EP1163427B1 - Gasturbinenrotor mit innenraumgekühlter gasturbinenschaufel - Google Patents

Gasturbinenrotor mit innenraumgekühlter gasturbinenschaufel Download PDF

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EP1163427B1
EP1163427B1 EP00920496A EP00920496A EP1163427B1 EP 1163427 B1 EP1163427 B1 EP 1163427B1 EP 00920496 A EP00920496 A EP 00920496A EP 00920496 A EP00920496 A EP 00920496A EP 1163427 B1 EP1163427 B1 EP 1163427B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas turbine
disc
recess
blade
turbine rotor
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00920496A
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English (en)
French (fr)
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EP1163427A1 (de
Inventor
Peter Tiemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP00920496A priority Critical patent/EP1163427B1/de
Publication of EP1163427A1 publication Critical patent/EP1163427A1/de
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Publication of EP1163427B1 publication Critical patent/EP1163427B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine rotor with an interior-cooled Gas turbine blade that has a blade root and has a blade platform, and with a disc, has the disc transverse grooves in which the blade root is inserted is, the blade platform outside an outer circumference the disc is arranged and on an end wall portion one long side has a recess into which a Insert strip is inserted into a corresponding one Recess of a blade platform of a second gas turbine blade engages and a space between the two Bucket platforms bridged and sealed.
  • sealing plate for a Gas turbine blade known. If cooling air, that of the gas turbine blade is fed into the high-temperature fuel gas channel escapes, this leads among other things to a belittling the performance of the gas turbine.
  • the sealing plate which in the gas turbine blade is used to exit prevent cooling air.
  • the seal is made except by the named sealing plate by different sealing pins, built between the platforms of two blades are. A variety of sealing elements are required to the desired sealing function against the escape of cooling air manufacture.
  • DE-B-1 258 662 discloses a deck device for the Guiding the cooling gas of gas turbine disks, which consist of several individual segments, which are interlinked with sealing strips are sealed. Sealing takes place in one additional device in front of the gas turbine disc and the gas turbine blades inserted therein is. This increases the number of elements required to build the Seal are needed.
  • US-A-4 523 890 discloses sealing elements for the foot areas the turbine blades.
  • the seal is used for reduction the loss of cooling air at the bottom of the feet.
  • the sealing elements must hold grooves in the turbine disk be introduced into which the sealing elements are inserted are. So there are complex manufacturing steps necessary.
  • the object of the invention is to provide a gas turbine rotor Specify indoor-cooled gas turbine blade, where both the seal against hot gas entry as well Cooling air outlet and securing the gas turbine blade to produce with little effort and at the same time very reliable are.
  • the object is achieved in that the recess up to one disc-side base of the blade platform is sufficient and the insert strip against axial displacement in Safeguarding the direction of use of the gas turbine blade Has positive locking on the disc.
  • the seal leaves easy to manufacture and is made by a single element done that in its form individually to different Platform configurations can be adapted.
  • the gas turbine blade is sealed and fixed accordingly with a single element, the insert strip.
  • a single insert strip also makes it easy to handle and the ability to quickly replace it to clean or repair.
  • Insert strips It is preferably highly heat-resistant and resistant to chemical attacks stable material to use, so that the inflowing Hot gas does not deform the insert strip, respectively destroyed corrosively.
  • the proposed training of the Insert strips can be made with these materials due to their simple shape can be easily produced and also exhibit great durability with brittle materials.
  • each gas turbine blade secured by four insert strips two strips each ensure security in one direction. In this way, the gas turbine blade itself is closed a failure or loss of a deployment strip in the Disk transverse groove non-displaceable through the remaining three Stripes held. Two gas turbine blades each share the one between them in the long side of the bucket platform seated two insert strips.
  • the insert strips can thus be attached with little effort and held particularly securely in the recess that the recess obliquely in the direction of a longitudinal axis of the rotor Gas turbine rotor runs and at its disc end into a chamfer on the disc head corresponding to the recess empties.
  • the hot gases are due to the inclination of the insert strip used in the direction of the gas turbine wing distracted and thus optimally used without too to be swirled heavily by the bucket platform respectively the blade platform too strong with high temperatures to charge.
  • the adjusted bevels provide an even, one-sided Applying the deployment strip to the recess or the chamfer of the disc head, whereby attacking forces to Example shear forces caused by a relative displacement the gas turbine blade compared to another gas turbine blade or the gas turbine blade opposite the disk transverse groove arise without too much selective stress of the deployment strip can be safely intercepted.
  • the insert strip is inserted after insertion thereby, for example, through the closed wing-side End of the recess or held by his disc-side end is widened and a Undercut of the recess, so that a Form fit against the attacking centrifugal forces.
  • Forces acting on the insert strips can be effective without interruption of the emergency lane is prevented, that it is between the disc-side end of the recess and the outer circumference of the disk a relative movements between the gap and the blade platform allowing gap gives.
  • Attacking forces are, for example, shear forces that due to relative movements between the disc and the blade platform or by the relative to each other in the disc transverse grooves shifting gas turbine blades arise.
  • the Dimensions of the gap will be at the bottom of the recess designed so that the attacking people of different sizes Forces due to appropriate elastic deformations of the attached Insert strips can be intercepted so that a kind of "springback effect" is achieved.
  • the end of the insert strip is in the direction of use of the gas turbine blade as well as possible perpendicular to it, depending on which of the attacking forces are intercepted particularly strongly Need to become.
  • the axially displacing forces in particular Shear forces particularly large, it makes sense to leave a gap to choose with a very low height so that the insert strip has sufficient rigidity to the axial To be able to exercise security reliably.
  • the insert strip is preferably made of a material that has sufficient elastic deformation properties.
  • the recess is designed as a groove.
  • the groove is preferably characterized by at least three surrounding them Walls that have a positive connection to prevent the Form the deployment strip. It also provides the sealing strip surrounding groove a better seal against inflowing Hot gas or cooling air flowing out.
  • the groove can be designed so that they are close to the Insert strips and thus without additional sealing materials seals.
  • Another form of training are on the groove attached cutting edges which engage in the insert strip.
  • the groove continues to provide increased security against Effects of forces on the deployment strip, for example shear forces caused by relative displacements the platforms with each other or the platforms relative to the disc.
  • the groove is open on the side, which is closest to the neighboring platform. To this The insert strip can easily be placed in the two opposite one another Grooves are inserted and sits there very sure.
  • a slip of a deployment strip in the event of attacks by Centrifugal forces can easily be prevented by the Recess at its disc-side end is wider than at their remaining part. In this way, a positive connection is against a slipping of the deployment strip, which by the disc-side end of the recess can be used prevented without simultaneously closing the groove at the top have to be.
  • a secure hold of the insert strip with the gas turbine stopped results from the fact that the insert strip in its Insert position is fixed on the disc. In this way is the insert strip slipping out of the recess even when stationary, if not due to the centrifugal force is pushed out due to the rotational movement, prevented.
  • the fixation on the disc is still an improved hold against axial slippage. she can be done for example by a screw or a bolt be present below the deployment strip is and does not have to intervene in the latter. This especially simple type of fixation can be made quickly and undo quickly even if corrosion occured.
  • a screw part is used to fix the insert strip, which engages in a recess of the insert strip and which is supported under centrifugal force on the insert strip.
  • the screwed part secures the insert strip against slipping out when the gas turbine is stopped.
  • the insert strip prevents the screw part from slipping out due to the fact that the screw part is supported on the insert strip by centrifugal force. Accordingly, the two elements secure each other. This reduces the number of elements required.
  • the insert strip can in turn be easily removed if, for example, gas turbine blades are to be replaced.
  • a fall protection of the deployment strip and / or a Protection against ejection of the deployment strip Centrifugal attack, with no additional parts required are achieved in that the insert strip on a disc-side end in a safety recess Engages the face of the disc.
  • the insert strip can be used for intervening in the safety recess, for example already have a bent end after insertion or after be inserted into the securing recess. Another possibility is that the insert strip one has a projection that is in the inserted position corresponds to the safety recess.
  • the insert strip for any Maintenance purposes or in the event of a failure of the gas turbine blade without additional tools or without the danger caking of the securing element with the material due to a diffusive or corrosive attack at high Easy to remove operating temperatures.
  • the part of the Insert strip designed almost any dimension be, so that the fuse even with large external forces is given reliably.
  • the insert strip which engages in the securing recess, possible so that thermal expansions respectively attacking gravity without failure respectively damage to the deployment strip is more easily intercepted can be.
  • a fuse independent of the disc can be supplied that a security strip under the bucket platform through two insert strips and on its ends are bent.
  • the anti-slip device is open given this way regardless of the disc. This is beneficial when large shear forces occur, Put a lot of strain on the attached panel and possibly would detach. This additional security aspect is particularly with high temperature fluctuations respectively strongly changing attacking forces important.
  • Figure 1 is a schematic and not to scale a principle Construction of part of the gas turbine rotor, namely a outer part - the head part 6 - the disc 4 shown.
  • the disc 4 has circumferential, open to its periphery 7 Disk transverse grooves 3, which are substantially parallel to the longitudinal axis of the rotor 16 run, but also inclined to it can wine.
  • the disc transverse grooves 3 are with undercuts 15 equipped.
  • a disc transverse groove 3 is one Gas turbine blade 1 with its blade root 2 along the Direction of use 30 of the disc transverse groove 3 used.
  • the Blade root 2 is supported with longitudinal ribs 41 on the undercuts 15 of the disc transverse groove 3.
  • the gas turbine blade has above the blade root 2 1 a broadened area, the so-called Bucket platform 5.
  • Bucket platform 5 On a disc-side base 13 the outside of the blade platform 5 43 of the Blade platform 5 is a wing 40 of the gas turbine blade 1.
  • On the wing 40 flow to operate the Gas turbine blade 1 required hot gases to pass and generate a torque of the disc 1.
  • an internal cooling system which is not complete here is shown. Only the supply lines are shown 55 to the internal cooling system through which the Cooling air is introduced into the internal cooling system.
  • the cooling air is through a supply line, not shown through the disc 4 in the blade root 2 of the gas turbine blade 1 passed and from there to the supply lines 55 of the internal cooling system. To leave early the cooling air in the area of the blade root 2 or the blade platform 5 are to be prevented Insert strips 11 available.
  • hot gas will be prevented from between two gas turbine rotor blades 1 in the blade platform 5 or the internal cooling system penetrates and this Areas damaged.
  • a second, in an adjacent disc transverse groove used gas turbine blade 1 is dashed shown.
  • the long sides 9 of the two gas turbine blades 1 have a space 12.
  • the long sides 9 have recesses 10 into which an insert strip 11 is used.
  • the recess 10 is up to the disc-side base 13 of the blade platform 5 is designed to be sufficient.
  • the Insert strip 11 in turn extends over the disc side End 14 of the recess 10 and lies on its disc-side End 34 on a chamfer 17 on the end face 22 of the Disc 4.
  • the insert strip 11 thus has one against axial displacement of the gas turbine blade 1 in the direction of use 30 of the gas turbine blade 1 securing positive engagement the disc 4.
  • the insert strip 11 fulfills in this way by the tight Bearing in the recess 10 as well as on the chamfer 17 sealing against both hot gas and cooling air leaks Function, as well as one against slipping of the gas turbine blade 1 in the disk transverse groove 3 respectively function in the direction of use 30.
  • the insert strip 11 is preferably a highly heat-resistant material related, for example a nickel-based alloy.
  • each a recess 10 is present, and one each Insert strip 11 is inserted into a recess 10 and on one of the two opposite disc ends 22 is present, the gas turbine blade 1 in both possible directions of use 30 secured relative to the disc 4.
  • the opposite long side 9 of the blade platform 5 in turn has 8 at its end wall sections the long side 9 recesses 10, in the insert strips 11th are used.
  • a gas turbine blade 1 is thus through secured a total of four insert strips 11.
  • the seal is a sealing strip in the groove 35 of the Longitudinal sides 9 inserted lengthways.
  • Figure 2 shows a side view of the gas turbine blade 1 with an inserted insert strip 11.
  • the recess 10 runs obliquely, inclined in the direction of a longitudinal axis of the rotor 16 of the gas turbine rotor and opens at its disc-side End 14 in one of the recess 10 beveled accordingly Chamfer 17 of the disc head 6.
  • the disc head is Area of the blade platform 5 very well against Secured entry of hot gas.
  • the cooling air through access 29 to the internal cooling system in the gas turbine blade cannot be initiated before reaching the Wing tip of the blade wing 40 through the space 12 escape.
  • FIG. 3 shows an end 14 of the recess 10 on the disk side with insert strip 11.
  • the gap 19 enables lateral forces to be applied elastic deformation of the insert strip used 11, so that a kind of "springback effect" is achieved.
  • the Recess 10 is here, as in the previous illustrations, formed as a groove. In this way the insert strip sits 11 held securely and well sealed in the recess 10th
  • the insert strip 11 is in its insertion position on the Disc 4 fixed. In this way, the Prevention strip under the action of gravity and the securing effect of the insert strip 11 against axial Displacements of the gas turbine blade 1 are increased.
  • a screw part 20 is used to fix the insert strip 11.
  • the screw 20 is in the chamfer 17 in the washer head 6 used.
  • the screw part 20 has a head 36 and circumferential shoulders 37. The head 36 protrudes into a recess 60 of the deployment strip 11 and the shoulders 37 support itself on the inside 38 of the insert strip 11.
  • the Shoulders 37 lie close to the inside 38 of the insert strip 11 on, so that the insert strip 11 slipping out of the screw part 20 is prevented in the case of attacking centrifugal forces and at the same time the insert strip 11 through the Head 36 of the screw 20 against slipping out stationary gas turbine rotor is secured.
  • Figure 4a shows another possible formation of the disc side End 34 of the deployment strip 11.
  • the deployment strip 11 engages at its disc-side end 34 in a securing recess 70 of the disc end face 22.
  • the safety recess 70 supports the insert strip 11 against Fall out, as well as against slipping sideways.
  • the End 14 is preferably after inserting the insert strip 11 bent into the recess 70.
  • the insert strip 11 can also in front of its disc-side end 34 be bent and inserted before insertion. requirement this is sufficient resilience of the Strip 11 and / or a sufficient bevel of the recess 70th
  • Figure 4b shows the disk-side securing of the insert strip 11 from Fig.4a, however, the securing recess 70 has a flatter bevel. In this way the insert strip 11 is used even with light axial displacements kept captive.
  • Figure 5 shows a further security option in the area of the disc-side end 34 of the insert strip 11.
  • a Security strip 24 engages under the blade platform 5 and leads through a passage opening 56 in each case in two opposing insert strips 11 and is bent 80 at its ends. That way is a Prevents the insert strips 11 from slipping out.
  • the disc 4 is not in this way with holes or openings for Securing the deployment strips 11 affected.
  • This type of backup offers increased durability against attacking Shear forces, since such an insert strip 11 has some play to move. Furthermore, securing easily without permanent damage to the Disk 4 can be removed again. Removing the fuse is also easier because such a backup generally not undesirable even at high temperatures material connection with the surrounding material received or if necessary easier to detach from this is.
  • the security strip 24 should accordingly as well as the insert strips 11 made of highly heat-resistant material consist.
  • the openings 56 should if possible on the security strips 24 be well adjusted so that no hot gas in the Blade platform 5 penetrates.
  • the width of the security strip 24 can be adapted to the strength of the attacking forces ends 80 can also be placed under the insert strips 11 reach through and possibly wider than their Width 25.
  • Figures 6a, 6b show an exemplary embodiment of a Insert strip 11, the 34 at its disc end has an enlarged width 25 compared to the rest of the part.
  • the recess 10 is on its disc side End 14 formed wider than the rest of its part. It has undercuts 85. This is a Slipping out of the insert strip 11 when attacking Centrifugal forces even with an open wing end 75 the recess 10 prevented. No gap 19 is provided and the distance of the blade platform 5 from the disk circumference 7 kept small. This way one can go through strong gas turbine blade acting in the direction of use 30 loads 1 be kept safe.
  • the width 25 of the insert strip 11 can be in an alternative Training also from its disc-side end 34 to steadily decrease to its wing-side end 75.
  • a screw part 100 or a bolt below the insert strip 11 be arranged on the disc end face 22.
  • the insert strip 11 provides for the narrow space 12 a particularly small contact surface compared to hot gases, or is well sealed against the ingress of hot gases.
  • the insert strip 11 engages with a predetermined one Depth of engagement 95 in the recess 10 of the blade platform 5 of depth 90 a.
  • the depth of engagement 95 of Insert strip 11 in the recess 10 is larger than that Gap 12 between two adjacent blade platforms 5. This enables the insert strip to be held very securely 11 in the recess 10.

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Abstract

Um einen Gasturbinenrotor, mit einer innenraumgekühlten Gasturbinenschaufel (1), die einen Schaufelfuß (2) und eine Schaufelplattform (5) mit Ausnehmungen (10) besitzt, in die Einsatzstreifen (11) eingesetzt sind, so auszubilden, daß sowohl die Dichtung gegen Heißgaseintritt als auch Kühlluftaustritt und die Sicherung der Gasturbinenschaufel (1) mit geringem Aufwand herzustellen und zugleich sehr zuverlässig sind, wird vorgeschlagen, daß die Ausnehmung (10) bis an eine scheibenseitige Basis (13) der Schaufelplattform (5) reicht und der Einsatzstreifen (11) einen gegen axiale Verschiebung in einer Einsatzrichtung (30) der Gasturbinenschaufel (1) absichernden Formschluß an der Scheibe (4) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gasturbinenrotor mit einer innenraumgekühlten Gasturbinenschaufel, die einen Schaufelfuß und eine Schaufelplattform aufweist, und mit einer Scheibe, die Scheibenquernuten besitzt, in die der Schaufelfuß eingesetzt ist, wobei die Schaufelplattform außerhalb eines Außenumfangs der Scheibe angeordnet ist und an einem Endwandabschnitt einer Längsseite eine Ausnehmung besitzt, in die ein Einsatzstreifen eingesetzt ist, der in eine entsprechende Ausnehmung einer Schaufelplattform einer zweiten Gasturbinenschaufel eingreift und einen Zwischenraum zwischen den beiden Schaufelplattformen überbrückt und abdichtet.
Aus der DE-A1-198 10 567 ist eine Dichtungsplatte für eine Gasturbinenlaufschaufel bekannt. Wenn Kühlluft, die der Gasturbinenlaufschaufel zugeführt wird, in den Hochtemperatur-Brenngaskanal entweicht, führt dies u.a. zu einer Herabsetzung der Leistung der Gasturbine. Die Dichtungsplatte, die in die Gasturbinenschaufel eingesetzt wird, soll den Austritt von Kühlluft verhindern. Die Dichtung erfolgt außer durch die genannte Dichtungsplatte durch verschiedene Dichtungsstifte, die zwischen die Plattformen zweier Laufschaufeln eingebaut sind. Es ist eine Vielzahl von Dichtelementen notwendig, um die gewünschte Dichtfunktion gegen den Austritt von Kühlluft herzustellen.
Die DE-B-1 258 662 offenbart eine Deckvorrichtung für die Führung des Kühlgases von Gasturbinenscheiben, die aus mehreren einzelnen Segmenten besteht, die untereinander mit Dichtstreifen abgedichtet sind. Die Abdichtung erfolgt also in einer zusätzlichen Vorrichtung, die vor die Gasturbinenscheibe und die darin eingeschobenen Gasturbinenlaufschaufeln gesetzt ist. Dies erhöht die Anzahl der Elemente, die zum Aufbau der Dichtung benötigt werden.
Die US-A-4 523 890 offenbart Dichtungselemente für die Fußbereiche der Turbinenschaufeln. Die Dichtung dient der Verminderung der Kühlluftverluste am unteren Ende der Füße. Für den Halt der Dichtelemente müssen Haltenuten in die Turbinenscheibe eingebracht werden, in die die Dichtelemente einzuschieben sind. Es sind also aufwendige Herstellungsschritte notwendig.
Ähnliche Anordnungen von Dichtelementen werden weiterhin dazu benutzt, den Eintritt von Heißgas in den Plattformbereich beziehungsweise das Innenkühlungssystem einer Gasturbinenlaufschaufel zu verhindern. Derartiger Heißgaseintritt kann zu einer starken Beschädigung der Gasturbinenlaufschaufel führen. Um dies zu verhindern, werden an der dem Heißgasstrom zugewandten Seite der Schaufelplattform der Gasturbinenlaufschaufel mehrere Dichtungselemente in die Schaufelplattform eingesetzt.
Bei den beschriebenen Aufbauten zur Dichtung der Plattform der Gasturbinenlaufschaufel erweist es sich als nachteilig, daß die Dichtung aus einer Vielzahl von Elementen aufgebaut ist und demzufolge der Einbau der Dichtung in der Gasturbinenlaufschaufel erschwert wird. Dazu müssen weiterhin verschiedene Sicherungselemente angebracht werden, um zu verhindern, daß die Gasturbinenlaufschaufel in der rotierenden Scheibe der Gasturbine seitlich verrutscht oder sogar herausfällt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gasturbinenrotor mit einer innenraumgekühlten Gasturbinenschaufel anzugeben, wobei sowohl die Dichtung gegen Heißgaseintritt als auch Kühlluftaustritt und die Sicherung der Gasturbinenschaufel mit geringem Aufwand herzustellen und zugleich sehr zuverlässig sind.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ausnehmung bis an eine scheibenseitige Basis der Schaufelplattform reicht und der Einsatzstreifen einen gegen axiale Verschiebung in Einsatzrichtung der Gasturbinenschaufel absichernden Formschluß an der Scheibe aufweist.
Durch die angegebene Ausbildung des Einsatzstreifens insbesondere seine Verlängerung bis an die Schaufelplattform ist einerseits gewährleistet, daß die Schaufelplattform an ihrem Endwandabschnitt gegen Eindringen von Heißgas beziehungsweise Ausströmen von Kühlluft abgedichtet ist. Die Dichtung läßt sich einfach herstellen und wird durch ein einziges Element geleistet, das in seiner Form individuell an verschiedene Plattformausgestaltungen angepaßt werden kann.
Zugleich ist durch den Einsatzstreifen eine axiale Fixierung der Gasturbinenschaufel in der Scheibe des Gasturbinenrotors gegeben. Die Gasturbinenschaufel, die mit ihrem Schaufelfuß in eine Scheibenquernut der Scheibe eingesetzt ist und deren Plattform außerhalb des Umfangs der Scheibe angeordnet ist, kann sich somit nicht in unerwünschtem Maße relativ zur Scheibenquernut verschieben. Die axiale Fixierung wird durch den Formschluß des Einsatzstreifens an der Scheibe gewährleistet. Dadurch ist insbesondere ein Verrutschen der Gasturbinenschaufel in die Einsatzrichtung verhindert, in die die beim Lauf der Gasturbine angreifenden Kräfte bevorzugt gerichtet sein können. Diese Art der Fixierung ist besonders stabil und einfach ein- und auszubauen und weist eine geringe Störungsanfälligkeit auf.
Nach einer thermischen Ausdehnung, die sich aus der Belastung durch die an den Flügel anströmenden Heißgase einstellt, geht der Einsatzstreifen vollständig in seine Nullage zurück, ohne sich demgegenüber beispielsweise kontinuierlich zu verschieben, was nach einigen Läufen des Gasturbinenrotors zu einem Ausfall der Funktionen des Sicherungselements gegen eine Verschiebung in einer Einsatzrichtung der Gasturbinenschaufel in der Scheibenquernut führen würde.
Die Dichtung und die Fixierung der Gasturbinenschaufel erfolgen demgemäß mit einem einzigen Element, dem Einsatzstreifen. Dies stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, bei dem hierfür eine Vielzahl von Elementen und damit verbunden ein großer Aufwand in der Einrichtung nötig war. Vorteilhaft ist neben der Einfachheit der Sicherung durch einen einzigen Einsatzstreifen auch dessen gute Handhabbarkeit sowie die Möglichkeit, ihn schnell auszutauschen, zu reinigen beziehungsweise zu reparieren.
Vorzugsweise ist hochwarmfestes und gegenüber chemischen Angriffen stabiles Material zu verwenden, damit das anströmende Heißgas den Einsatzstreifen nicht verformt beziehungsweise korrosiv zerstört. Die vorgeschlagenen Ausbildungen des Einsatzstreifens können mit diesen Materialien aufgrund ihrer einfachen Form problemlos hergestellt werden und weisen auch bei spröderen Materialien eine große Haltbarkeit auf.
Eine umfassende Absicherung gegen axiale Verschiebungen in beiden Einsatzrichtungen der Scheibenquernut wird dadurch geliefert, daß an den Endwandabschnitten einer Längsseite der Schaufelplattform jeweils eine Ausnehmung vorhanden ist, und daß deren Einsatzstreifen an zwei einander gegenüberliegenden Scheibenstirnseiten anliegen und gegen axiale Verschiebungen der Gasturbinenschaufel relativ zur Scheibe absichern. Die Sicherung gegen axiale Verschiebung bzw. gegen ein Vor- und Zurückrutschen der in die Scheibenquernut eingesetzten Gasturbinenschaufel wird durch die zwei sich gegenüberliegenden Einsatzstreifen gewährleistet, die jeweils einen absichernden Formschluß an den beiden sich gegenüberliegenden Scheibenstirnseiten der Scheibe besitzen. Die axiale Bewegung wird soweit gehemmt, daß axiale Verschiebungen der Gasturbinenschaufel relativ zur Scheibe entweder vollständig gehemmt sind oder lediglich in einem vorbestimmten geringen Rahmen möglich sind.
Wenn an den Endwandabschnitten jeder Längsseite der Schaufelplattform jeweils eine Ausnehmung vorhanden ist und darin Einsatzstreifen eingesetzt sind, ist jede Gasturbinenschaufel durch vier Einsatzstreifen gesichert, wobei zwei Streifen jeweils die Sicherung in einer Einsatzrichtung gewährleisten. Auf diese Weise ist ist die Gasturbinenschaufel selbst bei einem Versagen oder Verlust eines Einsatzstreifens in der Scheibenquernut verschiebungssicher durch die restlichen drei Streifen gehalten. Dabei teilen sich jeweils zwei Gasturbinenschaufeln die zwischen ihnen in der Längsseite der Schaufelplattform sitzenden zwei Einsatzstreifen.
Die Einsatzstreifen sind dadurch mit geringem Aufwand anzubringen und besonders sicher in der Ausnehmung gehalten, daß die Ausnehmung schräg in Richtung einer Rotorlängsachse des Gasturbinenrotors verläuft und an ihrem scheibenseitigen Ende in eine der Ausnehmung entsprechend schräge Fase des Scheibenkopfes mündet. Die Heißgase werden durch die Schrägstellung des eingesetzten Einsatzstreifens in Richtung des Gasturbinenflügels abgelenkt und somit optimal genutzt, ohne zu stark durch die Schaufelplattform verwirbelt zu werden beziehungsweise die Schaufelplattform zu stark mit hohen Temperaturen zu belasten. Durch das Überstehen des Einsatzstreifens über die Schaufelplattform und das dichte Anliegen an der schrägen Fase ist eine gute Abdichtung gegen Eindringen der Heißgase in die Schaufelplattform bzw. ein Austreten der Kühlluft gewährleistet.
Die angepaßten Schrägen liefern eine gleichmäßige, einseitige Anlage des Einsatzstreifens an der Ausnehmung beziehungsweise der Fase des Scheibenkopfes, wodurch angreifende Kräfte, zum Beispiel Scherkräfte, die durch eine relative Verschiebung der Gasturbinenschaufel gegenüber einer anderen Gasturbinenschaufel oder der Gasturbinenschaufel gegenüber der Scheibenquernut entstehen, ohne eine zu starke punktuelle Belastung des Einsatzstreifens sicher abgefangen werden können.
Eine einfache Sicherung gegen einen Verlust des Einsatzstreifens beispielsweise aufgrund angreifender Fliehkräfte ist dadurch gegeben, daß die Ausnehmung scheibenseitig geöffnet ist und der Einsatzstreifen bei in der Scheibenquernut eingesetzter Gasturbinenschaufel scheibenseitig in die Ausnehmung einzuschieben ist. Der Einsatzstreifen wird nach dem Einschieben dabei beispielsweise durch das geschlossene flügelseitige Ende der Ausnehmung gehalten oder dadurch, daß er an seinem scheibenseitigen Ende verbreitert ausgebildet ist und eine Hinterschneidung der Ausnehmung hintergreift, so daß ein Formschluß entgegen den angreifenden Fliehkräften entsteht.
Auf den Einsatzstreifen wirkende Kräfte können wirksam ohne eine Zerstörung des Einsatzstreifens dadurch abgefangen werden, daß es zwischen dem scheibenseitigen Ende der Ausnehmung und dem Außenumfang der Scheibe einen Relativbewegungen zwischen der Scheibe und der Schaufelplattform zulassenden Spalt gibt. Angreifende Kräfte sind beispielsweise Scherkräfte, die durch relative Bewegungen zwischen Scheibe und Schaufelplattform oder durch die sich in den Scheibenquernuten relativ zueinander verschiebende Gasturbinenschaufeln entstehen. Die Dimensionen des Spalts am unteren Ende der Ausnehmung werden so ausgelegt, daß die unterschiedlich großen angreifenden Kräfte durch entsprechende elastische Verformungen des angesetzten Einsatzstreifens abgefangen werden können, so daß eine Art "Rückfederungseffekt" erreicht wird. Bewegungen des Endes des Einsatzstreifens sind in Einsatzrichtung der Gasturbinenschaufel wie auch senkrecht dazu möglich, je nachdem, welche der angreifenden Kräfte besonders stark abgefangen werden müssen. Sind die axial verschiebenden Kräfte insbesondere Scherkräfte besonders groß, ist es sinnvoll, einen Spalt mit einer sehr geringen Höhe zu wählen, damit der Einsatzstreifen eine ausreichende Steifigkeit besitzt, um die axiale Sicherung zuverlässig ausüben zu können.
Der Einsatzstreifen besteht vorzugsweise aus einem Material, daß ausreichende elastische Verformungseigenschaften besitzt.
Dies ist beipielsweise bei einer hochwarmfesten Legierung wie Nickelbasislegierungen gegeben. Dies ermöglicht, daß das Material des Einsatzstreifens dabei zur Vermeidung von Verunreinigungen oder Diffusionsschäden und zur Gewährleistung einer gleichmäßigen thermischen Ausdehung von Schaufelplattform und Einsatzstreifen an das Material der Gasturbinenschaufel angepaßt ausgewählt wird.
Ein umfassender Halt des Einsatzstreifens ist dadurch gegeben, daß die Ausnehmung als Nut ausgebildet ist. Die Nut ist vorzugsweise gekennzeichnet durch zumindest drei sie umgebende Wände, die einen Formschluß gegen ein Verrutschen des Einsatzstreifens bilden. Darüberhinaus liefert die den Dichtstreifen umgebende Nut eine bessere Abdichtung gegen anströmendes Heißgas beziehungsweise ausströmende Kühlluft. Die Nut kann so ausgebildet werden, daß sie sich dicht um den Einsatzstreifen legt und somit ohne zusätzliche Dichtmaterialien abdichtet. Eine andere Ausbildungsform sind an die Nut angesetzte Schneiden, die in den Einsatzstreifen eingreifen.
Die Nut liefert weiterhin eine erhöhte Sicherheit gegenüber Einwirkungen von Kräften auf den Einsatzstreifen, zum Beispiel durch relative Verschiebungen entstehende Scherkräfte der Plattformen untereinander beziehungsweise der Plattformen relativ zur Scheibe. Die Nut ist dabei an der Seite offen, die der benachbarten Plattform am nächsten liegt. Auf diese Weise kann der Einsatzstreifen leicht in die beiden sich gegenüberliegenden Nuten eingeschoben werden und sitzt dort sehr sicher.
Ein Durchrutschen eines Einsatzstreifens bei Angriffen von Fliehkräften kann leicht dadurch verhindert werden, daß die Ausnehmung an ihrem scheibenseitigen Ende breiter ist als an ihrem restlichen Teil. Auf diese Weise ist ein Formschluß gegen ein Hindurchrutschen des Einsatzstreifens, der von dem scheibenseitigen Ende der Ausnehmung eingesetzt werden kann, verhindert, ohne daß gleichzeitig die Nut am oberen Ende geschlossen sein muß.
Ein sicherer Halt des Einsatzstreifens bei stehender Gasturbine ergibt sich dadurch, daß der Einsatzstreifen in seiner Einschubstellung an der Scheibe fixiert ist. Auf diese Weise ist ein Herausrutschen des Einsatzstreifens aus der Ausnehmung auch im Stand, wenn er nicht durch die Fliehkraftbelastung aufgrund der Rotationsbewegung nach außen gedrückt wird, verhindert. Durch die Fixierung an der Scheibe ist weiterhin ein verbesserter Halt gegen axiales Verrutschen gegeben. Sie kann zum Beispiel durch eine Schraube oder einen Bolzen vorgenommen werden, der unterhalb des Einsatzstreifens vorhanden ist und nicht in letzteren eingreifen muß. Diese besonders einfache Art der Fixierung läßt sich schnell herstellen und auch schnell wieder rückgängig machen auch dann, wenn Korrosion aufgetreten ist.
Zur Gewährleistung einer Sicherung des Durchrutschwiderstandes gegen Loslösen aufgrund der Fliehkraftbelastung ist es vorteilhaft, daß zur Fixierung des Einsatzstreifens ein Schraubteil dient, das in eine Ausnehmung des Einsatzstreifens eingreift und das sich unter Fliehkrafteinwirkung am Einsatzstreifen abstützt. Durch das Eingreifen in die Ausnehmung des Einsatzstreifens sichert das Schraubteil den Einsatzstreifen gegen Herausrutschen bei stehender Gasturbine. Gleichzeitig verhindert der Einsatzstreifen dadurch, daß sich das Schraubteil am Einsatzstreifen bei Fliehkrafteinwirkung abstützt, ein Herausrutschen des Schraubteils. Die beiden Elemente sichern sich dementsprechend gegenseitig.
Dies reduziert die Zahl der benötigten Elemente. Gleichzeitig läßt sich der Einsatzstreifen wiederum leicht entfernen, wenn zum Beispiel Gasturbinenschaufeln ausgetauscht werden sollen.
Das Abstützen des Schraubteils am Einsatzstreifen kann dadurch geschehen, daß das Schraubteil einen Vorsprung aufweist, der im Stillstand der Gasturbinenschaufel unmittelbar an der der Scheibe zugewandten Fläche des Einsatzstreifens anliegt, wobei ein anderer Teil des Schraubteils durch die Ausnehmung des Einsatzstreifens hindurchgreift. Hierbei muß sichergestellt sein, daß der sich am Einsatzstreifen abstützende Teil des Schraubteils nicht durch die gewöhnliche unter thermischer Belastung des Einsatzstreifens auftretenden Verschiebungen ins Leere greift. Dies kann einfach dadurch gewährleistet werden, daß der Vorsprung des Schraubteils rundherum um die Ausnehmung des Einsatzstreifens an der scheibenseitigen Seite des Einsatzstreifens anliegt.
Eine Herausfallsicherung des Einsatzstreifens und/oder eine Sicherung gegen Heraussleudern des Einsatzstreifens bei Fliehkraftangriff, wobei keine zusätzlichen Teile benötigt werden, wird dadurch geleistet, daß der Einsatzstreifen an einem scheibenseitigen Ende in eine Sicherungsausnehmung der Scheibenstirnseite eingreift. Der Einsatzstreifen kann für das Eingreifen in die Sicherungsausnehmung beispielsweise vor dem Einsetzen bereits ein umgebogenes Ende besitzen oder nach dem Einsetzen in die Sicherungsausnehmung umgebogen werden. Eine weitere Möglichkeit ist, daß der Einsatzstreifen einen angesetzten Vorsprung besitzt, der in der Einschiebestellung mit der Sicherungsausnehmung korrespondiert.
Durch derartige Eingriffe in eine Sicherungsausnehmung in der Scheibenstirnseite ist der Einsatzstreifen für eventuelle Wartungszwecke oder bei einem Versagen der Gasturbinenschaufel ohne zusätzliche Werkzeuge beziehungsweise ohne die Gefahr eines Verbackens des Sicherungselements mit dem Material aufgrund eines diffusiven oder korrosiven Angriffs bei hohen Betriebstemperaturen leicht zu entfernen. Andererseits kann der in die Sicherungsausnehmung eingreifende Teil des Einsatzstreifens nahezu beliebig dimensioniert ausgebildet werden, so daß die Sicherung auch bei großen äußeren Kräften zuverlässig gegeben ist. Darüberhinaus ist ein gewisses Spiel des Einsatzstreifens, der in die Sicherungsausnehmung eingreift, möglich, so daß thermische Ausdehnungen beziehungsweise angreifende Schwerkräfte ohne ein Versagen beziehungsweise eine Beschädigung des Einsatzstreifens leichter abgefangen werden können.
Eine von der Scheibe unabhängige Sicherung kann dadurch geliefert werden, daß ein Sicherungsstreifen unter der Schaufelplattform durch zwei Einsatzstreifen hindurchführt und an seinen Enden umgebogen ist. Die Durchrutschsicherung ist auf diese Weise unabhängig von der Scheibe gegeben. Dies ist vorteilhaft, wenn große Scherkräfte auftreten, die einen an der Scheibe befestigten Einsatzstreifen stark belasten und eventuell loslösen würden. Dieser zusätzliche Sicherheitsaspekt ist besonders bei hohen Temperaturschwankungen beziehungsweise stark wechselnden angreifenden Kräften wichtig.
Ein guter seitlicher Halt und Abdichtung des Einsatzstreifens ist dadurch gegeben, daß der Einsatzstreifen mit einer vorbestimmten Eingriffstiefe in die Ausnehmung der Schaufelplattform eingreift und daß die Eingriffstiefe des Einsatzstreifens in die Ausnehmung größer ist, als der Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Schaufelplattformen. Selbst bei starken relativen Verschiebungen der Schaufelplattformen untereinander ist der Einsatzstreifen verliersicher in den beiden Ausnehmungen gehalten und dichtet hier labyrinthartig gut ab.
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Gasturbinenrotor mit innenraumgekühlten Gasturbinenschaufeln näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1
eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Scheibe mit eingesetzter Gasturbinenschaufel,
FIG 2
eine Seitenansicht einer Gasturbinenschaufel mit Einsatzstreifen,
FIG 3
eine Seitenansicht einer Schraubfixierung des Einsatzstreifens,
FIG 4a,b
Sicherungsnutfixierungen des Einsatzstreifens,
FIG 5
eine perspektivische Ansicht einer Gasturbinenschaufel mit eingesetzten Sicherungsstreifen,
FIG 6a
eine Aufsicht auf einen scheibenseitig verbreiterten Einsatzstreifen und
FIG 6b
eine perspektivische Ansicht eines verbreiterten Einsatzstreifens.
In Figur 1 ist schematisch und nicht maßstäblich ein prinzipieller Aufbau eines Teils des Gasturbinenrotors, nämlich ein äußerer Teil - der Kopfteil 6 - der Scheibe 4 dargestellt. Die Scheibe 4 besitzt umlaufend, zu ihrem Umfang 7 hin offene Scheibenquernuten 3, die im wesentlichen parallel zur Rotorlängsachse 16 verlaufen, jedoch auch dazu schräg gestellt wein können. Die Scheibenquernuten 3 sind mit Hinterschneidungen 15 ausgestattet. In eine Scheibenquernut 3 wird eine Gasturbinenschaufel 1 mit ihrem Schaufelfuß 2 entlang der Einsatzrichtung 30 der Scheibenquernut 3 eingesetzt. Der Schaufelfuß 2 stützt sich mit Längsrippen 41 an den Hinterschneidungen 15 der Scheibenquernut 3 ab. Auf diese Weise ist die Gasturbinenschaufel 1 bei Rotationen der Scheibe 4 um die Rotorlängsachse 16 entgegen in Richtung der Längsachse 50 der Gasturbinenschaufel 1 auftretender Fliehkräfte gehalten. Eine zusätzliche Verliersicherung muß dann lediglich noch zur Verhinderung eines Herausrutschens entlang der Einsatzrichtung 30 in der Scheibenquernut 3 erfolgen. In der vorliegenden Erfindung erfolgt die Sicherung mit Hilfe des Einsatzstreifens 11, wie weiter unten dargestellt.
Oberhalb des Schaufelfußes 2 besitzt die Gasturbinenschaufel 1 einen verbreitert ausgebildeten Bereich, die sogenannte Schaufelplattform 5. An einer einer scheibenseitigen Basis 13 der Schaufelplattform 5 gegenüberliegenden Außenseite 43 der Schaufelplattform 5 befindet sich ein Flügel 40 der Gasturbinenschaufel 1. An dem Flügel 40 strömen die zum Betrieb der Gasturbinenschaufel 1 benötigten Heißgase vorbei und erzeugen ein Drehmoment der Scheibe 1. Bei hohen Betriebstemperaturen des Gasturbinenrotors benötigt der Flügel 40 der Gasturbinenschaufel 1 ein Innenkühlungssystem, welches hier nicht vollständig dargestellt ist. Dargestellt sind lediglich die Versorgungsleitungen 55 zum Innenkühlungssystem, durch die die Kühlluft in das Innenkühlungssystem eingeführt wird.
Die Kühlluft wird durch eine nicht dargestellte Zuleitung durch die Scheibe 4 in den Schaufelfuß 2 der Gasturbinenschaufel 1 geleitet und von dort aus zu den Versorgungsleitungen 55 des Innenkühlungssystems. Um ein frühzeitiges Austreten der Kühlluft im Bereich des Schaufelfußes 2 beziehungsweise der Schaufelplattform 5 zu verhindern, sind Einsatzstreifen 11 vorhanden.
Insbesondere wird verhindert werden, daß Heißgas zwischen zwei Gasturbinenlaufschaufeln 1 in die Schaufelplattform 5 beziehungsweise das Innenkühlungssystem eindringt und diese Bereiche beschädigt. Eine zweite, in eine benachbarte Scheibenquernut eingesetzte Gasturbinenschaufel 1 ist gestrichelt dargestellt. Die Längsseiten 9 der beiden Gasturbinenschaufeln 1 weisen einen Zwischenraum 12 auf. Die Längsseiten 9 weisen Ausnehmungen 10 auf, in die ein Einsatzstreifen 11 eingesetzt ist.
Hierzu wird die Ausnehmung 10 bis an die scheibenseitige Basis 13 der Schaufelplattform 5 reichend ausgebildet. Der Einsatzstreifen 11 reicht wiederum über das scheibenseitige Ende 14 der Ausnehmung 10 hinaus und liegt an seinem scheibenseitigen Ende 34 an einer Fase 17 an der Stirnseite 22 der Scheibe 4 an. Der Einsatzstreifen 11 weist somit einen gegen axiale Verschiebung der Gasturbinenschaufel 1 in Einsatzrichtung 30 der Gasturbinenschaufel 1 absichernden Formschluß an der Scheibe 4 auf.
Der Einsatzstreifen 11 erfüllt auf diese Weise durch das enge Anliegen in der Ausnehmung 10 wie auch an der Fase 17 eine sowohl gegen Heißgaseindringen und Kühlluftaustreten abdichtende Funktion, wie auch eine gegen ein Verrutschen der Gasturbinenschaufel 1 in der Scheibenquernut 3 beziehungsweise in Einsatzrichtung 30 absichernde Funktion. Für den Einsatzstreifen 11 wird vorzugsweise ein hochwarmfestes Material verwandt, zum Beispiel eine Nickel-Basis-Legierung.
Wenn an beiden Endwandabschnitten 8 einer Längsseite 9 jeweils eine Ausnehmung 10 vorhanden ist, und jeweils ein Einsatzstreifen 11 in eine Ausnehmung 10 eingesetzt wird und an jeweils einer der beiden sich gegenüberliegenden Scheibenstirnseiten 22 anliegt, ist die Gasturbinenschaufel 1 in beiden möglichen Einsatzrichtungen 30 relativ zur Scheibe 4 abgesichert. Die gegenüberliegende Längsseite 9 der Schaufelplattform 5 besitzt wiederum an ihren Endwandabschnitten 8 der Längsseite 9 Ausnehmungen 10, in die Einsatzstreifen 11 eingesetzt sind. Somit ist eine Gasturbinenschaufel 1 durch insgesamt vier Einsatzstreifen 11 gesichert. Zur Verbesserung der Dichtung wird ein Dichtungsstreifen in die Nut 35 der Längsseiten 9 längs eingeschoben.
Figur 2 zeigt eine seitliche Ansicht der Gasturbinenschaufel 1 mit einem eingesetzten Einsatzstreifen 11. Die Ausnehmung 10 verläuft schräg, geneigt in Richtung einer Rotorlängsachse 16 des Gasturbinenrotors und mündet an ihrem scheibenseitigen Ende 14 in eine der Ausnehmung 10 entsprechend abgeschrägten Fase 17 des Scheibenkopfes 6. Auf diese Weise ist der scheibenkopfseitige Bereich der Schaufelplattform 5 sehr gut gegen Eindringen von Heißgas abgesichert. Die Kühlluft, die durch den Zugang 29 zum Innenkühlungssystem in die Gasturbinenschaufel eingeleitet wird, kann nicht vor dem Erreichen der Flügelspitze des Schaufelflügels 40 durch den Zwischenraum 12 entweichen.
Durch die Auflage auf der Fase 17 liegt eine große Anlagefläche des Einsatzstreifens 11 vor, wodurch axial angreifende Kräfte gut abgefangen werden können. Am scheibenseitigen Ende 14 der Ausnehmung 10 kann der Einsatzstreifen 11 von unten in die Ausnehmung 10 eingesetzt werden. Auf diese Weise ist er gegen ein Herausrutschen durch angreifende Fliehkräfte gesichert.
Figur 3 zeigt ein scheibenseitiges Ende 14 der Ausnehmung 10 mit eingesetzem Einsatzstreifen 11. Zwischen dem scheibenseitigen Ende 14 der Ausnehmung 10 und dem Außenumfang 7 der Scheibe 4 gibt es einen axiale Relativbewegungen zwischen der Scheibe 4 und der Schaufelplattform 5 zulassenden Spalt 19. Der Spalt 19 ermöglicht bei einem Angreifen von Querkräften eine elastische Verformung des eingesetzten Einsatzstreifens 11, so daß eine Art "Rückfederungseffekt" erreicht wird. Die Ausnehmung 10 ist hier, wie auch in den vorherigen Abbildungen, als Nut ausgebildet. Auf diese Weise sitzt der Einsatzstreifen 11 sicher gehalten und gut abgedichtet in der Ausnehmung 10.
Der Einsatzstreifen 11 ist in seiner Einschubstellung an der Scheibe 4 fixiert. Auf diese Weise ist ein Herausrutschen des Einsatzstreifens unter Wirkung der Schwerkraft verhindert und die sichernde Wirkung des Einsatzstreifens 11 gegenüber axialen Verschiebungen der Gasturbinenschaufel 1 ist erhöht. Zur Fixierung des Einsatzstreifens 11 dient ein Schraubteil 20. Das Schraubteil 20 ist im Bereich der Fase 17 in den Scheibenkopf 6 eingesetzt. Das Schraubteil 20 besitzt einen Kopf 36 und umlaufende Schultern 37. Der Kopf 36 ragt in eine Ausnehmung 60 des Einsatzstreifens 11 und die Schultern 37 stützen sich an der Innenseite 38 des Einsatzstreifens 11 ab. Die Schultern 37 liegen dicht an der Innenseite 38 des Einsatzstreifens 11 an, so daß der Einsatzstreifen 11 ein Herausrutschen des Schraubteils 20 bei angreifenden Fliehkräften verhindert und gleichzeitig der Einsatzstreifen 11 durch den Kopf 36 des Schraubteils 20 gegen ein Herausrutschen bei still stehendem Gasturbinenrotor gesichert ist.
Figur 4a zeigt eine andere mögliche Ausbildung des scheibenseitigen Endes 34 des Einsatzstreifens 11. Der Einsatzstreifen 11 greift an seinem scheibenseitigen Ende 34 in eine Sicherungsausnehmung 70 der Scheibenstirnseite 22 ein. Die Sicherungsausnehmung 70 stützt den Einsatzstreifen 11 gegen Herausfallen, wie auch gegen seitliches Verrutschen ab. Das Ende 14 ist vorzugsweise nach dem Einschieben des Einsatzstreifens 11 in die Ausnehmung 70 umgebogen. Der Einsatzstreifen 11 kann an seinem scheibenseitigen Ende 34 auch vor dem Einsetzen umgebogen und eingeschoben werden. Voraussetzung hierfür ist ein hinreichendes Federungsvermögen des Streifens 11 und/oder eine ausreichende Abschrägung der Ausnehmung 70.
Figur 4b zeigt die scheibenseitige Sicherung des Einsatzstreifens 11 aus Fig.4a, wobei jedoch die Sicherungsausnehmung 70 eine flachere Abschrägung aufweist. Auf diese Weise wird der eingesetzte Einsatzstreifen 11 auch bei leichten axialen Verschiebungen verliersicher gehalten.
Figur 5 zeigt eine weitere Sicherungsmöglichkeit im Bereich des scheibenseitigen Endes 34 des Einsatzstreifens 11. Ein Sicherungsstreifen 24 greift unter der Schaufelplattform 5 hindurch und führt durch jeweils eine Durchgriffsöffnung 56 in zwei sich gegenüberliegenden Einsatzstreifen 11 hindurch und ist an seinen Enden 80 umgebogen. Auf diese Weise ist ein Herausrutschen der Einsatzstreifen 11 verhindert. Die Scheibe 4 wird auf diese Weise nicht mit Bohrungen oder Öffnungen zur Sicherung der Einsatzstreifen 11 betroffen. Diese Art der Sicherung bietet eine erhöhte Haltbarkeit gegenüber angreifenden Scherkräften, da ein derartiger Einsatzstreifen 11 ein gewisses Spiel zum Verschieben besitzt. Darüberhinaus kann die Sicherung leicht ohne eine bleibende Beschädigung der Scheibe 4 wieder entfernt werden. Das Entfernen der Sicherung ist darüberhinaus einfacher, weil eine derartige Sicherung selbst bei hohen Temperaturen im allgemeinen keine unerwünschte stoffmäßige Verbindung mit dem umgebenden Material eingeht oder gegebenenfalls aus dieser leichter wieder abzulösen ist. Der Sicherungsstreifen 24 sollte dementsprechend ebenso wie die Einsatzstreifen 11 aus hochwarmfesten Material bestehen. Die Öffnungen 56 sollten möglichst an den Sicherungsstreifen 24 gut angepaßt sein, damit kein Heißgas in die Schaufelplattform 5 eindringt. Die Breite des Sicherungsstreifens 24 kann an die Stärke der angreifenden Kräfte angepaßt werden, die Enden 80 können auch unter den Einsatzstreifen 11 durchgreifen und gegebenenfalls breiter als deren Breite 25 sein.
Figuren 6a, 6b zeigen eine beispielhafte Ausführung eines Einsatzstreifens 11, der an seinem scheibenseitigen Ende 34 eine gegenüber dem restlichen Teil vergrößerte Breite 25 besitzt. Entsprechend ist die Ausnehmung 10 an ihrem scheibenseitigen Ende 14 breiter als an ihrem restlichen Teil ausgebildet. Sie weist Hinterschneidungen 85 auf. Dadurch ist ein Herausrutschen des Einsatzstreifens 11 bei angreifenden Fliehkräften selbst bei einem offenen flügelseitigen Ende 75 der Ausnehmung 10 verhindert. Es ist kein Spalt 19 vorgesehen und der Abstand der Schaufelplattform 5 von dem Scheibenumfang 7 klein gehalten. Auf diese Weise kann auch eine durch starke, in Einsatzrichtung 30 wirkende Kräfte belastete Gasturbinenschaufel 1 sicher gehalten werden.
Die Breite 25 des Einsatzstreifens 11 kann in einer alternativen Ausbildung auch von seinem scheibenseitigen Ende 34 bis zu seinem flügelseitigen Ende 75 stetig abnehmen. Zur Sicherung eines derartigen Einsatzstreifens 11 gegen Herausfallen bei stillstehendem Gasturbinenrotor kann ein Schraubteil 100 beziehungsweise ein Bolzen unterhalb des Einsatzstreifens 11 an der Scheibenstirnseite 22 angeordnet werden.
Der Einsatzstreifen 11 bietet bei den schmalen Zwischenraum 12 eine besonders geringe Angriffsfläche gegenüber Heißgasen, beziehungsweise ist gut gegen das Eindringen der Heißgase abgedichtet. Der Einsatzstreifen 11 greift dabei mit einer vorbestimmten Eingriffstiefe 95 in die Ausnehmung 10 der Schaufelplattform 5 der Tiefe 90 ein. Die Eingriffstiefe 95 des Einsatzstreifens 11 in der Ausnehmung 10 ist größer, als der Zwischenraum 12 zwischen zwei benachbarten Schaufelplattformen 5. Dies ermöglicht einen sehr sicheren Halt des Einsatzstreifens 11 in der Ausnehmung 10.

Claims (13)

  1. Gasturbinenrotor, mit einer innenraumgekühlten Gasturbinenschaufel (1), die einen Schaufelfuß (2) und eine Schaufelplattform (5) aufweist, und mit einer Scheibe (4), die Scheibenquernuten (3) besitzt, in die der Schaufelfuß (2) eingesetzt ist, wobei die Schaufelplattform (5) außerhalb eines Außenumfangs (7) der Scheibe (4) angeordnet ist und an einem Endwandabschnitt (8) einer Längsseite (9) eine Ausnehmung (10) besitzt, in die ein Einsatzstreifen (11) eingesetzt ist, der in eine entsprechende Ausnehmung (10) einer Schaufelplattform (5) einer zweiten Gasturbinenschaufel (1) eingreift und einen Zwischenraum (12) zwischen den beiden Schaufelplattformen (5) überbrückt und abdichtet,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) bis an eine scheibenseitige Basis (13) der Schaufelplattform (5) reicht und der Einsatzstreifen (11) einen gegen axiale Verschiebung in einer Einsatzrichtung (30) der Gasturbinenschaufel (1) absichernden Formschluß an der Scheibe (4) aufweist.
  2. Gasturbinenrotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß an den Endwandabschnitten (8) einer Längsseite (9) der Schaufelplattform (5) jeweils eine Ausnehmung (10) vorhanden ist, und daß deren Einsatzstreifen (11) an zwei einander gegenüberliegenden Scheibenstirnseiten (22) anliegen und gegen axiale Verschiebungen der Gasturbinenschaufel (1) relativ zur Scheibe (4) absichern.
  3. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) schräg in Richtung einer Rotorlängsachse (16) des Gasturbinenrotors verläuft und an ihrem scheibenseitigen Ende (14) in eine der Ausnehmung (10) entsprechend schräge Fase (17) des Scheibenkopfes (6) mündet.
  4. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstreifen (11) bei in die Scheibenquernut (3) eingesetzter Gasturbinenschaufel (1) scheibenseitig in die Ausnehmung (10) einzuschieben und gegen Fliehkräfte formschlüssig an der Scheibe und/oder an der Schaufelplattform gesichert ist.
  5. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß es zwischen dem scheibenseitigen Ende (14) der Ausnehmung (10) und dem Außenumfang (7) der Scheibe (4) einen Relativbewegungen zwischen der Scheibe (4) und der Schaufelplattform (5) zulassenden Spalt (19) gibt.
  6. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) als Nut ausgebildet ist.
  7. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) an ihrem scheibenseitigen Ende (14) breiter ist als in ihrem restlichen Teil.
  8. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstreifen (11) in seiner Einschubstellung an der Scheibe (4) fixiert ist.
  9. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung des Einsatzstreifens (11) ein Schraubteil (20) dient, das in eine Ausnehmung (60) des Einsatzstreifens (11) eingreift und das sich unter Fliehkrafteinwirkung am Einsatzstreifen (11) abstützt.
  10. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstreifen (11) an einem scheibenseitigen Ende (14) in eine Sicherungsausnehmung (70) der Scheibenstirnseite (22) eingreift.
  11. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Sicherungsstreifen (24) unter der Schaufelplattform (5) durch zwei Einsatzstreifen (11) hindurchführt und an seinen Enden (80) umgebogen ist.
  12. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstreifen (11) draht- oder blechförmig ausgebildet ist.
  13. Gasturbinenrotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatzstreifen (11) mit einer vorbestimmten Eingriffstiefe (95) in die Ausnehmung (10) der Schaufelplattform (5) eingreift und daß die Eingriffstiefe (95) des Einsatzstreifens (11) in die Ausnehmung (10) größer ist, als der Zwischenraum (12) zwischen zwei benachbarten Schaufelplattformen (5).
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