EP1857636A1 - Schaufel einer Strömungsmaschine und Verfahren zur Anpassung der Steifigkeit von Schaufelblatt und Plattform - Google Patents

Schaufel einer Strömungsmaschine und Verfahren zur Anpassung der Steifigkeit von Schaufelblatt und Plattform Download PDF

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EP1857636A1
EP1857636A1 EP06010315A EP06010315A EP1857636A1 EP 1857636 A1 EP1857636 A1 EP 1857636A1 EP 06010315 A EP06010315 A EP 06010315A EP 06010315 A EP06010315 A EP 06010315A EP 1857636 A1 EP1857636 A1 EP 1857636A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
platform
recess
profile
airfoil
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06010315A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Michael Dr. Dankert
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 EP06010315A priority Critical patent/EP1857636A1/de
Publication of EP1857636A1 publication Critical patent/EP1857636A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01D5/12—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
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/80—Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • 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
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving 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
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the invention relates to a blade of a turbomachine with successively a platform and a blade.
  • the invention also relates to a method for adjusting the rigidity of the blade and platform of the blade of a turbomachine.
  • a flow medium is transported in a flow channel or energy is obtained from a flowing flow medium.
  • blades are arranged in the flow channel.
  • the vanes suitably direct the flow medium onto the blades, which are connected to a rotor and rotated so that kinetic energy of the flow medium is converted to rotational energy.
  • Such blades in turbomachines are often exposed to considerable mechanical stress.
  • high temperature and high speed such as in a gas turbine or a steam turbine
  • there is a high material stress of the blade material As a result, cracks may form in the blade material, which spread over time with continued stress.
  • the blade may fail, shattering the blade or breaking up debris.
  • this can lead to considerable damage. Cracking and crack propagation should therefore be monitored. Depending on the speed of the processes, this can lead to a significant reduction in the availability of the turbomachine, since Regular service intervals lead to downtime of the turbomachine.
  • the JP 10299408 shows a gas turbine blade in which elliptical holes are introduced in areas of high thermal stresses, which are intended to reduce crack propagation.
  • the bores are arranged in the transition region of the blade and the platform, wherein in the airfoil region the ellipse main axis is directed perpendicular to the blade axis. A corresponding orientation of the holes can be found at the trailing edge.
  • the EP1508399 shows a gas turbine blade in which approximately parallel to the blade leading edge and less than 50% of the chord length spaced from the blade leading edge, a slot formed through the blade through.
  • the mechanical relief is limited to the shovel and does not affect the platform.
  • the object of the invention is the disclosure of a blade of a turbomachine, which has a particularly high mechanical strength, in particular with regard to long-term effects.
  • Another object of the invention is to provide a method for producing a blade of a turbomachine, which has a particularly high mechanical strength, in particular with regard to long-term effects.
  • the object directed to a blade of a turbomachine is achieved by a blade of a turbomachine, comprising a blade platform and an airfoil, wherein depressions in the blade platform are formed such that the stiffness of the platform approximates the stiffness of the blade.
  • the invention is based on the recognition that the load capacity of the blade is improved by adapting the rigidity of the platform and blade.
  • An adaptation of the rigidity of a blade platform to an airfoil can be achieved by introducing a depression in the blade platform, whereby a lower, adapted to the sheet stiffness is specifically adjusted.
  • the invention is also based on the recognition that, despite the considerable mechanical stress of the blade platform, it is possible to introduce a depression into the platform without unduly reducing the mechanical strength of the blade.
  • the blade is subjected during operation of the turbomachine bends and vibrations.
  • the platform is very stiff in conventional designs. A sudden transition from a low to a high rigidity, especially at the particularly highly stressed transition from the blade to the platform, leads in prior art designs to increased material fatigue and the formation of cracks whose propagation can lead to failure of the blade. An indentation deliberately sets a lower rigidity of the platform. The stiffness of the platform is adapted to the rigidity of the blade and the highly stressed transition is relieved. Vibrations are increasingly absorbed by platform and blade together.
  • An indentation can also be applied later in a turbomachine that has already been put into operation a platform will be introduced. This opens up the possibility of retrofitting turbomachinery with improved blading.
  • the relief can also be achieved by a plurality of depressions, approximately in a row sequentially performed parallel to the blade profile.
  • an elongated depression In contrast to a large number of approximately circular depressions, an elongated depression according to the inventors has the advantage of having few edge zones, which can often be just sources of crack formation.
  • the dimensions of the recesses are 0.5 to 1.5 mm in width and 60 to 80% of the platform height in depth.
  • the depression profile is advantageously rounded to produce low-stress surfaces. An angular profile is more susceptible to cracking.
  • a recess in the platform has an elongated design, i. in particular, a depression is designed as a groove or groove. More preferably, it runs approximately parallel to the profile of the sheet either on the pressure side, or on the suction side or on both sides.
  • the recess extends over at least half of the profile of the airfoil.
  • Preferred dimensions extend on the pressure side, or the tension side or on both sides more depressions approximately parallel to each other, following in the direction of the profile of the sheet. In this way, in particular wells with a relatively small depth can lead to desired, relieving effect.
  • the recesses are less spaced from the airfoil than from the platform edge.
  • the depression in stress-relieved regions is more than 10% of the distance between the blade profile and the platform edge spaced from the blade profile, more preferably between 15% and 30%.
  • a recess preferably extends on the side of a blade platform facing the blade, or on the opposite side facing the blade root, or depressions extend on both sides.
  • the blade is a gas turbine blade.
  • a gas turbine there is a particularly high load on the blade.
  • the hot flue gas also causes particularly high corrosion and oxidation, which can additionally weaken the blade material and provide starting points for crack formation at the weakened points.
  • the gas turbine blade is preferably a blade.
  • the mechanical stresses are particularly high in blades due to the additionally occurring high centrifugal forces.
  • the turbine blade is a vane.
  • the first row of blades in a gas turbine is a row of blades and thermally stressed the highest, since here the hot gas generated in the combustion chamber with maximum temperature and maximum speed in the hot gas duct entry. This results in a particularly high load on these vanes.
  • a blade of a turbomachine comprising a blade platform and an airfoil, wherein depressions are formed in the blade platform, which are filled with a filling material.
  • the recesses for adjusting the rigidity of the blade and platform are thus not open, but filled with a filling material.
  • the stiffness adjustment function is nevertheless fulfilled, as stresses are dissipated by the filler material and the material transition.
  • the function of the crack propagation limitation at the recesses is also fulfilled, since in the transition region from the platform material to the filler grain boundaries extend transversely to the crack propagation direction, which cause an effective limitation of the crack propagation.
  • the filler material is a solder.
  • a suitable solder can be introduced into the depressions at comparatively low temperatures, so that no impairment of the platform material is to be feared by this process.
  • the task directed to a method is inventively achieved by a method for adjusting the rigidity of the blade and platform of a blade of a turbomachine, wherein depressions are introduced into the platform.
  • FIG. 1 shows a gas turbine 1.
  • the gas turbine 1 is directed along a turbine axis 10 and has a compressor 3, a combustion chamber 5 and a turbine part 7 successively along the turbine axis 10.
  • the compressor 3 and the turbine part 7 are arranged on a common turbine shaft 9.
  • a hot gas duct 12 is formed in the guide vanes 11 and blades 13, which are arranged on the turbine shaft 9, protrude into it.
  • ambient air is sucked in by the compressor 3 and compressed to compressor air 15.
  • the compressor air 15 is burned with fuel in the combustion chamber 5 to hot gas 17, which flows through the hot gas channel 2. It puts the turbine shaft 9 in motion via the effect on the rotor blades 13.
  • the rotational energy of the turbine shaft 9 can be used, for example, to generate electrical energy.
  • FIG. 2 shows a blade 22 with a blade platform 24 and the profile of the blade 23 at the blade-platform transition.
  • the airfoil 23 has a pressure side 25 and a suction side 26.
  • recesses 27 are introduced whose depths h amount to between 60 and 80% of the platform height H and whose widths b are between 0.5 and 1.5 mm.
  • the depressions 27 are arranged closer to the blade leaf 23 than to the platform edges 28.
  • One of the depressions is completely filled with a filling material 29, a solder.
  • Figure 3 shows an enlarged view of a cross section through the platform 24 at the location of a recess 27.
  • the recess is designed with a rounded profile.
  • FIG. 4 shows, analogously to FIG. 2, a blade platform 24.
  • the platform 24 does not have any continuous recesses 27, but rather rows of smaller recesses 27, which again follow the profile of the blade 23. With low strength reduction of the platform 24, the rigidity is sufficiently adjusted. The rounded profile allows precise and easy production.
  • FIG. 5 shows, analogously to FIG. 2, a blade platform 24 in which several recesses (27) following the profile of the blade (23) follow one another
  • Blades in turbomachinery are often exposed to considerable mechanical stress.
  • high temperature and high speed such as in a gas turbine or a steam turbine
  • the recesses 27 adjust the rigidity of the platform 24 to that of the airfoil 23, thereby limiting the formation and propagation of cracks which would propagate over time with continued stress, eventually leading to failure of the blade 22, in which shovel 22 would break or fragments would be leached out.
  • this could lead to considerable damage. Cracking and crack propagation should therefore be monitored. Depending on the speed of the processes, this can lead to a significant reduction in the availability of the turbomachine, since regular service intervals lead to downtimes of the turbomachine.
  • recesses 27 in the blade platform 24 the life and the load capacity of the blade 22 are increased, whereby longer operating times possible and fewer service intervals are needed.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaufel (22) einer Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbinenschaufel, bei der eine Vertiefung (27) in der Schaufelplattform (24) die Steifigkeit der Plattform (24) an die Steifigkeit des Schaufelblattes (23) anpasst und die Belastbarkeit der Schaufel (22) erhöht. Hierdurch wird eine höhere, servicefreie Betriebszeit für die Schaufel (22) erreicht. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, zur Anpassung der Steifigkeit von Schaufelblatt (23) und Plattform (24) der Schaufel (22) einer Strömungsmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schaufel einer Strömungsmaschine mit aufeinander folgend einer Plattform und einer Schaufel. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, zur Anpassung der Steifigkeit von Schaufelblatt und Plattform der Schaufel einer Strömungsmaschine.
  • In Strömungsmaschinen wird in einem Strömungskanal ein Strömungsmedium transportiert oder aus einem strömenden Strömungsmedium Energie gewonnen. Hierzu sind im Strömungskanal Schaufeln angeordnet. Zum Beispiel sind im Strömungskanal einer axialen Gasturbine in Strömungsrichtung aufeinander folgend abwechselnd aus Leitschaufeln gebildete Leitschaufelkränze und aus Laufschaufeln gebildete Laufschaufelkränze angeordnet. Die Leitschaufeln lenken in geeigneter Weise das Strömungsmedium auf die Laufschaufeln, die mit einem Rotor verbunden sind und in Rotation versetzt werden, so dass kinetische Energie des Strömungsmediums in Rotationsenergie umgewandelt wird.
  • Solche Schaufeln in Strömungsmaschinen sind häufig erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Gerade bei gleichzeitig hoher Temperatur und hoher Drehzahl, wie in einer Gasturbine oder eine Dampfturbine, kommt es zu einer hohen Materialbeanspruchung des Schaufelmaterials. Hierdurch können sich im Schaufelmaterial Risse bilden, die sich im Laufe der Zeit bei fortgesetzter Beanspruchung ausbreiten. Schließlich kann es zu einem Versagen der Schaufel kommen, wobei die Schaufel zerbricht oder Bruchstücke herausgelöst werden. Für in Strömungsrichtung nachfolgende Schaufeln kann dies zu erheblichen Beschädigungen führen. Eine Rissbildung und Rissausbreitung ist somit zu überwachen. Je nach Geschwindigkeit der Prozesse kann es hierdurch zu einer signifikanten Reduzierung der Verfügbarkeit der Strömungsmaschine kommen, da regelmäßige Serviceintervalle zu Ausfallzeiten der Strömungsmaschine führen.
  • Die JP 10299408 zeigt eine Gasturbinenschaufel, bei der in Bereichen hoher thermischer Spannungen elliptische Bohrungen eingebracht sind, die eine Rissausbreitung verringern sollen. Die Bohrungen sind im Übergangsbereich von Schaufelblatt und Plattform angeordnet, wobei im Schaufelblattbereich die Ellipsenhauptachse senkrecht zur Schaufelachse gerichtet ist. Eine entsprechende Ausrichtung der Bohrungen findet sich an der Hinterkante.
  • Steifigkeit und thermische Belastung der Plattform bleiben hierbei unberührt, eine Anpassung der Steifigkeiten von Blatt und Plattform findet nicht statt. Rissausbreitungen im Bereich der Plattform wird hierdurch nicht entgegengewirkt.
  • Die EP1508399 zeigt eine Gasturbinenschaufel, bei der etwa parallel zur Schaufelvorderkante und weniger als 50% der Profilsehnenlänge von der Schaufelvorderkante beabstandet ein Schlitz durch die Schaufel hindurch ausgebildet ist. Die Entlastung mechanische ist auf die Schaufel beschränkt und betrifft nicht die Plattform.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Schaufel einer Strömungsmaschine, die eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit, insbesondere hinsichtlich Langzeiteinwirkungen, aufweist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Herstellung einer Schaufel einer Strömungsmaschine, die eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit, insbesondere hinsichtlich Langzeiteinwirkungen, aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird die auf eine Schaufel einer Strömungsmaschine gerichtete Aufgabe gelöst durch eine Schaufel einer Strömungsmaschine, umfassend eine Schaufelplattform und ein Schaufelblatt, wobei Vertiefungen in der Schaufelplattform so ausgebildet sind, dass die Steifigkeit der Plattform der Steifigkeit des Blattes angenähert wird.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch eine Anpassung der Steifigkeit von Plattform und Blatt die Belastbarkeit der Schaufel verbessert wird. Eine Anpassung der Steifigkeit einer Schaufelplattform an ein Schaufelblatt kann durch Einbringen einer Vertiefung in die Schaufelplattform erreicht werden, wodurch gezielt eine geringere, an das Blatt angepasste, Steifigkeit eingestellt wird. Die Erfindung geht dabei auch von der Erkenntnis aus, dass es trotz der erheblichen mechanischen Beanspruchung der Schaufelplattform möglich ist, eine Vertiefung in die Plattform einzubringen, ohne dabei die mechanische Festigkeit der Schaufel unzulässig herabzusetzen.
  • Die Schaufel wird im Betrieb der Strömungsmaschine Biegungen und Schwingungen ausgesetzt. Die Plattform ist in konventionellen Ausführungen sehr steif ausgeführt. Ein sprunghafter Übergang von einer niedrigen zu einer hohen Steifigkeit gerade am besonders hoch beanspruchten Übergang vom Schaufelblatt zur Plattform führt in Ausführungen nach dem Stand der Technik zu verstärkter Materialermüdung und der Entstehung von Rissen, deren Ausbreitung zum Versagen der Schaufel führen kann. Durch eine Vertiefung wird gezielt eine geringere Steifigkeit der Plattform eingestellt. Die Steifigkeit der Plattform wird an die Steifigkeit des Schaufelblattes angepasst und der hoch beanspruchte Übergang wird entlastet. Schwingungen werden vermehrt von Plattform und Blatt gemeinsam aufgenommen.
  • Eine Plattform erfährt thermische Belastungen, weil Plattformober- und -unterseite verschiedenen Temperaturen ausgesetzt sind. Weniger Material und geeignete Oberflächenstrukturen verringern die durch thermische Einflüsse entstehende mechanische Belastung bei gleichzeitiger besserer Kühlbarkeit und verbessern die Flexibilität und Belastbarkeit.
  • Eine Vertiefung kann auch bei einer Strömungsmaschine, die schon einmal in Betrieb genommen worden ist, nachträglich in eine Plattform eingebracht werden. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, Strömungsmaschinen mit verbesserter Beschaufelung nachzurüsten.
  • Weitere Bohrungen können die Flexibilität erhöhen. Die Entlastung kann auch durch eine Vielzahl von Vertiefungen, etwa in einer Reihe aufeinander folgend parallel am Schaufelprofil ausgeführt, erreicht werden.
  • Gegenüber einer Vielzahl von etwa kreisrunden Vertiefungen weist eine längliche Vertiefung nach Erkenntnis der Erfinder den Vorteil auf, wenige Randzonen zu haben, die häufig gerade Quellen für eine Rissentstehung sein können.
  • Vorzugsweise betragen die Abmessungen der Vertiefungen 0,5 bis 1,5 mm in der Breite und 60 bis 80 % der Plattformhöhe in der Tiefe. Das Vertiefungsprofil ist vorteilhafterweise gerundet, um spannungsarme Oberflächen zu erzeugen. Ein eckiges Profil ist anfälliger für Rissentstehung.
  • Bevorzugtermaßen weist eine Vertiefung in der Plattform eine längliche Ausführung auf, d.h. insbesondere ist eine Vertiefung als Rille oder Nute ausgeführt. Weiter bevorzugt verläuft sie in etwa parallel zu dem Profil des Blattes entweder auf der Druckseite, oder auf der Saugseite oder auf beiden Seiten.
  • Vorzugsweise erstreckt sich die Vertiefung über mindestens die Hälfte des Profils des Schaufelblatts.
  • Bevorzugtermaßen erstrecken sich auf der Druckseite, oder der Zugseite oder auf beiden Seiten mehrere Vertiefungen etwa parallel nebeneinander, in der Richtung dem Profil des Blattes folgend. Hierdurch können insbesondere auch Vertiefungen mit einer relativ geringen Tiefe zu gewünschten, entlastenden Effekt führen.
  • Vorzugsweise sind die Vertiefungen vom Schaufelblatt weniger beabstandet als von der Plattformkante. Bevorzugtermaßen liegt die Vertiefung in spannungsarmen Regionen mehr als 10% des Abstandes zwischen Schaufelprofil und Plattformkante vom Schaufelprofil beabstandet, weiter bevorzugt zwischen 15% und 30%. Das gezielte Einbringen einer Vertiefung in spannungsarme Regionen einer Plattform reduziert die Belastbarkeit der Schaufelplattform keineswegs. Sie führt vielmehr zu einer verbesserten Schwingungsaufnahmefähigkeit der Schaufelplattform infolge einer homogeneren Steifigkeit und verbessert somit die Belastbarkeit.
  • Bevorzugtermaßen erstreckt sich eine Vertiefung auf der der Schaufel zugewandten Seite einer Schaufelplattform, oder auf der gegenüberliegenden, dem Schaufelfuß zugewandten Seite, oder Vertiefungen erstrecken sich auf beiden Seiten.
  • Vorzugsweise ist die Schaufel eine Gasturbinenschaufel. In einer Gasturbine kommt es zu einer besonders hohen Beanspruchung der Schaufel. Neben einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gasmediums im Heißgaskanal der Gasturbine treten auch besonders hohe Temperaturen auf, die die Festigkeit der Schaufelmaterialien herabsetzen. Weiterhin kommt es in einer Gasturbine durch das heiße Rauchgas auch zu einer besonders hohen Korrosion und Oxidation, welche zusätzlich das Schaufelmaterial schwächen kann und an den geschwächten Stellen Ausgangspunkte für Rissbildungen liefert.
  • Die Gasturbinenschaufel ist vorzugsweise eine Laufschaufel. Die mechanischen Beanspruchungen sind bei Laufschaufeln aufgrund der zusätzlich auftretenden hohen Fliehkräfte besonders hoch.
  • Bevorzugtermaßen ist die Turbinenschaufel eine Leitschaufel. Gerade die erste Reihe von Schaufeln in einer Gasturbine ist eine Leitschaufelreihe und thermisch am höchsten beansprucht, da hier das in der Brennkammer erzeugte Heißgas mit maximaler Temperatur und größter Geschwindigkeit in den Heißgaskanal eintritt. Hieraus folgt eine besonders hohe Belastung dieser Leitschaufeln.
  • Die auf die Schaufel einer Strömungsmaschine gerichtete Aufgabe wird auch gelöst durch eine Schaufel einer Strömungsmaschine, umfassend eine Schaufelplattform und ein Schaufelblatt, wobei Vertiefungen in der Schaufelplattform ausgebildet sind, die mit einem Füllmaterial gefüllt sind.
  • Die Vertiefungen zur Anpassung der Steifigkeit von Schaufelblatt und Plattform sind somit nicht offen, sondern mit einem Füllmaterial gefüllt. Die Funktion der Anpassung der Steifigkeit wird gleichwohl erfüllt, da Spannungen durch das Füllmaterial und den Materialübergang abgebaut werden. Die Funktion der Rissausbreitungsbegrenzung an den Vertiefungen wird ebenfalls erfüllt, da im Übergangsbereich vom Plattformmaterial zum Füllmaterial Korngrenzen quer zur Rissausbreitungsrichtung verlaufen, die eine effektive Begrenzung der Rissausbreitung bewirken.
  • Bevorzugt ist das Füllmaterial ein Lot. Ein geeignetes Lot kann bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen in die Vertiefungen eingebracht werden, so dass durch diesen Vorgang keine Beeinträchtigung des Plattformmaterials zu befürchten ist.
  • Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfinderungemäß gelöst durch ein Verfahren zur Anpassung der Steifigkeit von Schaufelblatt und Plattform einer Schaufel einer Strömungsmaschine, wobei Vertiefungen in die Plattform eingebracht werden.
  • Die Vorteile dieses Verfahrens entsprechen den obigen Ausführungen zu den Vorteilen der Schaufel für eine Strömungsmaschine. Vorzugsweise werden nach dem Einbringen der Vertiefungen diese durch ein Füllmaterial, insbesondere eine Lot, wieder gefüllt. Die Vertiefungen können durch einen Laserstrahl, durch Fräßen oder durch Einerodieren gebildet sein. Insbesondere können die Vertiefungen gegossen sein. Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und nicht maßstäblich:
    • FIG 1
    eine Gasturbine
    FIG 2
    eine Schaufelplattform mit länglicher Vertiefung über mehr als die Hälfte des Profils des Schaufelblatts
    FIG 3
    einen Schnitt durch eine Schaufelplattform
    FIG 4
    eine Schaufelplattform mit unterbrochenen Vertiefungen
    FIG 5
    eine Schaufelplattform mit mehreren nebeneinander laufenden Vertiefungen
  • Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
  • Figur 1 zeigt eine Gasturbine 1. Die Gasturbine 1 ist entlang einer Turbinenachse 10 gerichtet und weist entlang der Turbinenachse 10 aufeinander folgend einen Verdichter 3, eine Brennkammer 5 und ein Turbinenteil 7 auf. Der Verdichter 3 und das Turbinenteil 7 sind auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 9 angeordnet. Im Turbinenteil 7 ist ein Heißgaskanal 12 gebildet, in den Leitschaufeln 11 und Laufschaufeln 13, die auf der Turbinenwelle 9 angeordnet sind, hinein ragen.
  • Im Betrieb der Gasturbine 1 wird vom Verdichter 3 Umgebungsluft angesaugt und zu Verdichterluft 15 komprimiert. Die Verdichterluft 15 wird mit Brennstoff in der Brennkammer 5 zu Heißgas 17 verbrannt, welches durch den Heißgaskanal 2 strömt. Dabei versetzt es über die Wirkung auf die Laufschaufeln 13 die Turbinenwelle 9 in Bewegung. Die Rotationsenergie der Turbinenwelle 9 kann z.B. zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden.
  • Figur 2 zeigt eine Schaufel 22 mit einer Schaufelplattform 24 sowie dem Profil des Schaufelblatts 23 am Schaufelblatt-Plattform-Übergang. Das Schaufelblatt 23 weist eine Druckseite 25 und eine Saugseite 26 auf. Dem Profil des Schaufelblatts 23 folgend sind Vertiefungen 27 eingebracht, deren Tiefen h zwischen 60 und 80 % der Plattformhöhe H betragen und deren Breiten b zwischen 0,5 und 1,5 mm liegen. Die Vertiefungen 27 sind dichter am Schaufelblatt 23 als an den Plattformkanten 28 angeordnet. Eine der Vertiefungen ist mit einem Füllmaterial 29, einem Lot, vollständig ausgefüllt.
  • Figur 3 zeigt vergrößert dargestellt einen Querschnitt durch die Plattform 24 am Ort einer Vertiefung 27. Die Vertiefung ist mit einem gerundeten Profil ausgeführt.
  • Figur 4 zeigt analog zu Figur 2 eine Schaufelplattform 24. Die Plattform 24 weist keine durchgehenden Vertiefungen 27 auf, sondern Reihen kleinerer Vertiefungen 27, die aber auch wieder dem Profil des Schaufelblatts 23 folgen. Bei geringer Festigkeitsherabsetzung der Plattform 24 wird die Steifigkeit ausreichend angepasst.
    Das gerundete Profil erlaubt eine präzise und einfache Fertigung.
  • Figur 5 zeigt analog zu Figur 2 eine Schaufelplattform 24 bei der sich mehrere Vertiefungen (27), dem Profil des Schaufelblattes (23) folgend, aneinanderreihen
  • Schaufeln in Strömungsmaschinen sind häufig erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Gerade bei gleichzeitig hoher Temperatur und hoher Drehzahl, wie in einer Gasturbine oder eine Dampfturbine, kommt es zu einer hohen Materialbeanspruchung des Schaufelmaterials. Durch die Vertiefungen 27 wird die Steifigkeit der Plattform 24 an die des Schaufelblattes 23 angepasst, wodurch die Entstehung und Ausbreitung von Rissen begrenzt wird, die sich im Laufe der Zeit bei fortgesetzter Beanspruchung ausbreiten würden, was schließlich zu einem Versagen der Schaufel 22 führen könnte, wobei die Schaufel 22 zerbräche oder Bruchstücke herausgelöst würden. Für in Strömungsrichtung nachfolgende Schaufeln könnte dies zu erheblichen Beschädigungen führen. Eine Rissbildung und Rissausbreitung ist somit zu überwachen. Je nach Geschwindigkeit der Prozesse kann es hierdurch zu einer signifikanten Reduzierung der Verfügbarkeit der Strömungsmaschine kommen, da regelmäßige Serviceintervalle zu Ausfallzeiten der Strömungsmaschine führen. Durch das Einbringen von Vertiefungen 27 in die Schaufelplattform 24 werden die Lebensdauer und die Belastbarkeit der Schaufel 22 erhöht, wodurch längere Betriebszeiten möglich und weniger Serviceintervalle nötig sind.

Claims (25)

  1. Schaufel (22) einer Strömungsmaschine, umfassend ein Schaufelblatt (23) und eine Plattform (24) mit einer Plattformhöhe (H), dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform eine Vertiefung (27) der Tiefe (h) und Breite (b), zur Anpassung der Steifigkeit der Plattform (24) an die Steifigkeit des hohlen Schaufelblattes (23), aufweist.
  2. Schaufel (22) nach Anspruch 1, bei der die Tiefe h zwischen dem 0,6-fachen von H und dem 0,8-fachen von H liegt.
  3. Schaufel (22) nach den vorhergehenden Ansprüchen, bei der die Breite b der Vertiefung zwischen 0,5 und 1,5 mm liegt.
  4. a) Schaufel (22) nach Anspruch 3, mit einer Druckseite (25) und einer Saugseite (26), wobei sich die Vertiefung (27) auf der Druckseite (25) befindet.
    b) Schaufel (22) nach Anspruch 3, mit einer Druckseite (25) und einer Saugseite (26), wobei sich die Vertiefung (27) auf der Saugseite (26) befindet.
    c) Schaufel (22) nach Anspruch 3, mit einer Druckseite (25) und einer Saugseite (26), wobei sich die Vertiefung (27) auf der Druckseite (25) und auf der Saugseite (26) befindet.
  5. Schaufel (22) nach den vorhergehenden Ansprüchen, bei der die Vertiefungen (27) eine längliche Ausdehnung aufweisen.
  6. Schaufel (22) nach Anspruch 5, wobei die Vertiefung (27) als Rille oder Nute ausgeführt ist.
  7. Schaufel (22) nach Anspruch 6, bei der das Vertiefungsprofil gerundet ist.
  8. Schaufel (22) nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Vertiefung (27) dem Profil des Schaufelblattes (23) folgt.
  9. Schaufel (22) nach Anspruch 8, bei der sich die Vertiefung (27) entlang mindestens der Hälfte des Profils des Schaufelblattes (23) erstreckt.
  10. Schaufel (22) nach Anspruch 8, bei der sich mehrere Vertiefungen (27), dem Profil des Schaufelblattes (23) folgend, aneinanderreihen.
  11. Schaufel (22) nach den vorhergehenden Ansprüchen, bei der etwa parallel sich mehrere Vertiefungen nebeneinander, dem Profil des Schaufelblattes (23) folgend, erstrecken.
  12. Schaufel (22) nach den vorhergehenden Ansprüchen, bei der jeder Punkt der Vertiefung (27) einen Abstand p vom Profil und q von der Plattformkante (28) aufweist, wobei p kleiner ist als q.
  13. Schaufel (22) nach den vorhergehenden Ansprüchen, bei der die Vertiefung über10% des Abstandes zwischen Schaufelprofil und Plattformkante vom Schaufelprofil beabstandet ist.
  14. Schaufel (22) nach Anspruch 13, bei der die Vertiefung zwischen 15% und 30% des Abstandes zwischen Schaufelprofil und Plattformkante vom Schaufelprofil beabstandet ist.
  15. Schaufel (22) nach einem dem Ansprüche 13 oder 14, die als Gasturbinenschaufel ausgebildet ist.
  16. Schaufel (22) nach Anspruch 15, die als Laufschaufel ausgebildet ist.
  17. Schaufel (22) nach Anspruch 15, ausgebildet als Leitschaufel.
  18. Schaufel (22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung mit einem Füllmaterial (29) gefüllt ist.
  19. Schaufel (22) nach Anspruch 13 oder 14, bei der das Füllmaterial (29) ein Lot ist.
  20. Schaufel (22) einer Strömungsmaschine, umfassend ein Schaufelblatt (23) und eine Plattform (24) mit einer Plattformhöhe H, gekennzeichnet dadurch, dass die Plattform eine Vertiefung (27) der Tiefe h und Breite b, zur Anpassung der Steifigkeit der Plattform (24) an die Steifigkeit des hohlen Schaufelblattes (23), aufweist, bei der die Vertiefung mit einem Füllmaterial gefüllt ist.
  21. Schaufel (22) nach Anspruch 20, bei der das Füllmaterial (29) ein Lot ist.
  22. Verfahren zur Herstellung einer Schaufel (22) einer Strömungsmaschine, wobei die Schaufel (22) ein Schaufelblatt (23) und eine Plattform (24) aufweist, bei dem in die Plattform (24) eine Vertiefung (27) so eingebracht wird, dass die Steifigkeit der Plattform (24) an die Steifigkeit des hohlen Schaufelblattes (23) angepasst wird.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem eine Vertiefung durch Fräßen, Einerodieren oder Bearbeitung mit einem Laser eingebracht wird.
  24. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem die Vertiefung bereits beim Gießen der Plattform ausgeführt wird.
  25. Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem die Vertiefung (27) durch ein Füllmaterial (29) wieder gefüllt wird.
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