EP3438416B1 - Leitschaufelsegment für eine turbomaschine - Google Patents

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EP3438416B1
EP3438416B1 EP17184855.9A EP17184855A EP3438416B1 EP 3438416 B1 EP3438416 B1 EP 3438416B1 EP 17184855 A EP17184855 A EP 17184855A EP 3438416 B1 EP3438416 B1 EP 3438416B1
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Definitions

  • the present invention relates to a guide vane segment for a turbomachine, in particular for a gas turbine, in particular for a turbine stage of a gas turbine, a guide vane, in particular a turbine stage, with the guide vane segment and a turbo machine, in particular a gas turbine, with the guide vane segment and a method for producing the guide vane segment .
  • guide vane segments for turbomachines are known from the prior art, in particular for gas turbines, which have one or more profiles for fastening the guide vane segment in a turbomachine housing. Due to the high temperatures occurring during operation of the turbomachine, uneven thermal expansion of the guide vane segment during operation can lead to undesirable stresses and / or leaks in the area of the fastening of the guide vane segments to the turbomachine housing.
  • One object of an embodiment of the present invention is to improve a guide vane segment, in particular its fastening in a turbomachine housing.
  • a guide vane segment for a turbomachine in particular for a gas turbine, in particular for a turbine stage of a gas turbine, has one or more guide vanes and one or more shrouds, in particular at least one outer shroud, with at least one profile arranged on the shroud, which In the present case also referred to as the first profile, for fastening the guide vane segment on the turbomachine housing side, the (first) profile extending in the circumferential direction at least partially over a circumferential length of the guide vane segment along the shroud of the guide vane segment and at least one extending at least partially in the axial direction and in the circumferential direction
  • Functional surface in particular for fastening the guide vane segment on the turbomachine housing side, at least the functional surface of at least this (first) profile in one or more radial planes perpendicular to a he axis of rotation of the turbomachine in the circumferential direction at the temperatures of at least one temperature range below a
  • the functional surface of at least one profile for fastening the guide vane segment on the turbomachine housing side is curved in the circumferential direction of the guide vane segment, based on a functional installation state in a turbomachine housing, at the temperatures of at least one temperature range below a defined operating temperature with at least two mutually different curvatures and in the circumferential direction there are in particular at least one functional surface of the profile in at least one radial plane to the axis of rotation of the turbo machine at least two different circles of curvature, the two circles of curvature differing in particular in their radius of curvature and / or in their center of curvature.
  • a change in curvature occurring as a result of heating of the guide vane segment can be at least partially compensated for, so that in one embodiment at least the defined operating temperature on the turbomachine housing side, an at least substantially complete contact of the functional surface on an associated, turbomachine housing-side contact surface can be achieved, in particular on a contact surface on the turbomachine housing side that is curved with a constant curvature.
  • an improved, turbomachine housing-side support of the guide vane segment in the turbomachine housing can be achieved in one embodiment.
  • a sealing effect on the turbo machine housing side can be improved in one embodiment, which has an advantageous effect on the efficiency of the turbo machine.
  • the indication of direction “axial” refers to a direction parallel to a rotation or (main) machine axis of the turbo machine
  • the indication of direction “circumferential direction” corresponds to a direction of rotation about this rotation or (main) machine axis
  • the indication of direction “radial” means a direction perpendicular to the axial direction and the circumferential direction.
  • the term “radial plane” refers in a manner customary in the art to a normal plane (s) to an axis of rotation, in the present case in particular to a normal plane (s) to the axis of rotation of the turbomachine, ie in particular to a plane oriented perpendicular to the (main) machine axis.
  • the at least one profile of the guide vane segment extends in the circumferential direction, in particular completely over the circumferential length of the shroud of the guide 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 profile arranged on the shroud is designed for fastening the guide vane segment on the turbomachine housing side, in particular for supporting and / or sealing on the turbomachine housing side.
  • at least one functional surface in particular at least partially, is designed as a support surface, via which forces acting on the guide vane segment, in particular during operation of the turbomachine, can be supported on the turbine housing side, and / or at least partially designed as a sealing surface for sealing on the turbomachine housing side, in particular corresponding to a contact surface on the turbomachine housing side.
  • the at least one functional surface of the at least one profile runs in at least a partial axial direction, ie at least with one directional component in a direction parallel to the axis of rotation of the turbo machine, in one embodiment without curvature, ie it extends in this direction in particular linearly , or points across its width in at least partial axial direction has a constant curvature or also has at least two different curvatures, ie or follows a curve profile with a changing radius of curvature in at least partial axial direction.
  • constant means “constant” in the customary manner within the meaning of the invention, but includes deviations of up to ⁇ 10%, in particular deviations within the usual tolerance ranges.
  • a guide vane segment in particular additionally has an inner shroud for fastening the guide vane segment on the rotation axis side, in particular for fastening on a turbo machine housing on the rotation axis side.
  • the guide vane segment has at least one or the first, in particular upstream, in particular most upstream, profile and a second, in particular downstream, in particular most downstream, profile, the functional surface of the first Profile and the functional surface of the second profile in particular each have at least two different curvatures in at least one radial plane to the axis of rotation of the turbomachine in the circumferential direction at the temperatures of at least one temperature range below a defined operating temperature.
  • the two profiles are arranged at axially opposite end regions and / or ends of a shroud, in particular a common shroud, in particular the outer shroud, and extend in particular in the circumferential direction at least partially over a circumferential length of the guide vane segment, in particular along of the associated shroud of the guide vane segment, and in particular each have at least one functional surface extending at least in the axial direction and at least partially, preferably completely, over the circumferential length of the guide vane segment, in the circumferential direction.
  • At least one profile arranged on the shroud is designed at least partially over its length in the circumferential direction as a hook profile, preferably completely over the entire circumferential length of the guide vane segment.
  • the first profile and / or the second profile has at least one projection extending at least partially in the axial direction and in the circumferential direction with (each) an inner surface oriented inward in the radial direction and one in the radial direction outwardly oriented outer surface, with the first, upstream profile in particular the inner surface of the projection and in the second, downstream profile in particular the outer surface of the projection (each) at least partially forming the functional surface.
  • the first profile and / or the second profile in particular in each case, have a profile cross-section with a first projection lying inward in the radial direction and extending at least partially in the axial direction and in the circumferential direction and with a second projection in further out in the radial direction and also at least partially in the axial direction and in the circumferential direction and with a web connecting the two projections, at least partially in the radial direction in between, in particular (each) an at least partially U-shaped profile cross-section, where, in particular (in each case) in the first profile, the inner surface of the second, radially further outward projection at least partially forms the functional surface and / or in the second profile in particular (in each case) 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, the first functional surface section in at least one radial plane perpendicular to the axis of rotation of the turbomachine in the circumferential direction in at least one temperature range below the defined operating temperature of the turbo machine is curved with a first, in particular constant, curvature and at least one further functional surface section, in particular at least two further functional surface sections, in at least one radial plane to the axis of rotation of the turbo machine in the circumferential direction in at least one temperature range below the defined operating temperature of the turbo machine with another, is curved different from the first curvature and in particular constant curvature.
  • the curvature of the functional surface in particular in the first functional surface section, is defined in the circumferential direction by a first circle of curvature and / or a first cylinder of curvature extending in the axial direction, i.e. parallel to the axis of rotation of the turbo machine, and in particular in the second functional surface section by a further circle of curvature or cylinder of curvature.
  • At least one functional surface of at least one profile runs in the first functional surface section in the circumferential direction, in particular along a circular path segment defined by a first circle of curvature or by a first cylinder of curvature, and in the second functional surface section in the circumferential direction, in particular along one defined by a second circle of curvature or a second cylinder of curvature Circular segment.
  • the first functional surface section in the circumferential direction in particular directly adjoins at least one of the further functional surface sections, the first functional surface section merging in at least one radial plane to the axis of rotation of the turbo machine 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 at least over 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, the first functional surface section being arranged in the circumferential direction in particular between the two further functional surface sections.
  • the functional surface of at least one profile has only a first functional surface section and only one further functional surface section, i.e. only two functional surface sections, at least one of the functional surface sections extends in particular over half of the functional surface in the circumferential direction, with both functional surface sections in particular each over half of the functional surface in the circumferential direction extend.
  • At least one of the functional surface sections 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 a maximum of 50%, 60%, 70% or 80%.
  • At least one of the functional surface sections extends over a portion of the Circumferential length of the associated functional surface of approximately 33%, in particular 33% of the circumferential length of the functional surface.
  • the curvature of the functional surface of the first functional surface section is defined over at least part of the circumferential length, in particular over the entire circumferential length of the first functional surface section, in the circumferential direction by a first circle of curvature with a first radius of curvature, which lies in a radial plane to the axis of rotation of the turbo machine 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 coincides in particular with the axis of rotation of the turbomachine, i.e. with the (main) machine axis.
  • 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.e. defined by the same circle of curvature, the course of the functional surface of the first functional surface section being defined in particular by a 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 over at least 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 circle of curvature with a further radius of curvature lying in a radial plane to the axis of rotation of the turbo machine , wherein the center of the further circle of curvature is in particular offset from the axis of rotation of the turbo machine.
  • the center of the further circle of curvature lies in a common radial plane, in particular with the center of the first circle of curvature, which defines the curvature of the first functional surface section.
  • the radius of the second circle of curvature can be different from the radius of the first circle of curvature, or if the center of the second circle of curvature does not coincide with the center of the first circle of curvature, it can be 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, in particular over the entire circumferential length of the second functional surface section, is the same, in particular the course of the functional surface in the second functional surface section through a circle segment of the second circle of curvature in the radial plane in the associated Radial plane is defined.
  • the center point of the first circle of curvature is arranged offset to the axis of rotation, in particular the center point of at least one further circle of curvature coinciding with the axis of rotation.
  • all center points of the first circle of curvature and the further circles of curvature which define the curvature of at least one functional surface are offset from the axis of rotation, and in particular at least two center points of the circle of curvature are offset from one another and / or at least two circles of curvature point two from one another 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 a maximum of 5%, 7.5% or 10%. That is to say, in particular, 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.
  • an “expansion”, i.e. a reduction in the curvature of the functional surface in the circumferential direction, in particular of the outer functional surface sections, can be compensated for, in particular in a targeted manner.
  • the functional surface is curved symmetrically in the circumferential direction in at least one radial plane to the axis of rotation of the turbomachine, based on the circumferential length of the functional surface of the guide vane segment, in particular symmetrically with a deviation of up to ⁇ 10% with regard to the position of the axis of symmetry to a center of the functional surface in the circumferential direction and / or with regard to the course of the functional surface with a deviation of up to ⁇ 10% from 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 guide vane segment are selected in such a way that the functional surfaces have a constant curvature in the circumferential direction when the guide vane segment is properly installed in a turbomachine when the turbomachine is in operation, at least at the defined operating temperature has, which in particular by a circle of curvature lying in a radial plane to the axis of rotation of the turbomachine is defined with a radius of curvature, the center of which lies on the axis of rotation of the turbomachine.
  • a guide vane for one, in particular one, turbo machine, in particular for one, in particular one, gas turbine, in particular for one, in particular one, turbine stage of a gas turbine has one or more guide vane segments according to one of the embodiments described here.
  • a turbomachine in particular a gas turbine, in particular at least one turbine stage of the gas turbine, has at least one guide vane segment according to one of the embodiments described here.
  • the guide vane segment is first produced by primary molding, in particular by casting or a generative process, and then machined, with at least one functional surface of at least one profile, in particular at least by machining with a geometrically undefined cutting edge is machined, in particular by grinding, to introduce the at least two mutually different curvatures of the functional surface in the circumferential direction.
  • the first curvature is introduced into the functional surface over its entire length in the circumferential direction and, in particular, in at least one further step, the associated further curvature in at least one further functional surface section.
  • at least one of the functional surfaces is machined with a geometrically undefined cutting edge, in particular by grinding, in particular its mutually different curvatures are produced.
  • the center point of a rotationally symmetrical machining tool in particular the center point of a rotationally symmetrical grinding tool, coincides with the center point of the first circle of curvature and in particular defines a first grinding center point.
  • the center of a rotationally symmetrical machining tool in particular the center of a rotationally symmetrical grinding tool, coincides with the center of the associated, further circle of curvature and defines a further grinding center point, the further grinding center point being offset in particular to the center of the first grinding center point lies.
  • the guide vane segment is made from a nickel-based alloy, in particular a nickel-based superalloy or a cobalt-based superalloy, or has a nickel-based alloy, nickel-based superalloy or cobalt-base -Super alloy on.
  • Fig. 1 shows a section of a guide vane segment according to a first embodiment of the present invention in a perspective illustration at an operating temperature below a defined operating temperature.
  • This guide vane segment 10 has six guide vanes 11, which are each connected to one another by an outer shroud 12 that is further outward in the radial direction, based on an axis of rotation A of an associated turbomachine, and by an inner shroud 12 that is further radially inward and not shown here.
  • the outer shroud 12 Arranged on the outer shroud 12 are two profiles 16, 17 each extending in the circumferential direction U over the entire circumferential length L of the guide vane segment 10 for fastening the guide vane segment 10 on the turbine housing side, the guide vane segment 10 having a first upstream profile 16 and a second, downstream profile 17 , with respect to a flow direction S, in which the guide vane segment 10 is flown through during the operation of an associated turbo machine.
  • the two profiles 16 and 17 are each designed as continuous hook profiles 16, 17 with an essentially U-shaped cross section.
  • Both hook profiles 16 and 17 each have two projections 16I and 16A or 17I and 17A, one further inward in the radial direction 16I or 17I and one further outward in the radial direction 16A and 17A, the projections 16I and 16A or 17I and 17A of the two hook profiles 16, 17 each extend essentially in the axial direction, ie essentially parallel to the axis of rotation A.
  • An outer surface 18 of the outer projection 17A of the second, downstream profile 17, which is oriented outward in the radial direction, and an inner surface 19 of the outer projection 16A of the first, upstream profile 16, which is oriented inward in the radial direction, are each designed as a functional surface 18 and 19, respectively.
  • the functional surfaces 18 and 19 each extend 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, and in the axial direction, in particular parallel to the axis of rotation A.
  • the functional surface 18 points in a radial plane perpendicular to the axis of rotation A, in particular over its entire width in the axial direction two mutually different curvatures, the functional surface 18 being defined in at least two points by two mutually different circles of curvature, symbolized by the two mutually different radii of curvature R1 and R2.
  • the two circles of curvature that 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, the center M1 of the first circle of curvature with the radius R1 coincides with the axis of rotation A.
  • the Fig. 2a and 2 B each show a section of a guide vane segment 20 according to a second embodiment of the present invention, for the sake of clarity in FIGS Fig. 2a and 2 B only a part of the reference numerals is shown in each case.
  • the guide vane segment 20 differs from that in FIG Fig. 1 guide vane segment 10 shown according to a first embodiment of the present invention that both the functional surface 18 and the functional surface 19 have three adjoining and tangentially merging functional surface sections, wherein in Fig. 2a the functional surface sections 18A, 18B and 18C of the functional surface 18 are shown recognizable and in FIG Figure 2b the functional surface sections 19A, 19B and 19C of the functional surface 19, which each have different curvatures from one another.
  • the curvature of the individual functional surface sections 18A, 18B and 18C or 19A, 19B and 19C in the circumferential direction U is 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 is defined by a circle center M1 and a first radius of curvature R1 or R4, while the functional surfaces in the second functional surface section 18B and 19B extend in the circumferential direction U along a circular path segment of a second circle of curvature which is defined by a second center of the circle of curvature M2 and a second radius of curvature R2 or R5.
  • the functional surfaces 18 and 19 run in the circumferential direction U along a circular path segment which is defined by a third circle of curvature with a third center of the circle of curvature M3 and a third radius of curvature R3 and R6.
  • the center of the circle of curvature M1 of the first circle of curvature is selected in such a way that it coincides with the axis of rotation A of the turbomachine, while the two centers of the circle of curvature M2 and M3 of the two further circles of curvature are offset from the axis of rotation A and in this case, in particular, are also offset from one another.
  • the centers of curvature M1, M2 and M3 of the circles of curvature defining the curvature of the functional surface all lie in a common radial plane to the axis of rotation A.
  • the centers of the circle of curvature of a profile 16 or 17 can lie with the centers of the circle of curvature of the other profile 17 or 16 in a common radial plane or in a radial plane different therefrom.
  • the two radii of curvature R2 or R5 and R3 or R6 of the two outer functional surface sections 18B and 18C or 19B and 19C are each selected to be smaller in this embodiment than the radius of curvature R1 or R4 of the first circle of curvature, which is the curvature of the central functional surface section 18A or .19A defined.
  • the associated functional surface can be achieved in a relatively simple manner 18 or 19 are deformed as a result of the guide vane segment 20 heating up during operation of the turbomachine in such a way that at least at the defined operating temperature, a constant curvature of the functional surface 18 or 19 is established in the circumferential direction U, in particular over the entire circumferential length L of the functional surface 18 or 19
  • an "expansion" ie a reduction in the curvature of the functional surface 18 or 19 in the circumferential direction, in particular of the outer functional surface sections 18B and 18C or 19B and 19C, can be compensated for, in particular in a targeted manner.
  • the functional surfaces 18, 19 have no curvature in the axial direction. That is, the functional surfaces 18, 19 extend in the axial direction along a straight line.
  • the individual, respectively adjacent functional surface sections 18A, 18B and 18C or 19A, 19B and 19C each directly adjoin one another and each merge tangentially into one another.
  • Fig. 3 shows a section of the guide vane segment from Fig. 2a and 2 B in a state fastened on the turbomachine housing side in a schematic sectional view, with the aid of this illustration particularly clearly showing how the guide vane segment 20 is supported on the turbomachine housing side via the two profiles 17 and 16 on the turbomachine housing 30, in each case via the outer projections 16A and 17A of the two profiles 16 and 17.
  • the guide vane segment 20 in particular its Functional surfaces 18 and 19, raised from the associated contact surface or contact surface on the turbomachine housing side, the guide vane segment 20 is supported on the turbomachine housing 30 via the radially outwardly oriented functional surface 18 of the second, downstream hook and the radially inwardly oriented functional surface 19.
  • tilting moments occurring as a result of a flow lead to increased support instead of lifting of the functional surfaces 18, 19 from the associated contact surfaces of the housing 30.
  • Fig. 4 shows the shroud 22 of the guide vane segment 20 from Fig. 3 in a first perspective illustration, in which it is particularly easy to see in this perspective illustration how 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 also extending in the axial direction as well as in the circumferential direction U over the length of the profile 16 and also not having any curvature in the axial direction.
  • the first functional surface section 19A of the functional surface 19 is defined by a first circle of curvature with a first radius of curvature R4, the center of curvature of the associated circle of curvature in particular also coinciding with the axis of rotation A.
  • the second functional surface section 19B also has a constant curvature in the circumferential direction U over the length of the functional section 19B, the curvature of the second functional surface section 19B being defined by a second circle of curvature with a second radius of curvature R5, the center of which is offset from the axis of rotation A, but in particular in a common radial plane with the center of the first circle of curvature.
  • the third functional surface section 19C also has a constant curvature in the circumferential direction U over the length of the functional surface section 19C, the curvature of the third functional surface section 19C being defined by a third circle of curvature with a third center of the circle of curvature and a third radius of curvature R6, the third center of the circle of curvature also being offset is arranged to the axis of rotation A, but in particular also lies in a common radial plane with the first center of the circle of curvature 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, as in the case of the functional surface 18, each smaller than the radius R4 of the first circle of curvature.
  • the radius of the second circle of curvature R5 and the radius of the third circle of curvature R6 are also different from each other.
  • FIG. 10 shows the guide vane segment 20 from FIG Fig. 2a and 2 B at the defined operating temperature, only the individual functional surface sections 19A, 19B and 19C of the functional surface 19 being designated for the sake of clarity.
  • the guide vane segment 20 shown has deformed, in particular "widened", as a result of the heating during operation of the turbomachine, compared to that in FIG Fig. 2a and 2 B shown condition 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 guide 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 is symbolized in each case by arrows labeled "R", which represent the respective radii R of the associated circles of curvature at the operating temperature.
  • the bearing or contact surfaces on the turbomachine housing side generally deform significantly less during operation, so that their curvature hardly changes when heated.
  • the contact surfaces or contact surfaces on the turbo machine housing side are therefore preferably produced with a constant, in particular concentric curvature with respect to the matter of rotation.

Landscapes

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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 bei den Temperaturen wenigstens eines Temperaturbereichs unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine jeweils 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, bei den Temperaturen wenigstens eines Temperaturbereichs 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 bei den Temperaturen wenigstens eines Temperaturbereichs 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 Funktionsfläche 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 Schleifmittelpunkt 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 darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei daraufhingewiesen, 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, wobei das Leitschaufelsegment (10, 20) wenigstens eine Leitschaufel (11) und wenigstens ein 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) bei allen Temperaturen wenigstens eines Temperaturbereichs unterhalb einer definierten Betriebstemperatur der Turbomaschine jeweils wenigstens zwei voneinander verschiedene Krümmungen aufweist.
  2. Leitschaufelsegment (10, 20) nach Anspruch 1, 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 verschiedene 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 Profil (16) die Innenfläche des Vorsprungs (16A) zumindest teilweise die Funktionsfläche (19) bildet und/oder beim zweiten, stromabwärtigen Profil (17) 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, wobei beim ersten Profil (16) die Innenfläche des zweiten, radial weiter außenliegenden Vorsprungs (16A) zumindest teilweise die Funktionsfläche (19) bildet und/oder beim zweiten Profil (17) 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, 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, Krümmung gekrümmt ist und wenigstens ein weiterer Funktionsflächenabschnitt (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 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) 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, nämlich 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) 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) 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 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) 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 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 mit wenigstens einem Leitschaufelsegment (10, 20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  14. Turbomaschine mit wenigstens einem Leitschaufelsegment (10, 20) 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,
    - Bearbeiten wenigstens einer Funktionsfläche (18, 19) wenigstens eines Profils (16, 17) zum Einbringen der wenigstens zwei voneinander verschiedenen Krümmungen der Funktionsfläche (18, 19) in Umfangsrichtung (U), wobei dazu in einem ersten Schritt in die Funktionsfläche (18, 19) über deren gesamte Länge in Umfangsrichtung (U) die erste Krümmung eingebracht wird und in wenigstens einem weiteren Schritt in wenigstens einen weiteren Funktionsflächenabschnitt (18B, 18C; 19B, 19C) die zugehörige weitere Krümmung.
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