DE112014000803T5

DE112014000803T5 - Stiftdichtung für eine Turbinenschaufel

Info

Publication number: DE112014000803T5
Application number: DE112014000803.6T
Authority: DE
Inventors: Garrett P. Prins; Angelo Vincent Marasco; Daniel Martinez
Original assignee: Solar Turbines Inc
Current assignee: Solar Turbines Inc
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-10-29
Also published as: US20140271205A1; WO2014159366A1; CN105026692A; RU2650235C2; MX2015011666A; RU2015141103A

Abstract

Eine Gasturbinenmotor-Turbinenscheibenanordnung umfasst eine Turbinenscheibe, Turbinenschaufeln und Stiftdichtungen. Jede Turbinenschaufel umfasst eine Plattform mit einem druckseitigen sich in eine Druckseite der Plattform erstreckenden Dichtungsschlitz und einem ansaugseitigen sich in eine Ansaugseite der Plattform erstreckenden Dichtungsschlitz. Der druckseitige Dichtungsschlitz und der ansaugseitige Dichtungsschlitz sind zwischen drei und zehn Grad in der radialen Richtung relativ zu der Achse der Turbinenscheibe abgewinkelt. Die Stiftdichtung umfasst eine zylindrische Form und befindet sich innerhalb eines durch den druckseitigen Dichtungsschlitz und den ansaugseitigen Dichtungsschlitz benachbarter Turbinenschaufeln ausgebildeten Dichtungsschlitzes.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Gasturbinenmotoren im Allgemeinen und eine Stiftdichtung für eine Turbinenschaufel im Besonderen.
Hintergrund
Gasturbinenmotoren umfassen Verdichter-, Brennkammer- und Turbinenabschnitte. Turbinenabschnitte umfassen Turbinenschaufeln mit benachbarten Schrägflächen. Erwärmte Luft oder Gase von der Brennkammer können durch einen Spalt zwischen den Schrägflächen strömen und so die Betriebstemperatur der Turbinenkomponenten erhöhen.
US-Patent Nr. 8,137,072 von H. Kim offenbart eine Turbinenschaufel. Die Turbinenschaufel kann ein sich von einer ersten Fläche einer Turbinenplattform erstreckendes Schaufelblatt aufweisen. Die Turbinenschaufel kann weiterhin eine erste Seitentasche einer Turbinenplattform aufweisen, die zur im Wesentlichen vollständigen Aufnahme einer ersten bewegbaren Dichtung zwischen einer vorderen Wand der ersten Seitentasche und einer hinteren Wand der ersten Seitentasche ausgebildet ist. Die erste Seitentasche kann eine konvexe Oberfläche aufweisen, die sich zwischen der vorderen Wand und der hinteren Wand erstreckt, und eine konkave Oberfläche. Die Turbinenschaufel kann auch eine zweite Seitentasche der Turbinenplattform aufweisen, die zur Aufnahme eines Teils einer zweiten bewegbaren Dichtung ausgebildet ist.
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Lösung eines oder mehrerer der von den Erfindern festgestellten Probleme.
Kurzdarstellung der Offenbarung
Offenbart wird eine Stiftdichtung für einen Gasturbinenmotor mit einer Turbinenscheibe und einer Mehrzahl an Turbinenschaufeln. Die Stiftdichtung umfasst einen Körper, der eine zylindrische Form aufweist, ein erstes Ende und ein zweites Ende, gegenüberliegend und distal zum ersten Ende. Die Stiftdichtung ist zur Installation zwischen zwei benachbarten Turbinenschaufeln innerhalb eines druckseitigen, sich in eine druckseitige Schrägfläche einer ersten Turbinenschaufel erstreckenden Dichtungsschlitzes und des ansaugseitigen, sich in eine ansaugseitige Schrägfläche einer zweiten Turbinenschaufel erstreckenden Dichtungsschlitzes ausgebildet. Die Länge der Stiftdichtung ist derart ausgebildet, dass sich die Stiftdichtung von der Vorderkante eines Schaufelblatts jeder benachbarten Turbinenschaufel um mindestens 0,020 Zoll nach vorne erstreckt, wenn die Stiftdichtung mit entweder einer hinteren druckseitigen Fläche an einem Ende des druckseitigen Dichtungsschlitzes distal zur Vorderkante jedes Schaufelblatts oder der hinteren ansaugseitigen Fläche an einem Ende des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes distal zur Vorderkante jedes Schaufelblatts in Kontakt steht. Die Stiftdichtung ist während des Betriebs des Gasturbinenmotors in einer radialen Richtung um drei bis zehn Grad relativ zu einer Achse des Gasturbinenmotors abgewinkelt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Gasturbinenmotors.
2 ist ein Querschnitt durch einen Abschnitt einer Turbinenscheibenanordnung.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Druckseite einer Turbinenschaufel in 2.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Ansaugseite der Turbinenschaufel in 3.
5 ist eine die Detailansicht des Abschnitts der Querschnittsansicht in 2 um die Stiftdichtung 430.
6 ist eine Draufsicht auf die Stiftdichtung in 2 und 5.
7 ist eine perspektivische Ansicht der Ansaugseite einer Turbinenschaufelanordnung, einschließlich der Turbinenschaufel in 4 und der Stiftdichtung in 6.
Genaue Beschreibung
Die hier offenbarten Systeme und Verfahren umfassen eine Turbinenscheibenanordnung. In Ausführungsformen umfasst die Turbinenscheibenanordnung eine Turbinenscheibe, Turbinenschaufeln und eine Stiftdichtung. Jede Turbinenschaufel umfasst einen druckseitigen Dichtungsschlitz in der druckseitigen Schrägfläche und einen ansaugseitigen Dichtungsschlitz in der ansaugseitigen Schrägfläche. Der druckseitige Dichtungsschlitz umfasst eine druckseitige Dichtungsfläche und der ansaugseitige Dichtungsschlitz umfasst eine ansaugseitige Dichtungsfläche. Der druckseitige Dichtungsschlitz einer ersten Turbinenschaufel und der ansaugseitige Dichtungsschlitz einer zweiten Turbinenschaufel neben der ersten Turbinenschaufel bilden gemeinsam einen Dichtungsschlitz. In jedem Dichtungsschlitz wird eine Stiftdichtung festgehalten. Während des Betriebs des Gasturbinenmotors befindet sich jede Stiftdichtung neben und in Kontakt mit einer druckseitigen Dichtungsfläche und einer ansaugseitigen Dichtungsfläche. Durch die Verbrennungsreaktion in der Brennkammer erwärmte Luft oder Gase können zwischen benachbarten druckseitigen und ansaugseitigen Schrägflächen hindurchströmen. Die Luft kann auf die Scheibenpfosten der Turbinenscheibe auftreffen und die Betriebstemperatur erhöhen. Die Stiftdichtungen können die erwärmte Luft blockieren, reduzieren oder umleiten, was die Betriebstemperatur der Scheibenpfosten senken kann, wodurch die Zeitstandfestigkeit der Turbinenscheibe erhöht wird. Der Winkel zwischen der druckseitigen Dichtungsfläche und der ansaugseitigen Dichtungsfläche kann zwischen fünfundneunzig und einhundertfünfzehn Grad liegen, was eine mögliche Haftung zwischen der Stiftdichtung und benachbarten Turbinenschaufeln mindern kann und die gleichmäßige Verteilung der Kontaktlast auf die druckseitige Dichtungsfläche und die ansaugseitige Dichtungsfläche erleichtert.
Der Dichtungsschlitz kann in radialer Richtung relativ zu der Achse der Turbinenscheibe abgewinkelt sein, was das Längen der Stiftdichtung erleichtern kann, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Stiftdichtung und sowohl der druckseitigen Dichtungsfläche als auch der ansaugseitigen Dichtungsfläche erhöht wird.
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Gasturbinenmotors. Einige der Flächen sind zur Verdeutlichung und einfacheren Erklärung (hier und den anderen Figuren) nicht oder übertrieben dargestellt. Die Offenbarung kann Bezug auf eine vordere und eine hintere Richtung nehmen. Im Allgemeinen sind Verweise auf „vordere” und „hintere”, sofern nicht anders angegeben, mit der Strömungsrichtung der Primärluft (d. h. der im Verbrennungsprozess verwendeten Luft) verbunden. Vordere befindet sich beispielsweise „stromaufwärts” relativ zu dem Primärluftstrom und hintere „stromabwärts” relativ zu dem Primärluftstrom.
Darüber hinaus kann die Offenbarung allgemerelativ zu einer mittlere Drehachse 95 des Gasturbinenmotors nehmen, die im Allgemeinen als die Längsachse der Welle 120 (getragen von einer Mehrzahl Lageranordnungen 150) definiert werden kann. Die Mittelachse 95 kann verschiedenen anderen konzentrischen Motorkomponenten gemein sein oder von diesen geteilt werden. Alle Verweise auf radiale, axiale und Umlaufrichtungen und -maße beziehen sich, sofern nicht anders angegeben, auf die Mittelachse 95, und Begriffe wie „innen” und „außen” geben im Allgemeinen einen größeren oder kleineren radialen Abstand dazu an, wobei eine radiale Richtung 96 in eine beliebige Richtung senkrecht zur Mittelachse 95 und von dieser nach außen gerichtet sein kann.
Ein Gasturbinenmotor 100 umfasst einen Eintritt 110, eine Welle 120, einen Gaserzeuger oder „Verdichter” 200, eine Brennkammer 300, eine Turbine 400, einen Austritt 500 und eine Abtriebskupplung 600. Der Gasturbinenmotor 100 kann eine einachsige oder eine doppelachsige Konfiguration haben.
Der Verdichter 200 umfasst eine Verdichterrotoranordnung 210, stationäre Verdichterblätter („Statoren”) 250 und Eintrittsleitschaufeln 255. Die Verdichterrotoranordnung 210 ist mechanisch mit der Welle 120 verbunden. Wie dargestellt ist die Verdichterrotoranordnung 210 eine Axialverdichterrotoranordnung. Die Verdichterrotoranordnung 210 umfasst eine oder mehrere Verdichterscheibenanordnungen 220. Jede Verdichterscheibenanordnung 220 umfasst eine Verdichterrotorscheibe, die in Umfangsrichtung mit Verdichterrotorschaufeln bestückt ist. Statoren 250 folgen jeder der Verdichterscheibenanordnungen 220 axial. Jede Verdichterscheibenanordnung 220, die mit den benachbarten der Verdichterscheibenanordnung 220 folgenden Statoren 250 gepaart ist, wird als eine Verdichterstufe betrachtet. Der Verdichter 200 umfasst mehrere Verdichterstufen. Vor der ersten Verdichterstufe sind axial Eintrittsleitschaufeln 255 angeordnet.
Die Brennkammer 300 umfasst einen oder mehrere Injektoren 350 und umfasst eine oder mehrere Verbrennungskammern 390.
Die Turbine 400 umfasst eine Turbinenrotoranordnung 410 und Turbinendüsen 450. Die Turbinenrotoranordnung 410 ist mechanisch mit der Welle 120 verbunden. Wie dargestellt ist die Turbinenrotoranordnung 410 eine Axialturbinenrotoranordnung. Die Turbinenrotoranordnung 410 umfasst eine oder mehrere Turbinenscheibenanordnungen 420. Jede Turbinenscheibenanordnung 420 umfasst eine Turbinenscheibe 422 (dargestellt in 2), die in Umfangsrichtung mit Turbinenschaufeln 460 (dargestellt in 2–5) bestückt ist. Vor jeder der Turbinenscheibenanordnungen 420 sind axial Turbinendüsen 450 angeordnet. Jede Turbinenscheibenanordnung 420, die mit den benachbarten der Turbinenscheibenanordnung 420 folgenden Turbinendüsen 450 gepaart ist, wird als eine Turbinenstufe betrachtet. Die Turbine 400 umfasst mehrere Turbinenstufen.
Der Austritt 500 umfasst einen Austrittsdiffusor 520 und einen Austrittskollektor 550.
2 ist ein Querschnitt durch einen Abschnitt einer Turbinenscheibenanordnung 420 des Gasturbinenmotors in 1. Die Turbinenscheibenanordnung 420 umfasst eine Turbinenscheibe 422, Turbinenschaufeln 460 (zwei sind in 2 dargestellt), Dämpfer 425 (einer ist in 2 dargestellt) und Stiftdichtungen 430 (eine ist in 2 dargestellt). Die Turbinenscheibe 422 weist eine zylindrische Form auf und umfasst sich radial nach außen erstreckende Scheibenpfosten 424. Benachbarte Scheibenpfosten 424 bilden einen Turbinenscheibenschlitz 423. Jeder Turbinenscheibenschlitz 423 kann ein Tannenbaum- oder ein Schwalbenschwanzprofil aufweisen und ist zur Aufnahme einer Turbinenschaufel 460 ausgebildet.
Jede Turbinenschaufel 460 umfasst eine Plattform 463, ein Schaufelblatt 461 und einen Schaufelfuß 462. Das Schaufelblatt 461 erstreckt sich von der Plattform 463 in einer ersten Richtung unter Ausbildung einer Vorderkante 458 (siehe 3), einer Hinterkante 459 (siehe 3), einer Druckseite 471 und einer Ansaugseite 481 nach außen. Wenn die Turbinenschaufel 460 in der Turbinenscheibe 422 installiert ist, erstreckt sich das Schaufelblatt 461 von der Plattform 463 nach außen. Die Druckseite 471 mit konkaver Form liegt zwischen der Vorderkante 458 und der Hinterkante 459. Die Ansaugseite 481 ist die der Druckseite 471 gegenüberliegende Seite mit konvexer Form und liegt zwischen der Vorderkante 458 und der Hinterkante 459.
Der Schaufelfuß 462 erstreckt sich von der Plattform 463 in einer zweiten Richtung in einer Richtung entgegengesetzt zum Schaufelblatt 461 oder entgegengesetzt der ersten Richtung nach innen. Wenn die Turbinenschaufel 460 in der Turbinenscheibe 422 installiert ist, erstreckt sich der Schaufelfuß 462 von der Plattform 463 radial nach innen gerichtet. Der Schaufelfuß 462 ist das Mutter-Komponentenbefestigungsstück und ist zum Einsetzen in einen Turbinenscheibenschlitz 423 ausgebildet. Der Schaufelfuß 462 kann ein Tannenbaum- oder ein Schwalbenschwanzprofil aufweisen.
Die Plattform 463 umfasst eine druckseitige sich von der Druckseite 471 nach außen erstreckende Plattform 473 und eine ansaugseitige sich von der Ansaugseite 481 in der Richtung entgegengesetzt zur druckseitigen Plattform 473 nach außen erstreckende Plattform 483. Wenn die Turbinenschaufel 460 in der Turbinenscheibe 422 installiert ist, erstreckt sich die druckseitige Plattform 473 in einer ersten Umfangsrichtung relativ zu der Achse der Turbinenscheibe 422 und die ansaugseitige Plattform 483 erstreckt sich in einer zweiten Umfangsrichtung entgegengesetzt zur ersten Umfangsrichtung relativ zu der Turbinenscheibe 422.
Die druckseitige Plattform 473 umfasst eine druckseitige Schrägfläche 472. Die druckseitige Schrägfläche 472 ist die Fläche am Ende der druckseitigen Plattform 473 und distal zum Schaufelblatt 461. Die druckseitige Schrägfläche 472 kann relativ zu der Richtung, in die sich die druckseitige Plattform 473 erstreckt, abgewinkelt sein. In einer Ausführungsform ist die druckseitige Schrägfläche 472 senkrecht zur Richtung der druckseitigen Plattform 473. In einer anderen Ausführungsform ist die druckseitige Schrägfläche 472 zwischen null und fünfundvierzig Grad von der Richtung senkrecht zur Richtung der druckseitigen Plattform 473 abgewinkt.
Die ansaugseitige Plattform 483 umfasst eine ansaugseitige Schrägfläche 482. Die ansaugseitige Schrägfläche 482 ist die Fläche am Ende der ansaugseitigen Plattform 483 und distal zum Schaufelblatt 461. Die ansaugseitige Schrägfläche 482 kann relativ zu der Richtung, in die sich die ansaugseitige Plattform 483 erstreckt, abgewinkelt sein. In einer Ausführungsform ist die ansaugseitige Schrägfläche 482 senkrecht zur Richtung der ansaugseitigen Plattform 483. In einer anderen Ausführungsform ist die ansaugseitige Schrägfläche 482 zwischen null und fünfundvierzig Grad von der Richtung senkrecht zur Richtung der ansaugseitigen Plattform 483 abgewinkt.
Wenn benachbarte Turbinenschaufeln 460 auf der Turbinenscheibe 422 installiert sind, ist die druckseitige Schrägfläche 472 einer ersten Turbinenschaufel benachbart zur ansaugseitigen Schrägfläche 482 einer zweiten Turbinenschaufel. Die druckseitige Schrägfläche 472 kann parallel zur ansaugseitigen Schrägfläche 482 sein. Die druckseitige Schrägfläche 472 der ersten Turbinenschaufel und die ansaugseitige Schrägfläche 482 der zweiten Turbinenschaufel sind zur Ausbildung eines Schrägflächenspalts 497 dazwischen ausgebildet.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Druckseite 471 einer Turbinenschaufel 460 in 2. Unter Bezugnahme auf 3 liegt t die Plattform 463 mit druckseitiger Plattform 473 zwischen einem vorderen Ende 466 und einem hinteren Ende 467. Die Vorderkante 458 erstreckt sich von der Plattform 463 neben dem vorderen Ende 466 nach außen und die Hinterkante 459 erstreckt sich von der Plattform 463 neben dem hinteren Ende 467 nach außen.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 umfasst die Turbinenschaufel 460 ein vorderes druckseitiges Dämpferwiderlager 476 und ein hinteres druckseitiges Dämpferwiderlager 477. Das vordere druckseitige Dämpferwiderlager 476 erstreckt sich von der druckseitigen Plattform 473 neben dem vorderen Ende 466 und nach unten neben den Schaufelfuß 462. Das hintere druckseitige Dämpferwiderlager 477 erstreckt sich von der druckseitigen Plattform 473 neben dem hinteren Ende 467 und nach unten neben den Schaufelfuß 462.
Die druckseitige Plattform 473, das vordere druckseitige Dämpferwiderlager 476 und das hintere druckseitige Dämpferwiderlager 477 können zur Ausbildung einer druckseitigen Unterplattformtasche 475 ausgebildet sein. Die druckseitige Plattform 473 kann eine druckseitige Unterplattformfläche 498 neben der druckseitigen Unterplattformtasche 475 umfassen, das vordere druckseitige Dämpferwiderlager 476 kann eine vordere Druckdämpferfläche 491 neben der druckseitigen Unterplattformtasche 475 umfassen und das hintere druckseitige Dämpferwiderlager 477 kann eine hintere Druckdämpferfläche 492 neben der druckseitigen Unterplattformtasche 475 umfassen. Die hintere Druckdämpferfläche 492 kann parallel zur vorderen Druckdämpferfläche 491 und senkrecht zur druckseitigen Unterplattformfläche 498 sein. Die hintere Druckdämpferfläche 492 liegt gegenüber der vorderen Druckdämpferfläche 491 und die vordere Druckdämpferfläche 491 liegt gegenüber der hinteren Druckdämpferfläche 492.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Ansaugseite 481 der Turbinenschaufel in 3. Unter Bezugnahme auf 4 liegt die Turbinenplattform 463 mit ansaugseitiger Plattform 483 zwischen einem vorderen Ende 466 und einem hinteren Ende 467. Unter Bezugnahme auf 2 und 4 umfasst die Turbinenschaufel 460 ein vorderes ansaugseitiges Dämpferwiderlager 486 und ein hinteres ansaugseitiges Dämpferwiderlager 487. Das vordere ansaugseitige Dämpferwiderlager 486 erstreckt sich von der ansaugseitigen Plattform 483 neben dem vorderen Ende 466 und nach unten neben den Schaufelfuß 462. Das hintere ansaugseitige Dämpferwiderlager 487 erstreckt sich von der ansaugseitigen Plattform 483 neben dem hinteren Ende 467 und nach unten neben den Schaufelfuß 462.
Die ansaugseitige Plattform 483, das vordere ansaugseitige Dämpferwiderlager 486 und das hintere ansaugseitige Dämpferwiderlager 487 können zur Ausbildung einer ansaugseitigen Unterplattformtasche 485 ausgebildet sein. Die ansaugseitige Plattform 483 kann eine ansaugseitige Unterplattformfläche 499 neben der ansaugseitigen Unterplattformtasche 485 umfassen, das vordere ansaugseitige Dämpferwiderlager 486 kann eine vordere Ansaugdämpferfläche 493 neben der ansaugseitigen Unterplattformtasche 485 umfassen und das hintere ansaugseitige Dämpferwiderlager 487 kann eine hintere Ansaugdämpferfläche 494 neben der ansaugseitigen Unterplattformtasche 485 umfassen. Die hintere Ansaugdämpferfläche 494 kann parallel zur vorderen Ansaugdämpferfläche 493 und senkrecht zur ansaugseitigen Unterplattformfläche 499 sein. Die hintere Ansaugdämpferfläche 494 liegt gegenüber der vorderen Ansaugdämpferfläche 493 und die vordere Ansaugdämpferfläche 493 liegt gegenüber der hinteren Ansaugdämpferfläche 494.
Unter Bezugnahme auf 2 sind die Dämpferwiderlager mit hinterem druckseitigem Dämpferwiderlager 477 und hinterem ansaugseitigem Dämpferwiderlager 487 zum Halten eines Dämpfers 425 ausgebildet. Jeder Dämpfer 425 ist radial nach außen von und neben jedem Scheibenpfosten 424 zwischen zwei Turbinenschaufeln 460 und radial nach innen von der benachbarten druckseitigen Plattform 473 und ansaugseitigen Plattform 483 der zwei Turbinenschaufeln 460 installiert. Die druckseitige Unterplattformtasche 475 und die ansaugseitige Unterplattformtasche 485 benachbarter Turbinenschaufeln 460 sind zur Ausbildung einer Unterplattformtasche 465 ausgebildet.
Jede Turbinenschaufel 460 umfasst einen druckseitigen Dichtungsschlitz 474 und einen ansaugseitigen Dichtungsschlitz 484. Benachbarte Turbinenschaufeln 460 sind zur Ausbildung eines Dichtungsschlitzes 464 mit einem druckseitigen Dichtungsschlitz 474 einer ersten Turbinenschaufel und dem benachbarten ansaugseitigen Dichtungsschlitz 484 einer zweiten Turbinenschaufel ausgebildet. Unter Bezugnahme auf 3 umfasst der druckseitige Dichtungsschlitz 474 einen vorderen druckseitigen Schlitz 478, einen hinteren druckseitigen Schlitz 479 und eine druckseitige Dichtungsfläche 495. Der vordere druckseitige Schlitz 478 erstreckt sich von der druckseitigen Schrägfläche 472 unterhalb der Vorderkante 458 neben dem vorderen druckseitigen Dämpferwiderlager 476 und über dem vorderen druckseitigen Dämpferwiderlager 476 in die druckseitige Plattform 473. Der vordere druckseitige Schlitz 478 umfasst eine vordere druckseitige Fläche 441. Die vordere druckseitige Fläche 441 kann eine planare oder eine abgerundete Fläche sein und kann sich in die konkave Form des vorderen druckseitigen Schlitzes 478 abrunden. Die vordere druckseitige Fläche 441 befindet sich vor der Vorderkante 458 gegenüber der Richtung der Hinterkante 459 und axial vor der Vorderkante 458, wenn die Turbinenschaufel 460 auf der Turbinenscheibe 422 installiert ist. Der vordere druckseitige Schlitz 478 kann eine konkave Form aufweisen und erstreckt sich von der druckseitigen Unterplattformtasche 475 zur vorderen druckseitigen Fläche 441 über die Vorderkante 458 hinaus.
Der hintere druckseitige Schlitz 479 erstreckt sich von der druckseitigen Schrägfläche 472 unterhalb der Hinterkante 459 neben dem hinteren druckseitigen Dämpferwiderlager 477 und über dem hinteren druckseitigen Dämpferwiderlager 477 in die druckseitige Plattform 473. Der hintere druckseitige Schlitz 479 umfasst eine hintere druckseitige Fläche 442. Die hintere druckseitige Fläche 442 ist distal zur Vorderkante 458 und ist die Fläche des druckseitigen Dichtungsschlitzes 474 im größten Abstand zur Vorderkante 458. Die hintere druckseitige Fläche 442 kann eine planare oder eine abgerundete Fläche sein und kann sich in die konkave Form des hinteren druckseitigen Schlitzes 479 abrunden. Der hintere druckseitige Schlitz 479 kann eine konkave Form aufweisen und erstreckt sich von der druckseitigen Unterplattformtasche 475 zur hinteren druckseitigen Fläche 442.
Die druckseitige Dichtungsfläche 495 liegt zwischen der vorderen druckseitigen Fläche 441 und der hinteren druckseitigen Fläche 442 über die Länge des druckseitigen Dichtungsschlitzes 474. Die druckseitige Dichtungsfläche 495 kann eine planare Fläche sein, die in einem Winkel von der druckseitigen Schrägfläche 472 in die druckseitige Plattform 473 verläuft. Der vordere druckseitige Schlitz 478 kann den vorderen Abschnitt der druckseitigen Dichtungsfläche 495 umfassen. Der hintere druckseitige Schlitz 479 kann den hinteren Abschnitt der druckseitigen Dichtungsfläche 495 umfassen. Der Abschnitt der druckseitigen Dichtungsfläche 495 zwischen dem vorderen druckseitigen Schlitz 478 und dem hinteren druckseitigen Schlitz 479 kann in einem Winkel in die druckseitige Plattform 473 zur druckseitigen Unterplattformtasche 475 verlaufen.
Der druckseitige Dichtungsschlitz 474 kann entlang der druckseitigen Schrägfläche 472 in einem Winkel verlaufen, wobei der vordere druckseitige Schlitz 478 zum vorderen Ende 466 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich der Schaufelfuß 462 von der Plattform 463 erstreckt, und wobei der hintere druckseitige Schlitz 479 zum hinteren Ende 467 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich das Schaufelblatt 461 von der Plattform 463 erstreckt. Der druckseitige Dichtungsschlitz 474 kann relativ zu einer Bezugsachse abgewinkelt sein. Die Bezugsachse ist koaxial mit der Achse der Turbinenscheibe 422, wenn die Turbinenschaufel 460 auf der Turbinenscheibe 422 installiert ist, und koaxial mit der Mittelachse 95 (dargestellt in 1), der Mittellinie des Gasturbinenmotors 100, wenn die Turbinenschaufel 460 im Gasturbinenmotor 100 installiert ist. Die Beschreibung relativ zu der Bezugsachse gilt für die Achse der Turbinenscheibe 422, wenn die Turbinenschaufel 460 auf der Turbinenscheibe 422 installiert ist, und für die Mittelachse 95, wenn die Turbinenschaufel 460 im Gasturbinenmotor 100 installiert ist. Die Bezugsachse umfasst eine vordere Richtung, die sich zum Verdichter 200 erstreckt, wenn die Turbinenschaufel 460 im Gasturbinenmotor 100 installiert ist, und eine hintere Richtung, die sich entgegengesetzt zum Verdichter 200 erstreckt, wenn die Turbinenschaufel 460 im Gasturbinenmotor 100 installiert ist.
Der druckseitige Dichtungsschlitz 474 kann in der radialen Richtung relativ zu der Bezugsachse abgewinkelt sein, wobei der vordere druckseitige Schlitz 478 näher an der Bezugsachse ist als der hintere druckseitige Schlitz 479. Der Winkel 87 ist der Winkel des druckseitigen Dichtungsschlitzes 474 relativ zu der Bezugsachse. Die Bezugslinie 85 ist zur Darstellung des Winkels 87 gezeigt. Die Bezugslinie 85 verläuft parallel zu Bezugsachse und ist von der Bezugsachse radial nach außen verschoben. In einer Ausführungsform ist der druckseitige Dichtungsschlitz 474 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen drei und zehn Grad abgewinkelt. In einer anderen Ausführungsform ist der druckseitige Dichtungsschlitz 474 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen vier und sechs Grad abgewinkelt. In noch einer anderen Ausführungsform ist der druckseitige Dichtungsschlitz 474 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung um fünf Grad, etwa fünf Grad oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von fünf Grad abgewinkelt.
Die druckseitige Dichtungsfläche 495 verläuft entlang der druckseitigen Schrägfläche 472 in einem Winkel, wobei der vordere Abschnitt der druckseitigen Dichtungsfläche 495 zum vorderen Ende 466 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich der Schaufelfuß 462 von der Plattform 463 erstreckt, und wobei der hintere Abschnitt der druckseitigen Dichtungsfläche 495 zum hinteren Ende 467 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich das Schaufelblatt 461 von der Plattform 463 erstreckt.
Die druckseitige Dichtungsfläche 495 kann relativ zu der Bezugsachse abgewinkelt sein. Der Winkel 87 stellt auch den Winkel der druckseitigen Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsachse dar. Die druckseitige Dichtungsfläche 495 kann in der radialen Richtung relativ zu der Bezugsachse abgewinkelt sein, wobei der vordere Abschnitt der druckseitigen Dichtungsfläche 495 näher an der Bezugsachse ist als der hintere Abschnitt der druckseitigen Dichtungsfläche 495. In einer Ausführungsform ist die druckseitige Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen drei und zehn Grad abgewinkelt. In einer anderen Ausführungsform ist die druckseitige Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen vier und sechs Grad abgewinkelt. In noch einer anderen Ausführungsform ist die druckseitige Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung um fünf Grad, etwa fünf Grad oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von fünf Grad abgewinkelt.
In der dargestellten Ausführungsform ist die druckseitige Dichtungsfläche 495 der radial äußere Abschnitt des druckseitigen Dichtungsschlitzes 474 relativ zu der Bezugsachse.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484 einen vorderen ansaugseitigen Schlitz 488, einen hinteren ansaugseitigen Schlitz 489 und eine ansaugseitige Dichtungsfläche 496. Der vordere ansaugseitige Schlitz 488 erstreckt sich von der ansaugseitigen Schrägfläche 482 unterhalb der Vorderkante 458 neben dem vorderen ansaugseitigen Dämpferwiderlager 486 und über dem vorderen ansaugseitigen Dämpferwiderlager 486 in die ansaugseitige Plattform 483. Der vordere ansaugseitige Schlitz 488 umfasst eine vordere ansaugseitige Fläche 443. Die vordere ansaugseitige Fläche 443 kann eine planare oder eine abgerundete Fläche sein und kann sich in die konkave Form des vorderen ansaugseitigen Schlitzes 488 abrunden. Die vordere ansaugseitige Fläche 443 befindet sich vor der Vorderkante 458 gegenüber der Richtung der Hinterkante 459 und axial vor der Vorderkante 458, wenn die Turbinenschaufel 460 auf der Turbinenscheibe 422 installiert ist. Der vordere ansaugseitige Schlitz 488 kann eine konkave Form aufweisen und erstreckt sich von der ansaugseitigen Unterplattformtasche 485 zur vorderen ansaugseitigen Fläche 443 und über die Vorderkante 458 hinaus.
Der hintere ansaugseitige Schlitz 489 erstreckt sich von der ansaugseitigen Schrägfläche 482 unterhalb der Hinterkante 459 neben dem hinteren ansaugseitigen Dämpferwiderlager 487 und über dem hinteren ansaugseitigen Dämpferwiderlager 487 in die ansaugseitige Plattform 483. Der hintere ansaugseitige Schlitz 489 umfasst eine hintere ansaugseitige Fläche 444. Die hintere ansaugseitige Fläche 444 ist distal zur Vorderkante 458 und ist die Fläche des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes 484 im größten Abstand zur Vorderkante 458. Die hintere ansaugseitige Fläche 444 kann eine planare oder eine abgerundete Fläche sein und kann sich in die konkave Form des hinteren ansaugseitigen Schlitzes 489 abrunden. Der hintere ansaugseitige Schlitz 489 kann eine konkave Form aufweisen und erstreckt sich von der ansaugseitigen Unterplattformtasche 485 zur hinteren ansaugseitigen Fläche 444.
Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 liegt zwischen der vorderen ansaugseitigen Fläche 443 und der hinteren ansaugseitigen Fläche 444 über die Länge des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes 484. Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 kann eine planare Fläche sein, die in einem Winkel von der ansaugseitigen Schrägfläche 482 in die ansaugseitige Plattform 483 verläuft. Der vordere ansaugseitige Schlitz 488 kann den vorderen Abschnitt der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 umfassen. Der hintere ansaugseitige Schlitz 489 kann den hinteren Abschnitt der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 umfassen. Der Abschnitt der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 zwischen dem vorderen ansaugseitigen Schlitz 488 und dem hinteren ansaugseitigen Schlitz 489 kann in einem Winkel in die ansaugseitige Plattform 483 zur ansaugseitigen Unterplattformtasche 485 verlaufen.
Der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484 kann entlang der ansaugseitigen Schrägfläche 482 in einem Winkel verlaufen, wobei der vordere ansaugseitige Schlitz 488 zum vorderen Ende 466 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich der Schaufelfuß 462 von der Plattform 463 erstreckt, und wobei der hintere ansaugseitige Schlitz 489 zum hinteren Ende 467 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich das Schaufelblatt 461 von der Plattform 463 erstreckt. Der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484 kann relativ zu einer Bezugsachse abgewinkelt sein.
Der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484 kann in der radialen Richtung relativ zu der Bezugsachse abgewinkelt sein, wobei der vordere ansaugseitige Schlitz 488 näher an der Bezugsachse ist als der hintere ansaugseitige Schlitz 489. Der Winkel 88 ist der Winkel des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes 484 relativ zu der Bezugsachse. Die Bezugslinie 85 ist zur Darstellung des Winkels 88 gezeigt. In einer Ausführungsform ist der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen drei und zehn Grad abgewinkelt. In einer anderen Ausführungsform ist der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen vier und sechs Grad abgewinkelt. In noch einer anderen Ausführungsform ist der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung um fünf Grad, etwa fünf Grad oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von fünf Grad abgewinkelt. Der Winkel des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes 484 und der Winkel des druckseitigen Dichtungsschlitzes 474 in der radialen Richtung relativ zu der Bezugsachse der Turbinenscheibe 422 sind gleich oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.
Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 verläuft entlang der ansaugseitigen Schrägfläche 482 in einem Winkel, wobei der vordere Abschnitt der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 zum vorderen Ende 466 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich der Schaufelfuß 462 von der Plattform 463 erstreckt, und wobei der hintere Abschnitt der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 zum hinteren Ende 467 und in der Richtung abgewinkelt ist, in der sich das Schaufelblatt 461 von der Plattform 463 erstreckt. Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 kann relativ zu einer Bezugsachse abgewinkelt sein.
Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 kann in der radialen Richtung relativ zu der Bezugsachse abgewinkelt sein, wobei der vordere Abschnitt der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 näher an der Bezugsachse ist als der hintere Abschnitt der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496. Der Winkel 88 stellt auch den Winkel der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsachse dar. In einer Ausführungsform ist die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen drei und zehn Grad abgewinkelt. In einer anderen Ausführungsform ist die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung zwischen vier und sechs Grad abgewinkelt. In noch einer anderen Ausführungsform ist die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsachse in der radialen Richtung um fünf Grad, etwa fünf Grad oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von fünf Grad abgewinkelt. Der Winkel der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 und der Winkel der druckseitigen Dichtungsfläche 495 in der radialen Richtung relativ zu der Bezugsachse sind gleich oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz.
In der dargestellten Ausführungsform ist die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 der radial äußere Abschnitt des druckseitigen Dichtungsschlitzes 484 relativ zu der Bezugsachse.
5 ist eine die Detailansicht des Abschnitts der Querschnittsansicht in 2 um die Stiftdichtung 430. Unter Bezugnahme auf 2 und 5 kann sich die druckseitige Dichtungsfläche 495 von der druckseitigen Schrägfläche 472 zur druckseitigen Unterplattformfläche 498 erstrecken.
Die druckseitige Dichtungsfläche 495 kann eine planare Fläche sein, die in einem Winkel von der druckseitigen Schrägfläche 472 in die druckseitige Plattform 473 verläuft. Die druckseitige Dichtungsfläche 495 kann von der druckseitigen Schrägfläche 472 zum Blattfuß 462 in der Richtung entgegengesetzt der Richtung, in der sich die druckseitige Plattform 473 erstreckt, und in derselben Richtung, in der sich der Blattfuß 462 erstreckt, abgewinkelt sein. Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 kann eine planare Fläche sein, die in einem Winkel von der ansaugseitigen Schrägfläche 482 in die ansaugseitige Plattform 483 verläuft. Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 kann von der ansaugseitigen Schrägfläche 482 zum Blattfuß 462 in der Richtung entgegengesetzt der Richtung, in der sich die ansaugseitige Plattform 483 erstreckt, und in derselben Richtung, in der sich der Blattfuß 462 erstreckt, abgewinkelt sein.
Die druckseitige Dichtungsfläche 495 und die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 bilden eine Decke am oberen Ende des Dichtungsschlitzes 464. Der Winkel 83 ist der Winkel zwischen der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496. In einer Ausführungsform liegt der Winkel 83 zwischen der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 zwischen fünfundneunzig und einhundertfünfzehn Grad. In einer anderen Ausführungsform liegt der Winkel 83 zwischen der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 zwischen einhundert und einhundertzehn Grad. In noch einer anderen Ausführungsform beträgt der Winkel 83 zwischen der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 einhundertfünf Grad oder etwa einhundertfünf Grad.
Die druckseitige Dichtungsfläche 495 und die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 können jeweils relativ zu einer Bezugsebene 86 abgewinkelt sein. Die Bezugsebene 86 ist die Mittelebene und kann die sich durch den Schaufelfuß 462 erstreckende Symmetrieebene sein. Die Bezugsebene 86 kann sich von der Stapelachse der Turbinenschaufel 460 erstrecken und diese umfassen. Die Bezugsebene 86 erstreckt sich vom vorderen Ende 466 zum hinteren Ende 467 durch den Schaufelfuß 462. Wenn die Turbinenschaufel 460 auf der Turbinenscheibe 422 installiert ist, ist die Bezugsebene 86 eine Radialebene, die die Achse der Turbinenscheibe 422 umfasst und sich von der Achse durch den Schaufelfuß 462 erstreckt.
Der Winkel 81 ist der Winkel, um den die druckseitige Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsebene 86 abgewinkelt ist. In einer Ausführungsform ist die druckseitige Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsebene 86 zwischen sechzig und siebzig Grad abgewinkelt. In einer anderen Ausführungsform ist die druckseitige Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsebene 86 zwischen vierundsechzig und sechsundsechzig Grad abgewinkelt. In noch einer anderen Ausführungsform ist die druckseitige Dichtungsfläche 495 relativ zu der Bezugsebene 86 in der radialen Richtung um fünfundsechzig Grad, etwa fünfundsechzig Grad oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von fünfundsechzig Grad abgewinkelt.
Die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 kann in der zur druckseitigen Dichtungsfläche 495 entgegengesetzten Richtung relativ zu der Bezugsebene 86 abgewinkelt sein. Der Winkel 82 ist der Winkel, um den die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsebene 86 abgewinkelt ist. In einer Ausführungsform ist die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsebene 86 zwischen vierzig und fünfzig Grad abgewinkelt. In einer anderen Ausführungsform ist die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsebene 86 zwischen vierundvierzig und sechsundvierzig Grad abgewinkelt. In noch einer anderen Ausführungsform ist die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsebene 86 in der radialen Richtung um fünfundvierzig Grad, etwa fünfundvierzig Grad oder innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von fünfundvierzig Grad abgewinkelt.
Während des Betriebs des Gasturbinenmotors 100 befindet sich die Stiftdichtung 430 neben der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 und ist dazu ausgebildet, mit diesen Flächen in Kontakt zu stehen, wie dargestellt in 2 und 5. In einigen Ausführungsformen ist die Stiftdichtung 430 während des Betriebs des Gasturbinenmotors 100 zwischen drei und zehn Grad in der radialen Richtung relativ zu der Mittelachse 95 abgewinkelt. In anderen Ausführungsformen ist die Stiftdichtung 430 während des Betriebs des Gasturbinenmotors 100 zwischen vier und sechs Grad in der radialen Richtung relativ zu der Mittelachse 95 abgewinkelt.
Wenn der Gasturbinenmotor 100 nicht in Betrieb ist, wird die Stiftdichtung 430 im Dichtungsschlitz 464 festgehalten. Die konkave Fläche des vorderen ansaugseitigen Schlitzes 488 (nicht dargestellt in 2 und 5) und des hinteren ansaugseitigen Schlitzes 489 ist dazu ausgebildet, eine Aufbewahrungsvertiefung 490 zum Festhalten der Stiftdichtung 430 zu umfassen. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich die Stiftdichtung 430 nicht über die ansaugseitige Schrägfläche 482 hinaus, wenn die Stiftdichtung 430 in der Aufbewahrungsvertiefung 490 festgehalten wird.
Die konkave Fläche des vorderen druckseitigen Schlitzes 478 (nicht dargestellt in 2 und 5) und des hinteren druckseitigen Schlitzes 479 ist dazu ausgebildet, die Stiftdichtung 430 in die durch die druckseitige Dichtungsfläche 495 und die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 ausgebildete Decke zu führen, wenn die Zentrifugalkraft größer ist als die Schwerkraft, und die Stiftdichtung 430 in die Aufbewahrungsvertiefung 490 zu führen, wenn die Schwerkraft größer ist als die Zentrifugalkraft; der vordere ansaugseitige Schlitz 488 und der hintere ansaugseitige Schlitz 489 sind entsprechend ausgebildet.
6 ist eine Draufsicht auf die Stiftdichtung 430 in 2 und 5. Unter Bezugnahme auf 6 umfasst die Stiftdichtung 430 einen Körper 431, ein erstes Ende 432 und ein zweites Ende 433. Der Körper 431 weist eine zylindrische Form auf, die sich vom ersten Ende 432 zum zweiten Ende 433 erstreckt. Der Körper 431 ist im Allgemeinen ein gerader Kreiszylinder. In der dargestellten Ausführungsform ist das erst Ende 432 eine Halbkugel oder umfasst eine Halbkugelform und das zweite Ende 433 ist eine Halbkugel oder umfasst eine Halbkugelform. Das erst Ende 432 und das zweite Ende 433 befinden sich an gegenüberliegenden Enden des Körpers 431. In anderen Ausführungsformen sind das erste Ende 432 und das zweite Ende 433 eine kreisförmige Basis an jedem Ende des Körpers 431; die Kanten zwischen dem Körper 431 und dem ersten Ende 432 sowie dem Körper 431 und dem zweiten Ende 433 können abgerundet sein.
Unter Bezugnahme auf 5 ist die Stiftdichtung 430 zur Installation zwischen zwei benachbarten Turbinenschaufeln 460 innerhalb des druckseitigen Dichtungsschlitzes 474 und des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes 484 ausgebildet. Der Durchmesser der Stiftdichtung 430 ist größer als der Schrägflächenspalt 497 ausgebildet. In einer Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Stiftdichtung 430 zwischen 2,362 mm (0,093 Zoll) und 2,464 mm (0,097 Zoll). In einer anderen Ausführungsform beträgt der Durchmesser der Stiftdichtung 430 2,413 mm (0,095 Zoll) oder liegt innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von 2,413 mm (0,095 Zoll).
7 ist eine perspektivische Ansicht der Ansaugseite 481 einer Turbinenschaufelanordnung 455, einschließlich der Turbinenschaufel 460 in 4 und der Stiftdichtung 430 in 6. Vor der Installation der Turbinenschaufeln 460 auf der Turbinenscheibe 422 als Teil der Turbinenscheibenanordnung 420 wird eine Stiftdichtung 430 an jeder Turbinenschaufel 460 befestigt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Stiftdichtung 430 im ansaugseitigen Dichtungsschlitz 484 an der Turbinenschaufel 460 befestigt, um die Installation der Turbinenschaufel 460 axial von der hinteren Seite der Turbinenscheibe 422 zu ermöglichen. In anderen Ausführungsformen kann die Stiftdichtung 430 entweder im druckseitigen Dichtungsschlitz 474 oder im ansaugseitigen Dichtungsschlitz 484 am Dichtungsschlitz 464 befestigt werden. Die Stiftdichtung 430 kann an eine Turbinenschaufel 460 geklebt oder auf andere Weise befestigt werden. Zum Befestigen der Stiftdichtung 430 an der Turbinenschaufel 460 können auch Klebstoffe, wie Klebeband, verwendet werden.
Die Stiftdichtung 430 ist so ausgebildet, dass sie sich vom vorderen ansaugseitigen Schlitz 488 zum hinteren ansaugseitigen Schlitz 489 erstreckt. Wenn die Stiftdichtung 430 in Kontakt mit der vorderen ansaugseitigen Fläche 443 steht, ist die Stiftdichtung 430 so ausgebildet, dass sie sich über die hintere Ansaugdämpferfläche 494 und in den hinteren ansaugseitigen Schlitz 489 erstreckt und das hintere ansaugseitige Dämpferwiderlager 487 überlappt. Wenn die Stiftdichtung 430 in Kontakt mit der hinteren ansaugseitigen Fläche 444 steht, ist die Stiftdichtung 430 so ausgebildet, dass sie sich über die vordere Ansaugdämpferfläche 493 und in den vorderen ansaugseitigen Schlitz 488 erstreckt und das vordere ansaugseitige Dämpferwiderlager 486 überlappt. In einigen Ausführungsformen ist die Stiftdichtung 430 auch so ausgebildet, dass sie sich in der axialen Richtung der Bezugsachse über die Vorderkante 458 hinaus erstreckt, wenn die Stiftdichtung 430 in Kontakt mit der hinteren ansaugseitigen Fläche 444 steht. Die Bezugslinie 89 stellt die Strecke dar, über die sich die Stiftdichtung 430 über die Vorderkante 458 hinaus erstreckt. Die Bezugslinie 91 erstreckt sich von einem Ende der Stiftdichtung 430 senkrecht zur Bezugsachse nach außen. Die Bezugslinie 92 schneidet den vordersten Punkt der Vorderkante 458 und erstreckt sich parallel zur Bezugslinie 91. Die Bezugslinie 89 erstreckt sich zwischen den Bezugslinien 91 und 92 und ist senkrecht zu den Bezugslinien 91 und 92. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Stiftdichtung 430 um 0,254 mm (0,010 Zoll) bis 0,762 (0,030 Zoll) über den vordersten Punkt der Vorderkante 458. In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich die Stiftdichtung 430 um mindestens 0,508 mm (0,020 Zoll) über die Vorderkante 458 hinaus, wenn die Stiftdichtung 430 in Kontakt mit der hinteren ansaugseitigen Fläche 444 steht.
In einer Ausführungsform beträgt die Länge der Stiftdichtung 430 zwischen 42,037 mm (1,655 Zoll) und 42,291 mm (1,665 Zoll). In einer anderen Ausführungsform beträgt die Länge der Stiftdichtung 430 42,164 mm (1,660 Zoll) oder liegt innerhalb einer vorbestimmten Toleranz von 42,164 mm (1,660 Zoll).
Die Stiftdichtung 430 kann auf dieselbe oder ähnliche Weise mit dem druckseitigen Dichtungsschlitz 474, dem vorderen druckseitigen Schlitz 478, dem hinteren druckseitigen Schlitz 479, dem vorderen druckseitigen Dämpferwiderlager 476, dem hinteren druckseitigen Dämpferwiderlager 477, der vorderen druckseitigen Fläche 441, der hinteren druckseitigen Fläche 442, der vorderen Druckdämpferfläche 491 und der hinteren Druckdämpferfläche 492 in Wechselwirkung treten wie die Stiftdichtung 430 mit dem ansaugseitigen Dichtungsschlitz 484, dem vorderen ansaugseitigen Schlitz 488, dem hinteren ansaugseitigen Schlitz 489, dem vorderen ansaugseitigen Dämpferwiderlager 486, dem hinteren ansaugseitigen Dämpferwiderlager 487, der vorderen ansaugseitigen Fläche 443, der hinteren ansaugseitigen Fläche 444, der vorderen Ansaugdämpferfläche 493 und der hinteren Ansaugdämpferfläche 494 in Wechselwirkung treten kann.
Eine oder mehrere der vorstehenden Komponenten (oder deren Unterkomponenten) können aus Edelstahl und/oder haltbaren Hochtemperaturmaterialien, die unter dem Namen „Superlegierungen” bekannt sind, hergestellt sein. Eine Superlegierung oder Hochleistungslegierung ist eine Legierung, die herausragende mechanische Festigkeit und Zeitstandfestigkeit bei hohen Temperaturen, gute Oberflächenstabilität sowie Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit zeigt. Superlegierungen können Werkstoffe, wie HASTELLOY, INCONEL, WASPALOY, RENE Legierungen, HAYNES Legierungen, INCOLOY, MP98T, TMS Legierungen und CMSX Einkristalllegierungen umfassen. In Ausführungsformen ist die Stiftdichtung 430 aus HAYNES 25 und die Turbinenscheibe 422 aus WASPALOY hergestellt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Gasturbinenmotoren können für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen geeignet sein, etwa für verschiedene Aspekte der Öl- und Erdgasindustrie (einschließlich Weiterleitung, Sammeln, Speichern, Entnahme und Förderung von Öl und Erdgas), die Stromerzeugungsindustrie, die Kraft-Übernahme-Kopplung, die Luftfahrt und andere Transportindustriezweige.
Unter Bezugnahme auf 1 tritt ein Gas (typischerweise Luft 10) als „Arbeitsfluid” in den Eintritt 110 ein und wird vom Verdichter 200 verdichtet. Im Verdichter 200 wird das Arbeitsfluid in einem kreisförmigen Strömungsweg 115 durch eine Reihe von Verdichterscheibenanordnungen 220 verdichtet. Insbesondere wird die Luft 10 in nummerierten „Stufen” verdichtet, wobei die Stufen mit jeder Verdichterscheibenanordnung 220 verknüpft sind. Die „4. Luftstufe” kann beispielsweise mit der 4. Verdichterscheibenanordnung 220 in Richtung stromabwärts oder „hinten”, vom Eintritt 110 zum Austritt 500 gesehen, verknüpft sein. Entsprechend kann jede Turbinenscheibenanordnung 420 mit einer nummerierten Stufe verknüpft sein.
Sobald die verdichtete Luft 10 den Verdichter 200 verlässt, tritt sie in die Brennkammer 300 ein, wo sie sich ausbreitet und Brennstoff zugeführt wird. Luft 10 und Brennstoff werden über einen Injektor 350 in die Verbrennungskammer 390 injiziert und verbrannt. Der Verbrennungsreaktion wird über die Turbine 400 durch jede Stufe der Reihe von Turbinenscheibenanordnungen 420 Energie entzogen. Abgas 90 kann dann in dem Austrittsdiffusor 520 verbreitet, gesammelt und umgeleitet werden. Abgas 90 verlässt das System über einen Abgassammler 550 und kann aufgearbeitet werden (beispielsweise zur Senkung schädlicher Emissionen und oder zur Wiedergewinnung von Wärme aus dem Abgas 90).
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird Luft 10 durch die Verbrennungsreaktion erwärmt und durch die Turbine 400 geführt. Ein Teil der erwärmten Luft kann durch die Schrägflächenspalte 497 zwischen den Turbinenschaufeln 460 strömen. Durch die Schrägflächenspalte 497 strömende Luft 10 kann auf Scheibenpfosten 424 auftreffen und kann auf Dämpfer 425 auftreffen. Die erwärmte Luft 10 kann auch die Temperatur der Abschnitte der Turbinenschaufeln 460 neben den Schaufelunterplattformtaschen 465, von Abschnitten der Scheibenpfosten 424 und von Abschnitten der Dämpfer 425 erhöhen.
Eine Senkung der Temperatur dieser Komponenten kann die Zeitstandfestigkeit erhöhen und kann die Standzeiten dieser Komponenten erhöhen. Unter Bezugnahme auf 2 und 5 kann sich ein Dichtungsschlitz 464 mit einer Stiftdichtung 430 in jedem Schrägflächenspalt 497 befinden. Während des Betriebs des Gasturbinenmotors 100 kann die Zentrifugalkraft die Stiftdichtung 430 gegen die druckseitige Dichtungsfläche 495 und die ansaugseitige Dichtungsfläche 496 benachbarter Turbinenschaufeln 460 bewegen. Jede Stiftdichtung 430 kann erwärmte Luft daran hindern, durch einen Schrägflächenspalt 497 zu strömen, kann die Menge an durch einen Schrägflächenspalt 497 strömende erwärmte Luft reduzieren oder kann den Strom durch einen Schrägflächenspalt 497 strömender erwärmter Luft behindern. Stiftdichtungen 430 können die durch Schrägflächenspalte 497 strömende erwärmte Luft auch umleiten, was ein direktes Auftreffen der erwärmten Luft auf Scheibenpfosten 424 oder Dämpfer 425 verhindern kann. Das Verhindern oder Reduzieren des Durchstroms von erwärmter Luft durch Schrägflächenspalte 497 sowie das Verhindern eines direkten Auftreffens auf Scheibenpfosten 424 und Dämpfer 425 kann die Betriebstemperatur von Abschnitten der Turbinenschaufeln 460, Scheibenpfosten 424 und Dämpfer 425 senken.
Die Stiftdichtung 430 kann so ausgebildet sein, sich vor die Vorderkante 458 in der axialen Richtung der Bezugsachse zu erstrecken. Das Erstrecken entweder des ersten Endes 432 oder des zweiten Endes 433 vor die Vorderkante 458 kann den Strömungsweg erwärmter Luft beim Eintritt in die Geometrie des Schaufelblatts 461 blockieren.
Während des Betriebs des Gasturbinenmotors 100 können sich die relativen Positionen benachbarter Turbinenschaufeln 460 und Stiftdichtungen 430 verändern. Die Stiftdichtung 430 kann an den benachbarten Turbinenschaufeln 460 haften bleiben und die Stiftdichtung 430 kann sich zwischen benachbarten Turbinenschaufeln 460 verkeilen. Die Erhöhung des Winkels der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 relativ zu der Bezugsebene 86 und in Bezug zueinander, wie bei den vorstehend offenbarten Winkeln, kann die Möglichkeit einer Haftung verhindern oder reduzieren. Eine Vergrößerung des Winkels der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 kann auch eine einheitliche Kontaktzone zwischen der Stiftdichtung 430 und sowohl der druckseitigen Dichtungsfläche 495 als auch der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 erleichtern. Eine Vergrößerung des Winkels der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 kann das Ausrichten des Vektors für Kontaktlast mit dem Vektor der Zentrifugalkraftlast erleichtern.
Das Abwinkeln der druckseitigen Dichtungsfläche 495, der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496, des druckseitigen Dichtungsschlitzes 474 und des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes 484 in der radialen Richtung relativ zu der Bezugsachse kann die Verwendung einer längeren Stiftdichtung 430 erleichtern. Eine längere Stiftdichtung 430 kann die Kontaktfläche zwischen der Stiftdichtung 430 und sowohl der druckseitigen Dichtungsfläche 495 als auch der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 erhöhen, was die Dichtung erhöhen kann. Eine längere Stiftdichtung 430 kann auch die Kontaktlasten der Zentrifugalkraft und die Spannungskonzentrationen an den Turbinenschaufeln 460 reduzieren.
Während des Betriebs des Gasturbinenmotors 100 bleibt die Stiftdichtung 430 nicht an der Turbinenschaufel 460 befestigt. Sobald der Gasturbinenmotor 100 den Betrieb aufnimmt, kann die Zentrifugalkraft an der Stiftdichtung 430 und die Temperaturerhöhung das Haftmittel oder das Klebemittel zerstören oder schmelzen, sodass sich die Stiftdichtung 430 in die korrekte Position neben der druckseitigen Dichtungsfläche 495 und der ansaugseitigen Dichtungsfläche 496 und in Kontakt damit bewegen kann.
Die Merkmale der Turbinenschaufel 460, wie der druckseitige Dichtungsschlitz 474 und der ansaugseitige Dichtungsschlitz 484, können durch ein Ausschmelzverfahren ausgebildet werden, bei dem zwei oder mehr Zugrichtungen des Gussblocks verwendet werden, wie durch Verbundzugguss. Die Merkmale können auch durch eine spanabhebende Bearbeitung ausgebildet werden, wie Spanen, Fräsen oder Schleifen mittels elektrischer Entladung.
Die vorstehende genaue Beschreibung ist beispielhafter Art und nicht als Begrenzung der Erfindung oder der Anwendung und Verwendungen der Erfindung gedacht. Die beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf die Verwendung zusammen mit einem bestimmten Typ Gasturbinenmotor beschränkt. Demzufolge ist es offensichtlich, dass die Turbinenschaufeln und Stiftdichtungen gemäß dieser Offenbarung, obwohl in der vorliegenden Offenbarung zur einfacheren Erklärung bestimmte Turbinenschaufeln und Stiftdichtungen dargestellt und beschrieben sind, in verschiedenen anderen Konfigurationen umgesetzt werden können, mit verschiedenen anderen Typen von Gasturbinenmotoren verwendet werden können und in anderen Maschinenarten verwendet werden können. Weiterhin ist nicht beabsichtigt, an eine in dem vorstehenden Hintergrund oder der vorstehenden genauen Beschreibung dargelegte Theorie gebunden zu sein. Es ist offensichtlich, dass die Figuren übertriebene Abmessungen umfassen können, um die gezeigten mit Bezugsnummern Teile besser darstellen zu können, was, sofern nicht ausdrücklich angegeben, nicht als begrenzend zu betrachten sind.

Claims

Stiftdichtung (430) für einen Gasturbinenmotor (100) mit einer Turbinenscheibe (422) und einer Mehrzahl an Turbinenschaufeln (460), wobei die Stiftdichtung (430) Folgendes umfasst: einen Körper (431), der eine zylindrische Form aufweist; ein erstes Ende (432) und ein zweites Ende (433), gegenüberliegend und distal zu dem ersten Ende (432); wobei die Stiftdichtung (430) zur Installation zwischen zwei benachbarten Turbinenschaufeln (460) innerhalb eines druckseitigen, sich in eine druckseitige Schrägfläche (472) einer ersten Turbinenschaufel (460) erstreckenden Dichtungsschlitzes (474) und eines ansaugseitigen, sich in eine ansaugseitige Schrägfläche (482) einer zweiten Turbinenschaufel (460) erstreckenden Dichtungsschlitzes (484) ausgebildet ist, und wobei die Länge der Stiftdichtung (430) derart ausgebildet ist, dass sich die Stiftdichtung (430) von der Vorderkante (458) eines Schaufelblatts (461) jeder benachbarten Turbinenschaufel (460) um mindestens 0,020 Zoll nach vorne erstreckt, wenn die Stiftdichtung (430) mit entweder einer hinteren druckseitigen Fläche (442) an einem Ende des druckseitigen Dichtungsschlitzes (474) distal zur Vorderkante (458) jedes Schaufelblatts (461) oder einer hinteren ansaugseitigen Fläche (444) an einem Ende des ansaugseitigen Dichtungsschlitzes (484) distal zur Vorderkante (458) jedes Schaufelblatts (461) in Kontakt steht, und wobei die Stiftdichtung (430) während des Betriebs des Gasturbinenmotors in einer radialen Richtung um drei bis zehn Grad relativ zu einer Achse (95) des Gasturbinenmotors (100) abgewinkelt ist.
Stiftdichtung (430) nach Anspruch 1, wobei eine Länge der Stiftdichtung (430) 1,655 Zoll bis 1,665 Zoll beträgt.
Stiftdichtung (430) nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesser der Stiftdichtung (430) 0,093 Zoll bis 0,097 Zoll beträgt.
Stiftdichtung (430) nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser der Stiftdichtung (430) größer als ein Schrägflächenspalt (497) zwischen der druckseitigen Schrägfläche (472) und der ansaugseitigen Schrägfläche (482) der benachbarten Turbinenschaufeln (460) ausgebildet ist.
Stiftdichtung (430) nach Anspruch 4, wobei die Stiftdichtung (430) dazu ausgebildet ist, mit einer druckseitigen Dichtungsfläche (495) und einer ansaugseitigen Dichtungsfläche (496) in Kontakt zu stehen, wobei sich die druckseitige Dichtungsfläche (495) von der druckseitigen Schrägfläche (472) in eine Plattform der Turbinenschaufel erstreckt und zwischen drei und zehn Grad relativ zu der Achse (95) des Gasturbinenmotors (100) abgewinkelt ist und wobei sich die ansaugseitige Dichtungsfläche (496) von der ansaugseitigen Schrägfläche (482) in die Plattform erstreckt und zwischen drei und zehn Grad relativ zu der Achse (95) des Gasturbinenmotors (100) abgewinkelt ist.
Turbinenschaufelanordnung (455), umfassend einen Stiftdichtung (430) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Turbinenschaufelanordnung (455) des Weiteren Folgendes umfasst: eine Turbinenschaufel (460) mit einem sich in eine erste Richtung erstreckenden Schaufelblatt (461), wobei das Schaufelblatt (461) aufweist eine Vorderkante (458), eine Hinterkante (459), eine Druckseite (471) zwischen der Vorderkante (458) und der Hinterkante (459) und eine Ansaugseite (481) zwischen der Vorderkante (458) und der Hinterkante (459); einem sich in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung erstreckenden Schaufelfuß (462) und einer Plattform (463) zwischen dem Schaufelblatt (461) und dem Schaufelfuß (462), wobei die Plattform (463) aufweist ein vorderes Ende (466) neben der Vorderkante (458), ein hinteres Ende (467) neben der Hinterkante (459), eine druckseitige sich von der Druckseite (471) erstreckende Plattform (468), wobei die druckseitige Plattform (468) Folgendes umfasst eine druckseitige Schrägfläche (472) distal zur Druckseite (471), wobei sich die druckseitige Schrägfläche (472) von dem vorderen Ende (466) zu dem hinteren Ende (467) erstreckt, und einen druckseitigen sich von der druckseitigen Schrägfläche (472) in die druckseitige Plattform (468) erstreckenden Dichtungsschlitz (474), wobei der druckseitige Dichtungsschlitz (474) umfasst einen vorderen druckseitigen Schlitz (478) neben dem vorderen Ende (466), der einen vorderen Abschnitt der druckseitigen Schrägfläche (472) mit einer konkaven Form überspannt, und einen hinteren druckseitigen Schlitz (479) neben dem hinteren Ende (467), der einen hinteren Abschnitt der druckseitigen Schrägfläche (472) mit einer konkaven Form überspannt, wobei der druckseitige Dichtungsschlitz (474) in einer radialen Richtung um drei bis zehn Grad relativ zu einer Bezugsachse unterhalb des Schaufelfußes (462) gegenüber dem Schaufelblatt (461) abgewinkelt ist, wobei die Bezugsachse koxial mit der Achse der Turbinenscheibe (422) ist, wenn die Turbinenschaufel (460) auf der Turbinenscheibe (422) installiert ist, wobei der druckseitige Dichtungsschlitz (474) abgewinkelt ist, wobei der vordere druckseitige Schlitz (478) radial näher an der Bezugsachse ist als der hintere druckseitige Schlitz (479), und eine ansaugseitige sich von der Ansaugseite (481) in eine Richtung entgegengesetzt zur druckseitigen Plattform (473) erstreckende Plattform (483), wobei die ansaugseitige Plattform (483) Folgendes umfasst eine ansaugseitige Schrägfläche (482) distal zur Ansaugseite (481), wobei sich die ansaugseitige Schrägfläche (482) von dem vorderen Ende (466) zu dem hinteren Ende (467) erstreckt, und einen ansaugseitigen sich von der ansaugseitigen Schrägfläche (482) in die ansaugseitige Plattform (483) erstreckenden Dichtungsschlitz (484), wobei der ansaugseitige Dichtungsschlitz (484) Folgendes umfasst einen vorderen ansaugseitigen Schlitz (488) neben dem vorderen Ende (466), der einen vorderen Abschnitt der ansaugseitigen Schrägfläche (482) überspannt, und einen hinteren ansaugseitigen Schlitz (489) neben dem hinteren Ende (467), der einen hinteren Abschnitt der ansaugseitigen Schrägfläche (482) überspannt, wobei der ansaugseitige Dichtungsschlitz (484) in der radialen Richtung um drei bis zehn Grad relativ zu der Bezugsachse abgewinkelt ist, wobei der vordere ansaugseitige Schlitz (488) radial näher an der Bezugsachse ist als der hintere ansaugseitige Schlitz (489).
Turbinenschaufelanordnung (455) nach Anspruch 6, wobei die Stiftdichtung (430) im ansaugseitigen Dichtungsschlitz (484) an der Turbinenschaufel (460) befestigt ist.
Turbinenschaufelanordnung (455) nach Anspruch 7, wobei der vordere ansaugseitige Schlitz (488) eine vordere ansaugseitige Fläche (443) und der hintere ansaugseitige Schlitz (489) eine hintere ansaugseitige Fläche (444) umfasst, wobei sich der ansaugseitige Dichtungsschlitz (484) zwischen der vorderen ansaugseitigen Fläche (443) zur hinteren ansaugseitigen Fläche (444) erstreckt, und sich die Stiftdichtung (430) über die der Vorderkante (458) hinaus in Richtung der Bezugsachse erstreckt, wenn die Stiftdichtung (430) in Kontakt mit der hinteren ansaugseitigen Fläche (444) steht.
Turbinenschaufelanordnung (455) nach Anspruch 7, wobei die Stiftdichtung (430) an die Turbinenschaufel (460) geklebt ist.
Gasturbinenmotor (100), umfassend die Stiftdichtung (430) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–5.