CH703758B1 - Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material. - Google Patents
Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material. Download PDFInfo
- Publication number
- CH703758B1 CH703758B1 CH01494/11A CH14942011A CH703758B1 CH 703758 B1 CH703758 B1 CH 703758B1 CH 01494/11 A CH01494/11 A CH 01494/11A CH 14942011 A CH14942011 A CH 14942011A CH 703758 B1 CH703758 B1 CH 703758B1
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- ribs
- blade
- bucket
- shroud
- tip
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 11
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910002110 ceramic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036346 tooth eruption Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- KJIOQYGWTQBHNH-UHFFFAOYSA-N undecanol Chemical compound CCCCCCCCCCCO KJIOQYGWTQBHNH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- 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
-
- 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
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
- F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufelummantelung (100) mit Rippen aus einem abtragbaren Material zur Verwendung mit einer Laufschaufelspitze (75), um eine Leckströmung (240) zwischen Laufschaufelummantelung und Laufschaufelspitze zu begrenzen und die Wärmebeanspruchungen derselben zu verringern. Die abtragbare Laufschaufelummantelung (100) weist eine Grundplatte (120) und eine Anzahl von Rippen (110) auf, die an dieser angeordnet sind. Die Rippen (110) sind aus einem abtragbaren Material (130) hergestellt. Die Rippen (110) bilden ein Muster (140) und weisen eine Form mit einer Anzahl von Bögen auf, die jeweils wenigstens einen ersten Bogen und einen zweiten Bogen umfassen, wobei der zweite Bogen verglichen mit dem ersten Bogen eine entgegengesetzt gekrümmte Form aufweist.
Description
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Anmeldung bezieht sich eine Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material zur Verwendung in einer Gasturbinenanlage.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Allgemein beschrieben neigt die Effizienz einer Gasturbinenanlage dazu, mit erhöhten Verbrennungstemperaturen anzusteigen. Höhere Verbrennungstemperaturen können jedoch eine Vielzahl von Problemen im Zusammenhang mit der Widerstandsfähigkeit, der Metallurgie und der Lebensdauererwartung der Komponenten innerhalb des Pfades des heissen Verbrennungsgases und anderswo aufwerfen. Diese Probleme sind insbesondere für Komponenten, wie z.B. die rotierenden Laufschaufeln und die stationären Turbinenummantelungen, die in den ersten Stufen der Turbine angeordnet sind, eine Herausforderung.
[0003] Eine hohe Turbineneffizienz erfordert es auch, dass die Laufschaufeln innerhalb des Turbinengehäuses oder der Laufschaufelummantelung mit minimaler Beeinträchtigung rotieren, um eine unerwünschte «Leckage» des heissen Verbrennungsgases über die Spitzen der Laufschaufeln hinweg zu verhindern. Das Erfordernis, ein angemessenes Spiel ohne einen erheblichen Effizienzverlust aufrechtzuerhalten, wird durch die Tatsache erschwert, dass Zentrifugalkräfte eine Ausdehnung der Laufschaufeln in einer Richtung nach aussen zu der Ummantelung hin bewirken, wenn die Turbine sich dreht. Die Laufschaufelspitzen können jedoch erodieren, wenn die Laufschaufelspitzen an der Ummantelung reiben. Eine derartige Erosion kann ein vergrössertes Spiel dazwischen sowie eine verkürzte Lebensdauer der Komponenten bewirken. Weitere Gründe für eine Leckage umfassen eine Wärmedehnung und sogar eine aggressive Betriebsweise des Triebwerks z.B. in militärischen Anwendungen und dergleichen.
[0004] Es sind abtragbare Beschichtungen auf die Oberfläche der Laufschaufelummantelung aufgebracht worden, um beim Herstellen eines minimalen oder optimalen Spiels zwischen der Ummantelung und den Laufschaufelspitzen, d.h. des Laufschaufelspitzenspaltes zu helfen. Ein derartiges Material kann von den Spitzen der Laufschaufeln bei geringem oder gar keinem Schaden an diesen leicht abgetragen werden. Dadurch kann das Spiel des Laufschaufelspitzenspaltes mit der Gewissheit verringert werden, dass die abtragbare Beschichtung anstelle des Laufschaufelspitzenmaterials geopfert wird.
[0005] Zusätzlich zum Ermöglichen des Kontaktes zwischen Spitze und Ummantelung ist herausgefunden worden, dass die Verwendung einer abtragbaren Oberfläche als ein Muster von Rippen und dergleichen darauf weitere aerodynamische Vorteile beim weiteren Verringern der Leckströmung zwischen Spitze und Ummantelung hindurch bietet. Im Einzelnen können die Rippen der Hauptströmung eine Richtung weg von dem Spalt des Spitzenspiels verleihen. Es ist herausgefunden worden, dass bekannte abtragbare Muster aerodynamische Vorteile bei der Verringerung der minimalen Höhe des Spitzenspiels und in anderer Weise schaffen.
[0006] Es besteht demnach ein Wunsch nach einem verbesserten abtragbaren Laufschaufelummantelungsmuster, um die Leckströmung durch den Schaufelspitzenspalt und anderswo zu verringern. Ein derartiges abtragbares Laufschaufelummantelungsmuster kann für eine bestimmte Laufschaufelausführung im Hinblick auf die Leckströmung an dieser vorbei und den Wärmebelastungen an ihr optimiert sein. Im Einzelnen würde eine derartige Laufschaufelummantelungsausführung eine angemessene abtragbare Ummantelungsoberfläche im Zusammenhang mit einem die Strömung verringernden Muster für eine verbesserte Leistungsfähigkeit schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
[0007] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material zur Verwendung mit einer Laufschaufelspitze, um eine Leckströmung zwischen der Laufschaufelummantelung und der Laufschaufelspitze zu begrenzen und die Wärmebelastungen darauf zu verringern. Die abtragbare Laufschaufelummantelung weist eine Grundplatte und eine Anzahl von Rippen auf, die auf dieser angeordnet sind. Die Rippen sind aus einem abtragbaren Material hergestellt. Die Rippen bilden ein Muster und weisen jeweils eine Anzahl von Bögen auf, die wenigstens einen ersten Bogen und einen zweiten Bogen umfassen, wobei der zweite Bogen verglichen mit dem ersten Bogen eine entgegengesetzt gekrümmte Form aufweist.
[0008] Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemässen Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material.
[0009] Das Verfahren umfasst die Schritte des Bestimmens einer Richtung der Leckströmung durch den Schaufelspitzenspalt an einer Anzahl von Bezugspunkten entlang der Schaufelspitze, das Ausbilden und Anordnen einer Anzahl von Rippen aus einem abtragbaren Material an der Ummantelung derart, dass jede der Rippen eine Form mit in wenigstens einem ersten Bogen und einem zweiten Bogen aufweist und der erste Bogen so geformt ist, dass er im Betrieb im Bezugssystem der Laufschaufelspitze senkrecht zu der Leckströmung an jedem der Bezugspunkte ausgerichtet ist.
[0010] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für einen Fachmann beim Durchsehen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0011]
<tb>Fig. 1<SEP>ist eine schematische Ansicht einer Gasturbinenanlage.
<tb>Fig. 2<SEP>ist eine seitliche Ansicht einer bekannten Laufschaufel und einer bekannten Ummantelung eines Abschnitts einer Turbinenstufe.
<tb>Fig. 3<SEP>ist eine seitliche Ansicht einer abtragbaren Ummantelung, die einer Laufschaufelspitze benachbart angeordnet ist, wie es hierin beschrieben ist.
<tb>Fig. 4<SEP>ist eine Draufsicht auf ein abtragbares Muster an der Ummantelung mit einer in gestrichelten Linien gezeigten Kontur der Aussenoberfläche einer Turbinenlaufschaufelspitze über den Rippen des Musters, wie es hierin beschrieben ist.
<tb>Fig. 5<SEP>ist eine schematische Ansicht einer Laufschaufelspitze mit daran gezeigten Leckströmungen.
Detaillierte Beschreibung
[0012] Nun unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente in den verschiedenen Ansichten beziehen: Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbinenanlage 10, wie sie hierin beschrieben ist. Die Gasturbinenanlage 10 enthält einen Verdichter 15. Der Verdichter 15 verdichtet einen eintretenden Luftstrom 20. Der Verdichter 15 führt den verdichteten Luftstrom 20 einer Brennkammer 25 zu. Die Brennkammer 25 mischt den verdichteten Luftstrom 20 mit einem verdichteten Brennstoffstrom 30 und zündet das Gemisch, um einen Verbrennungsgasstrom 35 zu erzeugen. Während nur eine einzige Brennkammer 25 gezeigt ist, könnte die Gasturbinenanlage 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 25 enthalten. Der Verbrennungsgasstrom 35 wird seinerseits einer Turbine 40 zugeführt. Der Verbrennungsgasstrom 35 treibt die Turbine 40 an, um mechanische Arbeit zu leisten. Die in der Turbine 40 geleistete mechanische Arbeit treibt den Verdichter 15 und eine äussere Last 45 an, wie z.B. einen elektrischen Generator und dergleichen.
[0013] Die Gasturbinenanlage 10 kann Erdgas, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbinenanlage 10 könnte eine aus einer Anzahl von unterschiedlichen, von der General Electric Company in Schenectady, New York, angebotenen Gasturbinen, wie z.B. eine 7FA-Hochleistungsgasturbine und dergleichen sein. Die Gasturbinenanlage 10 könnte auch einen anderen Aufbau aufweisen und andere Arten von Komponenten verwenden. Andere Arten von Gasturbinenanlagen könnten hierin ebenfalls verwendet werden. Es könnten hierin auch mehrere Gasturbinenanlagen 10, andere Arten von Turbinen und andere Arten von Energieerzeugungsanlagen gemeinsam genutzt werden.
[0014] Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen Abschnitt einer Turbinenstufe 50. Jede Turbinenstufe 50 weist ein rotierendes Turbinenblatt oder eine Laufschaufel 55 auf. Bekanntlich kann jede Turbinenlaufschaufel 55 einen Schaft 60, eine Plattform 65, ein ausgedehntes Schaufelblatt 70 und eine Schaufelblattspitze 75 aufweisen. Die Schaufelblattspitze 75 kann einen oder mehrere Schneidzähne 80 an ihr aufweisen. Es könnten hierin auch andere Ausgestaltungen und andere Arten von Laufschaufeln 55 verwendet werden.
[0015] Jede rotierende Laufschaufel 55 ist einer stationären Ummantelung 85 benachbart angeordnet. Die Ummantelung 85 kann eine Anzahl von Dichtungen 90 an ihr aufweisen, die mit der Laufschaufelspitze 85 jeder Laufschaufel 55 zusammenwirken. Alternativ weist – wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel – die Ummantelung 85 im Falle einer abtragbaren Ummantelung und dergleichen eine Anzahl von abtragbaren Rippen auf, wie es unten genauer beschrieben ist. Es könnten hierin auch andere Konfigurationen und andere Typen von Ummantelungen 85 und Dichtungen 90 verwendet werden.
[0016] Bekanntlich wandelt das Schaufelblatt 70 die Energie des sich ausdehnenden Verbrennungsgasstroms 35 in mechanische Energie um. Die Laufschaufelspitze 75 weist eine Oberfläche auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Schaufelblattes 70 verläuft. Die Laufschaufelspitze trägt demnach auch dazu bei, den Verbrennungsgasstrom 35 so an dem Schaufelblatt 70 zu halten, dass ein grösserer Anteil des Verbrennungsgasstroms 35 in mechanische Energie umgewandelt werden kann. In gleicher Weise erhöht die stationäre Ummantelung 85 die Gesamteffizienz, indem sie den Verbrennungsgasstrom 35 auf das Schaufelblatt 70 statt durch einen Laufschaufelspitzenspalt 95 zwischen der Schaufelspitze 75 und der Ummantelung 85 hindurch leitet. Das Minimieren des Laufschaufelspitzenspaltes 95 trägt demnach zur Minimierung einer Leckströmung durch ihn hindurch bei, wie es oben beschrieben ist. Es könnten hierin auch andere Konfigurationen verwendet werden.
[0017] Fig. 3 zeigt eine abtragbare Ummantelung 100, wie sie hierin beschrieben ist. Die abtragbare Ummantelung 100 weist eine Anzahl von Rippen 110 auf, die an einer Grundplattenoberfläche 120 angeordnet sind. Die Rippen 110 sind aus einem abtragbaren Material 130 hergestellt. Das abtragbare Material kann allgemein aus einer metallischen und/oder einer keramischen Legierung hergestellt sein. Es könnte hierin irgendeine Art von abtragbarem Material verwendet werden. Das abtragbare Material 130 kann auch an der Grundplattenoberfläche 120 und anderswo angeordnet sein.
[0018] Wie in Fig. 4 gezeigt bilden die Rippen 110 der abtragbaren Ummantelung 100 ein abtragbares Muster 140 auf dieser. Ein Kontaktbereich 150 mit der Kontur der Laufschaufelspitze 75 ist in gestrichelten Linien gezeigt. Ein Pfeil 160 zeigt die Richtung der Drehung der Turbinenlaufschaufel 55 bezogen auf das abtragbare Muster 140. Ein Pfeil 170 kennzeichnet die Richtung des Verbrennungsgasstroms 35 bezogen auf das abtragbare Muster 140.
[0019] Wie gezeigt können die Rippen 110 im Wesentlichen parallel zueinander sein, und sie können auch im Wesentlichen äquidistant sein. Der Abstand und die Form der Rippen 110 können jedoch mit der Position variieren. Die Rippen 110 können irgendeine gewünschte Tiefe und/oder Querschnittsform aufweisen. Es könnten hierin auch andere Konfigurationen verwendet werden. In diesem Beispiel können die Rippen 110 eine im Wesentlichen sinusförmige Form 180 mit wenigstens einem konkaven, ersten Bogen 190 gefolgt von einem konvexen, zweiten Bogen 200 aufweisen, die sich von einem vorderen Abschnitt 220 zu einem hinteren Abschnitt 230 hin erstrecken. Das abtragbare Muster 140 weist demnach eine doppelte Bogenform auf, wobei der zweite Bogen eine verglichen mit dem ersten Bogen 190 entgegengesetzt gekrümmte Form 210 aufweist. Es könnten hierin auch andere Arten von Mustern verwendet werden. Es könnten hierin auch andere Arten und Anzahlen von Bögen verwendet werden.
[0020] Das abtragbare Muster 140 kann, bezogen auf die Form der zugehörigen Laufschaufelspitze 75, optimiert sein. Die relative Positionierung der abtragbaren Ummantelung 100 und der Laufschaufel 55 ist in Fig. 3 gezeigt, wobei der Laufschaufelspitzenspalt 95 dazwischen angeordnet ist. Die abtragbare Ummantelung 100 ist stationär, während die Laufschaufel 55 rotiert. Die relative Bewegung zwischen der Laufschaufelspitze 75 und der abtragbaren Ummantelung 100 kann infolge der Vorbeibewegung des Musters 140 der Rippen 110 Anlass zu einer zeitlich periodischen Druckpulsation 145 geben, die auf eine Leckströmung 240 einwirkt, die sich dazwischen hindurch erstreckt. Dieser instationäre Druck kann zu einer Nettoreduktion der Leckströmung 240 durch den Spitzenspalt 95 verglichen mit einer axial symmetrischen Ummantelung mit dem gleichen oder einem ähnlichen Spalt 95 dazwischen hindurch führen. Im Einzelnen wirken die Rippen 110 der abtragbaren Ummantelung 100 zusammen, um die Leckströmung 240 dort hindurch zu begrenzen.
[0021] Die spezielle sinusförmige Form 180 oder eine andere Form der Rippen 110 kann, bezogen auf die Richtung der Leckströmung, maximiert werden. Fig. 5 stellt z.B. die Leckströmung 240 durch den Laufschaufelspitzenspalt 95 hindurch dar. Die Geschwindigkeitsvektoren der Leckage sind in einem Bezugssystem relativ zu der Laufschaufelspitze 75 gezeigt. Die Richtung der Leckströmung 240 an einem Bezugspunkt 245 der Sehnenmitte ist mit einem Pfeil 250 unter etwa 20° von der Drehachse dargestellt. Wenn sie in ein stationäres Bezugssystem transformiert wird, wird die Leckströmung 240 als ein Pfeil 260 unter einem Winkel von etwa 55° gesehen. Eine stationäre Rippe 110, die unter negativen 35° (–35°) ausgerichtet ist, wird sich demnach in einer senkrechten oder Blockadeposition 255 zu dem Leckströmungspfad befinden. Eine derartige Blockadestellung 255 kann demnach den maximalen Blockadewinkel liefern, wenn sich die Rippe 110 bezogen auf den Spitzenspalt 95 bewegt. Dieser Vorgang kann danach an verschiedenen Bezugspunkten 245 entlang der Länge der Laufschaufelspitze 75 wiederholt werden, um die Form wenigstens des ersten Bogens 190 des Musters 140 zu erzeugen. Demnach können nach diesem Verfahren in Abhängigkeit von der Art der Laufschaufel, der Art der Turbine, den speziellen Betriebsbedingungen und anderen Variablen viele verschiedene Muster 140 gebildet werden.
[0022] Der Winkel der Leckströmung 240 variiert z.B. mit der axialen Position innerhalb des Spitzenspaltes 95. Demnach kann auch der optimale Blockadewinkel entlang der Länge der Laufschaufelspitze 75 variieren. Die Sinusform 180 aus Fig. 4 maximiert demnach den optimalen Blockadewinkel bei gegebener Form der jeweiligen Laufschaufelspitze 75 entlang der Länge derselben. Das abtragbare Muster 140 weist demnach den konkaven oder ersten Bogen 190 an dem vorderen Abschnitt 220 des Musters und den konvexen oder zweiten Bogen 200 mit der entgegen gerichteten Krümmung 210 an dem hinteren Abschnitt 230 auf. Es könnten hierin wiederum auch zahlreiche andere Muster ausgebildet sein.
[0023] Die Gesamtform des Musters 140 im Allgemeinen und die doppelte Bogenform oder die entgegengesetzte Krümmung 210 um den hinteren Abschnitt 230 im Besonderen wirken auch zur Verringerung der Wärmebelastungen an der gesamten Ummantelung 100. Im Einzelnen erhöhen alle Rippen 110 die Wärmeübertragung, weil sie mehr benetzte Oberfläche aufweisen. Das Muster 140 kann so optimiert sein, dass der erste Bogen 190 um den vorderen Abschnitt 320 eine verbesserte Blockierung ermöglicht, während der zweite Bogen 200 oder die entgegen gerichtete Krümmung 210 um den hinteren Abschnitt 230 eine Überhitzung verhindert. Zusätzlich zum Blockieren der Leckströmung 240 können die Rippen 110 eine optimale Umwälzungsströmung 270 zwischen benachbarten Rippen 110 bewirken. Diese Umwälzungsströmung 270 zwischen Rippen kann aus kühler Luft erzeugt werden, die zwischen benachbarten Laufschaufeln 55 zurückgehalten sein kann. Das Muster 140 gleicht demnach die Leckageverringerung mit einem verringerten Wärmeübergang ab.
[0024] Die abtragbare Ummantelung 100 mit dem abtragbaren Muster 140 begrenzt dadurch die Leckströmung 240 durch den Spalt hindurch und die Probleme im Zusammenhang damit, wie z.B. eine Verschlechterung der aerodynamischen Effizienz und erhöhte Wärmebelastungen der Ummantelung. Im Einzelnen kann das abtragbare Muster 140 bezogen auf die Leckströmung 240, die über die Laufschaufelspitze 75 hinweg strömt, und auf die gesamte Wärmeübertragung optimiert sein. Es könnten auch andere Arten von abtragbaren Mustern 140 in Verbindung mit anderen Arten und Formen von Laufschaufelspitzen verwendet werden. Im Vergleich zu einer Ummantelung ohne ein Muster auf dieser, ist die hierin beschriebene abtragbare Ummantelung 100 feststellbar kühler und lässt weniger Leckströmung 240 um den vorderen Abschnitt 320 von ihr durch. Der hintere Abschnitt 230 kann etwas wärmer sein, aber weniger warm als er anderenfalls bei ähnlichen Leckströmungen wäre.
[0025] Die Verringerung der Leckströmung 240 verringert demnach die aerodynamischen Verluste um die Laufschaufel 55 und die Ummantelung 100, um eine höhere Effizienz zu ermöglichen. In gleicher Weise kann die thermische Belastung an der Ummantelung 100 verringert werden, um die gesamte Dauerhaftigkeit und Lebensdauer der Komponente zu verbessern.
[0026] Die vorliegende Anmeldung offenbart eine abtragbare Laufschaufelummantelung 100 zur Verwendung mit einer Laufschaufelspitze 75, um eine Leckströmung 240 zwischen diesen hindurch zu begrenzen und die Wärmebeanspruchungen derselben zu verringern. Die abtragbare Laufschaufelummantelung 100 weist eine Grundplatte 120 und eine Anzahl von Rippen 110 auf, die an dieser angeordnet sind. Die Rippen 110 sind aus einem abtragbaren Material 130 hergestellt. Die Rippen 110 bilden ein Muster 140. Die Rippen 110 weisen eine Anzahl von Bögen 190, 200 mit wenigstens einem ersten Bogen 190 und einem zweiten Bogen 200 auf, wobei der zweite Bogen 200 eine entgegengesetzt gekrümmte Form 210 aufweist.
[0027] Bezugszeichenliste
<tb>10<SEP>Gasturbinenanlage
<tb>15<SEP>Verdichter
<tb>20<SEP>Luftstrom
<tb>25<SEP>Brennkammer
<tb>30<SEP>Brennstoffstrom
<tb>35<SEP>Verbrennungsgasstrom
<tb>40<SEP>Turbine
<tb>45<SEP>Last
<tb>50<SEP>Turbinenstufe
<tb>55<SEP>Laufschaufel
<tb>60<SEP>Schaft
<tb>65<SEP>Plattform
<tb>70<SEP>Schaufelblatt
<tb>75<SEP>Laufschaufelspitze
<tb>80<SEP>Zahn
<tb>85<SEP>Ummantelung
<tb>90<SEP>Dichtung
<tb>95<SEP>Laufschaufelspitzenspalt
<tb>100<SEP>Abtragbare Ummantelung
<tb>110<SEP>Rippe
<tb>120<SEP>Grundplattenoberfläche
<tb>130<SEP>Abtragbares Material
<tb>140<SEP>Abtragbares Muster
<tb>145<SEP>Druckpulsation
<tb>150<SEP>Kontaktbereich
<tb>160<SEP>Pfeil
<tb>170<SEP>Pfeil
<tb>180<SEP>Sinusform
<tb>190<SEP>Erster Bogen
<tb>200<SEP>Zweiter Bogen
<tb>210<SEP>Entgegen gerichtete Krümmung
<tb>220<SEP>Vorderer Abschnitt
<tb>230<SEP>Hinterer Abschnitt
<tb>240<SEP>Leckströmung
<tb>245<SEP>Bezugspunkt
<tb>250<SEP>Pfeil
<tb>260<SEP>Pfeil
<tb>255<SEP>Blockadeposition
<tb>270<SEP>Umwälzungsströmung
Claims (13)
1. Laufschaufelummantelung (100) mit Rippen aus einem abtragbaren Material zur Verwendung mit einer Laufschaufelspitze (75) zur Begrenzung einer Leckströmung (240) zwischen der Laufschaufelummantelung (100) und der Laufschaufelspitze (75) und zur Verringerung der Wärmebelastungen an der Laufschaufelummantelung (100) und der Laufschaufelspitze (75), aufweisend:
eine Grundplatte (120) und
eine Anzahl von an dieser angeordneten genannten Rippen (110);
wobei die Rippen (110) das abtragbare Material (130) aufweisen;
die Rippen (110) ein Muster (140) bilden;
jede der Rippen (110) eine Form mit einer Anzahl von Bögen (190, 200) aufweist;
die Bögen (190, 200) einen ersten Bogen (190) und einen zweiten Bogen (200) umfassen; und
der zweite Bogen (200) eine verglichen mit dem ersten Bogen (190) entgegengerichtet gekrümmte Form (210) aufweist.
2. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Bogen (190) und der zweite Bogen (200) einen sinusförmigen Verlauf (180) aufweisen.
3. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei der erste Bogen (190) bezüglich der Umlaufrichtung der Laufschaufelspitze (75) eine konkave Form aufweist.
4. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei der zweite Bogen (200) bezüglich der Umlaufrichtung der Laufschaufelspitze (75) eine konvexe Form aufweist.
5. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei bei Verwendung der Laufschaufelummantelung (100) mit einer Laufschaufelspitze (75) der erste Bogen (190) bezüglich des Gasstroms an der Laufschaufelspitze (75) gegenüber einem stromaufwärtigen vorderen Abschnitt (220) der Laufschaufelspitze (75) angeordnet ist und der zweite Bogen (200) gegenüber einem stromabwärtigen hinteren Abschnitt (230) der Laufschaufelspitze (75) angeordnet ist.
6. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei die Rippen (110) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
7. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei die Rippen (110) im Wesentlichen äquidistant zueinander angeordnet sind.
8. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei bei Verwendung der Laufschaufelummantelung (100) mit einer Laufschaufelspitze (75) der erste Bogen (190) so geformt ist, dass er im Betrieb an wenigstens einer Stelle (255) im Bezugssystem der Laufschaufelspitze (75) senkrecht zu der Leckströmung (240) ausgerichtet ist.
9. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, wobei bei Verwendung der Laufschaufelummantelung (100) mit einer Laufschaufelspitze (75) der erste Bogen (190) so geformt ist, dass er eine Anzahl von Bezugspunkten (245) aufweist und er im Betrieb an jedem der Bezugspunkte (245) im Bezugssystem der Laufschaufelspitze (75) senkrecht zu der Leckströmung (240) ausgerichtet ist.
10. Laufschaufelummantelung (100) nach Anspruch 1, bei der die mehreren Rippen (110) derart ausgebildet und zueinander angeordnet sind, dass sich im Betrieb zwischen benachbarten Rippen (110) eine Umwälzströmung (270) ausbildet.
11. Verfahren zur Herstellung einer Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend:
Bestimmen einer Richtung der Leckströmung (240) durch den Schaufelspitzenspalt (95) an einer Anzahl von Bezugspunkten (245) entlang der Laufschaufelspitze (75);
Ausbilden und Anordnen der Rippen (110) aus einem abtragbaren Material an der Laufschaufelummantelung (100) derart, dass jede der Rippen (110) eine Form mit in wenigstens einem ersten Bogen (190) und einem zweiten Bogen (200) aufweist und der erste Bogen (190) so geformt ist, dass er im Betrieb an jedem der Bezugspunkte (245) im Bezugssystem der Laufschaufelspitze (75) senkrecht zu der Leckströmung (240) ausgerichtet ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Rippen (110) derart ausgebildet und angeordnet werden, dass sich im Betrieb beim Drehen der Laufschaufelspitze (75) eine Druckpulsation (145) um die Rippen (110) ausbildet.
13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Rippen (110) derart ausgebildet und angeordnet werden, dass sich im Betrieb beim Drehen der Laufschaufelspitze (75) eine Umwälzströmung (270) zwischen den benachbarten Rippen (110) ausbildet.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/882,311 US8579581B2 (en) | 2010-09-15 | 2010-09-15 | Abradable bucket shroud |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH703758A2 CH703758A2 (de) | 2012-03-15 |
| CH703758B1 true CH703758B1 (de) | 2016-02-15 |
Family
ID=45756218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH01494/11A CH703758B1 (de) | 2010-09-15 | 2011-09-09 | Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material. |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8579581B2 (de) |
| JP (1) | JP5802493B2 (de) |
| CN (1) | CN102434220B (de) |
| CH (1) | CH703758B1 (de) |
| DE (1) | DE102011053048B4 (de) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9598969B2 (en) | 2012-07-20 | 2017-03-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Turbine, manufacturing method thereof, and power generating system |
| JP5951387B2 (ja) * | 2012-07-20 | 2016-07-13 | 株式会社東芝 | ラビリンスシール部およびタービン |
| CN103883361B (zh) * | 2012-12-20 | 2016-05-04 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 涡轮叶片 |
| US10612407B2 (en) | 2013-02-28 | 2020-04-07 | United Technologies Corporation | Contoured blade outer air seal for a gas turbine engine |
| US9816392B2 (en) * | 2013-04-10 | 2017-11-14 | General Electric Company | Architectures for high temperature TBCs with ultra low thermal conductivity and abradability and method of making |
| CN103422912B (zh) * | 2013-08-29 | 2015-04-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种包括叶顶带有孔窝的动叶片的涡轮 |
| US8939716B1 (en) | 2014-02-25 | 2015-01-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine abradable layer with nested loop groove pattern |
| US9249680B2 (en) | 2014-02-25 | 2016-02-02 | Siemens Energy, Inc. | Turbine abradable layer with asymmetric ridges or grooves |
| US9243511B2 (en) | 2014-02-25 | 2016-01-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine abradable layer with zig zag groove pattern |
| US8939706B1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-01-27 | Siemens Energy, Inc. | Turbine abradable layer with progressive wear zone having a frangible or pixelated nib surface |
| US9151175B2 (en) | 2014-02-25 | 2015-10-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine abradable layer with progressive wear zone multi level ridge arrays |
| US8939707B1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-01-27 | Siemens Energy, Inc. | Turbine abradable layer with progressive wear zone terraced ridges |
| EP3111051A1 (de) * | 2014-02-25 | 2017-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinenringsegment mit abreibbarer schicht mit zusammengesetztem winkel, asymmetrischem oberflächendichtefirst und rillenmuster |
| US8939705B1 (en) | 2014-02-25 | 2015-01-27 | Siemens Energy, Inc. | Turbine abradable layer with progressive wear zone multi depth grooves |
| RU2016137904A (ru) | 2014-02-25 | 2018-03-29 | Сименс Акциенгезелльшафт | Термобарьерное покрытие компонента турбины с изолирующими трещины техническими элементами в виде канавок |
| JP2017521552A (ja) * | 2014-05-15 | 2017-08-03 | ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータＮｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ． | ターボマシンの構成要素を製造する方法、ターボマシンの構成要素、および、ターボマシン |
| WO2016133583A1 (en) | 2015-02-18 | 2016-08-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine shroud with abradable layer having ridges with holes |
| EP3259452A2 (de) | 2015-02-18 | 2017-12-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Formung von kühlpassagen in verbrennungsturbine-superlegierungsgussteilen |
| CN112031878A (zh) * | 2020-11-05 | 2020-12-04 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 一种涡轮转子叶片叶尖双层壁结构 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3019920C2 (de) * | 1980-05-24 | 1982-12-30 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Einrichtung zur äußeren Ummantelung der Laufschaufeln von Axialturbinen für Gasturbinentriebwerke |
| JPH10266804A (ja) * | 1997-03-26 | 1998-10-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | チップシュラウド翼キャビティ |
| US6660405B2 (en) | 2001-05-24 | 2003-12-09 | General Electric Co. | High temperature abradable coating for turbine shrouds without bucket tipping |
| FR2832180B1 (fr) | 2001-11-14 | 2005-02-18 | Snecma Moteurs | Revetement abradable pour parois de turbines a gaz |
| US6887528B2 (en) | 2002-12-17 | 2005-05-03 | General Electric Company | High temperature abradable coatings |
| US20050003172A1 (en) * | 2002-12-17 | 2005-01-06 | General Electric Company | 7FAstage 1 abradable coatings and method for making same |
| US6916529B2 (en) | 2003-01-09 | 2005-07-12 | General Electric Company | High temperature, oxidation-resistant abradable coatings containing microballoons and method for applying same |
| EP1591626A1 (de) * | 2004-04-30 | 2005-11-02 | Alstom Technology Ltd | Schaufel für Gasturbine |
| US7614847B2 (en) * | 2004-11-24 | 2009-11-10 | General Electric Company | Pattern for the surface of a turbine shroud |
| US7600968B2 (en) | 2004-11-24 | 2009-10-13 | General Electric Company | Pattern for the surface of a turbine shroud |
| EP1715140A1 (de) * | 2005-04-21 | 2006-10-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinenschaufel mit einer Deckplatte und einer auf der Deckplatte aufgebrachte Schutzschicht |
| US7500824B2 (en) | 2006-08-22 | 2009-03-10 | General Electric Company | Angel wing abradable seal and sealing method |
| US8622784B2 (en) | 2008-07-02 | 2014-01-07 | Huffman Corporation | Method for selectively removing portions of an abradable coating using a water jet |
-
2010
- 2010-09-15 US US12/882,311 patent/US8579581B2/en active Active
-
2011
- 2011-08-26 DE DE102011053048.7A patent/DE102011053048B4/de active Active
- 2011-09-09 CH CH01494/11A patent/CH703758B1/de not_active IP Right Cessation
- 2011-09-12 JP JP2011197910A patent/JP5802493B2/ja active Active
- 2011-09-15 CN CN201110283399.5A patent/CN102434220B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102011053048B4 (de) | 2022-07-21 |
| CN102434220B (zh) | 2015-08-26 |
| US8579581B2 (en) | 2013-11-12 |
| CN102434220A (zh) | 2012-05-02 |
| CH703758A2 (de) | 2012-03-15 |
| DE102011053048A1 (de) | 2012-03-15 |
| JP5802493B2 (ja) | 2015-10-28 |
| JP2012062887A (ja) | 2012-03-29 |
| US20120063881A1 (en) | 2012-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CH703758B1 (de) | Laufschaufelummantelung mit Rippen aus einem abtragbaren Material. | |
| DE60224339T2 (de) | Kühleinsatz mit tangentialer Ausströmung | |
| DE60029405T2 (de) | Abriebbeständige Verdichterstufe | |
| DE602005004447T2 (de) | Manschettendichtung für Turbinenleitschaufeln | |
| DE60016058T2 (de) | Gekühlter Turbinen-Mantelring | |
| DE69509893T2 (de) | Turbinengehäusesegment mit hinterschnittenen befestigungshaken | |
| DE60318792T2 (de) | Zapfluft-Gehäuse für einen Verdichter | |
| DE102010017489B4 (de) | Turbinenmaschine mit einem Wirbelvorsprung an einer umlaufenden Komponente | |
| DE69934846T2 (de) | Dampfturbine mit Bürstendichtung | |
| EP1173657B1 (de) | Turbinenschaufel und verfahren zur herstellung einer turbinenschaufel | |
| DE102008002890A1 (de) | Wechselseitig gekühltes Turbinenleitrad | |
| DE69635324T2 (de) | Gasturbinensystem und Herstellungsverfahren | |
| DE102010038275A1 (de) | Steuerung des Toleranzspielraums von Laufschaufeln und Mänteln einer Turbine | |
| DE2943464A1 (de) | Dichtungsvorrichtung fuer ein gasturbinentriebwerk | |
| DE102010060280A1 (de) | Schaufelblatthitzeschild | |
| DE19812380A1 (de) | Träger für Dichtung mit geringer Wärmeausdehnung | |
| DE102008002932A1 (de) | Klemmplattendichtung | |
| CH708325A2 (de) | Mantelringblocksegment für eine Gasturbine. | |
| DE102017115042A1 (de) | Deckbandkonfigurationen für Turbinenlaufschaufeln | |
| EP1621730A1 (de) | Gekühltes Bauteil einer Strömungsmaschine und Verfahren zum Giessen dieses gekühlten Bauteils | |
| DE102014119693B4 (de) | Turbinenschaufel mit hohlem schaufelblatt mit inneren rippen und kühlkanälen | |
| DE4238659A1 (de) | ||
| CH704526A1 (de) | Dichtungsanordnung für eine thermische Maschine. | |
| DE102017110050A1 (de) | Aufgeweitete zentrale Ausnehmung hinter der Flügelprofilvorderkante | |
| DE102017110055A1 (de) | Zentraler Zwischenkanal, der äußere Wände hinter einem Vorderkantenkanal eines Schaufelblattes überbrückt |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| NV | New agent |
Representative=s name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH GLOBAL PATENT, CH |
|
| PL | Patent ceased |