DE10217484B4

DE10217484B4 - Leitschaufel einer thermischen Turbomaschine

Info

Publication number: DE10217484B4
Application number: DE10217484.9A
Authority: DE
Inventors: Richard London; Peter Marx
Original assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2022-04-20
Also published as: DE10217484A1

Abstract

Leitschaufel (1) einer thermischen Turbomaschine mit einer oberen und einer unteren Plattform (2₁, 2₂) zwischen denen sich ein Schaufelblatt (3) erstreckt, wobei das Schaufelblatt (3) eine Vorderkante (4), eine Hinterkante (5) und einen Hohlraum (6) aufweist, wobei sich im Hohlraum (6) ein Einsatz (10) befindet, wobei an der oberen und der unteren Plattform (2₁, 2₂) jeweils ein Prallblech (7) angeordnet ist und wobei der Einsatz (10) an einer (2₁) der oberen und unteren Plattform (2₁, 2₂) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der Einsatz (10) die obere und die untere Plattform (2₁, 2₂) durchdringt, und
dass zwischen dem Prallblech (7) der anderen (2₂) der oberen und der unteren Plattform (2₁, 2₂) und dem Einsatz (10) ein Dichtungselement (13) angeordnet ist, und dass das Dichtungselement (13) Teil des Prallblechs (7) ist und an dem Einsatz (10) befestigt 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 A 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 4 040 767 A , EP 0 534 207 A1 , WO 99/ 36 675 A1 A oder US 6 120 249 A 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 Systemen dienen Einsätze zur Verteilung der Luft innerhalb des Hohlraums.
Wie aus der US 4 288 201 A , der US 4 021 139 A oder der US 4 946 346 A 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 haben.
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.
Aus der JP H07 - 217 404 A ist eine Leitschaufel einer stationären Gasturbine bekannt bei der eine poröse Kühlplatte so an der Leitschaufel angelötet wird, dass sie zusammen mit einer Nut in der Laufschaufel einen Kühlkanal bildet. Ein Einsatz ist in einem Hohlraum der Leitschaufel angeordnet und an einer Lippe der Kühlplatte mit dieser verschweißt.
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 durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Das Dichtungselement kann verschiedenartig ausgeführt werden. Das Dichtungselement ist Teil des Prallblechs 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.
Figurenliste
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei

1 eine Leitschaufel einer Gasturbine mit einem Prallblech zeigt,
2 einen Schnitt durch Leitschaufel und Prallblech gemäß dem Schnitt II-II der 1 darstellt,
3a eine zweite Ausführungsform gemäß dem Kreis III-III der 2 zeigt und
3b eine dritte Ausführungsform gemäß dem Kreis III-III der 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 1 zeigt eine Leitschaufel 1 einer thermischen Turbomaschine, also beispielsweise einer Gasturbine, mit einer oberen und einer unteren Plattform 2₁ , 2₂ , einem Schaufelblatt 3, welches eine Vorderkante 4 und eine Hinterkante 5 aufweist, und einem (in der 2 dargestellten) Hohlraum 6. Die Leitschaufel 1 ist an beiden Plattformen 2₁ , 2₂ 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 2 zeigt einen Schnitt gemäß der Linie II-II in der 1. Zur Prallkühlung der beiden Plattformen 2₁ , 2₂ 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 2₁, 2₂ 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 2₁ 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 2 (Kreis III) ersichtlich ist, ist zwischen dem Prallblech 7 der unteren Plattform 2₂ und dem Einsatz 10 ein Dichtungselement 13 angeordnet. Das Dichtungselement 13 ist in dem Ausführungsbeispiel der 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 2₁ , 2₂ der Leitschaufel 1 gleichwertig, d. h. der Einsatz 10 könnte auch an der unteren Plattform 2₂ befestigt sein, während sich dann das Dichtungselement 13 zwischen der oberen Plattform 2₁ und dem Einsatz 10 befindet.
In zwei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß den 3a und 3b, welche das Detail III der 2 in zwei verschiedenen Varianten zeigen, ist das Dichtungselement 13 ein Teil des Prallblechs 7 selbst. In dem Ausführungsbeispiel der 3a ist das untere Prallblech 7 mit einem Flansch 14 ersehen. Dieser Flansch 14 wird an den Einsatz gelötet oder geschweißt. In dem Ausführungsbeispiel der 3b ist eine s-förmige 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
2₁: obere Plattform
2₂: 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

Leitschaufel (1) einer thermischen Turbomaschine mit einer oberen und einer unteren Plattform (2₁, 2₂) zwischen denen sich ein Schaufelblatt (3) erstreckt, wobei das Schaufelblatt (3) eine Vorderkante (4), eine Hinterkante (5) und einen Hohlraum (6) aufweist, wobei sich im Hohlraum (6) ein Einsatz (10) befindet, wobei an der oberen und der unteren Plattform (2₁, 2₂) jeweils ein Prallblech (7) angeordnet ist und wobei der Einsatz (10) an einer (2₁) der oberen und unteren Plattform (2₁, 2₂) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (10) die obere und die untere Plattform (2₁, 2₂) durchdringt, und dass zwischen dem Prallblech (7) der anderen (2₂) der oberen und der unteren Plattform (2₁, 2₂) und dem Einsatz (10) ein Dichtungselement (13) angeordnet ist, und dass das Dichtungselement (13) Teil des Prallblechs (7) ist und an dem Einsatz (10) befestigt ist.
Leitschaufel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (13) eine S-förmige Dichtung ist.
Leitschaufel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prallblech (7) mit einem Flansch (14) versehen ist.