EP3236010A1 - Stator vane having a junction tubing - Google Patents

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Publication number
EP3236010A1
EP3236010A1 EP16166435.4A EP16166435A EP3236010A1 EP 3236010 A1 EP3236010 A1 EP 3236010A1 EP 16166435 A EP16166435 A EP 16166435A EP 3236010 A1 EP3236010 A1 EP 3236010A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flange
guide vane
connecting tube
platform
longitudinal direction
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16166435.4A
Other languages
German (de)
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
Priority to EP16166435.4A priority Critical patent/EP3236010A1/en
Priority to PCT/EP2017/059100 priority patent/WO2017182423A1/en
Publication of EP3236010A1 publication Critical patent/EP3236010A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D5/12—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
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
    • 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
    • F05D2260/94—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction

Definitions

  • the invention relates to a guide vane for a turbomachine, in particular a gas turbine, with an outer platform in the intended mounted state of the vane, an outer platform protruding airfoil extending in a longitudinal direction and in the interior of which a cavity is provided, an inner platform, which is connected to the airfoil opposite to the outer platform, and a connecting pipe penetrating the cavity of the airfoil in the longitudinal direction, provided with a flange extending transversely to the longitudinal direction at its outwardly facing free end region and inserted into a through hole of the outer platform is, wherein the passage opening in the region of an outwardly facing projection is formed with a curved outer surface on which rests the flange and with which the flange is integrally connected.
  • Turbomachines such as gas turbines are known in the art in various configurations and serve to convert thermal energy and flow energy of a working fluid, in particular a hot gas into rotational energy. They include a housing in which a flow channel extends in an axial direction. In the flow passage, a plurality of turbine stages are arranged one behind the other in the axial direction and spaced from each other.
  • Each turbine stage includes a plurality of vanes which form a vane ring connected to the housing and favorably influence the flow direction of the working fluid.
  • a vane usually comprises a platform which is arranged radially outwards in the intended mounted state of the vane.
  • the vane includes an airfoil, which from the outer Platform protrudes and extends in a longitudinal direction.
  • the vane has an inner platform connected to the airfoil opposite the outer platform.
  • the vane ring is closed inwardly by a retaining ring in which the inner platforms of the vanes are held.
  • each turbine stage includes a plurality of blades that form a blade ring connected to a rotor centrally supported and passing through the housing in the axial direction.
  • a rotor centrally supported and passing through the housing in the axial direction.
  • the retaining rings of the guide vane rings are arranged.
  • the flow channel of the turbomachine is flowed through by a working fluid.
  • the working fluid flowing through the flow channel is deflected by the guide vanes in such a way that it optimally flows against the rotor blades arranged behind it and acts on it with a force.
  • the torque imparted by the vanes causes the rotor to rotate.
  • the rotational energy of the rotor can be converted for example by means of a generator into electrical energy.
  • One way to increase the thermal capacity for example, a guide vane, is to dissipate heat from the vane by means of a cooling fluid. This will be provided in its interior a cavity which is flowed through by the cooling fluid.
  • the retaining rings on the inner sides of the vane rings are strongly heated by hot gas flowing into the circumferential groove.
  • a proven means for cooling a retaining ring is to form the retaining ring with a U-shaped cross-section, whereby in the retaining ring a circumferentialdefluidnut is created.
  • This cooling fluid groove is supplied with cooling fluid which flows from the guide vanes through an outlet opening provided in the inner platform into the cooling fluid groove of the retaining ring.
  • this cooling fluid in the airfoil of the vane has already absorbed heat, which reduces the cooling capacity available to the retaining ring.
  • a higher cooling capacity of the cooling fluid in the retaining ring can be achieved by a special jumper tube, which passes through the cavity of the blade of the guide blade in the longitudinal direction and through which the cooling fluid flows in a direct way and largely unheated in theisserfluidnut the retaining ring.
  • the connecting tube is inserted into a passage opening of the outer platform.
  • the passage opening is usually formed in the region of an outwardly facing projection with a curved outer surface.
  • the connecting tube is provided in its outwardly facing free end region with a transversely extending to the longitudinal direction of the flange, which rests against the outer surface of the projection and is integrally connected thereto.
  • FIG. 8 shows by way of example a welded joint between a connecting pipe and an outer platform according to the usual practice, for which a strong weld had to be produced.
  • a guide vane of the type mentioned in which the flange has at least one incision extending inwardly from an outer edge of the flange.
  • the invention is based on the consideration of improving the deformability of the flange in order to be able to adapt its shape to differently curved outer surfaces.
  • at least one incision is provided in the flange, which extends inwardly from an outer edge of the flange. This at least one incision reduces the stiffness of the flange, which makes it easier to deform and adapt to the outer surface of the projection.
  • the at least one incision extends substantially in the direction of the connecting tube. Such cuts facilitate handling of the individual parts of the flange in conforming to the outer surface of the projection.
  • the flange is annular and has a width transverse to the longitudinal direction in the range of 2 mm to 20 mm and preferably between 5 mm and 15 mm.
  • This latitude area corresponds to common guide vanes available for the investment of the flange area of the projection of the outer platform.
  • the flange has a quadrangular, in particular rectangular or trapezoidal outer contour whose corners are in particular rounded, wherein the at least one incision is advantageously provided in one of the corners.
  • Flanges of this shape match the protrusions of many common vanes.
  • an incision may be provided at each corner to facilitate adaptation of the flange to the outer surface of the outer platform protrusion. In this case, diagonally extending cuts result in a particularly uniform adaptability of the flange.
  • the flange may have a thickness in the range of 1 mm to 1.5 mm and preferably 1.2 mm in the longitudinal direction. With this choice of the thickness of the flange, a simple deformability of the flange is ensured.
  • the at least one incision has a width which corresponds at least to the thickness of the flange. Such narrow cuts leave the contact surface of the flange almost unchanged.
  • the at least one incision terminates spaced from the connecting tube, wherein the distance between the inner end of the incision and the connecting tube is at least equal to the thickness of the flange.
  • the at least one incision does not completely sever the flange, so that the annular shape of the flange adjacent to the connecting tube is not impaired.
  • a plurality of spaced incisions are provided in the flange. Multiple cuts further improve the deformability of the flange, thereby its stiffness decreases and thus increases the adaptability.
  • the connecting tube can be welded or soldered to the outer platform. Welding and brazing are joining processes that have proven successful in connection with guide vanes.
  • the connecting tube comprises a metal or a metal alloy, in particular a nickel-based alloy such as IN625 or Nimonic90 or consists thereof.
  • the inner end of the connecting tube is inserted into a further passage opening, which is provided in the inner platform, and held displaceable therein.
  • a further passage opening which is provided in the inner platform, and held displaceable therein.
  • the connecting tube has a quadrangular, rectangular or trapezoidal cross-section, the corners of which are in particular rounded.
  • Such cross sections are particularly suitable for the arrangement of the connecting tube within the blade of a guide vane.
  • the airfoil comprises a peripheral wall defining a leading leading edge and trailing leading edge extending in the longitudinal direction, respectively, and having a concave pressure side portion and a convex suction side portion.
  • the connecting tube may be arranged in the cavity spaced from the peripheral wall. Due to the distance there is no thermal bridge between the peripheral wall and the connecting tube, so that the connecting pipe heats up as little as possible during operation of the turbomachine.
  • At least one web is provided in the cavity, which extends from a platform in the longitudinal direction into the cavity and connects the pressure-side portion of the peripheral wall with the suction-side portion of the peripheral wall. Such webs serve to divide the cavity in the airfoil in the longitudinal direction to form one or more cooling fluid passage sections.
  • a plurality of webs are formed and arranged in the cavity such that each web extends from a platform towards the opposite platform and ends at a distance therefrom, adjacent webs extending from different platforms to provide a meandering cooling fluid channel in the cavity define.
  • the airfoil flows through the airfoil along several loops. It is advantageous to provide the first loop, in which the cooling fluid provides the highest cooling power, in the region of the leading edge of the guide vane, since this is exposed to a particularly high thermal load by the hot gas.
  • the cooling fluid channel has three substantially straight and extending in the longitudinal direction of the channel sections, which are arranged starting from the leading edge one behind the other and spaced from each other, and two turns adjacent to the adjacent channel sections of the meandering cooling fluid channel connect to the inner platform or adjacent to the outer platform.
  • the connecting tube is arranged in the central channel portion of the cooling fluid channel. In this arrangement, the flow directions of the cooling fluid in the central channel portion and in the connecting tube are opposite.
  • the FIG. 1 shows a guide blade 1 for a turbomachine, not shown, in particular a gas turbine, according to a first embodiment of the present invention.
  • the guide vane 1 has an outer platform 2, which is arranged in the intended mounted state of the guide vane 1 radially outward.
  • the outer platform 2 comprises an outwardly facing projection 3 with a curved outer surface 4. In the region of the projection 3, a through hole 5 is formed.
  • the guide vane 1 comprises an airfoil 6 projecting from the outer platform 2, which extends in a longitudinal direction L and has a peripheral wall 7 which defines a front leading edge 8 and a trailing trailing edge 9 and has a pressure-side section 10 and a suction-side section 11 , In the interior of the airfoil 6, a cavity 12 is provided.
  • the guide blade 1 comprises a connecting tube 13 with a trapezoidal cross-section, the corners 14 are rounded.
  • the connecting tube 13 is inserted into the passage opening 5, passes through the cavity 12 of the airfoil 6 and is arranged in the cavity 12 at a distance from the circumferential wall 7. It is made of a nickel base alloy such as IN625 or Nimonic90, but may alternatively comprise or consist of a metal or metal alloy in general.
  • the connecting tube 13 is provided at its outer free end portion with a flange 15 which is integrally formed by welding to the connecting tube 13.
  • the flange 15 bears against the outside on the curved outer surface 4 and is connected to it by material bonding by welding.
  • the flange 15 is annular and has transversely to the longitudinal direction L a varying width in the range between 5mm and 15mm.
  • the outer contour of the flange 15 is trapezoidal, wherein the corners 14 of the flange 15 are rounded. Based on the longitudinal direction L, the flange 15 has a thickness of about 1.2mm.
  • four cuts 17 are arranged, which extend from an outer edge of the flange 15 diagonally inwardly in the direction of the connecting tube 13 and divide the flange 15 into four flange portions 16.
  • the incisions 17 have a width which corresponds at least to the thickness of the flange 15.
  • the incisions 17 end at a distance from the connecting tube 13. The distance between the inner end 18 of an incision 17 and the connecting tube 13 corresponds to the thickness of the flange 15.
  • the vane 1 comprises an inner platform 19, which is arranged opposite to the outer platform 2 and connected to the blade 6.
  • a further passage opening 20 is provided, in which the connecting pipe 13 is inserted so that it is slidably held therein.
  • the flange 15 is first welded to the connecting tube 13. Then, the flange portions 16 lying between the cuts 17 are individually adapted by bending to the outer surface 4 of the projection 3 of the outer platform 2 such that the flange 15 abuts the curved outer surface 4 as well as possible. In a further step, the connecting tube 13 is inserted from the outside into the passage opening 5, so that its inner end is held displaceably in the passage opening 20 of the inner platform 19. Finally, the flange 15 is welded fluid-tight with the outer surface 4 of the projection 3.
  • FIGS. 2 to 5 show a guide vane 1 for a turbomachine, in particular gas turbine, according to a second embodiment of the present invention. It has the same basic structure as the guide vane previously described according to the first embodiment.
  • two webs 21 are provided in the cavity 12, each connecting the pressure-side portion of the peripheral wall with the suction-side portion of the peripheral wall.
  • the two webs 21 are formed and arranged such that each web 21, starting from a platform 2, 19 in the longitudinal direction L in the direction of the respective opposite platform 19, 2 extends into the cavity 12.
  • the two webs 21 extend from different platforms 2, 19, whereby a meandering cooling fluid channel 22 is defined in the cavity 12.
  • the cooling fluid channel 22 includes three substantially straight and extending in the longitudinal direction L channel sections 23, which are arranged starting from the leading edge 8 in a row and spaced from each other, and two turns 24, the adjacent channel sections 23 adjacent to the inner platform 19 or adjacent to the connect outer platform 2 together.
  • the connecting tube 13 is arranged in the middle of the three channel sections 23.
  • FIGS. 6 and 7 schematically show a portion of a turbomachine with guide vanes according to the invention 1.
  • the turbomachine comprises a housing 25 in which in a axial direction A, a flow channel 26 extends. Furthermore, the turbomachine comprises a plurality of turbine stages 27, each comprising a vane ring 28 and a blade ring 29, wherein the turbine stages 27 are arranged in the flow channel 26 in the axial direction A one behind the other and spaced from each other.
  • the vane rings 29 are each formed from a plurality of guide vanes 1 according to the invention and each comprise a U-shaped retaining ring 30 with a circumferentialdefluidnut 31, in which the inner platforms 19 of the vanes 1 are held.
  • the flow channel 26 is flowed through by an expanding hot gas.
  • the vane rings 29 are simultaneously cooled by a cooling fluid.
  • each vane 1 is flowed through by the cooling fluid.
  • a part of the cooling fluid flows through the cooling fluid channel 22 for cooling the blade 6, while another part of the cooling fluid for cooling the retaining rim 30 flows directly and without heating contact with the peripheral wall 7 of the blade 6 through the connecting tube 13 into the retaining ring 30.
  • An advantage of the guide blade 1 according to the invention is that the cut annular flange 15 can be adapted well to the curved outer surface 4 of the projection 3 of the outer platform 2 by bending the sections 26 of the flange 15 defined between the cuts 17 independently of each other, that they are individually adapted to the outer surface 4 of the projection 3. In this way, a fluid-tight connection between the connecting tube 13 and the outer platform 2 can be created easily and stress-free.
  • This also opens up the possibility of using separate cooling fluid circuits for the cooling fluid channel 22 and the connecting tube 13, which differ with regard to the temperature and the pressure of the cooling fluid flowing therein, without an undesired exchange occurring between the two cooling fluid circuits.
  • the arrangement of the connecting tube 13 in the central channel portion 23 causes a particularly good separation of the two cooling channel circuits, since neither the outer platform 2 nor the inner platform 19 in the region of the central channel portion 23 have a cooling fluid passage.

Landscapes

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

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.The invention relates to a guide vane (1) for a turbomachine, in particular a gas turbine, with an outer platform (2) in the intended mounted state of the vane, an airfoil (6) projecting from the outer platform (2) extending in a longitudinal direction (L ) and inside which a cavity (12) is provided, an inner platform (19) which is connected to the blade (6) opposite the outer platform (2), and a cavity (12) of the blade (6) ) in the longitudinal direction (L) passing through the connecting tube (13) provided at its outwardly facing free end portion with a transversely to the longitudinal direction (L) extending flange (15) and into a through hole (5) of the outer platform (2) is inserted, wherein the passage opening (5) in the region of an outwardly facing projection (3) is formed with a curved outer surface (4) on which the flange (15) rests and with which flange (15) is materially connected, and wherein the flange (15) has at least one notch (17) extending inwardly from an outer edge of the flange (15).

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.The invention relates to a guide vane for a turbomachine, in particular a gas turbine, with an outer platform in the intended mounted state of the vane, an outer platform protruding airfoil extending in a longitudinal direction and in the interior of which a cavity is provided, an inner platform, which is connected to the airfoil opposite to the outer platform, and a connecting pipe penetrating the cavity of the airfoil in the longitudinal direction, provided with a flange extending transversely to the longitudinal direction at its outwardly facing free end region and inserted into a through hole of the outer platform is, wherein the passage opening in the region of an outwardly facing projection is formed with a curved outer surface on which rests the flange and with which the flange is integrally connected.

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.Turbomachines such as gas turbines are known in the art in various configurations and serve to convert thermal energy and flow energy of a working fluid, in particular a hot gas into rotational energy. They include a housing in which a flow channel extends in an axial direction. In the flow passage, a plurality of turbine stages are arranged one behind the other in the axial direction and spaced from each other.

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.Each turbine stage includes a plurality of vanes which form a vane ring connected to the housing and favorably influence the flow direction of the working fluid. Such a vane usually comprises a platform which is arranged radially outwards in the intended mounted state of the vane. Furthermore, the vane includes an airfoil, which from the outer Platform protrudes and extends in a longitudinal direction. Furthermore, the vane has an inner platform connected to the airfoil opposite the outer platform. The vane ring is closed inwardly by a retaining ring in which the inner platforms of the vanes are held.

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.In addition, each turbine stage includes a plurality of blades that form a blade ring connected to a rotor centrally supported and passing through the housing in the axial direction. In the rotor further circumferential grooves are formed, in which the retaining rings of the guide vane rings are arranged.

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.During operation of the turbomachine, the flow channel of the turbomachine is flowed through by a working fluid. The working fluid flowing through the flow channel is deflected by the guide vanes in such a way that it optimally flows against the rotor blades arranged behind it and acts on it with a force. The torque imparted by the vanes causes the rotor to rotate. The rotational energy of the rotor can be converted for example by means of a generator into electrical energy.

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.The higher the inlet temperature of the hot gas into the gas turbine, the higher the thermodynamic efficiency of gas turbines. The height of the inlet temperature, however, limits set, inter alia, by the thermal capacity of the arranged in the flow channel components. Accordingly, it is an object to provide components that have sufficient mechanical stability for the operation of the gas turbine even at very high temperatures of the hot gas.

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.One way to increase the thermal capacity, for example, a guide vane, is to dissipate heat from the vane by means of a cooling fluid. This will be provided in its interior a cavity which is flowed through by the cooling fluid.

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.Also, the retaining rings on the inner sides of the vane rings are strongly heated by hot gas flowing into the circumferential groove. A proven means for cooling a retaining ring is to form the retaining ring with a U-shaped cross-section, whereby in the retaining ring a circumferential Kühlfluidnut is created. This cooling fluid groove is supplied with cooling fluid which flows from the guide vanes through an outlet opening provided in the inner platform into the cooling fluid groove of the retaining ring. However, this cooling fluid in the airfoil of the vane has already absorbed heat, which reduces the cooling capacity available to the retaining ring.

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.A higher cooling capacity of the cooling fluid in the retaining ring can be achieved by a special jumper tube, which passes through the cavity of the blade of the guide blade in the longitudinal direction and through which the cooling fluid flows in a direct way and largely unheated in the Kühlfluidnut the retaining ring.

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.The connecting tube is inserted into a passage opening of the outer platform. In this case, the passage opening is usually formed in the region of an outwardly facing projection with a curved outer surface. For attachment to the outer platform, the connecting tube is provided in its outwardly facing free end region with a transversely extending to the longitudinal direction of the flange, which rests against the outer surface of the projection and is integrally connected thereto.

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.However, it has been found that the protrusions of the outer platforms vary in the curvature of their outer surfaces and, in addition, the flanges may deform when welded to the connecting tube. As a result, it is complex and prone to error, a cohesive and make fluid-tight connection between the possibly deformed and stiff flange of the connecting tube and the convexly curved projection of the outer platform. The FIG. 8 shows by way of example a welded joint between a connecting pipe and an outer platform according to the usual practice, for which a strong weld had to be produced.

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.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a vane of the type mentioned, which allows a simple and reliable connection of the flange of the connecting tube with the projection of the outer platform.

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.The object is achieved by a guide vane of the type mentioned, in which the flange has at least one incision extending inwardly from an outer edge of the flange.

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.The invention is based on the consideration of improving the deformability of the flange in order to be able to adapt its shape to differently curved outer surfaces. For this purpose, at least one incision is provided in the flange, which extends inwardly from an outer edge of the flange. This at least one incision reduces the stiffness of the flange, which makes it easier to deform and adapt to the outer surface of the projection.

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.Advantageously, the at least one incision extends substantially in the direction of the connecting tube. Such cuts facilitate handling of the individual parts of the flange in conforming to the outer surface of the projection.

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.According to a further development of the guide vane according to the invention, the flange is annular and has a width transverse to the longitudinal direction in the range of 2 mm to 20 mm and preferably between 5 mm and 15 mm. This latitude area corresponds to common guide vanes available for the investment of the flange area of the projection of the outer platform.

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.Preferably, the flange has a quadrangular, in particular rectangular or trapezoidal outer contour whose corners are in particular rounded, wherein the at least one incision is advantageously provided in one of the corners. Flanges of this shape match the protrusions of many common vanes. For square flanges, an incision may be provided at each corner to facilitate adaptation of the flange to the outer surface of the outer platform protrusion. In this case, diagonally extending cuts result in a particularly uniform adaptability of the flange.

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.The flange may have a thickness in the range of 1 mm to 1.5 mm and preferably 1.2 mm in the longitudinal direction. With this choice of the thickness of the flange, a simple deformability of the flange is ensured.

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.According to a variant of the guide vane according to the invention, the at least one incision has a width which corresponds at least to the thickness of the flange. Such narrow cuts leave the contact surface of the flange almost unchanged.

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.Preferably, the at least one incision terminates spaced from the connecting tube, wherein the distance between the inner end of the incision and the connecting tube is at least equal to the thickness of the flange. In other words, the at least one incision does not completely sever the flange, so that the annular shape of the flange adjacent to the connecting tube is not impaired.

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.Advantageously, a plurality of spaced incisions are provided in the flange. Multiple cuts further improve the deformability of the flange, thereby its stiffness decreases and thus increases the adaptability.

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.In a manner known per se, the connecting tube can be welded or soldered to the outer platform. Welding and brazing are joining processes that have proven successful in connection with guide vanes.

Vorteilhaft umfasst das Verbindungsrohr ein Metall oder eine Metalllegierung, insbesondere eine Nickelbasislegierung wie IN625 oder Nimonic90 oder besteht daraus.Advantageously, the connecting tube comprises a metal or a metal alloy, in particular a nickel-based alloy such as IN625 or Nimonic90 or consists thereof.

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.Preferably, the inner end of the connecting tube is inserted into a further passage opening, which is provided in the inner platform, and held displaceable therein. In this way, stresses and stress induced fatigue are avoided if the airfoil and the connecting tube do not expand or contract by the same amount during operation of the turbomachine.

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.According to a further development of the guide vane according to the invention, the connecting tube has a quadrangular, rectangular or trapezoidal cross-section, the corners of which are in particular rounded. Such cross sections are particularly suitable for the arrangement of the connecting tube within the blade of a guide vane.

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.In known manner, the airfoil comprises a peripheral wall defining a leading leading edge and trailing leading edge extending in the longitudinal direction, respectively, and having a concave pressure side portion and a convex suction side portion.

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.In such a vane, the connecting tube may be arranged in the cavity spaced from the peripheral wall. Due to the distance there is no thermal bridge between the peripheral wall and the connecting tube, so that the connecting pipe heats up as little as possible during operation of the turbomachine.

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.According to a further development, at least one web is provided in the cavity, which extends from a platform in the longitudinal direction into the cavity and connects the pressure-side portion of the peripheral wall with the suction-side portion of the peripheral wall. Such webs serve to divide the cavity in the airfoil in the longitudinal direction to form one or more cooling fluid passage sections.

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.Preferably, a plurality of webs are formed and arranged in the cavity such that each web extends from a platform towards the opposite platform and ends at a distance therefrom, adjacent webs extending from different platforms to provide a meandering cooling fluid channel in the cavity define. In this embodiment, the airfoil flows through the airfoil along several loops. It is advantageous to provide the first loop, in which the cooling fluid provides the highest cooling power, in the region of the leading edge of the guide vane, since this is exposed to a particularly high thermal load by the hot gas.

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.According to an advantageous variant exactly two webs are provided and the cooling fluid channel has three substantially straight and extending in the longitudinal direction of the channel sections, which are arranged starting from the leading edge one behind the other and spaced from each other, and two turns adjacent to the adjacent channel sections of the meandering cooling fluid channel connect to the inner platform or adjacent to the outer platform. In this case, the connecting tube is arranged in the central channel portion of the cooling fluid channel. In this arrangement, the flow directions of the cooling fluid in the central channel portion and in the connecting tube are opposite.

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.
Further features and advantages of the present invention will be apparent from a vane according to two embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. That's it
FIG. 1
a partial plan view of a platform of a vane according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2
a partial plan view of a platform of a vane according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 3
a top view of the FIG. 2 illustrated vane;
FIG. 4
a side cross-sectional view of in FIG. 3 illustrated vane along the designated by the reference numeral IV line;
FIG. 5
a cross-sectional view of a blade of in FIG. 2 illustrated vane;
FIG. 6
a partial cross-sectional view of a turbomachine with vanes according to the in FIG. 2 illustrated embodiment;
FIG. 7
an enlarged detail view of the in FIG. 5 with the reference numeral VII designated section; and
FIG. 8
a partial perspective view of a conventional welded joint between an outer blade platform and a non-inventive connecting pipe.

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.The FIG. 1 shows a guide blade 1 for a turbomachine, not shown, in particular a gas turbine, according to a first embodiment of the present invention. The guide vane 1 has an outer platform 2, which is arranged in the intended mounted state of the guide vane 1 radially outward. The outer platform 2 comprises an outwardly facing projection 3 with a curved outer surface 4. In the region of the projection 3, a through hole 5 is formed.

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.Furthermore, the guide vane 1 comprises an airfoil 6 projecting from the outer platform 2, which extends in a longitudinal direction L and has a peripheral wall 7 which defines a front leading edge 8 and a trailing trailing edge 9 and has a pressure-side section 10 and a suction-side section 11 , In the interior of the airfoil 6, a cavity 12 is provided.

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.Furthermore, the guide blade 1 comprises a connecting tube 13 with a trapezoidal cross-section, the corners 14 are rounded. The connecting tube 13 is inserted into the passage opening 5, passes through the cavity 12 of the airfoil 6 and is arranged in the cavity 12 at a distance from the circumferential wall 7. It is made of a nickel base alloy such as IN625 or Nimonic90, but may alternatively comprise or consist of a metal or metal alloy in general.

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.The connecting tube 13 is provided at its outer free end portion with a flange 15 which is integrally formed by welding to the connecting tube 13. The flange 15 bears against the outside on the curved outer surface 4 and is connected to it by material bonding by welding. The flange 15 is annular and has transversely to the longitudinal direction L a varying width in the range between 5mm and 15mm. The outer contour of the flange 15 is trapezoidal, wherein the corners 14 of the flange 15 are rounded. Based on the longitudinal direction L, the flange 15 has a thickness of about 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.At the corners 14 of the flange 15 four cuts 17 are arranged, which extend from an outer edge of the flange 15 diagonally inwardly in the direction of the connecting tube 13 and divide the flange 15 into four flange portions 16. The incisions 17 have a width which corresponds at least to the thickness of the flange 15. The incisions 17 end at a distance from the connecting tube 13. The distance between the inner end 18 of an incision 17 and the connecting tube 13 corresponds to the thickness of the flange 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.Finally, the vane 1 comprises an inner platform 19, which is arranged opposite to the outer platform 2 and connected to the blade 6. In the inner platform 19, a further passage opening 20 is provided, in which the connecting pipe 13 is inserted so that it is slidably held therein.

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.To produce the guide vane 1, the flange 15 is first welded to the connecting tube 13. Then, the flange portions 16 lying between the cuts 17 are individually adapted by bending to the outer surface 4 of the projection 3 of the outer platform 2 such that the flange 15 abuts the curved outer surface 4 as well as possible. In a further step, the connecting tube 13 is inserted from the outside into the passage opening 5, so that its inner end is held displaceably in the passage opening 20 of the inner platform 19. Finally, the flange 15 is welded fluid-tight with the outer surface 4 of the projection 3.

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.The FIGS. 2 to 5 show a guide vane 1 for a turbomachine, in particular gas turbine, according to a second embodiment of the present invention. It has the same basic structure as the guide vane previously described according to the first embodiment. In contrast to this, two webs 21 are provided in the cavity 12, each connecting the pressure-side portion of the peripheral wall with the suction-side portion of the peripheral wall. The two webs 21 are formed and arranged such that each web 21, starting from a platform 2, 19 in the longitudinal direction L in the direction of the respective opposite platform 19, 2 extends into the cavity 12. The two webs 21 extend from different platforms 2, 19, whereby a meandering cooling fluid channel 22 is defined in the cavity 12. The cooling fluid channel 22 includes three substantially straight and extending in the longitudinal direction L channel sections 23, which are arranged starting from the leading edge 8 in a row and spaced from each other, and two turns 24, the adjacent channel sections 23 adjacent to the inner platform 19 or adjacent to the connect outer platform 2 together. The connecting tube 13 is arranged in the middle of the three channel sections 23.

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.The FIGS. 6 and 7 schematically show a portion of a turbomachine with guide vanes according to the invention 1. The turbomachine comprises a housing 25 in which in a axial direction A, a flow channel 26 extends. Furthermore, the turbomachine comprises a plurality of turbine stages 27, each comprising a vane ring 28 and a blade ring 29, wherein the turbine stages 27 are arranged in the flow channel 26 in the axial direction A one behind the other and spaced from each other. The vane rings 29 are each formed from a plurality of guide vanes 1 according to the invention and each comprise a U-shaped retaining ring 30 with a circumferential Kühlfluidnut 31, in which the inner platforms 19 of the vanes 1 are held.

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.During operation of the turbomachine, the flow channel 26 is flowed through by an expanding hot gas. In order to reduce the thermal loading of the vane rings 29, the vane rings 29 are simultaneously cooled by a cooling fluid. For this purpose, each vane 1 is flowed through by the cooling fluid. A part of the cooling fluid flows through the cooling fluid channel 22 for cooling the blade 6, while another part of the cooling fluid for cooling the retaining rim 30 flows directly and without heating contact with the peripheral wall 7 of the blade 6 through the connecting tube 13 into the retaining ring 30.

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.An advantage of the guide blade 1 according to the invention is that the cut annular flange 15 can be adapted well to the curved outer surface 4 of the projection 3 of the outer platform 2 by bending the sections 26 of the flange 15 defined between the cuts 17 independently of each other, that they are individually adapted to the outer surface 4 of the projection 3. In this way, a fluid-tight connection between the connecting tube 13 and the outer platform 2 can be created easily and stress-free. This also opens up the possibility of using separate cooling fluid circuits for the cooling fluid channel 22 and the connecting tube 13, which differ with regard to the temperature and the pressure of the cooling fluid flowing therein, without an undesired exchange occurring between the two cooling fluid circuits. Apart from that, the arrangement of the connecting tube 13 in the central channel portion 23 causes a particularly good separation of the two cooling channel circuits, since neither the outer platform 2 nor the inner platform 19 in the region of the central channel portion 23 have a cooling fluid passage.

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.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (15)

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.Guide vane (1) for a turbomachine, in particular a gas turbine, with an outer platform (2) in the intended mounted state of the vane, an airfoil (6) projecting from the outer platform (2) extending in a longitudinal direction (L) and in the interior of which is provided a cavity (12), an inner platform (19) connected to the airfoil (6) opposite to the outer platform (2), and the cavity (12) of the airfoil (6) in the longitudinal direction (L) passing through connecting tube (13) provided at its outwardly facing free end portion with a transverse to the longitudinal direction (L) extending flange (15) and in a through hole (5) of the outer platform (2) is inserted
wherein the passage opening (5) in the region of an outwardly facing projection (3) is formed with a curved outer surface (4) on which the flange (15) rests and with which the flange (15) is integrally connected, characterized
that the flange (15) has at least one notch (17) extending inwardly from an outer edge of the flange (15). Leitschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der wenigstens eine Einschnitt (17) im Wesentlichen in Richtung des Verbindungsrohres (13) erstreckt.Guide vane according to claim 1,
characterized,
in that the at least one cut (17) extends essentially in the direction of the connecting tube (13). 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.Guide vane according to one of claims 1 or 2,
characterized,
that the flange (15) is annular and has a width in the range of 2mm to 20mm and preferably between 5mm and 15mm across the longitudinal direction (L). 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.Guide vane according to one of the preceding claims,
characterized,
that the flange (15) has a quadrangular, in particular rectangular or trapezoidal external contour, the corners (14) are in particular rounded, wherein the at least one incision (17) is advantageously provided in one of the corners (14) and / or relative to the longitudinal direction (L) has a thickness in the range of 1mm to 1.5mm and preferably 1.2mm. 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.Guide vane according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the at least one cut (17) has a width which corresponds at least to the thickness of the flange (15) and / or ends at a distance from the connecting tube (13),
wherein the distance between the end (18) of the recess (17) and the connecting tube (13) at least equal to the thickness of the flange (15). Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Flansch (15) mehrere beabstandet voneinander angeordnete Einschnitte (17) vorgesehen sind.Guide vane according to one of the preceding claims,
characterized,
that in the flange (15) a plurality of spaced apart incisions (17) are provided. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) mit der äußeren Plattform (2) verschweißt oder verlötet ist.Guide vane according to one of the preceding claims,
characterized,
that the connecting tube (13) welded to the outer platform (2) or is soldered. 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.Guide vanes according to one of the preceding claims,
characterized,
that the connecting tube (13) comprises a metal or a metal alloy, in particular a nickel-based alloy such as IN625 or Nimonic90 or consists thereof. 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.Guide vane according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the inner end of the connecting tube (13) is inserted into a further passage opening (20) provided in the inner platform (19) and is held displaceably therein. 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.Guide vane according to one of the preceding claims,
characterized,
that the connecting tube (13) has a quadrangular, rectangular or trapezoidal cross section, the corners (14) are in particular rounded. 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.Guide vane according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the airfoil (6) comprises a circumferential wall (7) defining a front leading edge (8) and a trailing trailing edge (9) extending in the longitudinal direction (L), respectively, and a concave pressure side section (10) and convex suction-side portion (11). Leitschaufel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) in dem Hohlraum (12) beabstandet von der Umfangswandung (7) angeordnet ist.Guide vane according to claim 11,
characterized,
in that the connecting tube (13) is arranged in the cavity (12) at a distance from the circumferential wall (7). 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.Guide vane according to one of claims 11 or 12,
characterized,
in that at least one web (21) is provided in the cavity (12), which extends from a platform in the longitudinal direction (L) into the cavity (12) and the pressure-side section (10) of the peripheral wall (7) with the suction side Section (11) of the peripheral wall (7) connects. 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.Guide vane according to claim 13,
characterized,
in that a plurality of webs (21) are formed and arranged in the cavity (12) such that each web (21) extends from a platform (2, 19) towards the opposite platform (19, 2) and ends at a distance therefrom .
wherein adjacent webs (21) extend from different platforms (2, 19) to define a meandering cooling fluid channel (22) in the cavity (12). 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.Guide vane according to claim 14,
characterized,
that exactly two webs (21) are provided and the cooling fluid channel (22) has three substantially straight and in the longitudinal direction (L) extending channel sections (23), which are arranged starting from the leading edge (8) behind the other and spaced from each other, and two Having sweeps (24) interconnecting adjacent channel sections (23) adjacent the inner platform (19) or adjacent to the outer platform (2),
wherein the connecting tube (13) is disposed in the central passage portion (23) of the cooling fluid passage (22).
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