EP4437218A1 - Turbinenschaufel und verfahren zur herstellung einer turbinenschaufel - Google Patents

Turbinenschaufel und verfahren zur herstellung einer turbinenschaufel

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EP4437218A1
EP4437218A1 EP22843218.3A EP22843218A EP4437218A1 EP 4437218 A1 EP4437218 A1 EP 4437218A1 EP 22843218 A EP22843218 A EP 22843218A EP 4437218 A1 EP4437218 A1 EP 4437218A1
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EP
European Patent Office
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turbine blade
leg
longitudinal axis
leading edge
blade tip
Prior art date
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Pending
Application number
EP22843218.3A
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English (en)
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Inventor
Raphael OBERLIN
Ulrich Stanka
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23P15/02—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine or like blades from one piece
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F05D2250/70—Shape
    • F05D2250/75—Shape given by its similarity to a letter, e.g. T-shaped

Definitions

  • the invention relates to a blade tip of a turbine blade, which is lighter due to its design, and to a manufacturing method.
  • Turbine blades in turbines such as steam turbines or gas turbines are subject to high mechanical centrifugal forces.
  • Shrouds in particular have a high weight at the distal end of a turbine blade.
  • the object is solved by a blade tip according to claim 1 and a method according to claim 9 .
  • Figure 1 shows a shroud 2 'according to the prior art, which connects to an airfoil 7' and a distal end of a turbine blade 1 'represents.
  • the turbine blade 1 ′ has a longitudinal axis 50 .
  • the longitudinal axis 50 runs perpendicularly to an outer surface 6 of the shroud 2' or represents a radial direction when the turbine blade 1' is installed in a rotor.
  • An inner surface 4 of the shroud 2 ′ runs at an acute angle to the longitudinal axis 50 as seen from the leading edge 101 .
  • the outer surface 6 of the shroud 2' has sealing fins 8 .
  • FIG. 1 The invention is shown in more detail in FIG. 1
  • the airfoil 7 of a turbine blade 1 extends in a manner similar to the airfoil 7' according to FIG.
  • the blade tip 9 now has a V-shape, with an inner surface 33 running at an acute angle to the longitudinal axis 50, in particular at the same angle as the inner surface 4 of the shroud 2' to the longitudinal axis 50 according to the prior art (FIG. 1, 2 ) .
  • the V-shape has two V-legs 42 , 43 , one lower V-leg 42 in particular being longer than the other, upper V-leg 43 .
  • the longer, lower V-leg 42 extends at least over the entire width of the airfoil 7 .
  • the longer V-leg 42 has an end face 12 in the area of the leading edge 101 .
  • the plane in which the end face 12 lies preferably has the same distance to the leading edge 101 or to a trailing edge 102 as a front end face of the shroud 2' according to the prior art (Fig. 1, 2) to the leading edge 101 or to a trailing edge 102 .
  • the upper side 40 of the lower V-leg 42 preferably runs parallel to the inner surface 33 .
  • An undercut 10 is formed by the V-shape.
  • the longitudinal axis 50 runs perpendicularly to the outer surface 15 of the shroud 2 or on the upper V-leg 43 .
  • the sealing fins 8 are wedge-shaped or triangular in cross-section.
  • the sealing fins 13 are pointed at least at the end and are preferably rectangular in cross section. This is also shown in more detail in FIG.
  • the sealing fins 13 are in particular machined out of a blank, in particular by turning, so they are formed in one piece with the shroud, but can also be applied as thin sheets or build-up welds, so they have been attached or attached separately.
  • the turbine blade 1 in particular for a steam turbine, is cast or forged and/or machined from a block.
  • An end face 11 of the upper V-leg 43 does not extend over the entire width of the airfoil 7 and is preferably located approximately in the middle between the leading edge 101 and the trailing edge 102 (Fig. 3), but can also extend over the entire width of the turbine blade 111. So up to the level of the end face 12 ( Figure 5).
  • the lower V-leg 42 is longer than the upper V-leg 43, even if they both extend up to the end face 12 level. This is due to the somewhat asymmetrical arrangement of the V-legs 42, 43.
  • a blade from the prior art can also be configured by material processing according to the invention.

Landscapes

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

Abstract

Die Offenbarung betrifft eine Turbinenschaufel (1) mit einem Schaufelblatt (7), wobei sich das Schaufelblatt (7) entlang einer Längsachse (50) erstreckt, und einer Schaufelspitze (9), wobei sich an der Schaufelspitze (9) quer zur Längsachse (50) ein im Querschnitt V-förmiges Element (42, 43) mit einem unterem V-Schenkel (42) von einer Anströmkante (101) bis zu einer Abströmkante (102) erstreckt, und einem oberen V-Schenkel (43) mit einer äußeren Oberfläche (15), wobei auf der äußeren Oberfläche (15) die Längsachse in einem Winkel von 80° bis 100°, insbesondere zu 90°, steht. Die Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Turbinenschaufel (1) mit einer Schaufelspitze (9), bei dem die Schaufelspitze (9) durch Materialabtrag eines keilförmigen Deckbands (2') hergestellt wird.

Description

Beschreibung
TURBINENSCHAUFEL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER TURBINENSCHAUFEL
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufelspitze einer Turbinenschaufel , die aufgrund ihres Designs leichter ausgebildet ist , sowie ein Herstellungsverfahren .
Turbinenschaufeln in Turbinen wie Dampfturbinen oder Gasturbinen sind hohen mechanischen Zentri fugalkräften ausgeliefert .
Jede Gewichtseinsparung führt daher zu enormen Vorteilen .
Dies ist insbesondere bei Deckbändern oder Deckplatten von Turbinenschaufeln der Fall . Insbesondere Deckbänder weisen ein hohes Gewicht am distalen Ende einer Turbinenschaufel auf .
Eine Möglichkeit ist es , leichtere Materialien zu verwenden, was j edoch zu höheren Kosten führt .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Lösung für obiges Problem auf zuzeigen .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schaufelspitze gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9 .
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet , die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen .
Es zeigen die Figuren 1 , 2 ein Deckband nach dem Stand der
Technik sowie Figuren 3 , 4 , 5 ein Deckband gemäß der Erfindung .
Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Aus führungsbeispiele der Erfindung dar . Figur 1 zeigt ein Deckband 2 ' nach dem Stand der Technik, das sich an ein Schaufelblatt 7 ' anschließt und ein distales Ende einer Turbinenschaufel 1 ' darstellt .
Die Turbinenschaufel 1 ' weist eine Längsachse 50 auf .
Die Längsachse 50 verläuft senkrecht zu einer äußeren Oberfläche 6 des Deckbands 2 ' oder stellt eine radiale Richtung dar, wenn die die Turbinenschaufel 1 ' in einem Rotor eingebaut ist .
Am Ende des Schaufelblatts 7 ' ist die Schaufelspitze 9 ' ausgebildet , die , wie auch in Figur 2 dargestellt , keil förmig und massiv ausgebildet ist und sich zumindest über die gesamte Breite des Schaufelblatts 7 ' erstreckt , also von einer Anströmkante 101 bis zu einer Abströmkante 102 des Schaufelblatts 7 ' .
Eine Innenfläche 4 des Deckbands 2 ' verläuft unter einem spitzen Winkel zur Längsachse 50 von der Anströmkante 101 aus gesehen .
Die Innenfläche 4 stellt eine Begrenzung zum Strömungspfad wie insbesondere zum Dampfpfad dar .
Die äußere Oberfläche 6 des Deckbands 2 ' weist Dichtungs finnen 8 auf .
In Figur 3 ist die Erfindung näher dargestellt .
Das Schaufelblatt 7 einer Turbinenschaufel 1 erstreckt sich ähnlich wie das Schaufelblatt 7 ' gemäß Figur 1 und weist ebenfalls eine Längsachse 50 auf , sowie eine Anströmkante 101 und eine Abströmkante 102 .
Die Schaufelspitze 9 weist nun aber eine V-Form auf , wobei eine Innenfläche 33 unter einem spitzen Winkel zur Längsachse 50 verläuft , insbesondere unter demselben Winkel wie die Innenfläche 4 des Deckbands 2 ' zur Längsachse 50 nach dem Stand der Technik ( Fig . 1 , 2 ) . Die V-Form weist zwei V-Schenkel 42 , 43 auf , wobei insbesondere ein unterer V-Schenkel 42 länger ausgebildet ist als der andere , obere V-Schenkel 43 .
Der längere , untere V-Schenkel 42 erstreckt sich zumindest über die gesamte Breite des Schaufelblatts 7 .
Der längere V-Schenkel 42 weist eine Stirnseite 12 im Bereich der Anströmkante 101 auf .
Die Ebene , in der die Stirnseite 12 liegt , hat vorzugsweise denselben Abstand zur Anströmkante 101 oder zu einer Abströmkante 102 wie eine vordere Stirnseite des Deckbands 2 ' nach dem Stand der Technik ( Fig . 1 , 2 ) zur Anströmkante 101 oder zu einer Abströmkante 102 .
Die Oberseite 40 des unteren V-Schenkels 42 verläuft vorzugsweise parallel zur Innenfläche 33 .
Durch die V-Form bildet sich eine Hinterschneidung 10 aus .
Die Längsachse 50 verläuft senkrecht zur äußeren Oberfläche 15 des erfindungsgemäß ausgestalteten Deckbands 2 bzw . auf dem oberen V-Schenkel 43 .
Auf der äußeren bzw . äußersten Oberfläche 15 des Deckbands 2 sind wiederum Dichtungs finnen 13 vorhanden .
Die Dichtungs finnen 8 sind aber im Querschnitt keil- oder dreieckförmig ausgebildet .
Die Dichtungs finnen 13 sind zumindest am Ende spitz ausgebildet und im Querschnitt vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet . Dies ist auch in Figur 3 näher dargestellt .
Die Dichtungs finnen 13 sind insbesondere aus einem Rohteil rausgearbeitet werden, insbesondere durch Drehbearbeitung, sind also einteilig mit dem Deckband ausgebildet , können aber auch als dünne Bleche oder Auftragsschweißungen aufgebracht werden, sind also separat auf- oder angebracht worden .
Die Turbinenschaufel 1 , insbesondere für eine Dampfturbine , wird gegossen oder geschmiedet und/oder aus einem Block rausgearbeitet . Eine Stirnseite 11 des oberen V-Schenkels 43 erstreckt sich hier nicht über die gesamte Breite des Schaufelblatts 7 und liegt vorzugsweise etwa mittig zwischen Anströmkante 101 und Abströmkante 102 (Fig 3.) , kann sich aber auch über die gesamte Breite der Turbinenschaufel 111 erstrecken, also bis zur Ebene der Stirnseite 12 (Fig 5) .
Auch in der Aus führungs form gemäß Figur 5 ist der untere V- Schenkel 42 länger ausgebildet als der obere V-Schenkel 43, auch wenn sie sich beide bis zur Ebene der Stirnseite 12 erstrecken. Die ist bedingt durch die etwas asymmetrische Anordnung der V-Schenkel 42, 43.
Auch kann eine Schaufel aus dem Stand der Technik (Fig. 1, 2) durch Materialbearbeitung gemäß der Erfindung ausgestaltet werden .
Ebenso ist es möglich, das Deckband 2' gemäß Figur 1, 2 zu entfernen und als neues Deckband 2 (Fig. 3, 4, 5) aufzubauen, insbesondere durch additive Verfahren.

Claims

5
Patentansprüche
1. Turbinenschaufel (1) mit einem Schaufelblatt (7) , wobei sich das Schaufelblatt (7) entlang einer Längsachse (50) erstreckt, und einer Schaufelspitze (9) , wobei sich an der Schaufelspitze (9) quer zur Längsachse
(50) ein im Querschnitt V-förmiges Element (42, 43) mit einem unterem V-Schenkel (42) von einer Anströmkante (101) bis zu einer Abströmkante (102) erstreckt, und einem oberen V-Schenkel (43) mit einer äußeren Oberfläche (15) , wobei auf der äußeren Oberfläche (15) die Längsachse in einem Winkel von 80° bis 100°, insbesondere zu 90°, steht .
2. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, bei der sich der obere V-Schenkel (43) nicht ausgehend von einer Anströmkante (101) erstreckt, sondern hinter der Anströmkante (101) gelegen bis zu einer Abströmkante (102) erstreckt, insbesondere sich nicht über die Hälfte der Strecke von Anströmkante (101) bis zu der Abströmkante (102) erstreckt.
3. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, bei der sich der obere V-Schenkel (43) sich bis zur Anströmkante (101) erstreckt.
4. Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem auf einer Oberfläche (15) der Schaufelspitze (9) , insbesondere des oberen V-Schenkels (43) Dichtungsfinnen (13) vorhanden sind. 6 Turbinenschaufel nach Anspruch 4, bei dem nur das Ende der Dichtungsfinnen (13) spitz oder keilförmig ausgebildet ist. Turbinenschaufel nach Anspruch 4 oder 5, bei dem Dichtungsfinnen (13) separat aufgebracht wurden. Turbinenschaufel nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Dichtungsfinnen (13) einteilig mit dem Deckblatt ausgebildet sind. Turbinenschaufel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, bei der der untere V-Schenkel (42) unter einem spitzen Winkel zur Längsachse (50) verläuft. Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel (1) mit einer Schaufelspitze (9) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem durch Materialabtrag eines keilförmigen Deckbands (2') eine Schaufelspitze (9) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 hergestellt wird.
EP22843218.3A 2022-01-14 2022-12-20 Turbinenschaufel und verfahren zur herstellung einer turbinenschaufel Pending EP4437218A1 (de)

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DE102022200369.1A DE102022200369A1 (de) 2022-01-14 2022-01-14 Leichte Schaufelspitze und Herstellungsverfahren
PCT/EP2022/087077 WO2023134983A1 (de) 2022-01-14 2022-12-20 Turbinenschaufel und verfahren zur herstellung einer turbinenschaufel

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