EP1749970B1 - Verlängerung der Plattform einer Turbinenschaufel mit einer niedrigen Spannung in seinem Stützpfeiler - Google Patents

Verlängerung der Plattform einer Turbinenschaufel mit einer niedrigen Spannung in seinem Stützpfeiler Download PDF

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EP1749970B1
EP1749970B1 EP20060252876 EP06252876A EP1749970B1 EP 1749970 B1 EP1749970 B1 EP 1749970B1 EP 20060252876 EP20060252876 EP 20060252876 EP 06252876 A EP06252876 A EP 06252876A EP 1749970 B1 EP1749970 B1 EP 1749970B1
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platform
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blade
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EP1749970A2 (de
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Bryan P. Dube
Randall J. Butcher
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United Technologies Corp
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    • 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
    • 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
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/70—Shape

Definitions

  • the present invention relates to a turbine blade having a platform provided with additional material for reducing stress acting on the blade by distributing loads away from a buttress portion of the turbine blade.
  • the turbine blade 30 has a platform 32, an airfoil portion 34 (only a portion of which is shown) radially extending from the platform 32, and an attachment portion 36.
  • the attachment portion typically includes a dovetail portion 38 for connecting the blade 30 to a rotating disk (not shown), a neck portion 40, and a buttress portion 42 which extends between the neck portion 40 and an underside 44 of the platform 32.
  • the lower speeds and temperatures faced by certain blades allow the airfoil portion to have short root necks and buttresses that adjoin to serrations.
  • the buttress portion 42 serves to minimize secondary flow leakage. Blades which face higher stress and temperature have airfoils which use side plates to cover the leakage area between the buttress and the serrations.
  • Some turbine blades have a relatively large leading edge platform which is necessary to minimize flowpath leakage between the blade and vane.
  • the large overhang of the platform, high rotor speed, short root neck, and relatively high temperature create a stress concentration where the upper serration meets the suction side and pressure side buttresses.
  • a turbine blade having the features of the preamble of claim 1 is disclosed in US-B1-6506016 .
  • a turbine blade of the present invention is provided with a system for redistributing a load path away from the buttress portion of the turbine blade.
  • the turbine blade 100 has a platform 102, an airfoil portion 104 radially extending from a first side 106 of the platform 102, and an attachment portion 108 extending from a second side or underside 110 of the platform 102.
  • the attachment portion 108 includes a dovetail portion 112 for securing the turbine blade 100 in a slot (not shown) in a rotor (not shown), such as a disk.
  • the attachment portion 108 further includes a neck portion 114 between the dovetail portion 112 and the second side 110 of the platform 102.
  • the attachment portion 108 has a buttress 116 between the second side 110 of the platform 102 and the leading end of the neck portion 114. During operation, the buttress 116 as previously discussed is subject to stress.
  • the platform 102 has a leading edge 120, a suction side 122, a leading edge root face 123, and a pressure side 124.
  • the platform leading edge 120 has a thickness T1.
  • the suction side 122 and the pressure side 124 each have a thickness T2.
  • the platform further has a central longitudinal axis 126.
  • the leading edge of the platform 102 is provided with additional material 140 so as to redistribute the load away from the buttress 116 towards the center of the leading edge root face 123.
  • This additional material 140 is preferably the same material that is being used to form the platform 102 and the turbine blade 100.
  • the additional material 140 may be formed during the casting of the turbine blade 100.
  • the additional material 140 has a shape similar to that of a platypus bill.
  • FIG. 8 there is shown a contour map of an exemplary additional material formation which comprises a system for redistributing the loads away from the buttress 116.
  • the thicknesses of the additional material 140 for the various points 1 - 24 shown in FIG. 8 are listed in Table I. The thicknesses are given as normalized percentages with the largest thickness at the thickest point 5 being 100%.
  • TABLE I PT NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 THICKNESS 41.8 53.8 70.6 93.5 100 73.5 57.1 45.3 PT NO. 9 10 11 12 13 14 15 16 THICKNESS 34.1 43.5 52.4 57.7 55.9 48.2 38.8 31.2 PT NO. 17 18 19 20 21 22 23 24 THICKNESS 30.0 34.7 38.9 40.6 38.8 34.1 30.0 27.1
  • the thicknesses 1 - 24 are taken along three lines A, B, and C in the region between the front root face 121 and the leading edge 120.
  • Line A is located closest to the buttress 116 at a normalized distance of about 13.51% from the front root face 121.
  • Line B is located at a normalized distance of about 47.30% from the front root face 121 and line C is located at a normalized distance of about 88.59% from the front root face 121.
  • the thickness of the additional material 140 on the second side 110 gradually increases from both the suction side 122 and the pressure side 124 towards a maximum point 5 (on line A), 13 (on line B), and 21 (on line C), which maximum point is preferably offset from the central longitudinal axis 126.
  • the thickness of the platform 102 on the second side 110 gradually increases from points along line C, nearest to the leading edge 120, to the point 5.
  • the additional material 140 is advantageous in that it distributes loads, both stress and strain, away from the buttress 116 towards the center of leading edge root face 123. This is different from conventional blades where the loads are funneled into the middle and distributed along the entire width of the leading edge of the platform.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Claims (15)

  1. Schaufel (100) zur Verwendung in einem Gasturbinentriebwerk, umfassend:
    eine Plattform (102), einen Profilabschnitt (104), der sich radial von einer ersten Seite (106) der Plattform (102) erstreckt, und einen Anbringungsabschnitt (108), der sich von einer zweiten Seite (110) der Plattform (102) erstreckt, wobei die Plattform (102) eine Druckseite (124), eine Ansaugseite (122), eine Vorderkante (120) und eine Dicke (T1) an der Vorderkante (120) aufweist;
    wobei der Anbringungsabschnitt (108) eine Strebpfeiler (116) aufweist, der an der zweiten Seite (110) der Plattform (102) anliegt; und
    dadurch gekennzeichnet, dass:
    die zweite Seite (110) ein Mittel (140) zum Umverteilen von Last fort von dem Strebpfeiler (116) aufweist, wobei das Mittel eine konturierte Konfiguration umfasst, wobei eine Dicke von einer Druckseite oder einer Ansaugseite der Plattform aus zunimmt und mit eine erste Region, mit einer ersten Dicke, die größer als die Dicke (T1) an der Vorderkante ist, und eine zweite Region mit einer zweiten Dicke aufweist, die größer als die erste Dicke ist.
  2. Schaufel nach Anspruch 1, wobei die Plattform (102) eine Ansaugseite (122) und eine Druckseite (124) aufweist und wobei das Lastumverteilungsmittel (140) ein Mittel zum Lenken der Last nach außen zu einer Mitte der Vorderkantenfußfläche (123) umfasst.
  3. Schaufel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Plattform (102) eine mittlere Längsachse (126) aufweist und die erste und zweite Region gegenüber der mittleren Längsachse (126) versetzt sind.
  4. Schaufel nach Anspruch 3, wobei die erste Region in der Nähe der Vorderkante (120) der Plattform ist und die zweite Region an dem Strebpfeiler (116) anliegt.
  5. Schaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ansaugseite (122) eine Dicke (T2) aufweist und das Mittel zum Umverteilen der Last eine dritte Region umfasst, die gegenüber einem Mittelpunkt des Strebpfeilers (116) versetzt ist, und die Dicke in der dritten Region größer als die Dicke (T2) auf der Ansaugseite (122) ist.
  6. Schaufel nach Anspruch 5, wobei die Plattform (102) eine Dicke aufweist, die von der Ansaugseite (122) zur dritten Region zunimmt.
  7. Schaufel nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Druckseite (124) eine Dicke (T2) aufweist und die Dicke an der dritten Region größer als die Dicke (T2) auf der Druckseite (124) ist.
  8. Schaufel nach Anspruch 7, wobei die Dicke der Plattform (102) von der Druckseite (124) zur dritten Region zunimmt.
  9. Schaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Lastumverteilungsmittel zusätzliches Material (140) umfasst, das auf der zweiten Seite (110) der Plattform (102) angeordnet ist.
  10. Schaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Seite (110) eine Unterseite der Plattform (102) ist.
  11. Schaufel nach Anspruch 1, wobei:
    der Anbringungsabschnitt (108) einen Halsabschnitt (114) aufweist, der sich von der zweiten Seite (110) der Plattform (102) aus erstreckt; und
    der Strebpfeiler (116) benachbart zu einem Schnittpunkt des Halsabschnitts (114) und der zweiten Seite (110) angeordnet ist;
    und das Lastumverteilungsmittel zusätzliches Material (140) umfasst, das an der zweiten Seite (110) der Plattform (102) gebildet ist.
  12. Turbinenschaufel nach Anspruch 11, ferner umfassend:
    dass das zusätzliche Material (140) an einem ersten Punkt in der Nähe der Vorderseite (120) beginnt und zu einem zweiten Punkt in Anlage an dem Strebpfeiler (116) hin an Dicke zunimmt;
    dass das zusätzliche Material (140) an einem dritten Punkt in benachbart zur Ansaugseite (122) beginnt und zu von dem dritten Punkt zum zweiten Punkt hin an Dicke zunimmt; und
    dass das zusätzliche Material (140) ferner an einem vierten Punkt benachbart zu der Druckseite (124) beginnt und von dem vierten Punkt zum zweiten Punkt hin an Dicke zunimmt.
  13. Turbinenschaufel nach Anspruch 12, ferner umfassend, dass die Plattform (102) eine mittlere Längsachse (126) aufweist und der zweite Punkt gegenüber der mittleren Längsachse (126) versetzt ist.
  14. Turbinenschaufel nach Anspruch 13, wobei der erste Punkt gegenüber der mittleren Längsachse (126) versetzt ist.
  15. Turbinenschaufel nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Profilabschnitt (104) ein fliegend gelagerter Profilabschnitt ist.
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