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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen einen Turbinendämpfer und insbesondere einen Turbinendämpfer zum Regeln des Stroms von Gas durch eine Turbinenrotoranordnung.
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Hintergrund
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Ein Gasturbinenmotor (”GTE”) weist bekanntlich eine Turbinenanordnung mit einer oder mehreren Turbinenrotoranordnungen auf, die an einer Antriebswelle angebracht sind. Jede Turbinenrotoranordnung weist mehrere Turbinenschaufeln auf, die radial nach außen verlaufen und umfänglich um einen Turbinenmotor herum zueinander beabstandet sind. Der Gasturbinenmotor zündet eine Mischung aus Luft und Brennstoff zum Erzeugen eines Stroms aus komprimiertem Gas mit hoher Temperatur über die Turbinenschaufeln, der bewirkt, dass die Turbinenschaufeln die Turbinenrotoranordnung drehen. Drehenergie aus jeder Turbinenrotoranordnung kann zur Antriebswelle übertragen werden, um eine Last, beispielsweise einen Generator, einen Kompressor oder eine Pumpe anzutreiben.
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Eine Turbinenschaufel weist typischerweise eine Wurzelstruktur und einen Luftflügel auf, die von gegenüberliegenden Seiten einer Turbinenschaufelplattform aus verlaufen. Der Turbinenrotor weist einen Schlitz zum Aufnehmen der Wurzelstruktur jeder Turbinenschaufel auf. Die Form jedes Schlitzes kann der Form der Wurzelstruktur jeder Turbinenschaufel ähneln. Wenn mehrere Turbinenschaufeln am Turbinenrotor montiert sind, kann ein Hohlraum unter der Plattform zwischen und unter Turbinenplattformen benachbarter Turbinenschaufeln ausgebildet sein.
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Es sind Bauteile bekannt, die innerhalb des Hohlraums unter der Plattform angeordnet sind, um den Strom aus komprimiertem Gas um die Turbinenrotoranordnungen zu regeln. Ein Beispiel für ein derartiges Bauteil ist in der
US-Patentschrift Nr. 7,097,429 von Athans et al. („das ’429-Patent”) beschrieben. Das ’429-Patent offenbart eine Rotorscheibe mit mehreren Turbinenschaufeln. Jede Turbinenschaufel weist einen Luftflügel, eine Plattform und einen Schaft auf. Der Schaft kann hinunter zu einem Schwalbenschwanz mit mehreren Ansätzen zum Anbringen der Turbinenschaufel an der Rotorscheibe verlaufen. Ein Dichtungskörper ist zwischen den Schäften und unterhalb der Plattformen benachbarter Turbinenschaufeln angeordnet. Der Dichtungskörper weist eine vergrößerte Dichtungsplatte auf, die an einem vorderen Ende des Dichtungskörpers angeordnet ist. Die vergrößerte Platte überdeckt Abschnitte von vorderen Seitenflächen benachbarter Turbinenschaufelschäfte, um eine Abdichtung bereitzustellen. Der Dichtungskörper weist außerdem ein hinteres Ende mit einem im Allgemeinen rechteckigen Kopf auf, der über einem Paar axialer Ansätze angeordnet ist. Das hintere Ende weist eine Fläche auf, die kleiner als die Dichtungsplatte am vorderen Ende ist.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Die vorliegende Offenbarung stellt einen Dämpfer für eine Turbinenrotoranordnung eines Gasturbinenmotors bereit. Der Dämpfer weist eine Breitendimension, eine Höhendimension und eine Längendimension und eine vordere Platte und eine hintere Platte auf. Die hintere Platte ist entlang der Breiten- und Höhendimension größer als die vordere Platte und weist einen oberen Abschnitt auf, der in der Höhendimension verläuft, wobei der obere Abschnitt eine nichtsymmetrische Konfiguration aufweist. Der Dämpfer weist ferner eine langgestreckte Struktur auf, die in der Längendimension verläuft und die vordere Platte mit der hinteren Platte verbindet.
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Die vorliegende Offenbarung stellt ferner einen Dämpfer für eine Turbinenrotoranordnung eines Gasturbinenmotors bereit. Der Dämpfer weist eine Breitendimension, eine Höhendimension und eine Längendimension und eine vordere Platte auf. Der Dämpfer weist ferner eine hintere Platte mit einer größeren Oberfläche entlang der Breiten- und Höhendimension als die vordere Platte auf, wobei ein oberer Abschnitt einen oberen Punkt aufweist, der bezüglich einer Mittelachse der hinteren Platte, welche in der Höhendimension verläuft, versetzt ist, sowie ein rechteckförmiges Leitblech, das von der hinteren Platte in der Längendimension nach hinten verläuft. Der Dämpfer weist außerdem eine langgestreckte Struktur auf, die in der Längendimension verläuft und die vordere Platte mit der hinteren Platte verbindet.
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Die vorliegende Offenbarung stellt außerdem einen Gasturbinenmotor mit einer Turbinenrotoranordnung bereit. Die Turbinenrotoranordnung weist einen Turbinenrotor mit mehreren Turbinenschaufelschlitzen und mehrere Turbinenschaufeln mit einem Luftflügel, einer Plattform und einer Wurzelstruktur auf, wobei die Wurzelstruktur jeder Turbinenschaufel zur Aufnahme in einem entsprechenden Turbinenschaufelschlitz des Turbinenrotors geformt ist. Die Turbinenrotoranordnung weist außerdem einen Spalt unter der Plattform, der benachbart zu und unter den Plattformen benachbarter Turbinenschaufeln ausgebildet ist, und einen Hohlraum unter der Plattform auf, der zwischen einer radialen Außenfläche des Rotors und benachbarten Turbinenschaufelwurzelstrukturen und unter benachbarten Turbinenschaufelplattformen ausgebildet ist. Die Turbinenrotoranordnung weist ferner einen Turbinendämpfer auf, der sich innerhalb von mindestens einem der Hohlräume unter der Plattform befindet, wobei der Turbinendämpfer eine Breitendimension, eine Höhendimension und eine Längendimension aufweist. Der Dämpfer weist ferner eine vordere Platte, die derart bemessen ist, dass sie einen vorderen Strömungsspalt in den Hohlraum unter der Plattform und den Spalt unter der Plattform bereitstellt, und eine hintere Platte auf, die derart bemessen ist, dass sie einen Abschnitt des Hohlraums unter der Plattform und einen Abschnitt des Spalts unter der Plattform abdeckt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Teils einer Turbinenrotoranordnung mit einem beispielhaften Turbinendämpfer;
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2 ist eine schematische Veranschaulichung des beispielhaften Turbinendämpfers von 1, der von der Turbinenrotoranordnung getrennt ist, bei Betrachtung aus einer Vorderenden- und -seitenperspektive;
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3 ist der beispielhafte Turbinendämpfer von 2 bei Betrachtung aus der Hinterenden- und -seitenperspektive;
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4 stellt eine Seitenansicht des Turbinendämpfers von 2 dar;
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5 stellt eine Vorderendenansicht des beispielhaften Turbinendämpfers von 2 dar;
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6 stellt eine Hinterendenansicht des beispielhaften Turbinendämpfers von 2 dar;
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7 ist eine schematische Veranschaulichung der Turbinenrotoranordnung von 1 mit einer zusätzlichen Turbinenschaufel, die einer vorderen Seitenfläche der Turbinenrotoranordnung zugekehrt ist; und
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8 ist eine schematische Veranschaulichung der Turbinenrotoranordnung von 1 mit einer zusätzlichen Turbinenschaufel, die einer hinteren Seitenfläche der Turbinenrotoranordnung zugekehrt ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Gasturbinenmotor (GTE) eine Turbinenanordnung mit einer oder mehreren Turbinenrotoranordnungen (oder Turbinenlaufradanordnungen) 24, der bzw. die an einer Antriebswelle (nicht gezeigt) angebracht sind, aufweisen. Die Turbinenrotoranordnung 24 kann beispielsweise einen Turbinenrotor bzw. ein Turbinenlaufrad 30, eine Turbinenschaufel 32 und einen Turbinendämpfer 36 aufweisen. Für die Zwecke dieser Beschreibung verweist Bezugnahme auf „innere/r/s” und „äußere/r/s” auf radial innere und radial äußere Positionen bezüglich einer Drehachse des Turbinenrotors. Außerdem verweist der Begriff „vordere/r/s” auf stromaufwärtige Stellen im Fluidstrom durch den Gasturbinenmotor und „hintere/r/s” auf stromabwärtige Stellen. Mehrere Turbinenrotoranordnungen 24 können zum Ausbilden von mehreren Turbinenstufen des Gasturbinenmotors axial an der Antriebswelle ausgerichtet sein. 1 stellt die relativen Positionen der Turbinenschaufel 32 und des Dämpfers 36 am Turbinenrotor 30 in einer Winkelansicht aus einer allgemeinen Richtung von vorne nach hinten dar. Obgleich die Turbinenrotoranordnung 24 in 1 mit einer einzigen Turbinenschaufel 32 und einem einzigen Dämpfer 36 dargestellt ist, versteht es sich, dass jede Turbinenrotoranordnung 24 mehrere Turbinenschaufeln 32 und mehrere zugehörige Dämpfer 36 aufweist, die umfänglich um den Turbinenrotor 30 angeordnet sind.
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Wie in 1 dargestellt, kann eine Turbinenschaufel 32 einen Luftflügel 48 aufweisen, der von einer Plattform 50 nach oben verläuft. Der Luftflügel 48 kann eine konkave Luftflügelfläche 65 auf einer Seite und eine konvexe Luftflügelfläche 67 auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen (8). Ferner kann jede Turbinenschaufel 32 außerdem eine Wurzelstruktur 52 aufweisen, die von der Plattform 50 nach unten verläuft. Die Wurzelstruktur 52 weist eine Vorderfläche 54 und eine Rückfläche 56 auf (8). Die Vorderfläche 54 und die konkave Luftflügelfläche 65 können im Allgemeinen in dieselbe Richtung weisen, die einem vorderen oder stromaufwärtigen Abschnitt der Turbinenrotoranordnung 24 entspricht. Die Rückfläche 56 und die konvexe Luftflügelfläche 67 können im Allgemeinen in die der Vorderfläche 54 entgegengesetzte Richtung weisen, die einem hinteren oder stromabwärtigen Abschnitt der Turbinenrotoranordnung 24 entspricht. Die Wurzelstruktur 52 kann außerdem einen Schaft 53 und einen unteren Abschnitt 55 aufweisen. Der untere Abschnitt 55 der Wurzelstruktur 52 kann eine Tannenbaumform aufweisen, die eine Reihe von Ansätzen vorsieht, welche in der radialen Richtung zueinander beabstandet sind.
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Der Turbinenrotor 30 ist zum Aufnehmen mehrerer Turbinenschaufeln 32 radial beabstandet in entsprechenden Schlitzen 58 konfiguriert. Der Turbinenrotor 30 weist eine vordere Seitenfläche 38, eine hintere Seitenfläche 40 (8) und eine äußere Umfangskante 42 auf. Schlitze 58 verlaufen axial von der vorderen Seitenfläche 38 zur hinteren Seitenfläche 40. Die Schlitze 58 sind außerdem so konfiguriert, dass sie mit einer entsprechenden Wurzelstruktur 52 einer Turbinenschaufel 32 zusammenpassen und diese befestigen.
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Wenn ein Paar Turbinenschaufeln 32 in benachbarten Schlitzen 58 des Turbinenrotors 30 angebracht ist, ist unter der Plattform zwischen Schäften 53 benachbarter Wurzelstrukturen 52, unterhalb benachbarter Plattformen 50 und über der äußeren Umfangskante 42 des Turbinenrotors 30 ein Hohlraum 60 ausgebildet. Der Hohlraum 60 unter der Plattform kann ein vorderes Ende 61, das zur vorderen Seitenfläche 38 des Turbinenrotors 30 benachbart ist, und ein hinteres Ende 63, das zur hinteren Seitenfläche 40 (8) des Turbinenrotors 30 benachbart ist, aufweisen. Wie unten beschrieben kann sich der Dämpfer 36 in dem Hohlraum 60 unter der Plattform zwischen dem Turbinenrotor 30 und zwei benachbarten Turbinenschaufeln 32 befinden.
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2 und 3 stellen Winkelansichten des Dämpfers 36 vom vorderen Ende bzw. hinteren Ende aus dar. Der Dämpfer 36 weist eine Längendimension 10, eine Breitendimension 12 und eine Höhendimension 14 auf. Der Dämpfer 36 weist eine vordere Platte 76 und eine hintere Platte 78 auf, die durch eine langgestreckte Struktur 80 miteinander verbunden sind. Die hintere Platte 78 kann eine untere Erweiterung 124 und eine obere Erweiterung 128 aufweisen. Ein rechteckförmiges Leitblech 120 kann von der hinteren Platte 78 in der Richtung nach hinten verlaufen.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann die vordere Platte 76 ein Profil 84 aufweisen, das eine Oberfläche definiert, die größer als die Querschnittsfläche der langgestreckten Struktur 80, jedoch kleiner als die Oberfläche ist, die die hintere Platte 78 belegt. Wie am besten aus 5 ersichtlich, kann die Gesamtbreite und -höhe der vorderen Platte 76 kleiner als die Gesamtbreite und -höhe der hinteren Platte 78 sein. Das Profil 84 der vorderen Platte 76 definiert eine Form mit einem kegeligen oberen Abschnitt 77 und im Allgemeinen geraden Seiten- und unteren Abschnitten (79, 81). Unter Bezugnahme auf 3 kann eine hintere Seitenfläche 75 der vorderen Platte 76 eine Aussparung 89 von Seite zu Seite und eine Vorspannlippe 90 aufweisen, die entlang der Breite der Unterkante der vorderen Platte 76 verläuft. Eine vordere Seitenfläche der vorderen Platte 76 kann eine im Wesentlichen flache Fläche aufweisen. Eine vordere Sitzfläche 94 kann vom oberen Abschnitt 77 der vorderen Platte 76 aus in einer Richtung nach hinten verlaufen. Die vordere Sitzfläche 94 ist derart keilförmig ausgebildet, dass sie mit der Unterseitengeometrie der Plattformen 50 der Turbinenschaufeln 32 zusammenpasst.
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Wie oben angegeben kann die hintere Platte 78 eine obere Erweiterung 128 und eine untere Erweiterung 124 aufweisen. Die hintere Platte 78 kann größer als der Hohlraum 60 unter der Plattform sein (d. h. eine größere Oberfläche aufweisen, wobei die untere Erweiterung 124 über das hintere Ende 63 des Plattformhohlraums 60 hinaus verläuft). Eine hintere Sitzfläche 98 verläuft von einer oberen Erweiterung 128 der hinteren Platte 78 in einer Richtung nach vorn. Die hintere Sitzfläche 98 ist zu einem Keil geformt, der auf einer Linie konvergiert, die ungefähr senkrecht zur hinteren Platte 78 verläuft. Die hintere Sitzfläche 98 weist ebenfalls eine Längendimension auf, die im Wesentlichen größer als die hintere Platte 78 ist.
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Die obere Erweiterung 128 der hinteren Platte 78 kann eine Außenkante 86 aufweisen, die ein Profil der oberen Erweiterung 128 definiert, und die untere Erweiterung 124 kann eine Außenkante 87 aufweisen, die ein Profil der unteren Erweiterung 124 definiert. Wie in 5 und 6 gezeigt, erstrecken sich die Außenkanten 86 und 87 sowohl in der Höhendimension 14 als auch in der Breitendimension 12 weiter als das Außenkantenprofil 84 der vorderen Platte 76. Das Profil der oberen Erweiterung 128 kann derart bemessen sein, dass es sich knapp bis unterhalb der Plattform 50 erstreckt.
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Wie am besten aus 6 ersichtlich, kann die obere Erweiterung 128 der hinteren Platte 78 ein nichtsymmetrisches Profil um eine in der Höhendimension verlaufende Mittelachse 101 der hinteren Platte 78 aufweisen. Insbesondere kann die obere Erweiterung 128 eine erste Seite 132 aufweisen, die nichtsymmetrisch zu einer zweiten Seite 134 ist, wobei die erste und zweite Seite 132, 134 durch die Mittelachse 101 getrennt sind. Die erste Seite 132 kann einen ersten geraden Profilabschnitt 136 aufweisen, und die zweite Seite 134 kann einen zweiten geraden Profilabschnitt 138 aufweisen. Der erste gerade Profilabschnitt 136 verläuft in einer Richtung, die die Mittelachse 101 an einer Stelle schneidet, die von jener des zweiten geraden Profilabschnitts 138 abweicht. Diese Überschneidungen sind in 6 mit gestrichelten Linien dargestellt.
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Die obere Erweiterung 128 der hinteren Platte 78 weist außerdem ein Profil auf, das in einer Breitendimension 12 entlang der Höhendimension 14 zu einem oberen Punkt 130 abnimmt, der geringfügig versetzt sein kann, damit ein gleichartig abgewinkelter Spalt 74 unter der Plattform (1) zwischen benachbarten Turbinenschaufeln 32 und benachbart zu und unter den Plattformen 50 benachbarter Turbinenschaufeln 32 abgedeckt wird. Der obere Punkt weist ein gerades Profil 140 an einer oberen Oberfläche auf, das im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse 101 der hinteren Platte 78 steht. Ferner weist der obere Punkt 130 ein im Allgemeinen rechtwinkliges Profil 142 auf, das die obere Oberfläche auf der ersten Seite 132 des oberen Abschnitts 128 aufweist. Der obere Punkt 130 weist ein stumpfwinkliges Profil 144 auf, das die obere Oberfläche auf der zweiten Seite 134 des oberen Abschnitts 128 aufweist. Mit dem Gebrauch von Begriffen wie „im Allgemeinen”, „ungefähr”, „hauptsächlich” oder „im Wesentlichen” in der detaillierten Beschreibung und in den Ansprüchen ist beabsichtigt, geringfügige Variationen des zugehörigen numerischen Werts oder der Bedingung zuzulassen. Unter geringfügigen Variationen sind Variationen im Bereich von ±3% zu verstehen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3 und 4 kann ein im Wesentlichen rechteckförmiges Leitblech 120 zwischen der oberen Erweiterung 128 und der unteren Erweiterung 124 angeordnet sein. Das Leitblech 120 kann in einer Breitendimension 12 von einer Seite der hinteren Platte 78 zu einer gegenüberliegenden Seite der hinteren Platte 78 verlaufen und verläuft zum Ausbilden einer rippenartigen Struktur in der Richtung nach hinten. Das Leitblech 120 kann eine Breite aufweisen, die breiter als die obere Erweiterung 128 ist. Es versteht sich, dass das Leitblech 120 in anderen Formen ausgebildet oder weggelassen sein kann.
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Die untere Erweiterung 124 kann einen im Allgemeinen rechteckförmigen Abschnitt 126 mit einer Breite aufweisen, die im Wesentlichen gleich jener des Leitblechs 120 ist. Ferner kann die untere Erweiterung abgerundete untere Ecken 146 und einen im Allgemeinen geraden unteren Profilabschnitt 148 aufweisen, der im Allgemeinen senkrecht zur Mittelachse 101 der hinteren Platte 78 steht und im Allgemeinen parallel zur Breitendimension des Leitblechs 120 verläuft. Daher ist die Breitendimension der unteren Erweiterung 124 größer als die Breitendimension der oberen Erweiterung 128.
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Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 kann die langgestreckte Struktur 80 des Dämpfers 36 eine mittige Wand 104 und mindestens ein Verstärkungsbauelement aufweisen. Beispielsweise kann die langgestreckte Struktur 80 ein äußeres Strukturelement 106 und ein inneres Strukturelement 108 aufweisen, um den Dämpfer 36 mit erhöhter struktureller Steifigkeit zu versehen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die langgestreckte Struktur 80 im Wesentlichen I-förmig im Querschnitt sein. Das äußere und innere Strukturelement 106 und 108 können eine im Allgemeinen konstante Breite entlang ihrer Länge aufweisen. Die langgestreckte Struktur 80 kann außerdem eine abgerundete Kerbe 110 aufweisen, die in die hintere Seitenfläche 75 der vorderen Platte 76 verläuft, beispielsweise durch das innere Strukturelement 108 und die mittige Wand 104. Die abgerundete Kerbe 110 ist zum Unterstützen der Vorspanneigenschaften der vorderen Platte 76 konfiguriert. Es wird außerdem in Erwägung gezogen, dass die langgestreckte Struktur 80 einen oder mehrere einwärts verlaufende Füße aufweisen kann, die während des Zusammenbaus an der äußeren Umfangskante 42 des Turbinenrotors 30 ruhen. Beispielsweise kann die langgestreckte Struktur 80 einen vorderen Fuß 114 und einen hinteren Fuß 116 aufweisen (4).
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7 und 8 stellen die Gesamtstruktur der Turbinenrotoranordnung 24, sowohl in Vorderansicht (7) als auch in Rückansicht (8), mit dem Dämpfer 36 dar. Die langgestreckte Struktur 80 befindet sich genau über der äußeren Umfangskante 42 des Rotors 30, innerhalb des Hohlraums 60 unter der Plattform und mit dem vorderen Fuß 114 und dem hinteren Fuß 116 (4) angrenzend an die äußere Umfangskante 42 des Rotors 30.
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Wie in 7 gezeigt, ist der Dämpfer 36 zwischen einem Paar Turbinenschaufeln 32A und 32B und dem Rotor 30 angeordnet. Die vordere Platte 76 ist derart bemessen, dass sie geringfügig kleiner als das vordere Ende 61 des Hohlraums 60 unter der Plattform ist, wodurch ein Spalt 82 zwischen der vorderen Platte 76 und der Wurzelstruktur 52 benachbarter Turbinenschaufeln 32A und 32B frei bleibt. Gleicherweise weist die Außenkante 84, wie oben angegeben, ein Profil auf, das einen kegeligen oberen Abschnitt 77 aufweist, was der vorderen Platte 76 ein keilförmiges Merkmal verleiht, das dem Winkel der Wurzelstruktur 52 folgt, wenn sie sich der Unterseite der Plattform 50 annähert. 7 stellt außerdem die flache Seite und Bodenabschnitte (79, 81) der vorderen Platte 76 dar, die unter der äußeren Umfangskante 42 des Turbinenrotors 30, jedoch über dem ersten konvexen Ansatz der Tannenbaumkonfiguration der Wurzelstruktur 52 enden.
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8 zeigt den Dämpfer 36 in Position zwischen den Turbinenschaufeln 32A und 32B und dem Rotor 30. Die hintere Platte 78 deckt in Kombination mit der unteren Erweiterung 124 einen Abschnitt der Spalte ab, die an der Schnittstelle der Wurzelstruktur 52 und der Schlitze 58 des Rotors 30 ausgebildet sind.
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Das Leitblech 120 verläuft in der allgemeinen Breiten- und Längsrichtung. Das Leitblech 120 kann derart zur Außenkante der hinteren Platte 78 verlaufen, dass die Leitblechaußenkante 121 eine zweite Leitblechaußenkante eines benachbarten Leitblechs berührt, das einer benachbarten hinteren Platte zugehört. Wie oben angegeben, kann jede Turbinenrotoranordnung 24 mehrere Turbinenschaufeln 32 und mehrere zugehörige Dämpfer 36 aufweisen, die umfänglich um den Turbinenrotor 30 herum angeordnet sind. Aufgrund dieser Größe und Anordnung der mehreren Leitbleche 120 bilden die Leitbleche 120 zusammen einen Ring um den Rotor 30 aus. Das Leitblech 120 verläuft außerdem in der allgemeinen Richtung nach hinten (am besten aus 4 ersichtlich). 8 zeigt außerdem die obere Erweiterung 128, über dem Leitblech 120, deren geringfügig versetzter Punkt 130 ermöglicht, dass sie den gleichartig abgewinkelten Spalt 74 unter der Plattform zwischen und unter benachbarten Turbinenplattformen 50 abdeckt. Die radiale Höhe der oberen Erweiterung 128 ist geringfügig niedriger als die Unterseite der Plattformen 50.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die offenbarte Turbinenrotoranordnung 24 lässt sich auf jedes rotierende Leistungserzeugungssystem anwenden, beispielsweise auf einen Gasturbinenmotor. Der Vorgang des Montierens der Turbinenrotoranordnung 24 und der Vorgang des Regelns des Stroms von Gasen 44, 46 über die Turbinenrotoranordnung 24 wird nun beschrieben.
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Während der Montage der Turbinenrotoranordnung 24 kann jeder Dämpfer 36 am Turbinenrotor 30 angebracht werden, beispielsweise durch Presspassung. Um den Dämpfer 36 am Turbinenrotor 30 zu positionieren, kann die Vorspannlippe 90 der vorderen Platte 76 vorübergehend in einer Richtung weg von der hinteren Platte 78 gedrückt werden, um ein ausreichendes Spiel vorzusehen, damit die vordere und hintere Platte 76, 78 des Dämpfers 36 über die äußere Umfangskante 42 des Turbinenrotors 30 passen. Sobald der Dämpfer 36 ordnungsgemäß am Turbinenmotor 30 zwischen einem der Schlitze 58 positioniert ist, kann die Kraft auf die vordere Platte 76 weggenommen werden, um so den Dämpfer 36 auf die äußere Umfangskante 42 des Turbinenrotors 30 zu klemmen.
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Die Turbinenschaufeln 32 können verschiebbar in den Schlitzen 58 des Turbinenrotors 30 montiert werden, beispielsweise in einer Richtung von vorne nach hinten. Wie in 7 gezeigt, kann eine erste Turbinenschaufel 32A verschiebbar in einem ersten Schlitz 58A des Turbinenrotors 30 zu einer Seite von einem der Dämpfer 36 angebracht werden. Die zweite Turbinenschaufel 32B kann verschiebbar im zweiten Schlitz 58B angebracht werden. Die vordere Platte 76 des Dämpfers 36 kann ein ausreichendes Spiel vorsehen, um zu gestatten, dass die erste und die zweite Turbinenschaufel 32A, 32B in den ersten und zweiten Schlitz 58A, 58B am Dämpfer 36 vorbei gleiten. Anstatt alle der Dämpfer 36 vor dem Einbau der Turbinenschaufeln 32 einzubauen, wird außerdem in Betracht gezogen, dass die Dämpfer 36 am Turbinenrotor 30 zwischen dem Einbau von benachbarten ersten und zweiten Turbinenschaufeln 32A, 32B eingebaut werden. Der Vorgang des Einbauens der Turbinenschaufeln 32 und der Dämpfer 36 am Turbinenrotor 30, um eine Turbinenrotoranordnung 24 zu bilden, kann wiederholt werden, bis alle Schlitze 58 am Turbinenrotor 30 von einer Turbinenschaufel 32 eingenommen werden.
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Sobald die Turbinenrotoranordnung 24 vollständig zusammengebaut ist und der Gasturbinenmotor (GTE) bereit zum Betrieb ist, kann die Turbinenrotoranordnung 24 dabei helfen, den Strom von heißen Gasen 44 und den Strom von kalten Gasen 46, in 1 gezeigt, zu regeln. Während des Betriebs des GTE kann eine Kompressorsektion Luft durch eine Lufteinlassleitung in den GTE ziehen und die Luft komprimieren, bevor zumindest ein Anteil der komprimierten Luft in eine Verbrennersektion eintritt, wo sie verbrannt wird, um heiße Gase 44 auszubilden. Zumindest ein Anteil der restlichen komprimierten Luft, als kalte Gase 46 bezeichnet, kann zu Nichtverbrennungszwecken benutzt werden (beispielsweise Kühlen von einer oder mehreren Sektionen des GTE) und den GTE getrennt vom Anteil der komprimierten Luft, der für Verbrennungszwecke benutzt wird, durchlaufen. Der Strom von heißen Gasen 44 kann durch eine Turbinensektion zum Drehen von einer oder mehreren Turbinenrotoranordnungen 24 geleitet werden. Der Gebrauch der Begriffe „heiß” und „kalt” in Bezug auf den Strom von Gasen soll lediglich kennzeichnen, dass der „Strom von heißen Gasen” im Allgemeinen bei einer anderen Temperatur oder einem anderen Druck als der „Strom von kalten Gasen” erfolgt.
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Wie in 1 gezeigt, kann der Strom von heißen Gasen 44 und der Strom von kalten Gasen 46 an der Turbinenrotoranordnung 24 vorbei in einer Richtung von vorne nach hinten strömen. Der Strom von heißen Gasen 44 kann gewöhnlich durch eine Wand (nicht gezeigt) vom Strom von kalten Gasen 46 getrennt sein.
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Zumindest ein Anteil des Stroms von heißen Gasen 44 dreht eine oder mehrere Turbinenrotoranordnungen 24. Jedoch kann ein Eintreten von heißen Gasen 44 durch den Spalt 74 (7) in den Hohlraum 60 unter der Plattform eine vorzeitige Ermüdung der Turbinenschaufeln aufgrund übermäßiger Hitze bewirken. Um dabei zu helfen, dies abzuwenden, wird zumindest ein Anteil des Stroms von kalten Gasen 46 umgeleitet, um ein druckbeaufschlagtes Fluid innerhalb des Hohlraums 60 unter der Plattform und/oder des Schlitzes 58 der Turbinenrotoranordnung 24 bereitzustellen. Ein Anteil des Stroms von kalten Gasen 46 kann außerdem Kühlung für ein oder mehrere Bauteile der Turbinenrotoranordnung 24 bereitstellen.
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Um dabei zu helfen, einen positiven Druck in den Bereichen unter den Turbinenschaufelplattformen 50 und zwischen den vorderen und hinteren Seitenflächen der Turbinenrotoranordnungen 24 beizubehalten, wird in Erwägung gezogen, dass der Spalt 82 am vorderen Ende 61 des Hohlraums 60 unter der Plattform weniger einschränkend sein kann als Dichtungen, die an den hinteren Seitenflächen der Turbinenrotoranordnung 24 ausgebildet sind. Der Strom von kalten Gasen 46 kann an den vorderen Seitenflächen 54 der Wurzelstrukturen 52 vorbei strömen und durch den Spalt 82, der zwischen der gesamten oder einem Abschnitt der äußeren Umfangskante 84 der vorderen Platte 76 und der vorderen Seitenfläche 54 von benachbarten Wurzelstrukturen 52 ausgebildet ist, und in das vordere Ende 61 des Hohlraums 60 unter der Plattform strömen. Der Strom von kalten Gasen 46, dem es gestattet ist, in den Hohlraum 60 unter der Plattform einzutreten, kann dazu tendieren, den Druck innerhalb des Hohlraums 60 unter der Plattform und des Schlitzes 58 auf einen höheren Druck zu steigern als außerhalb des Hohlraums 60 unter der Plattform oder außerhalb des Schlitzes 58. Dies ist so, weil die vordere Seitenfläche 88 der hinteren Platte 78, die die Abschnitte der Schnittstelle der Wurzelstrukturen 52 und der Schlitze 58 des Rotors 30 abdeckt, den Strom der kalten Gase 46 beim Austreten aus dem hinteren Ende 63 des Hohlraums 60 unter der Plattform begrenzt. Das bedeutet, der Strom der kalten Gase 46 kann am hinteren Ende 63 des Hohlraums 60 unter der Plattform beim Austreten am hinteren Ende der Plattformen 50 und am hinteren Ende der Schlitze 58 mehr eingeschränkt werden als am vorderen Ende der Turbinenrotoranordnung 24. Da der Gasstrom dazu tendiert, sich von Bereichen mit höherem Druck zu Bereichen mit niedrigerem Druck zu bewegen, kann der Strom von kalten Gasen 46 unter höherem Druck unter der Turbinenplattform 50 dazu tendieren, ein Eintreten des Stroms von heißen Gasen 44 radial einwärts in den Hohlraum 60 unter der Plattform zu unterdrücken.
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Unter Bezugnahme auf 8 kann das Profil der unteren Erweiterung 124 eine Form definieren, die eine Abdichtung entlang eines Abschnitts der Wurzelstruktur 52 und der Schlitze 58 vorsieht. Außerdem kann der obere Punkt 130 eine Form aufweisen, die zum Vorsehen zusätzlicher Abdichtung des Spalts zwischen den hinteren Seitenflächen 56 im Wesentlichen nach außen verläuft. Insbesondere kann der obere Punkt 130 der oberen Erweiterung 128 einen Abschnitt von zwei benachbarten hinteren Seitenflächen des Rotors genau unter der Plattform 50 abdecken, um die Abdichtung zu erzielen.
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8 veranschaulicht ferner, dass der Dämpfer 36 den Strom von heißen Gasen 44 beim Strömen nach unten in einer im Allgemeinen radialen Richtung mit dem Leitblech 120 zumindest teilweise einschränken kann. Da das Leitblech 120 in der allgemeinen Breiten- und Längsrichtung verläuft, wird im hinteren Bereich der Turbinenrotoranordnung 24 eine weitere Unterdrückung der Luftstromvermischung zwischen dem heißen Strom und dem kalten Strom erzielt. Das bedeutet, dass das Leitblech 120 im Allgemeinen radiale Gasströme nach innen verhindert, da das hinten verlaufende Bauteil des Leitblechs 120 als Trennwand wirkt. Das Leitblech 120 verhindert ferner Gasstrom in der radialen Richtung durch Schaffen einer zumindest nahezu fortlaufenden Trennwand in der Winkelrichtung, da das Leitblech 120 an benachbarten Leitblechen 120 an den Außenkanten 121, die einen Ring um die Rotoranordnung ausbilden, ausgerichtet ist und nahezu in Berührung damit steht.
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Zwar ist der Dämpfer 36 in den beispielhaften Ausführungsformen von 1 bis 8 beschrieben und gezeigt, doch wird in Betracht gezogen, dass auch andere Ausführungsformen des Dämpfers 36 implementiert werden können. Beispielsweise kann die vordere Platte 76 des Dämpfers 36 einen oder mehrere Durchgänge (nicht gezeigt) zum weiteren Regeln des Stroms von kalten Gasen 46 innerhalb des Hohlraums 60 unter der Plattform aufweisen. Ferner kann der Dämpfer 36 mehr oder weniger Erweiterungen zum Erzielen der zusätzlichen Abdichtung und/oder Rückhaltung zwischen den Turbinenrotoranordnungsbauteilen aufweisen.
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Der Fachmann sieht, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der Turbinenschaufelanordnung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Turbinenschaufelanordnung werden dem Fachmann beim Lesen der Beschreibung und einer praktischen Ausführung des im Vorliegenden offenbarten Systems offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei der wahre Schutzumfang der Offenbarung durch die nachstehenden Ansprüche und ihre Äquivalente angegeben wird.
