DE10217484A1

DE10217484A1 - Leitschaufel einer thermischen Turbomaschine

Info

Publication number: DE10217484A1
Application number: DE10217484A
Authority: DE
Inventors: Richard London; Peter Marx
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2022-04-20
Also published as: DE10217484B4

Abstract

Es ist eine Leitschaufel (1) mit einer oberen und einer unteren Plattform (2¶1¶, 2¶2¶) offenbart, wobei sich zwischen den Plattformen (2¶1¶, 2¶2¶) ein Schaufelblatt (3) erstreckt, wobei das Schaufelblatt (3) eine Vorderkante (4) und eine Hinterkante (5) und einen Hohlraum (6) aufweist, wobei sich im Hohlraum (6) ein Einsatz (10) befindet, welcher an einer Plattform (2¶1¶, 2¶2¶) befestigt ist, und wobei an der unteren und der oberen Plattform (2¶1¶) jeweils ein Prallblech (7) angeordnet ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Prallblech (7) der zweiten Plattform (2¶2¶, 2¶1¶) und dem Einsatz (10) ein Dichtungselement (13) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufel einer thermischen Turbomaschine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus dem Stand der Technik sind Turbinenschaufeln mit Kühlvorrichtungen zahlreich bekannt. Die Offenlegungsschrift DE 20 42 947 offenbart beispielsweise eine luftgekühlte Schaufel, die neben einem internen Kühlsystem in einem Hohlraum an einer Seite durch eine Prallkühlung gekühlt wird. Auch die Schriften US-A-4,040,767, EP-A1-0 534 207, WO99/36675 oder US-A-6,120,249 zeigen derartige Kühlsysteme von Turbinenschaufeln. Daraus ist allgemein bekannt, die Plattform durch Prallkühlung zu kühlen. Ein Prall- oder Einsatzblech bzw. eine Kühlplatte wird auf einen Absatz der Plattform gelötet oder geschweisst und dient mittels Kühllöchern zur Prallkühlung der sich in einem bestimmten Abstand darunter befindenden Plattform. In diesen System dienen Einsätze zur Verteilung der Luft innerhalb des Hohlraums.
Wie aus der US-A-4,288,201 oder US-A-4,021,139 hervorgeht, ist der Einsatz lediglich an der oberen Seite befestigt. An der unteren Seite ist er zum Ausgleich von thermischen Spannungen, die während des Betriebes auftreten, frei beweglich gelagert. Dies führt jedoch zu einer Erhöhung der Leckage der Kühlluft an dieser Stelle. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn sich durch die thermische Belastung die Form und die Lage des Einsatzes verändert hat. Dies wirkt sich insbesondere deshalb negativ aus, da schon eine kleine Lücke einen relativ grossen Verlust an Kühlluft zur Folge hat, was den Wirkungsgrad nachteilig beeinflusst.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Leitschaufel einer thermischen Turbomaschine zu schaffen, mit welcher der Leckageverlust am unteren Rand zwischen dem Einsatz und dem Prallblech reduziert bzw. ganz vermieden werden kann.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe bei einer Leitschaufel gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zwischen dem Prallblech der zweiten Plattform und dem Einsatz ein Dichtungselement angeordnet, welches an beiden Elementen befestigt ist.
Das Dichtungselement kann verschiedenartig ausgeführt werden. Es kann beispielsweise eine s-förmige Dichtung sein, die an dem Prallblech gelötet und an dem Einsatz geschweisst ist. Das Dichtungselement kann auch bereits Teil des Prallblechs sein und so kann das untere Prallblech mit einem Flansch oder mit einer s-förmigen Dichtung versehen sein.
Der Einsatz kann beispielsweise an der unteren oder oberen Plattform befestigt sein, während dementsprechend das Dichtungselement an der jeweils anderen Plattform angeordnet ist.
Eine Leckage der Kühlluft durch eine Formveränderung des Einsatzes während des Betriebs der Gasturbine wird durch die vorliegenden Ausführungsformen vorteilhaft vermieden. Somit wird nicht nur eine aufwendige Anpassung des Einsatzbleches zum Guss zur Minimierung des Spaltes bei der Herstellung vermieden, sondern auch herstellbedingte, veränderliche Leckagespalte werden ausgeschlossen. Die verbesserte Führung des Einsatzes durch eine S-förmige Dichtung verhindert das Verklemmen des Einsatzes am Guss.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei
Fig. 1 eine Leitschaufel einer Gasturbine mit einem Prallblech zeigt,
Fig. 2 einen Schnitt durch Leitschaufel und Prallblech gemäss dem Schnitt II-II der Fig. 1 darstellt,
Fig. 3a eine zweite Ausführungsform gemäss dem Kreis III-III der Fig. 2 zeigt und
Fig. 3b eine dritte Ausführungsform gemäss dem Kreis III-III der Fig. 2 darstellt.
Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche Elemente sind in unterschiedlichen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Strömungsrichtungen werden mit Pfeilen angegeben.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt eine Leitschaufel 1 einer thermischen Turbomaschine, also beispielsweise einer Gasturbine, mit einer oberen und einer unteren Plattform 2 ₁, 2 ₂, einem Schaufelblatt 3, welches eine Vorderkante 4 und eine Hinterkante 5 aufweist, und einem (in der Fig. 2 dargestellten) Hohlraum 6. Die Leitschaufel 1 ist an beiden Plattformen 2 ₁, 2 ₂ mit je einem Prallblech 7, in dem sich Kühllöcher 8 befinden, ausgestattet. Eine solche Leitschaufel 1 besteht in der Regel aus einer Nickel-Basis-Superlegierung.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt gemäss der Linie II-II in der Fig. 1. Zur Prallkühlung der beiden Plattformen 2 ₁, 2 ₂ wird während des Betriebs der Gasturbine Kühlluft 11 durch die Kühllöcher 8 der Prallbleche 7 geleitet. Diese Prallbleche 7 bestehen ebenfalls in der Regel aus einer Nickel-Basis- Superlegierung und sind auf eine Auflagefläche der Plattform 2 ₁, 2 ₂ mittels einer Hochtemperaturlötung angelötet. In dem Hohlraum 6 befindet sich, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein Einsatz 10, welcher an der oberen Plattform 2 ₁ auf bekannte Weise befestigt, so zum Beispiel gelötet ist. Die Kühlluft 11 strömt in den Einsatz 10 und wird durch Kühllöcher 12, welche sich an der der Vorderkante 4 der Leitschaufel 1 zugewandten Seite befinden, in dem Hohlraum 6 auf die Vorderkante 4 geleitet, welche auf diese Art durch Prallkühlung gekühlt wird. Die Kühlluft 11 strömt durch den Hohlraum 6 an dem Einsatz 10 vorbei zu den Kühllöchern 9 an der Hinterkante 5 der Leitschaufel 1 und wird dort in die die Leitschaufel 1 umgebende Heissgasströmung geleitet.
Wie aus der Fig. 2 (Kreis III) ersichtlich ist, ist zwischen dem Prallblech 7 der unteren Plattform 2 ₂ und dem Einsatz 10 ein Dichtungselement 13 angeordnet. Das Dichtungselement 13 ist in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 als s-förmige Dichtung ausgeführt. Die Dichtung ist an der einen Seite an das Prallblech 7 gelötet und an der anderen an den Einsatz 10 geschweisst. Durch die Fixierung des Einsatzes 10 am oberen und am unteren Ende treten bei einer thermischen Belastung Spannungen innerhalb des Einsatzes 10 auf. Diese Spannungen werden durch das Dichtungselement 13 aufgenommen.
Prinzipiell sind beide Plattformen 2 ₁, 2 ₂ der Leitschaufel 1 gleichwertig, d. h. der Einsatz 10 könnte auch an der unteren Plattform 2 ₂ befestigt sein, während sich dann das Dichtungselement 13 zwischen der oberen Plattform 2 ₁ und dem Einsatz 10 befindet.
In zwei weiteren Ausführungsbeispielen gemäss den Fig. 3a und 3b, welche das Detail III der Fig. 2 in zwei verschiedenen Varianten zeigen, ist das Dichtungselement 13 ein Teil des Prallblechs 7 selbst. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3a ist das untere Prallblech 7 mit einem Flansch 14versehen. Dieser Flansch 14 wird an den Einsatz gelötet oder geschweisst. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3b ist eine s-förmigen Dichtung bereits Bestandteil des Prallblechs 7. Die beiden Ausführungsbeispiele haben den Vorteil mit einer reduzierten Anzahl von Teilen auskommen zu können.
Eine Leckage der Kühlluft 11 durch eine Formveränderung des Einsatzes 10 während des Betriebs der Gasturbine wird durch die vorliegenden Ausführungsformen vorteilhaft vermieden. Somit wird nicht nur eine aufwendige Anpassung des Einsatzbleches zum Guss zur Minimierung des Spaltes bei der Herstellung vermieden, sondern auch herstellbedingte, veränderliche Leckagespalte werden ausgeschlossen. Die verbesserte Führung des Einsatzes 10 durch eine S-förmige Dichtung verhindert das Verklemmen des Einsatzes 10 am Guss. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Leitschaufel
2 ₁ obere Plattform
2 ₂ untere Plattform
3 Schaufelblatt
4 Vorderkante
5 Hinterkante
6 Hohlraum
7 Prallblech
8 Kühlloch in Prallblech 7
9 Kühlloch in Hinterkante 5
10 Einsatz
11 Kühlluft
12 Kühlloch in Einsatz 10
13 Dichtungselement
14 Flansch

Claims

1. Leitschaufel (1) einer thermischen Turbomaschine mit einer oberen und einer unteren Plattform (2 ₁, 2 ₂) zwischen denen sich ein Schaufelblatt (3) erstreckt,
wobei das Schaufelblatt (3) eine Vorderkante (4) und eine Hinterkante (5) und einen Hohlraum (6) aufweist,
wobei sich im Hohlraum (6) ein Einsatz (10) befindet,
wobei an der unteren und der oberen Plattform (2 ₁, 2 ₂) jeweils ein Prallblech (7) angeordnet ist und
wobei der Einsatz (10) an einer Plattform (2 ₁, 2 ₂) befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Prallblech (7) der zweiten Plattform (2 ₂, 2 ₁) und dem Einsatz (10) ein Dichtungselement (13) angeordnet ist, welches sowohl an dem Prallblech (7) als auch an dem Einsatz (10) befestigt ist.

2. Leitschaufel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (13) eine s-förmige Dichtung ist.

3. Leitschaufel (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung an das Prallblech (7) gelötet und an den Einsatz (10) geschweisst ist.

4. Leitschaufel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (13) Teil des Prallblechs (7) ist.

5. Leitschaufel (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Prallblech (7) mit einem Flansch (14) versehen ist.

6. Leitschaufel (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Prallblech (7) mit einer s-förmigen Dichtung versehen ist.

7. Leitschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (10) an der oberen Plattform (2 ₁) befestigt ist und sich das Dichtungselement (13) an unteren Plattform (2 ₂) befindet.

8. Leitschaufel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (10) an der unteren Plattform (2 ₂) befestigt ist und sich das Dichtungselement (13) an der oberen Plattform (2 ₁) befindet.