EP2807342A1 - Modular turbine blade having a platform - Google Patents

Modular turbine blade having a platform

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Publication number
EP2807342A1
EP2807342A1 EP13713848.3A EP13713848A EP2807342A1 EP 2807342 A1 EP2807342 A1 EP 2807342A1 EP 13713848 A EP13713848 A EP 13713848A EP 2807342 A1 EP2807342 A1 EP 2807342A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
platform
turbine blade
blade
elements
extension
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13713848.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Nihal Kurt
Hans-Thomas Bolms
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 EP13713848.3A priority Critical patent/EP2807342A1/en
Publication of EP2807342A1 publication Critical patent/EP2807342A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • 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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • 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
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/80—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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades

Definitions

  • the invention relates to a turbine blade with a platform and an airfoil, which follow one another directly along a longitudinal axis of the turbine blade.
  • Turbine blades and methods of making turbine blades are known in a variety of ways from the extensive prior art.
  • turbine blades for gas turbines are often produced in a casting process.
  • the blade root, platform and blade are formed from the casting material at the same time, so that such turbine blades are in one piece.
  • the surfaces exposed to the hot gas of the turbine are provided with a corrosion protection layer and a thermal protection layer in order to increase the service life of the turbine blade.
  • the cast turbine blades are usually also hollow, so that a means for cooling the blade material can flow inside.
  • Turbine blades of steam engines are mostly milled from solid or forged.
  • the turbine blades used in stationary turbomachinery are subject to a variety of stresses during operation of the turbomachinery which cause the turbine blades to age and wear down in both predictable and unpredictable ways.
  • modular turbine blades are known from the prior art, in which the blade and the platform are separately produced components that are assembled to form a turbine blade with the aid of a wide variety of designs or joining connections.
  • the object of the invention is to provide a modular turbine blade which is constructed and assembled in a particularly simple yet highly reliable manner. The task directed to the turbine blade is achieved with such according to the features of claim 1.
  • the turbine blade comprises at least one platform and an airfoil, which follow one another along a longitudinal axis of the turbine blade, corresponding to the radial direction of a turbomachine, wherein the airfoil has an extension in the longitudinal direction and the platform - in relation to the longitudinal axis - an outer platform part and at least two-part inner platform part, wherein the inner platform part on the extension of the airfoil laterally abuts and the outer platform part is formed as a the outer edge of the inner platform part encompassing endless platform frame.
  • the main components of the inner platform part are here each referred to as a platform element.
  • the invention is based on the finding that separately produced platform elements of a turbine blade can be fastened in a particularly simple manner to a separately produced airfoil, if they are laterally applied to an end extension of the airfoil, a so-called extension, and the two platform elements Help a clip to be pressed against the extension of the airfoil.
  • a first platform element can be arranged on the suction side and a second platform element on the pressure side.
  • the clip is designed as an endlessly circulating platform frame.
  • Shape of the platform frame this can cling in the shrink fit, the platform elements, so that a further backup of the platform frame against any loss is no longer mandatory.
  • the extension of the airfoil is set back over a step with respect to the pressure-side and suction-side airfoil surfaces, so that one with respect to the longitudinal axis of the Turbine blade parallel displacement of the adjacent to the stage platform elements is not possible.
  • the platform frame may have different shapes in cross section. Preferably, however, such forms, which bring about a positive connection with the edge of the inner platform part.
  • the cross-sectional shape may be diamond-shaped or C-shaped.
  • the edge of the inner platform part is always designed corresponding to the cross-sectional shape.
  • a particular advantage of the turbine blade according to the invention is that, in particular, two different materials can also be used for the platform elements, the airfoil and for the platform frame. Thus, in addition to the different local loads consideration be taken, which possibly leads to an extended life of the turbine blade.
  • a further advantage of the turbine blade according to the invention is the higher precision with regard to the external dimensions of the platform, since these can be produced more easily when producing the platform frame than when casting a purely monolithic turbine blade.
  • the platform frame is designed as an endless frame, it is preferable to shrink the platform frame to the surrounding edge of the inner platform part. Prior to shrinking, the platform frame may be heated and / or the platform elements may be cooled. After assembly of platform frame and platform elements and a subsequent temperature adjustment, the platform frame then sits firmly against the peripheral edge of the inner platform part. Also soldering and welding - at points as well as along the connecting line from the edge of the inner platform part and platform frame - are possible.
  • the special feature of the proposed turbine blade is that the platform elements are applied to the extension by means of a movement perpendicular to the longitudinal axis and its securing element against a return movement in the form of the platform frame with a movement transverse thereto - ie parallel to the longitudinal axis - the platform elements is slipped over. Thereafter, only to ensure that only the platform frame is secured against loosening. A displacement of the platform comprising the platform elements and the platform frame parallel to the longitudinal axis is also blocked due to the step between the actual airfoil and the extension and the collar on the extension.
  • the inner platform part comprises two
  • Platform elements but it can also be provided more platform elements.
  • the construction according to the invention allows the use of different materials for the different components of the turbine blade.
  • the airfoil and the platform elements may be made of different materials, which are tuned to the respective local requirements and loads, as described in the introduction.
  • the platform frame can be made of a material most suitable for its purpose.
  • different alloys and cast materials can be used within a turbine blade.
  • the turbine blade can be equipped both at its first blade-end and at a second end opposite the first end a previously described platform with an inner platform part with a plurality of platform elements and an outer platform part formed from a platform frame. In this case, the blade at both ends each have a projection described above.
  • the plurality of platform elements can be coupled together with one another and / or a platform element, a plurality of platform elements or all platform elements with the airfoil via bolts.
  • both platform elements may have mutually opposite, aligned bores in which a bolt is inserted. This improves the mechanical coupling between the two platform elements and increases the strength of the turbine blade assembled from individual components.
  • the platform elements can have parallel to the longitudinal axis extending through holes and / or blind holes, in which bolts are used, which also sit in extending through the collar of the extension openings.
  • Such a bolting extension of the blade with the platform elements prevents the release of the platform elements from the blade even without the presence of the platform frame. In addition to facilitating assembly, this measure increases the strength of the turbine blade and the reliability of the turbine blade in the unlikely event that the platform frame on or even tears.
  • the inner platform part and the outer platform part be coupled via a tongue and groove connection.
  • the platform frame is flat against the inner platform part, wherein the contact surface at least partially with the longitudinal axis forms an angle which is greater than 0 ° and smaller than 90 °.
  • Such an arrangement prevents at least in one direction a parallel displacement of the platform frame along the longitudinal axis, which is particularly advantageous when using the invention on turbine blades.
  • the centrifugal force acting on the platform frame during operation of the turbomachine is also transferred into the inner platform part by positive locking due to the contact surface inclined with respect to the longitudinal axis.
  • the angle is a size between 15 ° and 35 °, for example, the angle is 20 °.
  • the platform frame on at least one laterally outwardly facing surface on a slot for receiving a sealing element.
  • the turbine blade can be designed both as Leitschaufei or as a rotor blade.
  • FIG. 1 shows a turbine blade in a kind of exploded illustration comprising an airfoil with an extension, a two-part inner platform part and an outer platform part, FIG. 2 in cross section the turbine blade according to FIG. 1 in the assembled state, FIG.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the plan view of the turbine blade from FIG. 2 and FIG
  • FIG. 4 shows the turbine blade from FIG. 1 with a modular platform arranged on the head side.
  • FIG 1 a part of a turbine blade 10 is shown in the manner of an exploded view.
  • the turbine blade 10 has a modular design and, according to this exemplary embodiment, thus comprises, as separately produced components, an airfoil 12, two platform elements 14, 16 and a platform frame 18 and a plurality of these interconnecting Bolt 20. Furthermore, the turbine blade 10 comprises a virtual longitudinal axis 11.
  • the airfoil 12 is aerodynamically curved and has a known manner on a pressure side 22 and a suction side 24.
  • the pressure side 22 and the suction side 24 connect at a leading edge 23 and at a trailing edge 25.
  • a working medium flows from the leading edge 23 to the trailing edge 25.
  • an extension 26 is provided, which is integrally formed with the profile of the airfoil 12. Laterally, the extension 26 is curved in an analogous manner to the pressure side 22 and the suction side 24 aerodynamically. However, the extension 26 is formed substantially smaller by its profile dimensions than the profile of the blade 12 predetermined by the blade walls 22, 24, so that the extension connects to the blade 12 via a step 28.
  • the extension 26 comprises at its free end 30 a collar 32. This collar 32 extends transversely to the longitudinal axis 11 and along the entire circulation of the profile, whereby it forms a peripheral groove 34 with the step 28. In the illustrated embodiment are in the collar 32 of the
  • the platform elements 14, 16 have a platform material thickness which essentially corresponds to the width of the groove 34.
  • the platform elements 14, 16 have upstream of the front edge 23 and downstream of the trailing edge 25 in each case one or more blind holes 38, in which bolts 20 are partially inserted.
  • the orientation of the blind holes 38 is on the one hand perpendicular to the longitudinal axis 11 and on the other hand as chooses that with two bolts inserted, the two platform elements 14, 16 can be pushed towards each other until both platform elements 14, 16 rest in the groove 34 sitting on the extension 26.
  • the platform elements 14, 16 on their side facing away from the working medium, below
  • Rear side 40 blind holes 42, which, after the platform elements 14, 16 sit in the groove 34, with the respective through holes 36 of the collar 32 are aligned. Sonach pin-like bolts can be inserted into the aligned holes 36, 42, whereby the platform elements 14, 16 are for the first time firmly connected to the blade 12.
  • the platform frame 18 is displaced parallel to the longitudinal axis 11 of the turbine blade 10, until it clasps the two platform elements 14, 16.
  • a shrink fit of the platform frame 18 is preferred.
  • the two platform elements 14, 16 on the one hand pressed firmly against each other and on the other pressed into the groove 34, so that they are due to the then resulting
  • Form fit can no longer move along the longitudinal axis 11.
  • the two platform elements 14, 16 then form an inner platform part 13 of the turbine blade 10 and the platform frame 18 an outer platform part 15 of the turbine blade 10.
  • Inner platform part 13 and outer platform part 15 form the platform 17 (FIG. 2).
  • FIG. 46 of the platform frame 18 may be formed in each case a tongue and groove connection.
  • an associated spring 48 is shown on an inner side of the longitudinal strut 46 and on the longitudinal edge of the platform member 14 an associated groove 50.
  • each a tongue and groove connection can be provided on the rear side 40 of the platform elements 14, 16 one or more entanglements 52 are provided on both the inflow and outflow sides in order to insert the turbine blade 10 into a turbine guide vane carrier and to fasten it thereto. Accordingly, the turbine blade 10 shown in FIG 1 is formed as a guide vane.
  • the means for attachment of the turbine blade 10 are preferably monolithically formed on the extension 26, so that the means referred to as blade root is then integrally connected to the extension 26 and the blade 12.
  • a circumferential groove 34 for the platform elements 14, 16 is also provided in the rotor blade.
  • FIG. 2 shows schematically a partial perspective sectional view of the turbine blade 10 according to FIG. 1 in the assembled final state.
  • the holes arranged in the collar 32 nor the bolts seated therein are shown.
  • the division of the inner platform part 13 into the pressure-side platform element 14 and the suction-side platform element 16 according to the perspective view in FIG. 3 can be seen.
  • the platform 17, which is located radially on the outside and thus on the blade side 12 in its operating position within an axial turbomachine, is designed according to the invention.
  • FIG 4 shows the turbine blade 10 with its head-side end 55, which may have a modular platform 17 comprising two platform elements 14, 16 and the platform frame 18 in an analogous manner to the foot end.
  • the head-side end 55 differs from the foot-side end only with respect to the work medium side facing away from the platform 17.
  • Turbinenleitschaufein 10 which are used in stationary gas turbines
  • at the head end 55 so-called U-rings mounted, which in a ring arranged guide vanes coupling head side and connect.
  • a slot 54 is shown on a side outwardly facing surface 53 of the platform frame 18. The slot 54 serves to receive sheet-shaped sealing elements, which may be provided between adjacent guide vanes for sealing the gap existing between them.
  • the invention relates to a turbine blade 10 comprising an airfoil 12 and a modular platform 17, which follow one another along a longitudinal axis 11 of the turbine blade 10.
  • a modular turbine blade 10 which on the one hand is particularly simple and simple in construction and on the other hand ensures a particularly reliable, long-lasting and permanent connection of the individual components, it is proposed that the blade 12 have an extension 26 and the platform 17 an outer platform part 15 and an at least two-part - in relation to the longitudinal axis 11 - inner ner platform part 13 which abut the extension 26 of the blade 12 laterally and wherein the outer platform part 15 as a the outer edge of the inner platform part 13 encompassing endless platform frame 18 is formed.

Abstract

The invention relates to a turbine blade (10) comprising a blade (12) and a modular platform (13) which follow one another along a longitudinal axis (11) of the turbine blade (10). According to the invention, in order to provide a modular turbine blade (10) that has an especially plain and simple design and that ensures an especially reliable, long-lasting, durable connection of the individual components among each other, the blade (12) has an extension (26) and the platform (17) comprises an outer platform part (15) and an at least two-part inner platform part (13) which is radial in relation to the longitudinal axis (11) and which lie laterally against the extension (26) of the blade (12), and the outer platform part (15) is designed as an endless platform frame (18) that surrounds the outer edge of the inner platform part (13).

Description

Beschreibung description
MODULARE TURBINENSCHAUFEL MIT PLATTFORM MODULAR TURBINE BUCKET WITH PLATFORM
Die Erfindung betrifft eine Turbinenschaufel mit einer Plattform und einem Schaufelblatt, welche entlang einer Längsachse der Turbinenschaufel unmittelbar aufeinander folgen. Turbinenschaufeln und Verfahren zum Herstellen von Turbinenschaufel sind aus dem umfangreich vorhandenen Stand der Technik in vielfältiger Art und Weise bekannt. Beispielsweise werden Turbinenschaufeln für Gasturbinen häufig in einem Gießverfahren hergestellt. Beim Gießen werden gleichzeitig Schaufelfuß, Plattform und Schaufelblatt aus dem Gießmaterial geformt, so dass derartige Turbinenschaufeln einstückig sind. Anschließend werden die dem Heißgas der Turbine ausgesetzten Flächen noch mit einer Korrosionsschutzschicht und einer Wärmeschutzschicht versehen, um die Lebensdauer der Turbinen- schaufei zu erhöhen. Die gegossenen Turbinenschaufeln sind zumeist auch hohl ausgebildet, damit im Inneren ein Mittel zur Kühlung des Schaufelmaterials strömen kann. Turbinenschaufeln von Dampfmaschinen werden zumeist aus dem Vollen gefräst oder sind geschmiedet. The invention relates to a turbine blade with a platform and an airfoil, which follow one another directly along a longitudinal axis of the turbine blade. Turbine blades and methods of making turbine blades are known in a variety of ways from the extensive prior art. For example, turbine blades for gas turbines are often produced in a casting process. During casting, the blade root, platform and blade are formed from the casting material at the same time, so that such turbine blades are in one piece. Subsequently, the surfaces exposed to the hot gas of the turbine are provided with a corrosion protection layer and a thermal protection layer in order to increase the service life of the turbine blade. The cast turbine blades are usually also hollow, so that a means for cooling the blade material can flow inside. Turbine blades of steam engines are mostly milled from solid or forged.
Die in stationären Turbomaschinen eingesetzten Turbinenschaufeln unterliegen beim Betrieb der Turbomaschine einer Vielzahl von Belastungen, die die Turbinenschaufeln sowohl in vorhersehbarer als auch in nicht vorhersehbarer Art und Weise altern und abnutzen lassen. The turbine blades used in stationary turbomachinery are subject to a variety of stresses during operation of the turbomachinery which cause the turbine blades to age and wear down in both predictable and unpredictable ways.
Im Detail treten sowohl niederzyklische als auch höherzyklische Ermüdungsbelastungen sowie auch thermo-mechanische Belastungen auf. Auch sind Turbinenschaufeln vor Oxidation und vor Kriechen zu schützen. Die vorgenannten Belastungen betreffen insbesondere die dem Heißgas oder Heißdampf unmittelbar ausgesetzten Oberflächen und Bestandteile der Turbinenschaufeln. Befestigungsseitig sind Turbinenschaufeln zudem noch sogenannten "Auflagerbelastungen" und "Reibbelastungen" ausgesetzt. Im Lichte dieser unterschiedlichen Belastungen und Anforderungen muss das Material von einstückigen Turbinenschaufeln so gewählt sein, dass nach Möglichkeit eine Vielzahl, wenn nicht sogar alle Belastungen vom Material aufgenommen werden, ohne dass eine vorzeitige Alterung oder ein vorzeitiges Lebensdauerende der Turbinenschaufel erreicht wird. Hinsichtlich der thermischen Belastung und hinsichtlich der Korrosionsbelastung ist es beispielsweise bekannt, Turbi- nenschaufeln von Gasturbinen mit einem Schichtsystem auszustatten, welches deren Material sowohl vor Korrosion als auch vor einem überhöhten Wärmeeintrag schützt. In detail, both low-cycle and higher-cyclic fatigue loads as well as thermo-mechanical loads occur. Also, turbine blades are to be protected from oxidation and creep. The above-mentioned loads relate in particular to the surfaces and components of the turbine blades which are directly exposed to the hot gas or superheated steam. Fastening side are turbine blades also still exposed to so-called "Auflagerbelastungen" and "friction loads". In the light of these varying loads and requirements, the material of integral turbine blades must be selected so that, if possible, a large number, if not all, loads are absorbed by the material without premature aging or premature end-of-life of the turbine blade being achieved. With regard to the thermal load and with regard to the corrosion load, it is known, for example, to provide turbine blades of gas turbines with a layer system which protects their material against corrosion as well as against excessive heat input.
Dennoch können in verschiedenen Bereichen der Turbinenschau- fei Verschleißerscheinungen wie Risse auftreten, die den Betrieb der Turbomaschine gefährden. Aus diesem Grund ist es bekannt, Turbinenschaufeln nach einer vorbestimmten Einsatz - zeit auf derartige Defekte hin zu überprüfen und bei Vorliegen eines derartigen Befundes die betroffenen Turbinenschau- fein auszutauschen oder wieder aufzubereiten. Nevertheless, in various areas of the turbine window wear phenomena such as cracks can occur, which jeopardize the operation of the turbomachine. For this reason, it is known to check turbine blades for such defects after a predetermined period of use and to finely exchange or reprocess the affected turbine blades in the presence of such a finding.
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik modulare Turbinenschaufeln bekannt, bei denen Schaufelblatt und Plattform separat hergestellte Bauteile sind, die mit Hilfe unter- schiedlichster Konstruktionen oder Fügeverbindungen zu einer Turbinenschaufel zusammengesetzt sind. Furthermore, modular turbine blades are known from the prior art, in which the blade and the platform are separately produced components that are assembled to form a turbine blade with the aid of a wide variety of designs or joining connections.
Deren Nachteile können beispielsweise in einer im Vergleich zu einer monolithischen Turbinenschaufel kurzen Lebensdauer liegen, welche aufgrund von nur bedingt zuverlässigen Konstruktionen bzw. Verbindungen der einzelnen Bestandteile auftreten. Ebenso sind modulare Turbinenschaufeln häufig in der Konstruktion und Fertigung sehr aufwändig. Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer modularen Turbinenschaufel, welche in einer besonders einfachen und dennoch äußerst zuverlässigen Art und Weise konstruiert und zusammengefügt ist. Die auf die Turbinenschaufel gerichtete Aufgabe wird mit einer solchen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Erfindungsgemäß umfasst die Turbinenschaufel zumindest eine Plattform und ein Schaufelblatt, welche entlang einer Längsachse der Turbinenschaufel - entsprechend der Radialrichtung einer Turbomaschine - unmittelbar aufeinanderfolgen, wobei das Schaufelblatt in Längsrichtung einen Fortsatz und die Plattform - in radialem Bezug auf die Längsachse - ein äußeres Plattformteil und ein zumindest zweiteiliges inneres Plattformteil umfasst, wobei das innere Plattformteil an dem Fortsatz des Schaufelblatts seitlich anliegt und das äußere Plattformteil als ein den äußeren Rand des inneren Plattform- teils umgreifender endloser Plattformrahmen ausgebildet ist. Die Hauptbestandteile des inneren Plattformteils sind hier jeweils als Plattformelement bezeichnet. Their disadvantages may be, for example, in a short compared to a monolithic turbine blade life, which occur due to only partially reliable constructions or compounds of the individual components. Likewise, modular turbine blades are often very expensive to construct and manufacture. The object of the invention is to provide a modular turbine blade which is constructed and assembled in a particularly simple yet highly reliable manner. The task directed to the turbine blade is achieved with such according to the features of claim 1. According to the invention, the turbine blade comprises at least one platform and an airfoil, which follow one another along a longitudinal axis of the turbine blade, corresponding to the radial direction of a turbomachine, wherein the airfoil has an extension in the longitudinal direction and the platform - in relation to the longitudinal axis - an outer platform part and at least two-part inner platform part, wherein the inner platform part on the extension of the airfoil laterally abuts and the outer platform part is formed as a the outer edge of the inner platform part encompassing endless platform frame. The main components of the inner platform part are here each referred to as a platform element.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass separat hergestellte Plattformelemente einer Turbinenschaufel in besonders einfacher Art und Weise an einem separat hergestellten Schaufelblatt befestigt werden können, wenn diese seitlich an einer endseitigen Verlängerung des Schaufelblatts, einem sogenannten Fortsatz, angelegt werden und die beiden Plattformelemente mit Hilfe einer Klammer an den Fortsatz des Schaufelblatts angepresst werden. Beispielsweise kann am Fortsatz des Schaufelblatts saugseitig ein erstes Plattformelement und druckseitig ein zweites Plattformelement angeordnet sein. Die Klammer ist als ein endlos umlaufender Platt- formrahmen ausgestaltet. Durch die ringförmige - endlose -The invention is based on the finding that separately produced platform elements of a turbine blade can be fastened in a particularly simple manner to a separately produced airfoil, if they are laterally applied to an end extension of the airfoil, a so-called extension, and the two platform elements Help a clip to be pressed against the extension of the airfoil. For example, on the extension of the airfoil, a first platform element can be arranged on the suction side and a second platform element on the pressure side. The clip is designed as an endlessly circulating platform frame. Through the annular - endless -
Gestalt des Plattformrahmens kann dieser im Schrumpfsitz die Plattformelemente umklammern, so dass eine weitere Sicherung des Plattformrahmens gegen einen etwaigen Verlust nicht mehr zwingend erforderlich ist. Shape of the platform frame this can cling in the shrink fit, the platform elements, so that a further backup of the platform frame against any loss is no longer mandatory.
Der Fortsatz des Schaufelblatts ist über eine Stufe gegenüber der druckseitigen und saugseitigen Schaufelblattfläche zurückgesetzt, so dass eine in Bezug auf die Längsachse der Turbinenschaufel parallele Verschiebung der an der Stufe anliegenden Plattformelemente nicht möglich ist. The extension of the airfoil is set back over a step with respect to the pressure-side and suction-side airfoil surfaces, so that one with respect to the longitudinal axis of the Turbine blade parallel displacement of the adjacent to the stage platform elements is not possible.
Der Plattformrahmen kann im Querschnitt unterschiedliche For- men aufweisen. Bevorzugt sind jedoch derartige Formen, die einen Formschluss mit dem Rand des inneren Plattformteils herbeiführen. Beispielweise kann die Querschnittform rautenförmig oder C- förmig ausgebildet sein. Der Rand des inneren Plattformteils ist dabei stets korrespondierend zur Quer- schnittsform ausgeführt. The platform frame may have different shapes in cross section. Preferably, however, such forms, which bring about a positive connection with the edge of the inner platform part. For example, the cross-sectional shape may be diamond-shaped or C-shaped. The edge of the inner platform part is always designed corresponding to the cross-sectional shape.
Besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist, dass insbesondere auch zwei unterschiedliche Materialien für die Plattformelemente, das Schaufelblatt und für den Plattformrahmen verwendet werden können. So kann zusätzlich auf die unterschiedlichen lokalen Belastungen Rücksicht genommen werden, was ggf. zu einer verlängerten Lebensdauer der Turbinenschaufel führt . Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Turbinenschaufel ist die höhere Präzision hinsichtlich der äußeren Abmaße der Plattform, da diese beim Herstellen des Plattformrahmens sich einfacher herbeiführen lassen als beim Gießen einer rein monolithischen Turbinenschaufel. A particular advantage of the turbine blade according to the invention is that, in particular, two different materials can also be used for the platform elements, the airfoil and for the platform frame. Thus, in addition to the different local loads consideration be taken, which possibly leads to an extended life of the turbine blade. A further advantage of the turbine blade according to the invention is the higher precision with regard to the external dimensions of the platform, since these can be produced more easily when producing the platform frame than when casting a purely monolithic turbine blade.
Zum dauerhaften Verbinden des Plattformrahmens mit den Platt- formelementen sind unterschiedliche Verfahren einsetzbar. Da der Plattformrahmen als endloser Rahmen ausgestaltet ist, bietet sich vorzugsweise das Aufschrumpfen des Plattformrah- mens auf den umlaufenden Rand des inneren Plattformteils an. Vor dem Aufschrumpfen kann der Plattformrahmen erhitzt und/oder die Plattformelemente abgekühlt werden. Nach dem Zusammensetzen von Plattformrahmen und Plattformelementen und einer sich anschließenden Temperaturangleichung sitzt der Plattformrahmen dann fest an dem umlaufenden Rand des inneren Plattformteils. Auch Löten und Schweißen - punktuell als auch entlang der Verbindungslinie vom Rand des inneren Plattformteils und Plattformrahmen - sind möglich. Von besonderem Vorteil ist diejenige Weiterbildung, bei der am freien Endes des Fortsatzes des Schaufelblatts ein Kragen ausgebildet ist, durch welchen in Verbindung mit der Stufe eine in Umfangsrichtung des Profils des Schaufelblatts endlose Nut bereitstellt ist, in der die Plattformelemente des inneren Plattformteils formschlüssig eingesetzt sind. Die Plattformelemente weisen dann fortsatznah eine Wanddicke auf, die im Wesentlichen der Nutbreite entspricht. For permanent connection of the platform frame with the platform elements different methods can be used. Since the platform frame is designed as an endless frame, it is preferable to shrink the platform frame to the surrounding edge of the inner platform part. Prior to shrinking, the platform frame may be heated and / or the platform elements may be cooled. After assembly of platform frame and platform elements and a subsequent temperature adjustment, the platform frame then sits firmly against the peripheral edge of the inner platform part. Also soldering and welding - at points as well as along the connecting line from the edge of the inner platform part and platform frame - are possible. Of particular advantage is that development in which a collar is formed at the free end of the extension of the blade, through which in connection with the step an endless groove is provided in the circumferential direction of the profile of the airfoil, in which the platform elements of the inner platform part are inserted positively , The platform elements then have a wall thickness close to the recess that substantially corresponds to the groove width.
Das Besondere an der vorgeschlagenen Turbinenschaufel ist, dass die Plattformelemente mittels einer Bewegung senkrecht zur Längsachse an den Fortsatz angelegt werden und deren Sicherungselement gegen eine Zurückbewegung in Form des Platt- formrahmens mit einer Bewegung quer dazu - also parallel zur Längsachse - den Plattformelementen übergestülpt wird. Danach ist lediglich sicherzustellen, dass allein der Plattformrahmen gegen Lösen gesichert ist. Eine Verschiebung der Plattform umfassend die Plattformelemente und den Plattform- rahmen parallel zur Längsachse ist aufgrund der Stufe zwischen dem eigentlichen Schaufelblatt und dem Fortsatz sowie dem Kragen am Fortsatz ebenso blockiert. The special feature of the proposed turbine blade is that the platform elements are applied to the extension by means of a movement perpendicular to the longitudinal axis and its securing element against a return movement in the form of the platform frame with a movement transverse thereto - ie parallel to the longitudinal axis - the platform elements is slipped over. Thereafter, only to ensure that only the platform frame is secured against loosening. A displacement of the platform comprising the platform elements and the platform frame parallel to the longitudinal axis is also blocked due to the step between the actual airfoil and the extension and the collar on the extension.
Zweckmäßigerweise umfasst das innere Plattformteil zwei Conveniently, the inner platform part comprises two
Plattformelemente , es können aber auch mehr Plattformelemente vorgesehen sein. Platform elements, but it can also be provided more platform elements.
Die erfindungsgemäße Konstruktion erlaubt die Verwendung unterschiedlicher Materialien für die unterschiedlichen Be- standteile der Turbinenschaufel. Somit können beispielsweise das Schaufelblatt und die Plattformelemente aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, welche auf die jeweiligen lokalen Anforderungen und Belastungen, wie sie einleitend beschrieben worden sind, abgestimmt sind. Auch der Plattform- rahmen kann aus einem für seine Zwecke am meisten geeigneten Material gefertigt sein. Somit können unterschiedliche Legierungen und Gussmaterialien innerhalb einer Turbinenschaufel verwendet werden. Die Turbinenschaufel kann sowohl an ihrem ersten Schaufel - blattende als auch an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende eine voranbeschriebene Plattform mit einem inneren Plattformteil mit mehreren Plattformelementen sowie einem äußeren Plattformteil gebildet aus einem Plattformrahmen ausgestattet sein. In diesem Fall weist das Schaufelblatt beidendseitig jeweils einen voranbeschriebenen Fortsatz auf. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung können die mehreren Plattformelemente untereinander und/oder ein Plattformelement, mehrere Plattformelemente oder alle Plattformelemente mit dem Schaufelblatt über Bolzen miteinander gekoppelt sein. Beispielsweise, wenn lediglich zwei Plattformele- mente vorgesehen sind, die den Fortsatz des Schaufelblatts umgreifen, können beide Plattformelemente einander gegenüberliegende, fluchtende Bohrungen aufweisen, in denen ein Bolzen eingesetzt ist. Dies verbessert die mechanische Kopplung zwischen den beiden Plattformelementen und erhöht die Festigkeit der aus einzelnen Bestandteilen zusammengesetzten Turbinenschaufel . The construction according to the invention allows the use of different materials for the different components of the turbine blade. Thus, for example, the airfoil and the platform elements may be made of different materials, which are tuned to the respective local requirements and loads, as described in the introduction. Also, the platform frame can be made of a material most suitable for its purpose. Thus, different alloys and cast materials can be used within a turbine blade. The turbine blade can be equipped both at its first blade-end and at a second end opposite the first end a previously described platform with an inner platform part with a plurality of platform elements and an outer platform part formed from a platform frame. In this case, the blade at both ends each have a projection described above. According to a further advantageous development, the plurality of platform elements can be coupled together with one another and / or a platform element, a plurality of platform elements or all platform elements with the airfoil via bolts. For example, if only two Plattformele- elements are provided which engage around the extension of the blade, both platform elements may have mutually opposite, aligned bores in which a bolt is inserted. This improves the mechanical coupling between the two platform elements and increases the strength of the turbine blade assembled from individual components.
Des Weiteren können die Plattformelemente parallel zur Längsachse erstreckende Durchgangslöcher und/oder Sacklöcher auf- weisen, in denen Bolzen eingesetzt sind, die auch in sich durch den Kragen des Fortsatzes erstreckende Öffnungen sitzen. Eine derartige Verbolzung von Fortsatz des Schaufelblatts mit den Plattformelementen verhindert auch ohne das Vorhandensein des Plattformrahmens das Lösen der Plattform- elemente vom Schaufelblatt. Neben einem erleichterten Zusammenbau erhöht auch diese Maßnahme die Festigkeit der Turbinenschaufel sowie die Betriebssicherheit der Turbinenschaufel für den unwahrscheinlichen Fall, dass der Plattformrahmen ein- oder gar aufreißt . Furthermore, the platform elements can have parallel to the longitudinal axis extending through holes and / or blind holes, in which bolts are used, which also sit in extending through the collar of the extension openings. Such a bolting extension of the blade with the platform elements prevents the release of the platform elements from the blade even without the presence of the platform frame. In addition to facilitating assembly, this measure increases the strength of the turbine blade and the reliability of the turbine blade in the unlikely event that the platform frame on or even tears.
Um eine Verschiebung des Plattformrahmens vom inneren Plattformteil zu verhindern, können das innere Plattformteil und das äußere Plattformteil über eine Nut- und Federverbindung koppelt sein. In order to prevent a displacement of the platform frame from the inner platform part, the inner platform part and the outer platform part be coupled via a tongue and groove connection.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung liegt der Plattformrahmen flächig an dem inneren Plattformteil an, wobei die Kontaktfläche zumindest teilweise mit der Längsachse einen Winkel einschließt, welcher größer als 0° und kleiner als 90° ist. Eine derartige Anordnung verhindert zumindest in einer Richtung eine Parallelverschiebung des Plattformrahmens entlang der Längsachse, was insbesondere bei der Verwendung der Erfindung an Turbinenlaufschaufeln von Vorteil ist. In diesem Fall wird die während des Betriebs der Turbomaschine auf den Plattformrahmen einwirkende Fliehkraft auch durch Formschluss aufgrund der in Bezug auf die Längsachse geneig- ten Kontaktfläche in das innere Plattformteil übertragen.According to a first advantageous development of the platform frame is flat against the inner platform part, wherein the contact surface at least partially with the longitudinal axis forms an angle which is greater than 0 ° and smaller than 90 °. Such an arrangement prevents at least in one direction a parallel displacement of the platform frame along the longitudinal axis, which is particularly advantageous when using the invention on turbine blades. In this case, the centrifugal force acting on the platform frame during operation of the turbomachine is also transferred into the inner platform part by positive locking due to the contact surface inclined with respect to the longitudinal axis.
Dies verhindert zuverlässig den Verlust des Plattformrahmens aufgrund der Fliehkraft. This reliably prevents the loss of the platform frame due to the centrifugal force.
Vorzugsweise beträgt der Winkel eine Größe zwischen 15° und 35°, beispielsweise liegt der Winkel bei 20°. Preferably, the angle is a size between 15 ° and 35 °, for example, the angle is 20 °.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Plattformrahmen an zumindest einer seitlich nach außen weisenden Fläche einen Schlitz zur Aufnahme eines Dichtelements auf. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass bei Verschleiß von im Plattformrand vorhandenen Schlitzen aufgrund der darin sitzenden blechförmigen Dichtelemente mit der nunmehr bereitgestellten Erfindung eine einfache und zuverlässige Möglichkeit besteht, auch derartige betriebsbean- spruchte Turbinenschaufeln wieder aufzuarbeiten. Zudem lassen sich derartige Schlitze kostengünstiger herstellen als bei rein monolithischen Turbinenschaufeln. According to a further advantageous development of the platform frame on at least one laterally outwardly facing surface on a slot for receiving a sealing element. Such a configuration has the advantage that when worn by existing in the platform edge slots due to the seated therein sheet-shaped sealing elements with the now provided invention is a simple and reliable way to work up even such operational turbine blades again. In addition, such slots can be produced more cost-effectively than with purely monolithic turbine blades.
Zweckmäßigerweise kann die Turbinenschaufel sowohl als Leit- schaufei oder als Laufschaufei ausgebildet sein. Conveniently, the turbine blade can be designed both as Leitschaufei or as a rotor blade.
Damit die Turbinenschaufel mit dem inneren Plattformteil und dem äußeren Plattformteil in Form des das innere Plattform- teil umgreifenden endlosen Plattformrahmens auch bei Hochtemperaturanwendungen eingesetzt werden kann, ist es von Vorteil, wenn das innere Plattformteil und der Plattformrahmen in einem Beschichtungsvorgang beschichtet werden. Somit kann eine nahtlose Schutzschicht auf beide Plattformteile aufgebracht werden. In order that the turbine blade with the inner platform part and the outer platform part in the form of the inner platform It can be advantageous if the inner platform part and the platform frame are coated in a coating process. Thus, a seamless protective layer can be applied to both platform parts.
Die voranbeschriebene Erfindung wird nachfolgend anhand der Figurenbeschreibung weiter erläutert. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand des dargestellten Ausführungsbeispiels . The above-described invention will be explained below with reference to the description of the figures. Further advantages and features of the invention will become apparent from the illustrated embodiment.
Es zeigen: FIG 1 eine Turbinenschaufel in einer Art Explosions-Darstellung umfassend ein Schaufelblatt mit einem Fortsatz, ein zweiteiliges inneres Plattformteil und ein äußeres Plattformteil, FIG 2 im Querschnitt die Turbinenschaufel nach FIG 1 im zusammengesetzten Zustand, 1 shows a turbine blade in a kind of exploded illustration comprising an airfoil with an extension, a two-part inner platform part and an outer platform part, FIG. 2 in cross section the turbine blade according to FIG. 1 in the assembled state, FIG.
FIG 3 in perspektivischer Darstellung die Draufsicht auf die Turbinenschaufel aus FIG 2 und 3 shows a perspective view of the plan view of the turbine blade from FIG. 2 and FIG
FIG 4 die Turbinenschaufel aus FIG 1 mit einer kopfseitig angeordneten modularen Plattform. 4 shows the turbine blade from FIG. 1 with a modular platform arranged on the head side.
In allen Figuren sind identische Merkmale mit identischen Be- zugszeichen versehen. In all figures, identical features are provided with identical reference numerals.
In FIG 1 ist ein Teil einer Turbinenschaufel 10 nach Art einer Explosionszeichnung dargestellt. Die Turbinenschaufel 10 ist modular ausgestaltet und umfasst gemäß diesem Ausfüh- rungsbeispiel somit als separat hergestellte Bestandteile ein Schaufelblatt 12, zwei Plattformelemente 14, 16 sowie einen Plattformrahmen 18 und mehrere diese miteinander verbindende Bolzen 20. Des Weiteren umfasst die Turbinenschaufel 10 eine virtuelle Längsachse 11. In FIG 1, a part of a turbine blade 10 is shown in the manner of an exploded view. The turbine blade 10 has a modular design and, according to this exemplary embodiment, thus comprises, as separately produced components, an airfoil 12, two platform elements 14, 16 and a platform frame 18 and a plurality of these interconnecting Bolt 20. Furthermore, the turbine blade 10 comprises a virtual longitudinal axis 11.
Das Schaufelblatt 12 ist aerodynamisch gekrümmt und weist nach bekannter Manier eine Druckseite 22 sowie eine Saugseite 24 auf. Die Druckseite 22 und die Saugseite 24 verbinden sich an einer Vorderkante 23 und an einer Hinterkante 25. Im bestimmungsgemäßen Einsatz innerhalb einer Turbomaschine strömt ein Arbeitsmedium von der Vorderkante 23 zur Hinterkante 25. The airfoil 12 is aerodynamically curved and has a known manner on a pressure side 22 and a suction side 24. The pressure side 22 and the suction side 24 connect at a leading edge 23 and at a trailing edge 25. When used as intended within a turbomachine, a working medium flows from the leading edge 23 to the trailing edge 25.
An dem in FIG 1 dargestellten oberen Ende des Schaufelblatts 12 ist ein Fortsatz 26 vorgesehen, welcher einstückig mit dem Profil des Schaufelblatts 12 ausgebildet ist. Seitlich ist der Fortsatz 26 in analoger Weise zu der Druckseite 22 und der Saugseite 24 aerodynamisch gekrümmt. Jedoch ist der Fortsatz 26 von seinen Profilabmaßen wesentlich kleiner ausgebildet als das von den Schaufelblattwänden 22, 24 vorgegebene Profil des Schaufelblatts 12, so dass der Fortsatz sich über eine Stufe 28 an das Schaufelblatt 12 anschließt. Der Fort- satz 26 umfasst an seinem freien Ende 30 einen Kragen 32. Dieser Kragen 32 erstreckt sich quer zur Längsachse 11 und entlang des gesamten Umlaufs des Profils, wodurch er mit der Stufe 28 eine umlaufende Nut 34 bildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Kragen 32 desAt the upper end of the airfoil 12 shown in FIG 1, an extension 26 is provided, which is integrally formed with the profile of the airfoil 12. Laterally, the extension 26 is curved in an analogous manner to the pressure side 22 and the suction side 24 aerodynamically. However, the extension 26 is formed substantially smaller by its profile dimensions than the profile of the blade 12 predetermined by the blade walls 22, 24, so that the extension connects to the blade 12 via a step 28. The extension 26 comprises at its free end 30 a collar 32. This collar 32 extends transversely to the longitudinal axis 11 and along the entire circulation of the profile, whereby it forms a peripheral groove 34 with the step 28. In the illustrated embodiment are in the collar 32 of the
Fortsatzes 26 sowohl saugseitig als auch druckseitig jeweils drei Durchgangslöcher 36 vorgesehen, die in einer der Seitenwände der Nut 34 münden. Seitlich des Fortsatzes 26 sind zwei Plattformelemente 14, 16 angesiedelt, wobei auch eine größere Anzahl an Plattformelementen vorgesehen sein kann. Fortsatzes 26 both suction side and on the pressure side three through holes 36 are provided, which open into one of the side walls of the groove 34. Laterally of the extension 26, two platform elements 14, 16 are located, whereby a larger number of platform elements can be provided.
Die Plattformelemente 14, 16 weisen eine Plattformmaterial - stärke auf, die im Wesentlichen der Breite der Nut 34 entspricht. Die Plattformelemente 14, 16 weisen stromauf der Vorderkante 23 bzw. stromab der Hinterkante 25 jeweils ein oder mehrere Sacklöcher 38 auf, in denen teilweise Bolzen 20 eingesetzt sind. Die Orientierung der Sacklöcher 38 ist einerseits senkrecht zur Längsachse 11 und andererseits so ge- wählt, dass bei eingesetzten Bolzen die beiden Plattformelemente 14, 16 aufeinander zugeschoben werden können, bis beide Plattformelemente 14, 16 in der Nut 34 sitzend am Fortsatz 26 anliegen. Zudem weisen die Plattformelemente 14, 16 an ihrer dem Arbeitsmedium abgewandten Seite, nachfolgendThe platform elements 14, 16 have a platform material thickness which essentially corresponds to the width of the groove 34. The platform elements 14, 16 have upstream of the front edge 23 and downstream of the trailing edge 25 in each case one or more blind holes 38, in which bolts 20 are partially inserted. The orientation of the blind holes 38 is on the one hand perpendicular to the longitudinal axis 11 and on the other hand as chooses that with two bolts inserted, the two platform elements 14, 16 can be pushed towards each other until both platform elements 14, 16 rest in the groove 34 sitting on the extension 26. In addition, the platform elements 14, 16 on their side facing away from the working medium, below
Rückseite 40 genannt, Sacklöcher 42 auf, welche, nachdem die Plattformelemente 14, 16 in der Nut 34 sitzen, mit den betreffenden Durchgangslöchern 36 des Kragens 32 fluchten. Sonach können stiftartige Bolzen in die einander fluchtenden Löcher 36, 42 eingeschoben werden, wodurch die Plattformelemente 14, 16 erstmalig mit dem Schaufelblatt 12 fest verbunden sind. Rear side 40, blind holes 42, which, after the platform elements 14, 16 sit in the groove 34, with the respective through holes 36 of the collar 32 are aligned. Sonach pin-like bolts can be inserted into the aligned holes 36, 42, whereby the platform elements 14, 16 are for the first time firmly connected to the blade 12.
Anschließend wird der Plattformrahmen 18 parallel zur Längs- achse 11 der Turbinenschaufel 10 verschoben, bis dieser die beiden Plattformelemente 14, 16 umklammert. Ein Schrumpfsitz des Plattformrahmens 18 ist dabei bevorzugt. Mit der Umklammerung werden die beiden Plattformelemente 14, 16 zum einen fest aneinander gepresst und zum anderen in die Nut 34 einge- presst, so dass sich diese aufgrund des dann entstandenenSubsequently, the platform frame 18 is displaced parallel to the longitudinal axis 11 of the turbine blade 10, until it clasps the two platform elements 14, 16. A shrink fit of the platform frame 18 is preferred. With the clasping, the two platform elements 14, 16 on the one hand pressed firmly against each other and on the other pressed into the groove 34, so that they are due to the then resulting
Formschlusses nicht mehr längs der Längsachse 11 verschieben können. Die beiden Plattformelemente 14, 16 bilden dann ein inneres Plattformteil 13 der Turbinenschaufel 10 und der Plattformrahmen 18 ein äußeres Plattformteil 15 der Turbinen- schaufei 10. Inneres Plattformteil 13 und äußeres Plattformteil 15 bilden die Plattform 17 (FIG 2) . Form fit can no longer move along the longitudinal axis 11. The two platform elements 14, 16 then form an inner platform part 13 of the turbine blade 10 and the platform frame 18 an outer platform part 15 of the turbine blade 10. Inner platform part 13 and outer platform part 15 form the platform 17 (FIG. 2).
Um ein Lösen des Plattformrahmens 18 von den beiden Plattformelementen 14, 16 zu verhindern, ist an beiden Längskanten 41 des inneren Plattformteils 13 und an beiden LängsstrebenIn order to prevent a detachment of the platform frame 18 from the two platform elements 14, 16, is at both longitudinal edges 41 of the inner platform part 13 and at both longitudinal struts
46 des Plattformrahmens 18 jeweils eine Nut- und Federverbindung ausgebildet sein. In FIG 1 ist an einer Innenseite der Längsstrebe 46 eine dazugehörige Feder 48 dargestellt und an der Längskante des Plattformelements 14 eine dazugehörige Nut 50. Selbst verständlich kann auch oder anstelle dessen an den Querkanten bzw. Querstreben jeweils eine Nut- und Federverbindung vorgesehen sein. An der Rückseite 40 der Plattformelemente 14, 16 ist sowohl anströmseitig als auch abströmseitig eine bzw. mehrere Verhakungen 52 vorgesehen, um die Turbinenschaufel 10 in einen Turbinenleitschaufelträger einzuschieben und daran zu befes- tigen. Demnach ist die in FIG 1 dargestellte Turbinenschaufel 10 als Leitschaufel ausgebildet. 46 of the platform frame 18 may be formed in each case a tongue and groove connection. In Figure 1, an associated spring 48 is shown on an inner side of the longitudinal strut 46 and on the longitudinal edge of the platform member 14 an associated groove 50. Of course, also or instead of the transverse edges or cross struts each a tongue and groove connection can be provided. On the rear side 40 of the platform elements 14, 16, one or more entanglements 52 are provided on both the inflow and outflow sides in order to insert the turbine blade 10 into a turbine guide vane carrier and to fasten it thereto. Accordingly, the turbine blade 10 shown in FIG 1 is formed as a guide vane.
Sofern die Turbinenschaufel 10 als Laufschaufel ausgebildet ist, sind die zur Befestigung vorgesehenen Mittel der Turbi- nenschaufel 10 vorzugsweise monolithisch am Fortsatz 26 ausgebildet, so dass das als Schaufelfuß bezeichnete Mittel dann einstückig mit dem Fortsatz 26 und dem Schaufelblatt 12 verbunden ist. Eine umlaufende Nut 34 für die Plattformelemente 14, 16 ist auch bei der Laufschaufei vorgesehen. If the turbine blade 10 is designed as a rotor blade, the means for attachment of the turbine blade 10 are preferably monolithically formed on the extension 26, so that the means referred to as blade root is then integrally connected to the extension 26 and the blade 12. A circumferential groove 34 for the platform elements 14, 16 is also provided in the rotor blade.
FIG 2 zeigt schematisch eine teilperspektivische Schnittdarstellung der Turbinenschaufel 10 gemäß FIG 1 im montierten Endzustand. Jedoch sind in FIG 2 weder die im Kragen 32 angeordneten Löcher noch die darin sitzenden Bolzen dargestellt. Dagegen ist die Aufteilung des inneren Plattformteils 13 in das druckseitige Plattformelement 14 und das saugseitige Plattformelement 16 gemäß der perspektivischen Darstellung in FIG 3 erkennbar. Bei den in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Turbinenschaufeln ist die - in ihrer Betriebslage innerhalb einer axialen Turbomaschine - radial außen und somit fußseitig am Schaufelblatt 12 angesiedelte Plattform 17 erfindungsgemäß ausgestaltet. Dagegen zeigt FIG 4 die Turbinenschaufel 10 mit ihrem kopfseitigen Ende 55, welches in analoger Art und Weise zum fußseitigen Ende eine modulare Plattform 17 umfassend zwei Plattformelemente 14, 16 sowie den Plattformrahmen 18 aufweisen kann. Hier unterscheidet sich das kopfseitige Ende 55 vom fußseitigen Ende lediglich hinsichtlich der dem Ar- beitsmedium abgewandten Seite der Plattform 17. Gewöhnlicher Weise sind bei Turbinenleitschaufein 10, welche in stationären Gasturbinen verwendet werden, am kopfseitigen Ende 55 sogenannte U-Ringe angebracht, welche die in einem Ring angeordneten Leitschaufeln kopfseitig miteinander koppeln und verbinden. Zusätzlich ist in FIG 4 ein Schlitz 54 an einer seitlichen nach außen weisenden Fläche 53 des Plattformrahmens 18 gezeigt. Der Schlitz 54 dient zur Aufnahme von blech- förmigen Dichtelementen, welche zwischen einander benachbarten Leitschaufeln zur Abdichtung des zwischen ihnen vorhandenen Spalts vorgesehen sein kann. 2 shows schematically a partial perspective sectional view of the turbine blade 10 according to FIG. 1 in the assembled final state. However, in FIG. 2 neither the holes arranged in the collar 32 nor the bolts seated therein are shown. In contrast, the division of the inner platform part 13 into the pressure-side platform element 14 and the suction-side platform element 16 according to the perspective view in FIG. 3 can be seen. In the turbine blades shown in FIGS. 1, 2 and 3, the platform 17, which is located radially on the outside and thus on the blade side 12 in its operating position within an axial turbomachine, is designed according to the invention. In contrast, FIG 4 shows the turbine blade 10 with its head-side end 55, which may have a modular platform 17 comprising two platform elements 14, 16 and the platform frame 18 in an analogous manner to the foot end. Here, the head-side end 55 differs from the foot-side end only with respect to the work medium side facing away from the platform 17. Ordinarily, at Turbinenleitschaufein 10, which are used in stationary gas turbines, at the head end 55 so-called U-rings mounted, which in a ring arranged guide vanes coupling head side and connect. In addition, in FIG. 4, a slot 54 is shown on a side outwardly facing surface 53 of the platform frame 18. The slot 54 serves to receive sheet-shaped sealing elements, which may be provided between adjacent guide vanes for sealing the gap existing between them.
Insgesamt betrifft die Erfindung eine Turbinenschaufel 10 um- fassend ein Schaufelblatt 12 und eine dazu modulare Plattform 17, welche entlang einer Längsachse 11 der Turbinenschaufel 10 aufeinanderfolgen. Um dabei eine modulare Turbinenschaufel 10 anzugeben, welche einerseits besonders einfach und simpel in der Konstruktion ist und andererseits eine besonders zu- verlässige, langlebige sowie dauerhafte Verbindung der einzelnen Bestandteile untereinander gewährleistet, wird vorgeschlagen, dass das Schaufelblatt 12 einen Fortsatz 26 und die Plattform 17 ein äußeres Plattformteil 15 und ein zumindest zweiteiliges - in radialem Bezug auf die Längsachse 11 - in- neres Plattformteil 13 umfasst, die an dem Fortsatz 26 des Schaufelblatts 12 seitlich anliegen und wobei das äußere Plattformteil 15 als ein den äußeren Rand des inneren Plattformteils 13 umgreifender endloser Plattformrahmen 18 ausgebildet ist. Overall, the invention relates to a turbine blade 10 comprising an airfoil 12 and a modular platform 17, which follow one another along a longitudinal axis 11 of the turbine blade 10. In order to specify a modular turbine blade 10 which on the one hand is particularly simple and simple in construction and on the other hand ensures a particularly reliable, long-lasting and permanent connection of the individual components, it is proposed that the blade 12 have an extension 26 and the platform 17 an outer platform part 15 and an at least two-part - in relation to the longitudinal axis 11 - inner ner platform part 13 which abut the extension 26 of the blade 12 laterally and wherein the outer platform part 15 as a the outer edge of the inner platform part 13 encompassing endless platform frame 18 is formed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Turbinenschaufel (10) mit einer Plattform (17) und einem Schaufelblatt (12), welche entlang einer Längsachse (11) der Turbinenschaufel (10) aufeinander folgen, A turbine blade (10) comprising a platform (17) and an airfoil (12) which follow one another along a longitudinal axis (11) of the turbine blade (10),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das Schaufelblatt (12) in Längsrichtung einen Fortsatz (26) und  the blade (12) in the longitudinal direction, an extension (26) and
die Plattform (17) - in radialem Bezug auf die Längsachse (11) - ein äußeres Plattformteil (15) und ein inneres  the platform (17) - in radial relation to the longitudinal axis (11) - an outer platform part (15) and an inner
Plattformteil (13) mit zumindest zwei Plattformelementen (14, 16) umfasst, welche Plattformelemente (14, 16) an dem Fortsatz (26) des Schaufelblatts (12) seitlich anliegen und wobei das äußere Plattformteil (15) als ein den äußeren Rand des inneren Plattformteils (13) umgreifender endloser Plattformrahmen (18) ausgebildet ist.  Platform member (13) with at least two platform elements (14, 16), which platform elements (14, 16) on the extension (26) of the airfoil (12) abut side and wherein the outer platform part (15) as a the outer edge of the inner Platform part (13) encompassing endless platform frame (18) is formed.
2. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, 2. turbine blade (10) according to claim 1,
bei der der Plattformrahmen (18) , das innere Plattformteil (13) und das Schaufelblatt (12) mit dem Fortsatz (26) als voneinander separat hergestellte Bestandteile ausgebildet sind .  wherein the platform frame (18), the inner platform part (13) and the blade (12) are formed with the extension (26) as separately produced components.
3. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1 oder 2, 3. turbine blade (10) according to claim 1 or 2,
bei der das innere Plattformteil (13) zwei, drei oder vier Plattformelemente (14, 16) umfasst.  in which the inner platform part (13) comprises two, three or four platform elements (14, 16).
4. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 3, 4. turbine blade (10) according to claim 3,
bei der die Plattformelemente (14, 16) - in Bezug auf die Längsachse (11) - formschlüssig mit dem Schaufelblatt (12) verbunden sind .  in which the platform elements (14, 16) - in relation to the longitudinal axis (11) - are positively connected to the airfoil (12).
5. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 3 oder 4, 5. turbine blade (10) according to claim 3 or 4,
bei der die mehreren Plattformelemente (14, 16) untereinan- der und/oder ein Plattformelement (14, 16), mehrere Plattformelemente (14, 16) oder alle Plattformelemente ( 14 , 16) mit dem Schaufelblatt (12) über in Löchern sitzenden Bolzen (20) miteinander gekoppelt sind. in that the plurality of platform elements (14, 16) are interconnected and / or a platform element (14, 16), a plurality of platform elements (14, 16) or all platform elements (14, 16) with the airfoil (12) via bolts seated in holes (20) are coupled together.
6. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 6. turbine blade (10) according to one of the preceding claims,
welche beidendseitig am Schaufelblatt (12) eine entsprechende Plattform (17) aufweist.  which on both sides of the blade (12) has a corresponding platform (17).
7. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 7. turbine blade (10) according to one of the preceding claims,
bei der das innere Plattformteil (13) und der Plattformrahmen (18) zumindest eine Nut- und Federverbindung aufweist.  in which the inner platform part (13) and the platform frame (18) have at least one tongue and groove connection.
8. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 8. turbine blade (10) according to one of the preceding claims,
bei der der Plattformrahmen (18) flächig an dem inneren Plattformteil (13) seitlich anliegt und die Anlagefläche zumindest teilweise mit der Längsachse einen Winkel einschließt, welcher größer als 0° und kleiner als 90° ist.  in which the platform frame (18) lies flat against the inner platform part (13) and the contact surface at least partially encloses an angle with the longitudinal axis which is greater than 0 ° and less than 90 °.
9. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 8, 9. turbine blade (10) according to claim 8,
bei der der Winkel eine Größe zwischen 10° und 35° aufweist .  in which the angle has a size between 10 ° and 35 °.
10. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden An- Sprüche, 10. Turbine blade (10) according to one of the preceding claims,
bei der der Plattformrahmen (18) an zumindest einer nach außen weisenden Fläche (53) einen Schlitz (54) zur Aufnahme eines Dichtelements aufweist.  wherein the platform frame (18) has at least one outwardly facing surface (53) a slot (54) for receiving a sealing element.
11. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 11. turbine blade (10) according to any one of the preceding claims,
bei der der Plattformrahmen (18) auf dem inneren Plattformteil (13) aufgeschrumpft ist und/oder mit diesem verlötet und/oder verschweißt ist. wherein the platform frame (18) is shrunk on the inner platform part (13) and / or soldered and / or welded thereto.
12. Turbinenschaufel (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, 12. turbine blade (10) according to one of the preceding claims,
ausgebildet als Turbinenleitschaufel , wobei deren Befestigungsmittel an zumindest einem der Plattformelemente (14, 16) jeweils monolithisch angeordnet ist.  formed as a turbine vane, wherein the fastening means is arranged in each case monolithically on at least one of the platform elements (14, 16).
13. Turbinenschaufel (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ausgebildet als Turbinenlaufschaufel, wobei deren Befestigungsmittel an dem Fortsatz (26) des Schaufelblatts (12) monolithisch angeordnet ist. 13. A turbine blade (10) according to any one of claims 1 to 11, formed as a turbine blade, wherein the fastening means on the extension (26) of the blade (12) is arranged monolithically.
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