EP3176388B1

EP3176388B1 - Leitschaufelsegment mit radialsicherung

Info

Publication number: EP3176388B1
Application number: EP16201368.4A
Authority: EP
Inventors: Markus Schlemmer; Manfred Feldmann; Rudolf Stanka; Oliver Thiele; Bernd Kislinger; Manuel Hein
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: ES2700953T3; US10370989B2; DE102015224378A1; US20170159466A1; EP3176388A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, umfassend wenigstens ein radial äußeres Deckband und ein radial inneres Deckband, die sich entlang eines jeweiligen Kreisbogens erstrecken und gemeinsam einen Ringabschnitt bilden, wobei in radialer Richtung zwischen dem äußeren Deckband und dem inneren Deckband mehrere Leitschaufeln in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind, die mit dem inneren Deckband und dem äußeren Deckband materialschlüssig verbunden, insbesondere einstückig verbunden sind, wobei das äußere Deckband in einer axialen Längsrichtung ein axial vorderes Stirnwandelement und ein axial hinteres Stirnwandelement umfasst, derart, dass das äußere Deckband und die beiden Stirnwände im Längsschnitt ein wannenartiges Profil bilden, wobei an der axial hinteren Stirnwand wenigstens ein Radialsicherungselement vorgesehen ist, das dazu eingerichtet ist, das Leitschaufelsegment in radialer Richtung relativ zu einem umgebenden Gehäuse zu sichern, wobei das Radialsicherungselement als Vorsprung ausgebildet ist mit einem Auflageabschnitt, der dazu eingerichtet ist, an einem korrespondierenden Gegenstück am Gehäuse abgestützt zu werden.
In der vorliegenden Anmeldung sind Richtungsangaben wie "Axial-" bzw. "axial", "Radial-" bzw. "radial" und "Umfangs-" grundsätzlich auf die Maschinenachse der Gasturbine bezogen zu verstehen, sofern sich aus dem Kontext nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
US2015/0125289 A1 zeigt ein Leitschaufelsegment mit einem wannenartigen Außendeckband, an dessen hinterer Stirnwand Radialsicherungselemente angeordnet sind. Die Radialsicherungselemente weisen Auflageabschnitte mit Auflageflächen auf, die auf einer zylindrischen Umfangsfläche liegen. Zur Herstellung dieser gekrümmten Fläche muss aus dem vollen gefräst werden, was zu erheblichem Mehraufwand und höheren Kosten des Bauteils führt. Ähnliche Leitschaufelsegmente sind aus EP 2 811 118 A1 und EP 1 431 517 A2 bekannt.
In DE 60 2004 003 757 T2 wird vorgeschlagen, Masse an einem Deckband eines Leitschaufelsegments durch eine Reduzierung der Dicke abzutragen. Hierzu wird vorgeschlagen bekannte industrielle Verfahren wie manuelle oder CNC-Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, automatisches oder manuelles Schleifen, Elektroerodieren oder Wasserstrahlbearbeitung zu verwenden.
In EP 2 878 769 A1 wird vorschlagen die Flanken von Nuten, die zwischen zwei Dichtrippen eines Schaufeldeckbandes vorgesehen sind, in Umfangsrichtung linear auszuführen. Bei diesen Flächen handelt es sich nicht um Auflageflächen.
Für eine verbesserte und vereinfachte Montage von Leitschaufelsegmenten, die auch als Leitschaufelcluster bezeichnet werden können, in einer Gasturbine, hat es sich gezeigt, dass das Vorsehen von Radialsicherungselementen eine passende Alternative zu bisher bekannten Hakensicherungen darstellen.
Bei der radialen Sicherung von Leitschaufelsegmenten, die in einer Gasturbine in der Regel zu einem Leitschaufelring zusammengesetzt sind, geht es insbesondere darum, die Leitschaufelsegmente innerhalb des Turbinengehäuses in radialer Richtung gegen ein Herausfallen zu sichern. Im Betrieb der Gasturbine wirkt auf das Leitschaufelsegment durch die Strömung, denen die Leitschaufel(n) ausgesetzt ist bzw. sind, in der Regel ein Moment, welches derartiger Natur ist, dass das axial hintere Stirnwandelement nach radial außen gedrückt wird, wohingegen das axial vordere Stirnwandelement nach radial innen gezogen wird. Dieses Moment wird am axial hinteren Stirnwandelement dadurch aufgenommen, dass sich der radial äußere Rand desselben am Gehäuse abstützt. Ist die Strömungsmaschine jedoch außer Betrieb, so fehlt die auf die Leitschaufeln wirkende Strömung im Gaskanal. Vor allem für diesen Fall dient die hier beschriebene radiale Ausfallsicherung bzw. das Radialsicherungselement. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Leitschaufelsegment bei Stillstand der Strömungsmaschine zum Beispiel schwerkraftbedingt herausfallen kann.
In radialer Richtung sind im Betrieb der Gasturbine geringere Kräfte abzustützen. Ein Abstützen von in Radialrichtung wirkenden Kräften kann in der Regel dann optimal erfolgen, wenn eine Auflagefläche einen Normalenvektor aufweist, der nur Vektorkomponenten in Radialrichtung oder/und Axialrichtung aufweist. Es hat sich allerdings gezeigt, dass derartige Auflageflächen in der Herstellung eher aufwändig sind, wenn die Auflagefläche in Umfangsrichtung entsprechend dem auf die Maschinenachse bezogenen Radius gekrümmt sein soll, oder wenn die Auflagefläche in einer Tangentialebene zum Umfang im Bereich des äußeren Deckbandes liegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leitschaufelsegment bereitzustellen, dessen Radialsicherungselement eine vereinfachte Fertigung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Auflageabschnitt eine Auflagefläche aufweist, die in einer ersten Ebene liegt, deren Normalenvektor Vektorkomponenten in Umfangrichtung sowie in Axialrichtung (AR) oder/und in Radialrichtung (RR) aufweist. Anders ausgedrückt, liegt die erste Ebene so im Raum, dass sie eine Tangentialebene bzw. Tangentialrichtung zur Umfangsrichtung in einer Ebene schneidet, die durch die Radialrichtung und die Umfangrichtung aufgespannt ist. Weist der Normalenvektor eine Vektorkomponente in Umfangsrichtung und in Radialrichtung (oder in Axial- und Radialrichtung) auf, weist die erste Ebene keine Krümmung in Umfangsrichtung auf und kann durch diese vereinfachte Geometrie bzw. Formgebung einfacher hergestellt werden.
Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass das Leitschaufelsegment in Umfangsrichtung (UR) am äußeren Deckband zwei voneinander in einem Abstand angeordnete Deckbandseitenflächen aufweist, die derart ausgebildet sind, dass sie mit einer Deckbandseitenfläche eines benachbarten Leitschaufelsegments in Kontakt kommen können, wobei das Radialsicherungselement mit wenigstens einer Deckbandseitenfläche bündig ausgebildet ist.
Dabei kann das Leitschaufelsegment in Umfangsrichtung zueinander in einem Abstand angeordnet zwei Radialsicherungselemente umfassen, so dass das Leitschaufelsegment an zwei Punkten definiert abgestützt wird und nicht aus der vorgesehenen Lage verrutschen kann, sich insbesondere nicht um eine radial verlaufende Achse verdrehen kann..
Hierzu wird vorgeschlagen, dass das eine Radialsicherungselement bündig mit der einen Deckbandseitenfläche ausgebildet ist, und dass das andere Radialsicherungselement zur anderen Deckbandseitenfläche mit einem Abstand angeordnet ist.
Dabei ist es bevorzugt, dass der in Umfangsrichtung gemessene Abstand der beiden Radialsicherungselement kleiner ist als der in Umfangsrichtung gemessene Abstand der beiden Deckbandseitenflächen.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass das Radialsicherungselement durch Linearschleifen hergestellt ist. Linearschleifen ermöglicht das Bewegen eines entsprechenden Schleifwerkzeugs entlang einer Schleifhauptrichtung, und entlang einer hierzu orthogonalen Vorschubrichtung. Durch das lineare Schleifen kann aufgrund der Werkzeuggeometrie und des linearen Bewegungsvorgangs (Schleifhauptrichtung) in einfacher Weise eine Auflagefläche ausgebildet werden, deren Normalenvektor die oben genannten Merkmale aufweist.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Auflageabschnitt eine zweite Fläche aufweist, die in einer zweiten Ebene liegt, deren Normalenvektor Vektorkomponenten in Umfangrichtung und in Radialrichtung (RR), insbesondere auch in Axialrichtung (AR), aufweist.
Dabei ist es bevorzugt, dass die zweite Fläche und die Auflagefläche zueinander geneigt sind, wobei der von der ersten und der zweiten Ebene gebildete Winkel in einer Schnittebene, die durch die Radialrichtung (RR) und die Axialrichtung (AR) aufgespannt ist, in einem Bereich zwischen 70° und 90°, vorzugsweise 75° bis 85° liegt.
Das Leitschaufelsegment kann ferner in Umfangsrichtung in einem zentralen Bereich der hinteren Stirnwand ein Umfangssicherungselement umfassen.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelsegments für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, umfassend folgende Schritte:

Bereitstellen eines Roh-Leitschaufelsegments (10a) mit wenigstens einem radial äußeren Deckband (14) und einem radial inneren Deckband (12), die sich entlang eines jeweiligen Kreisbogens erstrecken und gemeinsam einen Ringabschnitt bilden, wobei in radialer Richtung (RR) zwischen dem äußeren Deckband (14) und dem inneren Deckband (12) mehrere Leitschaufeln (16) in Umfangsrichtung (UR) nebeneinander angeordnet sind, die mit dem inneren Deckband (12) und dem äußeren Deckband (14) materialschlüssig verbunden, insbesondere einstückig verbunden sind, wobei das äußere Deckband (14) in einer axialen Längsrichtung (AR) ein axial vorderes Stirnwandelement (22) und ein axial hinteres Stirnwandelement (24) umfasst, derart dass das äußere Deckband (14) und die beiden Stirnwände (22, 24) im Längsschnitt ein wannenartiges Profil bilden, und mit wenigstens einem Roh-Radialsicherungselement;
Ausrichten des Roh-Leitschaufelsegments relativ zu einer Linearschleifvorrichtung, derart dass mittels der Linearschleifvorrichtung Material des Roh-Radialsicherungselements abgetragen werden kann;
Abschleifen des Roh-Radialsicherungselements mittels der Linearschleifvorrichtung bis das Roh-Radialsicherungselement die Form eines Radialsicherungselements mit einem Auflageabschnitt angenommen hat, der eine Auflagefläche aufweist, die in einer ersten Ebene liegt, deren Normalenvektor Vektorkomponenten in Umfangrichtung und in Radialrichtung (RR), insbesondere auch in Axialrichtung (AR), aufweist.

Dabei können der Schritt des Ausrichtens des Roh-Leitschaufelsegments und der Schritt des Abschleifens je einmal durchgeführt werden für ein jeweiliges Roh-Radialsicherungselement, wenn am Roh-Leitschaufelsegment zwei oder mehr Roh-Radialsicherungselemente vorgesehen sind.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Schritt des Ausrichtens des Roh-Leitschaufelsegments relativ zur Linearschleifvorrichtung derart ausgeführt wird, dass die Linearschleifvorrichtung beim Abschleifen des Roh-Radialsicherungselements mit einem Abstand zu anderen Komponenten des Roh-Leitschaufelsegments geführt bzw. bewegt werden kann, insbesondere mit einem Abstand zu einem in Umfangsrichtung in einem zentralen Bereich an der hinteren Stirnwand vorgesehen Umfangssicherungselement bzw. einem entsprechenden Roh-Umfangssicherungselement.
Das Linearschleifen der Radialsicherungselemente kann für unterschiedliche Leitschaufelsegmente unterschiedlicher Turbinenstufen bzw. unterschiedlicher Gasturbinen angepasst werden, so dass durch entsprechende relative Ausrichtung von Leitschaufelsegment und Linearschleifwerkzeug die Auflagefläche des Radialsicherungselements hergestellt werden und kann dass die Linearschleifvorrichtung nicht in Kontakt mit anderen Komponenten bzw. Bauteilen, insbesondere Vorsprüngen und Verstärkungsrippen, des Leitschaufelsegments in Berührung kommt.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine umfassend wenigstens eine Turbinenstufe mit mehreren Leitschaufelsegmenten, die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet, so dass sie einen Leitschaufelring der Turbinenstufe bilden, wobei die Leitschaufelsegmente wenigstens eines der oben beschriebenen Merkmale aufweisen.
Das erfindungsgemäße Leitschaufelsegment ist in Anspruch 1 definiert. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelsegments ist in Anspruch 12 definiert. Die erfindungsgemäße Gasturbine ist in Anspruch 15 definiert.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Leitschaufelsegment.
Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte Längsschnittdarstellung eines Übergangsbereichs zwischen Leitschaufelsegment und Turbinengehäuse.
Fig. 3 zeigt eine Vergrößerung des in Figur 2 gestrichelt umrandeten Bereichs III mit einem Radialsicherungselement und einem gehäuseseitigen Gegenstück.
Fig. 4 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Roh-Leitschaufelsegment.
Fig. 5 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Prinzipdarstellung eine Linearschleifvorrichtung in relativer Positionierung zum Leitschaufelsegment.
Fig. 6 zeigt in einer anderen vereinfachten perspektivischen Prinzipdarstellung die Linearschleifvorrichtung in relativer Positionierung zum Leitschaufelsegment.
Fig. 7 zeigt eine vergrößerte Teilschnittdarstellung etwa entlang der Schnittlinie VII-VII der Fig. 6.
Fig. 8 zeigt in den Teilfiguren A) und B) in schematischen und vereinfachten Prinzipdarstellungen die Neigung einer Auflagefläche eines Radialsicherungselements.

Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein Leitschaufelsegment 10 mit einem radial inneren Deckband 12 und einem radial äußeren Deckband 14. In Radialrichtung RR erstrecken sich zwischen dem inneren Deckband 12 und dem äußeren Deckband 14 Leitschaufeln 16, wobei die hier dargestellte Anzahl von drei Leitschaufeln 16 für ein Leitschaufelsegment 10 rein beispielhaft ist; es können auch zwei, vier, fünf oder mehr Leitschaufeln in einem Leitschaufelsegment 10 vorgesehen sein.
Das Leitschaufelsegment 10 der Fig. 1 ist so dargestellt, dass der Blick auf die Saugseiten 18 und die Hinterkanten 20 der Leitschaufeln 16 freigegeben ist. Das radial äußere Deckband 14 umfasst eine axial vordere Stirnwand 22 und eine axial hintere Stirnwand 24. Die beiden Stirnwände 22, 24 sind zum Deckband 14 geneigt ausgeführt, so dass sich in einem Längsschnitt ein wannenartige Profil ergibt. In der Fig. 1 ist ferner ein Radialsicherungselement 26 ersichtlich, das an der hinteren Stirnwand 24 ausgebildet ist und von dieser entgegen der Axialrichtung AR bzw. gegen die Hauptströmungsrichtung in der Strömungsmaschine vorsteht.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Längsschnittdarstellung durch das äußere Deckband 14 und einen Teil eines mit dem Leitschaufelsegment 10 verbundenen Turbinengehäuses 28. Ebenfalls ersichtlich sind aus der Fig. 2 die vordere Stirnwand 22 und die hintere Stirnwand 24, die zusammen mit dem Deckband 14 das wannenartige Profil in der Schnittdarstellung bilden. An der hinteren Stirnwand 24 ist das Radialsicherungselement 26 ersichtlich, das als Vorsprung ausgebildet ist und entgegen der axialen Richtung AR von der hinteren Stirnwand 24 vorsteht. Das Radialsicherungselement 26 weist einen im Schnitt im Wesentlichen S-förmigen Auflageabschnitt 27 auf mit einem konvexen und einem konkaven Bogen, an die gerade Stücke bzw. Flächen angrenzen. Am Gehäuse 28 ist ein zum Radialsicherungselement 26 komplementär ausgebildetes Gegenstück 30 ausgebildet, so dass zwischen dem Radialsicherungselement 26 und dem Gegenstück 30 eine Anlage ermöglicht wird zur radialen Sicherung des Leitschaufelsegments 26 am Gehäuse 30.
Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 gestrichelt umrandeten Bereich III, so dass hieraus das Radialsicherungselement 26 mit seinem Auflageabschnitt 27 und das Gegenstück 30 des Turbinengehäuses 28 besser ersichtlich sind. Das Radialsicherungselement 26 umfasst an seinem Auflageabschnitt 27 eine Auflagefläche 32 und eine zweite Fläche 34. Das Gegenstück 30 weist eine Anlagefläche 36 auf, die der Auflagefläche 32 des Radialsicherungselements 26 gegenüber liegt. Wie aus der Schnittdarstellung ersichtlich, sind die Auflagefläche 32 und die zweite Fläche 34 geneigt zueinander ausgebildet, wobei sie in der Zeichnungsebene (Ebene, die durch die Axialrichtung AR und die Radialrichtung RR aufgespannt wird) einen Winkel β einschließen, der vorzugsweise etwa 70° bis 90°, insbesondere etwa 75° bis 85° beträgt. Die Anlagefläche 36 am Gegenstück 30 des Gehäuses 28 weist im Wesentlichen die gleiche Neigung auf, wie die Auflagefläche 32. Das Zusammenwirken zwischen der Anlagefläche 32 und der Anlagefläche 36 ermöglich die Sicherung des Leitschaufelsegments 10 in radialer Richtung RR.
Fig. 4 ist eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Roh-Leitschaufelsegments 10a nach dem Gießen eines solchen Werkstücks. Es sind die bereits erwähnten Komponenten ersichtlich: äußeres Deckband 14, vordere Stirnwand 22, hintere Stirnwand 24, sowie die Leitschaufeln 16. An der hinteren Stirnwand 24 sind zwei Roh-Radialsicherungselemente 26a und 26b ersichtlich, die als eine Art dreickiger Vorsprung entgegen der Axialrichtung AR von der hinteren Stirnwand 24 abstehen. In einem in Umfangsrichtung UR zentralen Bereich der hinteren Stirnwand 24 ist ein aus zwei Rippen gebildetes Umfangssicherungselement 40 ersichtlich, das ebenfalls noch in seiner Rohform nach dem Gießen vorliegt.
Um aus den Roh-Radialsicherungselementen 26a und 26b die fertig geformten Radialsicherungselemente 26 zu bilden, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 bisher beschrieben worden sind, wird an den Roh-Radialsicherungselementen 26a, 26b Material abgetragen, wobei dies durch lineares Schleifen erfolgt. Hierzu zeigen die Fig. 5 und 6 beispielhaft das (Roh-)Leitschaufelsegment 10 (10a) und eine vereinfacht und schematisch dargestellte Linearschleifvorrichtung 42 in unterschiedlichen Perspektiven und relativen Anordnungen zueinander. Die Linearschleifvorrichtung 42 und das Leitschaufelsegment 10 werden so zueinander ausgerichtet, dass die Linearschleifvorrichtung 42 mit ihren Schleifflächen 44 in Kontakt mit einem der Roh-Radialsicherungselemente 26a, 26b kommt. Der lineare Schleifvorgang wird solange durchgeführt, bis das Radialsicherungselement 26 bzw. dessen Auflageabschnitt 27 seine endgültige Form erreicht hat, insbesondere die Auflagefläche 32 und die zweite Fläche 34 ausgebildet sind. Ausgehend von dem Roh-Leitschaufelsegment 10a der Fig. 4 zeigt die Fig. 5 eine Darstellung, bei der die Linearschleifvorrichtung 42 das Roh-Radialsicherungselemente 26b bearbeitet, und in Fig. 6 eine Darstellung, bei der die Linearschleifvorrichtung 42 das Roh-Radialsicherungselement 26a bearbeitet. Vom jeweils anderen Roh-Radialsicherungselement 26a bzw. 26b, das auch schon als fertig bearbeitetes Radialsicherungselement 26 vorliegen kann, ist in Fig. 5 bzw. Fig. 6 jeweils nur ein oberer Abschnitt erkennbar.
Wie aus der Zusammenschau der Fig. 4 bis 6 ersichtlich ist, weist das Leitschaufelsegment 10 im Bereich des äußeren Deckbandes 14 jeweilige Deckbandseitenflächen 46 auf, die dazu eingerichtet sind, dass benachbarte Leitschaufelsegmente 10 aneinander anliegen können im montierten Zustand in der Gasturbine. Das Leitschaufelsegment 10 weist jeweils zwei Deckbandseitenflächen 46 auf, wobei jeder Deckbandseitenfläche 46 ein Radialsicherungselement 26 zugeordnet sein kann. Dabei kann das betreffende Radialsicherungselement 26 mit der Deckbandseitenfläche 46 bündig ausgeführt sein, wie dies beispielshaft aus der Fig. 5 oder auch der Fig. 1 ersichtlich ist. Alternativ kann das Radialsicherungselement 26 zur Deckbandseitenfläche 46 in einem Abstand AB angeordnet sein, wie dies am besten aus der Fig. 4 ersichtlich ist, aber auch in der Fig. 6 angedeutet ist bei dem in der Fig. 6 linken Radialsicherungselement 26 (26a), das in Kontakt mit der Linearschleifvorrichtung 42 dargestellt ist.
Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, wird die Linearschleifvorrichtung im Kontaktbereich mit dem Radialsicherungselement 26 nicht tangential zu der in diesem Kontaktbereich ausgebildeten Krümmung (entlang der Umfangsrichtung UR) des Deckbandes 14 bzw. der hinteren Stirnwand 24 geführt. Vielmehr wird zwischen einer die Schleifrichtung repräsentierenden Längsachse LAS der Linearschleifvorrichtung 42 und der Tangentialrichtung TR im Bereich des Radialsicherungselements 26 ein Winkel γ gebildet. Dies führt dazu, dass die mittels der Linearschleifvorrichtung 42 ausgebildete Auflagefläche 32 oder/und die Fläche 34 Normalenvektoren aufweisen, der neben wenigstens einer Vektorkomponente in Axialrichtung AR oder/und Radialrichtung RR auch eine Vektorkomponente in Umfangsrichtung UR aufweisen. Eine derartige relative Positionierung von Linearschleifvorrichtung 42 und Leitschaufelsegment 10 zueinander ermöglicht das Abtragen von Material an den Radialsicherungselementen 26, ohne dass die Linearschleifvorrichtung mit anderen Komponenten bzw. Bauteilen des Leitschaufelsegments 10 in Kontakt kommt, insbesondere nicht mit dem Umfangssicherungselement 40, das ebenfalls entlang der Umfangsrichtung UR an der hinteren Stirnwand 24 vorgesehen ist und entgegen der axialen Richtung AR von dieser vorsteht.
Fig. 7 zeigt eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung etwa entlang der Schnittlinie VII-VII der Fig. 6. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Linearschleifvorrichtung 42 im Bereich ihrer Schleifflächen 44 so ausgestaltet ist, dass sie eine zum Radialsicherungselement 26 bzw. dessen Auflageabschnitt 27 komplementäre Kontur aufweist. Durch diese komplementäre Schleifkontur ist es möglich, dass mittels linearer Relativbewegung der Linearschleifvorrichtung 42 entlang der Längsachse LAS der Linearschleifvorrichtung ein sukzessiver Materialabtrag an einem Roh-Radialsicherungselement 26a, 26b (Fig. 4) erfolgt bis das fertige Radialsicherungselement 26 ausgebildet ist. Somit kann auf ein verglichen mit dem Linearschleifen eher aufwändiges Fräsen des bzw. der Radialsicherungselemente(s) 26 verzichtet werden.
Fig. 8 zeigt in den Teilfiguren A) und B) zwei stark vereinfachte prinzipielle Schnittdarstellungen der Auflagefläche 32 des Radialsicherungselements 26, um die Vektorkomponenten des Normalenvektors zu illustrieren. Fig. 8A) ist ein Längsschnitt, wie er auch aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wobei lediglich die Auflagefläche 32 als Linie dargestellt ist mit dem Normalenvektor NV, und den Vektorkomponenten VRR und VAR in radialer bzw. axialer Richtung. Fig. 8B) ist ein Schnitt entsprechend der Linie VIII-VIII der Fig. 3, wobei die Auflagefläche 32 als Linie und ein Teil des geschnittenen Radialsicherungselements 26 schraffiert dargestellt ist. Auch in Fig 8B) ist für die Auflagefläche 32 der Normalenvektor NV mit den in dieser Darstellung ersichtlichen Vektorkomponenten VRR und VUR in Radialrichtung bzw. Umfangsrichtung gezeigt.
Wenn die Auflagefläche 32 des Radialsicherungselements 26 in der beschriebenen Art geneigt ist, wobei deren Normalenvektor eine Vektorkomponente VUR in Umfangsrichtung aufweist, kann dies dazu führen, dass die Auflagefläche 32 nicht flächig in Kontakt kommt mit der Anlagefläche 36 des Gegenstücks 30, sondern dass nur eine Berührung zwischen diesen beiden Auflageflächen 32, 36 entlang einer Linie vorliegt. Eine nicht vollflächige Anlage von Radialsicherungselement 26 und Gegenstück 30 wird allerdings nicht als nachteilig erachtet, weil über die Radialsicherungselemente 26 im Stillstand einer Gasturbine keine großen Kräfte abzustützen sind, wobei im Betrieb derselben in der Regel gar keine Kräfte über die Radialsicherungselemente 26 abgestützt werden. Die Radialsicherungselemente sollen daher kostengünstig hergestellt werden können, was mittels des Linearschleifens ermöglicht ist, und eine Sicherung gegen Herausfallen in radialer Richtung bieten, insbesondere bei der Montage/Demontage von Leitschaufelsegmenten einer Turbinenstufe einer Gasturbine.

Bezugszeichenliste

10: Leitschaufelsegment
10a: Roh-Leitschaufelsegment
12: inneres Deckband
14: äußeres Deckband
16: Leitschaufel
18: Saugseite
20: Hinterkante
22: vordere Stirnwand
24: hintere Stirnwand
26: Radialsicherungselement
26a: Roh-Radialsicherungselement
26b: Roh-Radialsicherungselement
27: Auflageabschnitt
28: Gehäuse
30: Gegenstück
32: Auflagefläche
34: Fläche
36: Anlagefläche
40: Umfangssicherungselement
42: Linearschleifvorrichtung
44: Schleiffläche
46: Deckbandseitenfläche
AB: Abstand
AR: axiale Richtung
LAS: Längsachse (Linearschleifvorrichtung 42)
NV: Normalenvektor
RR: radiale Richtung
TR: Tangentialrichtung
UR: Umfangsrichtung
VAR: Vektorkomponente in Axialrichtung
VRR: Vektorkomponente in Radialrichtung
VUR: Vektorkomponente in Umfangsrichtung

Claims

Leitschaufelsegment (10) für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, umfassend
wenigstens ein radial äußeres Deckband (14) und ein radial inneres Deckband (12), die sich entlang eines jeweiligen Kreisbogens erstrecken und gemeinsam einen Ringabschnitt bilden,
wobei in radialer Richtung (RR) zwischen dem äußeren Deckband (14) und dem inneren Deckband (12) mehrere Leitschaufeln (16) in Umfangsrichtung (UR) nebeneinander angeordnet sind, die mit dem inneren Deckband (12) und dem äußeren Deckband (14) materialschlüssig verbunden, insbesondere einstückig verbunden sind,
wobei das äußere Deckband (14) in einer axialen Längsrichtung (AR) ein axial vorderes Stirnwandelement (22) und ein axial hinteres Stirnwandelement (24) umfasst, derart, dass das äußere Deckband (14) und die beiden Stirnwände (22, 24) im Längsschnitt ein wannenartiges Profil bilden,
wobei an der axial hinteren Stirnwand (24) wenigstens ein Radialsicherungselement (26) vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, das Leitschaufelsegment (10) in radialer Richtung (RR) relativ zu einem umgebenden Gehäuse (28, 30) zu sichern,
wobei das Radialsicherungselement (26) als Vorsprung ausgebildet ist mit einem Auflageabschnitt (27), der dazu eingerichtet ist, an einem korrespondierenden Gegenstück (30) am Gehäuse (28) abgestützt zu werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Auflageabschnitt (27) eine Auflagefläche (32) aufweist, die in einer Ebene liegt, deren Normalenvektor eine Vektorkomponente (VUR) in Umfangrichtung (UR) und in Radialrichtung (RR) aufweist.
Leitschaufelsegment nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflageabschnitt (27) eine Auflagefläche (32) aufweist, die in einer Ebene liegt, deren Normalenvektor eine Vektorkomponente (VAR) in Axialrichtung (AR) aufweist.
Leitschaufelsegment nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es in Umfangsrichtung (UR) am äußeren Deckband (14) zwei voneinander in einem Abstand angeordnete Deckbandseitenflächen (46) aufweist, die derart ausgebildet sind, dass sie mit einer Deckbandseitenfläche eines benachbarten Leitschaufelsegments in Kontakt kommen können, wobei das Radialsicherungselement (26) mit wenigstens einer Deckbandseitenfläche (46) bündig ausgebildet ist.
Leitschaufelsegment nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es in Umfangsrichtung zueinander in einem Abstand angeordnet zwei Radialsicherungselemente (26) umfasst.
Leitschaufelsegment nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Radialsicherungselement (26) bündig mit der einen Deckbandseitenfläche (46) ausgebildet ist, und dass das andere Radialsicherungselement (26) zur anderen Deckbandseitenfläche (46) mit einem Abstand (AB) angeordnet ist.
Leitschaufelsegment, nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der in Umfangsrichtung gemessene Abstand der beiden Radialsicherungselement (26) kleiner ist als der in Umfangsrichtung gemessene Abstand der beiden Deckbandseitenflächen (46).
Leitschaufelsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radialsicherungselement (26) durch Linearschleifen hergestellt ist.
Leitschaufelsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auflageabschnitt (27) eine zweite Fläche (34) aufweist, die in einer zweiten Ebene liegt deren Normalenvektor Vektorkomponenten in Umfangrichtung und in Radialrichtung (RR) aufweist.
Leitschaufelsegment nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalenvektor der zweiten Ebene Vektorkomponenten in Axialrichtung (AR) aufweist.
Leitschaufelsegment nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Fläche (34) und die Auflagefläche (32) zueinander geneigt sind, wobei der von der ersten und der zweiten Ebene gebildete Winkel (β) in einer Schnittebene, die durch die Radialrichtung (RR) und die Axialrichtung (AR) aufgespannt ist, in einem Bereich zwischen 70° und 90°, vorzugsweise 75° bis 85° liegt.
Leitschaufelsegment nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Umfangsrichtung (UR) in einem zentralen Bereich der hinteren Stirnwand (24) ein Umfangssicherungselement (40) umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelsegments (10) für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, umfassend folgende Schritte:
Bereitstellen eines Roh-Leitschaufelsegments (10a) mit wenigstens einem radial äußeren Deckband (14) und einem radial inneren Deckband (12), die sich entlang eines jeweiligen Kreisbogens erstrecken und gemeinsam einen Ringabschnitt bilden, wobei in radialer Richtung (RR) zwischen dem äußeren Deckband (14) und dem inneren Deckband (12) mehrere Leitschaufeln (16) in Umfangsrichtung (UR) nebeneinander angeordnet sind, die mit dem inneren Deckband (12) und dem äußeren Deckband (14) materialschlüssig verbunden, insbesondere einstückig verbunden sind, wobei das äußere Deckband (14) in einer axialen Längsrichtung (AR) ein axial vorderes Stirnwandelement (22) und ein axial hinteres Stirnwandelement (24) umfasst, derart dass das äußere Deckband (14) und die beiden Stirnwände (22, 24) im Längsschnitt ein wannenartiges Profil bilden, und mit wenigstens einem Roh-Radialsicherungselement (26a, 26b);

Ausrichten des Roh-Leitschaufelsegments relativ zu einer Linearschleifvorrichtung (42), derart dass mittels der Linearschleifvorrichtung (42) Material des Roh-Radialsicherungselements (26a, 26b) abgetragen werden kann;

Abschleifen des Roh-Radialsicherungselements (26a, 26b) mittels der Linearschleifvorrichtung (42) bis das Roh-Radialsicherungselement (26a, 26b) die Form eines Radialsicherungselements (26) mit einem Auflageabschnitt (27) angenommen hat, der eine Auflagefläche (32) aufweist, die in einer ersten Ebene liegt, deren Normalenvektor Vektorkomponenten in Umfangrichtung und in Radialrichtung (RR), insbesondere auch in Axialrichtung (AR), aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Ausrichtens des Roh-Leitschaufelsegments (26a, 26b) und der Schritt des Abschleifens je einmal durchgeführt wird für ein jeweiliges Roh-Radialsicherungselement (26a, 26b), wenn am Roh-Leitschaufelsegment (10a) zwei oder mehr Roh-Radialsicherungselemente (26a, 26b) vorgesehen sind.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Schritt des Ausrichtens des Roh-Leitschaufelsegments (10a) relativ zur Linearschleifvorrichtung (42) derart ausgeführt wird, dass die Linearschleifvorrichtung (42) beim Abschleifen des Roh-Radialsicherungselements (26a, 26b) mit einem Abstand zu anderen Komponenten des Roh-Leitschaufelsegments (10a) geführt bzw. bewegt werden kann, insbesondere mit einem Abstand zu einem in Umfangsrichtung (UR) in einem zentralen Bereich an der hinteren Stirnwand (24) vorgesehen Umfangssicherungselement (40) bzw. einem entsprechenden Roh-Umfangssicherungselement.
Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine umfassend wenigstens eine Turbinenstufe mit mehreren Leitschaufelsegmenten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind, so dass sie einen Leitschaufelring der Turbinenstufe bilden.