EP2811118A1 - Leitschaufelsegment einer Strömungsmaschine und Turbine - Google Patents

Leitschaufelsegment einer Strömungsmaschine und Turbine Download PDF

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EP2811118A1
EP2811118A1 EP13170852.1A EP13170852A EP2811118A1 EP 2811118 A1 EP2811118 A1 EP 2811118A1 EP 13170852 A EP13170852 A EP 13170852A EP 2811118 A1 EP2811118 A1 EP 2811118A1
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EP
European Patent Office
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platform
sealing
vane segment
downstream
vane
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EP13170852.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2811118B1 (de
Inventor
Manfred Feldmann
Norbert Schinko
Janine Sangl
Alexander Buck
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.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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Priority to US14/295,970 priority patent/US9664057B2/en
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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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • 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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • 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
    • 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
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/11—Shroud seal segments
    • 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
    • F05B2240/57—Seals

Definitions

  • the present invention relates to a stator segment of a turbomachine with an upstream and / or a downstream housing-side suspension and a platform according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present invention relates to a turbine, in particular a gas turbine, according to the preamble of claim 10.
  • vanes can be fastened to the housing in different ways.
  • attachment is by means of upstream and downstream housing hanger connected to a vane platform from which the vane extends.
  • sealing elements may be integrated into individual vane segments to seal gaps or gaps that exist between adjacent vane segments. As a result, a seal of the flow channel with respect to the housing cavities is to be achieved.
  • An object of the present invention is to propose a further stator segment of a turbomachine with at least one first sealing section. Furthermore, it is an object of the present invention to propose a turbine with at least one vane segment.
  • the object of the invention is achieved by the vane segment with the features of claim 1. It is further achieved by a turbine having the features of claim 10.
  • a stator segment of a turbomachine which has an upstream, or front, and a downstream, or rear, housing-side suspension and a platform.
  • the Guide vane segment either an upstream or a downstream, housing-side suspension and a platform.
  • the suspensions are arranged on the platform.
  • the upstream chassis-side suspension may be located in the front portion of the platform and the downstream-side suspension in the rear portion of the platform.
  • the platform has a first sealing portion.
  • the platform extends beyond a connection region connecting the rear suspension to the platform with respect to the flow direction in use of the vane segment.
  • the first sealing portion which lies in a portion downstream of the connecting region, according to the invention has a first slot, which is continuous in the circumferential direction.
  • Embodiments of the invention may have one or more of the following features in any combination.
  • the turbomachine is a compressor or a turbine, in particular a gas turbine.
  • vane segment refers to an assembly or segment having one or more vanes and / or optionally optionally provided further sections (or elements, segments, parts) associated with the invention or the guide vanes are connected.
  • a vane segment is a vane cluster.
  • a Leitschaufelcluster may have a plurality of guide vanes, in particular three vanes, at least one, but usually two housing-side suspensions and at least one platform.
  • a vane may have at least one vane profile with a pressure and a suction side and a respective front and rear blade edge.
  • downstream enclosure-side suspension refers to a suspension that is located farther downstream in the direction of flow than an upstream or forward, further upstream suspension.
  • the flow direction can be referred to as the axial direction of the longitudinal axis of the turbomachine. Perpendicular to the axial direction is the radial direction. In a plane perpendicular to the axial direction, the circumferential direction.
  • the first sealing portion is a groove or a recess, hereinafter referred to as a groove.
  • a groove may have a U-profile in cross-section (perpendicular to the longitudinal direction).
  • a groove may have a rectangular, polygonal, semicircular or other cross-sectional shape.
  • the groove can be prepared and / or configured and / or configured for receiving a sealing element, for example a sealing plate, or have a sealing element.
  • the sealing plate can z. B. inserted into the groove, inserted, clamped or connected in a manner with the groove or be.
  • the sealing portion may effect communication between adjacent vane segments.
  • the sealing function of the sealing portion may be completely or at least partially fulfilled after the insertion of the sealing sheet.
  • the sealing function can serve to seal the flow channel in the direction of the cavities or with respect to the cavities of the housing of the turbomachine in the vane region.
  • sealing segments The first, as well as other sealing portions may be referred to as sealing segments.
  • the sealing portion is a receiving device or receiving device for a sealing plate or a plug-in sealing device.
  • connection region connecting the rear suspension to the platform designates the hub, joint, connecting portion or transition region between the downstream rearward housing-side suspension and the platform.
  • the lug may be made together with the suspension and the platform as a part or section, in particular made as a casting.
  • the casting may be referred to as an integral casting that collectively fulfills the function of the suspension, the platform, and the connection area (or transition area).
  • connection region has an increased accumulation of material, for example due to structurally necessary rounding and / or material reinforcements in the connection region.
  • the upstream suspension has a second sealing portion and the downstream suspension has a third sealing portion.
  • the first and / or the second and / or the third sealing section is designed for inserting sealing sheets or has sealing sheets.
  • the three sealing sections can be arranged in such a way and have sealing sheets such that a sealing of the housing cavities with respect to the throughflow region of the turbomachine is achieved.
  • the platform and the first seal portion extend downstream of the connection region beyond a vane profile trailing edge in the flow direction.
  • the vane segment may include one or more vanes.
  • the extent of the platform and the first sealing portion may refer to one or more vanes.
  • the vane segment has a plurality of guide vanes, it is contemplated according to the invention that the extent does not concern all the vanes, but is provided only with one or less than all vanes.
  • the first sealing portion of the platform extends completely or partially beyond the connecting portion of the rear suspension to the platform. Although only partially extending, the platform has a first sealing portion, but this does not extend beyond the connecting portion of the rear suspension.
  • the portion of the platform has a second slot downstream of the connection area.
  • the second slot may be continuous in the radial direction, for example, to the outside.
  • a radially inwardly outwardly continuous second slot is an outgoing from the first slot and in communication with this, outward (ie open in cavities of the housing) continuous or open slot.
  • the portion of the platform downstream of the connection region has a second slot that is continuous inward in the radial direction alone.
  • a radially inwardly continuous second slot is in this embodiment, from the first slot to the inside (up to the flow area of the turbomachine open) continuous slot.
  • the portion of the platform downstream of the connection region has a second slot that is radially outwardly and inwardly continuous.
  • the stiffness of the vane segment, in particular in the connection region between the rear suspension and the platform, can be advantageously reduced.
  • the second slot may have a square, rectangular, trapezoidal, oval or other cross section in a plane perpendicular to its longitudinal axis.
  • the longitudinal axis may be arranged in the circumferential direction straight or obliquely (diagonally) with respect to the circumferential and flow direction.
  • the portion of the platform that lies downstream of the connection region has a third slot that is continuous in the circumferential direction.
  • the second slot is disposed at one end (with respect to the circumferential direction) of the aforementioned portion, the third slot at the other end.
  • the portion of the platform downstream of the connecting region has a sectionally tapered wall thickness, ie a narrowing wall thickness.
  • the wall thickness can taper in the radial direction and / or in the circumferential direction.
  • the vane segment has at least two vanes.
  • a vane segment having at least two vanes may be referred to as a vane cluster.
  • the vane cluster may in particular have three guide vanes.
  • the vane segment is manufactured as a casting, in particular as an integral casting, in particular in one piece.
  • a casting may be referred to as having multiple functional parts or sections.
  • An integral vane segment may include one or more vanes, further comprising front and / or rear chassis side hangers, and a platform.
  • a vane segment, which is produced as a casting, is reworked, for example ground, in particular at the abutment surfaces to adjacent further vane segments. Furthermore, provided sealing sections cast guide vane segment can be reworked.
  • the sealing portions are produced or reworked by means of erosion in some embodiments according to the invention.
  • Some or all embodiments according to the invention may have one, several or all of the advantages mentioned above and / or below.
  • connection points or joints of guide blade segments in particular of guide blade clusters, can be sealed with the aid of sealing sheets.
  • sealing sections, sealing grooves or sealing slots can be introduced into the abutting surfaces in the hub and housing region of the gas turbines, in which the sealing plates are inserted during assembly of the turbomachine.
  • the sealing of the gas or flow channel in the direction of the housing cavities in the vane region can take place.
  • housing-side suspension with the platform of the guide blade segment may result from structurally related reinforcements, for example, by applying material to abutting edges, which lead to rounding, an increase of material result. This can become one Increase in stiffness in this area, which may have a negative effect on the tolerable thermomechanical load cycles in the area of the pressure-side blade trailing edge and may result in unintentional early failure of the component according to the prior art.
  • a reduction of the rigidity in the embodiment of the guide blade segment can be accompanied or achieved with a reduction of the sealing sheet length.
  • the gap seal may decrease or decrease, which may result in an increase in leakage losses.
  • the first slot according to the invention which has the first sealing section of the guide blade segment according to the invention
  • a reduction of the rigidity of the guide blade segment, in particular in the connection region of the rear, housing-side suspension with the platform can be advantageously achieved.
  • a reduction in the rigidity-and thus indirectly an increase in the load cycles sustained in the operation of the turbomachine-can advantageously be achieved by a vane segment according to the invention (because of the integration of sealing sections as narrow webs at the joint of the outside of the rear platform).
  • the extension or continuation of the sealing sheets or their trailing edges beyond the guide blade trailing edges can advantageously improve the sealing of the housing cavities in the region of the rear platform (reduction of the thermal entry into the rear housing suspension or the possibility of using less cooling air).
  • Fig. 1 shows a perspective view of a section of a guide vane segment 100 according to the invention.
  • the vane segment 100 comprises an upstream housing-side suspension 1, a downstream housing-side suspension 3, a platform 5, and three guide vanes 200.
  • Each vane 200 has a pressure side 7, a rear suction side 9 (obscured), a vane leading edge 11, and a vane trailing edge 13.
  • connection region 15 connects the rear suspension 3 to the platform 5, which merge into one another in the connection region 15.
  • Fig. 1 a first sealing portion 17 which extends into a portion 18 downstream of the connecting portion 15 inside.
  • the first sealing section 17 is designed or manufactured in the section 18 as the first slot 19.
  • the first slot 19 is continuous in the circumferential direction z.
  • the blade assembly 100 has a second sealing portion 17a in the upstream suspension 1 and a third sealing portion 17b in the downstream suspension 3.
  • sealing plates can be inserted.
  • these sealing plates By means of these sealing plates, the joints or joints to other sealing portions in adjacent vane segments (in Fig. 1 not shown) bridged and sealed with it.
  • these sealing sheets can also fulfill a thermal sealing function, or thermal insulation, in the form of a heat shield.
  • the sealing plates can thus fulfill an integral function with regard to the flow-related and the temperature-related sealing function between the flow channel and the housing.
  • the sealing plate which is inserted into the first sealing portion 17, may extend into the portion 19 of the platform 5.
  • This sealing plate can extend in the circumferential direction of the first slot 19 either only over part of the entire slot depth (eg corresponding to the depth of the first sealing section 17 in the circumferential direction), over the entire slot depth, or over the entire slot depth.
  • the rigidity of the section 18 is influenced accordingly. For example, the rigidity is smaller with a small depth of the sealing plate in the circumferential direction.
  • Fig. 2 shows another perspective view of the in Fig. 1 shown guide vane segment 100 according to the invention.
  • the first slot 19 is continuous in the section 18 in the circumferential direction z.
  • Fig. 3a shows a detail of a perspective view of another guide vane segment 100 according to the invention with a second slot 20, which in both the radial direction y and in the circumferential direction z is open or continuous.
  • Fig. 3b shows another perspective view of the in Fig. 3a shown further guide vane segment 100 according to the invention.
  • Fig. 4a shows a detail of a perspective view of yet another guide vane segment 100 according to the invention.
  • the first slot 19 extends in the flow stream x shortened in the section 18, compared with its extension in Fig. 1 and Fig. 2 , As a result of this reduction, the wall thickness 21 is made narrower in the radial direction y with respect to the wall thickness 23 with the slot 19. Thus, the rigidity of the portion 18 can be advantageously reduced.
  • Fig. 4b shows another perspective view of the in Fig. 4a shown further guide vane segment 100 according to the invention.
  • vane segment 200 vane x The direction of flow; axially y radial direction z circumferentially 1 upstream, front housing-side suspension 3 downstream, rear-side suspension 5 platform 7 Pressure side of the vane 9 Suction side of the vane 11 vane leading edge 13 vane trailing 15 Connection area; connects the rear suspension with the platform 17 first sealing section 17a, 17b second / third sealing section 18 Section of the platform downstream of the connection area 19 first slot 20 second slot 21 Wall thickness in the radial direction without sealing section 23 Wall thickness in the radial direction with sealing section

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment (100) einer Strömungsmaschine, mit einer stromaufwärtigen gehäuseseitigen Aufhängung (1) und/oder einer stromabwärtigen gehäuseseitigen Aufhängung (3) und einer Plattform (5), wobei die Aufhängungen an der Plattform (5) angeordnet sind und die Plattform (5) einen ersten Dichtungsabschnitt (17) aufweist, und wobei sich die Plattform (5) über einen Verbindungsbereich (15), welcher die hintere (3) Aufhängung mit der Plattform (5) verbindet, hinaus in Strömungsrichtung erstreckt, und wobei der erste Dichtungsabschnitt (17), welcher in einem Abschnitt (18) stromabwärtig des Verbindungsbereichs (15) liegt, einen ersten Schlitz (19) aufweist, welcher in Umfangsrichtung durchgängig ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Turbine mit wenigstens einem Leitschaufelsegment (100).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment einer Strömungsmaschine mit einer stromaufwärtigen und/oder einer stromabwärtigen gehäuseseitigen Aufhängung und einer Plattform gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
  • In Strömungsmaschinen können Leitschaufeln auf unterschiedliche Art und Weise am Gehäuse befestigt werden. In der Regel erfolgt die Befestigung mittels einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Gehäuseaufhängung, die mit einer Leitschaufelplattform verbunden sind, von welcher sich die Leitschaufel erstreckt. Je nach Ausgestaltung der Gehäuseaufhängungen und der Leitschaufelplattform können Dichtungselemente in einzelne Leitschaufelsegmente integriert sein, um Fugen oder Zwischenräume, welche zwischen benachbarten Leitschaufelsegmenten bestehen, abzudichten. Hierdurch soll eine Abdichtung des Strömungskanals gegenüber den Gehäusekavitäten erreicht werden.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Leitschaufelsegment einer Strömungsmaschine mit wenigstens einem ersten Dichtungsabschnitt vorzuschlagen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine mit wenigstens einem Leitschaufelsegment vorzuschlagen.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch das Leitschaufelsegment mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Sie wird ferner durch eine Turbine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird somit ein Leitschaufelsegment einer Strömungsmaschine vorgeschlagen, welche eine stromaufwärtige, oder vordere, und eine stromabwärtige, oder hintere, gehäuseseitige Aufhängung sowie eine Plattform aufweist. Alternativ kann das Leitschaufelsegment entweder eine stromaufwärtige oder eine stromabwärtige, gehäuseseitige Aufhängung sowie eine Plattform aufweisen.
  • Die Aufhängungen sind an der Plattform angeordnet. Beispielsweise kann die stromaufwärtige gehäuseseitige Aufhängung im vorderen Abschnitt der Plattform angeordnet sein und die stromabwärtige gehäuseseitige Aufhängung im hinteren Abschnitt der Plattform.
  • Die Plattform weist einen ersten Dichtungsabschnitt auf.
  • Weiterhin erstreckt sich die Plattform über einen Verbindungsbereich hinaus, welcher die hintere Aufhängung mit der Plattform verbindet, bezogen auf die Strömungsrichtung im Gebrauch der Leitschaufelsegment.
  • Der erste Dichtungsabschnitt, welcher in einem Abschnitt stromabwärtig des Verbindungsbereichs liegt, weist erfindungsgemäß einen ersten Schlitz auf, welcher in Umfangsrichtung durchgängig ist.
  • Bei allen vorstehenden und folgenden Ausführungen ist der Gebrauch des Ausdrucks "kann sein" bzw. "kann haben" usw. synonym zu "ist vorzugsweise" bzw. "hat vorzugsweise" usw. zu verstehen und soll erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutern.
  • Wann immer hierin Zahlenworte genannt werden, so versteht der Fachmann diese als Angabe einer zahlenmäßig unteren Grenze. Sofern dies zu keinem für den Fachmann erkennbaren Widerspruch führt, liest der Fachmann daher beispielsweise bei der Angabe "ein" oder "einem" stets "wenigstens ein" oder "wenigstens einem" mit. Dieses Verständnis ist ebenso von der vorliegenden Erfindung mit umfasst wie die Auslegung, dass ein Zahlenwort wie beispielsweise "ein" alternativ als "genau ein" gemeint sein kann, wo immer dies für den Fachmann erkennbar technisch möglich ist. Beides ist von der vorliegenden Erfindung umfasst und gilt für alle hierin verwendeten Zahlenworte. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen und Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäße Ausführungsformen können eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale in beliebiger Kombination aufweisen.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist die Strömungsmaschine ein Verdichter oder eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine.
  • Der Begriff "Leitschaufelsegment", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet in manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen eine Anordnung oder ein Segment mit einer oder mehreren Leitschaufeln und/oder, ggf. optional vorgesehenen, weiteren Abschnitten (oder Elementen, Segmenten, Teilen), die mit der oder den Leitschaufeln verbunden sind.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist ein Leitschaufelsegment ein Leitschaufelcluster. Ein Leitschaufelcluster kann mehrere Leitschaufeln, insbesondere drei Leitschaufeln, wenigstens eine, meist aber zwei gehäuseseitige Aufhängungen und wenigstens eine Plattform aufweisen. Eine Leitschaufel kann wenigstens ein Leitschaufelprofil mit einer Druck- und einer Saugseite sowie jeweils einer vorderen und hinteren Schaufelkante aufweisen.
  • Der Begriff "stromabwärtige gehäuseseitige Aufhängung", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine Aufhängung, die in Strömungsrichtung weiter stromab bzw. weiter hinten angeordnet ist als eine stromaufwärtige oder vordere, weiter stromauf angeordneten Aufhängung. Die Strömungsrichtung kann als Axialrichtung der Längsachse der Strömungsmaschine bezeichnet werden. Senkrecht zur Axialrichtung steht die Radialrichtung. In einer Ebene senkrecht zur Axialrichtung verläuft die Umfangsrichtung.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der erste Dichtungsabschnitt eine Nut oder eine Vertiefung, im Folgenden als Nut bezeichnet. Eine Nut kann im Querschnitt (senkrecht zur Längsrichtung) ein U-Profil aufweisen. Eine Nut kann eine rechteckige, mehreckige, halbrunde oder andere Querschnittsform aufweisen.
  • Die Nut kann in manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen für die Aufnahme eines Dichtelements, beispielsweise ein Dichtblech, vorbereitet und/oder ausgestaltet und/oder konfiguriert sein oder ein Dichtelement aufweisen. Das Dichtblech kann z. B. in die Nut eingelegt, eingeführt, eingeklemmt oder auf eine Art und Weise mit der Nut verbunden werden oder sein. Der Dichtungsabschnitt kann eine Verbindung zwischen benachbarten Leitschaufelsegmenten bewirken. Die Dichtungsfunktion des Dichtungsabschnitts kann nach dem Einlegen des Dichtungsblechs vollständig oder zumindest teilweise erfüllt sein. Die Dichtungsfunktion kann einem Abdichten des Strömungskanals in Richtung zu den Kavitäten oder gegenüber den Kavitäten des Gehäuses der Strömungsmaschine im Leitschaufelbereich dienen.
  • Der erste, als auch weitere Dichtungsabschnitte können als Dichtsegmente bezeichnet werden.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der Dichtungsabschnitt eine Aufnahmeeinrichtung oder Aufnahmevorrichtung für ein Dichtblech oder eine einsteckbare Dichteinrichtung.
  • Der Begriff "Verbindungsbereich, welcher die hintere Aufhängung mit der Plattform verbindet", wie er hierin verwendet wird, bezeichnet in einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen den Ansatz, die Verbindungsstelle, den Verbindungsabschnitt oder den Übergangsbereich zwischen der stromabwärtigen hinteren gehäuseseitigen Aufhängung und der Plattform. Der Ansatz kann zusammen mit der Aufhängung und der Plattform als ein Teil oder Abschnitt hergestellt sein, insbesondere gefertigt als ein Gußteil. Das Gußteil kann als integrales Gußteil bezeichnet werden, welches die Funktion der Aufhängung, der Plattform und des Verbindungsbereiches (oder Übergangsbereichs) gemeinsam erfüllt.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Verbindungsbereich eine vermehrte Anhäufung von Material auf, bedingt beispielsweise durch konstruktiv notwendige Abrundungen und/oder Materialverstärkungen im Verbindungsbereich.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist die stromaufwärtige Aufhängung einen zweiten Dichtungsabschnitt und die stromabwärtige Aufhängung einen dritten Dichtungsabschnitt auf.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist der erste und/oder der zweite und/oder der dritte Dichtungsabschnitt zum Einfügen von Dichtblechen ausgebildet oder weist Dichtbleche auf. Insbesondere können die drei Dichtungsabschnitte (erster, zweiter und/oder dritter Dichtungsabschnitt) derart angeordnet sein und Dichtbleche aufweisen, dass eine Abdichtung der Gehäusekavitäten gegenüber dem Durchströmungsbereich der Strömungsmaschine erreicht wird.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erstrecken sich die Plattform und der erste Dichtungsabschnitt in Strömungsrichtung stromabwärts des Verbindungsbereichs über eine Leitschaufelprofilhinterkante hinaus. Das Leitschaufelsegment kann eine oder mehrere Leitschaufeln aufweisen. Die Erstreckung der Plattform und des ersten Dichtungsabschnitt kann sich auf eine oder mehrere Leitschaufeln beziehen. Auch wenn das Leitschaufelsegment mehrere Leitschaufeln aufweist, ist es erfindungsgemäß umfasst, dass die Erstreckung nicht alle Leitschaufeln betrifft, sondern nur bei einer oder weniger als allen Leitschaufeln vorgesehen ist.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Dichtungsabschnitt der Plattform vollständig oder teilweise über den Verbindungsbereich der hinteren Aufhängung mit der Plattform hinaus. Bei einer nur teilweisen Erstreckung weist die Plattform zwar einen ersten Dichtungsabschnitt auf, dieser erstreckt sich jedoch nicht über den Verbindungsbereich der hinteren Aufhängung hinaus.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Abschnitt der Plattform stromabwärts des Verbindungsbereichs einen zweiten Schlitz auf. Der zweite Schlitz kann in Radialrichtung beispielsweise nach außen durchgängig sein. Ein in Radialrichtung nach außen durchgängiger zweiter Schlitz ist ein vom ersten Schlitz ausgehender und mit diesem in Verbindung stehender, nach außen (d.h. bis in Kavitäten des Gehäuses offener) durchgängiger oder offener Schlitz.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Abschnitt der Plattform stromabwärts des Verbindungsbereichs einen zweiten Schlitz auf, welcher in Radialrichtung allein nach innen durchgängig ist. Ein in Radialrichtung nach innen durchgängiger zweiter Schlitz ist in diesem Ausführungsbeispiel ein vom ersten Schlitz bis nach innen (bis in den Durchströmungsbereich der Strömungsmaschine offener) durchgängiger Schlitz.
  • In bestimmten Ausführungsformen weist der Abschnitt der Plattform stromabwärts des Verbindungsbereichs hingegen einen zweiten Schlitz auf, welcher in Radialrichtung nach außen und nach innen durchgängig ist.
  • Mit einem zweiten Schlitz kann die Steifigkeit des Leitschaufelsegments, insbesondere im Verbindungsbereich zwischen der hinteren Aufhängung und der Plattform, vorteilhaft reduziert werden.
  • Der zweite Schlitz kann in einer Ebene senkrecht zu seiner Längsachse einen quadratischen, rechteckigen, trapezförmigen, ovalen oder anderen Querschnitt aufweisen. Die Längsachse kann in Umfangsrichtung gerade oder schräg (diagonal) in Bezug auf die Umfangs- und Durchströmungsrichtung angeordnet sein.
  • In manchen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Abschnitt der Plattform, welcher stromabwärts des Verbindungsbereichs liegt, einen dritten Schlitz auf, welcher in Umfangsrichtung durchgängig ist. Beispielsweise ist der zweite Schlitz an einem Ende (bezogen auf die Umfangsrichtung) des vorgenannten Abschnitts angeordnet, der dritte Schlitz am anderen Ende. Somit können an beiden Enden des Abschnitts in Umfangsrichtung weitere Leitschaufelsegmente, angeordnet werden.
  • In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist der Abschnitt der Plattform stromabwärts des Verbindungsbereichs eine abschnittsweise verjüngte Wandstärke, d. h. eine schmaler werdende Wandstärke, auf. Die Wandstärke kann sich in Radialrichtung und/oder in Umfangsrichtung verjüngen.
  • In bestimmten erfindungsgemäßen Ausführungsformen weist das Leitschaufelsegment wenigstens zwei Leitschaufeln auf. Ein Leitschaufelsegment mit wenigstens zwei Leitschaufeln kann als Leitschaufelcluster bezeichnet werden. Das Leitschaufelcluster kann insbesondere drei Leitschaufeln aufweisen.
  • In gewissen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Leitschaufelsegment als Gußteil, insbesondere als integrales Gußteil, insbesondere einstückig, hergestellt. Als ein integrales Gußteil kann ein Gußteil mit mehreren funktionellen Teilen oder Abschnitten bezeichnet werden. Ein integrales Leitschaufelsegment kann eine oder mehrere Leitschaufeln aufweisen, weiterhin eine vordere und/oder eine hintere gehäuseseitige Aufhängung, sowie eine Plattform. Ein Leitschaufelsegment, welches als Gußteil hergestellt wird, wird insbesondere an den Stoßflächen zu benachbarten, weiteren Leitschaufelsegmenten nachbearbeitet, beispielsweise geschliffen. Weiterhin können vorgesehene Dichtungsabschnitte gegossenen Leitschaufelsegments nachbearbeitet werden.
  • Die Dichtungsabschnitte werden in einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen mittels Erodieren hergestellt oder nachbearbeitet.
  • Manche oder alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen können einen, mehrere oder alle der oben und/oder im Folgenden genannten Vorteile aufweisen.
  • Bei der Herstellung von Strömungsmaschinen nach dem Stand der Technik, insbesondere von Gasturbinen, können Verbindungs- oder Stoßstellen von Leitschaufelsegmenten, insbesondere von Leitschaufelclustern, mit Hilfe von Dichtblechen abgedichtet werden. Hierzu können in die Stoßflächen im Naben- und Gehäusebereich der Gasturbinen Dichtungsabschnitte, Dichtungsnuten oder Dichtungsschlitze eingebracht werden, in welche die Dichtbleche beim Zusammenbau der Strömungsmaschine eingelegt werden. Dadurch kann die Abdichtung des Gas- oder Strömungskanals in Richtung der Gehäusekavitäten im Leitschaufelbereich erfolgen. Im Verbindungsbereich der hinteren, gehäuseseitigen Aufhängung mit der Plattform des Leitschaufelsegments kann sich durch konstruktiv bedingte Verstärkungen, beispielsweise durch Materialauftrag an Stoßkanten, die zu Abrundungen führen, eine Zunahme von Material, ergeben. Dies kann zu einer Zunahme der Steifigkeit in diesem Bereich führen, was sich negativ auf die ertragbaren thermomechanischen Lastwechselzyklen im Bereich der druckseitigen Schaufelhinterkante auswirken und ein ungewollt frühes Versagen des Bauteils nach dem Stand der Technik zur Folge haben kann.
  • Eine Reduzierung der Steifigkeit bei der Ausgestaltung des Leitschaufelsegments kann dabei mit einer Reduktion der Dichtblechlänge einhergehen oder erreicht werden. Dadurch kann sich jedoch die Spaltabdichtung abnehmen oder verringern, was eine Zunahme der durch Leckage bedingten Verluste zur Folge haben kann. Damit besteht ein Konflikt zwischen einerseits der Dichtungseffektivität und andererseits den ertragbaren Lastwechseln an der betrachteten Stelle.
  • Mittels des erfindungsgemäßen ersten Schlitzes, welchen der erste Dichtungsabschnitt des erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments aufweist, kann eine Reduktion der Steifigkeit des Leitschaufelsegments, insbesondere im Verbindungsbereich der hinteren, gehäuseseitigen Aufhängung mit der Plattform, vorteilhaft erzielt werden. Eine Reduktion der Steifigkeit - und damit indirekt eine Erhöhung der ertragenen Belastungszyklen im Betrieb der Strömungsmaschine - kann vorteilhaft durch ein erfindungsgemäßes Leitschaufelsegment (wegen Integration von Dichtungsabschnitten als schmale Stege an der Stoßstelle der Außenseite der hinteren Plattform) erfolgen. Weiter kann die Erstreckung bzw. Fortführung der Dichtbleche oder deren Hinterkanten über die Leitschaufelhinterkanten hinaus die Abdichtung der Gehäusekavitäten im Bereich der hinteren Plattform vorteilhaft verbessern (Reduktion des thermalen Eintrags in die hintere Gehäuseaufhängung bzw. Möglichkeit mit weniger Kühlluft auszukommen).
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, in welcher identische Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauteile bezeichnen, exemplarisch erläutert. In den jeweils schematisch vereinfachten Figuren gilt:
    • Fig. 1
    zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments;
    Fig. 2
    zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments;
    Fig. 3a
    zeigt einen Detailausschnitt einer perspektivischen Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments mit einem ersten Schlitz;
    Fig. 3b
    zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des in Fig. 3a gezeigten erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments;
    Fig. 4a
    zeigt einen Detailausschnitt einer perspektivischen Ansicht eines wiederum weiteren erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments; und
    Fig. 4b
    zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des in Fig. 4a gezeigten wiederum weiteren erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments.
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments 100.
  • Das erfindungsgemäße Leitschaufelsegment 100 weist eine stromaufwärtige gehäuseseitige Aufhängung 1, eine stromabwärtige gehäuseseitige Aufhängung 3, eine Plattform 5, sowie drei Leitschaufeln 200 auf.
  • Jede Leitschaufel 200 weist eine Druckseite 7, eine rückseitige Saugseite 9 (verdeckt), eine Leitschaufelvorderkante 11 sowie eine Leitschaufelhinterkante 13 auf.
  • Ein Verbindungsbereich 15 verbindet die hintere Aufhängung 3 mit der Plattform 5, welche im Verbindungsbereich 15 ineinander übergehen.
  • Weiterhin zeigt Fig. 1 einen ersten Dichtungsabschnitt 17, welcher sich bis in einen Abschnitt 18 stromabwärts des Verbindungsbereichs 15 hinein erstreckt. Der erste Dichtungsabschnitt 17 ist im Abschnitt 18 als erster Schlitz 19 ausgeführt bzw. gefertigt. Der erste Schlitz 19 ist in Umfangsrichtung z durchgängig.
  • Neben dem ersten Dichtungsabschnitt 17 in der Plattform 5 weist die Laufschaufelanordnung 100 einen zweiten Dichtungsabschnitt 17a in der stromaufwärtigen Aufhängung 1 sowie einen dritten Dichtungsabschnitt 17b in der stromabwärtigen Aufhängung 3 auf.
  • In die Dichtungsabschnitte 17, 17a, 17b können Dichtbleche eingelegt werden. Mittels dieser Dichtbleche können die Verbindungs- oder Stoßstellen zu weiteren Dichtungsabschnitten in angrenzenden Leitschaufelsegmenten (in Fig. 1 nicht dargestellt) überbrückt und damit abgedichtet werden. Neben der Funktion des Abdichtens des Durchströmungskanals zwischen den Leitschaufeln können diese Dichtbleche auch eine thermische Dichtfunktion, oder thermische Isolation, in Form eines Hitzeschildes erfüllen. Die Dichtbleche können damit eine integrale Funktion hinsichtlich der strömungsbedingten und der temperaturbedingten Dichtfunktion zwischen Durchströmungskanal und Gehäuse erfüllen.
  • Das Dichtblech, das in den ersten Dichtungsabschnitt 17 eingelegt wird, kann sich bis in den Abschnitt 19 der Plattform 5 erstrecken. Dieses Dichtblech kann sich in Umfangsrichtung des ersten Schlitzes 19 entweder nur über einen Teil der gesamten Schlitztiefe erstrecken (z. B. entsprechend der Tiefe des ersten Dichtungsabschnitts 17 in Umfangsrichtung), über die gesamten Schlitztiefe, oder über die gesamten Schlitztiefe hinaus. Die Steifigkeit des Abschnittes 18 wird entsprechend beeinflusst. Beispielsweise ist die Steifigkeit bei einer geringen Tiefe des Dichtbleches in Umfangsrichtung geringer.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments 100.
  • Der erste Schlitz 19 ist im Abschnitt 18 in Umfangsrichtung z durchgängig.
  • Fig. 3a zeigt einen Detailausschnitt einer perspektivischen Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments 100 mit einem zweiten Schlitz 20, welcher sowohl in radialer Richtung y als auch in Umfangsrichtung z offen bzw. durchgängig ist.
  • Fig. 3b zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des in Fig. 3a gezeigten weiteren erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments 100.
  • Fig. 4a zeigt einen Detailausschnitt einer perspektivischen Ansicht eines wiederum weiteren erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments 100.
  • Der erste Schlitz 19 erstreckt sich in Durchströmungsströmung x verkürzt in dem Abschnitt 18, verglichen mit seiner Erstreckung in Fig. 1 und Fig. 2. Infolge dieser Verkürzung ist die Wandstärke 21 in Radialrichtung y schmaler ausgeführt gegenüber der Wandstärke 23 mit dem Schlitz 19. Dadurch kann die Steifigkeit des Abschnittes 18 vorteilhaft verringert werden.
  • Fig. 4b zeigt eine weitere perspektivische Ansicht des in Fig. 4a gezeigten weiteren erfindungsgemäßen Leitschaufelsegments 100.
    • Bezugszeichenliste
  • Bezugszeichen Beschreibung
    100 Leitschaufelsegment
    200 Leitschaufel
    x Strömungsrichtung; Axialrichtung
    y Radialrichtung
    z Umfangsrichtung
    1 stromaufwärtige, vordere gehäuseseitige Aufhängung
    3 stromabwärtige, hintere gehäuseseitige Aufhängung
    5 Plattform
    7 Druckseite der Leitschaufel
    9 Saugseite der Leitschaufel
    11 Leitschaufelvorderkante
    13 Leitschaufelhinterkante
    15 Verbindungsbereich; verbindet die hintere Aufhängung mit der Plattform
    17 erster Dichtungsabschnitt
    17a,17b zweiter/ dritter Dichtungsabschnitt
    18 Abschnitt der Plattform stromabwärtig des Verbindungsbereichs
    19 erster Schlitz
    20 zweiter Schlitz
    21 Wandstärke in Radialrichtung ohne Dichtungsabschnitt
    23 Wandstärke in Radialrichtung mit Dichtungsabschnitt

Claims (10)

  1. Leitschaufelsegment (100) einer Strömungsmaschine, mit einer stromaufwärtigen gehäuseseitigen Aufhängung (1) und/oder einer stromabwärtigen gehäuseseitigen Aufhängung (3) und einer Plattform (5), wobei die Aufhängungen (1, 3) an der Plattform (5) angeordnet sind, wobei die Plattform (5) einen ersten Dichtungsabschnitt (17) aufweist, und wobei sich die Plattform (5) über einen Verbindungsbereich (15), welcher die hintere Aufhängung (3) mit der Plattform (5) verbindet, hinaus in Strömungsrichtung erstreckt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Dichtungsabschnitt (17), welcher in einem Abschnitt (18) stromabwärtig des Verbindungsbereichs (15) liegt, einen ersten Schlitz (19) aufweist, welcher in Umfangsrichtung durchgängig ist.
  2. Leitschaufelsegment (100) nach Anspruch 1, wobei die stromaufwärtige Aufhängung (1) einen zweiten Dichtungsabschnitt (17a) und die stromabwärtige Aufhängung (3) einen dritten Dichtungsabschnitt (17b) aufweisen.
  3. Leitschaufelsegment (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste, der zweite und/oder der dritte Dichtungsabschnitt (17, 17a, 17b) zum Einfügen von Dichtblechen ausgebildet sind oder Dichtbleche aufweisen.
  4. Leitschaufelsegment (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei sich die Plattform (5) und der erste Dichtungsabschnitt (17) stromabwärts des Verbindungsbereichs (15) über eine Leitschaufelprofilhinterkante (13) hinaus in Strömungsrichtung erstrecken.
  5. Leitschaufelsegment (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abschnitt (18) der Plattform (5) stromabwärts des Verbindungsbereichs (15) einen zweiten Schlitz (20) aufweist, welcher in Radialrichtung nach außen und/oder nach innen durchgängig ist.
  6. Leitschaufelsegment (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abschnitt (18) der Plattform (5) stromabwärts des Verbindungsbereichs (15) einen dritten Schlitz aufweist, welcher in Umfangsrichtung durchgängig ist.
  7. Leitschaufelsegment (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Abschnitt (18) der Plattform (5) stromabwärts des Verbindungsbereichs (15) eine abschnittsweise verjüngte Wandstärke (21) aufweist.
  8. Leitschaufelsegment (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Leitschaufelsegment (100) wenigstens zwei Leitschaufeln (200) aufweist.
  9. Leitschaufelsegment (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Leitschaufelsegment (100) als Gußteil hergestellt ist.
  10. Turbine, gekennzeichnet durch wenigstens ein Leitschaufelsegment (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche.
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