DE102015101156A1

DE102015101156A1 - Laufschaufel mit hoher Sehnenlänge, zwei Teilspannweiten-Dämpferelementen und gekrümmtem Schwalbenschwanz

Info

Publication number: DE102015101156A1
Application number: DE102015101156.5A
Authority: DE
Inventors: Thangaraj Subbareddyar; Moorthi Subramaniyan; Srikeerthi Annaluri
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2015-07-30
Also published as: GB201501291D0; JP2015140807A; JP6514511B2; CN104806299A; US20150211373A1; CN104806299B; GB2524152A; US9822647B2

Abstract

Eine Turbinenschaufel enthält einen Eintrittsschwalbenschwanz, einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus erstreckt, wobei der Schaufelblattabschnitt eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine Druckseite und eine Saugseite aufweist. An jeder von der Druckseite und der Saugseite sind ein radial innerer und äußerer Teilspannweiten-Kragen vorgesehen, wobei die Teilspannweiten-Kragen harte Stirnflächen aufweisen, die eingerichtet sind, um mit entsprechenden Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Schaufeln in Eingriff zu kommen und relativ zu diesen zu gleiten.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein Laufräder, die Reihen von Schaufeln oder Laufschaufeln zur Verwendung in Turbomaschinen tragen. Insbesondere betrifft die Erfindung rotierende Schaufeln oder Laufschaufeln, die mit Teilspannweiten-Dämpferelementen bzw. -Kragen zwischen Schaufelblattabschnitten benachbarter Schaufeln versehen sind.
Der Fluidströmungspfad einer Turbomaschine, wie beispielsweise Dampf- oder Gasturbine, ist im Allgemeinen durch ein stationäres Gehäuse und einen Rotor gebildet. In dieser Konfiguration ist eine Anzahl von stationären Leitschaufeln an dem Gehäuse in einer Umfangsanordnung angebracht, wobei sie sich radial nach innen in den Strömungspfad hinein erstrecken. Ebenso ist eine Anzahl umlaufender Schaufeln oder Laufschaufeln an dem Rotor in einer Umfangsanordnung angebracht, wobei sie sich radial nach außen in den Strömungspfad hinein erstrecken. Die stationären Leitschaufeln und die umlaufenden Schaufeln oder Laufschaufeln sind in abwechselnden Reihen derart angeordnet, dass eine Reihe von Leitschaufeln und die unmittelbar stromabwärtige Reihe von Schaufeln oder Laufschaufeln eine „Stufe“ bilden. Die Leitschaufeln dienen dazu, das Arbeitsfluid des Strömungspfads derart zu lenken, dass es in die stromabwärtige Reihe von Schaufeln oder Laufschaufeln unter einem passenden Winkel eintritt. Die Schaufelblattabschnitte (oder einfach Schaufelblätter) der Schaufeln oder Laufschaufeln extrahieren Energie aus dem Arbeitsfluid, wodurch die Leistung erzeugt wird, die erforderlich ist, um den Rotor und eine angeschlossene Last, wie z.B. einen Generator, anzutreiben.
Die Schaufeln oder Laufschaufeln der Turbomaschine können, da sie mit hohen Drehzahlen umlaufen, Schwingungen und axialer Torsion ausgesetzt sein. Um diese Probleme zu bewältigen, können die Schaufeln oder Laufschaufeln in einigen Stufen Teilspannweiten-Dämpferelemente oder -Kragen enthalten, die an dem Schaufelblatt in einem dazwischenliegenden radialen Abstand zwischen der Spitze und den Wurzelabschnitten des Schaufelblatts angeordnet sind. Die Teilspannweiten-Kragen sind gewöhnlich an jeder von der (konkaven) Druck- und der (konvexen) Saugseite jedes Schaufelblattes befestigt, so dass die Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Schaufeln während einer Rotation des Rotors mit zusammengehörigen „harten Flächen“ zusammenpassend in Eingriff stehen und reibschlüssig entlang dieser gleiten.
Zusätzlich zu den Teilspannweiten-Dämpferelementen bzw. -Kragen ist es häufig die Praxis, Spitzendeckbänder zu verwenden, die an den radial äußersten Enden der Schaufelblätter angebracht (oder ausgebildet) sind. Die Spitzendeckbänder werden ebenfalls dazu verwendet, Schwingungen zu dämpfen und das Maß an Verbiegung an den äußeren Spitzen der Schaufeln oder Laufschaufeln zu kontrollieren.
Es bleibt jedoch ein Bedarf nach Konstruktionen von Laufschaufel-Dämpferelementen oder -Kragen, die die Leistung der Schaufel verbessern und/oder die die Gelegenheit bieten, Schaufelblattkonstruktionen zuzulassen, die ebenfalls die Leistung verbessern, indem sie z.B. die mechanische Dämpfung und die Kriechlebensdauer verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einer ersten beispielhaften, aber nicht beschränkenden Ausführungsform ergibt die Erfindung eine Turbinenschaufel, die aufweist: einen Eintrittsschwalbenschwanz; einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus erstreckt, wobei der Schaufelblattabschnitt eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine Druckseite und eine Saugseite aufweist; und einen radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen an jeder von der Druckseite und der Saugseite des Schaufelblattabschnitts radial zwischen dem Eintrittsschwalbenschwanz und der äußeren Spitze des Schaufelblattabschnitts, wobei die radial inneren und radial äußeren Teilspannweiten-Kragen harte Flächen aufweisen, die eingerichtet sind, um mit harten Flächen von entsprechenden radial inneren und radial äußeren Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Laufschaufeln in Eingriff zu kommen und relativ zu diesen zu gleiten.
In der zuvor erwähnten Turbinenschaufel können wenigstens die radial äußeren Teilspannweiten-Kragen tragflächenprofilförmige Querschnitte aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ können sich wenigstens die äußeren Teilspannweiten-Kragen über 20–75% einer Weitendimension des Schaufelblattabschnitts, gemessen zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Schaufelblattabschnitts, erstrecken.
In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der radial innere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, liegen.
Der radial äußere Teilspannweiten-Kragen kann in einem Bereich von 60–90% einer radialen Längendimension des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einer radial innersten Stelle an dem Schaufelblattabschnitt aus, liegen.
In der Turbinenschaufel der zuletzt erwähnten Art kann der radial innere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% der radialen Längendimension liegen.
In der Turbinenschaufel der Art, in der wenigstens die radial äußeren Teilspannweiten-Kragen tragflächenprofilförmige Querschnitte aufweisen, wie vorstehend erwähnt, kann der tragflächenprofilförmige Querschnitt mit einem Sehnenseitenverhältnis von 1:0,5 bis 1:2 ausgebildet sein.
In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können die harten Flächen wenigstens der radial äußeren Teilspannweiten-Kragen im Wesentlichen Z-förmig gestaltet sein.
In der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ein radialer Abstand zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teilspannweiten-Kragen wenigstens 10% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattes aus, betragen.
In einer Konfiguration ist der Eintrittsschwalbenschwanz von einer Vorderkante des Schaufelblattes zu einer Hinterkante des Schaufelblattes gekrümmt.
In der zuletzt erwähnten Konfiguration kann der radial innere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, liegen.
Ferner kann der radial äußere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 60–90% der radialen Längendimension liegen.
Ein äußerstes Ende der Turbinenschaufel einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann mit einer Anstreifspitze mit einer Rippe (Squealer-Spitze) versehen sein.
In einer weiteren beispielhaften, aber nicht beschränkenden Ausführungsform ergibt die Erfindung ein Laufrad für eine Turbine, das eine Reihe von Laufschaufeln aufweist, die an einem Außenumfang des Laufrads montiert sind, wobei jede Laufschaufel aufweist: einen Eintrittsschwalbenschwanz; einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus radial nach außen erstreckt; und einen radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen an jeder von der Druckseite und der Saugseite des Schaufelblattabschnitts radial zwischen dem Eintrittsschwalbenschwanz und einer radial äußeren Spitze des Schaufelblattabschnitts, wobei die Teilspannweiten-Kragen jeweils harte Flächen aufweisen, die eingerichtet sind, um mit entsprechenden Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Laufschaufeln bei einer Turbinenbetriebstemperatur in Eingriff zu kommen und relativ zu diesen zu gleiten.
In dem zuvor erwähnten Laufrad können die radial inneren und die radial äußeren Teilspannweiten-Kragen tragflächenprofilförmige Querschnitte aufweisen.
In dem Laufrad einer beliebigen vorstehend erwähnten Art können die radial inneren Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, liegen.
Zusätzlich oder alternativ kann der radial äußere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 60–90% der radialen Längendimension liegen.
In dem Laufrad der Art, in der wenigstens die radial äußeren Teilspannweiten-Kragen tragflächenprofilförmige Querschnitte aufweisen, wie vorstehend erwähnt, kann ein radialer Abstand zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teilspannweiten-Kragen wenigstens 10% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, betragen.
Zusätzlich oder alternativ kann der tragflächenprofilförmige Querschnitt mit einem Sehnenseitenverhältnis von 1:0,5 bis 1:2 ausgebildet sein.
In dem Laufrad einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der Eintrittsschwalbenschwanz von einer Vorderkante des Schaufelblatts zu einer Hinterkante des Schaufelblatts gekrümmt sein.
In einer noch weiteren beispielhaften, aber nicht beschränkenden Ausführungsform ergibt die Erfindung einen Turbinenrotor, der mit wenigstens einem Laufrad versehen ist, das eine Reihe von Laufschaufeln an einem Umfang des wenigstens einen Laufrads trägt, wobei jede Laufschaufel eine Turbinenschaufel aufweist, die aufweist: einen Eintrittsschwalbenschwanz; einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus erstreckt; einen radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen an jeder von der Druckseite und der Saugseite des Schaufelblattabschnitts radial zwischen dem Eintrittsschwalbenschwanz und einer äußeren Spitze, wobei die Teilspannweiten-Kragen jeweils harte Flächen aufweisen, die eingerichtet sind, um mit entsprechenden Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Laufschaufeln bei einer Turbinenbetriebstemperatur in Eingriff zu kommen und relativ zu diesen zu gleiten; wobei der radial innere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, liegt und der radial äußere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 60–90% der radialen Längendimension liegt; und wobei jeder von den radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen sich über 20–75% einer Weitendimension des Schaufelblattabschnitts, gemessen zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Schaufelblattabschnitts, erstreckt; und wobei ferner ein radialer Abstand zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teilspannweiten-Kragen wenigstens 60% der radialen Länge beträgt.
Die Erfindung ist nachstehend im Einzelnen in Verbindung mit den nachstehend aufgeführten Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine vereinfachte Seitenansicht einer herkömmlichen Gasturbine;
2 zeigt eine Perspektivansicht einer Laufschaufel gemäß einer ersten beispielhaften, aber nicht beschränkenden Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt eine Perspektivansicht einer Laufschaufel gemäß einer zweiten beispielhaften, aber nicht beschränkenden Ausführungsform der Erfindung; und
4 zeigt eine perspektivische Teilansicht, die eine beispielhafte zusammenpassende Eingriffsverbindung zwischen radial äußeren Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Laufschaufeln veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wenigstens eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf ihre Anwendung in Verbindung mit dem Betrieb einer ansonsten herkömmlichen Gasturbine beschrieben. Obwohl Ausführungsformen der Erfindung bezüglich Gasturbinen veranschaulicht sind, die bei der Erzeugung von Elektrizität verwendet werden, wird verstanden, dass die Lehren auf andere elektrische Turbomaschinen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Dampfturbinenverdichtern, Bläsern, etc., anwendbar sein können.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Gasturbine 110 veranschaulicht. Die Gasturbine 110 enthält einen Rotor 112, der eine Welle 114 und mehrere axial beabstandete Laufräder 118 enthält. Mehrere rotierende Schaufeln oder Laufschaufeln 120 sind mit jedem Laufrad 118 mechanisch verbunden. Insbesondere sind die Laufschaufeln 120 in Reihen angeordnet, die sich längs des Umfangs um jedes Laufrad 118 herum erstrecken. Mehrere stationäre Leitschaufeln 122 erstrecken sich längs des Umfangs um die Welle 114 herum und sind axial zwischen benachbarten Reihen von Laufschaufeln 120 positioniert.
Während eines Betriebs wird Luft unter atmosphärischem Druck durch einen Verdichter 124 verdichtet und zu mehreren Brennkammern 126 geliefert, die in einer kreisringförmigen Anordnung um den Turbinenrotor 112 herum angeordnet sind. In der Verbrennungsstufe wird die den Verdichter verlassende Luft erhitzt, indem Brennstoff zu der Luft zugegeben und das resultierende Luft/Brennstoff-Gemisch verbrannt wird.
Die sich aus der Verbrennung des Brennstoffs in der Verbrennungsstufe ergebene Gasströmung dehnt sich dann durch die Turbine 110 aus, wodurch ein Teil ihrer Energie geliefert wird, um die Turbine 110 und z.B. einen (nicht veranschaulichten) Generator anzutreiben, um elektrische Leistung zu erzeugen. Um das erforderliche Antriebsdrehmoment zu erzeugen, besteht die Turbine 110 aus einer oder mehreren Stufen. Jede Stufe enthält eine Reihe der stationären Leitschaufeln 122 und eine Reihe der rotierenden Laufschaufeln 120, die an dem Laufrad 118 montiert sind. Die stationären Leitschaufeln 122 richten das ankommende Gas von der Verbrennungsstufe auf die rotierenden Laufschaufeln 120, um dadurch das Laufrad (die Laufräder) 118 und die Rotorwelle 114 anzutreiben.
Unter Bezugnahme auf 2 enthält eine Turbinenschaufel oder Laufschaufel 220 gemäß einer beispielhaften, aber nicht beschränkenden Ausführungsform der Erfindung einen Schaufelblattabschnitt oder ein Tragflächenprofil 224, der bzw. das mit einer Vorderkante 226, einer Hinterkante 226, einer Druckseite 230 und einer Saugseite 232 ausgebildet ist. Die Laufschaufel ist ferner mit einem Eintrittsschwalbenschwanz 234 versehen, mit dem die Laufschaufel an einem Laufrad (z.B. dem Laufrad 118) montiert ist, das an dem Turbinenrotor gesichert ist. Der Eintrittsschwalbenschwanz 234 und das Schaufelblatt 224 sind durch eine Plattform 236 getrennt, die mit sogenannten „Engelflügel“-Dichtungen (nicht veranschaulicht) von herkömmlichem Aufbau versehen sein kann.
Das Schaufelblatt 224 ist mit einem Paar radial innerer Teilspannweiten-Dämpferelemente oder -Kragen 238, 240 versehen, die sich von gegenüberliegenden Seiten des Schaufelblatts aus in Umfangsrichtung erstrecken; d.h. der Teilspannweiten-Kragen 238 erstreckt sich von der Druckseite 230 aus, und der Teilspannweiten-Kragen 240 erstreckt sich von der Saugseite 232 aus. Außer den nachstehend beschriebenen Positionsbeziehungen weisen derartige Teilspannweiten-Dämpferelemente bzw. -Kragen einen herkömmlichen Aufbau auf, und sie werden gewöhnlich mit Spitzendeckbändern kombiniert, die an den radial äußersten Spitzen der Schaufelblätter vorgesehen sind.
Gemäß dieser beispielhaften Offenbarung ist das Schaufelblatt 224 ferner mit einem Paar radial äußerer Teilspannweiten-Dämpferelemente bzw. -Kragen 242, 244 versehen, die sich ebenfalls von gegenüberliegenden Seiten des Schaufelblatts aus in Umfangsrichtung erstrecken; d.h. der äußere Teilspannweiten-Kragen 242 erstreckt sich von der Saugseite 232 aus, und der äußere Teilspannweiten-Kragen 244 erstreckt sich von der Druckseite 230 aus. Es ist zu beachten, dass die radial äußeren Teilspannweiten-Kragen radial innen von der Schaufel- oder Laufschaufelspitze 246 angeordnet sind.
Durch Verwendung eines zweiten Satzes von Teilspannweiten-Kragen, d.h. der radial äußeren TeilspannweitenKragen 242, 244, ist es möglich, das herkömmliche Schaufelspitzendeckband bzw. die herkömmlichen Schaufelspitzendeckbänder zu beseitigen und dadurch Zugbelastungen zu reduzieren, während die gewünschte mechanische Dämpfung erreicht wird. Es wird jedoch verstanden, dass ein Schaufelspitzendeckband in Kombination mit den äußeren Teilspannweiten-Kragen verwendet werden kann, falls dies erwünscht ist. Es ist ferner vorgesehen, dass das Schaufelblatt mit einer sogenannten „Squealer-Spitze“ („Anstreifspitze mit Rippe“) versehen sein kann. Squealer-Spitzen mit Rippen sind für ihre Fähigkeit zur Verbesserung der Abdichtung zwischen einer rotierenden Schaufelspitze und einem zugehörigen stationären Statormantel bekannt. Eine typische Squealer-Spitze enthält eine kontinuierliche Randendwand mit relativ kleiner Höhe, die eine Schaufelblattendkappe umgibt und von dieser nach außen vorragt. Beispiele können in der US-Patentschrift Nr. 5 660 523 gefunden werden, die der vorliegenden Anmelderin mit gehört.
In einigen beispielhaften, aber nicht beschränkenden Konfigurationen sind die radial inneren Teilspannweiten-Kragen 238, 240 in einem Bereich von etwa 20% bis etwa 60% der radialen Spannweite des Schaufelblatts, gemessen von der Plattform 236 (oder dem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts) aus, angeordnet, und die radial äußeren Teilspannweiten-Kragen 242, 244 sind bei etwa 60% bis 90% der radialen Länge des Schaufelblatts, ebenfalls gemessen von der Plattform 236 aus, angeordnet. Gleichzeitig beträgt der minimale radiale Abstand zwischen den inneren Teilspannweiten-Kragen 238, 240 und den äußeren Teilspannweiten-Kragen 242–244 in etwa 10% der radialen Länge des Schaufelblatts 224.
Die Teilspannweiten-Kragen (sowohl inneren als auch äußeren) können Schaufelblattquerschnittsformen mit einem Sehnenseitenverhältnis in einer beispielhaften Ausführungsform dieser Offenbarung in einem Bereich zwischen 1:0,5 und 1:2 aufweisen. Es wird erkannt, dass andere aerodynamische Querschnittsformen innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung liegen. Die Hinterkante jedes Teilspannweiten-Kragens kann von der Hinterkante 228 der Laufschaufel 220 um etwa 10% bis etwa 90% der Sehnenlänge des Teilspannweiten-Kragens beabstandet sein, und die Teilspannweiten-Kragen können eine Länge von etwa 20–75% der Schaufelweite (d.h. des Abstands zwischen der Vorderkante 226 und der Hinterkante 228) aufweisen.
Die radial äußeren Spitzen 246 der Laufschaufeln oder Schaufeln 220 innerhalb einer Reihe ähnlicher Schaufeln können gemeinsam einen Zylinder bilden (d.h. die Spitzen 246 verlaufen parallel zu oder liegen in Ebenen parallel zu der Rotorachse), oder die einzelnen Spitzen können relativ zueinander und zu der Rotorachse schräg verlaufen.
Es wird ferner erkannt, dass die äußeren Ränder oder harten Flächen 248, 250 der Teilspannweiten-Kragen 242, 244 gerade sein können oder andere Konfigurationen, wie beispielsweise V-förmige oder Z-förmige, haben können, um mit komplementären, zusammenpassenden Randflächen oder benachbarten Teilspannweiten-Kragen von benachbarten Laufschaufeln in Eingriff zu kommen, wenn die Turbine ihre normale Betriebstemperatur erreicht hat. Eine Z-förmige Eingriffsverbindungskonfiguration ist in 4 veranschaulicht. Für den Teilspannweiten-Kragen 244 weist die harte Fläche parallele Oberflächen 248 und 252 auf, die durch eine schräge Fläche 250 miteinander verbunden sind. Diese Oberflächen wirken mit entsprechenden harten Stirnseitenoberflächen 448, 452 und 450 an der benachbarten Laufschaufel zusammen, wobei die schrägen Flächen 250 und 450 einen Winkel zwischen etwa 20 und 80 Grad relativ zu der Achse der Turbinenrotorwelle definieren. Es wird ferner erkannt, dass die Schaufeln oder Laufschaufeln hohl sein können und mit (nicht veranschaulichten) inneren Kühlkreisläufen versehen sein können, die sich in einen oder beide von dem radial inneren und dem radial äußeren Teilspannweiten-Kragen hinein erstrecken und die Kühlaustrittsöffnungen oder Durchtrittsöffnungen entlang der Teilspannweiten-Kragen enthalten können oder auch nicht.
Eine zweite beispielhafte, aber nicht beschränkende Ausführungsform ist in 3 veranschaulicht. Die Schaufel oder Laufschaufel 320 weist eine Teilspannweiten-Dämpferelement- bzw. Teilspannweiten-Kragen-Anordnung auf, die der vorstehend beschriebenen ähnlich ist, wobei aber der Eintrittsschwalbenschwan 332 kontinuierlich von einem Ende zum anderen Ende gekrümmt ist, wie am besten in 4 zu sehen. Der gekrümmte Eintrittsschwalbenschwanz unterstützt Laufschaufelkonstruktionen mit hoher Sehnenlänge, mit geringer axialen Länge. Die Teilspannweiten-Kragen-Anordnung kann ansonsten derjenigen, die in den 2 und 4 veranschaulicht ist, ähnlich sein.
Durch Vorsehen von doppelten Teilspannweiten-Kragen-Anordnungen, wie hierin beschrieben, können aeromechanische Vorteile erreicht werden, zu denen eine Leistungsfähigkeit bei höheren Frequenzen und Schwingungen, Laufschaufeln mit höherer Sehnenlänge, Laufschaufeln mit kurzem Schaft, die keine Dämpfungsstifte erfordern, reduzierte Möglichkeit von Flatterproblemen und verbesserte Kriechlebensdauer durch die Beseitigung von Schaufelspitzendeckbändern gehören.
Eine Turbinenschaufel enthält einen Eintrittsschwalbenschwanz, einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus erstreckt, wobei der Schaufelblattabschnitt eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine Druckseite und eine Saugseite aufweist. An jeder von der Druckseite und der Saugseite sind ein radial innerer und äußerer Teilspannweiten-Kragen vorgesehen, wobei die Teilspannweiten-Kragen harte Stirnflächen aufweisen, die eingerichtet sind, um mit entsprechenden Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Schaufeln in Eingriff zu kommen und relativ zu diesen zu gleiten.
Bezugszeichenliste

110: herkömmliche Gasturbine
112: Rotor
114: Welle
118: Laufräder
120: Laufschaufeln/Schaufeln
122: Leitschaufeln
126: Brennkammern
220: Laufschaufel
224: Schaufelblatt
226: Vorderkante
228: Hinterkante
230: Druckseite
232: Saugseite
234: Schwalbenschwanz
236: Plattform
238, 240: Teilspannweiten-Dämpferelement bzw. -Kragen
242, 244: äußere Teilspannweiten-Dämpferelemente bzw. -Kragen
246: Schaufelspitze
248, 250, 252: harte Flächen der Teilspannweiten-Dämpferelemente bzw. -Kragen
320: Laufschaufel
322: Schwalbenschwanz
448, 452, 450: harte Flächen an benachbarter Schaufel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5660525 [0039]

Claims

Turbinenschaufeln, die aufweist: einen Eintrittsschwalbenschwanz; einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus erstreckt, wobei der Schaufelblattabschnitt eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine Druckseite und eine Saugseite aufweist; und einen radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen an jeder von der Druckseite und der Saugseite des Schaufelblattabschnitts radial zwischen dem Eintrittsschwalbenschwanz und einer äußeren Spitze des Schaufelblattabschnitts, wobei die radial inneren und radial äußeren Teilspannweiten-Kragen harte Flächen aufweisen, die eingerichtet sind, um mit harten Flächen von entsprechenden radial inneren und radial äußeren Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Schaufeln in Eingriff zu kommen und relativ zu diesen zu gleiten.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1, wobei wenigstens die radial äußeren Teilspannweiten-Kragen tragflächenprofilförmige Querschnitte aufweisen; und/oder wobei wenigstens die äußeren Teilspannweiten-Kragen sich über 20–75% einer Weitendimension des Schaufelblattabschnitts, gemessen zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Schaufelblattabschnitts, erstrecken.
Turbinenschaufel nach Anspruch 1 oder 2, wobei der radial innere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, liegt; und/oder wobei der radial äußere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 60–90% einer radialen Längendimension des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einer radial innersten Stelle an dem Schaufelblattabschnitt, liegt.
Turbinenschaufel nach Anspruch 2, wobei der tragflächenprofilförmige Querschnitt mit einem Sehnenseitenverhältnis von 1:0,5 bis 1:2 ausgebildet ist.
Turbinenschaufel nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die harten Flächen von wenigstens den radial äußeren Teilspannweiten-Kragen im Wesentlichen Z-förmig gestaltet sind.
Turbinenschaufel nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein radialer Abstand zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teilspannweiten-Kragen wenigstens 10% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, beträgt.
Turbinenschaufel nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Eintrittsschwalbenschwanz von einer Vorderkante des Schaufelblatts zu einer Hinterkante des Schaufelblatts gekrümmt ist.
Turbinenschaufel nach Anspruch 7, wobei der radial innere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, liegt; und/oder wobei der radial äußere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 60–90% der radialen Längendimension liegt.
Laufrad für eine Turbine, das eine Reihe von Schaufeln aufweist, die an einem Außenumfang des Laufrads montiert sind, wobei jede Schaufel aufweist: einen Eintrittsschwalbenschwanz; einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus radial nach außen erstreckt; und einen radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen an jeder von der Druckseite und der Saugseite des Schaufelblattabschnitts radial zwischen dem Eintrittsschwalbenschwanz und einer radial äußeren Spitze des Schaufelblattabschnitts, wobei die Teilspannweiten-Kragen jeweils harte Flächen aufweisen, die eingerichtet sind, um bei einer Turbinenbetriebstemperatur mit entsprechenden Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Schaufeln in Eingriff zu bekommen und relativ zu diesen zu gleiten.
Turbinenrotor, der mit wenigstens einem Laufrad versehen ist, das eine Reihe von Schaufeln an einem Umfang des wenigstens einen Laufrads trägt, wobei jede Schaufel aufweist: eine Turbinenlaufschaufel, die einen Eintrittsschwalbenschwanz aufweist; einen Schaufelblattabschnitt, der sich von dem Eintrittsschwalbenschwanz aus erstreckt; einen radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen an jeder von der Druckseite und der Saugseite des Schaufelblattabschnitts radial zwischen dem Eintrittsschwalbenschwanz und einer äußeren Spitze, wobei die Teilspannweiten-Kragen jeweils harte Flächen aufweisen, die eingerichtet sind, um bei einer Turbinenbetriebstemperatur mit entsprechenden Teilspannweiten-Kragen an benachbarten Schaufeln in Eingriff zu kommen und relativ zu diesen zu gleiten; wobei der radial innere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 20–60% einer radialen Länge des Schaufelblattabschnitts, gemessen von einem radial innersten Ende des Schaufelblattabschnitts aus, liegt und der radial äußere Teilspannweiten-Kragen in einem Bereich von 60–90% der radial Längendimension liegt; und wobei jeder von den radial inneren und äußeren Teilspannweiten-Kragen sich über 20–75% einer Weitendimension des Schaufelblattabschnitts, gemessen zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Schaufelblattabschnitts, erstreckt; und ferner wobei ein radialer Abstand zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teilspannweiten-Kragen wenigstens 10% der radialen Länge beträgt.