EP3236010A1

EP3236010A1 - Leitschaufel mit einem verbindungsrohr

Info

Publication number: EP3236010A1
Application number: EP16166435.4A
Authority: EP
Inventors: Fathi Ahmad; Nihal Kurt
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2017-10-25
Also published as: WO2017182423A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einer im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel äußeren Plattform (2), einem von der äußeren Plattform (2) vorstehenden Schaufelblatt (6), das sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt und in dessen Innerem ein Hohlraum (12) vorgesehen ist, einer inneren Plattform (19), die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform (2) mit dem Schaufelblatt (6) verbunden ist, und einem den Hohlraum (12) des Schaufelblattes (6) in der Längsrichtung (L) durchsetzenden Verbindungsrohr (13), das an seinem nach außen weisenden freien Endbereich mit einem sich quer zu der Längsrichtung (L) erstreckenden Flansch (15) versehen und in eine Durchgangsöffnung (5) der äußeren Plattform (2) eingesetzt ist, wobei die Durchgangsöffnung (5) im Bereich eines auswärts weisenden Vorsprungs (3) mit gekrümmter Außenfläche (4) ausgebildet ist, an welcher der Flansch (15) anliegt und mit welcher der Flansch (15) stoffschlüssig verbunden ist, und wobei der Flansch (15) wenigstens einen Einschnitt (17) aufweist, der sich ausgehend von einem Außenrand des Flansches (15) einwärts erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einer im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel äußeren Plattform, einem von der äußeren Plattform vorstehenden Schaufelblatt, das sich in einer Längsrichtung erstreckt und in dessen Innerem ein Hohlraum vorgesehen ist, einer inneren Plattform, die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform mit dem Schaufelblatt verbunden ist, und einem den Hohlraum des Schaufelblattes in der Längsrichtung durchsetzenden Verbindungsrohr, das an seinem nach außen weisenden freien Endbereich mit einem sich quer zu der Längsrichtung erstreckenden Flansch versehen und in eine Durchgangsöffnung der äußeren Plattform eingesetzt ist, wobei die Durchgangsöffnung im Bereich eines auswärts weisenden Vorsprungs mit gekrümmter Außenfläche ausgebildet ist, an welcher der Flansch anliegt und mit welcher der Flansch stoffschlüssig verbunden ist.
Strömungsmaschinen wie beispielsweise Gasturbinen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, thermische Energie und Strömungsenergie eines Arbeitsfluids, insbesondere eines Heißgases in Rotationsenergie umzuwandeln. Sie umfassen ein Gehäuse, in dem sich in einer axialen Richtung ein Strömungskanal erstreckt. In dem Strömungskanal ist eine Mehrzahl von Turbinenstufen in der axialen Richtung hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet.
Jede Turbinenstufe umfasst eine Mehrzahl von Leitschaufeln, die einen mit dem Gehäuse verbundenen Leitschaufelkranz bilden und die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids günstig zu beeinflussen. Eine solche Leitschaufel umfasst üblicherweise eine Plattform, die im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel radial außen angeordnet ist. Ferner umfasst die Leitschaufel ein Schaufelblatt, das von der äußeren Plattform vorsteht und sich in einer Längsrichtung erstreckt. Weiterhin weist die Leitschaufel eine innere Plattform auf, die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform mit dem Schaufelblatt verbunden ist. Der Leitschaufelkranz ist nach innen durch einen Haltekranz abgeschlossen, in dem die inneren Plattformen der Leitschaufeln gehalten sind.
Darüber hinaus umfasst jede Turbinenstufe eine Mehrzahl von Laufschaufeln, die einen mit einem zentral gelagerten und das Gehäuse in der axialen Richtung durchsetzenden Läufer verbundenen Laufschaufelkranz bilden. In dem Läufer sind weiterhin Umfangsnuten ausgebildet, in denen die Haltekränze der Leitschaufelkränze angeordnet sind.
Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strömungskanal der Strömungsmaschine von einem Arbeitsfluid durchströmt. Das den Strömungskanal durchströmende Arbeitsfluid wird von den Leitschaufeln derart umgelenkt, dass es die dahinter angeordneten Laufschaufeln optimal anströmt und mit einer Kraft beaufschlagt. Das durch die Leitschaufeln vermittelte Drehmoment versetzt den Läufer in Rotation. Die Rotationsenergie des Läufers kann beispielsweise mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.
Der thermodynamische Wirkungsgrad von Gasturbinen ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur des Heißgases in die Gasturbine ist. Der Höhe der Eintrittstemperatur sind jedoch Grenzen unter anderem durch die thermische Belastbarkeit der in dem Strömungskanal angeordneten Komponenten gesetzt. Dementsprechend besteht eine Zielsetzung darin, Komponenten zu schaffen, die auch bei sehr hohen Temperaturen des Heißgases eine für den Betrieb der Gasturbine ausreichende mechanische Beständigkeit besitzen.
Eine Möglichkeit, die thermische Belastbarkeit beispielsweise einer Leitschaufel zu erhöhen, besteht darin, mittels eines Kühlfluids Wärme von der Leitschaufel abzuführen. Dazu wird in ihrem Inneren ein Hohlraum vorgesehen, der von dem Kühlfluid durchströmt wird.
Auch die Haltekränze an den Innenseiten der Leitschaufelkränze werden durch in die Umfangsnut strömendes Heißgas stark erhitzt. Ein bewährtes Mittel zur Kühlung eines Haltekranzes ist, den Haltekranz mit einem U-förmigen Querschnitt auszubilden, wodurch in dem Haltekranz eine umlaufende Kühlfluidnut geschaffen wird. Diese Kühlfluidnut wird mit Kühlfluid versorgt, das aus den Leitschaufeln durch eine in der inneren Plattform vorgesehene Auslassöffnung in die Kühlfluidnut des Haltekranzes strömt. Jedoch hat dieses Kühlfluid in dem Schaufelblatt der Leitschaufel bereits Wärme aufgenommen, was die für den Haltekranz verfügbare Kühlleistung verringert.
Eine höhere Kühlleistung des Kühlfluids in dem Haltekranz lässt sich durch ein spezielles Verbindungsrohr (jumper tube) erzielen, welches den Hohlraum des Schaufelblattes der Leitschaufel in der Längsrichtung durchsetzt und durch welches das Kühlfluid auf direktem Weg und weitgehend unerwärmt in die Kühlfluidnut des Haltekranzes strömt.
Das Verbindungsrohr ist in eine Durchgangsöffnung der äußeren Plattform eingesetzt. Dabei ist die Durchgangsöffnung zumeist im Bereich eines nach außen weisenden Vorsprunges mit einer gekrümmten Außenfläche ausgebildet. Zur Befestigung an der äußeren Plattform ist das Verbindungsrohr in seinem nach außen weisenden freien Endbereich mit einem sich quer zu der Längsrichtung erstreckenden Flansch versehen, der an der Außenfläche des Vorsprungs anliegt und mit dieser stoffschlüssig verbunden ist.
Es hat sich aber gezeigt, dass die Vorsprünge der äußeren Plattformen hinsichtlich der Krümmung ihrer Außenflächen variieren und sich zudem die Flansche verformen können, wenn sie an das Verbindungsrohr angeschweißt werden. Infolgedessen ist es aufwändig und fehleranfällig, eine stoffschlüssige und fluiddichte Verbindung zwischen dem ggf. verformten und steifen Flansch des Verbindungsrohrs und dem konvex gekrümmten Vorsprung der äußeren Plattform herzustellen. Die Figur 8 zeigt beispielhaft eine Schweißverbindung zwischen einem Verbindungsrohr und einer äußeren Plattform entsprechend der üblichen Praxis, für die eine starke Schweißnaht erzeugt werden musste.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine einfache und zuverlässige Verbindung des Flansches des Verbindungsrohrs mit dem Vorsprung der äußeren Plattform erlaubt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leitschaufel der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher der Flansch wenigstens einen Einschnitt aufweist, der sich ausgehend von einem Außenrand des Flansches einwärts erstreckt.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die Verformbarkeit des Flansches zu verbessern, um seine Form an unterschiedlich gekrümmte Außenflächen anpassen zu können. Dazu wird in dem Flansch wenigstens ein Einschnitt vorgesehen, der sich ausgehend von einem Außenrand des Flansches einwärts erstreckt. Dieser wenigstens eine Einschnitt verringert die Steifheit des Flansches, wodurch dieser leichter verformt und an die Außenfläche des Vorsprungs angepasst werden kann.
Vorteilhaft erstreckt sich der wenigstens eine Einschnitt im Wesentlichen in Richtung des Verbindungsrohres. Solche Einschnitte erleichtern die Handhabung der einzelnen Teile des Flansches bei der Anpassung an die Außenfläche des Vorsprungs.
Gemäß einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Leitschaufel ist der Flansch ringförmig ausgebildet und besitzt quer zu der Längsrichtung eine Breite im Bereich von 2mm bis 20mm und bevorzugt zwischen 5mm und 15mm. Dieser Breitenbereich entspricht bei gängigen Leitschaufeln dem für die Anlage des Flansches verfügbaren Flächenangebot des Vorsprungs der äußeren Plattform.
Bevorzugt besitzt der Flansch eine viereckige, insbesondere rechteckige oder trapezförmige Außenkontur, deren Ecken insbesondere abgerundet sind, wobei der wenigstens eine Einschnitt vorteilhaft in einer der Ecken vorgesehen ist. Flansche dieser Form passen zu den Vorsprüngen vieler gebräuchlicher Leitschaufeln. Bei viereckigen Flanschen kann an jeder Ecke ein Einschnitt vorgesehen sein, um eine Anpassung des Flansches an die Außenfläche des Vorsprungs der äußeren Plattform zu erleichtern. In diesem Fall ergeben sich diagonal erstreckende Einschnitte eine besonders gleichmäßige Anpassbarkeit des Flansches.
Der Flansch kann bezogen auf die Längsrichtung eine Dicke im Bereich von 1mm bis 1,5mm und bevorzugt von 1,2mm besitzen. Mit dieser Wahl der Dicke des Flansches wird eine einfache Verformbarkeit des Flansches sichergestellt.
Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Leitschaufel besitzt der wenigstens eine Einschnitt eine Breite, die mindestens der Dicke des Flansches entspricht. Derartig schmale Einschnitte lassen die Anlagefläche des Flansches nahezu unverändert.
Bevorzugt endet der wenigstens eine Einschnitt beabstandet zu dem Verbindungsrohr, wobei der Abstand zwischen dem inneren Ende des Einschnitts und dem Verbindungsrohr mindestens der Dicke des Flansches entspricht. Mit anderen Worten durchtrennt der wenigstens eine Einschnitt den Flansch nicht vollständig, so dass die Ringform des Flansches benachbart zu dem Verbindungsrohr nicht beeinträchtigt ist.
Vorteilhaft sind in dem Flansch mehrere beabstandet zueinander angeordnete Einschnitte vorgesehen. Mehrere Einschnitte verbessern weiter die Verformbarkeit des Flansches, wodurch sich dessen Steifheit verringert und folglich die Anpassbarkeit erhöht.
In an sich bekannter Weise kann das Verbindungsrohr mit der äußeren Plattform verschweißt oder verlötet sein. Schweißen und Löten sind Fügeverfahren, die sich in Zusammenhang mit Leitschaufeln bewährt haben.
Vorteilhaft umfasst das Verbindungsrohr ein Metall oder eine Metalllegierung, insbesondere eine Nickelbasislegierung wie IN625 oder Nimonic90 oder besteht daraus.
Bevorzugt ist das innere Ende des Verbindungsrohrs in eine weitere Durchgangsöffnung, die in der inneren Plattform vorgesehen ist, eingesetzt und darin verschiebbar gehalten. Auf diese Weise werden Spannungen und spannungsbedingte Materialermüdung vermieden, wenn sich das Schaufelblatt und das Verbindungsrohr während des Betriebs der Strömungsmaschine nicht um dasselbe Maß ausdehnen oder zusammenziehen.
Gemäß einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Leitschaufel weist das Verbindungsrohr einen viereckigen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt auf, dessen Ecken insbesondere abgerundet sind. Derartige Querschnitte eignen sich besonders zur Anordnung des Verbindungsrohrs innerhalb des Schaufelblatts einer Leitschaufel.
In an sich bekannter Weise umfasst das Schaufelblatt eine Umfangswandung, die eine vordere Anströmkante und eine hintere Anströmkante, die sich jeweils in der Längsrichtung erstrecken, definiert und einen konkaven druckseitigen Abschnitt und einen konvexen saugseitigen Abschnitt aufweist.
Bei einer solchen Leitschaufel kann das Verbindungsrohr in dem Hohlraum beabstandet von der Umfangswandung angeordnet sein. Infolge des Abstandes besteht keine Wärmebrücke zwischen der Umfangswandung und dem Verbindungsrohr, so dass sich das Verbindungsrohr während des Betriebs der Strömungsmaschine so wenig wie möglich erwärmt.
Gemäß einer Weiterentwicklung ist in dem Hohlraum wenigstens ein Steg vorgesehen, der sich ausgehend von einer Plattform in der Längsrichtung in den Hohlraum erstreckt und den druckseitigen Abschnitt der Umfangswandung mit dem saugseitigen Abschnitt der Umfangswandung verbindet. Derartige Stege dienen dazu, den Hohlraum in dem Schaufelblatt in der Längsrichtung zur Bildung eines oder mehrerer Kühlfluidkanalabschnitte zu unterteilen.
Bevorzugt sind mehrere Stege derart in dem Hohlraum ausgebildet und angeordnet, dass sich jeder Steg ausgehend von einer Plattform in Richtung der gegenüberliegenden Plattform erstreckt und beabstandet zu dieser endet, wobei sich benachbarte Stege ausgehend von unterschiedlichen Plattformen erstrecken, um in dem Hohlraum einen mäanderförmigen Kühlfluidkanal zu definieren. Bei dieser Ausgestaltung wird das Schaufelblatt von dem Kühlfluid entlang mehrerer Schleifen durchströmt. Dabei ist es günstig, die erste Schleife, in der das Kühlfluid die höchste Kühlleistung erbringt, im Bereich der Anströmkante der Leitschaufel vorzusehen, da diese einer besonders hohen thermischen Belastung durch das Heißgas ausgesetzt ist.
Gemäß einer vorteilhaften Variante sind genau zwei Stege vorgesehen und weist der Kühlfluidkanal drei im wesentlichen gerade und sich in der Längsrichtung erstreckende Kanalabschnitte, die ausgehend von der Anströmkante hintereinander und beabstandet zu einander angeordnet sind, und zwei Kehren auf, die benachbarte Kanalabschnitte des mäanderförmigen Kühlfluidkanals benachbart zu der inneren Plattform oder benachbart zu der äußeren Plattform miteinander verbinden. Dabei ist das Verbindungsrohr in dem mittleren Kanalabschnitt des Kühlfluidkanals angeordnet. Bei dieser Anordnung sind die Strömungsrichtungen des Kühlfluids in dem mittleren Kanalabschnitt und in dem Verbindungsrohr entgegengesetzt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Leitschaufel gemäß zweier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist

Figur 1: eine teilweise Draufsicht einer Plattform einer Leitschaufel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2: eine teilweise Draufsicht einer Plattform einer Leitschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 3: eine Draufsicht der in Figur 2 dargestellten Leitschaufel;
Figur 4: eine seitliche Querschnittsansicht der in Figur 3 dargestellten Leitschaufel entlang der mit dem Bezugszeichen IV bezeichneten Linie;
Figur 5: eine Querschnittsansicht eines Schaufelblatts der in Figur 2 dargestellten Leitschaufel;
Figur 6: eine teilweise Querschnittsansicht einer Strömungsmaschine mit Leitschaufeln gemäß der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform;
Figur 7: eine vergrößerte Detailansicht des in Figur 5 mit dem Bezugszeichen VII bezeichneten Ausschnitts; und
Figur 8: eine perspektivische Teilansicht einer üblichen Schweißverbindung zwischen einer äußeren Schaufelplattform und einem nicht erfindungsgemäßen Verbindungsrohr.

Die Figur 1 zeigt eine Leitschaufel 1 für eine nicht dargestellte Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Leitschaufel 1 weist eine äußere Plattform 2 auf, die im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel 1 radial außen angeordnet ist. Die äußere Plattform 2 umfasst einen nach außen weisenden Vorsprung 3 mit einer gekrümmten Außenfläche 4. In dem Bereich des Vorsprungs 3 ist eine Durchgangsöffnung 5 ausgebildet.
Ferner umfasst die Leitschaufel 1 ein von der äußeren Plattform 2 vorstehendes Schaufelblatt 6, das sich in einer Längsrichtung L erstreckt und eine Umfangswandung 7 aufweist, die eine vordere Anströmkante 8 und eine hintere Abströmkante 9 definiert sowie einen druckseitigen Abschnitt 10 und einen saugseitigen Abschnitt 11 aufweist. In dem Inneren des Schaufelblatts 6 ist ein Hohlraum 12 vorgesehen.
Weiterhin umfasst die Leitschaufel 1 ein Verbindungsrohr 13 mit einem trapezförmigen Querschnitt, dessen Ecken 14 abgerundet sind. Das Verbindungsrohr 13 ist in die Durchgangsöffnung 5 eingesetzt, durchsetzt den Hohlraum 12 des Schaufelblattes 6 und ist in dem Hohlraum 12 beabstandet zu der Umfangswandung 7 angeordnet. Es besteht aus einer Nickelbasislegierung wie IN625 oder Nimonic90, kann aber alternativ auch allgemein ein Metall oder eine Metalllegierung umfassen oder daraus bestehen.
Das Verbindungsrohr 13 ist an seinem äußeren freien Endbereich mit einem Flansch 15 versehen, der durch Schweißen an das Verbindungsrohr 13 angeformt ist. Der Flansch 15 liegt außenseitig an der gekrümmten Außenfläche 4 an und ist mit dieser durch Schweißen stoffschlüssig verbunden. Der Flansch 15 ist ringförmig ausgebildet und besitzt quer zu der Längsrichtung L eine variierende Breite im Bereich zwischen 5mm und 15mm. Die Außenkontur des Flansches 15 ist trapezförmig, wobei die Ecken 14 des Flansches 15 abgerundet sind. Bezogen auf die Längsrichtung L besitzt der Flansch 15 eine Dicke von etwa 1,2mm.
An den Ecken 14 des Flansches 15 sind vier Einschnitte 17 angeordnet, die sich ausgehend von einem Außenrand des Flansches 15 diagonal einwärts in Richtung des Verbindungsrohres 13 erstrecken und den Flansch 15 in vier Flanschabschnitte 16 unterteilen. Die Einschnitte 17 besitzen eine Breite, die mindestens der Dicke des Flansches 15 entspricht. Die Einschnitte 17 enden beabstandet zu dem Verbindungsrohr 13. Dabei entspricht der Abstand zwischen dem inneren Ende 18 eines Einschnitts 17 und dem Verbindungsrohr 13 der Dicke des Flansches 15.
Schließlich umfasst die Leitschaufel 1 eine innere Plattform 19, die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform 2 angeordnet und mit dem Schaufelblatt 6 verbunden ist. In der inneren Plattform 19 ist eine weitere Durchgangsöffnung 20 vorgesehen, in die das Verbindungsrohr 13 derart eingesetzt ist, dass es darin verschiebbar gehalten ist.
Zur Herstellung der Leitschaufel 1 wird zunächst der Flansch 15 mit dem Verbindungsrohr 13 verschweißt. Dann werden die zwischen den Einschnitten 17 liegenden Flanschabschnitte 16 durch Biegen individuell an die Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 der äußeren Plattform 2 derart angepasst, dass der Flansch 15 möglichst gut an der gekrümmten Außenfläche 4 anliegt. In einem weiteren Schritt wird das Verbindungsrohr 13 von außen in die Durchgangsöffnung 5 eingesetzt, so dass sein inneres Ende in der Durchgangsöffnung 20 der inneren Plattform 19 verschiebbar gehalten ist. Abschließend wird der Flansch 15 mit der Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 fluiddicht verschweißt.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen eine Leitschaufel 1 für eine Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sie besitzt denselben Grundaufbau wie die zuvor beschriebene Leitschaufel gemäß der ersten Ausführungsform. Im Unterschied zu dieser sind in dem Hohlraum 12 zwei Stege 21 vorgesehen, die jeweils den druckseitigen Abschnitt der Umfangswandung mit dem saugseitigen Abschnitt der Umfangswandung verbinden. Die beiden Stege 21 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sich jeder Steg 21 ausgehend von einer Plattform 2, 19 in der Längsrichtung L in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Plattform 19, 2 in den Hohlraum 12 erstreckt. Die beiden Stege 21 erstrecken sich ausgehend von unterschiedlichen Plattformen 2, 19, wodurch in dem Hohlraum 12 ein mäanderförmiger Kühlfluidkanal 22 definiert ist. Der Kühlfluidkanal 22 umfasst drei im Wesentlichen gerade und sich in der Längsrichtung L erstreckende Kanalabschnitte 23, die ausgehend von der Anströmkante 8 hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet sind, und zwei Kehren 24, die benachbarte Kanalabschnitte 23 benachbart zu der inneren Plattform 19 oder benachbart zu der äußeren Plattform 2 miteinander verbinden. Das Verbindungsrohr 13 ist in dem mittleren der drei Kanalabschnitte 23 angeordnet.
Die Figuren 6 und 7 zeigen schematisch einen Abschnitt einer Strömungsmaschine mit erfindungsgemäßen Leitschaufeln 1. Die Strömungsmaschine umfasst ein Gehäuse 25, in dem sich in einer axialen Richtung A ein Strömungskanal 26 erstreckt. Weiterhin umfasst die Strömungsmaschine eine Mehrzahl von Turbinenstufen 27, die jeweils einen Leitschaufelkranz 28 und einen Laufschaufelkranz 29 umfassen, wobei die Turbinenstufen 27 in dem Strömungskanal 26 in der axialen Richtung A hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Leitschaufelkränze 29 sind jeweils aus einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Leitschaufeln 1 gebildet und umfassen jeweils einen U-förmigen Haltekranz 30 mit einer umlaufenden Kühlfluidnut 31, in dem die inneren Plattformen 19 der Leitschaufeln 1 gehalten sind.
Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strömungskanal 26 von einem expandierenden Heißgas durchströmt. Um die thermische Belastung der Leitschaufelkränze 29 zu verringern, werden die Leitschaufelkränze 29 gleichzeitig durch ein Kühlfluid gekühlt. Dazu wird jede Leitschaufel 1 von dem Kühlfluid durchströmt. Ein Teil des Kühlfluids durchströmt zur Kühlung des Schaufelblatts 6 den Kühlfluidkanal 22, während ein anderer Teil des Kühlfluids zur Kühlung des Haltekranzes 30 direkt und ohne erwärmenden Kontakt zu der Umfangswandung 7 des Schaufelblatts 6 durch das Verbindungsrohr 13 in den Haltekranz 30 strömt.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Leitschaufel 1 liegt darin, dass sich der eingeschnittene ringförmige Flansch 15 gut an die gekrümmte Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 der äußeren Plattform 2 anpassen lässt, indem die zwischen den Einschnitten 17 definierten Abschnitte 26 des Flansches 15 unabhängig voneinander derart gebogen werden, dass sie individuell an die Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 angepasst sind. Auf diese Weise kann eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr 13 und der äußeren Plattform 2 einfach und spannungsfrei geschaffen werden. Dies eröffnet auch die Möglichkeit, für den Kühlfluidkanal 22 und das Verbindungsrohr 13 getrennte Kühlfluidkreisläufe zu verwenden, die sich hinsichtlich der Temperatur und des Druckes des darin strömenden Kühlfluids unterscheiden, ohne dass ein unerwünschter Austausch zwischen den beiden Kühlfluidkreisläufen erfolgt. Abgesehen davon bewirkt die Anordnung des Verbindungsrohres 13 in dem mittleren Kanalabschnitt 23 eine besonders gute Trennung der beiden Kühlkanalkreisläufe, da weder die äußere Plattform 2 noch die innere Plattform 19 im Bereich des mittleren Kanalabschnitts 23 einen Kühlfluiddurchlass aufweisen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Leitschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einer im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel äußeren Plattform (2), einem von der äußeren Plattform (2) vorstehenden Schaufelblatt (6), das sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt und in dessen Innerem ein Hohlraum (12) vorgesehen ist, einer inneren Plattform (19), die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform (2) mit dem Schaufelblatt (6) verbunden ist, und einem den Hohlraum (12) des Schaufelblattes (6) in der Längsrichtung (L) durchsetzenden Verbindungsrohr (13), das an seinem nach außen weisenden freien Endbereich mit einem sich quer zu der Längsrichtung (L) erstreckenden Flansch (15) versehen und in eine Durchgangsöffnung (5) der äußeren Plattform (2) eingesetzt ist,
wobei die Durchgangsöffnung (5) im Bereich eines auswärts weisenden Vorsprungs (3) mit gekrümmter Außenfläche (4) ausgebildet ist, an welcher der Flansch (15) anliegt und mit welcher der Flansch (15) stoffschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (15) wenigstens einen Einschnitt (17) aufweist, der sich ausgehend von einem Außenrand des Flansches (15) einwärts erstreckt.
Leitschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der wenigstens eine Einschnitt (17) im Wesentlichen in Richtung des Verbindungsrohres (13) erstreckt.
Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (15) ringförmig ausgebildet ist und quer zu der Längsrichtung (L) eine Breite im Bereich von 2mm bis 20mm und bevorzugt zwischen 5mm und 15mm besitzt.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (15) eine viereckige, insbesondere rechteckige oder trapezförmige Außenkontur besitzt, deren Ecken (14) insbesondere abgerundet sind, wobei der wenigstens eine Einschnitt (17) vorteilhaft in einer der Ecken (14) vorgesehen ist und/oder bezogen auf die Längsrichtung (L) eine Dicke im Bereich von 1mm bis 1,5mm und bevorzugt von 1,2mm besitzt.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Einschnitt (17) eine Breite besitzt, die mindestens der Dicke des Flansches (15) entspricht, und/oder beabstandet zu dem Verbindungsrohr (13) endet,
wobei der Abstand zwischen dem Ende (18) des Einschnittes (17) und dem Verbindungsrohr (13) mindestens der Dicke des Flansches (15) entspricht.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Flansch (15) mehrere beabstandet voneinander angeordnete Einschnitte (17) vorgesehen sind.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) mit der äußeren Plattform (2) verschweißt oder verlötet ist.
Leitschaufeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) ein Metall oder eine Metalllegierung, insbesondere eine Nickelbasislegierung wie IN625 oder Nimonic90 umfasst oder daraus besteht.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das innere Ende des Verbindungsrohrs (13) in eine weitere Durchgangsöffnung (20), die in der inneren Plattform (19) vorgesehen ist, eingesetzt ist und darin verschiebbar gehalten ist.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) einen viereckigen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweist, dessen Ecken (14) insbesondere abgerundet sind.
Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schaufelblatt (6) eine Umfangswandung (7) umfasst, die eine vordere Anströmkante (8) und eine hintere Abströmkante (9), die sich jeweils in der Längsrichtung (L) erstrecken, definiert und einen konkaven druckseitigen Abschnitt (10) und einen konvexen saugseitigen Abschnitt (11) aufweist.
Leitschaufel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) in dem Hohlraum (12) beabstandet von der Umfangswandung (7) angeordnet ist.
Leitschaufel nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Hohlraum (12) wenigstens ein Steg (21) vorgesehen ist, der sich ausgehend von einer Plattform in der Längsrichtung (L) in den Hohlraum (12) erstreckt und den druckseitigen Abschnitt (10) der Umfangswandung (7) mit dem saugseitigen Abschnitt (11) der Umfangswandung (7) verbindet.
Leitschaufel nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Stege (21) derart in dem Hohlraum (12) ausgebildet und angeordnet sind, dass sich jeder Steg (21) ausgehend von einer Plattform (2, 19) in Richtung der gegenüberliegenden Plattform (19, 2) erstreckt und beabstandet zu dieser endet,
wobei sich benachbarte Stege (21) ausgehend von unterschiedlichen Plattformen (2, 19) erstrecken, um in dem Hohlraum (12) einen mäanderförmigen Kühlfluidkanal (22) zu definieren.
Leitschaufel nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass genau zwei Stege (21) vorgesehen sind und der Kühlfluidkanal (22) drei im Wesentlichen gerade und sich in der Längsrichtung (L) erstreckende Kanalabschnitte (23), die ausgehend von der Anströmkante (8) hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet sind, und zwei Kehren (24) aufweist, die benachbarte Kanalabschnitte (23) benachbart zu der inneren Plattform (19) oder benachbart zu der äußeren Plattform (2) miteinander verbinden,
wobei das Verbindungsrohr (13) in dem mittleren Kanalabschnitt (23) des Kühlfluidkanals (22) angeordnet ist.