastungsstruktur definiert. Die Spannungsentlastungsstruktur schließt eine Endöffnung ein, die in der radialen Außenoberfläche der Befestigungsschiene definiert ist, sowie einen Schlitz, der durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit der Endöffnung gekoppelt ist. Die Spannungsentlastungsstruktur schließt auch eine längliche Öffnung ein, die durch die Schienendicke der Befestigungsschiene definiert und mit einem radialen inneren Ende des Schlitzes gekoppelt ist. Die längliche Öffnung kann in Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz asymmetrisch angeordnet sein, um die Spannung dort abzubauen, wo sie am größten ist. Ein Abschnitt der länglichen Öffnung kann auch gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung, die hierin beschrieben sind, spezifischer definiert sein, um die Spannung dort abzubauen, wo sie am größten ist.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist 2 eine schematische Ansicht einer veranschaulichenden Turbomaschine 90 in Form eines Verbrennungsturbinen- oder Gasturbinen-(GT)-Systems 100 (nachstehend „GT-System 100“). Das GT-System 100 umfasst einen Kompressor 102 und eine Brennkammer 104. Die Brennkammer 104 schließt einen Verbrennungsbereich 105 und eine Brennstoffdüsenanordnung 106 ein. Das GT-System 100 umfasst auch eine Turbine 108 und eine gemeinsame Kompressor-/Turbinenwelle 110 (nachstehend als Rotor 110 bezeichnet).
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In einer Ausführungsform ist das GT-System 100 ein 7HA.02-Motor, der im Handel von General Electric Company, Greenville, S.C., vertrieben wird. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf ein bestimmtes GT-System oder Turbinensystem beschränkt und kann in Verbindung mit anderen Triebwerken, einschließlich der anderen HA-, F-, B-, LM-, GT-, TM- und E-Klasse-Triebwerksmodelle der General Electric Company und Triebwerksmodelle anderer Unternehmen, in Betracht gezogen werden. Ferner sind die Lehren der Offenbarung nicht notwendigerweise nur auf ein GT-System anwendbar und können auf andere Arten von Turbomaschinen, z. B. Dampfturbinen, Strahltriebwerke, Verdichter usw., angewendet werden.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht eines veranschaulichenden Abschnitts der Turbine 108 mit vier Stufen L0-L3, die mit dem GT-System 100 in 2 verwendet werden kann. Die vier Stufen werden als L0, L1, L2 und L3 bezeichnet. Stufe L0 ist die erste Stufe und ist die kleinste (in radialer Richtung) der vier Stufen. Die Stufe L1 ist die zweite Stufe und ist in einer Axialrichtung die nächste Stufe. Die Stufe L2 ist die dritte Stufe und ist in einer Axialrichtung die nächste Stufe. Stufe L3 ist die vierte, letzte Stufe und ist die größte (in einer radialen Richtung). Es versteht sich, dass vier Stufen nur als ein Beispiel gezeigt sind und jede Turbine mehr oder weniger als vier Stufen aufweisen kann.
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Ein Satz stationärer Leitschaufeln oder Düsenanordnungen 112 arbeitet mit einem Satz rotierender Schaufeln 114 zusammen, um jede Stufe L0-L3 der Turbine 108 zu bilden und einen Abschnitt eines Strömungswegs durch die Turbine 108 zu definieren. Die rotierenden Schaufeln 114 jedes Satzes sind mit einem jeweiligen Rotorrad 116 gekoppelt, das diese in Umfangsrichtung mit dem Rotor 110 koppelt (2). Das heißt, eine Vielzahl von rotierenden Schaufeln 114 sind in Umfangsrichtung beabstandet mechanisch mit jedem Rotorrad 116 gekoppelt. Ein statischer Düsenabschnitt oder eine Stufe 115 schließt eine Vielzahl von stationären Düsenanordnungen 112 ein, die in Umfangsrichtung um den Rotor 110 beabstandet sind. Jede Turbinendüsenanordnung 112 (nachstehend „Düsenanordnung 112“) kann Stirnwände (oder Plattformen) 120, 122 einschließen, die mit mindestens einem Schaufelblatt 130 verbunden sind. In dem gezeigten Beispiel schließt die Düsenanordnung 112 eine radial äußere Stirnwand 120 ein, die mit einem radialen äußeren Ende 132 eines bzw. mehrerer Schaufelblätter 130 gekoppelt ist. Düsenanordnungen 112 können auch eine radial innere Stirnwand 122 einschließen, die mit einem radialen inneren Ende 134 des Schaufelblattes/der Schaufelblätter 130 gekoppelt ist. Die radial äußere Stirnwand 120 koppelt jede Düsenanordnung 112 mit einem Gehäuse 124 der Turbine 108.
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Im Betrieb strömt Luft durch den Verdichter 102 und wird der Brennkammer 104 Druckluft zugeführt. Insbesondere wird die komprimierte Luft der Brennstoffdüsenanordnung 106 zugeführt, die in die Brennkammer 104 integriert ist. Die Brennstoffdüsenanordnung 106 steht in Strömungsverbindung mit dem Verbrennungsbereich 105. Die Brennstoffdüsenanordnung 106 steht auch in Strömungsverbindung mit einer Brennstoffquelle (in 2 nicht gezeigt) und leitet Brennstoff und Luft zum Verbrennungsbereich 105. Die Brennkammer 104 zündet und verbrennt Brennstoff. Die Brennkammer 104 steht in Strömungsverbindung mit der Turbine 108, innerhalb derer thermische Energie des Gasstroms in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird. Die Turbine 108 ist drehbar mit dem Rotor 110 verbunden und treibt diesen an. Der Verdichter 102 ist auch drehbar mit dem Rotor 110 gekoppelt. In der veranschaulichten Ausführungsform gibt es eine Vielzahl von Brennkammern 104 und Brennstoffdüsenanordnungen 106. Im Folgenden wird, sofern nicht auf andere Weise angegeben, von jeder Komponente nur eine erläutert. Mindestens ein Ende des Rotors 110 kann sich axial von der Turbine 108 weg erstrecken und an einer Last oder einer Maschine (nicht gezeigt) befestigt werden, wie, aber nicht beschränkt auf, einen Generator, einen Lastverdichter und/oder eine weitere Turbine.
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Mit Blick auf 4 und 5 werden perspektivische Ansichten einer Turbinenleitschaufel- oder Turbinendüsenanordnung 112 einschließlich einer Spannungsentlastungsstruktur 126 gemäß verschiedenen Ausführungsformen gezeigt. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht von vom auf eine Düsenanordnung 112, die mehr als eine Düse 128, z. B. zwei Düsen, einschließt; und 5 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer Düsenanordnung 112 mit einer einzelnen Düse 128. Die Düsenanordnung 112 kann eine beliebige Anzahl von Düsen 128 einschließen (d. h. Schaufelblätter 130, die mit mindestens einer äußeren Stirnwand 120 verbunden sind). In jedem Fall ist die Düsenanordnung 112 stationär und bildet einen Teil des statischen Düsenabschnitts oder der Stufe 115 (3) und einen Teil eines Ringraums von stationären Düsenanordnungen 112 (3) in einer Stufe einer Turbine 108, wie vorstehend beschrieben. Während des Betriebs der Turbine 108 (3) bleiben die Düse(n) 128 in jeder Düsenanordnung 112 stationär, um die Strömung des Arbeitsfluids (z. B. Gas oder Dampf) zu einer oder mehreren beweglichen Schaufeln (z. B. Schaufeln 114) zu leiten, was diese beweglichen Schaufeln veranlasst, die Drehung eines Rotors 110 (2) einzuleiten. Es versteht sich, dass jede Düsenanordnung 112 so konfiguriert sein kann, dass sie mit einer Vielzahl von ähnlichen oder unterschiedlichen Düsenanordnungen 112 gekoppelt ist (mechanisch über Befestigungselemente, Schweißnähte, Schlitze/Nuten usw.), um einen Ring von Düsen 128 in einer Stufe L0-L3 (3) der Turbine 108 (2-3) zu bilden.
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Die Turbinendüsenanordnung 112 kann eine beliebige Anzahl von Düsen 128 einschließen, wobei jede Düse 128 ein Schaufelblatt 130 einschließt. Daher kann jede Turbinendüsenanordnung 112 mindestens ein Schaufelblatt 130 einschließen. Jedes Schaufelblatt 130 kann eine konvexe Saugseite 140 und eine der Saugseite 140 gegenüberliegende vertiefte Druckseite 142 aufweisen (letztere ist in 4 und 5 verdeckt). Jedes Schaufelblatt 130 in einer Düsenanordnung 112 kann auch eine Vorderkante 144 einschließen, die sich zwischen einer Druckseite 142 und einer Saugseite 140 erstreckt, sowie eine Hinterkante 148, die der Vorderkante 144 gegenüberliegt und sich zwischen einer Druckseite 142 und einer Saugseite 140 erstreckt. 4 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Düsen 128A, 128B und damit mit einem ersten Schaufelblatt 130A und einem zweiten Schaufelblatt 130B. 5 zeigt eine Ausführungsform mit einer Düse 128 und damit mit nur einem Schaufelblatt 130.
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Die Düsenanordnung 112 kann auch mindestens eine Stirnwand 120, 122 (zwei gezeigt) einschließen, die mit dem Schaufelblatt/den Schaufelblättern 130 entlang der Saugseite 140, der Druckseite 142, der Hinterkante 148 und der Vorderkante 144 verbunden ist. In den gezeigten Beispielen schließt die Düsenanordnung 112 eine radial äußere Stirnwand 120 und eine radial innere Stirnwand 122 ein. Radial äußere Stirnwände 120 sind so konfiguriert, dass sie an der radial äußeren Seite des statischen Düsenabschnitts 115 (3) ausgerichtet sind und die jeweiligen Düsenanordnungen 112 mit dem Gehäuse 124 (3) der Turbine 108 (3) gekoppelt sind. Die radial inneren Stirnwände 122 sind so konfiguriert, dass sie auf der radial inneren Seite des statischen Düsenabschnitts 115 (3) nach innen gerichtet sind, um die radial innere Begrenzung des Heißgaspfads durch die Turbine 108 zu definieren.
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Jede Düsenanordnung 112 schließt auch eine Befestigungsschiene 158 ein, die mit der äußeren Stirnwand 120 gekoppelt ist, um die Düsenanordnung am Gehäuse 124 zu befestigen (3). Zwei Befestigungsschienen 158 sind beispielsweise in 4 und 5 gezeigt. Jede Befestigungsschiene 158 erstreckt sich zumindest teilweise radial von der äußeren Stirnwand 120 nach außen, d. h. in Richtung Z; einige der Schienen können sich unterhalb einer Außenoberfläche der Stirnwand befinden. Jede Befestigungsschiene 158 erstreckt sich auch zumindest teilweise in Umfangsrichtung entlang der äußeren Stirnwand 120, d. h. in Y-Richtung. Jede Befestigungsschiene 158 weist eine radiale Außenoberfläche 160, eine vordere Oberfläche 162, eine hintere Oberfläche 164 und eine Schienendicke T zwischen der vorderen und hinteren Oberfläche 162, 164 auf. Die Dicke T jeder Befestigungsschiene kann radial variieren, z. B. über Vorsprünge auf der vorderen Oberfläche 162 und/oder der hinteren Oberfläche 164. Die Oberflächen 162, 164 können jede beliebige Form aufweisen, die zur Befestigung der Düsenanordnung 112 im Gehäuse 124 erforderlich ist (3). In einigen Fällen können Befestigungsschienen 158 aufgrund ihrer Hakenform als „Haken“ bezeichnet werden.
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Spannungen in einer oder mehreren Befestigungsschienen 158 können eine Wartung erforderlich machen. Um den Spannungen entgegenzuwirken, setzen die Ausführungsformen der Offenbarung eine Spannungsentlastungsstruktur 126 in einer oder mehreren Befestigungsschienen 158 der Düsenanordnung 112 ein. Üblicherweise ist die Spannungsentlastungsstruktur 126 nur in einer hinteren Befestigungsschiene 158A implementiert, die mit der äußeren Stirnwand 120 gekoppelt ist, angrenzend an eine axial hintere Kante 166 der äußeren Stirnwand 120, kann aber in jeder Befestigungsschiene 158 in einer oder mehreren Düsenanordnungen 112 der Turbine 108 verwendet werden. Zum Zwecke der Beschreibung wird die Spannungsentlastungsstruktur 126 relativ zu der hinteren Befestigungsschiene 158A beschrieben.
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6 und 7 zeigen eine perspektivische Ansicht von vorne und unten bzw. eine Rückansicht der Spannungsentlastungsstruktur 126 in der Befestigungsschiene 158A gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Die Spannungsentlastungsstruktur 126 kann an einer beliebigen Stelle entlang des Umfangs der Befestigungsschiene 158 angeordnet sein, wo eine Spannungsentlastung gewünscht ist. In einer Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, bei der das erste Schaufelblatt 130A und das zweite Schaufelblatt 130B in der Düsenanordnung 112 eingesetzt sind, ist die Spannungsentlastungsstruktur 126 in Umfangsrichtung näher am zweiten Schaufelblatt 130B als am ersten Schaufelblatt 130A. Das heißt, die Spannungsentlastungsstruktur 126 ist auf einer Umfangslänge der Befestigungsschiene 158A zwischen den Schaufelblättern 130A, 130B näher am zweiten Schaufelblatt 130B positioniert. In dem in 4 und 6 gezeigten Beispiel befindet sich die Spannungsentlastungsstruktur 126 näher am zweiten Schaufelblatt 130B, das in einer Rückansicht wie in 4, 6 und 7 am weitesten im Uhrzeigersinn bzw. nach rechts versetzt ist. Die genaue Position kann vom Benutzer ausgewählt werden, basierend beispielsweise auf der Vermeidung anderer Strukturen und der Anordnung der Spannungsentlastungsstruktur 126 an der Stelle, an der die meisten Spannungen auftreten.
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Die Spannungsentlastungsstruktur 126 (nachfolgend „Struktur 126“) kann eine Endöffnung 170 einschließen, die in der radialen Außenoberfläche 160 der Befestigungsschiene 158 definiert ist. Die Endöffnung 170 kann durch Verwenden einer beliebigen Technik gebildet werden, beispielsweise durch Fräsen oder Drahterodieren (EDM) in die radiale Außenoberfläche 160 der Befestigungsschiene 158. Die Endöffnung 170 erstreckt sich nur teilweise in die Befestigungsschiene 158, d. h. nur ein Teil ihrer radialen Ausdehnung liegt vor der radial äußersten Oberfläche der äußeren Stirnwand 120. Somit erstreckt sich die Endöffnung 170 durch die radiale Außenoberfläche 160 der Befestigungsschiene 158 und ist in einer im Allgemeinen radial nach außen gerichteten Richtung offen. Wie in 7 gezeigt, kann die Endöffnung 170 eine konkave Form und eine Umfangsbreite W1 aufweisen, die beispielsweise ausgewählt sein kann, um Spannungen abzubauen, während die Festigkeit der Befestigungsschiene 158 aufrechterhalten wird. Die Endöffnung 170 erstreckt sich von der vorderen Oberfläche 162 (6) bis zur hinteren Oberfläche 164 der Befestigungsschiene 158, d. h. sie erstreckt sich über die gesamte Schienendicke T (6). Die Endöffnung 170 ist mit gebogenen Ecken 172 gezeigt, was jedoch nicht in allen Fällen notwendig ist.
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Die Struktur 126 kann auch einen Schlitz 174 einschließen, der durch die Schienendicke T (6) der Befestigungsschiene 158 definiert und mit der Endöffnung 170 (fluidtechnisch) gekoppelt ist. Der Schlitz 174 erstreckt sich von der vorderen Oberfläche 162 bis zur hinteren Oberfläche 164 der Befestigungsschiene 158 und ist an einem radial äußeren Ende 176 (nur 7) davon offen, um fluidtechnisch mit der Endöffnung 170 verbunden zu sein. Der Schlitz 174 erstreckt sich im Allgemeinen in einer radialen Richtung Z in der Befestigungsschiene 158, kann aber, wie in einigen der Zeichnungen zu sehen ist, relativ zur radialen Richtung Z einen gewissen Winkel aufweisen. Außerdem erstreckt sich der Schlitz 174 im Allgemeinen linear in der Befestigungsschiene 158, kann aber relativ zur radialen Richtung Z eine gewisse Krümmung aufweisen. Der Schlitz 174 kann durch Verwendung einer beliebigen Technik gebildet werden, beispielsweise durch Drahterodieren in die Befestigungsschiene 158. Der Schlitz 174 kann eine beliebige Umfangsbreite W2 und eine beliebige radiale Tiefe D1 aufweisen, um eine gewünschte Spannungsentlastung zu erzeugen. Wie in 4 gezeigt, befindet sich das erste Schaufelblatt 130A an einer ersten Umfangsseite des Schlitzes 174 (links von der Rückansicht, wie gezeigt) und das zweite Schaufelblatt 130B ist in Umfangsrichtung von dem ersten Schaufelblatt 130A an einer zweiten Umfangsseite des Schlitzes 174 beabstandet.
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Die Struktur 126 schließt auch eine längliche Öffnung 180 ein, die durch die Schienendicke T der Befestigungsschiene 158 definiert und mit einem radialen inneren Ende 182 (7) des Schlitzes 174 gekoppelt ist. Die längliche Öffnung 180 steht somit in Fluidverbindung mit dem Schlitz 174. Die längliche Öffnung 180 kann eine im Allgemeinen ovale oder eine andere insgesamt abgerundete und leicht längliche Querschnittsform aufweisen. In einem in 7 gezeigten Beispiel schließt die längliche Öffnung 180 eine erste planare Oberfläche in Umfangsrichtung 190 ein, die sich zu einer ersten Umfangsseite (linke Seite, wie gezeigt) des Schlitzes 174 erstreckt, und eine zweite planare Oberfläche in Umfangsrichtung 192, die sich zu der zweiten Umfangsseite (rechte Seite, wie gezeigt) des Schlitzes 174 erstreckt. Die planaren Oberflächen 190, 192 können senkrecht zum Schlitz 174 stehen und radial zueinander ausgerichtet sein. Eine abgerundete Oberfläche 194 kann die erste planare Oberfläche in Umfangsrichtung 190 mit der zweiten planaren Oberfläche in Umfangsrichtung 192 verbinden. Andere im Allgemeinen ovale Formen, bei denen die Oberflächen 190, 192 abgerundet sind, sind ebenfalls möglich.
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Die längliche Öffnung 180 ist relativ zu dem Schlitz 174 in einer Umfangsrichtung (Y) asymmetrisch angeordnet. Um Spannungen abzubauen, wo dies gewünscht wird, kann die Asymmetrie gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung eine Vielzahl von Formen annehmen. Die verschiedenen Ausführungsformen können einzeln oder gemeinsam verwendet werden. Wie in 7 gezeigt, weist die Spannungsentlastungsstruktur 126 (einschließlich der Endöffnung 170, des Schlitzes 174 und der länglichen Öffnung 180) einen Querschnitt auf, welcher der allgemeinen Form eines Weinglases entspricht, jedoch mit einer asymmetrischen Basis (d. h. einer länglichen Öffnung 180).
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Bezüglich der Form der länglichen Öffnung 180 kann in einer Ausführungsform die längliche Öffnung 180 asymmetrisch sein, indem sie sich in der Befestigungsschiene 158 in einer Umfangsrichtung mehr als in der anderen Umfangsrichtung relativ zu dem Schlitz 174 erstreckt. Insbesondere kann, wie in 7 gezeigt, die längliche Öffnung 180 eine erste Umfangserstreckung 184 (mit der Umfangsbreite W3) an der ersten Umfangsseite (links, wie gezeigt) des Schlitzes 174 einschließen, die kleiner ist als eine zweite Umfangserstreckung 186 (mit der Umfangsbreite W4) an der zweiten Umfangsseite (rechts, wie gezeigt) des Schlitzes 174. Die zweite Umfangserstreckung 186 der länglichen Öffnung 180 auf der zweiten Umfangsseite des Schlitzes 174 erstreckt sich näher zum zweiten Schaufelblatt 130B als sich die erste Umfangserstreckung 184 auf der ersten Umfangsseite des Schlitzes 174 zum ersten Schaufelblatt 130A erstreckt. Auf diese Weise kann die Struktur 126 so konfiguriert werden, dass Spannungen dort abgebaut werden, wo sie am stärksten auftreten. Die Umfangsrichtung, in der die größere Ausdehnung eingesetzt wird, kann auf Wunsch geändert werden. Die Krümmung der länglichen Öffnung 180 auf beiden Seiten des Schlitzes 174 kann gleich oder unterschiedlich sein.
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In einer weiteren Ausführungsform, wie beispielsweise in 8 gezeigt, kann die Asymmetrie durch unterschiedliche Formen der länglichen Öffnung 180 an unterschiedlichen Umfangsseiten des Schlitzes 174 implementiert sein. Auf diese Weise kann die Struktur 126 so konfiguriert werden, dass Spannungen dort abgebaut werden, wo sie am stärksten auftreten. 8 zeigt eine vergrößerte Rückansicht des Schlitzes 174 und der länglichen Öffnung 180, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung. Hier kann die abgerundete Oberfläche 194 unterschiedliche Formen an unterschiedlichen Seiten des Schlitzes 174 aufweisen, um die Asymmetrie zu bilden (anstelle von oder zusätzlich zu den zuvor beschriebenen unterschiedlichen Ausdehnungen). Beispielsweise kann die abgerundete Oberfläche 194 eine Vielzahl von verbundenen bogenförmigen Oberflächen 196 einschließen, wobei zwei oder mehrere bogenförmige Oberflächen Radien mit unterschiedlichem Krümmungsradius (RC) aufweisen. Die gebogenen Flächen 196 können miteinander verbunden sein (und mit den planaren Oberflächen in Umfangsrichtung 190, 192, sofern vorhanden), um eine glatte Oberfläche zu bilden.
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Die Lage der gebogenen Oberflächen 196 wird ferner unter Bezugnahme auf 9-11 erläutert. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der äußeren Stirnwand 120 der Turbinendüsenanordnung 112 einschließlich der Struktur 126, von vorne und von oben (radial nach außen) gesehen; 10 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines saugseitigen Umfangsendes 200 der Befestigungsschiene 158; und 11 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines druckseitigen Umfangsendes 202 der Befestigungsschiene 158. Es ist zu beachten, dass sich die druckseitigen und saugseitigen Umfangsenden relativ zu einer Richtung des Schaufelblatt/der Schaufelblätter 130 in der Düsenanordnung 112 beziehen. Wie in 9 und 11 gezeigt, schließt die Befestigungsschiene 158 einen hintersten Punkt auf der Druckseite, dem Umfangsende 202, ein, der als Ursprung 210 dient, d. h. als Bezugspunkt zum Lokalisieren des Krümmungsmittelpunkts der gebogenen Oberflächen 196 der länglichen Öffnung 180. (Wie hierin ferner beschrieben wird, dient der Ursprung 210 auch als Bezugspunkt für ein Oberflächenprofil eines Abschnitts 216 der länglichen Öffnung 180, das in 8 und 12 gezeigt ist und das in kartesischen Koordinaten ausgedrückt wird). Wie in 9 gezeigt, erstreckt sich die Y-Achse in einer Umfangsrichtung und verläuft parallel zur hinteren Oberfläche 164 der Befestigungsschiene 158. Daher erstreckt sich die Y-Achse auch durch einen hintersten Punkt 212 an dem saugseitigen, Umfangsende 200 der Befestigungsschiene 158.
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Mit Blick zurück auf 8 wird eine Vielzahl von gebogenen Oberflächen 196A-E gezeigt. In dem Beispiel werden fünf gebogene Oberflächen 196A-E verwendet, in alternativen Ausführungsformen sind jedoch auch mehr oder weniger gebogene Oberflächen 196 möglich. Jede gebogene Oberfläche 196A-E weist einen jeweiligen Radius R1-5 mit einem unterschiedlichen Krümmungsradius (RC) auf. Der Bereich der Krümmungsradien (RC) kann zur Entlastung von Spannungen ausgewählt sein und kann in einem nicht einschränkenden Beispiel zwischen 1,0 Millimetern (mm) und 42,0 mm variieren. In dem in 8 gezeigten Beispiel kann eine erste gebogene Oberfläche 196A der abgerundeten Oberfläche 194, die an eine erste planare Oberfläche in Umfangsrichtung 190 angrenzt, einen ersten Krümmungsradius (Radius R1) aufweisen, der kleiner ist als ein zweiter Krümmungsradius (Radius R5) der zweiten gebogenen Oberfläche 196E der abgerundeten Oberfläche 194, die an eine zweite planare Oberfläche in Umfangsrichtung 192 angrenzt.
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In bestimmten Ausführungsformen kann die Spannungsentlastungsstruktur 126 in der Befestigungsschiene 158 eine längliche Öffnung 180 einschließen, die durch die Schienendicke T (6) der Befestigungsschiene 158 definiert ist, wobei die längliche Öffnung 180 einen Abschnitt 216 (8) mit einer Form mit einem Nennprofil aufweist, das durch eine Vielzahl von gebogenen Oberflächen 196A-E definiert ist, die im Wesentlichen gemäß den kartesischen Koordinatenwerten von Y und Z und dem Krümmungsradius (RC) in TABELLE I dargelegt sind. Die kartesischen Koordinaten haben ihren Ursprung im Ursprung 210, d. h. einem hintersten Punkt an einem druckseitigen, Umfangsende der Befestigungsschiene 158. Die Form steht durch die Schienendicke T (6) der Befestigungsschiene 158 in einer Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine 108 hervor (z. B. laut den Legenden in 9-11 und in/aus der Seite von 8). Das heißt, der Abschnitt 216 der länglichen Öffnung 180 weist die Form auf, die durch die gebogenen Oberflächen 196A-E in TABELLE I definiert ist, und erstreckt sich durch die Schienendicke T (6) der Befestigungsschiene 158 (und weist die Ausdehnung in X-Richtung der Schienendicke auf) in einer Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine 108.
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Die kartesischen Koordinatenwerte (Y und Z) und die Krümmungsradiuswerte sind dimensionslose Werte von 0 % bis 100 %, die in Abstände umgewandelt werden können, indem die Werte mit einem bestimmten Normierungsparameterwert multipliziert werden, der in Abstandseinheiten ausgedrückt wird. Das heißt, die Y- und Z-Werte und die Krümmungsradiuswerte in den Tabellen sind Prozentsätze des normierten Parameters, sodass die Multiplikation des tatsächlichen, gewünschten Abstands des normierten Parameters dazu führt, dass die tatsächlichen Koordinaten des Mittelpunkts jeder gebogenen Oberfläche 196A-E für die längliche Öffnung 180 für die Befestigungsschiene 158 diesen tatsächlichen, gewünschten Abstand des normierten Parameters aufweisen. Hier, wie in
10 gezeigt, schließt der Normierungsparameter eine minimale Ausdehnung 214 der Befestigungsschiene 158 in X-Richtung ein, d. h. eine minimale Schienendicke T (
6). (Obwohl an dem saugseitigen Umfangsende 200 der Befestigungsschiene 158 gezeigt, kann die tatsächliche Mindestausdehnung in X-Richtung 214 an einer anderen Stelle der Befestigungsschiene 158 angeordnet sein). Daher können die tatsächlichen Y- und Z-Werte und der Krümmungsradiuswert jeder gebogenen Oberfläche 196 durch Multiplizieren der Werte in TABELLE I mit der tatsächlichen, gewünschten Mindestausdehnung in X-Richtung 214 (z. B. 2,1 Zentimeter) berechnet werden. In jedem Fall sind die Vielzahl von bogenförmigen Oberflächen 196A-E nahtlos miteinander verbunden, um ein Oberflächenprofil des Abschnitts 216 der länglichen Öffnung 180 durch die Schienendicke der Befestigungsschiene 158 in der Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine 108 zu bilden. TABELLE I - Gebogene Oberflächen für ein Oberflächenprofil eines Abschnitts der länglichen Öffnung [nicht dimensionierte Y- und Z-Werte]
| | Krümmungsradius (RC) | Y | Z |
| R1 (196A) | 0,621 | -7,357 | -0,336 |
| R2 (196B) | 0,769 | -6,897 | 0,201 |
| R3 (196C) | 2,026 | -6,486 | 1,389 |
| R4 (196D) | 0,567 | -6,449 | -0,069 |
| R5 (196E) | 0,097 | -6,243 | -0,492 |
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In diesem Beispiel entlastet die längliche Öffnung 180 an der ersten Umfangsseite (links, wie gezeigt) des Schlitzes 174 mehr als die zweite Umfangsseite (rechts, wie gezeigt) durch Verwenden des Radius R1 und/oder eine kürzere Ausdehnung 184 der länglichen Öffnung 180. Die längliche Öffnung 180 kann eine beliebige asymmetrische Form aufweisen, um eine gewünschte Spannungsentlastung an einer gewünschten Stelle der Befestigungsschiene 158 zu schaffen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Spannungsentlastungsstruktur 126 in der Befestigungsschiene 158 eine längliche Öffnung 180 einschließen, die durch die Schienendicke T (
6) der Befestigungsschiene 158 definiert ist, wobei die längliche Öffnung 180 einen Abschnitt 216 (
8) mit einer Form mit einem Nennprofil aufweist, das im Wesentlichen gemäß den in TABELLE II dargelegten kartesischen Koordinatenwerten von X, Y und Z definiert ist. Die kartesischen Koordinaten beginnen am Ursprung 210, d. h. am hintersten Punkt einer druckseitigen Umfangsseite, dem Umfangsende der Befestigungsschiene 158. Die kartesischen Koordinatenwerte sind dimensionslose Werte von 0 % bis 100 %, die in Abstände umgewandelt werden können, indem die Werte mit einem bestimmten Wert eines Normierungsparameters multipliziert werden, der in Abstandseinheiten ausgedrückt wird. Das heißt, die X-, Y- und Z-Werte in TABELLE II sind Prozentsätze des Normierungsparameters, sodass die Multiplikation des tatsächlichen, gewünschten Abstands des Normierungsparameters dazu führt, dass die tatsächlichen Koordinaten für den Abschnitt 216 der länglichen Öffnung 180 für die Befestigungsschiene 158 diesen tatsächlichen, gewünschten Abstand des Normierungsparameters aufweisen. Hier, wie in
10 gezeigt, schließt der Normierungsparameter eine Mindestausdehnung in X-Richtung 214 der Schienendicke der Befestigungsschiene 158 ein. (Obwohl an dem saugseitigen Umfangsende 200 der Befestigungsschiene 158 gezeigt, kann die tatsächliche Mindestausdehnung in X-Richtung 214 auch an einer anderen Stelle der Befestigungsschiene 158 angeordnet sein). Daher können die tatsächlichen X-, Y- und Z-Werte durch Multiplizieren der Werte in TABELLE II mit der tatsächlichen, gewünschten Mindestausdehnung in X-Richtung 214 (z. B. 2,1 Zentimeter) ausgegeben werden. In jedem Fall sind die X-, Y- und Z-Werte nahtlos miteinander verbunden, um ein Oberflächenprofil des Abschnitts 216 der länglichen Öffnung 180 zu bilden, d. h. durch die Schienendicke der Befestigungsschiene 158. TABELLE II - X-, Y-, Z-Werte (oder Y-, Z-Werte) für das Oberflächenprofil des Abschnitts der länglichen Öffnung [nicht dimensionierte X-, Y- und Z-Werte]
| | X | Y | Z |
| 1 | 0,826 | -6,376 | -0,632 |
| 2 | 0,826 | -6,401 | -0,635 |
| 3 | 0,826 | -6,426 | -0,636 |
| 4 | 0,826 | -6,451 | -0,637 |
| 5 | 0,826 | -6,475 | -0,637 |
| 6 | 0,826 | -6,500 | -0,637 |
| 7 | 0,826 | -6,525 | -0,636 |
| 8 | 0,826 | -6,550 | -0,636 |
| 9 | 0,826 | -6,574 | -0,634 |
| 10 | 0,826 | -6,599 | -0,633 |
| 11 | 0,826 | -6,624 | -0,632 |
| 12 | 0,826 | -6,649 | -0,630 |
| 13 | 0,826 | -6,673 | -0,628 |
| 14 | 0,826 | -6,698 | -0,627 |
| 15 | 0,826 | -6,723 | -0,624 |
| 16 | 0,826 | -6,747 | -0,623 |
| 17 | 0,826 | -6,772 | -0,620 |
| 18 | 0,826 | -6,797 | -0,616 |
| 19 | 0,826 | -6,821 | -0,613 |
| 20 | 0,826 | -6,846 | -0,608 |
| 21 | 0,826 | -6,870 | -0,603 |
| 22 | 0,826 | -6,894 | -0,596 |
| 23 | 0,826 | -6,918 | -0,590 |
| 24 | 0,826 | -6,942 | -0,584 |
| 25 | 0,826 | -6,966 | -0,578 |
| 26 | 0,826 | -6,990 | -0,571 |
| 27 | 0,826 | -7,014 | -0,565 |
| 28 | 0,826 | -7,038 | -0,559 |
| 29 | 0,826 | -7,062 | -0,553 |
| 30 | 0,826 | -7,085 | -0,545 |
| 31 | 0,826 | -7,109 | -0,539 |
| 32 | 0,826 | -7,133 | -0,531 |
| 33 | 0,826 | -7,156 | -0,523 |
| 34 | 0,826 | -7,179 | -0,514 |
| 35 | 0,826 | -7,202 | -0,504 |
| 36 | 0,826 | -7,225 | -0,494 |
| 37 | 0,826 | -7,247 | -0,483 |
| 38 | 0,826 | -7,268 | -0,471 |
| 39 | 0,826 | -7,290 | -0,457 |
| 40 | 0,826 | -7,310 | -0,445 |
| 41 | 0,826 | -7,331 | -0,430 |
| 42 | 0,826 | -7,351 | -0,415 |
| 43 | 0,826 | -7,371 | -0,401 |
| 44 | 0,826 | -7,389 | -0,383 |
| 45 | 0,826 | -7,406 | -0,366 |
| 46 | 0,826 | -7,419 | -0,345 |
| 47 | 1,574 | -6,376 | -0,632 |
| 48 | 1,574 | -6,401 | -0,635 |
| 49 | 1,574 | -6,426 | -0,636 |
| 50 | 1,574 | -6,451 | -0,637 |
| 51 | 1,574 | -6,475 | -0,637 |
| 53 | 1,574 | -6,500 | -0,637 |
| 54 | 1,574 | -6,525 | -0,636 |
| 54 | 1,574 | -6,550 | -0,636 |
| 55 | 1,574 | -6,574 | -0,634 |
| 56 | 1,574 | -6,599 | -0,633 |
| 57 | 1,574 | -6,624 | -0,632 |
| 58 | 1,574 | -6,649 | -0,630 |
| 59 | 1,574 | -6,673 | -0,628 |
| 60 | 1,574 | -6,698 | -0,627 |
| 61 | 1,574 | -6,723 | -0,624 |
| 62 | 1,574 | -6,747 | -0,623 |
| 63 | 1,574 | -6,772 | -0,620 |
| 64 | 1,574 | -6,797 | -0,616 |
| 65 | 1,574 | -6,821 | -0,613 |
| 66 | 1,574 | -6,846 | -0,608 |
| 67 | 1,574 | -6,870 | -0,603 |
| 68 | 1,574 | -6,894 | -0,596 |
| 69 | 1,574 | -6,918 | -0,590 |
| 70 | 1,574 | -6,942 | -0,584 |
| 71 | 1,574 | -6,966 | -0,578 |
| 72 | 1,574 | -6,990 | -0,571 |
| 73 | 1,574 | -7,014 | -0,565 |
| 74 | 1,574 | -7,038 | -0,559 |
| 75 | 1,574 | -7,062 | -0,553 |
| 76 | 1,574 | -7,085 | -0,545 |
| 77 | 1,574 | -7,109 | -0,539 |
| 78 | 1,574 | -7,133 | -0,531 |
| 79 | 1,574 | -7,156 | -0,523 |
| 80 | 1,574 | -7,179 | -0,514 |
| 81 | 1,574 | -7,202 | -0,504 |
| 82 | 1,574 | -7,225 | -0,494 |
| 83 | 1,574 | -7,247 | -0,483 |
| 84 | 1,574 | -7,268 | -0,471 |
| 85 | 1,574 | -7,290 | -0,457 |
| 86 | 1,574 | -7,310 | -0,445 |
| 87 | 1,574 | -7,331 | -0,430 |
| 88 | 1,574 | -7,351 | -0,415 |
| 89 | 1,574 | -7,371 | -0,401 |
| 90 | 1,574 | -7,389 | -0,383 |
| 91 | 1,574 | -7,406 | -0,366 |
| 92 | 1,574 | -7,419 | -0,345 |
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Unter Bezugnahme auf 12 kann in einer weiteren Ausführungsform die Spannungsentlastungsstruktur 126 in der Befestigungsschiene 158 eine längliche Öffnung 180 einschließen, die durch die Schienendicke T der Befestigungsschiene 158 definiert ist, wobei die längliche Öffnung 180 einen Abschnitt 216 mit einer Form mit einem Nennprofil aufweist, das im Wesentlichen gemäß den in TABELLE II dargelegten kartesischen Koordinatenwerten von Y und Z definiert ist. Die kartesischen Koordinaten beginnen am Ursprung 210, d. h. am hintersten Punkt einer druckseitigen Umfangsseite, dem Umfangsende der Befestigungsschiene 158. Wie in 12 gezeigt, steht die Form des Abschnitts 216 durch die Schienendicke T der Befestigungsschiene 158 in einer Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine 108 hervor (z. B. gemäß der Legende in 12). Das heißt, der Abschnitt 216 der länglichen Öffnung 180 weist die Form auf, die durch die Y- und Z-Werte in TABELLE II definiert ist, und erstreckt sich durch die Schienendicke T der Befestigungsschiene 158 (und weist die in X-Richtung variierende Ausdehnung der potenziell variierenden Schienendicke T auf) in einer Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine 108. Hier werden die X-Koordinaten in TABELLE II ignoriert, und die Ausdehnung des Abschnitts 216 der länglichen Öffnung 180 in X-Richtung ist durch eine möglicherweise variierende Schienendicke T der Befestigungsschiene 158 in einer Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine 108 definiert.
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Die kartesischen Koordinatenwerte sind dimensionslose Werte von 0 % bis 100 %, die in Abstände umgewandelt werden können, indem die Werte mit einem bestimmten Wert eines Normierungsparameters multipliziert werden, der in Abstandseinheiten ausgedrückt wird. Das heißt, die Y- und Z-Werte in TABELLE II sind wiederum Prozentsätze des Normierungsparameters, sodass die Multiplikation des tatsächlichen, gewünschten Abstands des Normierungsparameters dazu führt, dass die tatsächlichen Koordinaten des Abschnitts 216 der länglichen Öffnung 180 für die Befestigungsschiene 158 diesen tatsächlichen, gewünschten Abstand des Normierungsparameters aufweisen. Auch hier schließt der Normierungsparameter, wie in 10 gezeigt, eine Mindestausdehnung in X-Richtung 214 der Schienendicke der Befestigungsschiene 158 ein. (Es ist zu beachten, dass, obwohl an dem saugseitigen Umfangsende 200 der Befestigungsschiene 158 gezeigt, die tatsächliche Mindestausdehnung in X-Richtung 214 an einer anderen Stelle der Befestigungsschiene 158 angeordnet sein kann). Daher können die tatsächlichen Y- und Z-Werte durch Multiplizieren der Werte in TABELLE II mit der tatsächlichen, gewünschten Mindestausdehnung in X-Richtung 214 (z. B. 2,1 Zentimeter) ausgegeben werden. In jedem Fall sind die Y- und Z-Werte nahtlos miteinander verbunden, um ein Oberflächenprofil des Abschnitts 216 der länglichen Öffnung 180 durch die Dicke T der Befestigungsschiene 158 in der Richtung parallel zu der X-Achse der Turbine 108 zu bilden (3).
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Es ist zu beachten, dass es sich bei den Werten in den verschiedenen hierin beschriebenen Tabellen um dimensionslose Werte handelt, die durch Bestimmen des Nennprofils der verschiedenen Oberflächen bei Umgebungs-, Nicht-Betriebs- oder Nicht-Wärmebedingungen erzeugt und bis auf drei Dezimalstellen gezeigt wurden, und keine Beschichtungen oder Hohlkehlen berücksichtigen, wenngleich andere Ausführungsformen andere Bedingungen, Beschichtungen und/oder Hohlkehlen berücksichtigen können. In bestimmten Ausführungsformen können zur Berücksichtigung üblicherweise auftretender Fertigungstoleranzen und/oder Schichtdicken ±-Werte zu dem Normierungsparameter, d. h. der Mindestausdehnung in X-Richtung 214 der Befestigungsschiene 158, hinzugefügt werden. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform eine Toleranz von +/-15 Prozent auf die Mindestausdehnung 214 in X-Richtung der Befestigungsschiene 158 angewandt werden, um eine Hüllkurve für das Oberflächenprofil für eine Spannungsentlastungsstruktur bei Kalt- oder Raumtemperatur zu definieren.
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In anderen Ausführungsformen können für üblicherweise auftretende Fertigungstoleranzen und/oder Schichtdicken ±-Werte zu den in den Tabellen aufgeführten Werten hinzugefügt werden. In einer Ausführungsform kann beispielsweise eine Toleranz von +/-15 Prozent einer Dicke in normaler Richtung zu einer beliebigen Oberfläche eine Profilhüllkurve für eine Spannungsentlastungsstruktur bei Kalt- oder Raumtemperatur definieren. Mit anderen Worten kann ein Abstand von 15 Prozent einer Dicke in einer zu einer beliebigen Oberfläche normalen Richtung entlang des Oberflächenprofils einen Variationsbereich zwischen gemessenen Punkten auf einer tatsächlichen Oberfläche und idealen Positionen dieser Punkte, insbesondere bei einer kalten oder Raumtemperatur, definieren, wie durch die Offenbarung dargestellt. In einer anderen Ausführungsform kann eine Toleranz von +/-20 Prozent einer Dicke in normaler Richtung zu einer beliebigen Oberfläche eine Profilhüllkurve für die Spannungsentlastungsstruktur bei Kalt- oder Raumtemperatur definieren. Die Oberflächenprofile, wie sie hierin dargestellt sind, sind gegenüber diesen Variationsbereichen ohne Beeinträchtigung der mechanischen und aerodynamischen Funktionen robust.
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Im Hinblick auf die verschiedenen Ausführungsformen der Form der länglichen Öffnung 180 und/oder des Abschnitts 216 können die in den Tabellen aufgeführten gebogenen Oberflächen 196 und/oder Datenpunkte nahtlos miteinander verbunden werden (mit Linien und/oder Bögen), um ein Oberflächenprofil für den Abschnitt 216 der länglichen Öffnung 180 und/oder der länglichen Öffnung 180 zu bilden, wobei durch die Verwendung jeder derzeit bekannten oder später entwickelten Kurvenanpassungstechnik eine gebogene Oberfläche erzeugt wird, die für die Düsenanordnung 112 und/oder die Befestigungsschiene 158 geeignet ist. Die Kurvenanpassungstechniken können einschließen, ohne darauf beschränkt zu sein: Extrapolation, Interpolation, Glättung, polynomiale Regression und/oder andere mathematische Kurvenanpassungsfunktionen. Die Kurvenanpassungstechnik kann manuell und/oder computergestützt, z. B. durch statistische Software und/oder Software für numerische Analyse, durchgeführt werden.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 6 weist die Turbinendüsenanordnung 112 auch ein Kühlfluid 230 auf, das durch die äußere Stirnwand 120 und die Befestigungsschiene(n) 158 zu den inneren Teilen des Schaufelblattes 130 geleitet wird, d. h. durch Öffnungen 232 in der äußeren Stirnwand 120, die in Fluidverbindung mit dem Inneren des Schaufelblattes 130 stehen. 6 und 7 zeigen ein Dichtungssystem 240 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung in einer nicht zusammengesetzten Form. 13 zeigt eine Rückansicht der Spannungsentlastungsstruktur 126, die mit 7 vergleichbar ist, jedoch zeigt sie die Spannungsentlastungsstruktur 126 der Turbinendüsenanordnung 112 (6) einschließlich des Dichtungssystems 240 in zusammengebauter Form. Unter Bezugnahme auf 6, 7 und 13 dichtet das Dichtungssystem 240 einen Raum axial hinter der Befestigungsschiene 158 von einem Raum axial vor der Befestigungsschiene 158 (entlang der X-Achse) ab, um Kühlfluid 230 von dem heißeren Arbeitsfluid der Turbine 108 zu trennen (3). Zu diesem Zweck schließt die Turbinendüsenanordnung 112 einen Dichtungsschlitz 242 ein, der (in der Endöffnung 170 der Befestigungsschiene 158) zwischen der vorderen Oberfläche 162 und der hinteren Oberfläche 164 der Befestigungsschiene 158 angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung über den Schlitz 174 und die längliche Öffnung 180 erstreckt. Der Dichtungsschlitz 242 ist am besten in 6 gezeigt und in 7 und 13 mit gestrichelten Linien dargestellt. Der Dichtungsschlitz 242 ist in Umfangsrichtung zum Schlitz 174 und in radialer Richtung oberhalb der länglichen Öffnung 180 offen. Der Dichtungsschlitz 242 kann unter Verwendung einer beliebigen Technik gebildet werden, beispielsweise durch Drahterodieren in die Befestigungsschiene 158.
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Die Turbinendüsenanordnung 112 kann auch eine planare Dichtung 244 einschließen, die im Dichtungsschlitz 242 positioniert ist. Die planare Dichtung 244 ist so bemessen und geformt, dass sie radial in den Dichtungsschlitz 242 gleitet und passt und eine radial innere Kante 246 einschließt, die so geformt ist, dass sie mit der abgerundeten Oberfläche 194 der länglichen Öffnung 180 übereinstimmt, z. B. mit einem Teil des Abschnitts 216 (8) davon. Die planare Dichtung 244 kann durch die Endöffnung 170 in den Dichtungsschlitz 242 eingeführt werden. Die planare Dichtung 244 schließt eine radiale Außenkante 248 ein, die mit einer Unterseite 218 der Endöffnung 170 koplanar ist. Es versteht sich, dass eine weitere Dichtung (nicht gezeigt) zwischen der Turbinendüsenanordnung 112 und einer Ummantelung 250 (3), die sich radial außerhalb eines Endes einer rotierenden Schaufel 114 (3) befindet, die Endöffnung 170 über die hintere Oberfläche 164 der Befestigungsschiene 158A abdeckt. Auf diese Weise kann die planare Dichtung 244 mit der Düsenanordnung und der Ummantelung (nicht gezeigt) eine Fluidverbindung durch den Schlitz 174 und die längliche Öffnung 180 verhindern. Mit der/den Befestigungsschiene(n) 158 und der äußeren Stirnwand 120 schützen das Dichtungssystem 240 und die Düsenanordnung 112 sowie die Ummantelung (nicht gezeigt) das Kühlfluid 230 vor heißeren Arbeitsfluiden der Turbine 108 (3).
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann in verschiedenen Ausführungsformen die Turbinendüsenanordnung 112 in einer ersten Stufe (L0), einer zweiten Stufe (L1), einer dritten Stufe (L2) oder einer vierten Stufe (L3) angeordnet sein. In bestimmten Ausführungsformen befindet sich die Turbinendüsenanordnung 112 in einer zweiten Stufe (L1) der Turbine 108, und eine Spannungsentlastungsstruktur 126 in der Düsenanordnung 112 ermöglicht es der Düse der zweiten Stufe (L1), den Belastungen darin in der zweiten Stufe standzuhalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Turbine 108 einen Satz von Düsen 112 in nur der ersten Stufe (L0) der Turbine 108, oder in nur der dritten Stufe (L2), oder in nur der vierten Stufe (L3) der Turbine 108 einschließen.
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Ausführungsformen der Offenbarung stellen eine Turbinendüsenanordnung mit einer Spannungsentlastungsstruktur für die Befestigungsschiene bereit, die bei Bedarf eine präzisere Spannungsentlastung ermöglicht. In einem nicht einschränkenden Beispiel reduzierte die Spannungsentlastungsstruktur die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung an der Befestigungsschiene innerhalb eines Wartungsintervalls von üblicherweise 90 % auf 15 %. Die Spannungsentlastungsstruktur kann auch eine Spannungsentlastung der angrenzenden Struktur der Befestigungsschiene bereitstellen, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf die Hinterkante der Düse.
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Eine Annäherungssprache, wie sie hierin in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewendet werden, um jede quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässig variieren könnte, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion zu führen, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe, wie „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den genau angegebenen Wert zu beschränken. Mindestens in einigen Fällen kann die Annäherungsformulierung der Genauigkeit eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der gesamten Patentschrift und den Ansprüchen können Bereichsbeschränkungen kombiniert und/oder ausgetauscht werden; solche Bereiche sind identifiziert und schließen alle darin enthaltenen Unterbereiche ein, sofern Kontext oder Formulierung nichts anderes angeben. „Annähernd“, bezogen auf einen bestimmten Wert eines Bereichs, gilt für beide Endwerte und kann, sofern nicht anders angegeben, in Abhängigkeit von der Genauigkeit des Instruments, das den Wert misst, +/- 10 % der angegebenen Werte anzeigen.
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Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel oder Stufen plus Funktionselemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen jede Struktur, jedes Material oder jede Handlung zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen umfassen, wie speziell beansprucht. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt, soll jedoch nicht erschöpfend sein oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Für den Fachmann sind viele Modifikationen und Variationen offensichtlich, ohne vom Umfang und Geist der Offenbarung abzuweichen. Die Ausführungsform wurde ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung am besten zu erläutern und um es anderen Fachleuten zu ermöglichen, die Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die für die jeweilige vorgesehene Verwendung geeignet sind.
