EP1787009A1

EP1787009A1 - Schaufel mit deckband

Info

Publication number: EP1787009A1
Application number: EP05856216A
Authority: EP
Inventors: Andreas Bögli; James George Ritchie
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: EP1787009B1; US20070231143A1; AU2005325824A1; ATE414842T1; AU2005325824B8; CH698087B1; US7654797B2; AU2005325824B2; DE502005006015D1; WO2006079423A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufel (3) einer Turbomaschine sowie eine Schaufelanordnung. Die erfindungsgemäße Schaufel (3) umfasst ein Schaufelblatt (4) und ein das Schaufelblatt in Schaufelblattlängsrichtung abschließendes Deckbandelement (7a). Das Schaufelblatt (4) wiederum umfasst eine Saugseite und eine Druckseite. Das Deckbandelement (7a) erstreckt sich im Wesentlichen lotrecht zur Schaufelblattlängsrichtung (L4) und umfasst einen ersten, über das Schaufelblatt kragenden Plattformabschnitt (7a-1) sowie einen zweiten, über das Schaufelblatt kragenden Plattformabschnitt (7a-2). Die Plattformabschnitte sind asymmetrisch zueinander ausgebildet. Erfindungsgemäß ist wenigstens der erste Plattformabschnitt (7a-1) des Deckbandelements (7a) in Bezug auf eine Normalausrichtung des ersten Plattformabschnitts unter einem zusätzlichen Neigungswinkel (α) angeordnet, wobei der zusätzliche Neigungswinkel (α) in entgegengesetzter Richtung zu einem im Betrieb auf den ersten Plattformabschnitt einwirkenden Biegemoment angetragen ist.

Description

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Schaufel mit Deckband

Technisches Gebiet [001] Die Erfindung betrifft eine mit einem Deckband ausgestatte Schaufel gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaufelanordnung gemäss dem Oberbegriff des nebengeordneten Hauptanspruchs.

Stand der Technik [002] Schaufelreihen von Turbinen mit Deckbändern auszustatten ist im Stand der Technik an sich bekannt. Die Deckbänder können hierbei beispielsweise als Außendeckbänder am äußeren Umfang einer Schaufelreihe ausgebildet sein. Auch sind die Deckbänder zumeist als geteilte Deckbänder ausgeführt, wobei das betreffende Deckband am Umfang einer Schaufelreihe in eine der Schaufelanzahl der Schaufelreihe entsprechende Vielzahl von

Deckbandelementen unterteilt ist. Jeder Schaufel ist dann ein Deckbandelement zugeordnet, wobei Schaufel und Deckbandelement in der Regel einteilig ausgeführt sind. Die Deckbandelemente sind zumeist plattformartig ausgebildet und erstrecken sich im Wesentlichen lotrecht zur Schaufellängsrichtung. Werden die Schaufeln in bekannter Weise am

Umfang einer Turbomaschine aufgereiht, so grenzen die Deckbandelemente der Schaufeln aneinander an und bilden so ein am Umfang geschlossenes Deckband aus. Bei Außendeckbändern befindet sich das jeweilige Deckbandelement an der Schaufelspitze, d.h. am freien Ende des Schaufelblattes der Schaufel.

[003] Eine Anordnung von einem Deckband an einer Schaufelreihe kann zu verschiedenen Zwecken erfolgen. Zum einen läßt sich durch die Anordnung von einem Deckband das Schwingungsverhalten einer Schaufel verbessern. Benachbarte Schaufeln werden durch die geteilten Deckbandelemente im

Bereich der Schaufelspitzen oder im Bereich des Schaufelfußes miteinander gekoppelt. Hierdurch wird einerseits die schwingfähige Masse der Schaufel erhöht und das Eigenfrequenzverhalten dadurch verändert. Ein an den Schaufelspitzen angeordnetes Deckband wirkt ferner wie eine zusätzliche Einspannung der Schaufelblätter der Schaufel, durch die somit das

Schwingverhalten grundlegend verbessert wird. Zusätzlich lässt sich mittels eines Deckbandes auch die Dämpfung erhöhen, da es bei Schwingungsanregung der Schaufel zu einer Relatiwerschiebungen der 2/22 B04/057-0

Kontaktflächen der Deckbandelemente kommt und hierdurch kinetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. [004] In einem weiteren Aspekt wird durch die Anordnung von Deckbändern die

Leckage der Hauptströmung vermindert. Dies resultiert daher, dass das Deckband eine nahezu geschlossene Strömungskanalwand ausbildet, die gegenüber dem dahinterliegenden Gehäuse oder auch der Welle abdichtet. Somit gelangt nahezu kein Fluid der Hauptströmung in den Zwischenraum zwischen Deckband und Gehäuse und kann somit auch nicht als Leckageströmung durch Spalte im Gehäuse entweichen.

[005] Die Außendeckbandelemente eines Außendeckbands eines Rotors sind üblicherweise so an der Schaufelblattspitze angeordnet, dass der Schwerpunkt des Außendeckbands in Relation zu dem jeweiligen Schaufelfuß ausbalanciert ist. Da moderne Schaufelblätter jedoch heutzutage zumeist verwunden und teilweise auch gebogen ausgeführt werden, bedeutet dies, dass die Deckbandelemente nicht symmetrisch ausbalanciert sind. D.h. der eine Plattformabschnitt des Deckbandelements, der sich auf der einen Seite des Schaufelblattes (beispielsweise der Druckseite) erstreckt, ist ungleich zu dem anderen Plattformabschnitt des Deckbandelements, der sich auf der anderen Seite des Schaufelblattes

(beispielsweise der Saugseite) erstreckt. Insbesondere weisen die Plattformabschnitte oftmals ungleich lange Kraglängen auf. Diese Ungleichförmigkeit der Plattformabschnitte führt bei Verwendung der Schaufel in einem Rotor infolge der auf die Plattformabschnitte einwirkenden Fliehkräfte zu unterschiedlich hohen Biegemomenten auf den druckseitigen und den saugseitigen Plattformabschnitt. Infolge der unterschiedlich hohen Biegemomente wiederum kommt es zu einer unterschiedlich starken elastischen Verformung der druckseitigen und der saugseitigen Plattformabschnitte. Dieser Sachverhalt ist in Figur 2c dargestellt ist. Der druckseitige Plattformabschnitt weist in Figur 2c eine größere Kraglänge auf als der saugseitige Plattformabschnitt und erfährt bei Rotation infolge der höheren Masse und des längeren Hebelarms ein größeres Biegemoment, das wiederum zu einer größeren elastischen Verformung des druckseitigen Plattformabschnitts führt. Der druckseitige Plattformabschnitt biegt sich infolgedessen stärker auf als der saugseitige Plattformabschnitt des benachbarten Deckbandelements, wodurch sich zwischen druckseitigem Plattformabschnitt und saugseitigem Plattformabschnitt ein Spalt einstellt, durch den Fluid der Hauptströmung in der in Figur 2c dargestellten Weise 3/22 B04/057-0

entweichen kann. Das Entweichen des Fluids durch den entstandenen Spalt wird hier noch dadurch erhöht, dass das Fluid infolge der Rotationsrichtung in Richtung der Druckseite gleichsam einem Schaufeleffekt in den Spalt geschaufelt bzw. gepresst wird.

[006] Neben den hohen Biegekräfte sind die Deckbänder insbesondere von Turbinenstufen oftmals zusätzlich sehr hohen Temperaturen der Hauptströmung ausgesetzt. Infolge der kombinierten Belastung wird das Zeit- Kriechverhalten der Plattformabschnitte negativ beeinflusst. Diejenigen Plattformabschnitte, die eine größere Freikraglänge aufweisen und infolgedessen im Betrieb ein höheres Biegemoment erfahren, werden auch durch ein verstärktes Kriechverhalten verformt. Das Kriechverhalten ist wiederum unmittelbar an die Kraglänge gekoppelt und führt zu einer Verstärkung des in Figur 2c dargestellten Effekts.

[007] Mit zunehmendem Bauteilalter kommt es somit durch den sich zunehmend ausbildenden Spalt zu einem erhöhten Entweichen von Fluid der Hauptströmung durch den Spalt. Insbesondere im Turbinenbereich weist das Fluid der Hauptströmung dabei eine sehr hohe Temperatur auf, wodurch die Materialtemperatur sowohl der Rückseite des Deckbands als auch der angrenzenden Bauteile dramatisch steigt. Hierdurch kommt es einerseits wiederum zu einer Verstärkung des oben beschriebenen Kriechverhaltens als auch andererseits zu einer erhöhten Temperaturbelastung der angrenzenden Bauteile. Teilweise kommt es auch zu lokalen Materialüberhitzungen, sogenannten Hot-Spots. In jedem Fall führt diese

Effekte zu einer teilweise sehr erheblichen Verkürzung der Lebensdauer nahezu aller betroffenen Bauteile. Daher wird heutzutage eine Schaufel, deren Deckband eine bestimmte Kriechdeformation erreicht hat, frühzeitig nach einer nur kurzen Standzeit ausgetauscht, um so die Ausbildung weiterer Schäden zu verhindern.

Darstellung der Erfindung

[008] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaufel sowie eine Schaufelanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die Nachteile des Standes der

Technik vermindert oder vermieden werden.

[009] Die Erfindung trägt dazu bei, die Standzeiten von Schaufeln, die mit Deckbändern ausgestattet sind, zu erhöhen. 4/22 B04/057-0

[0010] Insbesondere soll durch die Erfindung erreicht werden, dass im Betrieb einer Schaufelanordnung, in der eine Mehrzahl von Schaufeln in Reihe angeordnet, wobei die Schaufeln mit Deckbandelementen ausgestattet sind, die Ausbildung von Spalten zwischen den Deckbandelementen zumindest vermindert werden.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schaufel gemäss Anspruch 1 sowie die Schaufelanordnung gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

[0012] Die Schaufel gemäß der Erfindung umfasst ein Schaufelblatt und ein das Schaufelblatt in Schaufelblattlängsrichtung abschließendes Deckbandelement. Das Schaufelblatt wiederum umfasst eine Saugseite und eine Druckseite. In bekannter Weise erstreckt sich das plattformartig ausgebildete Deckbandelement im Wesentlichen lotrecht zur Schaufelblattlängsrichtung und umfasst einen ersten, über das Schaufelblatt kragenden Plattformabschnitt sowie einen zweiten, über das Schaufelblatt kragenden Plattformabschnitt. Zweckmäßig ist der erste Plattformabschnitt als druckseitiger Plattformabschnitt und der zweite Plattformabschnitt als saugseitiger Plattformabschnitt ausgebildet. Die Plattformabschnitte sind asymmetrisch zueinander ausgebildet. Infolge der Asymmetrie der Plattformabschnitte wirkt im Betrieb der Schaufel auf den ersten Plattformabschnitt ein größeres Biegemoment ein als auf den zweiten Plattformabschnitt. Eine solche Asymmetrie kann beispielsweise dadurch bedingt sein, dass die Plattformabschnitte unterschiedliche biegemomentrelevante Kraglängen aufweisen. Bei einer im Betrieb rotierenden Schaufel kann die Asymmetrie auch durch unterschiedliche Materialdicken der Plattformabschnitte bedingt sein. In der Regel ist die biegemomentrelevante Kraglänge des druckseitigen Plattformabschnitts größer als die biegemomentrelevante Kraglänge des saugseitigen Plattformabschnitts, wobei üblicherweise ein Verhältnis der biegemomentrelevanten Kraglänge des druckseitigen Plattformabschnitts zu der biegemomentrelevanten Kraglänge des saugseitigen Plattformabschnitts von mehr als 1 , 15 gegeben ist.

Um im Betrieb der Schaufel auftretende Auslenkungen der Plattformabschnitte soweit auszugleichen, dass sich zwischen den Deckbandelementen ein möglichst geringer Spalt einstellt, ist der erste 5/22 B04/057-0

Plattformabschnitt des Deckbandelements erfindungsgemäß in Bezug auf eine Normalausrichtung des ersten Plattformabschnitts unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordnet. Der zusätzliche Neigungswinkel ist hierbei in entgegengesetzter Richtung zu der Wirkrichtung des Biegemoments, das im Betrieb auf den ersten Plattformabschnitt einwirkt, und somit auch zu der Auslenkung des ersten Plattformabschnitts angetragen.

[0013] Unter Normalausrichtung eines Plattformabschnitts ist diejenige Ausrichtung des Plattformabschnitts zu verstehen, die sich bei rein geometrischer Bestimmung ergeben würde, d.h. der Plattformabschnitt ist hierbei so ausgerichtet, dass sich bei Aneinaderreihung der Deckbandelemente ein am Umfang geschlossenes kreisringförmiges Deckband ergibt. Die erfindungsgemäße Ausrichtung wenigstens eines Plattformabschnitts eines Deckbandelements unter einem zusätzlichen Neigungswinkel bedeutet letztlich, dass die Plattformabschnitte des Deckbandelements verschieden geneigt zur Lotrechten auf die Schaufelblattlängsrichtung verlaufen. Das Deckbandelement weist somit im Bereich des Schaufelblattes quasi einen Knick auf, wobei dieser Knick vorzugsweise abgerundet ausgebildet ist. [0014] Da gemäß der Erfindung wenigstens ein Plattformabschnitt des Deckbandelements der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaufel in Bezug auf eine Normalausrichtung unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordnet ist, ist bei einer Anordnung der Schaufel in Reihe zu einer weiteren Schaufel, beispielsweise in einem Rotor, im Übergangsbereich zwischen dem Deckbandelement der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaufel zu dem Deckbandelement der benachbarten Schaufel im

Ruhezustand eine Stufe ausgebildet. Der unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordnete Plattformabschnitt ragt infolge des Neigungswinkels beispielsweise stärker in den Strömungskanal hinein als der Plattformabschnitt der benachbarten Schaufel. Erst im Betrieb des Rotors treten aufgrund der schnellen Rotation des Rotors Fliehkräfte auf, die auf die

Plattformabschnitte der Deckbänder wirken, die zu Biegemomenten führen, durch die die Plattformabschnitte in Richtung der wirkenden Biegemomente aufgebogen werden. Gleichzeitig führt der Innendruck der Strömung zu einer weiteren Verstärkung der Aufbiegung. Infolge dieser Aufbiegung wird die effektive Neigung des erfindungsgemäß ausgerichteten Plattformabschnitts vermindert. Im Betrieb der Schaufel liegt somit nur noch ein verminderter effektiver zusätzlicher Neigungswinkel vor, bei dem eine nur geringe Stufe oder gar keine Stufe zwischen den benachbarten Plattformabschnitten 6/22 B04/057-0

ausgebildet ist. Bleibt zwischen den benachbarten Plattformabschnitten eine Stufe erhalten, so ist diese vorzugsweise so ausgebildet, dass die Stufe in Richtung niedrigeren Druckes abfällt. Im Betrieb der Schaufeln kommt es somit zu einer erheblich verbesserten Abdichtung der Deckbandelemente benachbarter Schaufeln. Ein Einströmen von Fluid der Hauptströmung, insbesondere von Heißgas einer heißen Turbinenströmung, durch Spalte zwischen den Deckbandelementen in beispielsweise den Kühlkanal zwischen dem Deckband und dem Gehäuse oder der Welle kann somit wirkungsvoll verhindert werden. [0015] Darüber hinaus zeigte es sich, dass die Plattformabschnitte der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaufel des Weiteren auch eine deutlich verminderte Tendenz zu thermisch bedingtem Kriechen aufweisen. Dies ist darin begründet, dass durch die verbleibenden Spalte, die sich zwischen benachbarten Deckbandelementen ausbilden, nur eine erheblich verminderte Menge an heißem Fluid in einen zwischen den Deckbandelementen und dem

Gehäuse verlaufenden Kühlkanal oder in weitere Spalte zwischen den Deckbandelementen und dem Gehäuse oder der Welle gelangt. Somit kann der nachteilige Effekt, dass das Deckbandelement durch dieses in den Kühlkanal oder in Spalte eingedrungene heiße Fluid zusätzlich erhitzt wird, weitgehend verhindert werden. Das Deckbandelement weist somit lokal und in der Summe eine niedrigere Temperatur auf, wodurch thermisch bedingtes Kriechen nur in vermindertem Umfang auftritt. [0016] Sowohl die durch die Erfindung erzielte verbesserte Abdichtung der

Deckbandelemente als auch die insgesamt hierdurch erzielte verminderte Kriechtendenz führt zu einer deutlichen Erhöhung der Lebensdauer aller betroffenen Bauteile. Die betroffenen Bauteile, insbesondere die erfindungsgemäß ausgebildete Schaufel, müssen im Rahmen einer Überholung der Turbomaschine infolgedessen erst zu einem wesentlichen späteren Zeitpunkt ausgetauscht werden als dies bei Verwendung üblicher, aus dem Stand der Technik bekannter Schaufeln der Fall ist. Vorzugsweise sind hierbei alle Schaufeln einer Stufe erfindungsgemäß ausgebildet. Somit läßt sich durch Anordnung erfindungsgemäß ausgebildeter Schaufeln speziell in einer Turbine die Betriebsdauer der Turbine im Vergleich zu einer mit herkömmlichen Schaufeln ausgestatteten Turbine erheblich steigern. Umgekehrt lassen sich die Gesamtbetriebskosten hierdurch erheblich vermindern, beziehungsweise es wäre eine Heissgastemperaturerhöhung bei gleicher Lebensdauer der Schaufeln möglich. 7/22 B04/057-0

[0017] Die erfindungsgemäß ausgebildete Schaufel eignet sich insbesondere zur Verwendung als Rotorschaufel in einer Turbinen einer Turbomaschine oder Turbogruppe. Speziell in den Rotoren einer Turbine treten sowohl hohe Fliehkräfte als auch gleichzeitig hohe Temperaturen auf, die hier zu kombinierten Belastungen der Schaufeln führen. Somit kann die Erfindung hier zu einer wesentlichen Steigerung der Lebensdauer der Schaufeln der Rotoren beitragen.

[0018] Es zeigte sich, dass die Erfindung besonders zweckmäßig auf eine Schaufel angewendet wird, die mit einem als Außendeckbandelement ausgeführten

Deckbandelement ausgebildet ist. Insbesondere bei einer mit einem Außendeckbandelement ausgeführten Rotorschaufel bewirken die im Betrieb auf die Rotorschaufel einwirkenden Fliehkräfte eine Aufbiegung der Plattformabschnitt des Deckbandelements. [0019] Das Deckbandelement kann aber auch als Innendeckbandelement ausgebildet sein. Bei einer Schaufel, die mit einem Außendeckbandelement und einem Innendeckbandelement ausgebildet ist, kann die Erfindung auch auf beide Deckbandelemente angewendet werden.

[0020] Für viele Anwendungsfällen ist es zweckmäßig, den druckseitigen

Plattformabschnitt des Deckbandelements in der erfindungsgemäßen Weise unter einem zusätzlichen Neigungswinkel auszurichten. Bei einer Turbine bedeutet dies, dass der druckseitige Plattformabschnitt in Rotationsrichtung der Turbine dem saugseitigen Plattformabschnitt des Deckbandelements der benachbarten Schaufel vorausgeht. Bleibt zwischen dem druckseitigen

Plattformabschnitt und dem saugseitigen Plattformabschnitt im Betrieb ein effektiver Neigungswinkel von mehr als 0° erhalten, so dass sich im Übergang des druckseitigen Plattformabschnitts zu dem saugseitigen Plattformabschnitt eine Stufe ausbildet, so wirkt diese Stufe auf die Strömung ähnlich einer Sprungschanze. Die Strömung überströmt die Stufe ohne hieran aufgestaut zu werden.

[0021] Der zusätzliche Neigungswinkel sollte zweckmäßig so gewählt werden, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel von wenigstens 0° einstellt.

[0022] Ein Neigungswinkel von 0° bedeutet, dass der unter einem Neigungswinkel angeordnete Plattformabschnitt ohne Ausbildung einer Stufe an den Plattformabschnitt der benachbarten Schaufel anschließt. Ein positiver 8/22 B04/057-0

Neigungswinkel liegt dann vor, wenn der unter einem Neigungswinkel angeordnete Plattformabschnitt unter Ausbildung einer Stufe an den Plattformabschnitt der benachbarten Schaufel anschließt und der Neigungswinkel in entgegengesetzter Richtung zu einem im Betrieb auftretenden Biegemoment auf den Plattformabschnitt angetragen ist.

[0023] Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der zusätzliche Neigungswinkel so gewählt, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel von mehr als 0° einstellt. D.h. solange die Schaufel relativ neu ist, ist im Betrieb der Schaufel zwischen dem

Deckbandelement der betrachteten Schaufel und dem Deckbandelement der benachbarten Schaufel eine Stufe ausgebildet. Nach einiger Betriebszeit der Schaufel kommt es jedoch durch thermisch bedingtes Kriechen und der hieraus resultierenden plastischen Verformung des Deckbandelements zu einer Verminderung der Stufe und schließlich zu einem völligen

Verschwinden der Stufe. Erst danach bildet sich eine unerwünschte Stufe in negativer Richtung aus, die zu einer Verstärkung des Deformationsprozesses des Plattformabschnitts führt. Die Gesamtlebensdauer einer in dieser Weise mit positivem zusätzlichem Neigungswinkel ausgebildeten Schaufel ist aber im Vergleich zu herkömmlichen Schaufeln wesentlich erhöht.

[0024] Vorzugsweise ist der zusätzliche Neigungswinkel so gewählt, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel einstellt, der näherungsweise gleich dem zusätzlichen Neigungswinkel ist, bei dem sich ein zusätzlicher effektiver Neigungswinkel von 0° einstellt. Hiermit läßt sich einerseits eine wesentlich verlängerte Lebensdauer der Schaufel erzielen. Andererseits erfährt die Hauptströmung eine nur geringe Störung, so dass hierdurch keine nennenswerte Erhöhung der Strömungsverluste der Hauptströmung verursacht wird.

[0025] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Schaufel mitsamt Deckbandelement als Gussteil hergestellt. Wird die erfindungsgemäße Anordnung des Plattformabschnitts unter einem zusätzlichen Neigungswinkel bereits im Gießprozess berücksichtigt, so sind für die Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaufel im

Vergleich zu einer herkömmlichen Schaufel keine oder nur geringe Mehrkosten erforderlich. 9/22 B04/057-0

[0026] Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist in einer Schaufelanordnung, die eine Mehrzahl von Schaufeln umfasst, die am Umfang einer Turbomaschine in Reihe zueinander angeordnet sind, wenigstens eine der Schaufeln in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet. Die erfindungsgemäße Schaufelanordnung ist vorteilhaft als Rotor einer Turbine weitergebildet. Die Schaufelanordnung kann aber auch als Stator weitergebildet sein.

[0027] Vorteilhaft sind alle Schaufeln einer solchen Schaufelanordnung in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet.

[0028] Zweckmäßig sind die Plattformabschnitte der Deckbandelemente der Schaufeln der Schaufelanordnung an ihren freien Enden jeweils im Wesentlichen rechteckförmig mit einer strömungszugewandten Kante und einer strömungsabgewandten Kante ausgebildet.

[0029] Der zusätzliche Neigungswinkel ist dann zweckmäßig so zu wählen, dass die strömungsabgewandte Kante des unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordneten Plattformabschnitts im Betrieb der Schaufelanordnung zwischen der strömungszugewandten Kante und der strömungsabgewandten Kante des angrenzenden Plattformabschnitts der benachbarten Schaufel zu liegen kommt.

[0030] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zusätzliche Neigungswinkel so zu wählen, dass die strömungsabgewandte Kante des unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordneten Plattformabschnitts im Betrieb der Schaufelanordnung zwischen der strömungszugewandten Kante und einer Mittelebene zwischen strömungszugewandter Kante und strömungsabgewandter Kante des angrenzenden Plattformabschnitts der benachbarten Schaufel zu liegen kommt.

[0031] Ferner ist der zusätzliche Neigungswinkel zweckmäßig so gewählt, dass die strömungsabgewandte Kante des jeweiligen Plattformabschnitts, der unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordnet ist, im Nicht-Betrieb der Schaufelanordnung weiter in den Bereich der Strömung hineinragt als die strömungszugewandte Kante des angrenzenden Plattformabschnitts der benachbarten Schaufel.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen 10/22 B04/057-0

[0032] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren illustrierten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Ausschnitt einer aus dem Stand der Technik bekannten, mit Außendeckband ausgeführten Rotor;

Figur 2a eine aus dem Stand der Technik bekannte, mit

Außendeckbandelement ausgeführte Rotorschaufel in einer Detailansicht;

Figur 2b die mit Außendeckbandelement ausgeführte Rotorschaufel aus Figur 2a in einer Draufsicht;

Figur 2c eine Darstellung der im Betrieb der Rotorschaufel aus Figur 2a auf die Deckbandelemente einwirkenden Kräfte- und Strömungsverhältnisse;

Figur 2d in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung von Plattformabschnitten benachbarter

Schaufeln im Ruhezustand;

Figur 2e die Anordnung aus Figur 2d im Betriebszustand; Figur 3a in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäß ausgeführte Anordnung von Plattformabschnitten benachbarter Schaufeln im Ruhezustand;

Figur 3b die Anordnung aus Figur 3a im Betriebszustand.

[0033] In den Figuren sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen

Elemente und Bauteile dargestellt. Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind rein instruktiv zu verstehen und sollen einem besseren Verständnis dienen, jedoch nicht als Einschränkung des Erfindungsgegenstandes verstanden werden.

Wege zur Ausführung der Erfindung [0034] In Figur 1 ist in schematischer Darstellung ein Ausschnitt eines aus dem

Stand der Technik bekannten Rotors 1 dargestellt, der in an sich bekannter Weise mit einem Innendeckband 6 sowie mit einem Außendeckband 7 ausgeführt ist. Der in Figur 1 dargestellte Rotor 1 ist hier als Rotor einer Turbine ausgebildet. [0035] Der in Figur 1 dargestellte Rotor 1 umfasst eine zentral angeordnete Rotorwelle 2 und eine Mehrzahl von am Umfang der Rotorwelle 2 nebeneinander angeordneten Schaufeln 3-a, 3-b und 3-c. Die Schaufeln 3-a, 3-b, 3-c umfassen jeweils ein Schaufelblatt 4-a, 4-b und 4-c und sind über 11/22 B04/057-0

Tannenbaumfüße 5-a, 5-b und 5-c in der Rotorwelle 2 verankert. Zwischen dem Tannenbaumfuß 5-a, 5-b bzw. 5-c und dem Schaufelblatt 4-a, 4-b bzw. 4-c einer jeden Schaufel ist jeweils ein Innendeckbandelement 6i-a, 6i-b bzw. 6i-c angeordnet. Die Innendeckbandelemente 6i-a, 6i-b bzw. 6i-c sind jeweils plattformartig ausgebildet und erstrecken sich im Wesentlichen lotrecht zur jeweiligen Schaufelblattlängsrichtung L4-a, L4-b bzw. L4-c. Ferner befindet sich an der Schaufelblattspitze einer jeden Schaufel 3a, 3b, 3c jeweils ein Außendeckbandelement 7a-a, 7a-b, 7a-c. Auch die Außendeckbandelemente 7a-a, 7a-b, 7a-c sind plattformartig ausgebildet und erstrecken sich ebenso im Wesentlichen lotrecht zur jeweiligen

Schaufelblattlängsrichtung L4-a, L4-b bzw. L4-c.

[0036] In der in Figur 1 dargestellten Anordnung der Schaufeln 3-a, 3-b, 3-c am Umfang des Rotors 1 sind die Schaufeln 3-a, 3-b, 3-c mit den Deckbandelementen 6i-a, 6i-b, 6i-c und 7a-a, 7a-b, 7a-c so positioniert, dass die Innendeckbandelemente 6i-a, 6i-b, 6i-c und die Außendeckbandelemente

7a-a, 7a-b, 7a-c benachbarter Schaufeln 3-a, 3-b, 3-c aneinander angrenzen und so ein am Umfang des Rotors 1 geschlossenes Innendeckband 6 sowie ein am Umfang des Rotors geschlossenes Außendeckband 7 ausbilden. Innendeckband 6 und Außendeckband 7 bilden einerseits die Begrenzung des Strömungskanals 8. Durch den Strömungskanal 8 strömt im Betrieb der

Turbine die sehr heiße, aus der Brennkammer kommende Luft, die die Hauptströmung der Turbine bildet. Andererseits dienen die Deckbandelemente 6i-a, 6i-b, 6i-c und 7a-a, 7a-b, 7a-c aber auch dazu, das Schwingungsverhalten der Schaufeln 3-a, 3-b, 3-c in erwünschter Weise zu verändern. Zum Einen wird durch die zusätzliche Masse der

Deckbandelemente 6i-a, 6i-b, 6i-c und 7a-a, 7a-b, 7a-c die Eigenfrequenz der Schaufeln 3-a, 3-b, 3-c zu niedrigeren Frequenzen verändert. Zum Anderen wird durch das Vorsehen insbesondere der Außendeckbandelemente 7a-a, 7a-b, 7a-c aber auch die Einspannung des Schaufelblattes dahingehend verändert, dass jeweils eine beidseitige

Einspannung der Schaufelblätter 4-a, 4-b, 4-c gegeben ist. Des Weiteren kann Schwingungsenergie, die beispielsweise von der Strömung auf eine der Schaufeln 3-a, 3-b oder 3-c übertragen wurde, mittels Festkörperreibung zwischen benachbarten Deckbandelementen dissipiert werden. [0037] In Figur 1 nicht dargestellt ist ein Gehäuse der Turbine, das sich üblicherweise auf der Außenseite des Außendeckbands 7 anschließt. Da das Außendeckband 7 im Betrieb der Turbine mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotiert, wohingegen das Gehäuse fest steht, muss zwischen dem 12/22 B04/057-0

Außendeckband 7 und dem Gehäuse ein kleiner Spalt verbleiben, um eine solche Relativbewegung zu ermöglichen. Um darüber hinaus zu ermöglichen, dass das Außendeckband 7 infolge thermischer Dehnungen geringfügig am Gehäuse anlaufen kann, ist das Gehäuse auf der dem Außendeckband zugewandten Seite oftmals zusätzlich mit einem abrasiven

Material, beispielsweise einem Wabenmaterial (Ηoneycomb-Materiar) beschichtet. Somit kann erreicht werden, dass der Spalt zwischen Außendeckband und Gehäuse auf ein Minimum beschränkt werden kann.

[0038] Figur 2a zeigt in einer Detailansicht eine aus dem Stand der Technik bekannte, mit Außendeckbandelement 7a ausgeführte Rotorschaufel 3. In Figur 2b ist die Rotorschaufel 3 aus Figur 2a in einer Draufsicht dargestellt. [0039] In dem in Figur 2a dargestellten Ausschnitt ist ein oberer Abschnitt des

Schaufelblattes 4 dargestellt. Das Schaufelblatt 4 weist eine Druckseite I und eine Saugseite Il auf. Am oberen Ende des Schaufelblatts 4 schließt das

Außendeckbandelement 7a das Schaufelblatt 4 ab. Das Außendeckbandelement 7a erstreckt sich näherungsweise lotrecht zur Schaufelblattlängsrichtung L4 und ist im Wesentlichen plattformartig ausgebildet. An der Vorderseite sowie an der Rückseite des Deckbandelements 7a ist hier zusätzlich jeweils eine Dichtlippe 7a-D1 und

7a-D2 angeordnet, die sich von einer Basisplattform 7a-B des Deckbandelements 7a in Schaufelblattlängsrichtung L4 in Richtung zu dem Gehäuse hin erstreckt. Basisplattform 7a-B, vordere und hintere Dichtlippe 7a-D1 und 7a-D2 und angrenzendes Gehäuse bilden einen kleinen Strömungskanal, der sich am Umfang des Rotors erstreckt und durch den im

Betrieb der Turbine Kühlfluid zur Kühlung des Deckbands 7 sowie des angrenzenden Gehäuses geführt wird. Das Kühlfluid wird hierzu beispielsweise in bekannter Weise durch das Schaufelblatt 4 zugeführt. [0040] Das Außendeckbandelement 7a und das Schaufelblatt 4 sind, wie auch in Figur 2a dargestellt, zumeist einteilig ausgeführt.

[0041] Wie weiterhin in Figur 2a dargestellt ist, sind die Außendeckbandelemente 7a üblicherweise so an der Schaufelblattspitze positioniert, dass der Schwerpunkt in Relation zu dem jeweiligen Schaufelfuß ausbalanciert ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass die durch die Rotation hervorgerufenen Fliehkräfte geradlinig über den Schaufelfuß in die Rotorwelle eingeleitet werden, ohne dass in nennenswertem Umfang Seitenkräfte induziert würden. Da moderne Schaufelblätter aber heutzutage zumeist verwunden und teilweise auch gebogen ausgeführt sind, bedeutet dies, dass die 13/22 B04/057-0

Deckbandelemente nicht symmetrisch zu dem jeweiligen Schaufelblatt ausbalanciert sind. Der eine Plattformabschnitt 7a-1 des Deckbandelements, der sich auf der einen Seite des Schaufelblattes 4 (hier der Druckseite) erstreckt, ist ungleich zu dem anderen Plattformabschnitt 7a-2, der sich auf der anderen Seite des Schaufelblattes 4 (hier der Saugseite) erstreckt. Diese

Ungleichförmigkeit der Plattformabschnitte 7a-1 und 7a-2 ist in Figur 2a durch die unterschiedlichen Kraglängen KL1 des druckseitigen Plattformabschnitts 7a-1 und KL2 des saugseitigen Plattformabschnitts 7a-2 des Deckbandelements 7a dargestellt. [0042] Bei rotierendem Rotor wirken infolge der unterschiedlichen Kraglängen KL1 und KL2 unterschiedlich hohe Biegemomente auf den druckseitigen und den saugseitigen Plattformabschnitt 7a-1 und 7a-2. Diese Situation ist in Figur 2a durch den virtuellen Masseschwerpunkt M1 des druckseitigen Plattformabschnitts 7a-1 mit dem zugehörigen Hebelarm Y-M 1 und den virtuellen Masseschwerpunkt M2 des saugseitigen Plattformabschnitts 7a-2 mit dem zugehörigen Hebelarm Z-M2 verdeutlicht.

[0043] Als Folge der unterschiedlich hohen Biegemomente auf den druckseitigen Plattformabschnitt 7a-1 und den saugseitigen Plattformabschnitt 7a-2 kommt es im Betrieb des Rotors zu unterschiedlich starken elastischen Auslenkungen der Plattformabschnitte 7a-1 und 7a-2. In Figur 2c ist die

Auslenkung Δ des druckseitigen Plattformabschnitts 7a-1-a angegeben. Ferner sind in Figur 2c Biegemomentpfeile 10-a und 10-b angetragen, die die Richtung der Auslenkung angeben. Die druckseitigen Plattformabschnitte 7a- 1-a und 7a-1-b biegen sich infolge der höheren Biegemomentbelastungen stärker auf als die saugseitigen Plattformabschnitte 7a-2-a und 7a-2-b der jeweils benachbarten Deckbandelemente. Hierdurch bildet sich jeweils zwischen dem druckseitigen Plattformabschnitt und dem saugseitigem Plattformabschnitt ein erheblich vergrößerter Spalt 11 aus. Durch den vergrößerten Spalt 11 kann den Fluid der Hauptströmung gemäß dem in Figur 2c dargestellten Strömungspfeil 12 in den Kühlkanal entweichen. Das

Einströmen von Fluid der Hauptströmung in den vergrößerten Spalt 11 wird hier noch dadurch verstärkt, dass das Fluid aufgrund der Rotation in der Rotationsrichtung 13 zusätzlich quasi in den Spalt gepresst wird.

[0044] Bei den in den Figuren 2a-2c dargestellten Schaufeln 3, 3a und 3b, die in einem Rotor einer Turbine verwendet werden, führen die hohen Biegekräfte zusammen mit der hohen Temperatur des Fluids der Hauptströmung zu einem beschleunigten Zeit-Kriechverhalten der Plattformabschnitte. Dies trifft 14/22 B04/057-0

insbesondere wieder auf die jeweils druckseitigen Plattformabschnitte 7a-1 sowie 7a-1-a und 7a-1-b zu, die infolge der größeren Freikraglängen im Betrieb auch ein höheres Biegemoment erfahren. Hieraus resultiert nach einiger Zeit eine erhöhte kriech bedingte Verformung der druckseitigen Plattformabschnitte. Dieses sich verstärkt ausbildende Kriechverhalten ist wiederum unmittelbar an die Kraglänge gekoppelt und führt zu einer Verstärkung und Beschleunigung des in Figur 2c dargestellten Effekts.

[0045] Mit zunehmendem Bauteilalter kommt es somit durch den immer größer werdenden Spalt 11 zu einem vermehrten Eindringen von Fluid der

Hauptströmung in den Kühlkanal, der hinter dem Spalt 11 zwischen Außendeckband und Gehäuse ausgebildet ist. Infolge des Eindringens von heißem Fluid genügt letztlich das in den Kühlkanal eingebrachte Kühlfluid nicht mehr, um die Bauteiltemperatur der an den Kühlkanal angrenzenden Bauteile hinreichend niedrig zu halten. Es kommt infolgedessen zu einer lokalen oder auch zu einer gesamthaften Materialüberhitzung und schließlich zu einer Bauteilzerstörung. Die betroffenen Bauteile und insbesondere die Schaufeln müssen daher in regelmäßigen Intervallen ausgetauscht werden.

[0046] Hier setzt die Erfindung an. In den Figuren 2d und 2e ist nochmals in jeweils schematischer Darstellung die Ausrichtung aneinander angrenzender Plattformabschnitte 7a-2-a und 7a-1-b zweier Deckbandelemente benachbarter Schaufeln entsprechend den Figuren 2a bis 2c wiedergegeben. Der in den Figuren 2d und 2e jeweils linke Plattformabschnitt 7a-2-a ist der saugseitige Plattformabschnitt des Deckbandelements einer ersten Schaufel, während der in den Figuren 2d und 2e jeweils rechte Plattformabschnitt 7a-1- b der druckseitige Plattformabschnitt des Deckbandelements einer zweiten, zu der ersten Schaufel benachbarten Schaufel. Pfeil 15 gibt die Rotationsrichtung der Schaufeln wieder, Pfeil 14 die relative Strömungsrichtung der Hauptströmung. Die Plattformabschnitte 7a-2-a und

7a-1-b sind im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet mit der strömungsabgewandten Kante A und der strömungszugewandten Kante B des saugseitigen Plattformabschnitts 7a-2-a sowie der strömungsabgewandten Kante C und der strömungszugewandten Kante D des druckseitigen Plattformabschnitts 7a-1-b. Im ruhenden und kalten

Zustand, der in Figur 2d wiedergegeben ist, sind die beiden Plattformabschnitte 7a-2-a und 7a-1-b zueinander fluchtend angeordnet. Die Kante A liegt der Kante C unmittelbar gegenüber und die Kante B der Kante 15/22 B04/057-0

D. Der sich zwischen den Plattformabschnitten ergebende Spalt 11 ist minimal klein. Wirken aber infolge der Rotation Fliehkräfte, die zu Biegemomenten auf die Plattformabschnitte 7a-2-a und 7a-1-b führen, bei zusätzlich sehr hohen Temperaturen des Fluids der Hauptströmung 14, so bildet sich die in Figur 2e dargestellte Situation aus. Der druckseitige

Plattformabschnitt wird stärker ausgelenkt, so dass sich die Kanten A-C und B-D nicht mehr gegenüberliegen. Hierdurch wird einerseits die Spaltlänge des Spalts 11 verkürzt als auch bei noch weiterer Aufbiegung des druckseitigen Plattformabschnitts der Spalt 11 zwischen den Plattformabschnitten erheblich vergrößert. Jedenfalls wird hierdurch ein

Eindringen von heißem Fluid in den Spalt 11 erleichtert. Das heiße Fluid der Hauptströmung 14 gelangt durch den Spalt 11 vermehrt auf die Rückseite der Deckbandelemente.

[0047] In den Figuren 3a und 3b ist in schematischer Darstellung ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäß ausgeführten Schaufelanordnung dargestellt. Die Darstellungsweise entspricht der Darstellungsweise der Figuren 2d und 2e. Wiederum ist in Figur 3a ein ruhender Zustand und in Figur 3b ein Zustand im Betrieb der Schaufelanordnung dargestellt. [0048] Die in den Figuren 3a und 3b dargestellte Schaufelanordnung entstammt einem Rotor einer Turbine. Wie bereits in den Figuren 2d und 2e ist auch in den Figuren 3a und 3b der jeweils linke Plattformabschnitt ein saugseitiger Plattformabschnitt 7a-2-a eines Deckbandelements einer ersten Schaufel, während der jeweils rechte Plattformabschnitt ein druckseitiger Plattformabschnitt 7a-1-b eines Deckbandelements einer zweiten, zu der ersten Schaufel benachbarten Schaufel ist. Pfeil 15 gibt die Rotationsrichtung der Schaufeln wieder, Pfeil 14 die relative Strömungsrichtung der Hauptströmung. Die Schaufeln sind zusammen mit den Deckbandelementen jeweils einteilig als Gußteil hergestellt. Der druckseitige Plattformabschnitt 7a- 1 -b weist eine größere Kraglänge auf als der saugseitige

Plattformabschnitt 7a-2-a, wobei das Verhältnis aus Kraglänge des druckseitigen Plattformabschnitts 7a-1-b zu Kraglänge des saugseitigen Plattformabschnitts 7a-2-a hier etwa 1 ,2 beträgt. Die Plattformabschnitte sind im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet mit der strömungsabgewandten Kante A sowie der strömungszugewandten Kante B des saugseitigen

Plattformabschnitts und der strömungsabgewandten Kante C sowie der strömungszugewandten Kante D des druckseitigen Plattformabschnitts. Im ruhenden und kalten Zustand, der in Figur 3a wiedergegeben ist, ist der 16/22 B04/057-0

saugseitige Plattformabschnitt 7a-2-a in herkömmlicher Weise ausgebildet, während der druckseitige Plattformabschnitt 7a-1-b ausgehend von der in Figur 2d dargestellten Normalausrichtung des Plattformabschnitts unter einem zusätzlichen Neigungswinkel α ausgerichtet ist. Der zusätzliche Neigungswinkel α ist hierzu in entgegengesetzter Richtung zu dem im

Betrieb auf den druckseitigen Plattformabschnitt 7a-1-b einwirkenden Biegemoment angetragen. Gleichermaßen ist der zusätzliche Neigungswinkel α dementsprechend auch in entgegengesetzter Richtung zu der im Betrieb auftretenden Auslenkung des druckseitigen Plattformabschnitts 7a-1-b angetragen. Die Kante C des druckseitigen

Plattformabschnitts der zweiten Schaufel ragt hier weiter in den Bereich der Hauptströmung 14 hinein als die strömungszugewandte Kante B des saugseitigen Plattformabschnitts der ersten Schaufel. Im ruhenden und kalten Zustand des Rotors sind die Plattformabschnitte 7a-2-a und 7a-1-b somit versetzt zueinander aneinander vorbei laufend ausgerichtet. Dies kann, wie in Figur 3a dargestellt, auch bedeuten, dass der Spalt 11 zwischen den Plattformabschnitten im ruhenden und kalten Zustand effektiv größer ist als bei einer fluchtenden Anordnung der Plattformabschnitte, wie dies in Figur 2d dargestellt ist. [0049] Erst im Betrieb des Rotors führen die auf die Plattformabschnitte 7a-2-a und 7a-1-b wirkenden Fliehkräfte dazu, dass der druckseitige Plattformabschnitt 7a-1-b nach außen aufgebogen wird. Hierdurch wird der Spalt zwischen den Plattformabschnitten, wie in Figur 3 b dargestellt, geschlossen. Der zusätzliche Neigungswinkel α ist hierbei so gewählt, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel α-eff von etwas mehr als

0° einstellt. Im Speziellen ist hier der zusätzliche Neigungswinkel α so gewählt worden, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel α-eff einstellt, der näherungsweise gleich dem zusätzlichen Neigungswinkel α ist, bei dem sich ein zusätzlicher effektiver Neigungswinkel α-eff von 0° einstellt. Dies bedeutet hier, dass die strömungsabgewandte

Kante C des unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordneten Plattformabschnitts im Betrieb der Schaufelanordnung zwischen der strömungszugewandten Kante B und einer Mittelebene M zwischen der strömungszugewandten Kante B und der strömungsabgewandten Kante A des saugseitigen Plattformabschnitts 7a-2-a der benachbarten Schaufel zu liegen kommt.

[0050] Die in den Figuren 3a und 3b dargestellte erfindungsgemäße Anordnung hat gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen den 17/22 B04/057-0

Vorteil, dass der druckseitige Plattformabschnitt 7a-1-b mit einem der Fliehkraftbiegung entgegengesetzten Offset α ausgerichtet ist. Infolge der auf den druckseitigen Plattformabschnitt einwirkenden Fliehkraftbiegung wird der Offset α zwar auf einen effektiven Offset α-eff reduziert, er geht zunächst aber nicht auf Null zurück. Erst durch das mit der Zeit einsetzende Kriech-

Verhalten der Plattformabschnitte, das durch die Biegemomentbelastung bei gleichzeitig hoher Temperaturbelastung hervorgerufen wird, kommt es zu einer Verminderung des Offset und schließlich zu einem negativen effektiven Neigungswinkel des druckseitigen Plattformabschnitts 7a-1-b. Dies dauert aber wesentlich länger als bei der aus dem Stand der Technik bekannten

Anordnung, so dass die erfindungsgemäß ausgeführten Schaufeln über eine wesentlich längere Betriebsdauer im Einsatz bleiben können als die aus dem Stand der Technik bekannten Schaufeln gemäß den Figuren 2a bis 2e. [0051] Durch die Darstellung der relativen Strömungsrichtung der Hauptströmung 14 ist den Figuren 2d und 2e bzw. 3a und 3b auch sehr gut zu entnehmen, dass nur im Falle der Ausrichtung des Plattformabschnitts 7a-1-b unter einem zusätzlichen Neigungswinkel die Hauptströmung 14 in geeigneter Weise umgelenkt wird, ohne in den Spalt 11 und die hinter dem Deckband gelegene Kavität geleitet zu werden. Würde stattdessen der Plattformabschnitt 7a-2-a unter einem zusätzlichen Neigungswinkel ausgerichtet, so würde die Hauptströmung 14 auf die Stirnseite des Plattformabschnitts 7a-2-a auftreffen und würde hierdurch sogar vermehrt in den Spalt 11 und die hinter dem Deckband gelegene Kavität geleitet werden.

[0052] Die im Zusammenhang mit den Figuren 3a und 3b beschriebene erfindungsgemäß ausgeführte Schaufelanordnung stellt nur eine beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar, die von einem Fachmann durchaus in vielfältiger Weise ohne Weiteres modifiziert werden können, ohne den Erfindungsgedanken hierdurch zu verlassen. [0053] So können beispielsweise auch beide Plattformabschnitte eines

Deckbandelements unter einem zusätzlichen Neigungswinkel in Bezug auf die Normalausrichtung ausgerichtet sein.

[0054] Auch kann die Erfindung statt auf ein Außendeckbandelement auch auf ein Innendeckbandelement angewendet werden. Ferner kann die Schaufel auch als Statorschaufel weitergebildet sein.

Bezugszeichenliste 18/22 B04/057-0

[0055] 1 Rotor

[0056] 2 Rotorwelle

[0057] 3, 3-a, 3-b, 3-c Schaufel

[0058] 4, 4-a, 4-b, 4-c Schaufelblatt

[0059] 5-a, 5-b, 5-c Schaufelfuß

[0060] 6 Innendeckband

[0061] 6i, 6i-a, 6i-b, 6i-c Innendeckbandelemente

[0062] 7 Außendeckband

[0063] 7a, 7a-a, 7a-b, 7a-c Außendeckbandelemente

[0064] 7a-B Basisplattform des Außendeckbandelements

[0065] 7a-D1 , 7a-D2 Dichtlippe des Außendeckbandelements

[0066] 7a-1 , 7a-2,

7a-1-a, 7a-1-b

7a-2-a, 7a-2-b Plattformabschnitte

[0067] 8 Strömungskanal

[0068] 10-a, 10-b Biegemoment

[0069] 11 Spalt

[0070] 12 Spaltströmung

[0071] 13 Rotationsrichtung

[0072] 14 relative Strömungsrichtung der Hauptströmung

[0073] 15 Rotationsrichtung der Beschaufelung

[0074] KL1. KL2 Kraglängen

[0075] L4, L4-a, L4-b, L4-c Schaufel blattlängsrichtung

[0076] M1. M2 Masseschwerpunkte

[0077] Y-M 1 Hebelarm

[0078] Z-M2 Hebelarm

[0079] α zusätzlicher Neigungswinkel

[0080] α-eff effektiver zusätzlicher Neigungswinkel

[0081] Δ Auslenkung

Claims

19/22 B04/057-0Patentansprüche

1. Schaufel (3) einer Turbomaschine mit einem Schaufelblatt (4) und einem das Schaufelblatt in Schaufelblattlängsrichtung abschließenden Deckbandelement (7a), wobei sich das Deckbandelement (7a) im Wesentlichen lotrecht zur Schaufelblattlängsrichtung (L4) erstreckt und einen ersten, über das Schaufelblatt kragenden Plattformabschnitt (7a-1 ) sowie einen zweiten, über das Schaufelblatt kragenden Plattformabschnitt (7a-2) umfasst, wobei die beiden Plattformabschnitte (7a-1 und 7a-2) asymmetrisch zueinander ausgebildet sind, wodurch im Betrieb der Schaufel auf den ersten Plattformabschnitt (7a-1) ein größeres Biegemoment einwirkt als auf den zweiten Plattformabschnitt (7a-2), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der erste Plattformabschnitt (7a-1 ) des Deckbandelements (7a) in

Bezug auf eine Normalausrichtung des ersten Plattformabschnitts (7a-1 ) unter einem zusätzlichen Neigungswinkel (α) angeordnet ist, wobei der zusätzliche Neigungswinkel (α) in entgegengesetzter Richtung zu dem im Betrieb auf den ersten Plattformabschnitt (7a-1 ) einwirkenden Biegemoment angetragen ist.

2. Schaufel gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelblatt (4) eine Druckseite (I) und eine Saugseite (II) umfasst und der erste Plattformabschnitt (7a-1) ein druckseitiger Plattformabschnitt und der zweite Plattformabschnitt (7a-2) ein saugseitiger Plattformabschnitt des Deckbandelements der Schaufel ist.

3. Schaufel gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraglänge (KL1 ) des druckseitigen Plattformabschnitts größer ist als eine Kraglänge (KL2) des saugseitigen Plattformabschnitts.

4. Schaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Neigungswinkel (α) so gewählt ist, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel (α-eff) von wenigstens 0° einstellt.

5. Schaufel gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Neigungswinkel (α) so gewählt ist, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel (α-eff) von mehr als 0° einstellt. 20/22 B04/057-0

6. Schaufel gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Neigungswinkel (α) so gewählt ist, dass sich im Betrieb der Schaufel ein effektiver zusätzlicher Neigungswinkel (α-eff) einstellt, der näherungsweise gleich dem zusätzlichen Neigungswinkel ist, bei dem sich ein zusätzlicher effektiver Neigungswinkel von 0° einstellt.

7. Schaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckbandelement ein Außendeckbandelement (7a) ist.

8. Schaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel mitsamt Deckbandelement einteilig als Gussteil hergestellt ist.

9. Schaufel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel eine Rotorschaufel einer Turbine einer Turbomaschine, insbesondere eine Rotorschaufel einer Turbine einer Gasturbine oder Gasturbogruppe, ist.

10. Schaufelanordnung umfassend eine Mehrzahl von Schaufeln, die am Umfang einer Turbomaschine in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei die Schaufeln jeweils ein Schaufelblatt und ein das Schaufelblatt in

Schaufelblattlängsrichtung abschließendes Deckbandelement umfassen und die Deckbandelemente benachbarter Schaufeln aneinander angrenzen, wobei die Schaufelblätter jeweils eine Saugseite und eine Druckseite umfassen und die Deckbandelemente der Schaufeln sich jeweils im Wesentlichen lotrecht zur jeweiligen Schaufelblattlängsrichtung erstrecken und einen druckseitigen, über das jeweilige Schaufelblatt kragenden Plattformabschnitt sowie einen saugseitigen, über das jeweilige Schaufelblatt kragenden

Plattformabschnitt umfassen, und die beiden Plattformabschnitte einer Schaufel asymmetrisch zueinander ausgebildet sind, wobei im Betrieb der Schaufel auf den ersten Plattformabschnitt der Schaufel ein größeres Biegemoment einwirkt als auf den zweiten Plattformabschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass 21/22 B04/057-0

wenigstens eine Schaufel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 weitergebildet ist.

11. Schaufelanordnung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schaufeln der Schaufelanordnung gemäß einem oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 9 weitergebildet sind.

12. Schaufelanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Plattformabschnitte an ihren freien Enden jeweils im Wesentlichen rechteckförmig mit einer strömungszugewandten Kante und einer strömungsabgewandten Kante ausgebildet sind, und der zusätzliche Neigungswinkel so gewählt ist, dass die strömungsabgewandte Kante des unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordneten Plattformabschnitts im Betrieb der Schaufelanordnung zwischen der strömungszugewandten Kante und der strömungsabgewandten Kante des angrenzenden Plattformabschnitts der benachbarten Schaufel zu liegen kommt.

13. Schaufelanordnung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Neigungswinkel so gewählt ist, dass die strömungsabgewandte

Kante des unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordneten Plattformabschnitts im Betrieb der Schaufelanordnung zwischen der strömungszugewandten Kante und einer Mittelebene zwischen strömungszugewandter Kante und strömungsabgewandter Kante des angrenzenden Plattformabschnitts der benachbarten Schaufel zu liegen kommt.

14. Schaufelanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Neigungswinkel so gewählt ist, dass die strömungsabgewandte Kante des Plattformabschnitts, der unter einem zusätzlichen Neigungswinkel angeordnet ist, im Nicht-Betrieb der Schaufelanordnung weiter in den Bereich der Strömung hineinragt als die strömungszugewandte Kante des angrenzenden Plattformabschnitts der benachbarten Schaufel.

15. Schaufelanordnung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelanordnung ein Rotor einer Turbine ist.