DE19811856A1 - Hohlraum einer Schaufelspitzenumhüllung einer Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen von einem Turbinen­ gehäuse für eine Gasturbine umgebenen Hohlraum sowie auf eine Laufschaufel mit einer Spitzenumhüllung bzw. -ummantelung (z. B. Umhüllungsring bzw. Deckring) (tip shroud).

In der Fig. 3 ist in Schnittansicht schematisch eine herkömmliche Gasturbine dargestellt. In der Zeichnung ist mit Bezugsziffer 1 ein aus einer Brennkammer (nicht dargestellt) ausströmender Hauptgasstrom bezeichnet; die Bezugsziffer 2 bezeichnet ein Turbinengehäuse, die Bezugsziffer 3 eine Scheibe, die Bezugsziffer 4 eine am Umfang der Scheibe montierte und in mehreren Stufen in einer Axialrichtung der Scheibe angeordnete Laufschaufel, und die Bezugsziffer 8 eine in der Axialrichtung in einer alternierenden Weise mit der Laufschaufel 4 angeordnete Leitschaufel.

In der die obige Struktur aufweisenden Gasturbine strömt ein von der nicht dargestellten Brennkammer gelieferter Hauptgasstrom 1 zwischen der Laufschaufel 4 und der Leitschaufel 8 in der Axialrichtung; die auf der Scheibe 3 befestigte Laufschaufel 4 läuft mit hoher Geschwindigkeit um, um einen Rotor anzutreiben, wodurch ein (nicht dargestellter) mit dem Rotor verbundener Generator gedreht wird, so daß eine Energieerzeugung erfolgt.

Die Fig. 2 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Hohlraums einer eine Spitzenumhüllung aufweisenden Schaufel in einer herkömmlichen Gasturbine. In der Zeichnung bezeichnen die Bezugsziffern 1 bis 4 die in der obigen Fig. 1 erklärten Elemente, Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Hohlraum, Bezugsziffer 6 bezeichnet eine Spitzenumhüllung bzw. -ummantelung für die Laufschaufel 4, und Bezugsziffer 7 bezeichnet einen an der Spitzenumhüllung angeordneten Steg bzw. Grat. Wie in der Zeichnung gezeigt, besteht der Hohlraum 5 aus einem vom Turbinengehäuse 2, der Spitzenumhüllung 6 und dem Steg bzw. Grat 7 umgebenen Abschnitt, und ein Volumen dieses Hohlraums 5 ist so festgelegt, daß es groß genug ist, um zu verhindern, daß der Laufabschnitt und der Leitabschnitt aufgrund einer Verschiebung wegen einer Wärmedehnungsdifferenz miteinander in Kontakt kommen, so daß der Hauptgasstrom 1 einer hohen Temperatur in den Hohlraum 5 gerissen bzw. geführt wird, wie durch Pfeil 1a dargestellt, wobei ein sehr starker Wirbel 1b erzeugt wird.

Wie erwähnt, wird in dem Hohlraum der Schaufel mit Spitzenumhüllung bei einer herkömmlichen Gasturbine, weil der Hohlraum 5 groß ist, der Hauptgasstrom 1 hoher Temperatur mitgerissen oder eingesaugt und ein sehr starker Wirbel 1b innerhalb des Hohlraums 5 erzeugt, so daß ein hoher Druckverlust entsteht. Der Druckverlust aufgrund der Erzeugung des Wirbels 1b verursacht eine Leistungsminderung der Gasturbine.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Hohlraum einer Schaufel mit Spitzenumhüllung zu schaffen, mit dem verhindert wird, daß ein Hauptgasstrom hoher Temperatur in einen Hohlraum mitgerissen wird und ein innerhalb des Hohlraums erzeugter Wirbel verkleinert wird, indem die Form des von einem Gehäuse einer Gasturbine, einer Spitzenumhüllung und einem Grat gebildeten Hohlraums, sowie die Form eines Endabschnitts der Spitzenumhüllung verbessert werden oder sind, wodurch ein dadurch verursachter Druckverlust verringert wird, um die Turbinenleistung zu verbessern.

Zur Lösung der vorstehend erwähnten Aufgabe sind durch die Erfindung folgende Mittel bereitgestellt.

Es ist ein Hohlraum einer Schaufel mit Spitzenumhüllung vorgesehen, der von einem Gehäuse und einer Laufschaufel mit einer Spitzenumhüllung umgeben ist, wobei ein im wesentlichen U-förmiger Ausnehmungsabschnitt auf einer Gehäuseseite ausgebildet ist, welche einem stromaufwärtigen Endabschnitt der Spitzenumhüllung gegenüberliegt, und ein in zungenartiger Weise von dem stromaufwärtigen Endabschnitt der Spitzenumhüllung vorspringender Abschnitt vorgesehen ist, und zwar so, daß er weder bei einem Kaltstart mit dem Ausnehmungsabschnitt in Kontakt gelangt, noch beim Warmlauf, selbst bei einer Wärmedehnung, mit dem Ausnehmungsabschnitt in Kontakt ist.

Bei dem Hohlraum der Schaufel mit Spitzenumhüllung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Hohlraum im Vergleich zum herkömmlichen Hohlraum mit minimaler Größe gestaltet werden, da der an der Gehäuseseite angeordnete Ausnehmungsabschnitt und der in dessen Innenseite eintretende, nicht mit ihm in Kontakt kommende, vorspringende Abschnitt der Spitzenumhüllung vorgesehen sind. "Minimale Größe" bedeutet eine Mindestgröße, die zu dem Zweck notwendig ist, daß der Ausnehmungsabschnitt des Gehäuses und die Spitzenumhüllung unter jeder beliebigen Betriebsbedingung der Gasturbine nicht miteinander in Kontakt gelangen. In diesem Aufbau strömt der Hauptgasstrom in den Spitzenumhüllungsabschnitt der Laufschaufel, da jedoch der Raum bzw. das Volumen des Hohlraums gering ist und der vorspringende Abschnitt in das Hohlrauminnere so hineinragt, daß er selbst im Fall einer Längung aufgrund von Wärmedehnung nicht in Kontakt mit dem Ausnehmungsabschnitt gelangt, wird verhindert, daß der Hauptgasstrom hoher Temperatur in den Hohlraum mitgerissen wird, und der im Hohlraum erzeugte Wirbel kann klein gehalten werden. Entsprechend kann ein hierdurch verursachter Druckverlust vermindert und die Leistung der Gasturbine erhöht werden.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Hohlraums einer Schaufel mit Spitzenumhüllung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Hohlraumabschnitts einer Schaufel mit Spitzenumhüllung in einer herkömmlichen Gasturbine, und

Fig. 3 eine Schnittansicht zur schematischen Darstellung einer herkömmlichen Gasturbine.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht zur Darstellung eines Hohlraums einer Schaufel mit Spitzenumhüllung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Hauptgasstrom hoher Temperatur, die Bezugsziffer 2 ein Gehäuse und die Bezugsziffer 4 eine Laufschaufel, die an ihrem Spitzenende eine Spitzenumhüllung bzw. -ummantelung (z. B. einen Umhüllungsring bzw. Deckring) aufweist; an der Spitzenverumhüllung 6 ist ein Steg bzw. Grat 7 vorgesehen.

Mit der Bezugsziffer 12 ist ein Gehäuse bezeichnet, bei dem zur Form des herkömmlichen Gehäuses 2 eine Formverbesserung hinzugefügt ist. Wie die Zeichnung zeigt, ist durch einen Abschnitt 12a und einen Abschnitt 12b ein Ausnehmungsabschnitt vorgesehen, um einen Hohlraum 15 in der Art zu gestalten, daß der Hohlraum einen nötigen Minimalhohlraum bildet. Ferner ist eine stromaufwärtige Endfläche der Spitzenumhüllung so verbessert, daß ein zungenartiger Vorsprungsabschnitt 16 geschaffen ist.

Der zungenartige Vorsprungsabschnitt 16 steht zum Hohlraum 15 hin innerhalb des Ausnehmungsabschnitts vor, und der Hohlraum 15 ist so ausgestaltet, daß bei einem Kaltstart der Vorsprungsabschnitt 16 der Spitzenumhüllung 6 in dem Hohlraum aufgenommen ist, ohne damit in Kontakt zu gelangen, wie durch eine strichpunktierte Linie 13a in der Zeichnung gezeigt ist, und daß bei einem Warmlauf der verbesserte Hohlraum 15 und die Spitzenumhüllung 6 nicht miteinander in Kontakt gelangen, selbst wenn eine Verschiebung des Spitzenumhüllungsabschnitts durch eine Wärmedehnungsdifferenz verursacht wird, wie durch eine strichpunktierte Linie 13b in der Zeichnung gezeigt ist.

Bei der vorstehend erwähnten Ausführungsform ist der Hohlraum 15 durch die Abschnitte 12a und 12b des Gehäuses 12 auf einen notwendigen Mindestraum beschränkt, und außerdem ist die Spitzenumhüllung 6 mit dem Vorsprungsabschnitt 16 versehen, so daß verhindert werden kann, daß der Hauptgasstrom 1 mitgerissen wird, und der innerhalb des Hohlraums 15 erzeugte Wirbel verkleinert werden kann, wodurch ein Druckverlust vermindert wird.

Es wurde zwar eine bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung beschrieben, Variationen bzw. Abwandlungen hierzu stehen jedoch dem Fachmann innerhalb der vorliegenden erfinderischen Konzepte offen, die durch den folgenden Anspruch umrissen sind.

Claims (1)

1. Hohlraum (15) einer Schaufelspitzenumhüllung bzw. -ummantelung einer Gasturbine, der umgeben ist von einem Gehäuse (12) und einer Laufschaufel (4) mit einer Spitzenumhüllung bzw. -ummantelung (6), dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (15) so ausgebildet ist, daß an einer gegenüber einem stromaufwärtigen Endabschnitt der Spitzenumhüllung bzw. -ummantelung (6) gelegenen Seite des Gehäuses (12) ein im wesentlichen U-förmiger Ausnehmungsabschnitt gebildet ist, und ein in zungenartiger Weise von dem stromaufwärtigen Endabschnitt der Spitzenumhüllung (6) vorspringender Abschnitt (16) so vorgesehen bzw. angeordnet ist, daß er weder bei einem Kaltstart noch bei einer Wärmedehnung im Warmlauf mit dem Ausnehmungsabschnitt in Kontakt steht bzw. gelangt.