DE112006000603T5

DE112006000603T5 - Guide wheel and blade for a turbomachinery

Info

Publication number: DE112006000603T5
Application number: DE112006000603T
Authority: DE
Inventors: Richard Broughton Astley Bridge; Philip David Rugby Hemsley
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2008-02-07
Also published as: WO2006100256A1; GB0505978D0; CN101146980A; US20090191053A1; JP2008534837A

Abstract

Schaufel zur Benutzung in einer Reihe fester Schaufeln in einer Axialturbomaschine, aufweisend:
(a) einen radialen äusseren Deckplattenteil,
(b) einen Schaufelflächenteil, und
(c) einen radialen inneren Deckplattenteil, der zwei gegenüberliegende Seitenkanten aufweist, um in Kontakt mit entsprechenden Seitenkanten von benachbarten inneren Deckplattenteilen benachbarter Schaufeln in einer Reihe solcher Schaufeln zu gelangen,
wobei jede gegenüberliegende Seitenkante einen vorspringenden Stufenteil, einen vertieften Stufenteil und einen abgeschrägten Stufenteil aufweist, der den vorspringenden Stufenteil und den vertieften Stufenteil miteinander verbindet, wobei die vorspringenden Stufenteile sich an gegenüberliegenden Enden ihrer jeweiligen Seitenkanten befinden und dazu ausgebildet sind, in zusammenwirkende vertiefte Stufenteile benachbarter innerer Deckplatten von benachbarten Schaufeln hineinzuragen, wobei die abgeschrägten Stufenteile angeordnet sind, um zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen quer zur Umfangsrichtung der Reihe von Schaufeln Kräfte zu übertragen und um eine Übertragung von Lasten in Umfangsrichtung zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen zu verhindern.A bucket for use in a series of fixed blades in an axial turbomachine, comprising:
(a) a radial outer cover panel part,
(b) a blade surface part, and
(c) a radially inner cover plate member having two opposite side edges for coming into contact with corresponding side edges of adjacent inner cover plate members of adjacent blades in a row of such blades;
wherein each opposite side edge has a projected step portion, a recessed step portion, and a tapered step portion interconnecting the projecting step portion and the recessed step portion, the projecting step portions being at opposite ends of their respective side edges and adapted to be formed into cooperating recessed step portions adjacent one another internal cover plates of adjacent blades, wherein the chamfered step portions are arranged to transmit forces between adjacent inner cover plate members transversely to the circumferential direction of the row of blades and to prevent transmission of loads in the circumferential direction between adjacent inner cover plate parts.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Turbinen, und insbesondere die Turbinenschaufeln, die dabei verwendet werden. Insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, betrifft die Erfindung die Anordnung von Turbinenschaufeln, um ein Turbinenleitrad mit fest angeordneten Schaufeln auszubilden, das bei hohen Temperaturen arbeiten kann, und das eine Reduzierung des Austretens von Arbeitsfluid in Turbinen bewirken kann, was sich durch ein Verformen der Schaufelreihen aufgrund von Veränderungen der Betriebstemperatur ergibt. Die Erfindung ist besonders auf Dampfturbinen anwendbar.The The present invention relates to the field of turbines, and more particularly the turbine blades that are used. Especially, but not exclusively, the invention relates to the arrangement from turbine blades to a turbine stator with fixed To form shovels that can work at high temperatures, and that a reduction of the escape of working fluid in turbines can cause, which is due to a deformation of the blade rows due of changes the operating temperature results. The invention is particularly applicable to steam turbines applicable.

Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art

Im Wesentlichen wandeln Dampfturbinen die Energie im Dampf zunächst in mechanische Energie in der Form von Rotationsenergie um, und dann in elektrische Energie. Eine Vielzahl von Reihen von Turbinenschaufeln, die als Stufen bezeichnet werden, werden benutzt, um eine Turbinenwelle zu drehen. Jede Dampfturbinenstufe besteht aus alternierenden stationären und rotierenden Bauteilen: die stationären Bauteile sind Reihen von Turbinenschaufeln, die an der Innenseite des Gehäuses der Turbine angebracht sind, und hier als „feste Schaufeln" bezeichnet werden; und die rotierenden Bauteile sind Reihen von Turbinenschaufeln, die an einem Turbinenläufer angebracht sind, und hier als „bewegliche Schaufeln" bezeichnet werden.in the Essentially, steam turbines initially convert the energy in the steam mechanical energy in the form of rotational energy around, and then into electrical energy. A variety of rows of turbine blades, which are referred to as stages are used to form a turbine shaft to turn. Each steam turbine stage consists of alternating stationary and rotating components: the stationary components are rows of Turbine blades attached to the inside of the turbine housing are, and here as "solid Shovels " become; and the rotating components are rows of turbine blades, on a turbine runner and are referred to herein as "movable blades".

Der unter Druck gesetzte Dampf gelangt axial in die Turbine, und trifft zunächst auf die Schaufelflächen einer Reihe fester Schaufeln. Die Schaufeln lenken den Dampf auf eine Reihe beweglicher Schaufeln ab, die wiederum ihrerseits den Dampf zurück in die Axialrichtung ablenken, was sie dazu veranlasst, sich in entge gengesetzter Richtung zu dem abgelenkten Dampf zu bewegen. Dies bewirkt ein Drehen des Turbinenläufers und eine geringfügige Ausdehnung des Dampfes. Die nächste Stufe fester und beweglicher Schaufeln wiederholt den Vorgang. Dieser Vorgang setzt sich durch die Turbine hindurch fort, bis sich der Dampf vollständig ausgedehnt hat.Of the pressurized steam passes axially into the turbine, and hits first on the blade surfaces a series of fixed blades. The blades direct the steam a series of moving blades, which in turn the Steam back in the axial direction, causing them to move in opposite direction to the deflected steam to move. This causes a rotation of the turbine rotor and a slight expansion of the steam. The next Level of fixed and moving blades repeats the process. This The process continues through the turbine until the Steam completely has expanded.

Jede aufeinanderfolgende Stufe aus Schaufeln ist dazu optimiert, dem Druck und dem Volumen des Dampfes standzuhalten, der an der jeweiligen Position der Schaufeln in der Turbine zu erwarten ist, da der Dampf zunehmend an Druck verliert, während er sich durch die aufeinanderfolgenden Reihen von Turbinenschaufeln bewegt.each successive stage of blades is optimized to the Pressure and the volume of vapor to be withstood at the respective position The blades in the turbine are expected as the steam increases loses pressure while he is through the successive rows of turbine blades emotional.

Wie in 1 und 2 gezeigt, können die festen Turbinenschaufeln 103, 203 entweder direkt am Turbinengehäuse 100, 200, oder in separaten Leiträdern 202 angebracht sein. Die Schaufeln, die eine Turbinenstufe ausmachen, sind miteinander verbunden, um eine Dämpfung zu erreichen, und vermeiden so mögliche Vibrationen, die die Turbine beschädigen könnten.As in 1 and 2 shown, the fixed turbine blades 103 . 203 either directly on the turbine housing 100 . 200 , or in separate guide wheels 202 to be appropriate. The blades, which make up a turbine stage, are connected together to provide damping, thus avoiding possible vibrations that could damage the turbine.

Bezug nehmend auf 1 liegen dort kleine axiale Zwischenräume zwischen den festen Schaufeln 103 und den beweglichen Schaufeln 105 vor, um zu verhindern, dass die Schaufeln miteinander in Kontakt gelangen. Es liegt ausserdem ein kleiner radialer Zwischenraum zwischen dem festen Gehäuse 100 und den rotierenden Bauteilen 105, 108 vor; und zwischen dem Läufer 101 und den stationären Bauteilen 103, 109. Diese Zwischenräume müssen so klein wie möglich ausgebildet sein, um ein Austreten von Dampf zu vermeiden, da der Dampf, der durch die Zwischenräume strömt, nicht an den Schaufeln vorbei gelangt, und also keine Energie erzeugen kann. In den radialen Zwischenräumen sind Dichtungslamellen 104 vorgesehen, um die Dampfmenge zu reduzieren, die durch sie hindurch dringt. Die Dichtungslamellen 104 können entweder am Läufer 101, am Gehäuse 100 oder an den Enden der Schaufeln 103, 105 befestigt sein.Referring to 1 There are small axial spaces between the fixed blades 103 and the moving blades 105 prevent the blades from coming into contact with each other. There is also a small radial gap between the fixed housing 100 and the rotating components 105 . 108 in front; and between the runner 101 and the stationary components 103 . 109 , These spaces must be made as small as possible to prevent leakage of steam, since the steam flowing through the gaps does not pass the blades, and thus can not generate energy. In the radial gaps are sealing fins 104 provided to reduce the amount of steam that penetrates through them. The sealing blades 104 can either be on the runner 101 , on the housing 100 or at the ends of the blades 103 . 105 be attached.

Für den Fall, dass die festen Schaufeln 103 im Gehäuse 100 angebracht sind, wie in 1 gezeigt, beeinflusst jede Verformung des Gehäuses 100 aufgrund von Wärmeeffekten den radialen Zwischenraum zwischen den Enden der Schaufeln 109 und dem Läufer 101, da die Reihe aus Schaufeln 103 keinen präzisen Kreis mehr bildet. Dies kann dazu führen, dass einige Enden der Turbinenschaufeln 109 in Kontakt mit den Dichtungslamellen 104 gelangen, während sich der Läufer dreht, wodurch die Dichtungslamellen 104 beschädigt werden können. Nach dem Nachlassen der Verformung des Gehäuses 100 führt diese Beschädigung der Dichtungslamellen 104 zu einem erhöhten Austreten von Dampf durch den radialen Zwischenraum zwischen dem Ende der Turbinenschaufel 109 und dem Läufer 101.In the event that the solid blades 103 in the case 100 are attached, as in 1 shown, affects any deformation of the housing 100 due to thermal effects, the radial clearance between the ends of the blades 109 and the runner 101 because the row of shovels 103 no longer forms a precise circle. This can cause some ends of the turbine blades 109 in contact with the sealing lamellae 104 arrive while the rotor is rotating, causing the sealing fins 104 can be damaged. After the deformation of the housing has subsided 100 will cause this damage to the sealing blades 104 to increased leakage of steam through the radial gap between the end of the turbine blade 109 and the runner 101 ,

Um die festen Schaufeln, und damit die Dichtungslamellen 104, vor der genannten Verformung des Gehäuses zu schützen, ohne den radialen Zwischenraum zwischen den Enden der Schaufeln und dem Läufer erhöhen zu müssen, können die festen Schaufeln in einem Leitrad angebracht werden, wie in 2 gezeigt. Das Leitrad 202, 203, 204 ist normalerweise ein geschweisster Aufbau mit zwei Hälften, damit er um die Turbinenwelle herum angeordnet werden kann, mit einem äusseren 202 oder inneren 204 Ring, der ausreichend Masse aufweist, um sicherzustellen, dass die radiale Verformung minimiert wird, und dass die Schaufeln 203 auf diese Weise in einem präzisen Kreis bleiben. Der äussere Ring 202 des Leitrades ist in einer Nut 201 an der Innenfläche des Turbinengehäuses 200 angebracht, und der innere Ring 204 des Leitrades ist in eine Nut 205 im Läufer 207 eingepasst. Der innere Ring 204 des Leitrades steht nicht in Kontakt mit dem Läufer 207 und erzeugt so einen Zwischenraum zwischen diesen, doch es ist eine Lamellendichtung 206 in der Nut 205 im Läufer 207 vorgesehen, um den Dampf zu reduzieren, der durch den Zwischenraum strömt. Die beweglichen Schaufeln 209 sind axial benachbart zu den festen Schaufeln 203 angeordnet, die in dem Leitrad 202, 203, 204 vorgesehen sind, und sind durch einen Schaufelfuss 208 für bewegliche Schaufeln am Läufer befestigt. Am Ende der beweglichen Schaufeln 209 ist ein Schaufeldeckplattenteil 210 für bewegliche Schaufeln vorgesehen, der einen Zwischenraum zwischen dem Schaufeldeckplattenteil 210 und dem Turbinengehäuse 200 schafft. Häufig ist der Zwischenraum mit einer anderen Lamellendichtung versehen, um den Dampfstrom durch den Zwischenraum zu verringern.Around the fixed blades, and thus the sealing fins 104 to protect against said deformation of the housing, without having to increase the radial clearance between the ends of the blades and the rotor, the fixed blades can be mounted in a stator, as in 2 shown. The stator 202 . 203 . 204 is usually a welded construction with two halves, so that it can be arranged around the turbine shaft, with an outer one 202 or inner 204 Ring having sufficient mass to ensure that the radial deformation is minimized, and that the blades 203 stay in a precise circle this way. The outer ring 202 the stator is in a groove 201 on the inner surface of the turbine housing 200 attached, and the inner ring 204 the stator is in a groove 205 in the runner 207 fitted. The inner ring 204 the stator is not in contact with the runner 207 and thus creates a gap between them, but it is a lamellar seal 206 in the groove 205 in the runner 207 provided to reduce the steam flowing through the gap. The moving blades 209 are axially adjacent to the fixed blades 203 arranged in the stator 202 . 203 . 204 are provided, and are by a blade root 208 attached to the runner for moving blades. At the end of the moving blades 209 is a shovel cover part 210 provided for movable blades, the space between the blade cover plate part 210 and the turbine housing 200 creates. Often, the gap is provided with a different fin seal to reduce the flow of vapor through the gap.

Neue Auslegungen des Leitrades sind jedoch wesentlich kompakter, wie in 3, 4 und 5 gezeigt. In der Anordnung aus 3 sind die festen Schaufeln 303 in einem kompakten Leitrad 302, 303, 309 mit einem äusseren Ring 302 und einem inneren Ring 309 angeordnet. Dichtungen 306B sind vorgesehen, um den Dampfstrom durch den Zwischenraum zwischen dem inneren Ring des Leitrades 309 und dem Läufer 301 zu verringern. Die beweglichen Schaufeln 304 weisen Schaufelfüsse 305 auf, die im Läufer 301 angebracht sind. Dichtungen 306A sind im Zwischenraum zwischen der äusseren Deckplatte 307 der beweglichen Schaufel 304 und der Innenfläche eines axial vorspringenden Teils 310 des äusseren Rings des Leitrades 302 vorgesehen. Der axial vorspringende Teil 310 des äusseren Rings des Leitrades 302 liegt radial zwischen dem Turbinengehäuse 300 und dem äusseren Ring des Leitrades 302.However, new interpretations of the stator are much more compact, as in 3 . 4 and 5 shown. In the arrangement off 3 are the solid shovels 303 in a compact stator 302 . 303 . 309 with an outer ring 302 and an inner ring 309 arranged. seals 306B are provided to control the flow of vapor through the space between the inner ring of the stator 309 and the runner 301 to reduce. The moving blades 304 have shovel feet 305 on that in the runner 301 are attached. seals 306A are in the space between the outer cover plate 307 the moving blade 304 and the inner surface of an axially projecting part 310 the outer ring of the stator 302 intended. The axially projecting part 310 the outer ring of the stator 302 lies radially between the turbine housing 300 and the outer ring of the stator 302 ,

Diese Auslegung des Leitrades ermöglicht einen vorteilhaften Läuferaufbau, indem sie z.B. die Benutzung eines Trommelläufers und von T-Fusshalterungen erlaubt. Dies bedeutet jedoch, dass die Wärmeträgheit des äusseren Rings 401, 402 und des inneren Rings 405, 406 des Leitrades 400, 500 aus 4 und 5 unterschiedlich ist. Dies bewirkt, dass sich der äussere 401, 402 und der innere 405, 406 Ring mit unterschiedlicher Geschwindigkeit erwärmen und abkühlen.This design of the stator allows an advantageous rotor structure, for example, by allowing the use of a drum rotor and T-foot brackets. However, this means that the thermal inertia of the outer ring 401 . 402 and the inner ring 405 . 406 of the stator 400 . 500 out 4 and 5 is different. This causes the outer 401 . 402 and the inner one 405 . 406 Heat ring at different speed and cool.

Wie in 4 gezeigt, müssen der äussere und der innere Ring des Leitrades 400 bei 403, 407 in zwei Hälften geteilt sein, derart, dass das Leitrad an seinem Durchmesser geteilt ist, damit es um einen Läufer herum angeordnet werden kann. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung, die sich aus dem Temperaturunterschied ergibt, kann dazu führen, dass sich die zwei Hälften des Leitrades verformen, wie in übertriebener Weise in 5 dargestellt, so dass sie zusammen die Form einer 8 oder eine ovale Form bilden. Das bedeutet, dass die stationären Teile sich an einigen Stellen am Umfang näher zu den beweglichen Teilen hinbewegen, und so den Zwischenraum dazwischen schliessen, was eine Beschädigung hervorrufen kann, wenn die Lamellen in Kontakt mit den Schaufeln oder dem Läufer gelangen, wodurch sich eine dauerhafte Zunahme des Austretens ergibt, wie oben beschrieben.As in 4 shown must be the outer and inner ring of the stator 400 at 403 . 407 be divided in half, such that the stator is divided at its diameter, so that it can be arranged around a rotor around. The differential thermal expansion resulting from the temperature difference can cause the two halves of the stator to deform, as in an exaggerated manner 5 represented so that together they form the shape of an 8 or an oval shape. This means that the stationary parts move closer to the moving parts in some places around the periphery, closing the space between them, which can cause damage when the blades come in contact with the blades or the runner, resulting in a permanent Increase in leakage results as described above.

Das Ziel dieser Erfindung ist es deshalb, das Problem eines kompakten Leitrades zu reduzieren oder zu eliminieren, welches eine Reihe von Turbinenschaufeln aufweist, die einer Wärmeverformung unterliegen, was zu einem erhöhten Dampfaustritt und zu einer Beschädigung der Turbine führt.The The aim of this invention is therefore the problem of a compact To reduce or eliminate stators, which is a series of turbine blades subject to thermal deformation, what an increased Steam escape and damage the turbine leads.

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

In Kürze stellt die Erfindung ein Turbinenleitrad für eine Axialturbomaschine bereit, in dem äussere Deckplatten benachbarter fester Schaufeln am Umfang miteinander in Kontakt stehen, um einen am Umfang kontinuierlichen Lastweg zu bilden, wobei jedoch innere Deckplatten der Schaufeln nur an Kontaktflächen miteinander in Kontakt stehen, die so ausgerichtet sind, dass sie Lasten in der radialen und/oder axialen Richtung übertragen. Diese Anordnung verhindert Umfangslastwege durch die inneren Deckplatten, und verringert so das Problem der Wärmeverformung.In Brevity the invention provides a turbine nozzle for an axial turbomachine, in the outer Cover plates of adjacent fixed blades on the circumference with each other to contact a circumferentially continuous load path form, but with inner cover plates of the blades only at contact surfaces with each other are in contact, which are aligned so that they load in transmitted the radial and / or axial direction. This arrangement prevents circumferential load paths through the inner cover plates, and reduces so the problem of heat deformation.

Um dieses Ergebnis konsequent zu erzielen, muss eine Presspassung zwischen benachbarten inneren Deckplatten an deren Kontaktflächen vorliegen, und die Presspassung muss ausreichend Drehmomentkräfte auf die Deckplatten ausüben, um sicherzustellen, dass die Kontaktflächen über den gesamten Temperaturbereich des Betriebs der Turbomaschine hinweg miteinander in Kontakt bleiben.Around To consistently achieve this result must have a press fit between adjacent inner cover plates are present at their contact surfaces, and the press fit must have sufficient torque forces exercise the cover plates, to ensure that the contact surfaces over the entire temperature range remain in contact with each other during operation of the turbomachine.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen die Kontaktflächen zum Übertragen von Lasten in radialer Richtung in Kontakt miteinander, wenn das Leitrad sich im montierten kühlen Zustand befindet, sowie während aller Betriebszustände der Turbine, während die Kontaktflächen zum Übertragen von Lasten in axialer Richtung nur dann in Kontakt miteinander gelangen, wenn das Leitrad eine Betriebstemperatur erreicht.In a preferred embodiment The invention relates to the contact surfaces for transmitting loads in radial Direction in contact with each other when the stator mounted in the cool State is located, as well as during all operating states the turbine while the contact surfaces to transfer of loads in the axial direction only then come into contact with each other, when the stator reaches an operating temperature.

In der Erfindung stehen gegenüberliegende Seitenkanten der inneren Deckplatten in Kontakt mit entsprechenden Seitenkanten benachbarter innerer Deckplatten von benachbarten Schaufeln, und jede jeweils gegenüberliegende Seitenkante umfasst einen vorspringenden Stufenteil, einen vertieften Stufenteil, und einen abgeschrägten Stufenteil, der den vorspringenden Stufenteil und den vertieften Stufenteil miteinander verbindet, wobei die vorspringenden Stufenteile sich an gegenüberliegenden Enden ihrer jeweiligen Seitenkanten befinden, und dazu ausgebildet sind, in zusammenwirkende vertiefte Stufenteile benachbarter innerer Deckplatten von benachbarten Schaufeln hineinzuragen, wobei die abgeschrägten Stufenteile Kontaktflächen aufweisen, die betriebsfähig sind, um zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen Lasten in axialer Richtung zu übertragen, und um eine Übertragung von Lasten in Umfangsrichtung zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen zu verhindern.In the invention, opposite side edges of the inner cover plates are in contact with corresponding side edges of adjacent inner cover plates of adjacent blades, and each opposite side edge comprises a projecting step portion, a recessed step portion, and a tapered step portion interconnecting the projected step portion and the recessed step portion wherein the projecting step portions are at opposite En are located at their respective side edges and configured to project into cooperating recessed step portions of adjacent inner cover plates of adjacent blades, the tapered step portions having contact surfaces operable to transmit loads between adjacent inner cover plate members in the axial direction and a transmission to prevent loads in the circumferential direction between adjacent inner cover plate parts.

Vorzugsweise weist jede gegenüberliegende Seitenkante des inneren Deckplattenteils ferner einen ebenen Teil auf, wobei die vorspringenden Stufenteile Teile der Seitenkanten aufweisen, die relativ zu den ebenen Teilen hervorragen, und die vertieften Stufenteile Teile der Seitenkanten aufweisen, die relativ zu den ebenen Teilen hinterschnitten sind. Um radiale Kräfte zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen zu übertragen, ist vorgesehen, dass Kontaktflächen der ebenen Teile, der vorspringenden Stufenteile und der vertieften Stufenteile radial aneinander anliegen.Preferably has each opposite side edge the inner cover plate part further comprises a planar part, wherein the projecting step parts have parts of the side edges, which protrude relative to the flat parts, and the recessed ones Stage parts have parts of the side edges, relative to the are undercut flat parts. To radial forces between to transfer adjacent inner cover plate parts, it is provided that contact surfaces the flat parts, the projecting step parts and the recessed ones Step parts abut each other radially.

In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Schaufel zur Benutzung in einer Reihe von festen Schaufeln in einer Axialturbomaschine bereit, die Folgendes aufweist:

(a) einen radialen äusseren Deckplattenteil,
(b) einen Schaufelflächenteil, und
(c) einen radialen inneren Deckplattenteil, der zwei gegenüberliegende Seitenkanten aufweist, um in Kontakt mit entsprechenden Seitenkanten von benachbarten inneren Deckplattenteilen benachbarter Schaufeln in einer Reihe solcher Schaufeln zu gelangen,

wobei jede gegenüberliegende Seitenkante einen vorspringenden Stufenteil, einen vertieften Stufenteil und einen abgeschrägten Stufenteil aufweist, der den vorspringenden Stufenteil und den vertieften Stufenteil miteinander verbindet, wobei die vorspringenden Stufenteile sich an gegenüberliegenden Enden ihrer jeweiligen Seitenkanten befinden und dazu ausgebildet sind, in zusammenwirkende vertiefte Stufenteile benachbarter innerer Deckplatten von benachbarten Schaufeln hineinzuragen, wobei die abgeschrägten Stufenteile angeordnet sind, um zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen quer zur Umfangsrichtung der Reihe von Schaufeln Kräfte zu übertragen, und um eine Übertragung von Lasten in Umfangsrichtung zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen zu verhindern.In another aspect, the present invention provides a blade for use in a series of fixed blades in an axial turbomachine, comprising:

(a) a radial outer cover panel part,
(b) a blade surface part, and
(c) a radially inner cover plate member having two opposite side edges for coming into contact with corresponding side edges of adjacent inner cover plate members of adjacent blades in a row of such blades;

wherein each opposite side edge has a projected step portion, a recessed step portion, and a tapered step portion interconnecting the projecting step portion and the recessed step portion, the projecting step portions being at opposite ends of their respective side edges and adapted to be formed into cooperating recessed step portions adjacent one another internal cover plates of adjacent blades, wherein the chamfered step portions are arranged to transmit forces between adjacent inner cover plate members transversely to the circumferential direction of the row of blades, and to prevent transmission of loads in the circumferential direction between adjacent inner cover plate parts.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird eine Turbinenschaufel bereitgestellt, die an ihrer Innenkante eine Verbindung zu benachbarten Schaufeln herstellen kann, die jedoch keine Zug- und Druckkräfte auf diese benachbarten Schaufeln überträgt. Dies wird durch eine Anordnung erreicht, die sicherstellt, dass jede Schaufel die Freiheit behält, sich in Umfangsrichtung auszudehnen, während der Kontakt zwischen den Schaufeln aufrechterhalten wird. Mit einem kleinen Umfangszwischenraum, beispielsweise von weniger als 0,5 mm, übertragen benachbarte Schaufeln nicht länger die Zug- und Druckkräfte, die beim Erwärmen oder Abkühlen zu einer Verformung des Leitrades führen. Die Schaufeln werden durch Befestigung am äusseren Ring des Leitrades in ihrer Position gehalten.With By means of the present invention, a turbine blade is provided, the at its inner edge a connection to adjacent blades can produce, but no tensile and compressive forces transmits these neighboring blades. This is achieved by an arrangement that ensures each one Shovel keeps the freedom, expand in the circumferential direction, while the contact between the blades is maintained. With a small circumferential gap, for example, less than 0.5 mm, transmit adjacent blades no longer the tensile and compressive forces, the when heating or cooling lead to a deformation of the stator. The blades are going through Attachment on the outside Ring of the stator held in position.

Weitere Aspekte der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor.Further Aspects of the invention will become apparent from the following description and the claims out.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Es sollen nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche Bauteile hinweisen, Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden.It Now, with reference to the accompanying figures in which the same reference numbers refer to the same or similar components, embodiments of the invention will be described.

1 ist eine Teilschnittansicht entlang einer radialen Ebene, die mit der Rotationsachse einer Turbine übereinstimmt, und zeigt die Anordnung einer festen Schaufel, die im Gehäuse angebracht ist, und einer beweglichen Schaufel, die im Läufer angebracht ist; 1 is a partial sectional view taken along a radial plane that coincides with the axis of rotation of a turbine, and shows the arrangement of a fixed blade, which is mounted in the housing, and a movable blade, which is mounted in the rotor;

2 ist eine Teilschnittansicht entlang einer radialen Ebene, die mit der Rotationsachse einer Turbine übereinstimmt, und zeigt die Anordnung einer festen Schaufel, die in einem grossen Leitrad angebracht ist, und einer beweglichen Schaufel, die im Läufer angebracht ist; 2 is a partial sectional view taken along a radial plane that coincides with the axis of rotation of a turbine, and shows the arrangement of a fixed blade, which is mounted in a large stator and a movable blade, which is mounted in the rotor;

3 ist eine Teilschnittansicht entlang einer radialen Ebene, die mit der Rotationsachse einer Turbine übereinstimmt, und zeigt die Anordnung einer festen Schaufel, die in einem kompakten Leitrad angebracht ist, und einer beweglichen Schaufel, die im Läufer angebracht ist; 3 is a partial sectional view taken along a radial plane that coincides with the axis of rotation of a turbine, and shows the arrangement of a fixed blade, which is mounted in a compact stator and a movable blade, which is mounted in the rotor;

4 ist eine Endansicht entlang der Rotationsachse einer Turbine, und zeigt eine Reihe fester Schaufeln, die in einem kompakten Leitrad angebracht sind, gesondert von dem übrigen Turbinenaufbau betrachtet; 4 Figure 11 is an end view taken along the axis of rotation of a turbine, showing a series of fixed vanes mounted in a compact stator, viewed separately from the rest of the turbine assembly;

5 ist eine Ansicht ähnlich wie 4, die jedoch in übertriebener Weise die Reihe fester Schaufeln zeigt, die Verformungen unterliegen, welche dadurch verursacht werden, dass der innere und der äussere Ring des Leitrades aufgrund einer unterschiedlichen Wärmeträgheit des inneren und äusseren Rings eine unterschiedliche Temperatur aufweisen; 5 is a view similar to 4 however exaggeratedly showing the series of fixed vanes subject to deformations caused by the fact that the inner and outer rings of the stator have a different temperature due to a different thermal inertia of the inner and outer rings;

6 ist eine perspektivische Ansicht von drei benachbarten Turbinenschaufeln gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 6 is a perspective view of three adjacent turbine blades according to the preferred embodiment of the invention;

7a bis 7c sind perspektivische Ansichten einer Turbinenschaufel gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei jede Ansicht eine andere Seite der Schaufel zeigt; 7a to 7c Fig. 3 are perspective views of a turbine blade according to the preferred embodiment of the invention, with each view showing a different side of the blade;

8a ist eine perspektivische Ansicht der drei benachbarten Turbinenschaufeln aus 6, die an einem äusseren Ring des Leitrades angebracht sind; 8a is a perspective view of the three adjacent turbine blades 6 which are attached to an outer ring of the stator;

8b ist eine Teilschnittansicht entlang der Linie B-B aus 8a, die zeigt, wie der äussere Deckplattenteil einer der Turbinenschaufeln vor dem Verschweissen in Kontakt mit der Innenfläche des äusseren Ringes des Leitrades steht; 8b is a partial sectional view taken along the line BB 8a showing how the outer cover plate part of one of the turbine blades is in contact with the inner surface of the outer ring of the stator prior to welding;

9a und 9b sind vergrösserte Querschnittansichten einer gestuften Kantenverbindung an den inneren Deckplattenteilen der benachbarten Turbinenschaufeln aus 6, die die Verbindung vor der Erwärmung (9a) und nach der Erwärmung (9b) zeigen; 9a and 9b Figure 12 is enlarged cross-sectional views of a stepped edge connection on the inner cover plate portions of the adjacent turbine blades 6 that the connection before warming ( 9a ) and after heating ( 9b ) demonstrate;

10 ist eine Ansicht ähnlich wie 9b, die die Kräfte zeigt, die auf die Verbindung einwirken, wenn eine vollständiger Satz Turbinenschaufeln in ein Turbinenleitrad eingesetzt ist; und 10 is a view similar to 9b showing the forces acting on the joint when a full set of turbine blades are inserted into a turbine nozzle; and

11 ist eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufel gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. 11 is a perspective view of a turbine blade according to an alternative embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDetailed description of the preferred embodiments

Es sollen nun unter Bezugnahme auf 6 bis 10 eine Turbinenschaufel gemäss der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie ein Leitrad, das eine Reihe solcher Turbinenschaufeln enthält, beschrieben werden.It should now be with reference to 6 to 10 a turbine blade according to the preferred embodiment of the present invention and a stator containing a number of such turbine blades are described.

7a und 7b zeigen eine einzelne Turbinenschaufel 700 gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaufel 700 ist als ein einzelnes massives Bauteil ausgebildet, das aus einem Metallblock geschmiedet und herausgearbeitet wurde, mit drei Teilen: einem äusseren Deckplattenteil 710, einem Schaufelteil 720 und einem inneren Deckplattenteil 730. 7a and 7b show a single turbine blade 700 according to the preferred embodiment of the invention. The shovel 700 is formed as a single solid component forged and machined from a metal block, with three parts: an outer cover plate part 710 a scoop part 720 and an inner cover panel part 730 ,

Der äussere Deckplattenteil 710 ist als eine im Wesentlichen rechteckige oder parallelogrammförmige Platte ausgebildet, die vier Kantenflächen 711, 712, 714, 716 aufweist. Sie ist in der Umfangsrichtung des Turbinenleitrads gekrümmt, so dass dann, wenn alle Turbinenschaufeln im Leitrad montiert sind, aneinander grenzende Deckplattenteile 710 einen Ring bilden, dessen Krümmungsmittelpunkt mit der Rotationsachse der Turbine übereinstimmt.The outer cover plate part 710 is formed as a substantially rectangular or parallelogram-shaped plate, the four edge surfaces 711 . 712 . 714 . 716 having. It is curved in the circumferential direction of the turbine nozzle, so that when all the turbine blades are mounted in the stator, adjacent cover plate parts 710 form a ring whose center of curvature coincides with the axis of rotation of the turbine.

Die radiale Innenfläche 713 des äusseren Deckplattenteils 710 bildet eine Strömungsfläche des Turbinendurchgangs. Während der Herstellung des Turbinenleitrads wird die radial äussere Fläche 715 des äusseren Deckplattenteils 710 durch Schweissen an einem nach innen vorspringenden Flansch 805 eines äusseren Ringes 800 des Leitrades befestigt, wie in 8a und 8b gezeigt ist und später beschrieben werden soll.The radial inner surface 713 of the outer cover plate part 710 forms a flow area of the turbine passage. During the manufacture of the Turbinenleitrads the radially outer surface 715 of the outer cover plate part 710 by welding to an inwardly projecting flange 805 an outer ring 800 attached to the stator, as in 8a and 8b is shown and will be described later.

In Umfangsrichtung einander zugewandte Flächen 712, 714 des äusseren Deckplattenteils 710 erstrecken sich allgemein in axialer Richtung der Turbine und sind im Wesentlichen ebene Flächen. Wenn die Schaufeln 700 im Leitrad montiert sind, besteht zwischen den Deckplattenkanten 712, 714 benachbarter Deckplatten ein Kontakt in Umfangsrichtung, derart, dass ein in Umfangsrichtung kontinuierlicher Lastweg gebildet wird, wobei jedoch, wie im Folgenden erläutert, kein Kontakt in Umfangsrichtung zwischen den inneren Deckplattenteilen 730 vorliegt. Die axial einander zugewandten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kanten 711, 716 des äusseren Deckplattenteils 710 sind ebenfalls im Wesentlichen ebene Flächen, und der Abstand zwischen ihnen weist dieselbe axiale Breite auf wie der äussere Ring 800.In the circumferential direction facing each other surfaces 712 . 714 of the outer cover plate part 710 extend generally in the axial direction of the turbine and are substantially planar surfaces. When the blades 700 are mounted in the stator, exists between the cover plate edges 712 . 714 adjacent cover plates a contact in the circumferential direction, such that a circumferentially continuous load path is formed, however, as explained below, no contact in the circumferential direction between the inner cover plate parts 730 is present. The axially facing, circumferentially extending edges 711 . 716 of the outer cover plate part 710 are also substantially planar surfaces, and the distance between them has the same axial width as the outer ring 800 ,

Der Schaufelteil 720 weist eine Schaufelfläche 721 auf, die den äusseren Deckplattenteil 710 mit dem inneren Deckplattenteil 730 verbindet. Der innere Deckplattenteil 730 ist als eine im Wesentlichen rechteckige oder parallelogrammförmige Platte ausgebildet, die in der Umfangsrichtung des Turbinenleitrads gekrümmt ist, derart, dass dann, wenn alle Schaufeln im Leitrad montiert sind, benachbarte innere Deckplattenteile 730 einen Ring bilden, dessen Krümmungsmittelpunkt mit der Rotationsachse der Turbine übereinstimmt. In dem montierten Turbinenleitrad bildet die radial äussere Fläche 740 des äusseren Deckplattenteils 710 eine Strömungsfläche des Turbinendurchgangs, und die radial innere Fläche 738 stellt eine Dichtung zum Läufer her, z.B. mit Hilfe von Dichtungslamellen, die am Läufer angebracht sind, ähnlich den Lamellen 306 aus 3.The blade part 720 has a blade surface 721 on, the outer cover plate part 710 with the inner cover plate part 730 combines. The inner cover plate part 730 is formed as a substantially rectangular or parallelogram-shaped plate which is curved in the circumferential direction of the turbine nozzle, such that when all the blades are mounted in the stator, adjacent inner cover plate parts 730 form a ring whose center of curvature coincides with the axis of rotation of the turbine. In the mounted Turbinenleitrad forms the radially outer surface 740 of the outer cover plate part 710 a flow surface of the turbine passage, and the radially inner surface 738 makes a seal to the rotor ago, for example, with the aid of sealing blades, which are mounted on the rotor, similar to the slats 306 out 3 ,

Wie der äussere Deckplattenteil 710 weist der innere Deckplattenteil 730 im Wesentlichen ebene, axial ausgerichtete, sich in Umfangsrichtung erstreckende Kanten 741, 742 auf. Anders als bei dem äusseren Deckplattenteil 710 weist jedoch jede in Umfangsrichtung ausgerichtete, sich im Wesentlichen axial erstreckende Kante des inneren Deckplattenteils 730 einen vorspringenden Stufenteil 732, 734, einen zugehörigen vertieften Stufenteil 736, 737, einen abgeschrägten Stufenteil 743, 744, der den vorspringenden Stufenteil und den vertieften Stufenteil miteinander verbindet, und einen ebenen Teil 731, 733 auf. Die ebenen Teile 731, 733 nehmen die halbe Höhe ihrer Deckplattenkanten ein, erstrecken sich über die gesamte axiale Länge der inneren Deckplatte 730, und sind in Bezug auf die vertieften und die vorspringenden Stufenteile radial aussen angeordnet. Die vorspringenden Stufenteile 732, 734 weisen Teile der Deckplattenkanten auf, die relativ zu den ebenen Teilen 731, 733 der Deckplattenkanten hervorragen, während die vertieften Stufenteile 736, 737 Teile der Deckplattenkanten aufweisen, die relativ zu den ebenen Teilen 731, 733 hinterschnitten sind. Die halbe axiale Länge der inneren Deckplatten wird von den vorspringenden Stufenteilen 732, 734 eingenommen, die axial gegenüberliegende Positionen an den gegenüberliegenden, in Umfangsrichtung einander zugewandten Kanten der inneren Deckplatte einnehmen. Ebenso erstrecken sich die vertieften Stufenteile über die verbleibende Hälfte der axialen Länge der inneren Deckplatten, und nehmen an ihren jeweiligen Deckplattenkanten axial gegenüberliegende Positionen ein. Wenn also die Schaufeln in dem Turbinenleitrad montiert werden, vereinigen sich die vorspringenden Stufenteile 732, 734 jeder inneren Deckplatte mit den vertieften Stufenteilen 736, 737 der benachbarten inneren Deckplatten, um auf diese Weise gleitende Dehnungsausgleichsverbindungen zwischen den inneren Deckplatten zu bilden, wie im Folgenden detaillierter erläutert werden soll.Like the outer cover plate part 710 has the inner cover plate part 730 substantially planar, axially aligned, circumferentially extending edges 741 . 742 on. Unlike the outer cover panel part 710 however, includes each circumferentially aligned, substantially axially extending edge of the inner panel section 730 a projecting step part 732 . 734 , an associated recessed step portion 736 . 737 , a beveled step part 743 . 744 , of the the projecting step portion and the recessed step portion connects together, and a flat part 731 . 733 on. The flat parts 731 . 733 take half the height of their cover plate edges, extending over the entire axial length of the inner cover plate 730 , and are disposed radially outward with respect to the recessed and protruding step portions. The projecting step parts 732 . 734 have parts of the cover plate edges relative to the flat parts 731 . 733 the topsheet edges protrude while the recessed step portions 736 . 737 Parts of the cover plate edges, relative to the flat parts 731 . 733 are undercut. The half axial length of the inner cover plates is from the projecting stages parts 732 . 734 taken, the axially opposite positions on the opposite, circumferentially facing edges of the inner cover plate occupy. Likewise, the recessed step portions extend over the remaining half of the axial length of the inner cover plates, and occupy axially opposite positions at their respective cover plate edges. Thus, when the vanes are mounted in the turbine nozzle, the projecting stages join together 732 . 734 each inner cover plate with the recessed step parts 736 . 737 the adjacent inner cover plates so as to form sliding expansion joints between the inner cover plates, as will be explained in more detail below.

Die gleitenden Dehnungsausgleichsverbindungen zwischen benachbarten inneren Deckplatten 730 weisen Kontaktflächen auf, die die radial nach aussen gewandten Flächen 735 der vorspringenden Stufenteile 732, 734, die radial nach innen gewandten Flächen 735' der vertieften Stufenteile 736, 737 (die auch als überhängende Flächen der ebenen Kantenteile 731, 733 beschreibbar sind), und die Flächen der abgeschrägten Stufenteile 743, 744 aufweisen, die abgewinkelte Flächen zwischen den vertieften und den vorspringenden Stufenteilen bilden. Wenn sich also das Turbinenleitrad im vollständig montierten Zustand befindet, gelangen die Kontaktflächen 735 an einer jeweiligen inneren Deckplatte 730 radial in Anlage an die Kontaktflächen 735' der benachbarten inneren Deckplatten, um radiale Lasten zwischen den inneren Deckplatten zu übertragen. Bei Betriebstemperaturen der Turbine gelangen ausserdem die abgeschrägten Stufenteile 743, 744 an einer jeweiligen inneren Deckplatte 730 ebenfalls in Anlage aneinander, um quer zur Umfangsrichtung, d.h. in einer im Allgemeinen axialen Richtung, Lasten zwischen den inneren Deckplatten zu übertragen. Die in Umfangsrichtung einander zugewandten Flächen 733, 734, 736; 731, 732, 737 der inneren Deckplattenteile 730 gelangen jedoch nicht in Kontakt miteinander, sondern bleiben durch einen schmalen Spalt von etwa 0,1 mm bis 0,5 mm voneinander getrennt, um die Übertragung von Zug- oder Druckkräften in Umfangs- oder Tangentialrichtung zu verhindern. Die Übertragung dieser Kräfte in Umfangsrichtung, wie zuvor erwähnt, würde dazu führen, dass das Leitrad aus der Achssymmetrie um den Läufer herausgezogen würde, wobei die Konsequenzen unter Bezugnahme auf den Stand der Technik erörtert wurden. Deshalb wird der genannte schmale Umfangsspalt zwischen benachbarten inneren Deckplattenteilen 730 belassen, um eine Wärmeausdehnung zuzulassen.The sliding expansion joints between adjacent inner cover plates 730 have contact surfaces that the radially outwardly facing surfaces 735 the projecting step parts 732 . 734 , the radially inwardly facing surfaces 735 ' the recessed step parts 736 . 737 (also as overhanging surfaces of the flat edge parts 731 . 733 writable), and the surfaces of the tapered step portions 743 . 744 which form angled surfaces between the recessed and protruding step portions. Thus, when the turbine nozzle is in the fully assembled state, the contact surfaces arrive 735 on a respective inner cover plate 730 radially in contact with the contact surfaces 735 ' the adjacent inner cover plates to transfer radial loads between the inner cover plates. At operating temperatures of the turbine also get the tapered stages parts 743 . 744 on a respective inner cover plate 730 also in abutment with each other to transfer transversely to the circumferential direction, ie in a generally axial direction, loads between the inner cover plates. The circumferentially facing each other surfaces 733 . 734 . 736 ; 731 . 732 . 737 the inner cover plate parts 730 However, they do not come into contact with each other, but remain separated by a narrow gap of about 0.1 mm to 0.5 mm from each other to prevent the transmission of tensile or compressive forces in the circumferential or tangential direction. The transmission of these forces in the circumferential direction, as previously mentioned, would result in the stator being pulled out of axis symmetry about the rotor, the consequences of which have been discussed with reference to the prior art. Therefore, said narrow circumferential gap between adjacent inner cover plate parts 730 leave to allow thermal expansion.

Man wird verstehen, dass die Auslegung in dieser Ausführungsform der Erfindung derart vorgesehen ist, dass, wenn eine vollständige Reihe, oder Stufe, von Schaufeln 700 als ein Leitwerk montiert ist, durch das Biegen des Schaufelflächenteils 721 der Schaufel während des Einführens der Schaufel in das Leitrad interne Torsionskräfte entstehen. Es ist vorgesehen, dass die internen Torsionskräfte im kühlen Montagezustand die aneinander liegenden Kontaktflächen 735, 735' zueinander hin bewegen. Da auf jede aneinander liegende Kontaktfläche dieselbe Torsionskraft einwirkt, beträgt die Nettokraft null, wenn sich alle benachbarten inneren Deckplatten in Passkontakt befinden.It will be understood that the design in this embodiment of the invention is such that when a complete row, or step, of blades 700 is mounted as a tail by bending the blade surface portion 721 the blade during the insertion of the blade into the stator internal torsional forces arise. It is envisaged that the internal torsional forces in the cool mounting state, the adjacent contact surfaces 735 . 735 ' move towards each other. Since the same torsional force acts on each adjacent contact surface, the net force is zero when all adjacent inner cover plates are in fitting contact.

Zur kurzen Wiederholung soll erwähnt werden, dass der innere Deckplattenteil 730 der Schaufel 700 dazu ausgebildet ist, sich mit den benachbarten inneren Deckplattenteilen zu verriegeln, ohne dass die inneren Deckplattenteile in Umfangs-/Tangentialrichtung miteinander in Kontakt gelangen, d.h., zwischen den inneren Deckplatten liegt keine wesentliche Lastübertragung in Richtungen vor, die senkrecht zu einer Ebene verlaufen, welche mit der Turbinenachse übereinstimmt.For a brief repetition should be mentioned that the inner cover plate part 730 the shovel 700 is adapted to lock with the adjacent inner cover plate parts, without the inner cover plate parts in the circumferential / tangential direction come into contact with each other, ie, between the inner cover plates is no significant load transfer in directions that are perpendicular to a plane, which coincides with the turbine axis.

Um ein Turbinenleitrad mit einer Reihe oder Stufe fester Schaufeln 700 aufzubauen, und dieses in eine Turbine einzusetzen, werden die Schaufeln 700 in einen T-förmigen äusseren Ring 800 eingesetzt. Die radial äusseren Flächen 715 der äusseren Deckplatten 710 gelangen in Anlage an die radial inneren Flächen 808 eines radial nach innen vorspringenden Flanschs 805, der den Stamm des T-förmigen äusseren Ringes 800 bildet. Indem die äusseren Deckplattenteile 710 und der Flansch 805 in Anlage aneinander gelangen, werden zwei nominell zylindrische Kanäle 804 zwischen dem Hauptteil 801 des äusseren Ringes 800 und den miteinander verbundenen Deckplattenteilen 710 der Schaufeln 700 erzeugt. Um die Schaufeln im äusseren Ring 800 zu sichern, wird ein Schweisskopf in die Kanäle 804 eingeführt, und die äusseren Deckplatten werden in einem automatisierten Schweissverfahren, das bekannt ist, mittels Kehlnahtschweissen mit dem Flansch 805 verschweisst.To a turbine stator with a series or stage fixed blades 700 to build, and use this in a turbine, the blades are 700 in a T-shaped outer ring 800 used. The radially outer surfaces 715 the outer cover plates 710 get into contact with the radially inner surfaces 808 a radially inwardly projecting flange 805 that the trunk of the T-shaped outer ring 800 forms. By the outer cover plate parts 710 and the flange 805 come into contact with each other, two nominally cylindrical channels 804 between the main part 801 of the outer ring 800 and the interconnected cover plate parts 710 the blades 700 generated. To the blades in the outer ring 800 To secure, a welding head in the channels 804 introduced and the outer cover plates are in an automated welding process, which is known by fillet welding with the flange 805 welded.

Sobald das Leitrad wie oben beschrieben ausgebildet wurde, wird es am äusseren Ring entlang seinem Durchmesser in zwei halbkreisförmige Teile geschnitten. Die äusseren Deckplatten 710 der Schaufeln 700 sind nicht aneinander befestigt, weshalb der äussere Ring 800 an einem Punkt geschnitten wird, an dem die zwei äusseren Deckplatten aufeinander treffen. Auf diese Weise können die zwei Teile des Leitrads um den Läufer in der Turbine herum angeordnet werden, wenn die Turbine montiert wird. Die zwei halbkreisförmigen Teile des äusseren Ringes 800 können dann wieder aneinander gesichert werden, z.B. durch Einführen starker Schrauben in die bereits existierenden Schraubflansche des äusseren Ringes 800, wie bekannt, was zu einer vollständigen Wiederherstellung des Umfangslastwegs in den äusseren Deckplatten führt.Once the stator has been formed as described above, it becomes on the outer ring along its diameter in two semicircular Parts cut. The outer cover plates 710 the blades 700 are not attached to each other, which is why the outer ring 800 is cut at a point where the two outer cover plates meet. In this way, the two parts of the stator can be arranged around the rotor in the turbine when the turbine is mounted. The two semicircular parts of the outer ring 800 can then be secured together again, eg by inserting strong screws into the already existing screw flanges of the outer ring 800 as is known, which leads to a complete restoration of the circumferential load path in the outer cover plates.

Unter Bezugnahme auf 7 und 10 sollen nun die Kräfte näher beschrieben werden, die auf die zwei benachbarten inneren Deckplatten 730 einwirken, wenn das Leitrad montiert ist. Wie bereits erwähnt, werden die Schaufelflächen 721 während der Montage der Schaufeln in das Leitrad in Bezug auf die äusseren Deckplattenteile geringfügig aus ihrer natürlichen Ausrichtung heraus verschoben, was dazu führt, dass die inneren Deckplattenteile an Kontaktflächen 735, 735' in Kontakt miteinander gebracht werden. Wie in 10 zu erkennen, springt ein vorspringender Stufenteil 734 der rechten inneren Deckplatte 730 in einen zusammenwirkenden vertieften Stufenteil 737 der linken inneren Deckplatte vor, wobei die radial nach innen gewandte Kontaktfläche 735', die von dem vertieften Stufenteil 737 gebildet wird, in Anlage an die radial nach aussen gewandte Kontaktfläche 735 des vorspringenden Stufenteils 734 gelangt. Ebenso springt ein vorspringender Stufenteil 732 (7c) der linken inneren Deckplatte in einen zusammenwirkenden vertieften Stufenteil 736 (7b) der rechten inneren Deckplatte vor, wobei die radial nach innen gewandte Kontaktfläche 735', die von dem vertieften Stufenteil 736 gebildet wird, in Anlage an die radial nach aussen gewandte Kontaktfläche 735 gelangt, die von dem vorspringenden Stufenteil 732 gebildet wird. Gleiche und entgegengesetzte Kräfte F wirken radial auf die aneinander liegenden Kontaktflächen 735, 735' ein, und erzeugen eine Nettokraft von null, wenn die gesamte Reihe Schaufeln 700 montiert ist. Nach der Montage in das Turbinenleitrad liegt zwischen benachbarten Deckplatten im Wesentlichen eine Presspassung an ihren radialen Kontaktflächen 735, 735' vor. Dies übt ein ausreichendes Drehmoment auf die Deckplatten aus, um sicherzustellen, dass die Kontaktflächen 735, 735' während des Betriebs der Turbine in hartem Kontakt miteinander verbleiben.With reference to 7 and 10 Let us now describe in more detail the forces acting on the two adjacent inner cover plates 730 act when the stator is mounted. As already mentioned, the blade surfaces 721 during assembly of the blades in the stator relative to the outer cover plate parts slightly shifted out of their natural orientation, resulting in that the inner cover plate parts at contact surfaces 735 . 735 ' be brought into contact with each other. As in 10 to recognize, a projecting step part jumps 734 the right inner cover plate 730 in a cooperative recessed step portion 737 the left inner cover plate, wherein the radially inwardly facing contact surface 735 ' from the recessed step portion 737 is formed, in contact with the radially outwardly facing contact surface 735 of the projecting step part 734 arrives. Likewise, a projecting step part jumps 732 ( 7c ) of the left inner cover plate into a cooperating recessed step portion 736 ( 7b ) of the right inner cover plate, wherein the radially inwardly facing contact surface 735 ' from the recessed step portion 736 is formed, in contact with the radially outwardly facing contact surface 735 that comes from the projecting step part 732 is formed. Same and opposite forces F act radially on the adjacent contact surfaces 735 . 735 ' and generate a net force of zero when the entire row is shoveling 700 is mounted. After mounting in the turbine guide wheel, there is essentially a press fit between adjacent cover plates at their radial contact surfaces 735 . 735 ' in front. This exerts sufficient torque on the cover plates to ensure that the contact surfaces 735 . 735 ' remain in firm contact with each other during operation of the turbine.

Man wird verstehen, dass die abgeschrägten Stufenteile 743, 744 im montierten Zustand, wenn die Turbine nicht in Betrieb ist und die Schaufeln 700 eine Umgebungstemperatur aufweisen, nicht miteinander in Kontakt stehen. Der Grund dafür ist, wie in 9a gezeigt, dass der Spalt zwischen den ebenen Teilen 731, 733 benachbarter Deckplattenkanten relativ gross ist. Bei Erwärmung dehnen sich die Deckplatten jedoch derart aus, dass die vorspringenden Stufenteile 734, 732 sich weiter in die jeweiligen vertieften Stufenteile 736, 737 hinein erstrecken, bis die Flächen der abgeschrägten Stufenteile 743, 744 in Kontakt miteinander gelangen. Dies verhindert, dass die vorspringenden Stufenteile 734, 732 vollständig in die vertieften Stufenteile 736, 737 hineinragen, und bewahrt einen schmalen Spalt zwischen den Deckplatten, wie in 9b gezeigt, um sicherzustellen, dass kein Umfangslastweg durch die inneren Deckplatten vorliegt. Eine weitere Wärmeausdehnung der inneren Deckplatten erzeugt gleiche und entgegengesetzte Kräfte an den aneinander anliegenden abgeschrägten Stufenteile 743, 744, die zu einer Nettokraft von null für das montierte, in Betrieb stehende Turbinenleitrad beitragen. Die Kräfte an den abgeschrägten Stufenteile wirken quer zur Umfangs-/Tangentialrichtung.One will understand that the beveled stages parts 743 . 744 in the assembled state, when the turbine is not in operation and the blades 700 have an ambient temperature, not in contact with each other. The reason is, as in 9a shown that the gap between the flat parts 731 . 733 adjacent cover plate edges is relatively large. When heated, however, the cover plates expand so that the projecting step parts 734 . 732 continue into the respective recessed stages 736 . 737 extend until the surfaces of the beveled step portions 743 . 744 get in touch with each other. This prevents the projecting step parts 734 . 732 completely in the recessed step parts 736 . 737 protrude, and preserves a narrow gap between the cover plates, as in 9b to ensure that there is no circumferential load path through the inner cover plates. Further thermal expansion of the inner cover plates produces equal and opposite forces on the abutting tapered step portions 743 . 744 which contribute to a net force of zero for the assembled turbine nozzle in service. The forces on the chamfered step parts act transversely to the circumferential / tangential direction.

In einer alternativen, nicht bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, gezeigt in 11, unterscheidet sich der Dehnungsverbindungsmechanismus zwischen den inneren Deckplattenteilen 730a benachbarter Schaufeln 700a von dem in 6 bis 10 gezeigten. In der bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Bezug auf 6 bis 10 beschrieben wurde, gelangen die Kontaktflächen 735, 735' der inneren Deckplatten nach der Montage in einer radialen Richtung relativ zur Achse der Turbine miteinander in Kontakt, während die abgeschrägten Stufenteile 743, 744 nur dann in Kontakt miteinander gelangen, wenn die Turbine eine Betriebstemperatur erreicht. In der alternativen Ausführungsform aus 11 wurde auf die radialen Kontaktflächen verzichtet, und der Presskontakt zwischen den inneren Deckplatten 730a im montierten, kühlen Zustand des Leitrades findet an den Flächen der abgeschrägten Stufenteile 743' und 744' der inneren Deckplatten statt, wodurch ein schmaler Umfangsspalt zwischen den inneren Deckplattenkanten benachbarter Schaufeln übrigbleibt, wie es in der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist. Dies verhindert wieder eine Übertragung von Kräften zwischen inneren Deckplatten 730a in Umfangsrichtung, da die abgeschrägten Stufenteile 743', 744' Lasten in einer im Allgemeinen axialen Richtung ausüben.In an alternative, non-preferred embodiment of the invention shown in FIG 11 , the expansion joint mechanism differs between the inner cover plate parts 730a neighboring blades 700a from the in 6 to 10 shown. In the preferred embodiment, as related to 6 to 10 was described, get the contact surfaces 735 . 735 ' the inner cover plates after assembly in a radial direction relative to the axis of the turbine in contact with each other, while the chamfered step parts 743 . 744 only come into contact with each other when the turbine reaches an operating temperature. In the alternative embodiment 11 was dispensed with the radial contact surfaces, and the press contact between the inner cover plates 730a in the mounted, cool state of the stator takes place on the surfaces of the tapered stage parts 743 ' and 744 ' the inner cover plates, whereby a narrow circumferential gap between the inner cover plate edges of adjacent blades remains, as is the case in the preferred embodiment. This again prevents transmission of forces between inner cover plates 730a in the circumferential direction, as the beveled step parts 743 ' . 744 ' Apply loads in a generally axial direction.

Wie zu erkennen, sind die in Umfangsrichtung einander zugewandten Kanten 731a, 733a des inneren Deckplattenteils 730a jeweils mit einem vorspringenden Stufenteil 733a versehen, der im Wesentlichen die halbe axiale Länge jeder in Umfangsrichtung zugewandten Kante einnimmt, wobei die vorspringenden Stufenteile an axial gegenüberliegenden Enden ihrer jeweiligen in Umfangsrichtung einander zugewandten Kanten angeordnet sind. Jeder abgeschrägte Stufenteil 743', 744' bildet eine abgewinkelte Fläche zwischen einem vertieften Stufenteil 731a und dem vorspringenden Stufenteil 733a. Diese abgewinkelten Flächen der abgeschrägten Stufenteile 743', 744' stehen bei einem montierten Turbinenleitrad in einem im Wesentlichen axial anliegenden Verhältnis in Kontakt mit den abgeschrägten Stufenteilen benachbarter innerer Deckplatten.As can be seen, the circumferentially facing edges 731a . 733a of the inner cover plate part 730a each with a projecting step part 733a providing substantially half the axial length of each circumferentially facing edge, the projecting step portions being disposed at axially opposite ends of their respective circumferentially facing edges. Each beveled step part 743 ' . 744 ' forms an angled surface between a recessed step part 731a and the projecting step portion 733a , These angled surfaces of the beveled step parts 743 ' . 744 ' are in a mounted Turbinenleitrad in a substantially axially applied relationship in contact with the tapered step portions of adjacent inner cover plates.

Obwohl die oben stehende Beschreibung das Verschweissen der äusseren Deckplatten 710 mit dem äusseren Ring 801 erwähnt, stehen andere Wege zum Verbinden der Schaufeln 700 mit dem äusseren Ring des Leitrades zur Verfügung, wie z.B. durch eine Befestigung des T-Fusstyps usw.Although the above description describes the welding of the outer cover plates 710 with the outer ring 801 mentions other ways of connecting the blades 700 with the outer ring of the stator available, such as by attaching the T-foot type etc.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann der Dehnungsverbindungsmechanismus in anderen Turbinentypen benutzt werden, z.B. Gasturbinen. Ferner kann die Erfindung auch auf feste Schaufeln in Verdichtern anwendbar sein.In further embodiments of the invention, the expansion joint mechanism in others Turbine types are used, e.g. Gas turbines. Furthermore, the Invention also be applicable to solid blades in compressors.

Die Erfindung kann über einen weiten Bereich von Temperaturen und von Drücken benutzt werden, denen Turbinen ausgesetzt sind, z.B. 150 bis 600 Grad Celsius, und 5 bis 300 bar. Bei der Herstellung der hier beschriebenen Turbinenbauteile können Stahl- und/oder Nickellegierungen oder andere geeignete Materialien benutzt werden.The Invention can over a wide range of temperatures and pressures are used Turbines are exposed, e.g. 150 to 600 degrees Celsius, and 5 to 300 bar. In the manufacture of the turbine components described here, steel and / or nickel alloys or other suitable materials become.

Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend in ausschliesslich beispielhafter Weise beschrieben, und es können innerhalb des beanspruchten Umfangs der Erfindung Modifikationen vorgenommen werden. Die Erfindung liegt in jedem der einzelnen Merkmale, die hier beschrieben wurden oder implizit vorhanden sind, oder die in den Figuren gezeigt oder implizit darin vorhanden sind, oder in jeder Kombination solcher Merkmale oder jeder Verallgemeinerung solcher Merkmale oder Kombinationen, was sich auch auf Äquivalente derselben erstreckt. Die Breite und der Umfang der vorliegenden Erfindung sollen deshalb nicht durch eins der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt sein. Jedes hierin offenbarte Merkmal, einschliesslich der Ansprüche und der Figuren, kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die den gleichen, äquivalenten oder ähnlichen Zwecken dienen, ausser im Fall einer ausdrücklich anders lautenden Angabe.The The present invention has been described above by way of example only Way described, and it can within the claimed scope of the invention modifications be made. The invention resides in each of the individual features, that have been described here or are implicitly present, or the shown in the figures or are implicit in it, or in any combination of such features or any generalization of such Features or combinations, which also extends to equivalents thereof. The breadth and scope of the present invention are therefore intended to be not be limited by one of the embodiments described above. Each feature disclosed herein, including the claims and of the figures, can be replaced by alternative features that the same, equivalent or similar Purposes, except in the case of an expressly stated otherwise.

Erörterungen des Stands der Technik gelten nicht als Zugeständnis dahingehend, dass dieser Stand der Technik weithin bekannt ist oder einen Teil des allgemeinen Wissens auf diesem Gebiet bildet.discussions The prior art is not to be construed as an admission that this state The technique is well known or part of the general Knowledge in this area forms.

Sofern der Zusammenhang es nicht eindeutig anders verlangt, sind die Begriffe „aufweisen", „aufweisend" usw. im einschliessenden Sinne zu verstehen, und nicht im ausgrenzenden oder ausschliessenden Sinne, das heisst im Sinne von „einschliesslich, aber ohne Begrenzung auf".Provided the context does not clearly require otherwise, the terms "comprising," "having," and the like are inclusive Meaning, and not in the exclusionary or exclusive Meaning, meaning in the sense of "inclusive, but without Limit to ".

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Leitrad für eine Axialturbomaschine, wobei äussere Deckplatten 710 benachbarter fester Schaufeln in einer Reihe von Schaufeln in Umfangsrichtung miteinander in Kontakt stehen, um einen in Umfangsrichtung kontinuierlichen Lastweg zu bilden, wobei jedoch innere Deckplatten 730 der Schaufeln nur an Kontaktflächen 735, 735', 743, 744 miteinander in Kontakt stehen, die dazu ausgerichtet sind, Lasten in der radialen und/oder axialen Richtung der Turbomaschine zu übertragen.Guide wheel for an axial turbomachine, wherein outer cover plates 710 adjacent fixed blades in a row of blades are circumferentially in contact with each other to form a circumferentially continuous load path, but inner cover plates 730 the blades only at contact surfaces 735 . 735 ' . 743 . 744 in contact with each other, which are adapted to transfer loads in the radial and / or axial direction of the turbomachine.

Claims

Blade for use in a series of fixed blades in an axial turbomachine, comprising: (a) a radial outer Shroud portion, (b) a blade surface part, and (c) one radial inner cover plate part, which has two opposite side edges, to be in contact with corresponding side edges of adjacent inner ones Cover plate parts of adjacent blades in a series of such To get shovels, each opposite side edge having a projecting one Step part, a recessed step part and a beveled step part comprising the projecting step portion and the recessed step portion connects together, with the projecting stage parts themselves at opposite Ends of their respective side edges are and trained are, in cooperative recessed step portions adjacent inner Cover plates of adjacent blades, wherein the beveled step parts are arranged to between adjacent inner cover plate parts To transmit forces across the circumferential direction of the row of blades and a transmission of loads in the circumferential direction between adjacent inner cover plate parts to prevent.

A blade according to claim 1, wherein each opposing one Side edge of the inner cover plate part also has a flat part and wherein the projecting step portion comprises portions of the side edges which project relative to the planar parts, and the Recessed step parts have parts of the side edges, the relative Undercut to the flat parts.

A blade according to claim 2, wherein contact surfaces of flat parts, the projecting step parts and the recessed ones Stepped portions are arranged radially in the row of blades to abut one another, thus forcing forces between adjacent inner ones To transfer cover plate parts radially.

Shovel after one of the previous turns claims, wherein the blade is a steam turbine blade.

A blade according to any one of claims 1 to 3, wherein the blade a gas turbine blade or a compressor blade.

Diffuser for an axial turbomachine, wherein external Cover plates of adjacent fixed blades in a series of Blades in the circumferential direction in contact with each other to one in the circumferential direction continuous load path to form, however inner cover plates of the blades only at contact surfaces in Contact each other, which are aligned so that they Transferring loads in the radial and / or axial directions of the turbomachine.

A stator according to claim 6, wherein a press fit is present between adjacent inner cover plates at their contact surfaces, and the press fit exerts sufficient torque forces on the cover plates to ensure that the contact surfaces while the operation of the turbomachine remain in contact with each other.

A stator according to claim 6 or 7, wherein the contact surfaces for transmitting of loads in radial directions come into contact with each other when the stator is cool mounted state, as well as during all operating conditions of the turbine, whereas the contact surfaces to transfer of loads in axial directions only in contact with each other arrive when the stator reaches an operating temperature.

Guide wheel according to one of the preceding claims 6 to 8, being opposite Side edges of the inner cover plates with corresponding side edges adjacent inner cover plates of adjacent blades in contact stand, and each opposite Side edge a projecting step part, a recessed step part, and a bevelled Stepped portion having the projecting step portion and the recessed Step part connects with each other, with the projecting stage parts at opposite Ends of their respective side edges are arranged, and formed are, in cooperative recessed step portions adjacent inner Cover plates of adjacent blades, wherein the bevelled Stages parts contact surfaces that are operational are to load between adjacent inner cover plate parts to transmit in the axial direction and a transmission of loads in the circumferential direction between adjacent inner cover plate parts to prevent.

A stator according to claim 9, wherein each of the opposed ones Side edge of the inner cover plate part also has a flat part and wherein the projecting step parts have parts of the side edges, which project relative to the flat parts, and the recessed ones Stage parts have parts of the side edges, relative to the are undercut flat parts.

Guide wheel according to claim 10, wherein contact surfaces of the flat parts, the projecting step parts and the recessed ones Stage parts are designed to lie radially against each other, and in this way radial forces between adjacent inner cover plate parts.

Steam turbine stator according to one of claims 6 to 11th

Gas turbine or Verdichterleitrad after one of claims 6 to 11.

Turbine with a stator according to one of claims 6 to 11th

Compressor with a stator according to one of claims 6 to 11th