EP2924240A1 - Turbinenlaufschaufel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Bereitstellung einer Deckband-Laufschaufel, die eine verlängerte Lebensdauer aufweist.

Description

• Laufschaufeln von Turbinen müssen den Zentrifugalkräften und den thermischen Belastungen, die während des Betriebs der Turbine auftreten, standhalten. Diese Belastungen können zu einer Materialermüdung und/oder zu Kriechbeschädigungen der Teile führen. Typischerweise ist die Lebensdauer der Schaufeln der ersten Stufen einer Gasturbine durch die Materialermüdung und die der stromab angeordneten Laufschaufeln durch Kriechen begrenzt.
• Laufschaufeln können zudem freistehend oder auch als so genannte Deckbandschaufeln ausgestaltet sein. Letztere weisen dann an ihren nach außen weisenden Spitzen des Schaufelblatts eine vergleichsweise kleine Plattform auf. Bei axial durchströmten Turbinen erstecken sich diese Plattformen in Umfangsrichtung einer Reihe von Laufschaufeln dann so weit, dass die Deckbänder einander benachbarten Laufschaufeln sich berühren.
• Fig. 1 zeigt eine solche Turbinenschaufelspitze mit einem Deckband und mit einem nach außen weisenden Dichtsteg. Dieser kann sich während des Betriebs in eine gegenüberliegende Dichtfläche einschneiden.
• Aufgrund der Masse der Deckbänder, die sich auf einem vergleichsweise großen Radius befindet, ist diese besonders der zeit- und temperaturabhängigen plastischen Verformung unter Last (Kriechen) ausgesetzt.
• In der Vergangenheit wurde das Deckband weitestgehend minimiert, um die Spannungen in dem Deckband möglichst klein zu halten.
• Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Deckband-Laufschaufel, die eine verlängerte Lebensdauer aufweist.
• Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Turbinenlaufschaufel gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Allen Lösungen liegt die Idee zugrunde, die Masse des Deckbands weiter zu reduzieren. Dazu werden mehrere Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
• Positive Wirkungen sind:
• Reduzierung der Masse an der Turbinenlaufschaufelspitze
• reduzierte Spannungen
• reduzierte Schaufelblattverformungen während des Betriebs einer mit den erfindungsgemäßen Laufschaufeln ausgestatteten Turbine
• vergrößerte Kriech-Lebensdauer
• geringere Ausschussrate wegen Kriechens.
• Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel, so wie sie in Anspruch 2 angegeben ist. Diese Laufschaufel bietet den besonderen Vorteil, dass im Vergleich zu den bekannten Lösungen relativ viel Masse dem Deckband entnommen werden kann, ohne dass die Dichtwirkung oder gar die Stabilität des Deckbands beeinträchtigt wird.
• Fig. 3 zeigt ein zweites und ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Turbinenlaufschaufel, so wie sie in Anspruch 5 angegeben ist.
• Fig. 4 zeigt schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel, wobei deren Löcher zu groß dargestellt sind.

Claims (5)

1. Turbinenlaufschaufel für eine thermische Strömungsmaschine,
   welche entlang einer Längsachse aufeinanderfolgend

   - einen Schaufelfußabschnitt zur Befestigung der Turbinenlaufschaufel an einem Rotor,

   - ein sich daran anschließendes Schaufelblatt und

   - ein Deckband umfasst,

   wobei das Deckband an seiner dem Schaufelblatt abgewandten Seite zumindest einen Dichtsteg mit einer Längserstreckung entlang einer Rotationsrichtung der Turbinenlaufschaufel und mit einer Radialerstreckung entlang der Längsachse aufweist,
   dadurch gekennzeichnet,
   dass im Deckband und/oder im Dichtsteg zumindest ein Loch zur Gewichtsreduzierung vorgesehen ist.
2. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1,
   bei der das zumindest eine Loch als Durchgangsloch ausgestaltet und in einem Übergangsbereich des Deckbands zur Dichtspitze angeordnet ist und sich hauptsächlich in eine Richtung erstreckt, welche bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Turbinenlaufschaufeln der Drehrichtung entspricht.
3. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1,
   bei der das zumindest eine Loch als Sacklock ausgebildet ist.
4. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 3,
   bei der mehrere Sacklöcher im Dichtsteg entlang der Drehrichtung verteilt sind und deren Öffnungen an einer radial nach außen weisenden Fläche des Dichtstegs angeordnet sind.
5. Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 3,
   bei der mehrere Sacklöcher in dem Dichtsteg entlang der Rotationsrichtung verteilt sind und deren Öffnungen an zumindest einer der beiden zu den unterschiedlichen Drücken weisenden Flächen des Dichtstegs angeordnet sind.

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