EP2823152A1 - Turbinenlaufschaufel und axialer rotorabschnitt für eine gasturbine - Google Patents

Turbinenlaufschaufel und axialer rotorabschnitt für eine gasturbine

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Publication number
EP2823152A1
EP2823152A1 EP13718314.1A EP13718314A EP2823152A1 EP 2823152 A1 EP2823152 A1 EP 2823152A1 EP 13718314 A EP13718314 A EP 13718314A EP 2823152 A1 EP2823152 A1 EP 2823152A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
turbine
rotor
coolant
blade root
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13718314.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Nihal Kurt
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
Publication of EP2823152A1 publication Critical patent/EP2823152A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
    • F01D5/3007—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type
    • F01D5/3015—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers of axial insertion type with side plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
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    • 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
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F01D5/082—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades on the side of the rotor disc
    • 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
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05B2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to an axial rotor section for a rotor of a gas turbine with an outer peripheral surface adjoining two end-side first side surfaces, in which circumferentially distributed, along an axial direction extending blade holding slots for blades of the turbine are provided. Furthermore, the invention relates to a turbine blade with a blade root, an adjoining platform and located on the side facing away from the foot platform of the platform, wherein in
  • Blade foot is provided at least one opening for supplying a coolant into the turbine blade inner, which merges into a coolant channel.
  • a generic axial rotor section for a turbine is known for example from the published patent application DE 1 963 364 AI.
  • the rotor section formed by a rotor disk is equipped with holding grooves extending in the axial direction for rotor blades of the turbine, wherein an end-to-end receiving groove for sealing plates is provided on the front side.
  • the seated therein sealing plates block a displacement of the blades along the retaining and thus fix them.
  • Each sealing sheet is thereby from a
  • the sealing plates also form a sealing ring when viewed in the circumferential direction.
  • the sealing ring separates a first space between the sealing plate and the end face of the rotor disk from a second space lying beyond the sealing plate.
  • the first space is traversed by cooling air, which prevents thermal overload of the blade root and the outer edge of the rotor disk.
  • a disadvantage of the known device is the use of a screw to secure the sealing plates against displacement in the circumferential direction. Due to the thermal cycling occurring between operation and standstill and due to the hot gas flowing through the turbine, corrosion and strength problems in the fitting may occur. Under certain circumstances, this can not be solved as intended.
  • a rotor assembly for a rotor disc of a turbine which has a one-piece sealing ring for axial securing of blades. Due to the one-piece sealing ring but this is only suitable for aircraft gas turbines, since they are assembled in the axial direction by alternately stacking rotor and stator components. Stationary gas turbines, on the other hand, are composed of two housing halves that surround the fully assembled rotor.
  • the one-piece sealing ring of DE 30 33 768 A1 is connected to the turbine disk in the manner of a bayonet closure.
  • a generic gas turbine blade with a blade root, a platform and an airfoil known.
  • the platform extends from an upstream edge to a downstream edge relative to the hot gas flowing through the gas turbine in the axial direction.
  • the platform has an outflow-side edge extending in the circumferential direction of the turbine disk, which protrudes beyond the axial width of the turbine disk in the manner of a eaves.
  • the cooling air flow influencing structural elements are provided at the bottom of the downstream edge of the platform several.
  • the object of the invention is therefore to provide a turbine blade and an axial rotor section, with which the aforementioned requirements can be met.
  • a number of outlet holes are provided for cooling adjacent components, which open into the respective coolant channel.
  • the invention is based on the finding that the fairlead of the turbine bucket can also be used for other purposes than carrying the platform and the adjoining airfoil.
  • the blade root of the turbine blade is designed so that it becomes part of a cooling arrangement, wherein the component to be cooled does not belong to the turbine blade, but is a sealing element, which are adjacent to each other in the installed state.
  • the sealing element fixes the relevant turbine blade in the blade retaining groove axially and to In addition, it directs a coolant near the surface of a side surface of an axial rotor portion and on the end face of the blade root. At the same time, this coolant flow bypassed so far also cooled the sealing element.
  • a supply channel the coolant channel
  • the impingement coolant which preferably extends comparatively close below the end face of the blade root.
  • the coolant channel extends in the radial direction.
  • a number of holes in the end face of the blade root are provided, which open in the coolant channel. The coolant flowing in the coolant channel can then radiate out through the holes, the so-called outlet holes, on the end face of the blade root, after which it impinges on the surface of the sealing element facing the end face of the blade root.
  • the longitudinal axes of the outlet holes can have any required angle with respect to the longitudinal extent of the blade root or of the rotor blade groove, in order to chill the largest possible area of the sealing element.
  • Another advantage is the increased sealing effect in the blade system, since less cooling air flows along the side surface of the rotor section due to the impingement cooling jets. If sealing elements are provided on the axial rotor section of the gas turbine at both end faces of the blade root, the use of the device according to the invention with coolant channels and outlet holes arranged on the front side likewise offers itself on both end sides of the blade root. Both the coolant channel and the frontally arranged outlet holes can be produced directly during the casting of the blade root or the turbine blade.
  • the coolant channel and / or the outlet holes can be done, for example, by means of laser drilling or by erosion. Expediently, the outlet holes are distributed in a uniform grid surface.
  • Other manufacturing methods for example the fastening of a baffle-cooling plate above an end-side coolant channel groove, are also conceivable.
  • At least one spacer may be provided on the relevant end face.
  • the opening of the coolant channel is arranged on blade bottom and between the opening and the associated end face of the blade root for the coolant pressure loss generating element or a sealing element blade bottom is arranged.
  • the pressure gradient can be adjusted so that the coolant flows into the coolant channel and flows out through the outlet holes.
  • these elements need not necessarily be integrally formed with the blade or with the axial rotor section. They can also be designed as a separately produced seal or flow barrier.
  • FIG 2 shows the cross-sectional view of FIG 1 along the
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the foot region of a turbine blade according to the invention
  • 4 shows a perspective view of the blade root of the turbine blade according to the invention.
  • FIG. 1 shows an axial rotor section 10 in a side view and FIG. 2 in a cross section according to section line II-II from FIG. 1.
  • Each sealing element 16 is seated with its radially inner end 18 in a groove 20 provided on a rotor disk 19 at the front and with its radially outer end 22 in a securing groove 24 which is provided on the underside 26 of a platform 28 of the rotor blade 14.
  • a radially rectilinear sheet metal strip 30 is attached to each.
  • Each sheet metal strip 30 terminates at its radially outer end 32 in a uniformly converging point 34.
  • Chamfered edges 36 are provided on the platforms 28 of the rotor blades 14, two opposite edges 36 of immediately adjacent rotor blades 14 forming a tapered recess 38, respectively in which the tip 34 of the metal strip 30 for securing the sealing element 16 protrude against a shift in the circumferential direction U and can rest.
  • the sealing elements 16 also ensure a separation of two spaces 37, 39, in which on the one hand coolant and on the other hand a mixture of coolant and hot gas flow can occur.
  • two parallel slots 40 are provided in the latter, by the already U-shaped pre-bent sheet metal strip 30 is used.
  • the end 41 of the sheet-metal strip 30 lying opposite the tip 34 is already bent before the assembly of the sealing element 16 on the rotor disk 19 into the position shown in FIG. 2 for fastening the sheet-metal strip 30.
  • the sealing elements 16 with the preassembled metal strips 30 are successively threaded into the endless circumferential groove 20 arranged on the rotor disk 19 and into the securing groove 24 arranged on the underside 26 of the platform 28.
  • the sealing elements 16 are positioned along the circumference of the groove 20 so that each sheet metal strip 30 faces a recess 38. Subsequently, the tips 34 of the sheet metal stiffeners 30 are bent into the recesses 38 in order to preclude a displacement of the sealing elements 16 in the circumferential direction U.
  • exit holes 58 are provided in an end face 52 of the blade root 54 and in the side surfaces 53 of so-called claws 56, which form the outer edge of the rotor disc 19 between two directly adjacent retaining grooves 12.
  • the outlet holes 58 arranged in the blade root 54 are connected to a coolant channel 60 whose inlet-side opening 62 for supplying a coolant is arranged in the underside 64 of the blade root 54.
  • coolant 66 flows through a cooling channel 65 arranged in the rotor disk into the free space 67 between the blade foot bottom 64 and the groove bottom of the retaining groove 12.
  • the coolant 66 From there, part of the coolant 66 reaches the opening 62, whereupon it then enters the coolant channel 60. Due to the existing pressure gradient, the coolant 66 then flows through the outlet holes 58 in Form of impingement cooling jets and impinges bouncing on the sealing element 16th
  • a pressure loss-generating element 68 on the underside 64 of the blade root 54 between opening 62 and end face 52. This can also be designed as a sealing element. For a defined distance between end face 52 of the
  • Shovel 54 and sealing element 16 may be provided on the front side 52 and a spacer 70.
  • the supply of arranged in the claws 56 outlet holes 58 with cooling air can be achieved by means of suitable holes (not shown) in the rotor disk 19.
  • FIGs 3 and 4 show the turbine blade 14 according to the invention comprising the blade root 54, a platform 28 and arranged thereon the blade 15, the latter, however, is only partially shown. Furthermore, the supply port 62 and the exit holes 58 are shown. The distance between the end face 52 of the blade root 54 and the opening 62 is comparatively small, so that the coolant channel 60 shown in cross section in FIG. 3 is arranged comparatively close to the end face 52 assigned to it. The coolant channel 60 extends parallel to the substantially planar end face 52 of the blade root 54.
  • the invention thus relates to a turbine blade 14 having a blade root 54, an adjoining platform 28 and a remote from the blade root 54 side of the platform 28 airfoil 15, wherein at an underside 64 of the blade root 54 at least one opening 62 for supplying a Coolant 66 is provided in the turbine blade inner, which merges into a coolant channel 60.
  • the invention relates an axial rotor section 10 for a rotor 23 of a turbine, having an outer peripheral surface adjacent to two frontal side surfaces 53, in which circumferentially distributed, axially extending blade containment slots 12 for turbine blades 14 are provided, each retaining groove 12 a turbine blade 14 is arranged, wherein the side of a side surface 53 of the rotor portion 10, a plurality of sealing elements 16 are provided, the gap forming the end faces 52 of the blade roots 54 opposite.
  • a multiplicity of outlet holes 58 are provided in the side face 53 and / or in the end face 52 for impingement cooling of the sealing elements 16.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinelaufschaufei (14) mit einem Schaufelfuß (54), einer sich daran anschließenden Plattform (28) und einem an der dem Schaufelfuß (54) abgewandten Seite der Plattform (28) angesiedelten Schaufelblatt (15), wobei an einer Unterseite (64) des Schaufelfußes (54) zumindest eine Öffnung (62) zur Zuführung eines Kühlmittels (66) in das Turbinenlaufschaufelinnere vorgesehen ist, die in einen Kühlmittelkanal (60) übergeht. Weiter betrifft die Erfindung einen axialen Rotorabschnitt (10) für einen Rotor (23) einer Turbine, mit einer an zwei stirnseitigen ersten Seitenflächen (53) angrenzenden äußeren Umfangsfläche, in der über den Umfang verteilte, sich entlang einer Axialrichtung erstreckenden Laufschaufelhaltenuten (12) für Laufschaufeln (14) der Turbine vorgesehen sind, wobei in jeder Haltenut (12) eine Turbinenlaufschaufel (14) angeordnet ist, wobei seitlich einer Seitenfläche (53) des Rotorabschnitts (10) eine Vielzahl von Dichtelementen (16) vorgesehen sind, die spaltbildend den Stirnseiten (52) der Schaufelfüße (54) gegenüberliegen. Um eine verbesserte Kühlung des Dichtelementes (16) zu erreichen, was dessen Lebensdauer verlängert bzw. dieses für höhere Umgebungstemperaturen ertüchtigt, wird vorgeschlagen, dass in der Seitenfläche (53) und/oder in der Stirnfläche (52) eine Vielzahl von Austrittslöchern (58) zur Prallkühlung der Dichtelemente (16) vorgesehen sind.

Description

Beschreibung
Axialer Rotorabschnitt und Turbinenlaufschaufel für eine Gasturbine
Die Erfindung betrifft einen axialen Rotorabschnitt für einen Rotor einer Gasturbine mit einer an zwei stirnseitigen ersten Seitenflächen angrenzenden äußeren Umfangsfläche , in der über den Umfang verteilte, sich entlang einer axialen Richtung erstreckende Laufschaufelhaltenuten für Laufschaufeln der Turbine vorgesehen sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Turbinenlaufschaufel mit einem Schaufelfuß, einer sich daran anschließenden Plattform und einem an der fußabgewandten Seite der Plattform angesiedelten Schaufelblatt, wobei im
Schaufelfuß zumindest eine Öffnung zur Zuführung eines Kühlmittels in das Turbinenlaufschaufelinnere vorgesehen ist, die in einen Kühlmittelkanal übergeht. Ein gattungsgemäßer axialer Rotorabschnitt für eine Turbine ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 1 963 364 AI bekannt. Der von einer Rotorscheibe gebildete Rotorabschnitt ist mit in Axialrichtung verlaufenden Haltenuten für Laufschaufeln der Turbine ausgestattet, wobei stirnseitig ei- ne endlos umlaufende Aufnahmenut für Dichtbleche vorgesehen ist. Die darin sitzenden Dichtbleche blockieren eine Verschiebung der Laufschaufeln entlang der Haltenuten und fixieren somit diese. Jedes Dichtblech wird dabei von einer
Schraube gegen Verlust gesichert.
Die Dichtbleche bilden zudem in Umfangsrichtung betrachtet einen Dichtring. Der Dichtring trennt einen ersten Raum zwischen dem Dichtblech und der Stirnseite der Rotorscheibe von einem jenseits des Dichtbleches liegenden zweiten Raum ab. Im Betrieb wird der erste Raum von Kühlluft durchströmt, was eine thermische Überbelastung von Schaufelfuß und dem äußeren Rand der Rotorscheibe verhindert . Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die Verwendung einer Schraube zur Sicherung der Dichtbleche gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung . Aufgrund der zwischen Betrieb und Stillstand auftretenden thermischen Wechselbeanspruchung und aufgrund des durch die Turbine strömenden Heißgases kann es zu Korrosions- und Festigkeitsproblemen in der Verschrau- bung kommen. Unter Umständen kann diese nicht bestimmungsgemäß gelöst werden. In diesem Fall wird die Schraube ausgebohrt, wobei dieser Vorgang in der Regel am noch in der unte- ren Gehäusehälfte der Gasturbine liegenden Rotor durchgeführt wird. Dabei kann es passieren, dass Späne in die untere Gehäusehälfte fallen, welche beim nachfolgenden Betrieb ungewollte Verunreinigungen herbeiführen können. Ferner ist aus der FR 2 524 933 eine Sicherung für Laufschaufeln gegen eine Axialverschiebung bekannt, die mittels eines in Umfangsrichtung verschiebbaren Bleches gehalten werden. Die darin gezeigte Anordnung ist jedoch nicht geeignet, einen scheibennahen Raum gegenüber einem jenseits des Blechs vor- handenen Raum abzudichten. Hier besteht also die Gefahr einer temperaturbedingten Schädigung von Schaufelfuß und Rotorscheibenrand .
Des Weiteren ist aus der Offenlegungsschrift DE 30 33 768 AI eine Läuferbaugruppe für eine Läuferscheibe einer Turbine bekannt, welche einen einstückigen Dichtring zur Axialsicherung von Laufschaufeln aufweist. Aufgrund des einstückigen Dichtrings ist dieser jedoch lediglich für Flugzeuggasturbinen geeignet, da diese in Axialrichtung durch wechselweises Stapeln von Rotor- und Statorbauteilen zusammengesetzt werden. Stationäre Gasturbinen werden dagegen aus zwei Gehäusehälften zusammengesetzt, die den vollständig montierten Rotor umgreifen. Der einstückige Dichtring der DE 30 33 768 AI wird nach Art eines Bajonett-Verschlusses mit der Turbinenscheibe ver- hakt.
Ferner ist aus der US 2004/0081556 AI eine gattungsgemäße Gasturbinenschaufel mit einem Schaufelfuß, einer Plattform und einem Schaufelblatt bekannt. Die Plattform erstreckt sich von einer anstromseitigen Kante zu einer abstromseitigen Kante, bezogen auf das Heißgas, welches die Gasturbine in Axial - richtung durchströmt. Die Plattform weist eine in Um- fangsrichtung der Turbinenscheibe verlaufende abströmseitige Kante auf, welche über die axiale Breite der Turbinenscheibe nach Art einer Traufe hinausragt. An der Unterseite der abstromseitigen Kante der Plattform sind mehrere, die Kühlluftströmung beeinflussende Strukturelemente vorgesehen.
Mit zunehmendem technischen Fortschritt und neuen Anforderungen an die Leistung und Lebensdauer von Gasturbinen besteht das Bedürfnis, neue Konstruktionen bereitzustellen, die trotz technisch anspruchsvolleren Randbedingungen weiterhin die ge- wünschte Lebensdauer aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Turbinenlaufschaufel und eines axialen Rotorabschnitts, mit welchen die vorgenannten Anforderungen erfüllt werden können.
Die auf die Turbinenlaufschaufel gerichtete Aufgabe wird mit einer solchen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Stirnseite des Schaufelfußes eine Anzahl von Austrittslöchern zur Kühlung benachbarter Bauteile vorgesehen sind, die in den betreffenden Kühlmittelkanal münden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Schau- feifuß der Turbinenlaufschaufel auch für andere Zwecke eingesetzt werden kann als das Tragen der Plattform und des sich daran anschließenden Schaufelblattes. Nunmehr wird der Schaufelfuß der Turbinenlaufschaufel so ausgestaltet, dass er Teil einer Kühlungsanordnung wird, wobei das zu kühlende Bauteil nicht zur Turbinenlaufschaufel gehört, sondern ein Dichtelement ist, welche im eingebauten Zustand zueinander benachbart sind. Zum einen fixiert das Dichtelement die betreffende Turbinenlaufschaufel in der Laufschaufelhaltenut axial und zum anderen leitet es ein Kühlmittel oberflächennah an einer Seitenfläche eines axialen Rotorabschnitts und an der Stirnseite des Schaufelfußes. Gleichzeitig kühlte dieser vorbeigeleitete Kühlmittelstrom bisher auch das Dichtelement.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel besteht nun die Möglichkeit, sich von der konvekti- ven Kühlung des Dichtelements abzuwenden und dafür eine
Prallkühlung mit Hilfe einer besonders einfachen Konstruktion zu etablieren. Von besonderem Vorteil ist, dass auf ein aufwändig befestigtes Prallkühlelement verzichtet werden kann. Anstelle dessen ist im Inneren des Schaufelfußes für das Prallkühlmittel ein Versorgungskanal, der Kühlmittelkanal, vorgesehen, welcher sich vorzugsweise vergleichweise nah un- terhalb der Stirnfläche des Schaufelfußes erstreckt. In Bezug auf die Orientierung in einer Gasturbine erstreckt sich der Kühlmittelkanal in Radialrichtung. Gleichzeitig ist eine Anzahl von Löchern in der Stirnfläche des Schaufelfußes vorgesehen, die im Kühlmittelkanal münden. Das im Kühlmittel - kanal einströmende Kühlmittel kann dann durch die Löcher, den sogenannten Austrittslöchern, an der Stirnseite des Schaufelfußes strahlenartig austreten, wonach dieses dann auf die - der Stirnseite des Schaufelfußes zugewandte - Fläche des Dichtelementes aufprallt. Hiermit wird das Dichtelement bes- ser als bisher gekühlt. Gleichzeitig kann eine effizientere thermische Abschirmung des Schaufelfußes und des äußeren Rands des Rotorabschnitts bzw. einer Rotorscheibe erreicht werden. Dies wirkt sich bei unveränderten Einsatzbedingungen lebensdauerverlängernd aus oder ermöglicht bei schwierigeren Einsatzbedingungen, d.h. höheren lokalen Betriebstemperaturen eine ähnliche Lebensdauer wie bisher.
Dabei können die Längsachsen der Austrittslöcher gegenüber der Längserstreckung des Schaufelfußes bzw. der Laufschaufei - haltenut jeden erforderlichen Winkel aufweisen, um eine möglichst große Fläche des Dichtelementes prallzukühlen . Ein weiterer Vorteil ist die gesteigerte Dichtwirkung im Schaufelsystem, da aufgrund der Prallkühlstrahlen entlang der Seitenfläche des Rotorabschnitts weniger Kühlluft strömt. Sofern an beiden Stirnseiten des Schaufelfußes Dichtelemente am axialen Rotorabschnitt der Gasturbine vorgesehen sind, bietet sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit stirnseitig angeordneten Kühlmittelkanälen und Austrittslöchern ebenfalls an beiden Stirnseiten des Schaufelfußes an. Sowohl der Kühlmittelkanal als auch die stirnseitig angeordneten Austrittslöcher können unmittelbar beim Gießen des Schaufelfußes bzw. der Turbinenlaufschaufel mit hergestellt werden. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, diese in die zumeist gegossene Turbinenlaufschaufel einzubringen. Das Ein- bringen des Kühlmittelkanals und/oder der Austrittslöcher kann bspw. mit Hilfe von Laserbohren oder durch Erodieren erfolgen. Dabei sind zweckmäßigerweise die Austrittslöcher in einem gleichmäßigen Raster flächig verteilt. Andere Herstellverfahren, beispielsweise das Befestigen eines Prallkühl- blechs über einer stirnseitigen Kühlmittelkanalnut, sind ebenfal1s denkbar .
Die auf den axialen Rotorabschnitt gerichtete Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Demnach sind in analoger Weise zu der Turbinenlaufschaufel im axialen Rotorabschnitt an den zwischen den Haltenuten angeordneten Bereichen zumindest einer Seitenfläche Austrittslöcher zur Prallkühlung der Dichtelemente vorgesehen. Hierbei treten in analoger Weise die gleichen Vorteile auf wie bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel .
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteran- Sprüchen angegeben, deren Merkmale untereinander beliebig kombinierbar sind. Um einen definierten Abstand zwischen der betreffenden Stirnseite des Schaufelfußes der Turbinenlaufschaufel und des Dichtelementes einzuhalten, kann zumindest ein Abstandshalter an der betreffenden Stirnseite vorgesehen sein.
Da zumeist die Bereitstellung von Kühlmittel für die Turbinenlaufschaufel schaufelfußunterseitig erfolgt, ist es von Vorteil, wenn die Öffnung des Kühlmittelkanals schaufelfußunterseitig angeordnet ist und zwischen der Öffnung und der dieser zugeordneten Stirnseite des Schaufelfußes ein für das Kühlmittel druckverlusterzeugendes Element oder ein abdichtendes Element schaufelfußunterseitig angeordnet ist. Mit Hilfe eines derartigen Elementes kann das Druckgefälle so eingestellt werden, dass das Kühlmittel in den Kühlmittel - kanal ein- und durch die Austrittslöcher ausströmt.
Diese Elemente müssen jedoch nicht zwingend einstückig mit der Laufschaufel oder mit dem axialen Rotorabschnitt ausgebildet sein. Sie können auch als separat hergestellte Dich- tung oder Strömungsbarriere ausgebildet sein.
Um eine besonders gleichmäßige Kühlung aller Dichtelemente eines Dichtelementrings eines axialen Rotorabschnitts entlang des Umfangs gesehen herbeizuführen, empfiehlt sich die Ver- wendung der erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel in einem erfindungsgemäßen axialen Rotorabschnitt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 einen axialen Rotorabschnitt mit am Außenumfang angeordneten Turbinenlaufschaufeln,
FIG 2 die Querschnittsansicht gemäß FIG 1 entlang der
Schnittlinie II-II,
FIG 3 einen Längsschnitt durch den Fußbereich einer erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel, und FIG 4 eine perspektivische Darstellung des Schaufelfußes der erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel . In allen Figuren sind identische Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt einen axialen Rotorabschnitt 10 in einer Seitenansicht und FIG 2 in einem Querschnitt gemäß der Schnittlinie II-II aus FIG 1. Für jede gegen eine axiale Verschiebung innerhalb ihrer Laufschaufelhaltenut 12 zu sichernde Turbinenlaufschaufel 14, nachfolgend kurz Laufschaufei genannt, sind zwei benachbarte Dichtelemente 16 vorgesehen, welche jeweils die stirnseitige Öffnung der betreffenden Laufschaufel - haltenut 12 hälftig überdecken. Jedes Dichtelement 16 sitzt mit seinem radial inneren Ende 18 in einer an einer Rotorscheibe 19 stirnseitig vorgesehenen Nut 20 und mit seinem radial äußeren Ende 22 in einer Sicherungsnut 24, die an der Unterseite 26 einer Plattform 28 der Laufschaufel 14 vorge- sehen ist. Um jedes Dichtelement 16 gegen ein Verschieben in Umfangsrichtung U zu sichern, ist an jedem ein radial geradliniger Blechstreifen 30 befestigt. Jeder Blechstreifen 30 endet an seinem radial äußeren Ende 32 in einer gleichmäßig zusammenlaufenden Spitze 34. An den Plattformen 28 der Lauf- schaufeln 14 sind gefaste Kanten 36 vorhanden, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Kanten 36 von unmittelbar benachbarten Laufschaufein 14 eine spitz zulaufende Aussparung 38 bilden, in die die Spitze 34 des Blechstreifens 30 zur Sicherung des Dichtelements 16 gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung U hineinragen und anliegen kann.
Die Dichtelemente 16 sorgen außerdem für eine Trennung von zwei Räumen 37, 39, in denen einerseits Kühlmittel und andererseits ein Gemisch aus Kühlmittel und Heißgasstrom auftre- ten kann.
Zur Befestigung der Blechstreifen 30 am Dichtelement 16 sind im letztgenannten zwei parallele Schlitze 40 vorgesehen, durch die der bereits U-förmig vorgebogene Blechstreifen 30 eingesetzt wird. Das der Spitze 34 gegenüberliegende Ende 41 des Blechstreifens 30 wird bereits vor der Montage des Dichtelements 16 an der Rotorscheibe 19 in die in FIG 2 darge- stellte Position zur Befestigung des Blechstreifens 30 gebogen .
Nach der Montage der Laufschaufeln 14 in die Rotorscheiben 19 werden nacheinander die Dichtelemente 16 mit den vormontier- ten Blechstreifen 30 in die endlos umlaufende, an der Rotorscheibe 19 angeordnete Nut 20 und in die an der Unterseite 26 der Plattform 28 angeordnete Sicherungsnut 24 eingefädelt. Die Dichtelemente 16 werden so entlang des Umfangs der Nut 20 positioniert, dass jeder Blechstreifen 30 einer Aussparung 38 gegenüberliegt. Anschließend werden die Spitzen 34 der Blechsteifen 30 in die Aussparungen 38 eingebogen, um eine Verschiebung der Dichtelemente 16 in Umfangsrichtung U auszuschließen . In einer Stirnseite 52 des Schaufelfußes 54 und in den Seitenflächen 53 von sogenannten Klauen 56, welche zwischen zwei einander unmittelbar benachbarten Haltenuten 12 den äußeren Rand der Rotorscheibe 19 bilden, sind Austrittslöcher 58 vorgesehen. Wie aus FIG 2 ersichtlich, sind die im Schaufelfuß 54 angeordneten Austrittslöcher 58 mit einem Kühlmittelkanal 60 verbunden, dessen einströmseitige Öffnung 62 zum Zuführen eines Kühlmittels in der Unterseite 64 des Schaufelfußes 54 angeordnet ist. Beim Betrieb einer mit einem solchen Rotorabschnitt 10 ausgestatteten Gasturbine strömt durch einen in der Rotorscheibe 19 angeordneten Kühlkanal 65 Kühlmittel 66 in den Freiraum 67 zwischen Schaufelfußunterseite 64 und dem Nutgrund der Haltenut 12. Von dort aus gelangt ein Teil des Kühlmittels 66 zur Öffnung 62, wonach es anschließend in den Kühlmittelkanal 60 eintritt. Aufgrund des vorhandenen Druckgefälles strömt das Kühlmittel 66 anschließend durch die Austrittslöcher 58 in Form von Prallkühlstrahlen aus und trifft prallkühlend auf das Dichtelement 16.
Um das gewünschte Druckgefälle einzustellen, bietet es sich ggf- an, an der Unterseite 64 des Schaufelfußes 54 zwischen Öffnung 62 und Stirnseite 52 ein druckverlusterzeugendes Element 68 anzuordnen. Dieses kann auch als Dichtelement ausgebildet sein. Für einen definierten Abstand zwischen Stirnseite 52 des
Schaufelfußes 54 und Dichtelement 16 kann an der Stirnseite 52 auch ein Abstandselement 70 vorgesehen sein.
Die Versorgung der in den Klauen 56 angeordneten Austritts- löcher 58 mit Kühlluft kann mit Hilfe geeigneter Bohrungen (nicht dargestellt) in der Rotorscheibe 19 erreicht werden.
Die FIG 3 und 4 zeigen die erfindungsgemäße Turbinenlaufschaufel 14 umfassend den Schaufelfuß 54, eine Plattform 28 und das daran angeordnete Schaufelblatt 15, wobei letztgenanntes jedoch nur teilweise dargestellt ist. Des Weiteren sind die Zuführöffnung 62 und die Austrittslöcher 58 dargestellt. Der Abstand zwischen der Stirnseite 52 des Schaufelfußes 54 und der Öffnung 62 ist vergleichsweise gering, so dass der in FIG 3 im Querschnitt dargestellte Kühlmittelkanal 60 vergleichsweise nah an der ihm zugeordneten Stirnseite 52 angeordnet ist. Der Kühlmittelkanal 60 erstreckt sich parallel zur im Wesentlichen ebenen Stirnseite 52 des Schaufelfußes 54.
Insgesamt betrifft die Erfindung somit eine TurbinelaufSchaufel 14 mit einem Schaufelfuß 54, einer sich daran anschließenden Plattform 28 und einem an der dem Schaufelfuß 54 abgewandten Seite der Plattform 28 angesiedelten Schaufelblatt 15, wobei an einer Unterseite 64 des Schaufelfußes 54 zumindest eine Öffnung 62 zur Zuführung eines Kühlmittels 66 in das Turbinenlaufschaufelinnere vorgesehen ist, die in einen Kühlmittelkanal 60 übergeht. Weiter betrifft die Erfindung einen axialen Rotorabschnitt 10 für einen Rotor 23 einer Turbine, mit einer an zwei stirnseitigen ersten Seitenflächen 53 angrenzenden äußeren Umfangsfläche , in der über den Umfang verteilte, sich entlang einer Axialrichtung erstreckenden Laufschaufelhaltenuten 12 für Laufschaufeln 14 der Turbine vorgesehen sind, wobei in jeder Haltenut 12 eine Turbinenlaufschaufel 14 angeordnet ist, wobei seitlich einer Seitenfläche 53 des Rotorabschnitts 10 eine Vielzahl von Dichtelementen 16 vorgesehen sind, die spaltbildend den Stirnseiten 52 der Schaufelfüße 54 gegenüberliegen. Um eine verbesserte Kühlung des Dichtelementes 16 zu erreichen, was dessen Lebensdauer verlängert bzw. dieses für höhere Umgebungstemperaturen ertüchtigt, wird vorgeschlagen, dass in der Seitenfläche 53 und/oder in der Stirnfläche 52 eine Vielzahl von Austrittslöchern 58 zur Prallkühlung der Dichtelemente 16 vorgesehen sind.

Claims

Patentansprüche
1. Turbinenlaufschaufel (14) mit einem Schaufelfuß (54), einer sich daran anschließenden Plattform (28) und einem an der fußabgewandten Seite der Plattform (28) angesiedelten Schaufelblatt (15) ,
wobei im Schaufelfuß (54) zumindest eine Öffnung (62) zur Zuführung eines Kühlmittels (66) in das Turbinenlaufschau- feiinnere vorgesehen ist, die in einen Kühlmittelkanal (60) übergeht ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in zumindest einer der beiden Stirnseiten (52) eine Anzahl von Austrittslöchern (58) zur flächigen Prallkühlung benachbarter Bauteile vorgesehen sind, die in den betreffenden Kühlmittelkanal (60) münden.
2. Turbinenlaufschaufel (14) nach Anspruch 1,
bei der die Öffnung (62) schaufelfußunterseitig angeordnet ist.
3. Turbinenlaufschaufel (14) nach Anspruch 1 oder 2,
bei der der betreffende Kühlmittelkanal (60) zur betreffenden Stirnseite (52) des Schaufelfußes (54) unmittelbar be- nachbart ist.
4. Turbinenlaufschaufel (14) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der an der betreffenden Stirnseite (52) zumindest ein Abstandshalter (70) zur Anlage eines Dichtelements (16) vorgesehen ist.
5. Turbinenlaufschaufel (14) nach einem der Anspruch 2 bis 4,
bei der zwischen der Öffnung (62) und der dieser zuzuord- nenden Stirnseite (52) an der Unterseite (64) ein für Kühlmittel druckverlusterzeugendes Element (68) angeordnet ist.
6. Axialer Rotorabschnitt (10) für einen Rotor (23) einer Turbine, mit einer an zwei stirnseitigen ersten Seitenflächen (53) angrenzenden äußeren Umfangsfläche , in der über den Umfang verteilte, sich entlang einer Axialrichtung er- streckende Laufschaufelhaltenuten (12) für Laufschaufeln (14) der Turbine vorgesehen sind, wobei in jeder Haltenut (12) eine Turbinenlaufschaufel (14) angeordnet ist,
wobei seitlich einer Seitenfläche (53) des Rotorabschnitts (10) eine Vielzahl von Dichtelementen (16) vorgesehen sind, die spaltbildend den Stirnseiten (52) der Schaufelfüße (54) gegenüberliegen,
dadurch gekennzeichnet,
dass in zumindest einer der Seitenflächen (53) eine Vielzahl von Austrittslöchern (58) zur flächigen Prallkühlung der Dichtelemente (16) vorgesehen sind.
7. Rotorabschnitt (10) nach Anspruch 6,
bei dem die Turbinenlaufschaufeln (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet sind.
8. Verfahren zum Kühlen eines Dichtelements (16) eines Ro torabschnitts (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei durch die Austrittslöcher (58) Kühlluft zur flächigen
Prallkühlung der Dichtelemente (16) ausströmt.
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