EP3438416A1 - Leitschaufelsegment für eine turbomaschine - Google Patents

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EP3438416A1
EP3438416A1 EP17184855.9A EP17184855A EP3438416A1 EP 3438416 A1 EP3438416 A1 EP 3438416A1 EP 17184855 A EP17184855 A EP 17184855A EP 3438416 A1 EP3438416 A1 EP 3438416A1
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EP
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functional surface
curvature
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turbomachine
vane segment
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    • 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 present invention relates to a vane segment for a turbomachine, in particular for a gas turbine, in particular for a turbine stage of a gas turbine, a guide grid, in particular a turbine stage, with the vane segment and a turbomachine, in particular a gas turbine, with the vane segment and a method for producing the vane segment ,
  • guide blade segments for turbomachines are known from the prior art, in particular for gas turbines, which have one or more profiles for fastening the guide blade segment in a turbomachine housing. Due to the high temperatures encountered during operation of the turbomachine, undesirable stresses and / or leaks may occur in the area of attachment of the vane segments to the turbomachine housing due to uneven thermal expansion of the vane segment during operation.
  • An object of an embodiment of the present invention is to improve a vane segment, in particular its attachment in a turbomachinery housing.
  • a guide vane segment for a turbomachine in particular for a gas turbine, in particular for a turbine stage of a gas turbine, one or more vanes and one or more shrouds, in particular at least one outer shroud, with at least one arranged on the shroud profile herein also referred to as a first profile, for turbomachinery housing side attachment of the vane segment, wherein the (first) profile extends in the circumferential direction at least partially over a circumferential length of the vane segment along the shroud of the vane segment and at least one extending at least partially in the axial direction and in the circumferential direction
  • Functional surface in particular for turbomachinery housing side attachment of the vane segment, wherein at least the functional surface sen at least this (first) profile in one or more radial planes sen krecht to a rotational axis of the turbomachine in the circumferential direction in at least one temperature range below a defined operating temperature of the turbomachine at least
  • the functional surface of at least one profile for mounting the turbine blade side in the circumferential direction of the vane segment relative to a functional installation state in a turbomachinery housing curved in at least one temperature range below a defined operating temperature with at least two mutually different curvatures and exist in the circumferential direction for at least one functional surface of the profile in at least one radial plane to the axis of rotation of the turbomachine in particular at least two different curvature circles, wherein the two curvature circles in particular differ in their radius of curvature and / or in their center of curvature.
  • turbomachinery housing side support of the vane segment in the turbomachinery housing can be achieved.
  • a turbomachinery housing side sealing effect can be improved, which has an advantageous effect on the efficiency of the turbomachine.
  • the directional indication "axial” refers in a usual way to a direction parallel to a rotational or (main) machine axis of the turbomachine
  • the direction indication “circumferential direction” corresponds to a direction of rotation about this rotation or (main) machine axis
  • the direction indication “Radial” in a direction perpendicular to the axial direction and the circumferential direction.
  • radial plane in the present case refers to a normal plane to an axis of rotation, in the present case in particular to a normal plane to the axis of rotation of the turbomachine, ie in particular oriented perpendicular to the (main) machine axis Level.
  • the at least one profile of the vane segment extends in the circumferential direction, in particular completely over the circumferential length of the shroud of the vane segment.
  • the functional surface of the profile extends in the circumferential direction, in particular completely over the entire circumferential length of the profile.
  • the at least one arranged on the shroud profile for turbomachinery housing side attachment of the vane segment is formed in particular for turbomachinery housing side support and / or seal.
  • at least one functional surface, in particular at least partially, as a support surface can be supported on the turbine blade on the particular acting during operation of the turbomachine forces turbine housing side, and / or at least partially formed as a sealing surface for turbomachinery housing side seal, in particular corresponding to a turbomachinery housing side contact surface.
  • the at least one functional surface of the at least one profile extends in at least a partial axial direction, ie at least with a direction component in a direction parallel to the axis of rotation of the turbomachine, in a design without curvature, ie it extends in this direction in particular linear , or has a constant curvature over its width in at least a partial axial direction, or it also has at least two mutually different curvatures, ie, or follows at least partial axial direction of a curve with a changing radius of curvature.
  • a guide blade segment in particular in addition to an inner shroud on the axis of rotation side attachment of the vane segment, in particular for rotational axis side attachment to a turbomachine housing.
  • the vane segment at least one or the first (s), in particular upstream (s), especially upstream (s), profile and a second, in particular downstream, in particular downstream, profile, wherein the functional surface of the first Profiles and the functional surface of the second profile, in particular in each case at least one radial plane to the axis of rotation of the turbomachine in the circumferential direction in at least one temperature range below a defined operating temperature have at least two mutually different curvatures.
  • the two profiles are arranged at axially opposite end portions and / or ends of a shroud, in particular a common shroud, in particular of the outer shroud and extend in particular in the circumferential direction at least partially over a circumferential length of the guide blade segment, in particular along the respective shroud of the vane segment, and in particular each have at least one at least in the axial direction and at least partially, preferably completely, over the circumferential length of the vane segment, circumferentially extending functional surface.
  • At least one profile disposed on the shroud is formed at least partially along its length in the circumferential direction as a hook profile, preferably completely over the entire circumferential length of the guide blade segment.
  • the first profile and / or the second profile has at least one projection extending at least partially in the axial and circumferential directions with (in each case) a radially inwardly oriented inner surface and one in the radial direction outwardly oriented outer surface, wherein in the first, upstream profile, in particular the inner surface of the projection and the second, downstream profile, in particular the outer surface of the projection (respectively) at least partially forms the functional surface (form).
  • an improved support can be achieved, in particular even with a tilting moment occurring as a result of the flow forces occurring about an axis perpendicular to the axis of rotation, in particular turbomachinery housing side a complete system of functional surfaces.
  • this can prevent lifting of at least one functional surface by the tilting moment of an associated, turbomachinery side contact surface.
  • the tilting moment for reinforcing a contact force of the guide vane segment on an associated turbomachinery side contact surface in particular in the region of at least one functional surface of the vane segment can be used.
  • the first profile and / or the second profile in particular in each case, have a profile cross-section with a first projection extending in the radial direction and extending at least partially in the axial direction and in the circumferential direction and with a second projection Radial direction further outward and also at least partially in the axial direction and in the circumferential direction extending second projection and the two projections connecting, at least partially extending in the radial direction web therebetween, in particular (each) an at least partially U-shaped profile cross section, wherein, in particular (each) in the first profile, the inner surface of the second, radially outer projection at least partially forms the functional surface and / or the second profile in particular (respectively) the outer surface of the second, further outward projection.
  • At least one functional surface of at least one profile has a first functional surface section and at least one further functional surface section, in particular at least two further functional surface sections, wherein the first functional surface section in at least one radial plane perpendicular to the rotational axis of the turbomachine in the circumferential direction in at least one temperature range below defined operating temperature of the turbomachine is curved with a first, in particular constant, curvature and at least one further functional surface portion, in particular at least two further functional surface portions, in at least one radial plane to the rotational axis of the turbomachine in the circumferential direction in at least one temperature range below the defined operating temperature of the turbomachine with another, from the first curvature different and in particular constant curvature is curved.
  • the curvature of the functional surface in particular in the first functional surface portion, in the circumferential direction by a first circle of curvature and / or in the axial direction, i. defined in parallel to the axis of rotation of the turbomachine, extending first curvature cylinder and in particular in the second functional surface portion by a further circle of curvature or curvature cylinder.
  • At least one functional surface of at least one profile in the first functional surface section extends in the circumferential direction, in particular along a circular path segment defined by a first circle of curvature or by a first curve cylinder and in the second functional surface section in the circumferential direction, in particular along a path defined by a second circle of curvature or second curve cylinder circular path segment.
  • the first functional surface section adjoins in the circumferential direction in particular directly to at least one of the further functional surface sections, the first functional surface section merging in at least one radial plane relative to the rotational axis of the turbomachine in the circumferential direction, in particular tangentially into the further functional surface section adjoining the first functional surface section.
  • At least one functional surface section of at least one functional surface of at least one profile has a constant curvature in the circumferential direction over at least part of its circumferential length, in particular over its entire circumferential length.
  • At least one functional surface of at least one profile has three functional surface sections, in particular a first functional surface section, a first further functional surface section and a second further functional surface section, wherein the first functional surface section is arranged in the circumferential direction, in particular between the two further functional surface sections.
  • the functional area of at least one profile has only a first functional area section and only one further functional area section, i. only two functional surface sections, at least one of the functional surface sections extends in particular over one half of the functional surface in the circumferential direction, wherein in particular both functional surface sections extend over in each case one half of the functional surface in the circumferential direction.
  • At least one of the functional surface section extends over a proportion of the circumferential length of the associated functional surface of at least 20%, at least 30%, at least 40% or at least 50%. up to 50%, 60%, 70% or 80%.
  • At least one of the functional surface section extends over a proportion of the circumferential length of the associated functional surface of about 33%, in particular 33% of the circumferential length of the functional surface.
  • the curvature of the functional surface of the first functional surface portion at least over a portion of the circumferential length, in particular over the entire circumferential length of the first functional surface portion defined in the circumferential direction by a lying in a radial plane to the axis of rotation of the turbomachine first circle of curvature having a first radius of curvature the center of the first circle of curvature lies in particular on the axis of rotation of the turbomachine.
  • the center of curvature of the first circle of curvature defining the curvature of the first functional surface section falls, in particular, with the axis of rotation of the turbomachine, i. with the (main) machine axis, together.
  • the curvature of the functional surface in the first functional surface section is constant over the circumferential length of the first functional surface section, i. defined by the same circle of curvature, wherein the course of the functional surface of the first functional surface portion is defined in particular by a circular segment of the first circle of curvature in the associated radial plane.
  • the curvature of the functional surface of at least one further functional surface section is defined at least over part of the circumferential length, in particular over the entire circumferential length of the further functional surface section, in the circumferential direction by a further curvature circle with a further radius of curvature lying in a radial plane to the rotational axis of the turbomachine , wherein the center of the further circle of curvature is in particular offset from the axis of rotation of the turbomachine.
  • the center of the further circle of curvature lies, in particular, with the center of the first circle of curvature, which defines the curvature of the first functional area section, in a common radial plane.
  • the radius of the second circle of curvature can be different from the radius of the first circle of curvature, or else if the center of the second circle of curvature does not coincide with the center of the first circle of curvature, equal to the radius of the first circle of curvature.
  • the second circle of curvature which defines the curvature of the second functional surface section, is the same over the entire circumferential length of the second functional surface section, wherein in particular the profile of the functional surface in the second functional surface section is represented by a circular segment of the second circle of curvature in the radial plane Radial plane is defined.
  • the center of the first circle of curvature is arranged offset from the axis of rotation, wherein in particular the center of at least one further circle of curvature coincides with the axis of rotation.
  • all centers of the first circle of curvature and of the further circles of curvature defining the curvature of at least one functional area are offset from the axis of rotation, and in particular at least two points of curvature are offset relative to each other and / or at least two circles of curvature are two apart different radii of curvature.
  • At least one further radius of curvature of at least one further circle of curvature is smaller than the first radius of curvature of the first circle of curvature, in particular by at least 2%, 3%, or 5% and at most 5%, 7.5% or 10%.
  • the radius of at least one further circle of curvature is at most 98%, 97% or 95% and at least 95%, 92.5% or 90% of the radius of the first circle of curvature.
  • this may cause a "widening", i. a reduction in the curvature of the functional surface in the circumferential direction, in particular the outer functional surface sections, in particular targeted, are compensated.
  • the functional surface in at least one radial plane to the axis of rotation of the turbomachine is symmetrically curved in the circumferential direction, based on the circumferential length of the functional surface of the vane segment, in particular symmetrically with a deviation of ⁇ 10% with respect to the position of the axis of symmetry to a center the functional surface in the circumferential direction and / or with respect to the course of the functional surface with a deviation of up to ⁇ 10% of the associated radius of curvature.
  • the at least two mutually different curvatures of at least one functional surface of at least one profile of the vane segment selected such that the functional surfaces in a functional installation state of the vane segment in a turbomachine during operation of the turbomachine at least at the defined operating temperature a constant curvature in the circumferential direction which is defined in particular by a circle of curvature lying in a radial plane to the axis of rotation of the turbomachine with a radius of curvature whose center lies on the axis of rotation of the turbomachine.
  • a guide grid for a, in particular, a turbomachine in particular for a, in particular, a gas turbine, in particular for one, in particular one, turbine stage of a gas turbine, one or more stator segments according to one of the embodiments described herein.
  • a turbomachine in particular a gas turbine, in particular at least one turbine stage of the gas turbine, at least one vane segment according to one of the embodiments described herein.
  • the vane segment is first produced by primary molding, in particular by casting or by a generative process, and subsequently machined, wherein at least one functional surface of at least one profile, in particular at least by machining with geometrically undefined cutting edge , In particular by grinding, for introducing the at least two mutually different curvatures of the functional surface is processed in the circumferential direction.
  • the first curvature is introduced and in particular in at least one further step in at least one further functional surface portion, the associated further curvature.
  • at least one of the functional surfaces is machined by machining with a geometrically indefinite cutting edge, in particular by grinding, in particular their different curvatures are produced.
  • the center of a rotationally symmetrical machining tool in particular the center of a rotationally symmetrical grinding tool, falls in one embodiment. with the center of the first circle of curvature and defines in particular a first abrasive center.
  • the center of a rotationally symmetrical machining tool in particular the center of a rotationally symmetric grinding tool with the center of the associated, further circle of curvature and defines a further abrasive center
  • the further Schleifinittelyak offset in particular to the center of the first abrasive center lies.
  • the vane segment is made of a nickel-base alloy, in particular a nickel-based superalloy or a cobalt-base superalloy, or comprises a nickel-based alloy, nickel-based superalloy or cobalt-based Super alloy on.
  • Fig. 1 shows a section of a vane segment according to a first embodiment of the present invention in perspective view at an operating temperature below a defined operating temperature.
  • This vane segment 10 in this case has six guide vanes 11, which are connected to one another in each case by an outer shroud 12 located further outward in relation to a rotation axis A of an associated turbomachine and by an inner shroud, not shown here, located radially further inwards.
  • each two extending in the circumferential direction U over the entire circumferential length L of the vane segment 10 extending profiles 16, 17 for turbomachinery housing side mounting of the vane segment 10, wherein the vane segment 10 has a first upstream profile 16 and a second downstream profile 17 with respect to a flow direction S, in which the vane segment 10 flows through during operation of an associated turbomachine.
  • the two profiles 16 and 17 are each configured as a continuous hook profiles 16, 17 with a substantially U-shaped cross-section.
  • both hook profiles 16 and 17 each have two projections 16I and 16A or 17I and 17A, in each case a further radially inward projection 16I or 17I and in each case in the radial direction further outward projection 16A or 17A, wherein the projections 16I and 16A and 17I and 17A of both hook profiles 16, 17 each substantially in the axial direction, ie substantially parallel to the axis of rotation A, extend.
  • a radially outwardly oriented outer surface 18 of the outer projection 17A of the second, downstream profile 17 and a radially inwardly oriented inner surface 19 of the outer projection 16A of the first, upstream profile 16 are each formed as a functional surface 18 and 19, wherein the functional surfaces 18 and 19 each in a radial plane perpendicular to the axis of rotation A of the turbomachine in the circumferential direction U, ie along the outer projections 17A and 16A in the circumferential direction U, as well as in the axial direction, in particular parallel to the axis of rotation A, extend.
  • the functional surface 18 in a radial plane perpendicular to the axis of rotation A, in particular over its entire width in the axial direction of two mutually different curvatures, wherein the functional surface 18 in at least two points two mutually different curvature circles is defined, symbolized by the two mutually different radii of curvature R1 and R2.
  • the two curvature circles which define the curvature of the functional surface 18 differ both in the position of their centers M1 and M2 and in their radius R1 and R2, with the center M1 of the first circle of curvature the radius R1 coincides with the axis of rotation A.
  • the Fig. 2a and 2 B each show a section of a vane segment 20 according to a second embodiment of the present invention, wherein the sake of clarity in the Fig. 2a and 2 B only a part of the reference numerals is shown.
  • the vane segment 20 differs from the in Fig. 1 shown guide vane segment 10 according to a first embodiment of the present invention, that both the functional surface 18 and the functional surface 19 have three adjacent and tangentially merging into each other functional surface portions, wherein in Fig. 2a the functional surface portions 18A, 18B and 18C of the functional surface 18 are shown recognizable and in Fig. 2b the functional surface portions 19A, 19B and 19C of the functional surface 19, each having different curvatures from each other.
  • a guide blade segment 20 according to the present invention, the curvature of the individual functional surface portions 18A, 18B and 18C and 19A, 19B and 19C in the circumferential direction U is always constant.
  • the functional surfaces 18 and 19 in the first functional surface section 18A and 19A run along a circular path segment of a first circle of curvature which passes through a circle center point M1 and a circle center first radius of curvature R1 and R4 is defined, while the functional surfaces in the second functional surface portion 18B and 19B in the circumferential direction U along a circular path segment of a second circle of curvature, which is defined by a second curvature circle center M2 and a second radius of curvature R2 and R5.
  • the functional surfaces 18 and 19 extend in the circumferential direction U along a circular path segment, which is defined by a third circle of curvature having a third curvature circle center M3 and a third radius of curvature R3 and R6.
  • the curvature circle midpoint M1 of the first circle of curvature is chosen such that it coincides with the axis of rotation A of the turbomachine, while the two curvature circle centers M2 and M3 of the two other circles of curvature are offset from the axis of rotation A and in this case, in particular offset from one another.
  • the centers of curvature M1, M2 and M3 of the curvature circles defining the curvature of the functional surface all lie in a common radial plane to the axis of rotation A.
  • the curvature circle midpoints of a profile 16 or 17 can lie with the curvature circle center points of the other profile 17 or 16 in a common radial plane or in a different radial plane from this.
  • the two curvature radii R2 and R5 and R3 or R6 of the two outer functional surface portions 18B and 18C or 19B and 19C are each selected smaller in this embodiment than the radius of curvature R1 and R4 of the first circle of curvature, which the curvature of the central functional surface portion 18A and .19A defined.
  • this can be a "widening", ie a reduction in the curvature of the functional surface 18 and 19 in the circumferential direction, in particular the outer functional surface portions 18 B and 18C and 19B and 19C, in particular targeted, are compensated.
  • the functional surfaces 18, 19 In the axial direction, the functional surfaces 18, 19 have no curvature. That in the axial direction, the functional surfaces 18, 19 extend along a straight line.
  • the individual, respectively adjacent functional surface sections 18A, 18B and 18C or 19A, 19B and 19C respectively adjoin one another directly and merge into each other tangentially.
  • Fig. 3 shows a section of the vane segment of the Fig. 2a and 2 B in a turbomachinery housing side mounted state in a schematic sectional view, which is particularly well seen with reference to this illustration, as the stator blade 20 turbomachinery housing side is supported on the turbomachinery housing 30 via the two profiles 17 and 16 respectively via the outer projections 16A and 17A of the two profiles 16 and 17.
  • tilting moments occurring as a result of a throughflow lead to an increased support instead of a lifting of the functional surfaces 18, 19 from the associated contact surfaces of the housing 30.
  • Fig. 4 shows the shroud 22 of the vane segment 20 from Fig. 3 in a first perspective view, which is particularly well recognizable in this perspective view, as the functional surface 18 of the second, downstream profile 17 extends both in the circumferential direction U along the profile 17 and in the axial direction, in particular linearly without a curvature.
  • the functional surface 19 of the front, upstream profile 16 wherein the functional surface 19 also extends in the axial direction and in the circumferential direction U over the length of the profile 16 and also in the axial direction has no curvature.
  • Fig. 5 Based on Fig. 5 are the individual functional surface portions 18A, 18B and 18C of the functional surface 18 of the second, downstream profile 17 and their extension in the circumferential direction U over the entire circumferential length L of the profile 17 and their extension also in the axial direction clearly visible.
  • the first functional surface portion 19A of the functional surface 19 is defined by a first circle of curvature having a first radius of curvature R4, wherein the center of curvature of the associated circle of curvature in particular also coincides with the axis of rotation A.
  • the second functional surface portion 19B also has a constant curvature in the circumferential direction U over the length of the functional portion 19B, wherein the curvature of the second functional surface portion 19B is defined by a second circle of curvature having a second radius of curvature R5 whose center is offset from the axis of rotation A, but especially in FIG a common radial plane with the center of the first circle of curvature.
  • the third functional surface portion 19C also has a constant curvature in the circumferential direction U over the length of the functional surface portion 19C, the curvature of the third functional surface portion 19C being defined by a third circle of curvature having a third curvature circle center and a third curvature radius R6, the third curvature circle center also being offset is arranged to the rotation axis A, but in particular also lies in a common radial plane with the first curvature circle center and the second center of curvature.
  • the radius R5 of the second circle of curvature and the radius R6 of the third circle of curvature are, in particular, smaller than the radius R4 of the first circle of curvature, as in the case of the functional area 18. Moreover, the radius of the second circle of curvature R5 and the radius of the third circle of curvature R6 are different from each other.
  • Fig. 7 shows the vane segment 20 from the Fig. 2a and 2 B at the defined operating temperature, for better clarity, only the individual functional surface portions 19A, 19B and 19C of the functional surface 19 are designated.
  • This in Fig. 7 shown guide vane segment 20 has deformed due to the heating during operation of the turbomachine, in particular "expanded", compared to the in the Fig. 2a and 2 B shown state below the defined operating temperature.
  • the curvature of the functional surfaces 18 and 19 has decreased, in particular in the two outer functional surface sections 19B and 19C or 18B and 18C.
  • the two functional surfaces 18 and 19 of the vane segment 20 each have a constant curvature in the circumferential direction U over the entire circumferential length L of the profiles 16 and 17, instead of two different curvatures as below the defined operating temperature according to the Fig. 2a and 2 B , what in Fig. 7 each symbolized by arrows labeled "R", which represent the respective radii R of the associated bending circles at the operating temperature.
  • turbomachinery housing side investment or contact surfaces deform during operation usually much less, so that their curvature changes almost no when heated. Preference is given to the turbomachinery housing side Investment or contact surfaces therefore produced with a constant, in particular concentric curvature to Rotationsache.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment (10, 20) für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, insbesondere für eine Turbinenstufe einer Gasturbine, weist wenigstens eine Leitschaufel (11) und wenigstens ein Deckband (12), insbesondere ein äußeres Deckband (12), mit wenigstens einem am Deckband (12) angeordneten Profil (16, 17) zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments (10, 20) auf, wobei sich das Profil (16, 17) in Umfangsrichtung (U) zumindest teilweise über eine Umfangslänge (L) des Leitschaufelsegments (10, 20) entlang des Deckbandes des Leitschaufelsegments (10, 20) erstreckt und wenigstens eine sich wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung (U) erstreckende Funktionsfläche (18, 19) aufweist, wobei wenigstens eine Funktionsfläche (18, 19) wenigstens eines Profils (16, 17) in wenigstens einer Radialebene senkrecht zu einer Rotationsachse (A) der Turbomaschine in Umfangsrichtung (U) in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leitschaufelsegment für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, insbesondere für eine Turbinenstufe einer Gasturbine, ein Leitgitter, insbesondere einer Turbinenstufe, mit dem Leitschaufelsegment und eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, mit dem Leitschaufelsegment sowie ein Verfahren zur Herstellung des Leitschaufelsegments.
  • Aus dem Stand der Technik sind grundsätzlich Leitschaufelsegmente für Turbomaschinen bekannt, insbesondere für Gasturbinen, die ein oder mehrere Profile zur Befestigung des Leitschaufelsegments in einem Turbomaschinegehäuse aufweisen. Aufgrund der hohen, während eines Betriebs der Turbomaschine auftretenden Temperaturen kann es infolge einer ungleichmäßigen Wärmeausdehnung des Leitschaufelsegments im Betrieb zu unerwünschten Verspannungen und/oder Leckagen im Bereich der Befestigung der Leitschaufelsegmente am Turbomaschinengehäuse kommen.
  • Aus der GB 2 471 185 ist bekannt, die zur Anlage am Turbinengehäuse ausgebildete Kontaktfläche eines stromaufwärtigen Hakenprofils und die zur Anlage am Turbinengehäuse ausgebildete Kontaktfläche eines stromabwärtigen Hakenprofils eines Leitschaufelsegments für eine Gasturbine für einen Betriebszustand unterhalb einer definierten Betriebstemperatur mit jeweils voneinander unterschiedlichen Krümmungen in Umfangsrichtung, bezogen auf eine Rotationsachse der Gasturbine, und mit jeweils einer zur Kontaktfläche des Turbinengehäuses verschiedenen Krümmung auszugestalten, um bei der definierten Betriebstemperatur jeweils eine vollständige Anlage der Kontaktflächen der Hakenprofile des Leitschaufelsegments in Umfangsrichtung am Turbinengehäuse zu erreichen.
  • Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Leitschaufelsegment, insbesondere dessen Befestigung in einem Turbomaschinengehäuse, zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Leitschaufelsegment mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Leitgitter mit den Merkmalen von Anspruch 13, durch eine Turbomaschine mit den Merkmalen von Anspruch 14 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Leitschaufelsegment für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, insbesondere für eine Turbinenstufe einer Gasturbine, eine oder mehrere Leitschaufeln und ein oder mehrere Deckbänder, insbesondere wenigstens ein äußeres Deckband, mit wenigstens einem am Deckband angeordneten Profil, das vorliegend auch als erstes Profil bezeichnet wird, zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments auf, wobei sich das (erste) Profil in Umfangsrichtung zumindest teilweise über eine Umfangslänge des Leitschaufelsegments entlang des Deckbandes des Leitschaufelsegments erstreckt und wenigstens eine sich wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckende Funktionsfläche, insbesondere zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments, aufweist, wobei wenigstens die Funktionsfläche wenigstens dieses (ersten) Profils in einer oder mehreren Radialebenen senkrecht zu einer Rotationsachse der Turbomaschine in Umfangsrichtung in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine wenigstens zwei voneinander verschiedene Krümmungen aufweist.
  • Somit ist nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung die Funktionsfläche wenigstens eines Profils zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments in Umfangsrichtung des Leitschaufelsegments, bezogen auf einen funktionsgemäßen Einbauzustand in einem Turbomaschinengehäuse, in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb einer definierten Betriebstemperatur mit wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen gekrümmt und es existieren in Umfangsrichtung für wenigstens eine Funktionsfläche des Profils in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine insbesondere wenigstens zwei unterschiedliche Krümmungskreise, wobei sich die zwei Krümmungskreise insbesondere in ihrem Krümmungsradius und/oder in ihrem Krümmungsmittelpunkt unterscheiden.
  • Durch Einbringen wenigstens zweier, voneinander verschiedenen Krümmungen in eine Funktionsfläche eines Profils zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments, kann bei entsprechender Ausgestaltung der zwei voneinander verschiedenen Krümmungen der Funktionsfläche eine infolge einer Erwärmung des Leitschaufelsegments auftretende Krümmungsänderung wenigstens teilweise ausgeglichen werden, so dass in einer Ausführung wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur turbomaschinengehäuseseitig eine, wenigstens im Wesentlichen, vollständige Anlage der Funktionsfläche an einer, zugehörigen, turbomaschinengehäuseseitigen Kontaktfläche erreicht werden kann, insbesondere an einer mit einer konstanten Krümmung gekrümmten, turbomaschinengehäuseseitigen Kontaktfläche.
  • Infolgedessen kann in einer Ausführung eine verbesserte, turbomaschinengehäuseseitige Abstützung des Leitschaufelsegments im Turbomaschinengehäuse erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung eine turbomaschinengehäuseseitige Dichtwirkung verbessert werden, was sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Turbomaschine auswirkt.
  • Die Richtungsangabe "axial" bezieht sich vorliegend in fachüblicher Weise auf eine Richtung parallel zu einer Rotations- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Turbomaschine, die Richtungsangabe "Umfangsrichtung" entsprechend auf eine Rotationsrichtung um diese Rotations- bzw. (Haupt)Maschinenachse, die Richtungsangabe "radial" auf eine Richtung, die senkrecht auf der axialen Richtung und der Umfangsrichtung steht.
  • Der Begriff "Radialebene" bezieht sich vorliegend in fachüblicher Weise auf eine Normal(en)ebene zu einer Rotationsachse, im vorliegenden Fall insbesondere auf eine Normal(en)ebene zur Rotationsachse der Turbomaschine, d.h. insbesondere auf eine senkrecht zur (Haupt-)Maschinenachse orientierte Ebene.
  • Vorliegend wird unter einem Krümmungskreis, insbesondere einem zu einem Punkt einer Kurve gehörenden Krümmungskreis, in fachüblicher Weise ein Kreis verstanden, der mit einem Punkt einer Kurve y = f(x) die Tangente in diesem Punkt, d.h. die erste Ableitung y' = f'(x), und die zweite Ableitung y"=f"(x) gemeinsam hat.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich das wenigstens eine Profil des Leitschaufelsegments in Umfangsrichtung insbesondere vollständig über die Umfangslänge des Deckbandes des Leitschaufelsegments.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Funktionsfläche des Profils in Umfangsrichtung insbesondere vollständig über die gesamte Umfangslänge des Profils.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das wenigstens eine am Deckband angeordnete Profil zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments insbesondere zur turbomaschinengehäuseseitigen Abstützung und/oder Abdichtung ausgebildet. Insbesondere ist wenigstens eine Funktionsfläche, insbesondere wenigstens teilweise, als Abstützfläche, über welche insbesondere im Betrieb der Turbomaschine auf das Leitschaufelsegment wirkende Kräfte turbinengehäuseseitig abgestützt werden können, und/oder wenigstens teilweise als Dichtfläche zur turbomaschinengehäuseseitigen Abdichtung ausgebildet, insbesondere korrespondierend zu einer turbomaschinengehäuseseitigen Kontaktfläche.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verläuft die wenigstens eine Funktionsfläche des wenigstens einen Profils in wenigstens teilweiser axialer Richtung, d.h. zumindest mit einer Richtungskomponente in einer Richtung parallel zur Rotationsachse der Turbomaschine, in einer Ausführung ohne Krümmung, d.h. sie erstreckt sich in dieser Richtung insbesondere linear, oder weist über ihre Breite in wenigstens teilweiser axialer Richtung eine konstante Krümmung auf oder weist ebenfalls wenigstens zwei voneinander verschiedene Krümmungen auf, d.h. oder folgt in wenigstens teilweiser axialer Richtung einem Kurvenverlauf mit einem sich ändernden Krümmungsradius.
  • Die Angabe "konstant" bedeutet im Sinne der Erfindung in fachüblicher Weise "gleichbleibend", schließt jedoch Abweichungen von bis zu ± 10% mit ein, insbesondere Abweichungen innerhalb üblicher Toleranzbereiche.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Leitschaufelsegment insbesondere zusätzlich ein inneres Deckband auf zur rotationsachsenseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments, insbesondere zur rotationsachsenseitigen Befestigung an einem Turbomaschinengehäuse.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Leitschaufelsegment wenigstens ein bzw. das erste(s), insbesondere stromaufwärtige(s), insbesondere stromaufwärtigste(s), Profil und ein zweites, insbesondere stromabwärtiges, insbesondere stromabwärtigstes, Profil auf, wobei die Funktionsfläche des ersten Profils und die Funktionsfläche des zweiten Profils insbesondere jeweils in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine in Umfangsrichtung in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb einer definierten Betriebstemperatur wenigstens zwei voneinander verschiedene Krümmungen aufweisen.
  • Hierdurch kann eine besonders stabile, turbomaschinenseitige Befestigung des Leitschaufelsegments erreicht werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die beiden Profile dabei an axial gegenüberliegenden Endbereichen und/oder Enden eines Deckbandes, insbesondere eines gemeinsamen Deckbandes, insbesondere des äußeren Deckbandes, angeordnet und erstrecken sich insbesondere in Umfangsrichtung jeweils wenigstens teilweise über eine Umfangslänge des Leitschaufelsegments, insbesondere entlang des zugehörigen Deckbandes des Leitschaufelsegments, und weisen insbesondere jeweils wenigstens eine sich wenigstens in axialer Richtung und wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, über die Umfanglänge des Leitschaufelsegments, in Umfangsrichtung erstreckende Funktionsfläche auf.
  • Hierdurch kann eine verbesserte turbomaschinenseitige Befestigung des Leitschaufelsegments erreicht werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein am Deckband angeordnetes Profil wenigstens teilweise über seine Länge in Umfangsrichtung als Hakenprofil ausgebildet, vorzugsweise vollständig über die gesamte Umfangslänge des Leitschaufelsegments.
  • Hierdurch kann auf einfache Art und Weise eine besonders stabile, turbomaschinenseitige Befestigung des Leitschaufelsegments erreicht werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist (weisen) das erste Profil und/oder das zweite Profil wenigstens einen sich wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckenden Vorsprung auf mit (jeweils) einer in radialer Richtung nach innen orientierten Innenfläche und einer in radialer Richtung nach außen orientierten Außenfläche, wobei beim ersten, stromaufwärtigen Profil insbesondere die Innenfläche des Vorsprungs und beim zweiten, stromabwärtigen Profil insbesondere die Außenfläche des Vorsprungs (jeweils) zumindest teilweise die Funktionsfläche bildet (bilden).
  • Hierdurch kann eine verbesserte Abstützung erreicht werden, insbesondere auch bei einem infolge der auftretenden Strömungskräfte auftretenden Kippmoment um eine Achse senkrecht zur Rotationsachse, insbesondere turbomaschinengehäuseseitig eine vollständige Anlage der Funktionsflächen. Insbesondere kann hierdurch ein Abheben wenigstens einer Funktionsfläche durch das Kippmoment von einer zugehörigen, turbomaschinenseitigen Kontaktfläche verhindert werden. Vielmehr kann insbesondere das Kippmoment zur Verstärkung einer Anpresskraft des Leitschaufelsegments an einer zugehörigen turbomaschinenseitigen Kontaktfläche, insbesondere im Bereich wenigstens einer Funktionsfläche des Leitschaufelsegments, genutzt werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist (weisen) das erste Profil und/oder das zweite Profil, insbesondere jeweils, einen Profilquerschnitt mit einem in radialer Richtung innenliegenden und sich wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckenden ersten Vorsprung und mit einem zweiten, in radialer Richtung weiter außen liegenden und sich ebenfalls wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung erstreckenden zweiten Vorsprung und mit einem die beiden Vorsprünge verbindenden, sich wenigstens teilweise in radialer Richtung erstreckenden Steg dazwischen auf, insbesondere (jeweils) einen wenigstens teilweise U-förmigen Profilquerschnitt, wobei, insbesondere (jeweils) beim ersten Profil die Innenfläche des zweiten, radial weiter außenliegenden Vorsprungs zumindest teilweise die Funktionsfläche bildet und/oder beim zweiten Profil insbesondere (jeweils) die Außenfläche des zweiten, weiter außenliegenden Vorsprungs.
  • Hierdurch kann eine besonders einfache turbomaschinengehäuseseitige Befestigung des Leitschaufelsegmentes erreicht werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Funktionsfläche wenigstens eines Profils einen ersten Funktionsflächenabschnitt und wenigstens einen weiteren Funktionsflächenabschnitt auf, insbesondere wenigstens zwei weitere Funktionsflächenabschnitte, wobei der erste Funktionsflächenabschnitt in wenigstens einer Radialebene senkrecht zur Rotationsachse der Turbomaschine in Umfangsrichtung in wenigstens einen Temperaturbereich unterhalb der definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine mit einer ersten, insbesondere konstanten, Krümmung gekrümmt ist und wenigstens ein weiterer Funktionsflächenabschnitt, insbesondere wenigstens zwei weitere Funktionsflächenabschnitte, in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine in Umfangsrichtung in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb der definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine mit einer weiteren, von der ersten Krümmung verschiedenen und insbesondere konstanten Krümmung gekrümmt ist.
  • Hierdurch kann die Herstellung eines Leitschaufelsegmentes gemäß der vorliegenden Erfindung vereinfacht werden. Insbesondere können die zwei voneinander verschiedenen Krümmungen einer Funktionsfläche in Umfangsrichtung auf einfache Art und Weise und nacheinander eingebracht werden.
  • Insbesondere ist die Krümmung der Funktionsfläche, insbesondere im ersten Funktionsflächenabschnitt, in Umfangsrichtung durch einen ersten Krümmungskreis und/oder einen sich in axialer Richtung, d.h. parallel zur Rotationsachse der Turbomaschine, erstreckenden ersten Krümmungszylinder definiert und insbesondere im zweiten Funktionsflächenabschnitt durch einen weiteren Krümmungskreis oder Krümmungszylinder.
  • Somit verläuft in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wenigstens eine Funktionsfläche wenigstens eines Profils im ersten Funktionsflächenabschnitt in Umfangsrichtung insbesondere entlang eines durch einen ersten Krümmungskreis oder durch einen ersten Krümmungszylinder definierten Kreisbahnsegments und im zweiten Funktionsflächenabschnitt in Umfangsrichtung insbesondere entlang eines durch einen zweiten Krümmungskreis oder zweiten Krümmungszylinder definierten Kreisbahnsegmentes.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung grenzt der erste Funktionsflächenabschnitt in Umfangsrichtung insbesondere unmittelbar an wenigstens eine der weiteren Funktionsflächenabschnitte an, wobei der erste Funktionsflächenabschnitt in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine in Umfangsrichtung insbesondere tangential in den weiteren, an den ersten Funktionsflächenabschnitt angrenzenden Funktionsflächenabschnitt übergeht.
  • Hierdurch können Unstetigkeiten im Funktionsflächenverlauf, insbesondere in Umfangsrichtung, welche sich unter anderem aufgrund entstehender Spannungsspitzen nachteilig auf die Festigkeit des Leitschaufelsegments auswirken und darüber hinaus nachteilig im Hinblick auf die turbomaschinengehäuseseitige Abdichtung sind, vermieden werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist insbesondere wenigstens ein Funktionsflächenabschnitt wenigstens einer Funktionsfläche wenigstens eines Profils in Umfangsrichtung wenigstens über einen Teil seiner Umfangslänge, insbesondere über seine gesamte Umfangslänge, eine konstante Krümmung auf.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eine Funktionsftäche wenigstens eines Profils drei Funktionsflächenabschnitte auf, insbesondere einen ersten Funktionsflächenabschnitt, einen ersten weiteren Funktionsflächenabschnitt und einen zweiten weiteren Funktionsflächenabschnitt, wobei der erste Funktionsflächenabschnitt in Umfangsrichtung insbesondere zwischen den beiden weiteren Funktionsflächenabschnitten angeordnet ist.
  • Weist die Funktionsfläche wenigstens eines Profils lediglich einen ersten Funktionsflächenabschnitt und lediglich einen weiteren Funktionsflächenabschnitt auf, d.h. nur zwei Funktionsflächenabschnitte, erstreckt sich wenigstens einer der Funktionsflächenabschnitte insbesondere über eine Hälfte der Funktionsfläche in Umfangsrichtung, wobei sich insbesondere beide Funktionsflächenabschnitte über jeweils eine Hälfte der Funktionsfläche in Umfangsrichtung erstrecken.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei einer Funktionsfläche mit zwei oder drei Funktionsflächenabschnitten in Umfangsrichtung, erstreckt sich wenigstens einer der Funktionsflächenabschnitt über einen Anteil an der Umfangslänge der zugehörigen Funktionsfläche von wenigstens 20%, wenigstens 30%, wenigstens 40% oder wenigstens 50% bis höchstens 50%, 60%, 70% oder 80%.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei einer Funktionsfläche mit drei Funktionsflächenabschnitten in Umfangsrichtung, erstreckt sich insbesondere wenigstens einer der Funktionsflächenabschnitt über einen Anteil an der Umfangslänge der zugehörigen Funktionsfläche von in etwa 33%, insbesondere von 33% der Umfangslänge der Funktionsfläche.
  • In einer Ausführung der Erfindung ist die Krümmung der Funktionsfläche des ersten Funktionsflächenabschnitts zumindest über einen Teil der Umfangslänge, insbesondere über die gesamte Umfangslänge des ersten Funktionsflächenabschnitts, in Umfangsrichtung durch einen in einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine liegenden ersten Krümmungskreis mit einem ersten Krümmungsradius definiert, wobei der Mittelpunkt des ersten Krümmungskreises insbesondere auf der Rotationsachse der Turbomaschine liegt.
  • Somit fällt in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung der Krümmungsmittelpunkt des die Krümmung des ersten Funktionsflächenabschnitts definierenden ersten Krümmungskreises insbesondere mit der Rotationsachse der Turbomaschine, d.h. mit der (Haupt)Maschinenachse, zusammen. Insbesondere ist die Krümmung der Funktionsfläche im ersten Funktionsflächenabschnitt dabei über die Umfangslänge des ersten Funktionsflächenabschnitts konstant, d.h. durch denselben Krümmungskreis definiert, wobei der Verlauf der Funktionsfläche des ersten Funktionsflächenabschnitts insbesondere durch ein Kreissegment des ersten Krümmungskreises in der zugehörigen Radialebene definiert ist.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Krümmung der Funktionsfläche wenigstens eines weiteren Funktionsflächenabschnitts zumindest über einen Teil der Umfangslänge, insbesondere über die gesamte Umfangslänge des weiteren Funktionsflächenabschnitts, in Umfangsrichtung durch einen in einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine liegenden weiteren Krümmungskreis mit einem weiteren Krümmungsradius definiert, wobei der Mittelpunkt des weiteren Krümmungskreises insbesondere versetzt zur Rotationsachse der Turbomaschine liegt.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt dabei der Mittelpunkt des weiteren Krümmungskreises insbesondere mit dem Mittelpunkt des ersten Krümmungskreises, welcher die Krümmung des ersten Funktionsflächenabschnitts definiert, in einer gemeinsamen Radialebene.
  • Der Radius des zweiten Krümmungskreises kann dabei verschieden vom Radius des ersten Krümmungskreises sein, oder aber sofern der Mittelpunkt des zweiten Krümmungskreises nicht mit dem Mittelpunkt des ersten Krümmungskreises zusammenfällt, gleich dem Radius des ersten Krümmungskreises.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der zweite Krümmungskreis, welcher die Krümmung des zweiten Funktionsflächenabschnitts definiert, insbesondere über die gesamte Umfangslänge des zweiten Funktionsflächenabschnitts derselbe, wobei insbesondere der Verlauf der Funktionsfläche im zweiten Funktionsflächenabschnitt durch ein Kreissegment des zweiten Krümmungskreises in der Radialebene in der zugehörigen Radialebene definiert ist.
  • In einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der Mittelpunkt des ersten Krümmungskreises versetzt zur Rotationsachse angeordnet, wobei insbesondere der Mittelpunkt wenigstens eines weiteren Krümmungskreises mit der Rotationsachse zusammenfällt.
  • In einer weiteren, alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung liegen sämtliche Mittelpunkte des ersten Krümmungskreises und der weiteren Krümmungskreise, welche die Krümmung wenigstens einer Funktionsfläche definieren, versetzt zur Rotationsachse, und insbesondere wenigstens zwei Krümmungskreismittelpunkte liegen versetzt zu einander und/oder wenigstens zwei Krümmungskreise weisen zwei voneinander verschiedene Krümmungsradien auf.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein weiterer Krümmungsradius wenigstens eines weiteren Krümmungskreises kleiner als der erste Krümmungsradius des ersten Krümmungskreises, insbesondere um wenigstens 2%, 3%, oder 5% und höchstens um 5%, 7,5% oder 10%. D.h. insbesondere beträgt der Radius wenigstens eines weiteren Krümmungskreises höchstens 98%, 97% oder 95% und wenigstens 95%, 92,5% oder 90% des Radius des ersten Krümmungskreises.
  • Hierdurch kann, eine entsprechende Wahl der zugehörigen Krümmungsradien und der Lage der Krümmungsmittelpunkte vorausgesetzt, auf relativ einfache Art und Weise erreicht werden, dass sich die zugehörige Funktionsfläche infolge einer Erwärmung des Leitschaufelsegments beim Betrieb der Turbomaschine derart verformt, dass sich wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur eine konstante Krümmung der Funktionsfläche in Umfangsrichtung einstellt, insbesondere über die gesamte Umfangslänge der Funktionsfläche.
  • Insbesondere kann hierdurch eine "Aufweitung", d.h. eine Verringerung der Krümmung der Funktionsfläche in Umfangsrichtung, insbesondere der äußeren Funktionsflächenabschnitte, insbesondere gezielt, ausgeglichen werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Funktionsfläche in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine in Umfangsrichtung symmetrisch gekrümmt, bezogen auf die Umfangslänge der Funktionsfläche des Leitschaufelsegments, insbesondere symmetrisch mit einer Abweichung von bis zu ± 10% hinsichtlich der Lage der Symmetrieachse zu einer Mitte der Funktionsfläche in Umfangsrichtung und/oder hinsichtlich des Verlaufs der Funktionsfläche mit einer Abweichung von bis zu ± 10% vom zugehörigen Krümmungsradius.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen wenigstens einer Funktionsfläche wenigstens eines Profils des Leitschaufelsegments derart gewählt, dass die Funktionsflächen in einem funktionsgemäßen Einbauzustand des Leitschaufelsegment in einer Turbomaschine beim Betrieb der Turbomaschine wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur eine konstante Krümmung in Umfangsrichtung aufweist, welche insbesondere durch eine in einer Radialebene zur Rotationsachse der Turbomaschine liegenden Krümmungskreis mit einem Krümmungsradius definiert ist, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse der Turbomaschine liegt.
  • Hierdurch kann wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur eine vollständige Anlage der Funktionsfläche des Leitschaufelsegments in Umfangsrichtung turbomaschinengehäuseseitig sichergestellt werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Leitgitter für eine, insbesondere einer, Turbomaschine, insbesondere für eine, insbesondere einer, Gasturbine, insbesondere für eine, insbesondere einer, Turbinenstufe einer Gasturbine, ein oder mehrere Leitschaufelsegmente nach einer der hier beschriebenen Ausführungen auf.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine, insbesondere wenigstens eine Turbinenstufe der Gasturbine, wenigstens ein Leitschaufelsegment nach einer der hier beschriebenen Ausführungen auf.
  • Zur Herstellung eines Leitschaufelsegments nach einer der hier beschriebenen Ausführungen wird in einer Ausführung zunächst das Leitschaufelsegment durch Urformen hergestellt, insbesondere durch Gießen oder durch ein generatives Verfahren, und anschließend bearbeitet, wobei wenigstens eine Funktionsfläche wenigstens eines Profils, insbesondere wenigstens durch Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, insbesondere durch Schleifen, zum Einbringen der wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen der Funktionsfläche in Umfangsrichtung bearbeitet wird. Dabei wird insbesondere in einem ersten Schritt in die Funktionsfläche über ihre gesamte Länge in Umfangsrichtung die erste Krümmung eingebracht und insbesondere in wenigstens einem weiteren Schritt in wenigstens einem weiteren Funktionsflächenabschnitt die zugehörige weitere Krümmung. Entsprechend ist in einer Ausführung wenigstens eine der Funktionsflächen durch Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, insbesondere durch Schleifen, bearbeitet, insbesondere deren voneinander verschiedene Krümmungen hergestellt.
  • Beim Einbringen der ersten Krümmung in wenigstens eine Funktionsfläche fällt in einer Ausführung der Mittelpunkt eines rotationssymmetrischen Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere der Mittelpunkt eines rotationssymmetrischen Schleifwerkzeugs, mit dem Mittelpunkt des ersten Krümmungskreises zusammen und definiert insbesondere einen ersten Schleifmittelpunkt.
  • Beim Einbringen einer weiteren Krümmung in die Funktionsfläche fällt in einer Ausführung der Mittelpunkt eines rotationssymmetrischen Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere der Mittelpunkt eines rotationssymmetrischen Schleifwerkzeugs mit dem Mittelpunkt des zugehörigen, weiteren Krümmungskreises zusammen und definiert einen weiteren Schleifmittelpunkt, wobei der weitere Schleifinittelpunkt insbesondere versetzt zum Mittelpunkt des ersten Schleifmittelpunktes liegt.
  • Hierdurch können auf einfache Art und Weise die zwei voneinander verschiedenen Krümmungen in die Funktionsfläche eingebracht werden.
  • In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das Leitschaufelsegment aus einer Nickel-Basis-Legierung, insbesondere einer Nickel-Basis-Superlegierung oder einer Kobalt-Basis-Superlegierung hergestellt oder weist eine Nickel-Basis-Legierung, Nickel-Basis-Superlegierung oder Kobalt-Basis-Superlegierung auf.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen sowie den zugehörigen Figuren. Funktionsgleiche Teile und/oder Abschnitte sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
    • Fig. 1
    einen Ausschnitt eines Leitschaufelsegments nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung bei einer Betriebstemperatur unterhalb einer definierten Betriebstemperatur;
    Fig. 2a
    einen Ausschnitt eines Leitschaufelsegment nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, ebenfalls in perspektivischer Darstellung bei einer Betriebstemperatur unterhalb einer definierten Betriebstemperatur;
    Fig. 2b
    den Ausschnitt des Leitschaufelsegments aus Fig. 2a;
    Fig. 3
    einen Ausschnitt des Leitschaufelsegments aus Fig. 2a und 2b in einem turbomaschinengehäuseseitig befestigten Zustand in einer schematischen Schnittdarstellung;
    Fig. 4
    das äußere Deckband des Leitschaufelsegments aus Fig. 2a und 2b und 3 in einer ersten perspektivischen Darstellung;
    Fig. 5
    das äußere Deckband des Leitschaufelsegments aus den Fig. 2a bis 4 in einer zweiten perspektivischen Darstellung;
    Fig. 6
    das äußere Deckband aus den Fig. 2a bis 5 in einer dritten perspektivischen Darstellung; und
    Fig. 7
    den Ausschnitt des Leitschaufelsegments aus Fig. 2a und 2b bei der definierten Betriebstemperatur.
  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Leitschaufelsegments nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung bei einer Betriebstemperatur unterhalb einer definierten Betriebstemperatur.
  • Dieses Leitschaufelsegment 10 weist dabei sechs Leitschaufeln 11 auf, welche jeweils durch ein in radialer Richtung, bezogen auf eine Rotationsachse A einer zugehörigen Turbomaschine, weiter außenliegendes, äußeres Deckband 12 sowie durch ein radial weiter innenliegendes, hier nicht dargestelltes inneres Deckband miteinander verbunden sind.
  • Am äußeren Deckband 12 sind jeweils zwei sich jeweils in Umfangsrichtung U über die gesamte Umfangslänge L des Leitschaufelsegments 10 erstreckende Profile 16, 17 zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments 10 angeordnet, wobei das Leitschaufelsegment 10 ein erstes strömungsaufwärtiges Profil 16 sowie ein zweites, strömungsabwärtiges Profil 17 aufweist, in Bezug auf eine Strömungsrichtung S, in welcher das Leitschaufelsegment 10 beim Betrieb einer zugehörigen Turbomaschine durchströmt wird.
  • Die beiden Profile 16 und 17 sind dabei jeweils als durchgehende Hakenprofile 16, 17 mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgestaltet.
  • Beide Hakenprofile 16 und 17 weisen dabei jeweils zwei Vorsprünge 16I und 16A bzw. 17I und 17A auf, jeweils einen weiter in radialer Richtung innenliegenden Vorsprung 16I bzw. 17I und einen jeweils in radialer Richtung weiter außenliegenden Vorsprung 16A bzw. 17A, wobei sich die Vorsprünge 16I und 16A bzw. 17I und 17A beider Hakenprofile 16, 17 jeweils im Wesentlichen in axialer Richtung, d.h. im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse A, erstrecken.
  • Eine in radialer Richtung nach außen orientierte Außenfläche 18 des äußeren Vorsprungs 17A des zweiten, stromabwärtigen Profils 17 sowie eine in radialer Richtung nach innen orientierte Innenfläche 19 des äußeren Vorsprungs 16A des ersten, stromaufwärtigen Profils 16 sind dabei jeweils als Funktionsfläche 18 bzw. 19 ausgebildet, wobei sich die Funktionsflächen 18 und 19 jeweils in einer Radialebene senkrecht zur Rotationsachse A der Turbomaschine in Umfangsrichtung U, d.h. entlang der äußeren Vorsprünge 17A und 16A in Umfangsrichtung U, sowie in axialer Richtung, insbesondere parallel zur Rotationsachse A, erstrecken.
  • In dem dargestellten Zustand, d.h. bei einer Betriebstemperatur unterhalb der definierten Betriebstemperatur, weist die Funktionsfläche 18 in einer Radialebene senkrecht zur Rotationsachse A, insbesondere über ihre gesamte Breite in axialer Richtung zwei voneinander unterschiedliche Krümmungen auf, wobei die Funktionsfläche 18 dabei in wenigstens zwei Punkten durch zwei voneinander verschiedene Krümmungskreise definiert ist, symbolisiert durch die beiden voneinander verschiedenen Krümmungsradien R1 und R2.
  • In dieser Ausführung eines Leitschaufelsegments 10 gemäß der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die beiden Krümmungskreise, welche die Krümmung der Funktionsfläche 18 definieren, sowohl in der Lage ihrer Mittelpunkte M1 und M2 als auch in ihrem Radius R1 und R2, wobei der Mittelpunkt M1 des ersten Krümmungskreises mit dem Radius R1 mit der Rotationsachse A zusammenfällt.
  • Die Fig. 2a und 2b zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Leitschaufelsegments 20 nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei der Übersichtlichkeit halber in den Fig. 2a und 2b jeweils nur ein Teil der Bezugszeichen dargestellt ist. Das Leitschaufelsegment 20 unterscheidet sich dabei dahingehend von dem in Fig. 1 dargestellten Leitschaufelsegment 10 nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung, dass sowohl die Funktionsfläche 18 als auch die Funktionsfläche 19 drei aneinander angrenzende und tangential ineinander übergehende Funktionsflächenabschnitte aufweisen, wobei in Fig. 2a die Funktionsflächenabschnitte 18A, 18B und 18C der Funktionsfläche 18 erkennbar dargestellt sind und in Fig. 2b die Funktionsflächenabschnitte 19A, 19B und 19C der Funktionsfläche 19, welche jeweils voneinander verschiedene Krümmungen aufweisen.
  • Die beiden äußeren, bezogen auf die Darstellung linken und rechten, Funktionsflächenabschnitte 18B bzw. 19B und 18C bzw. 19C erstrecken sich jeweils über einen Anteil von 33% der Umfangslänge L des zugehörigen Profils 17, während sich der mittlere, erste Funktionsflächenabschnitt 18A bzw. 19A über einen Anteil der Umfangslänge L des zugehörigen Profils 17 bzw. 16von 40% in Umfangsrichtung U erstreckt.
  • Dabei ist bei dieser Ausführung eines Leitschaufelsegment 20 gemäß der vorliegenden Erfindung die Krümmung der einzelnen Funktionsflächenabschnitte 18A, 18B und 18C bzw. 19A, 19B und 19C in Umfangsrichtung U jeweils konstant.
  • Somit verlaufen bei dem Leitschaufelsegment 20 die Funktionsflächen 18 und 19 im ersten Funktionsflächenabschnitt 18A bzw. 19A entlang eines Kreisbahnsegments eines ersten Krümmungskreises, welcher durch einen Kreismittelpunkt M1 und einen ersten Krümmungsradius R1 bzw. R4 definiert ist, während die Funktionsflächen im zweiten Funktionsflächenabschnitt 18B und 19B in Umfangsrichtung U entlang eines Kreisbahnsegments eines zweiten Krümmungskreises verlaufen, welcher durch einen zweiten Krümmungskreismittelpunkt M2 und einen zweiten Krümmungsradius R2 bzw. R5 definiert ist. Im dritten Funktionsflächenabschnitt 18C bzw. 19C verlaufen die Funktionsflächen 18 und 19 in Umfangsrichtung U entlang eines Kreisbahnsegments, welches durch einen dritten Krümmungskreis mit einem dritten Krümmungskreismittelpunkt M3 sowie einem dritten Krümmungsradius R3 bzw. R6 definiert ist.
  • Der Krümmungskreismittelpunkt M1 des ersten Krümmungskreises ist dabei derart gewählt, dass er mit der Rotationsachse A der Turbomaschine zusammenfällt, während die beiden Krümmungskreismittelpunkte M2 und M3 der beiden weiteren Krümmungskreise versetzt zur Rotationsachse A liegen und in diesem Fall insbesondere auch versetzt zueinander angeordnet sind.
  • Jedoch liegen bei dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung die Krümmungsmittelpunkte M1, M2 und M3 der die Krümmung der Funktionsfläche definierenden Krümmungskreise sämtlich in einer gemeinsamen Radialebene zur Rotationsachse A.
  • Die Krümmungskreismittelpunkte eines Profils 16 bzw. 17 können dabei mit den Krümmungskreismittelpunkten des anderen Profils 17 bzw. 16 in einer gemeinsamen Radialebene oder in einer von dieser verschiedenen Radialebene liegen.
  • Die beiden Krümmungskreisradien R2 bzw. R5 und R3 bzw. R6 der beiden äußeren Funktionsflächenabschnitte 18B und 18C bzw. 19B und 19C sind bei dieser Ausführung jeweils kleiner gewählt als der Krümmungskreisradius R1 bzw. R4 des ersten Krümmungskreises, welcher die Krümmung des mittleren Funktionsflächenabschnitts 18A bzw.19A definiert.
  • Hierdurch kann, eine entsprechende Wahl der zugehörigen Krümmungsradien R1, R2 und R3 bzw. R4, R5 und R6 und der Lage der Krümmungsmittelpunkte M1, M2 und M3 im Verhältnis dazu vorausgesetzt, auf relativ einfache Art und Weise erreicht werden, dass sich die zugehörige Funktionsfläche 18 bzw. 19 infolge einer Erwärmung des Leitschaufelsegments 20 beim Betrieb der Turbomaschine derart verformt, dass sich wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur eine konstante Krümmung der Funktionsfläche 18 bzw. 19 in Umfangsrichtung U einstellt, insbesondere über die gesamte Umfangslänge L der Funktionsfläche 18 bzw. 19. Insbesondere kann hierdurch eine "Aufweitung", d.h. eine Verringerung der Krümmung der Funktionsfläche 18 bzw. 19 in Umfangsrichtung, insbesondere der äußeren Funktionsflächenabschnitte 18B und 18C bzw. 19B und 19C, insbesondere gezielt, ausgeglichen werden.
  • In axialer Richtung weisen die Funktionsflächen 18, 19 keine Krümmung auf. D.h. in axialer Richtung erstrecken sich die Funktionsflächen 18, 19 entlang einer Geraden.
  • Die einzelnen, jeweils benachbarten Funktionsflächenabschnitte 18A, 18B und 18C bzw. 19A, 19B und 19C grenzen jeweils unmittelbar aneinander und gehen jeweils tangential ineinander über.
  • Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Leitschaufelsegments aus den Fig. 2a und 2b in einem turbomaschinengehäuseseitig befestigten Zustand in einer schematischen Schnittdarstellung, wobei anhand dieser Darstellung insbesondere gut zu erkennen ist, wie das Leitschaufelsegment 20 turbomaschinengehäuseseitig über die beiden Profile 17 und 16 am Turbomaschinengehäuse 30 abgestützt ist und zwar jeweils über die äußeren Vorsprünge 16A und 17A der beiden Profile 16 und 17.
  • Um zu vermeiden, dass während des Betriebs, insbesondere infolge eines beim Durchströmen von Fluid durch das Leitschaufelsegment 20 in Strömungsrichtung S auftretenden Kippmoments um eine Achse senkrecht zur Rotationsachse A, in diesem Fall eine sich senkrecht zur Zeichenebene orientierten Achse, das Leitschaufelsegment 20, insbesondere dessen Funktionsflächen 18 und 19, von der zugehörigen, turbomaschinengehäuseseitigen Anlagefläche bzw. Kontaktfläche abhebt, ist das Leitschaufelsegment 20 über die radial nach außen orientierte Funktionsfläche 18 des zweiten, strömungsabwärtigen Hakens und die radial nach innen orientierte Funktionsfläche 19, am Turbomaschinengehäuse 30 abgestützt.
  • Mit einer derartigen Ausgestaltung führen infolge einer Durchströmung auftretende Kippmomente zu einer verstärkten Abstützung anstatt zu einem Abheben der Funktionsflächen 18, 19 von den zugehörigen Kontaktflächen des Gehäuses 30.
  • Hierdurch kann zum einen verhindert werden, dass sich gerade bei hohen, infolge des zusätzlichen Kippmoments auftretenden Kräften, die Kräfte auf eine kleinere Abstützfläche verteilen. Dies ist aus Festigkeitsgründen vorteilhaft. Ferner können Undichtigkeiten, die durch ein Abheben der Funktionsfläche(n) 18, 19 von der zugehörigen Kontakt- bzw. Anlagefläche vermieden werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Turbomaschine.
  • Fig. 4 zeigt das Deckband 22 des Leitschaufelsegments 20 aus Fig. 3 in einer ersten perspektivischen Darstellung, wobei in dieser perspektivischen Darstellung insbesondere gut erkennbar ist, wie sich die Funktionsfläche 18 des zweiten, strömungsabwärtigen Profils 17 sowohl in Umfangsrichtung U entlang des Profils 17 sowie auch in axialer Richtung erstreckt, insbesondere linear ohne eine Krümmung.
  • Entsprechendes gilt für die Funktionsfläche 19 des vorderen, strömungsaufwärtigen Profils 16, wobei sich die Funktionsfläche 19 ebenfalls in axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung U über die Länge des Profils 16 erstreckt und in axialer Richtung ebenfalls keine Krümmung aufweist.
  • Anhand von Fig. 5 sind die einzelnen Funktionsflächenabschnitte 18A, 18B und 18C der Funktionsfläche 18 des zweiten, stromabwärtigen Profils 17 sowie deren Erstreckung in Umfangsrichtung U über die gesamten Umfangslänge L des Profils 17 und deren Erstreckung ebenfalls in axialer Richtung gut erkennbar.
  • Wie anhand von Fig. 6 erkennbar ist, weist die radial nach innen orientierte Funktionsfläche 19, die durch die Innenfläche des äußeren Vorsprungs 16A des vorderen, stromaufwärtigen Profils 16 gebildet ist, ebenfalls drei Funktionsflächenabschnitte 19A, 19B und 19C auf, welche ebenfalls unmittelbar aneinandergrenzend angeordnet sind und ebenfalls tangential ineinander übergehen und jeweils durch einen zugehörigen Krümmungskreis definiert sind und jeweils in Umfangsrichtung U eine konstante Krümmung aufweisen.
  • Dabei ist der erste Funktionsflächenabschnitt 19A der Funktionsfläche 19 durch einen ersten Krümmungskreis mit einem ersten Krümmungsradius R4 definiert, wobei der Krümmungsmittelpunkt des zugehörigen Krümmungskreises insbesondere ebenfalls mit der Rotationsachse A zusammenfällt.
  • Der zweite Funktionsflächenabschnitt 19B weist ebenfalls eine konstante Krümmung in Umfangsrichtung U über die Länge des Funktionsabschnittes 19B auf, wobei die Krümmung des zweiten Funktionsflächenabschnittes 19B durch einen zweiten Krümmungskreis mit einem zweiten Krümmungsradius R5 definiert ist, dessen Mittelpunkt versetzt zur Rotationsachse A liegt, jedoch insbesondere in einer gemeinsamen Radialebene mit dem Mittelpunkt des ersten Krümmungskreises.
  • Der dritte Funktionsflächenabschnitt 19C weist ebenfalls in Umfangsrichtung U eine konstante Krümmung auf über die Länge des Funktionsflächenabschnitts 19C auf, wobei die Krümmung des dritten Funktionsflächenabschnitts 19C durch einen dritten Krümmungskreis mit einem dritten Krümmungskreismittelpunkt und einem dritten Krümmungsradius R6 definiert ist, wobei der dritte Krümmungskreismittelpunkt ebenfalls versetzt zur Rotationsachse A angeordnet ist, jedoch insbesondere ebenfalls in einer gemeinsamen Radialebene mit dem ersten Krümmungskreismittelpunkt und dem zweiten Krümmungsmittelpunkt liegt.
  • Der Radius R5 des zweiten Krümmungskreises sowie der Radius R6 des dritten Krümmungskreises sind insbesondere, wie bei der Funktionsfläche 18, jeweils kleiner als der Radius R4 des ersten Krümmungskreises. Der Radius des zweiten Krümmungskreises R5 und der Radius des dritten Krümmungskreises R6 sind darüber hinaus außerdem verschieden voneinander.
  • Fig. 7 zeigt das Leitschaufelsegment 20 aus den Fig. 2a und 2b bei der definierten Betriebstemperatur, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber nur die einzelnen Funktionsflächenabschnitte 19A, 19B und 19C der Funktionsfläche 19 bezeichnet sind. Das in Fig. 7 gezeigte Leitschaufelsegment 20 hat sich infolge der Erwärmung beim Betrieb der Turbomaschine verformt, insbesondere "aufgeweitet", gegenüber dem in den Fig. 2a und 2b dargestellten Zustand unterhalb der definierten Betriebstemperatur. Insbesondere hat sich jeweils die Krümmung der Funktionsflächen 18 und 19 verringert, insbesondere in den beiden äußeren Funktionsflächenabschnitten 19B und 19C bzw. 18B und 18C.
  • Im dargestellten Zustand bei der definierten Betriebstemperatur weisen die beiden Funktionsflächen 18 und 19 des Leitschaufelsegments 20 jeweils eine konstante Krümmung in Umfangsrichtung U über die gesamte Umfangslänge L der Profile 16 und 17 auf, anstatt zwei voneinander verschiedene Krümmungen wie unterhalb der definierten Betriebstemperatur gemäß den Fig. 2a und 2b, was in Fig. 7 jeweils durch mit "R" bezeichnete Pfeile, welche die jeweiligen Radien R der zugehörigen Krümmungskreise bei der Betriebstemperatur darstellen, symbolisiert ist.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung, insbesondere bei geeigneter Wahl der einzelnen Krümmungsradien R1, R2 und R3 bzw. R4, R5 und R6 sowie geeigneter Wahl der Lage der Mittelpunkte M1, M2 und M3 der zugehörigen Krümmungskreise wenigstens in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, der geometrischen Gestaltung des Leitschaufelsegments 20 und dem Werkstoff des Leitschaufelsegments 20, sind die Funktionsflächen 18 und 19 wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur, wie im vorliegenden Fall, konzentrisch um die Rotationsachse A gekrümmt.
  • Aufgrund in der Regel größerer Wandstärken des Turbomaschinengehäuses verformen sich die turbomaschinengehäuseseitigen Anlage- bzw. Kontaktflächen während des Betriebs in der Regel deutlich weniger, so dass sich deren Krümmung bei Erwärmung nahezu kaum verändert. Bevorzugt werden die turbomaschinengehäuseseitigen Anlage- bzw. Kontaktflächen daher mit einer konstanten, insbesondere konzentrischen Krümmung zur Rotationsache hergestellt.
  • Mit einem Leitschaufelsegment gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur eine vollständige Anlage der Funktionsflächen 18 und 19 an einer, zugehörigen, turbomaschinengehäuseseitigen Kontaktfläche, insbesondere an einer mit einer konstanten Krümmung gekrümmten turbomaschinengehäuseseitigen Kontaktfläche, erreicht bzw. sichergestellt werden.
  • Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei daraufhingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
    • Bezugszeichenliste
    • 10, 20
    Leitschaufelsegment nach einer vorliegenden Erfindung
    11
    Leitschaufel
    12
    äußeres Deckband
    14
    vordere, stromaufwärtige Kante der Leitschaufel (Anströmkante)
    15
    hintere, stromabwärtige Kante der Leitschaufel
    16
    erstes, stromaufwärtiges Profil
    16A
    radial äußerer Vorsprung des ersten Profils
    16I
    radial innerer Vorsprung des ersten Profils
    17
    zweites, stromabwärtiges Profil
    17A
    radial äußerer Vorsprung des zweiten Profils
    17I
    radial innerer Vorsprung des zweiten Profils
    18
    Funktionsfläche des zweiten, stromabwärtigen Profils
    18A
    erster Funktionsflächenabschnitt
    18B
    zweiter Funktionsflächenabschnitt
    18C
    dritter Funktionsflächenabschnitt
    19
    Funktionsfläche des ersten, stromaufwärtigen Profils
    19A
    erster Funktionsflächenabschnitt
    19B
    zweiter Funktionsflächenabschnitt
    19C
    dritter Funktionsflächenabschnitt
    30
    Turbomaschinengehäuse
    A
    Rotationsachse der Turbomaschine, (Haupt)Maschinenachse
    L
    Umfangslänge
    M1
    Mittelpunkt des ersten Krümmungskreises
    M2
    Mittelpunkt des zweiten Krümmungskreises
    M3
    Mittelpunkt des dritten Krümmungskreises
    R
    Radius des Krümmungskreises bei der definierten Betriebstemperatur
    R1, R4
    Radius des ersten Krümmungskreises
    R2, R5
    Radius des zweiten Krümmungskreises
    R3, R6
    Radius des dritten Krümmungskreises
    S
    Strömungsrichtung
    U
    Umfangsrichtung

Claims (15)

  1. Leitschaufelsegment (10, 20) für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, insbesondere für eine Turbinenstufe einer Gasturbine, wobei das Leitschaufelsegment (10, 20) wenigstens eine Leitschaufel (11) und wenigstens ein Deckband (12), insbesondere ein äußeres Deckband (12), mit wenigstens einem am Deckband (12) angeordneten ersten Profil (16, 17) zur turbomaschinengehäuseseitigen Befestigung des Leitschaufelsegments (10, 20) aufweist, wobei sich das Profil (16, 17) in Umfangsrichtung (U) zumindest teilweise über eine Umfangslänge (L) des Leitschaufelsegments (10, 20) entlang des Deckbandes (12) des Leitschaufelsegments (10, 20) erstreckt und wenigstens eine sich wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung (U) erstreckende Funktionsfläche (18, 19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfläche (18, 19) des Profils (16, 17) in wenigstens einer Radialebene senkrecht zu einer Rotationsachse (A) der Turbomaschine in Umfangsrichtung (U) in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen aufweist.
  2. Leitschaufelsegment (10, 20) nach dem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitschaufelsegment (10, 20) wenigstens ein erstes, stromaufwärtiges Profil (16) und ein zweites, stromabwärtiges Profil (17) aufweist, wobei die Funktionsfläche (19) des ersten Profils (16) und die Funktionsfläche (18) des zweiten Profils (17) jeweils in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine in Umfangsrichtung (U) in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb einer definierten Betriebstemperatur wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen aufweisen.
  3. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Profil (16) und/oder das zweite Profil (17) wenigstens einen sich wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung (U) erstreckenden Vorsprung (16I, 16A; 17I, 17A) aufweist mit einer in radialer Richtung nach innen orientierten Innenfläche und einer in radialer Richtung nach außen orientierten Außenfläche, wobei beim ersten, insbesondere stromaufwärtigen Profil (16) insbesondere die Innenfläche des Vorsprungs (16A) zumindest teilweise die Funktionsfläche (19) bildet und/oder beim zweiten, stromabwärtigen Profil (17) insbesondere die Außenfläche des Vorsprungs (17A).
  4. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Profil (16) und/oder das zweite Profil (17) einen Profilquerschnitt mit einem in radialer Richtung innenliegenden und sich wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung (U) erstreckenden ersten Vorsprung (16I, 17I) und einem zweiten, in radialer Richtung weiter außenliegenden und sich ebenfalls wenigstens teilweise in axialer Richtung und in Umfangsrichtung (U) erstreckenden zweiten Vorsprung (16A, 17A) und einem die beiden Vorsprünge (16I, 16A; 17I, 17A) verbindenden, sich wenigstens teilweise in radialer Richtung erstreckenden Steg dazwischen aufweist, insbesondere einen wenigstens teilweise U-förmigen Profilquerschnitt, wobei beim ersten Profil (16) insbesondere die Innenfläche des zweiten, radial weiter außenliegenden Vorsprungs (16A) zumindest teilweise die Funktionsfläche (19) bildet und/oder beim zweiten Profil (17) insbesondere die Außenfläche (18) des zweiten, weiter außenliegenden Vorsprungs (17A).
  5. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Funktionsfläche (18, 19) wenigstens eines Profils (16, 17) einen ersten Funktionsflächenabschnitt (18A, 19A) und wenigstens einen weiteren Funktionsflächenabschnitt (18B, 18C; 19B, 19C) aufweist, insbesondere wenigstens zwei weitere Funktionsflächenabschnitte (18B, 18C; 19B, 19C), wobei der erste Funktionsflächenabschnitt (18A, 19A) in wenigstens einer Radialebene senkrecht zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine in Umfangsrichtung (U) in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb der definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine mit einer ersten, insbesondere konstanten, Krümmung gekrümmt ist und wenigstens ein weiterer Funktionsflächenabschnitt (18B, 18C; 19B, 19C), insbesondere wenigstens zwei weitere Funktionsflächenabschnitte (18B, 18C; 19B, 19C), in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine in Umfangsrichtung (U) in wenigstens einem Temperaturbereich unterhalb der definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine mit einer weiteren, von der ersten Krümmung verschiedenen und insbesondere konstanten Krümmung gekrümmt ist.
  6. Leitschaufelsegment (10, 20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Funktionsflächenabschnitt (18A, 19A) in Umfangsrichtung (U) unmittelbar an wenigstens einen der weiteren Funktionsflächenabschnitte (18B, 18C; 19B, 19C) angrenzt, wobei der erste Funktionsflächenabschnitt (18A, 19A) in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine in Umfangsrichtung (U) insbesondere tangential in den weiteren, an den ersten Funktionsflächenabschnitt (18A, 19A) angrenzenden Funktionsflächenabschnitt (18B, 18C; 19B, 19C) übergeht.
  7. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Funktionsfläche (18, 19) wenigstens eines Profils (16, 17) drei Funktionsflächenabschnitte (18A, 18B, 18C; 19A, 19B, 19C) aufweist, insbesondere einen ersten Funktionsflächenabschnitt (18A, 19A), einen ersten weiteren Funktionsflächenabschnitt (18B, 19B) und einen zweiten weiteren Funktionsflächenabschnitt (18C, 19C), wobei der erste Funktionsflächenabschnitt (18A, 19A) in Umfangsrichtung (U) insbesondere zwischen den beiden weiteren Funktionsflächenabschnitten (18B, 18C; 19B, 19C) angeordnet ist.
  8. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Funktionsfläche (18, 19) des ersten Funktionsflächenabschnitts (18A, 19A) zumindest über einen Teil der Umfangslänge (L), insbesondere über die gesamte Umfangslänge (L) des ersten Funktionsflächenabschnitts (18A, 19A), in Umfangsrichtung (U) durch einen in einer Radialebene zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine liegenden ersten Krümmungskreis mit einem ersten Krümmungsradius (R1, R2) definiert ist, wobei der Mittelpunkt (M1) des ersten Krümmungskreises insbesondere auf der Rotationsachse (A) der Turbomaschine liegt.
  9. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Funktionsfläche (18, 19) wenigstens eines weiteren Funktionsflächenabschnitts (18B, 18C; 19B, 19C) zumindest über einen Teil der Umfangslänge (L), insbesondere über die gesamte Umfangslänge (L) des weiteren Funktionsflächenabschnitts (18B, 18C; 19B, 19C), in Umfangsrichtung (U) durch einen in einer Radialebene zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine liegenden weiteren Krümmungskreis mit einem weiteren Krümmungsradius (R2, R3; R5, R6) definiert ist, wobei der Mittelpunkt (M2, M3) des weiteren Krümmungskreises insbesondere versetzt zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine liegt.
  10. Leitschaufelsegment (10, 20) nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Krümmungsradius (R2, R3; R5, R6) wenigstens eines weiteren Krümmungskreises kleiner ist als der erste Krümmungsradius (R1, R4) des ersten Krümmungskreises.
  11. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfläche (18, 19) in wenigstens einer Radialebene zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine in Umfangsrichtung (U) symmetrisch gekrümmt ist, bezogen auf die Umfangslänge (L) der Funktionsfläche (18, 19) des Leitschaufelsegments (10, 20).
  12. Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen wenigstens einer Funktionsfläche (18, 19) wenigstens eines Profils (16, 17) des Leitschaufelsegments (10, 20) derart gewählt sind, dass die Funktionsfläche (18, 19) in einem funktionsgemäßen Einbauzustand des Leitschaufelsegments (10, 20) in einer Turbomaschine beim Betrieb der Turbomaschine wenigstens bei der definierten Betriebstemperatur eine konstante Krümmung in Umfangsrichtung (U) aufweist, welche insbesondere durch einen in einer Radialebene zur Rotationsachse (A) der Turbomaschine liegenden Krümmungskreis mit einem Krümmungsradius (R) definiert ist, dessen Mittelpunkt (M) auf der Rotationsachse (A) der Turbomaschine liegt.
  13. Leitgitter für eine Turbomaschine, insbesondere für eine Gasturbine, insbesondere für eine Turbinenstufe einer Gasturbine, mit wenigstens einem Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit wenigstens einem Leitschaufelsegment (10, 20), insbesondere Leitgitter, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Leitschaufelsegments (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
    - Herstellen des Leitschaufelsegments (10, 20) durch Urformen, insbesondere durch Gießen oder durch ein generatives Verfahren,
    - Bearbeiten wenigstens einer Funktionsfläche (18, 19) wenigstens eines Profils (16, 17), insbesondere wenigstens durch Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, insbesondere durch Schleifen, zum Einbringen der wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen der Funktionsfläche (18, 19) in Umfangsrichtung (U), wobei dazu insbesondere in einem ersten Schritt in die Funktionsfläche (18, 19) über deren gesamte Länge in Umfangsrichtung (U) die erste Krümmung eingebracht wird und insbesondere in wenigstens einem weiteren Schritt in wenigstens einen weiteren Funktionsflächenabschnitt (18B, 18C; 19B, 19C) die zugehörige weitere Krümmung.
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