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EP3885536A1 - Gas turbine component - Google Patents

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Publication number
EP3885536A1
EP3885536A1 EP21164230.1A EP21164230A EP3885536A1 EP 3885536 A1 EP3885536 A1 EP 3885536A1 EP 21164230 A EP21164230 A EP 21164230A EP 3885536 A1 EP3885536 A1 EP 3885536A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
groove
gas turbine
flank
turbine component
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP21164230.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3885536B1 (en
Inventor
Franz-Josef Ertl
Hans-Peter Hackenberg
Alexander Buck
Oskar Ostermeir
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines AG filed Critical MTU Aero Engines AG
Publication of EP3885536A1 publication Critical patent/EP3885536A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3885536B1 publication Critical patent/EP3885536B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the present invention relates to a gas turbine component, in particular a guide vane cluster, with at least one radial flange with a radial groove for centering the spokes of a gas turbine element, in particular an inner ring, as well as a gas turbine assembly and a gas turbine with the gas turbine component.
  • Spoke centering of inner rings on guide vane clusters of gas turbines is known from in-house practice, webs of the inner rings engaging in radial grooves of radial flanges of the guide vane clusters.
  • the present invention is particularly suitable for such spoke centering, but is not restricted thereto, but can equally advantageously also be used with other spoke centering of gas turbine components and elements.
  • One object of an embodiment of the present invention is to improve spoke centering of gas turbine components.
  • Claims 9, 10 provide a gas turbine assembly with at least one gas turbine component described here and a gas turbine with at least one gas turbine component described here, in particular with at least one gas turbine assembly described here, under protection.
  • Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
  • a gas turbine component has at least one radial flange with a radial groove, which is provided, in particular set up, or used, for centering the spokes of a gas turbine element.
  • a web of the gas turbine element engages in the radial groove in a form-fitting and / or axial manner, in one embodiment the web extends through the radial groove, in particular axially.
  • Axial in the present case denotes a direction parallel to a rotary or (main) machine axis of the gas turbine, a circumferential direction corresponding to a rotation or circumferential direction around this rotary or (main) machine axis of the gas turbine, and "radial” correspondingly a direction perpendicular to the axial and circumferential direction, in particular away from the rotary or (main) machine axis of the gas turbine or a coordinate (axis) direction that intersects the rotary or (main) machine axis of the gas turbine perpendicularly.
  • Radial flange and radial groove thus extend in one embodiment in the radial direction, wherein in one embodiment the radial flange extends or projects radially inward from the gas turbine component and / or the radial groove (one) is open radially inward (e groove).
  • the gas turbine component is constructed in one or more parts and / or a guide vane cluster with one or more guide vanes, in particular successive in the circumferential direction, and / or the gas turbine element is constructed in one or more parts and / or an inner ring, in particular a sealing ring with a seal for sealing against a rotor of the gas turbine ("Inner Air Seal").
  • the radial groove has a first groove flank, a groove base adjoining it (in the circumferential direction) and a second groove flank adjoining it (in the circumferential direction).
  • the two groove flanks fix the web of the gas turbine element in the circumferential direction or are used for securing in the circumferential direction or circumferential securing or are provided for this purpose, in particular set up or are used for this purpose.
  • the two groove flanks form stops in the circumferential direction and / or the groove base forms a stop in the radial direction.
  • the first and second groove flanks (in sections, over at least 60% or at least 70% of their radial length or completely) run parallel to one another and / or define parallel planes. This can be particularly advantageous for radial guidance and for spoke centering.
  • a groove width or a groove depth in particular an average, maximum or minimum groove depth, is at least as large or at least 1.5 times as large as a distance, in particular a medium, maximum or minimum distance, in the circumferential direction between the first and the second groove flank. This can enable radial guidance on a specific radial section and be particularly advantageous for spoke centering.
  • a groove width or a groove depth in particular an average, maximum or minimum groove depth, is at most three times as large or at most 2.5 times as large as a distance, in particular a medium, maximum or minimum distance , in the circumferential direction between the first and the second groove flank.
  • a center plane extends radially or in the radial direction and perpendicular to the circumferential direction, in one embodiment containing the rotary or (main) machine axis of the gas turbine, and centrally between these two groove flanks, in one embodiment such that the Central plane at least one radial height, in one embodiment several radial heights, in particular over at least one radial section, (each), in the circumferential direction the same, in particular minimum, maximum and / or average, distance to the first and second groove flank.
  • the first and / or second groove flank has at least one flat section and the center plane has the same, in particular minimum, maximum and / or average, distance from the first and second groove flank in the circumferential direction at at least one radial height of these flat sections.
  • the groove base in particular in the circumferential direction (viewed) or in at least one meridional section, is asymmetrical to this central plane (formed, in particular contoured).
  • an asymmetrical stress distribution can advantageously be brought about in the gas turbine component, in particular its radial flange and as a result, in one embodiment, peak voltages are reduced and / or advantageously distributed.
  • the radial groove is offset or eccentric in the circumferential direction, in one embodiment by at least one, in particular minimum, maximum or average groove width, from a center of the gas turbine component (in the circumferential direction).
  • a particularly advantageous stress distribution in particular a reduction, can be achieved.
  • a minimum radius of curvature of a transition area from the first groove flank to the groove base is greater than a minimum radius of curvature of a transition area from the groove base to the second groove flank, in one embodiment by at least 5%, in particular by at least 10%, in one embodiment by at least 15% bigger.
  • the second groove flank is at a greater distance in the circumferential direction from a center of the gas turbine component (in the circumferential direction) than the first groove flank.
  • Such an asymmetry enables a particularly advantageous stress distribution, in particular a reduction, to be implemented in one embodiment.
  • a transition area from the first groove flank to the groove base and / or a transition area from the groove base to the second groove flank has a varying curvature, in particular a free-form contour.
  • At least one tangent (to the groove base) closes, in particular in at least one meridional section, at a point on the groove base, in particular an intersection of the groove base with the central plane, with the central plane an angle that is smaller than 90 ° and larger than 0 °, in one version at most 88 °, in particular at most 85 °, in one version at most 80 °, and / or at least 60 °, in particular at least 70 °, in one embodiment at least 75 °.
  • the radial flange has in the circumferential direction a first outer flank adjacent to the first groove flank and a second outer flank adjacent to the second groove flank, each of which merges into a jacket surface of the gas turbine component.
  • the radial flange has two radial projections following one another in the circumferential direction, in particular projections protruding radially inward, which each have or form one of the two outer flanks and one of the two groove flanks, in particular a first radial projection with the first outer flank and the first groove flank and a second radial projection with the second outer flank and the second groove flank.
  • a minimum radius of curvature of a transition area from the outer surface to the one, in one embodiment the first, outer flank is greater than a minimum radius of curvature of a transition area from the other or second outer flank to the outer surface, in one embodiment by at least 5%, in particular by at least 10%, in one embodiment at least 15% larger.
  • a particularly advantageous stress distribution in particular a reduction, can be achieved, particularly advantageous if both the first groove flank and the first outer flank adjacent to it or arranged on the same (first) projection have transition areas with larger have minimal radii of curvature than the second groove flank and the second outer flank adjacent to it or arranged on the same (second) projection.
  • one or the transition area from the outer surface to the first outer flank and / or one or the transition area from the second outer flank into the outer surface has a varying curvature, in particular a free-form contour.
  • Fig. 1 shows a gas turbine assembly with a gas turbine component according to an embodiment of the present invention in the form of a guide vane cluster 10 with a plurality of guide vanes 11 and one radially inward (downward in Fig. 1 ) protruding radial flange with one through two (radially inward or in Fig. 1 below protruding) projections 12, 13 formed radial groove 20 with a first groove flank 21, an adjoining groove base 23 and an adjoining second groove flank 22 for spoke centering (a web 110) of a gas turbine element in the form of an inner ring 100, which in Fig. 1 is shown drawn out or spaced apart radially inward or downward for clarification, the web 110 engaging in the radial groove 20 in the assembled state for spoke centering.
  • a center plane M is drawn, which extends radially (vertically in Fig. 1 ) and perpendicular to the circumferential direction, ie vertical and perpendicular to the plane of the drawing Fig. 1 , and from the two groove flanks 21, 22 in the in Fig. 1 lower section has the same distance a and thus extends centrally between them.
  • the radial groove 20 is offset in the circumferential direction by more than a groove width 2 ⁇ a from the center of the guide vane cluster 10, the second groove flank 22 being further away from the center of the guide vane cluster in the circumferential direction than the first groove flank 21.
  • a minimum radius of curvature R1 of a transition area from the first groove flank 21 to the groove base 23 has a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour, and is greater than a minimum radius of curvature R2 of a transition area from the groove base 23 to the second groove flank 22, this transition area of the groove base 23 in the second groove flank 22 also has a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour.
  • a minimum radius of curvature R11 of a transition area from a radially inner lateral surface 14 of the guide vane cluster into or the (first) outer flank 12A of the first projection 12 has a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour, and is greater than a minimum radius of curvature R12 of a transition area from one or the (second) outer flank 13A of the second projection 13 into the lateral surface 14, this transition area from the second outer flank 13A into the lateral surface 13 also having a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour.
  • the groove base 23 is asymmetrical to the central plane M (formed).

Landscapes

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

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinenbauteil, insbesondere Leitschaufelcluster (10), mit wenigstens einem Radialflansch (12, 13) mit einer Radialnut (20) zur Speichenzentrierung eines Gasturbinenelements, insbesondere eines Innenringes (100), wobei die Radialnut (20) eine erste Nutflanke (21), einen daran anschließenden Nutgrund (23) und eine daran anschließende zweite Nutflanke (22) aufweist, wobei der Nutgrund (23) asymmetrisch zu einer Mittelebene (M) ist, welche sich radial und senkrecht zur Umfangsrichtung sowie mittig zwischen den beiden Nutflanken (21, 22) erstreckt.The present invention relates to a gas turbine component, in particular a guide vane cluster (10), with at least one radial flange (12, 13) with a radial groove (20) for centering a gas turbine element, in particular an inner ring (100), the radial groove (20) having a first groove flank ( 21), an adjoining groove base (23) and an adjoining second groove flank (22), the groove base (23) being asymmetrical to a central plane (M) which extends radially and perpendicularly to the circumferential direction and centrally between the two groove flanks ( 21, 22).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinenbauteil, insbesondere Leitschaufelcluster, mit wenigstens einem Radialflansch mit einer Radialnut zur Speichenzentrierung eines Gasturbinenelements, insbesondere eines Innenringes, sowie eine Gasturbinenbaugruppe und eine Gasturbine mit dem Gasturbinenbauteil.The present invention relates to a gas turbine component, in particular a guide vane cluster, with at least one radial flange with a radial groove for centering the spokes of a gas turbine element, in particular an inner ring, as well as a gas turbine assembly and a gas turbine with the gas turbine component.

Aus betriebsinterner Praxis sind Speichenzentrierungen von Innenringen an Leitschaufelclustern von Gasturbinen bekannt, wobei Stege der Innenringe in Radialnuten von Radialflanschen der Leitschaufelcluster eingreifen. Die vorliegende Erfindung ist für solche Speichenzentrierungen besonders geeignet, jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann gleichermaßen auch vorteilhaft bei anderen Speichenzentrierungen von Gasturbinenbauteilen und -elementen verwendet werden.Spoke centering of inner rings on guide vane clusters of gas turbines is known from in-house practice, webs of the inner rings engaging in radial grooves of radial flanges of the guide vane clusters. The present invention is particularly suitable for such spoke centering, but is not restricted thereto, but can equally advantageously also be used with other spoke centering of gas turbine components and elements.

Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Speichenzentrierung von Gasturbinenbauteilen zu verbessern.One object of an embodiment of the present invention is to improve spoke centering of gas turbine components.

Diese Aufgabe wird durch ein Gasturbinenbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 9, 10 stellen eine Gasturbinenbaugruppe mit wenigstens einem hier beschriebenen Gasturbinenbauteil sowie eine Gasturbine mit wenigstens einem hier beschriebenen Gasturbinenbauteil, insbesondere mit wenigstens einer hier beschriebenen Gasturbinenbaugruppe, unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a gas turbine component having the features of claim 1. Claims 9, 10 provide a gas turbine assembly with at least one gas turbine component described here and a gas turbine with at least one gas turbine component described here, in particular with at least one gas turbine assembly described here, under protection. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Gasturbinenbauteil wenigstens einen Radialflansch mit einer Radialnut auf, die zur Speichenzentrierung eines Gasturbinenelements vorgesehen, insbesondere eingerichtet, ist bzw. verwendet wird. Entsprechend greift in einer Ausführung ein Steg des Gasturbinenelements, in einer Ausführung formschlüssig und/oder axial, in die Radialnut ein, in einer Ausführung durchgreift der Steg die Radialnut, insbesondere axial.According to one embodiment of the present invention, a gas turbine component has at least one radial flange with a radial groove, which is provided, in particular set up, or used, for centering the spokes of a gas turbine element. Correspondingly, in one embodiment a web of the gas turbine element engages in the radial groove in a form-fitting and / or axial manner, in one embodiment the web extends through the radial groove, in particular axially.

"Axial" bezeichnet vorliegend in einer Ausführung eine Richtung parallel zu einer Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Gasturbine, eine Umfangsrichtung entsprechend eine Rotations- bzw. Umfangsrichtung um diese Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Gasturbine, und "radial" entsprechend eine Richtung senkrecht zur Axial- und Umfangsrichtung, insbesondere von der Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Gasturbine weg bzw. eine Koordinaten(achsen)richtung, die die Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Gasturbine senkrecht schneidet."Axial" in the present case denotes a direction parallel to a rotary or (main) machine axis of the gas turbine, a circumferential direction corresponding to a rotation or circumferential direction around this rotary or (main) machine axis of the gas turbine, and "radial" correspondingly a direction perpendicular to the axial and circumferential direction, in particular away from the rotary or (main) machine axis of the gas turbine or a coordinate (axis) direction that intersects the rotary or (main) machine axis of the gas turbine perpendicularly.

Radialflansch und Radialnut erstrecken sich somit in einer Ausführung in Radialrichtung, wobei in einer Ausführung der Radialflansch sich von dem Gasturbinenbauteil aus nach radial innen erstreckt bzw. vorragt und/oder die Radialnut (eine) nach radial innen offen(e Nut) ist.Radial flange and radial groove thus extend in one embodiment in the radial direction, wherein in one embodiment the radial flange extends or projects radially inward from the gas turbine component and / or the radial groove (one) is open radially inward (e groove).

In einer Ausführung ist das Gasturbinenbauteil ein- oder mehrteilig ausgebildet und/oder ein Leitschaufelcluster mit einer oder mehreren, insbesondere in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden, Leitschaufeln, und/oder das Gasturbinenelement ein- oder mehrteilig ausgebildet und/oder ein Innenring, insbesondere ein Dichtring mit einer Dichtung zum Abdichten gegen einen Rotor der Gasturbine ("Inner Air Seal").In one embodiment, the gas turbine component is constructed in one or more parts and / or a guide vane cluster with one or more guide vanes, in particular successive in the circumferential direction, and / or the gas turbine element is constructed in one or more parts and / or an inner ring, in particular a sealing ring with a seal for sealing against a rotor of the gas turbine ("Inner Air Seal").

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Radialnut eine erste Nutflanke, einen daran (in Umfangsrichtung) anschließenden Nutgrund und eine daran (in Umfangsrichtung) anschließende zweite Nutflanke auf. In einer Ausführung legen die beiden Nutflanken den Steg des Gasturbinenelements in Umfangsrichtung fest bzw. dienen der Sicherung in Umfangsrichtung bzw. Umfangssicherung bzw. sind hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. werden hierzu verwendet. Entsprechend bilden die beiden Nutflanken in einer Ausführung Anschläge in Umfangsrichtung und/oder der Nutgrund einen Anschlag in Radialrichtung.According to one embodiment of the present invention, the radial groove has a first groove flank, a groove base adjoining it (in the circumferential direction) and a second groove flank adjoining it (in the circumferential direction). In one embodiment, the two groove flanks fix the web of the gas turbine element in the circumferential direction or are used for securing in the circumferential direction or circumferential securing or are provided for this purpose, in particular set up or are used for this purpose. Correspondingly, in one embodiment, the two groove flanks form stops in the circumferential direction and / or the groove base forms a stop in the radial direction.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verlaufen die erste und zweite Nutflanke (abschnittsweise, über mindestens 60% oder mindestens 70% ihrer radialen Länge oder vollständig) parallel zueinander und/oder definieren parallele Ebenen. Dies kann besonders vorteilhaft für eine radiale Führung und für eine Speichenzentrierung sein.According to one embodiment of the present invention, the first and second groove flanks (in sections, over at least 60% or at least 70% of their radial length or completely) run parallel to one another and / or define parallel planes. This can be particularly advantageous for radial guidance and for spoke centering.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Nutbreite oder eine Nuttiefe, insbesondere eine mittlere, maximale oder minimale Nuttiefe, mindestens genauso groß oder mindestens 1,5-mal so groß wie ein Abstand, insbesondere ein mittlerer, maximaler oder minimaler Abstand, in Umfangsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Nutflanke. Dies kann eine radiale Führung auf einem bestimmten radialen Abschnitt ermöglichen und besonders vorteilhaft für eine Speichenzentrierung sein.According to one embodiment of the present invention, a groove width or a groove depth, in particular an average, maximum or minimum groove depth, is at least as large or at least 1.5 times as large as a distance, in particular a medium, maximum or minimum distance, in the circumferential direction between the first and the second groove flank. This can enable radial guidance on a specific radial section and be particularly advantageous for spoke centering.

Zusätzlich oder alternativ ist nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Nutbreite oder eine Nuttiefe, insbesondere eine mittlere, maximale oder minimale Nuttiefe, höchstens dreimal so groß oder höchstens 2,5-mal so groß wie ein Abstand, insbesondere ein mittlerer, maximaler oder minimaler Abstand, in Umfangsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Nutflanke.Additionally or alternatively, according to one embodiment of the present invention, a groove width or a groove depth, in particular an average, maximum or minimum groove depth, is at most three times as large or at most 2.5 times as large as a distance, in particular a medium, maximum or minimum distance , in the circumferential direction between the first and the second groove flank.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich eine Mittelebene radial bzw. in Radialrichtung und senkrecht zur Umfangsrichtung, in einer Ausführung die Dreh- bzw. (Haupt)Maschinenachse der Gasturbine enthaltend, sowie mittig zwischen diesen beiden Nutflanken, in einer Ausführung derart, dass die Mittelebene auf wenigstens einer radialen Höhe, in einer Ausführung mehreren radialen Höhen, insbesondere über wenigstens einen radialen Abschnitt, (jeweils), in Umfangsrichtung denselben, insbesondere minimalen, maximalen und/oder mittleren, Abstand zur ersten und zweiten Nutflanke aufweist. In einer Ausführung weisen die erste und/oder zweite Nutflanke wenigstens einen ebenen Abschnitt auf und die Mittelebene weist auf wenigstens einer radialen Höhe dieser ebenen Abschnitte in Umfangsrichtung denselben, insbesondere minimalen, maximalen und/oder mittleren, Abstand zur ersten und zweiten Nutflanke auf.According to one embodiment of the present invention, a center plane extends radially or in the radial direction and perpendicular to the circumferential direction, in one embodiment containing the rotary or (main) machine axis of the gas turbine, and centrally between these two groove flanks, in one embodiment such that the Central plane at least one radial height, in one embodiment several radial heights, in particular over at least one radial section, (each), in the circumferential direction the same, in particular minimum, maximum and / or average, distance to the first and second groove flank. In one embodiment, the first and / or second groove flank has at least one flat section and the center plane has the same, in particular minimum, maximum and / or average, distance from the first and second groove flank in the circumferential direction at at least one radial height of these flat sections.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist der Nutgrund, insbesondere in Umfangsrichtung (gesehen) bzw. in wenigstens einem Meridianschnitt, asymmetrisch zu dieser Mittelebene (ausgebildet, insbesondere konturiert).According to one embodiment of the present invention, the groove base, in particular in the circumferential direction (viewed) or in at least one meridional section, is asymmetrical to this central plane (formed, in particular contoured).

Hierdurch können in einer Ausführung vorteilhaft eine asymmetrische Spannungsverteilung in dem Gasturbinenbauteil, insbesondere seinem Radialflansch, bewirkt und dadurch in einer Ausführung Spitzenspannungen reduziert und/oder vorteilhaft verteilt werden.As a result, in one embodiment, an asymmetrical stress distribution can advantageously be brought about in the gas turbine component, in particular its radial flange and as a result, in one embodiment, peak voltages are reduced and / or advantageously distributed.

In einer Ausführung ist die Radialnut in Umfangsrichtung, in einer Ausführung um wenigstens eine, insbesondere minimale, maximale oder mittlere, Nutbreite, von einer Mitte des Gasturbinenbauteils (in Umfangsrichtung) versetzt bzw. außermittig angeordnet.In one embodiment, the radial groove is offset or eccentric in the circumferential direction, in one embodiment by at least one, in particular minimum, maximum or average groove width, from a center of the gas turbine component (in the circumferential direction).

Hierdurch kann in einer Ausführung in Kombination mit dem asymmetrischen Nutgrund eine besonders vorteilhafte Spannungsverteilung, insbesondere -reduzierung, realisiert werden.In this way, in one embodiment, in combination with the asymmetrical groove base, a particularly advantageous stress distribution, in particular a reduction, can be achieved.

In einer Ausführung ist ein minimaler Krümmungsradius eines Übergangsbereichs von der ersten Nutflanke in den Nutgrund größer als ein minimaler Krümmungsradius eines Übergangsbereichs von dem Nutgrund in die zweite Nutflanke, in einer Ausführung um wenigstens 5%, insbesondere um wenigstens 10%, in einer Ausführung um wenigstens 15% größer. In einer Ausführung ist die zweite Nutflanke in Umfangsrichtung weiter von einer Mitte des Gasturbinenbauteils (in Umfangsrichtung) beabstandet als die erste Nutflanke.In one embodiment, a minimum radius of curvature of a transition area from the first groove flank to the groove base is greater than a minimum radius of curvature of a transition area from the groove base to the second groove flank, in one embodiment by at least 5%, in particular by at least 10%, in one embodiment by at least 15% bigger. In one embodiment, the second groove flank is at a greater distance in the circumferential direction from a center of the gas turbine component (in the circumferential direction) than the first groove flank.

Durch eine solche Asymmetrie kann in einer Ausführung eine besonders vorteilhafte Spannungsverteilung, insbesondere -reduzierung, realisiert werden.Such an asymmetry enables a particularly advantageous stress distribution, in particular a reduction, to be implemented in one embodiment.

Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung ein Übergangsbereich von der ersten Nutflanke in den Nutgrund und/oder ein Übergangsbereich von dem Nutgrund in die zweite Nutflanke (jeweils) eine variierende Krümmung, insbesondere eine Freiformkontur, auf.Additionally or alternatively, in one embodiment, a transition area from the first groove flank to the groove base and / or a transition area from the groove base to the second groove flank (each) has a varying curvature, in particular a free-form contour.

Hierdurch kann in einer Ausführung eine besonders vorteilhafte Spannungsverteilung, insbesondere -reduzierung, realisiert werden.As a result, a particularly advantageous stress distribution, in particular a reduction, can be implemented in one embodiment.

In einer Ausführung schließt wenigstens eine Tangente (an den Nutgrund), insbesondere in wenigstens einem Meridianschnitt, an einem Punkt des Nutgrundes, insbesondere einem Schnittpunkt des Nutgrundes mit der Mittelebene, mit der Mittelebene einen Winkel ein, der kleiner als 90° und größer als 0° ist, in einer Ausführung höchstens 88°, insbesondere höchstens 85°, in einer Ausführung höchstens 80°, und/oder wenigstens 60°, insbesondere wenigstens 70°, in einer Ausführung wenigstens 75°, beträgt.In one embodiment, at least one tangent (to the groove base) closes, in particular in at least one meridional section, at a point on the groove base, in particular an intersection of the groove base with the central plane, with the central plane an angle that is smaller than 90 ° and larger than 0 °, in one version at most 88 °, in particular at most 85 °, in one version at most 80 °, and / or at least 60 °, in particular at least 70 °, in one embodiment at least 75 °.

Hierdurch kann in einer Ausführung eine besonders vorteilhafte Spannungsverteilung, insbesondere -reduzierung, realisiert werden.In this way, a particularly advantageous stress distribution, in particular a reduction, can be implemented in one embodiment.

In einer Ausführung weist der Radialflansch in Umfangsrichtung eine der ersten Nutflanke benachbarte erste Außenflanke und eine der zweiten Nutflanke benachbarte zweite Außenflanke auf, die jeweils in eine Mantelfläche des Gasturbinenbauteils übergehen. Somit weist der Radialflansch in einer Ausführung zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgende radiale Vorsprünge, insbesondere nach radial innen ragende Vorsprünge, auf, die jeweils eine der beiden Außenflanken und eine der beiden Nutflanken aufweisen bzw. bilden, insbesondere also einen ersten radialen Vorsprung mit der ersten Außenflanke und der ersten Nutflanke sowie einen zweiten radialen Vorsprung mit der zweiten Außenflanke und der zweiten Nutflanke.In one embodiment, the radial flange has in the circumferential direction a first outer flank adjacent to the first groove flank and a second outer flank adjacent to the second groove flank, each of which merges into a jacket surface of the gas turbine component. Thus, in one embodiment, the radial flange has two radial projections following one another in the circumferential direction, in particular projections protruding radially inward, which each have or form one of the two outer flanks and one of the two groove flanks, in particular a first radial projection with the first outer flank and the first groove flank and a second radial projection with the second outer flank and the second groove flank.

In einer Ausführung ist ein minimaler Krümmungsradius eines Übergangsbereichs von der Mantelfläche in die eine, in einer Ausführung erste, Außenflanke größer als ein minimaler Krümmungsradius eines Übergangsbereichs von der anderen bzw. zweiten Außenflanke in die Mantelfläche, in einer Ausführung um wenigstens 5%, insbesondere um wenigstens 10%, in einer Ausführung um wenigstens 15% größer.In one embodiment, a minimum radius of curvature of a transition area from the outer surface to the one, in one embodiment the first, outer flank is greater than a minimum radius of curvature of a transition area from the other or second outer flank to the outer surface, in one embodiment by at least 5%, in particular by at least 10%, in one embodiment at least 15% larger.

Hierdurch kann in einer Ausführung in Kombination mit dem asymmetrischen Nutgrund eine besonders vorteilhafte Spannungsverteilung, insbesondere -reduzierung, realisiert werden, besonders vorteilhaft, wenn sowohl die erste Nutflanke als auch die dieser benachbarte bzw. an demselben (ersten) Vorsprung angeordnete erste Außenflanke Übergangsbereiche mit größeren minimalen Krümmungsradien aufweisen als die zweite Nutflanke und die dieser benachbarte bzw. an demselben (zweiten) Vorsprung angeordnete zweite Außenflanke.In this way, in one embodiment in combination with the asymmetrical groove base, a particularly advantageous stress distribution, in particular a reduction, can be achieved, particularly advantageous if both the first groove flank and the first outer flank adjacent to it or arranged on the same (first) projection have transition areas with larger have minimal radii of curvature than the second groove flank and the second outer flank adjacent to it or arranged on the same (second) projection.

Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung ein bzw. der Übergangsbereich von der Mantelfläche in die erste Außenflanke und/oder ein bzw. der Übergangsbereich von der zweiten Außenflanke in die Mantelfläche (jeweils) eine variierende Krümmung, insbesondere eine Freiformkontur, auf.Additionally or alternatively, in one embodiment, one or the transition area from the outer surface to the first outer flank and / or one or the transition area from the second outer flank into the outer surface (each) has a varying curvature, in particular a free-form contour.

Hierdurch kann in einer Ausführung eine besonders vorteilhafte Spannungsverteilung, insbesondere -reduzierung, realisiert werden.In this way, a particularly advantageous stress distribution, in particular a reduction, can be implemented in one embodiment.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert, die einzige:

Fig. 1
eine Gastrurbinenbaugruppe mit einem Gastrubinenbauteil nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Further advantageous developments of the present invention emerge from the subclaims and the following description of preferred embodiments. For this, the only one shows, partly schematically:
Fig. 1
a gas turbine assembly having a gas turbine component according to an embodiment of the present invention.

Fig. 1 zeigt eine Gasturbinenbaugruppe mit einem Gasturbinenbauteil nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in Form eines Leitschaufelclusters 10 mit mehreren Leitschaufeln 11 und einem nach radial innen (nach unten in Fig. 1) ragenden Radialflansch mit einer durch zwei (nach radial innen bzw. in Fig. 1 unten ragenden) Vorsprünge 12, 13 gebildeten Radialnut 20 mit einer ersten Nutflanke 21, einen daran anschließenden Nutgrund 23 und eine daran anschließende zweite Nutflanke 22 zur Speichenzentrierung (eines Stegs 110) eines Gasturbinenelements in Form eines Innenringes 100, welches in Fig. 1 zur Verdeutlichung nach radial innen bzw. unten herausgezogen bzw. beabstandete dargestellt ist, wobei im montierten Zustand der Steg 110 zur Speichenzentrierung in die Radialnut 20 eingreift. Fig. 1 shows a gas turbine assembly with a gas turbine component according to an embodiment of the present invention in the form of a guide vane cluster 10 with a plurality of guide vanes 11 and one radially inward (downward in Fig. 1 ) protruding radial flange with one through two (radially inward or in Fig. 1 below protruding) projections 12, 13 formed radial groove 20 with a first groove flank 21, an adjoining groove base 23 and an adjoining second groove flank 22 for spoke centering (a web 110) of a gas turbine element in the form of an inner ring 100, which in Fig. 1 is shown drawn out or spaced apart radially inward or downward for clarification, the web 110 engaging in the radial groove 20 in the assembled state for spoke centering.

Mit A, R und U sind in Fig. 1 die Axialrichtung (A), Radialrichtung (R) bzw. Umfangsrichtung (U) angedeutet.With A, R and U are in Fig. 1 the axial direction (A), radial direction (R) and circumferential direction (U) indicated.

Strichpunktiert ist in Fig. 1 eine Mittelebene M eingezeichnet, die sich radial (vertikal in Fig. 1) und senkrecht zur Umfangsrichtung, d.h. vertikal und senkrecht auf der Zeichenebene der Fig. 1, erstreckt sowie von den beiden Nutflanken 21, 22 im in Fig. 1 unteren Abschnitt denselben Abstand a aufweist und sich somit mittig zwischen diesen erstreckt.Dash-dotted is in Fig. 1 a center plane M is drawn, which extends radially (vertically in Fig. 1 ) and perpendicular to the circumferential direction, ie vertical and perpendicular to the plane of the drawing Fig. 1 , and from the two groove flanks 21, 22 in the in Fig. 1 lower section has the same distance a and thus extends centrally between them.

Die Radialnut 20 ist in Umfangsrichtung um mehr als eine Nutbreite 2·a von der Mitte des Leitschaufelclusters 10 versetzt, wobei die zweite Nutflanke 22 in Umfangsrichtung weiter von der Mitte des Leitschaufelclusters beabstandet ist als die erste Nutflanke 21.The radial groove 20 is offset in the circumferential direction by more than a groove width 2 · a from the center of the guide vane cluster 10, the second groove flank 22 being further away from the center of the guide vane cluster in the circumferential direction than the first groove flank 21.

Ein minimaler Krümmungsradius R1 eines Übergangsbereichs von der ersten Nutflanke 21 in den Nutgrund 23 weist eine variierende Krümmung, im Ausführungsbeispiel eine Freiformkontur, auf und ist größer als ein minimaler Krümmungsradius R2 eines Übergangsbereichs von dem Nutgrund 23 in die zweite Nutflanke 22, wobei dieser Übergangsbereichs von dem Nutgrund 23 in die zweite Nutflanke 22 ebenfalls eine variierende Krümmung, im Ausführungsbeispiel eine Freiformkontur, aufweist.A minimum radius of curvature R1 of a transition area from the first groove flank 21 to the groove base 23 has a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour, and is greater than a minimum radius of curvature R2 of a transition area from the groove base 23 to the second groove flank 22, this transition area of the groove base 23 in the second groove flank 22 also has a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour.

Gleichermaßen weist ein minimaler Krümmungsradius R11 eines Übergangsbereichs von einer radial inneren Mantelfläche 14 des Leitschaufelclusters in eine bzw. die (erste) Außenflanke 12A des ersten Vorsprungs 12 eine variierende Krümmung, im Ausführungsbeispiel eine Freiformkontur, auf und ist größer als ein minimaler Krümmungsradius R12 eines Übergangsbereichs von einer bzw. der (zweiten) Au-ßenflanke 13A des zweiten Vorsprungs 13 in die Mantelfläche 14, wobei dieser Übergangsbereichs von der zweiten Außenflanke 13A in die Mantelfläche 13 ebenfalls eine variierende Krümmung, im Ausführungsbeispiel eine Freiformkontur, aufweist.Likewise, a minimum radius of curvature R11 of a transition area from a radially inner lateral surface 14 of the guide vane cluster into or the (first) outer flank 12A of the first projection 12 has a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour, and is greater than a minimum radius of curvature R12 of a transition area from one or the (second) outer flank 13A of the second projection 13 into the lateral surface 14, this transition area from the second outer flank 13A into the lateral surface 13 also having a varying curvature, in the exemplary embodiment a free-form contour.

Die in Fig. 1 eingezeichnete Tangente T an einem Schnittpunkt S des Nutgrundes 23 mit der Mittelebene M schließt mit der Mittelebene einen Winkel α ein, der kleiner als 90° und größer als 0° ist.In the Fig. 1 drawn tangent T at an intersection point S of the groove base 23 with the central plane M includes an angle α with the central plane which is smaller than 90 ° and larger than 0 °.

Entsprechend ist der Nutgrund 23 asymmetrisch zur Mittelebene M (ausgebildet).Correspondingly, the groove base 23 is asymmetrical to the central plane M (formed).

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.Although exemplary embodiments have been explained in the preceding description, it should be pointed out that a large number of modifications are possible.

Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.It should also be pointed out that the exemplary designs are merely examples that are not intended to limit the scope of protection, the applications and the structure in any way. Rather, the preceding description provides a person skilled in the art with guidelines for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the described components, being able to be made without departing from the scope of protection as it emerges from the claims and these equivalent combinations of features results.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
Leitschaufelcluster (Gasturbinenbauteil)Guide vane cluster (gas turbine component)
1111
Leitschaufelvane
1212th
(erster) Vorsprung(first) lead
12A12A
erste Außenflankefirst outer flank
1313th
(zweiter) Vorsprung(second) lead
13A13A
zweite Außenflankesecond outer flank
1414th
MantelflächeOuter surface
2020th
RadialnutRadial groove
2121
erste Nutflankefirst groove flank
2222nd
zweite Nutflankesecond groove flank
2323
NutgrundGroove base
100100
Innenring (Gasturbinenelement)Inner ring (gas turbine element)
110110
Stegweb
MM.
MittelebeneMiddle plane
R1R1
minimaler Krümmungsradius Übergangsbereich erste Nutflanke-Nutgrundminimum radius of curvature transition area first groove flank-groove base
R2R2
minimaler Krümmungsradius Übergangsbereich Nutgrund-zweite NutflankeMinimum radius of curvature transition area of groove base-second groove flank
R11R11
minimaler Krümmungsradius Übergangsbereich Mantelfläche-erste AußenflankeMinimum radius of curvature of the transition area from the lateral surface to the first outer flank
R12R12
minimaler Krümmungsradius Übergangsbereich zweite Außenflanke-Mantelflächeminimum radius of curvature transition area second outer flank lateral surface
SS.
SchnittpunktIntersection
TT
Tangentetangent
αα
Winkelangle

Claims (10)

Gasturbinenbauteil, insbesondere Leitschaufelcluster (10), mit wenigstens einem Radialflansch (12, 13) mit einer Radialnut (20) zur Speichenzentrierung eines Gasturbinenelements, insbesondere eines Innenringes (100), wobei die Radialnut (20) eine erste Nutflanke (21), einen daran anschließenden Nutgrund (23) und eine daran anschließende zweite Nutflanke (22) aufweist, wobei der Nutgrund (23) asymmetrisch zu einer Mittelebene (M) ist, welche sich radial und senkrecht zur Umfangsrichtung sowie mittig zwischen den beiden Nutflanken (21, 22) erstreckt.Gas turbine component, in particular guide vane cluster (10), with at least one radial flange (12, 13) with a radial groove (20) for centering a gas turbine element, in particular an inner ring (100), the radial groove (20) having a first groove flank (21) and one on it adjoining groove base (23) and an adjoining second groove flank (22), the groove base (23) being asymmetrical to a central plane (M) which extends radially and perpendicularly to the circumferential direction and centrally between the two groove flanks (21, 22) . Gasturbinenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialnut in Umfangsrichtung, insbesondere um wenigstens eine Nutbreite (2·a), von einer Mitte des Gasturbinenbauteils versetzt ist.Gas turbine component according to Claim 1, characterized in that the radial groove is offset in the circumferential direction, in particular by at least one groove width (2 · a), from a center of the gas turbine component. Gasturbinenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Nutflanke (22) in Umfangsrichtung weiter von einer Mitte des Gasturbinenbauteils beabstandet ist als die erste Nutflanke (21).Gas turbine component according to one of the preceding claims, characterized in that the second groove flank (22) is spaced further from a center of the gas turbine component in the circumferential direction than the first groove flank (21). Gasturbinenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Krümmungsradius (R1) eines Übergangsbereichs von der ersten Nutflanke (21) in den Nutgrund (23), insbesondere um wenigstens 5%, größer als ein minimaler Krümmungsradius (R2) eines Übergangsbereichs von dem Nutgrund (23) in die zweite Nutflanke (22) ist.Gas turbine component according to one of the preceding claims, characterized in that a minimum radius of curvature (R1) of a transition area from the first groove flank (21) into the groove base (23), in particular by at least 5%, greater than a minimum radius of curvature (R2) of a transition area of the groove base (23) is in the second groove flank (22). Gasturbinenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergangsbereich von der ersten Nutflanke (21) in den Nutgrund (23) und/oder ein Übergangsbereich von dem Nutgrund (23) in die zweite Nutflanke (22) eine variierende Krümmung, insbesondere eine Freiformkontur, aufweist.Gas turbine component according to one of the preceding claims, characterized in that a transition region from the first groove flank (21) into the groove base (23) and / or a transition region from the groove base (23) into the second groove flank (22) has a varying curvature, in particular a Free-form contour. Gasturbinenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Tangente (T) an einem Punkt des Nutgrundes (23), insbesondere einem Schnittpunkt (S) des Nutgrundes (23) mit der Mittelebene (M), mit der Mittelebene (M) einen Winkel (α) einschließt, der kleiner als 90° und größer als 0° ist.Gas turbine component according to one of the preceding claims, characterized in that at least one tangent (T) at a point of the groove base (23), in particular an intersection (S) of the groove base (23) with the central plane (M), with the central plane (M) encloses an angle (α) which is smaller than 90 ° and larger than 0 °. Gasturbinenbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radialflansch (12, 13) in Umfangsrichtung eine der ersten Nutflanke (21) benachbarte erste Außenflanke (12A) und eine der zweiten Nutflanke (22) benachbarte zweite Außenflanke (13A) aufweist, die jeweils in eine Mantelfläche (14) des Gasturbinenbauteils übergehen.Gas turbine component according to one of the preceding claims, characterized in that the radial flange (12, 13) has in the circumferential direction a first outer flank (12A) adjacent to the first groove flank (21) and a second outer flank (13A) adjacent to the second groove flank (22), which each merge into a lateral surface (14) of the gas turbine component. Gasturbinenbauteil nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein minimaler Krümmungsradius (R12) eines Übergangsbereichs von der Mantelfläche (14) in die eine, insbesondere erste, Außenflanke (12A), insbesondere um wenigstens 5%, größer als ein minimaler Krümmungsradius (R12) eines Übergangsbereichs von der anderen, insbesondere zweiten, Außenflanke (13A) in die Mantelfläche (14) ist und/oder ein Übergangsbereich von der Mantelfläche (14) in die erste Außenflanke (12A) und/oder ein Übergangsbereich von der zweiten Außenflanke (13A) in die Mantelfläche (14) eine variierende Krümmung, insbesondere eine Freiformkontur, aufweist.Gas turbine component according to the preceding claim, characterized in that a minimum radius of curvature (R12) of a transition region from the lateral surface (14) to the one, in particular first, outer flank (12A), in particular by at least 5%, is greater than a minimum radius of curvature (R12) of a transition area from the other, in particular second, outer flank (13A) into the jacket surface (14) and / or a transition area from the jacket surface (14) to the first outside flank (12A) and / or a transition area from the second outside flank (13A) has a varying curvature, in particular a free-form contour, in the lateral surface (14). Gasturbinenbaugruppe mit einem Gasturbinenbauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Gasturbinenelement, insbesondere Innenring (100), mit einem Steg (110) zur Speichenzentrierung an der Radialnut (20) des Gasturbinenbauteils.Gas turbine assembly with a gas turbine component (10) according to one of the preceding claims and a gas turbine element, in particular an inner ring (100), with a web (110) for centering the spoke on the radial groove (20) of the gas turbine component. Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk-Gasturbine, mit wenigstens einem Gasturbinenbauteil, insbesondere wenigstens einer Gasturbinenbaugruppe, nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Gas turbine, in particular aero-engine gas turbine, with at least one gas turbine component, in particular at least one gas turbine assembly, according to one of the preceding claims.
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