WO2006100222A1 - Leitschaufel für eine strömungsrotationsmaschine - Google Patents

Leitschaufel für eine strömungsrotationsmaschine Download PDF

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WO2006100222A1
WO2006100222A1 PCT/EP2006/060880 EP2006060880W WO2006100222A1 WO 2006100222 A1 WO2006100222 A1 WO 2006100222A1 EP 2006060880 W EP2006060880 W EP 2006060880W WO 2006100222 A1 WO2006100222 A1 WO 2006100222A1
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WO
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guide vane
sealing means
support structure
side wall
blade
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PCT/EP2006/060880
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Anatolievich Khanin
Alexander Vasilievich Chekanov
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
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Priority to EP06725171A priority patent/EP1861582A1/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/042Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector fixing blades to stators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005Sealing means between non relatively rotating elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/55Seals

Definitions

  • the invention relates to a guide vane for a
  • Flow rotary machine in particular for a gas turbine stage, with a vane blade, a radially outer with the vane blade connected platform with the guide vane blade radially remote platform top on which a connection structure for attachment of the vane to a support structure is provided, the platform top radially projecting beyond an inner cavity has limiting side wall portions on which at least in sections a joining contour is provided which can be inserted into a counter-contoured within the support structure receiving form.
  • Guide vanes of a flow-rotation machine in particular in the case of a gas turbine plant, are directly exposed to the effluent from the combustion chamber hot gases and are therefore subject to high thermal loads, which are far beyond the material-specific thermal load limits of the individual components in modern gas turbine plants. For this reason, the gas turbine components directly exposed to the hot gases, in particular the guide vanes and rotor blades, must be cooled, so that it can be ensured that the relevant components do not overheat and suffer no irreversible damage caused by thermally induced material degradation.
  • Such cooling measures are widely known and usually relate to a targeted cooling air supply to the individual components to be cooled, wherein as cooling air, a part of the Compressor unit of the gas turbine plant leaking compressed combustion air is diverted, which is thus not available to the further combustion process.
  • the amount of cooling air branched off from the compressed supply air for cooling purposes should be kept as low as possible so as not to have a lasting effect on the performance of the gas turbine plant.
  • it is as effective as possible and without loss, so in particular without leakage losses, to lead the diverted portion of cooling air to the individual gas turbine components to be cooled.
  • the cooling air supplied to a guide vane for cooling purposes must be used effectively and without leakage losses.
  • FIGS. 2 a and 2 b the radially outer portion of a guide blade 1 with adjacent stator-side support structure 2 is shown in lateral and cross-sectional representation.
  • FIG. 2 a shows an axial side view of a guide blade 1, which opens radially inwards into the flow channel K. Axially offset from the guide blade 1, a blade La is strongly schematized indicated.
  • the guide blade 1 has, in a manner known per se, an internal channel system KS, which can be taken from the cross-sectional image shown in FIG. 2b, which is drawn along the sectional plane A-A.
  • compressed cooling air L is supplied to the vane 1 through a cooling air supply channel SC provided on the stator side.
  • the guide blade 1 is composed of a guide blade 3 (see FIG. 2 b), a platform 4 adjoining the guide blade 3 radially outside and a connection structure 5 opposite the guide blade 3 relative to the platform 4, with which the guide blade 1 in the support structure 2 of FIG Housing the flow rotary machine, respectively, the gas turbine plant is attached.
  • the platform 4 has a first upper side 41 facing the flow channel K and a second upper side 42 facing away from the flow channel K.
  • Over the plane of the platform top 42 projects radially the connecting structure 5, which with their side wall portions 51 and 52 and the front side wall portions not shown in Figure 2b enclose an inner cavity 6, which is openly connected on the one hand to the cooling air supply channel SC and the other with the cooling channel system KS of the guide vane 1.
  • the lateral dimensioning of the cavity 6 in the plane of the platform surface 42 is preferably selected such that the cross section obtained in the radial projection on the blade airfoil 3 of the guide blade 1 is preferably completely covered by the cavity 6, so that all incorporated within the guide blade 3 cooling channels KS with Cooling air L can be supplied from the cavity 6. As a result, an optimal cooling air supply of the blade airfoil 3 is ensured.
  • the attachment of the guide blade 1 within the usually annular support structure 2, takes place in longitudinally within the support structure 2 extending recesses 2 ', in the side of the side wall portions 51 and 52 open at its upper region, collar-shaped joint contours 7.
  • the joining tolerances between the recesses 2 'and the collar-shaped joining contours 7 are selected such that rapid assembly by smooth longitudinal insertion of the joining contours in the groove-shaped recesses is possible, on the other hand, a gas-tight pressure between the joining contours and the recesses in the way operation-related heating and an associated material expansion is ensured so that no, entering through the supply cooling channel SC in the cavity 6 cooling air is able to pass through the joint connection described above.
  • an intermediate gap 8 is provided which is perpendicular to the plane shown in Figure 2b over the entire longitudinal longitudinal extent of the attachment structure. 5 and thus over the frontal surface wall portions 53 and 54 (not shown in Figure 2b) extends.
  • the intermediate gap 8 which is also formed between the front-side surface wall sections 53 and 54 and the radially opposite support structure 2, provides an excellent opportunity to escape through adjacent gaps. Corresponding leakage paths can be taken from FIG. 2a on the basis of the arrow representations which represent the leakage flows therein.
  • the cavity 6 is supplied by the main cooling air flow from the supply cooling channel SC, from the partial flows on both sides laterally over the upper edges of the end face surface portions 53 and 54 through the respective intermediate gaps 8 can escape laterally.
  • the laterally escaping cooling air partial flows pass on the one hand between radially extending intermediate gaps 9 between the support structure 2 and axially adjacent Leitschaufelgephaseuse Schemee and ultimately able to pass through further intermediate gaps unused in the flow channel K (see dashed arrow).
  • Such leakage losses should be avoided, but without affecting the performance and the ability to install the individual components.
  • the invention has for its object to take measures on the vane concept described above, with which to reduce the leakage losses of cooling air, which is largely useless lost by intermediate gaps in the flow channel.
  • the measures to be taken should not adversely affect the functioning as well as the assembly of the individual components. Likewise, it should be possible to retrofit also already in use guide vanes in order to reduce harmful leakage flows.
  • a guide vane for a flow-rotating machine in particular for a gas turbine stage, is provided with a vane blade, a radially outer platform connected to the vane blade with a platform top radially remote from the vane blade, on which a connection structure for attachment of the vane to a support structure is provided, which is the platform top radially outwardly projecting, an inner cavity bounding side wall portions on which at least partially a joining contour is provided, which is inserted into a counter-contoured within the support structure receiving form, formed such that at least one sealing means is provided between the connecting structure and the support structure.
  • the sealing means is preferably arranged between the connection structure and the support structure, so that substantially no leakage flows laterally out of the cavity, which is bounded laterally by the side wall portions of the connection structure, between the radially upper edge of the connection structure and this radially opposite support structure can escape.
  • the connecting structure usually provides four side wall sections which are joined to one another in a rectangle shape, of which two opposite side wall sections each have a collar-shaped joining contour which, when inserted, forms a largely gas-tight connection with the supporting structure
  • the sealing means are preferably between the front and the rear end-side side wall sections. preferably at their respective radially outer boundary surfaces, which face the support structure to provide.
  • a spring element allows for a dimensioning of the groove-shaped recess within the respective side wall portion and the dimensioning of the sealant to be selected such that for assembly purposes, the sealant against the spring force can be completely pressed into the groove-shaped recess and thus no projection on the radially outer Has boundary surface of the respective front side wall portion.
  • the respective internal in the groove spring element ensures that the force applied to the sealant radially outward against a correspondingly provided on the support structure surface area and thus provides an effective sealing function. It is also conceivable, instead of applying the sealing means within the connecting structure, to provide the sealing means on the supporting structure in a region which lies opposite the front or rear end-side side wall sections.
  • 1a is a schematic longitudinal sectional view of a connection region between a guide vane and a stator-side support structure in a gas turbine arrangement
  • Fig. 2a shows a schematic longitudinal section through the
  • Fig. 2b shows a cross-sectional view of the connection region between a
  • FIG. 1a shows a schematic partial representation of a longitudinal section through the joining region of a guide blade 1 with a stator-side arranged support structure 2, which is preferably designed as a support ring within a stator housing.
  • a stator-side arranged support structure 2 which is preferably designed as a support ring within a stator housing.
  • Within the boundary surface 11 of the respective side wall portion 53, 54 a groove-shaped recess 13 is introduced, in which a spring element 14 and the sealant 12 are introduced.
  • the groove-shaped recess 13 extends over almost the entire length of the radially outer boundary surface of the respective side wall portion 53, 54, so that in a preferred embodiment, the spring element is formed as an elongated plate spring 14 and the sealant 12 as adapted to the dimensions of the groove-shaped recess 13 a assumes rod-shaped form.
  • a possible preferred embodiment of the spring element 14 and the sealant 12 is referred to the perspective view of Figure 1c, which shows an oblique view of the radially outer top 42 of the platform 4 with the connection structure 5, each of the side wall portions 51 to 54 exhibit.
  • the groove-shaped recess 13 has a groove depth which makes it possible to press the sealing means 12 completely into the groove recess 13 by means of a corresponding external force acting on the spring element 14. As a result, the ease of assembly of the guide vane can be improved.
  • the sealing means 12 projects radially from the groove 13 and exerts spring force against the radially opposite surface area of the support structure 2, thereby ensuring a fluid-tight seal of the intermediate gap 8.
  • sealing means are each formed identically to each other and each have a length through which a complete sealing of the intended for assembly purposes between the connecting structure 5 and the support structure 2 gap 8 is effected, which are for sealing appropriate measures cost-effective and easy to implement in the realization.
  • vanes can be equipped by appropriate post-processing with the proposed sealing system. For this purpose, only two milling operations are required, which are necessary for the preparation of the two groove-shaped recesses 13.

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Abstract

Beschrieben wird eine Leitschaufel für eine Strömungsrotationsmaschine, insbesondere für eine Gasturbinenstufe, mit einem Leitschaufelblatt (3), eine radial äußeren mit dem Leitschaufelblatt (3) verbundenen Plattform (4) mit einer dem Leitschaufelblatt (3) radial abgewandten Plattformoberseite (42), an der eine Verbindungs struktur (5) zur Befestigung der Leitschaufel (1) an einer Tragstruktur (2) vorgesehen ist, die die Plattformoberseite (42) radialwärts überragende, einen inneren Hohlraum (6) begrenzende Seitenwandabschnitte (51 , 52, 53, 54) aufweist, an denen zumindest abschnittsweise eine Fügekontur (7) vorgesehen ist, die in eine innerhalb der Tragstruktur (2) gegenkonturierte Aufnahmeform (2') einfügbar ist. Darüber hinaus ist zwischen der Verbindungsstruktur (5) und der Tragstruktur (2) wenigstens ein Dichtmittel (12) vorgesehen ist.

Description

Leitschaufel für eine Strömungsrotationsmaschine
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitschaufel für eine
Strömungsrotationsmaschine, insbesondere für eine Gasturbinenstufe, mit einem Leitschaufelblatt, einer radial äußeren mit dem Leitschaufelblatt verbundenen Plattform mit einer dem Leitschaufelblatt radial abgewandten Plattformoberseite, an der eine Verbindungsstruktur zur Befestigung der Leitschaufel an einer Tragstruktur vorgesehen ist, die die Plattformoberseite radialwärts überragende, einen inneren Hohlraum begrenzende Seitenwandabschnitte aufweist, an denen zumindest abschnittsweise eine Fügekontur vorgesehen ist, die in eine innerhalb der Tragstruktur gegenkonturierte Aufnahmeform einfügbar ist.
Stand der Technik
Leitschaufeln einer Strömungsrotationsmaschine, insbesondere im Falle einer Gasturbinenanlage, sind unmittelbar den aus der Brennkammer ausströmenden Heißgasen ausgesetzt und unterliegen demzufolge hohen thermischen Belastungen, die bei modernen Gasturbinenanlagen weit über den materialspezifischen thermischen Belastbarkeitsgrenzen der einzelnen Komponenten liegen. Aus diesem Grunde müssen die den Heißgasen unmittelbar ausgesetzten Gasturbinenkomponenten, so insbesondere die Leit- und Laufschaufeln, gekühlt werden, so dass gewährleistet werden kann, dass die betreffenden Komponenten nicht überhitzen und keinerlei durch thermisch bedingte Materialdegradationen hervorgerufene irreversible Schädigungen erleiden. Derartige Kühlmaßnahmen sind vielfältig bekannt und betreffen üblicherweise eine gezielte Kühlluftzufuhr an die einzelnen zu kühlenden Komponenten, wobei als Kühlluft ein Teil der aus der Kompressoreinheit der Gasturbinenanlage austretenden komprimierten Verbrennungsluft abgezweigt wird, die somit dem weiteren Verbrennungsvorgang nicht zur Verfügung steht.
Es liegt auf der Hand, dass die zu Kühlzwecken aus der verdichteten Zuluft abgezweigte Kühlluftmenge möglichst gering zu halten ist, um das Leistungsvermögen der Gasturbinenanlage nicht nachhaltig zu beeinflussen. Zudem gilt es den abgezweigten Kühlluftanteil möglichst effektiv und ohne Verluste, so insbesondere ohne Leckageverluste, an die einzelnen zu kühlenden Gasturbinenkomponenten zu führen. Im Falle des im Weiteren beschriebenen Leitschaufelkonzeptes gilt es die einer Leitschaufel zu Kühlzwecken zugeführte Kühlluft effektiv und ohne Leckageverluste zu nutzen.
In den Figuren 2a und 2b ist jeweils in Seiten- und Querschnittsdarstellung der radial außen liegende Teilbereich einer Leitschaufel 1 mit angrenzender statorseitiger Tragstruktur 2 dargestellt. Figur 2a zeigt eine axiale Seitenansicht einer Leitschaufel 1 , die radial nach innen in den Strömungskanal K einmündet. Axial versetzt zur Leitschaufel 1 ist eine Laufschaufel La stark schematisiert angedeutet. Die Leitschaufel 1 weist in an sich bekannter Weise ein innen liegendes Kanalsystem KS auf, das aus dem in Figur 2b dargestellten Querschnittsbild, das längs der Schnittebene A-A gezeichnet ist, zu entnehmen ist. Zur Kühlung der Leitschaufel 1 wird komprimierte Kühlluft L durch einen statorseitig vorgesehenen Kühlluftversorgungskanal SC der Leitschaufel 1 zugeführt.
Die Leitschaufel 1 setzt sich aus einem Leitschaufelblatt 3 (siehe Figur 2b), einer sich radial außen an das Leitschaufelblatt 3 anschließenden Plattform 4 sowie einer dem Leitschaufelblatt 3 relativ zur Plattform 4 gegenüberliegenden Verbindungsstruktur 5 zusammen, mit der die Leitschaufel 1 in der Tragstruktur 2 des Gehäuses der Strömungsrotationsmaschine, respektive der Gasturbinenanlage befestigt ist. Die Plattform 4 weist hierbei eine dem Strömungskanal K zugewandte erste Oberseite 41 und eine dem Strömungskanal K abgewandte zweite Oberseite 42 auf. Über der Ebene der Plattformoberseite 42 ragt radialwärts die Verbindungsstruktur 5, die mit ihren Seitenwandabschnitten 51 und 52 sowie den in Figur 2b nicht dargestellten stirnseitigen Seitenwandabschnitten einen innen liegenden Hohlraum 6 umschließen, der einerseits mit dem Kühlluftversorgungskanal SC und andererseits mit dem Kühlkanalsystem KS der Leitschaufel 1 offen verbunden ist. Die laterale Dimensionierung des Hohlraumes 6 in der Ebene der Plattformoberfläche 42 ist vorzugsweise derart gewählt, dass der in radialer Projektion auf das Laufschaufelblatt 3 der Leitschaufel 1 erhaltene Querschnitt vorzugsweise vollständig vom Hohlraum 6 überdeckt ist, so dass sämtliche innerhalb des Leitschaufelblattes 3 eingearbeiteten Kühlkanäle KS mit Kühlluft L aus dem Hohlraum 6 versorgt werden können. Hierdurch ist eine optimale Kühlluftversorgung des Laufschaufelblattes 3 sichergestellt.
Die Befestigung der Leitschaufel 1 innerhalb der zumeist ringförmig ausgebildeten Tragstruktur 2, erfolgt in longitudinal innerhalb der Tragstruktur 2 verlaufenden Ausnehmungen 2', in die seitlich die Seitenwandabschnitte 51 und 52 an ihrem oberen Bereich überragende, kragenförmig ausgebildete Fügekonturen 7 einmünden. Die Fügetoleranzen zwischen den Ausnehmungen 2' und den kragenartig ausgebildeten Fügekonturen 7 sind derart gewählt, dass einerseits eine schnelle Montage durch leichtgängiges longitudinales Einführen der Fügekonturen in die nutförmig ausgebildeten Ausnehmungen möglich ist, andererseits jedoch eine gasdichte Pressung zwischen den Fügekonturen und den Ausnehmungen im Wege einer betriebsbedingten Erwärmung und eine damit verbundene Materialausdehnung gewährleistet ist, so dass keine, durch den Versorgungskühlkanal SC in den Hohlraum 6 eintretende Kühlluft die vorstehend beschriebene Fügeverbindung zu passieren vermag.
Aus betriebs- sowie auch montagetechnischen Gründen ist zwischen der radial äußersten Begrenzungsfläche 9' der Seitenwandabschnitte 51 und 52 und der inneren Konturierung der Tragstruktur 2 ein Zwischenspalt 8 vorgesehen, der sich senkrecht zu der in Figur 2b dargestellten Zeichenebene über die gesamte longitudinale Längserstreckung der Befestigungsstruktur 5 und damit über die stirnseitigen Flächenwandabschnitte 53 und 54 (in Figur 2b nicht dargestellt) erstreckt. Für die in den Hohlraum 6 einströmende Kühlluft eröffnet sich durch den Zwischenspalt 8, der sich auch zwischen den stirnseitigen Flächenwandabschnitten 53 und 54 und der radial gegenüberliegenden Tragstruktur 2 ausbildet, eine vortreffliche Möglichkeit durch angrenzende Spalte zu entweichen. Diesbezügliche Leckagepfade sind der Figur 2a anhand der darin die Leckageströmungen repräsentierende Pfeildarstellungen zu entnehmen. So wird der Hohlraum 6 von der Hauptkühlluftströmung aus dem Versorgungskühlkanal SC versorgt, aus der Teilströmungen beidseitig seitlich über die Oberkanten der stirnseitigen Flächenwandabschnitte 53 und 54 durch die jeweiligen Zwischenspalte 8 seitlich entweichen kann. Die seitlich entweichenden Kühlluftteilströme gelangen einerseits zwischen radial verlaufende Zwischenspalte 9 zwischen der Tragstruktur 2 und axial angrenzenden Leitschaufelgehäusebereichen und vermögen letztlich über weitere Zwischenspalte ungenutzt in den Strömungskanal K (siehe gestrichelte Pfeildarstellung) zu gelangen. Derartige Leckageverluste gilt es zu vermeiden, ohne jedoch das Betriebsverhalten sowie die Montagefähigkeit der einzelnen Komponenten zu beeinträchtigen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen an dem vorstehend beschriebenen Leitschaufelkonzept zu ergreifen, mit denen die Leckageverluste an Kühlluft, die weitgehend nutzlos durch Zwischenspalte in den Strömungskanal verloren geht, zu reduzieren. Die zu ergreifenden Maßnahmen sollen die Funktionsweise sowie auch die Montierbarkeit der einzelnen Komponenten nicht beeinträchtigen. Ebenfalls soll es möglich sein, auch bereits im Einsatz befindliche Leitschaufeln entsprechend nachzurüsten, um schädliche Leckageströmungen zu reduzieren.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben, den Lösungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Lösungsgemäß ist eine Leitschaufel für eine Strömungsrotationsmaschine, insbesondere für eine Gasturbinenstufe, mit einem Leitschaufelblatt, einer radial äußeren mit dem Leitschaufelblatt verbundenen Plattform mit einer dem Leitschaufelblatt radial abgewandten Plattformoberseite, an der eine Verbindungsstruktur zur Befestigung der Leitschaufel an einer Tragstruktur vorgesehen ist, die die Plattformoberseite radialwärts überragende, einen inneren Hohlraum begrenzende Seitenwandabschnitte aufweist, an denen zumindest abschnittsweise eine Fügekontur vorgesehen ist, die in eine innerhalb der Tragstruktur gegenkonturierte Aufnahmeform einfügbar ist, derart ausgebildet, dass zwischen der Verbindungsstruktur und der Tragstruktur wenigstens ein Dichtmittel vorgesehen ist.
Das Dichtmittel ist vorzugsweise derart zwischen der Verbindungsstruktur und der Tragstruktur angeordnet, so dass weitgehend keine Leckageströme seitlich aus dem Hohlraum, der von den Seitenwandabschnitten der Verbindungsstruktur lateral begrenzt wird, zwischen der radial oberen Kante der Verbindungsstruktur und der dieser radial gegenüberliegenden Tragstruktur entweichen kann.
Da die Verbindungsstruktur üblicherweise vier in Rechtecksform zueinander gefügte Seitenwandabschnitte vorsieht, von denen zwei gegenüberliegende Seitenwandabschnitte jeweils eine kragenförmig ausgebildete Fügekontur aufweisen, die im eingefügten Zustand eine weitgehend gasdichte Verbindung mit der Tragstruktur eingehen, sind die Dichtmittel vorzugsweise zwischen der vorderen und der hinteren stirnseitigen Seitenwandabschnitte, vorzugsweise an ihrer jeweils radialseitig außen liegenden Begrenzungsflächen, die der Tragstruktur zugewandt sind, vorzusehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform bietet es sich an, längs der vorstehend genannten radial äußeren Begrenzungsflächen der stirnseitigen vorderen und hinteren Seitenwandabschnitte jeweils nutförmige Ausnehmungen einzubringen, in die die als Band- oder Streifendichtungen ausgebildeten Dichtmittel einbringbar sind, wobei die Dichtmittel über die jeweiligen Begrenzungsflächen erhaben ausgebildet sind. Um die Montage, aber insbesondere die Dichtungseigenschaften derartiger Dichtmittel zu verbessern, ist zusätzlich zu jedem einzelnen Dichtmittel ein Federelement in die nutförmige Ausnehmung einzubringen, so dass das jeweilige Dichtmittel federkraftbeaufschlagt von Seiten der Verbindungsstruktur an einen Oberflächenbereich der Tragstruktur federkraftbeaufschlagt angepresst wird. Das Vorsehen eines Federelementes erlaubt zum einen die Dimensionierung der nutförmigen Ausnehmung innerhalb des jeweiligen Seitenwandabschnittes sowie die Dimensionierung des Dichtmittels derart zu wählen, so dass zu Montagezwecken das Dichtmittel entgegen der Federkraft vollständig in die nutförmige Ausnehmung eingepresst werden kann und somit keinen Überstand über die radial äußere Begrenzungsfläche des jeweils stirnseitigen Seitenwandabschnittes aufweist. Im montieren, d. h. eingefügten Zustand der Verbindungsstruktur in die entsprechende Ausnahmeform innerhalb der Tragstruktur sorgt das jeweils in der Nut innenliegende Federelement dafür, das das Dichtmittel kraftbeaufschlagt radial nach außen gegen einen entsprechend an der Tragstruktur vorgesehenen Oberflächenbereich getrieben wird und somit für eine effektive Dichtungsfunktion sorgt. Ebenso ist es denkbar, anstelle des Anbringens des Dichtmittels innerhalb der Verbindungsstruktur das Dichtmittel an der Tragstruktur vorzusehen in einem Bereich, der den vorderen bzw. hinteren stirnseitigen Seitenwandabschnitten gegenüberliegt.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a schematisierte Längsschnittdarstellung eines Verbindungsbereiches zwischen einer Leitschaufel und einer statorseitigen Tragstruktur in einer Gasturbinenanordnung,
Fig. 1 b die Teildarstellung für die Anbringung eines Dichtmittels innerhalb eines Seitenwandabschnittes in der Verbindungsstruktur, Fig. 1c perspektivische Darstellung der Verbindungsstruktur mit Plattform,
Fig. 2a schematisierte Längsschnittdarstellung durch den
Verbindungsbereich zwischen einer Leitschaufel und einer statorseitigen Tragstruktur gemäß Stand der Technik sowie Fig. 2b Querschnittsdarstellung des Verbindungsbereiches zwischen einer
Leitschaufel und einer statorseitigen Tragstruktur gemäß Stand der
Technik.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Figur 1a zeigt eine schematisierte Teildarstellung eines Längsschnittes durch den Fügebereich einer Leitschaufel 1 mit einer statorseitig angeordneten Tragstruktur 2, die vorzugsweise als Tragring innerhalb eines Statorgehäuses ausgebildet ist. Im Unterschied zu der in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Leitschaufelausbildung gemäß Figur 2a, sieht die lösungsgemäss ausgebildete Leitschaufel 1 jeweils an den radial äußeren Begrenzungsflächen 11 der vorderen und hinteren stirnseitigen Seitenwandabschnitte 53 und 54 jeweils ein Dichtmittel 12 vor, dessen Anbringung und Ausgestaltung innerhalb des jeweiligen Seitenwandabschnittes in der Detaildarstellung gemäß Figur 1b vergrössert dargestellt ist. Innerhalb der Begrenzungsfläche 11 des jeweiligen Seitenwandabschnittes 53, 54 ist eine nutförmige Ausnehmung 13 eingebracht, in der ein Federelement 14 sowie das Dichtmittel 12 eingebracht sind. Die nutförmige Ausnehmung 13 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge der radial äußeren Begrenzungsfläche des jeweiligen Seitenwandabschnittes 53, 54, so dass in einer bevorzugten Ausführungsform das Federelement als längliche Plattfeder 14 ausgebildet ist und das Dichtmittel 12 gleichsam an die Dimensionen der nutförmigen Ausnehmung 13 angepasst eine stabförmige Form annimmt. Zur besseren Verdeutlichung eine möglichen bevorzugten Ausbildung des Federelementes 14 sowie des Dichtmittels 12 sei auf die perspektivische Darstellung gemäß Figur 1c verwiesen, die eine Schrägsicht auf die radial außen liegende Oberseite 42 der Plattform 4 zeigt mit der Verbindungsstruktur 5, die jeweils die Seitenwandabschnitte 51 bis 54 aufweisen. Deutlich zu erkennen sind die parallel zueinander verlaufenden Seitenwandabschnitte 51 und 52 an deren radial äußeren Rand jeweils eine kragenförmige Ausformung 6, 7 vorgesehen ist, die für die mechanische Befestigung der Leitschaufel innerhalb der Tragstruktur sorgt. An den stirnseitigen vorderen und hinteren Seitenwandabschnitten 53 und 54 sind die vorstehend bezeichneten nutförmigen Ausnehmungen 13 eingearbeitet, in denen jeweils ein Federelement 14 sowie das stabförmig ausgebildete Dichtmittel 12 einbringbar sind. Neben der in Figur 1c abgebildeten Ausführungsform der plattförmig ausgebildeten Feder 14 können auch alternative Federformen verwendet werden, wie bspw. Helikalfedem oder Rundfedern o. ä..
Aus der Detaildarstellung gemäß Figur 1 b kann entnommen werden, dass die nutförmige Ausnehmung 13 eine Nuttiefe aufweist, die es ermöglicht, das Dichtmittel 12 durch entsprechende äußere Krafteinwirkung auf das Federelement 14 vollständig in die Nutausnehmung 13 zu pressen. Hierdurch kann die Montagefreundlichkeit der Leitschaufel verbessert werden. Im montierten Zustand, der in der Bilddarstellung gemäß Figur 1 b dargestellt ist, ragt das Dichtmittel 12 federkraftbeaufschlagt aus der Nut 13 radialseits empor und drückt federkraftbeaufschlagt gegen den radialseits gegenüberliegenden Oberflächenbereich der Tragstruktur 2, so dass hierdurch eine fluiddichte Abdichtung des Zwischenspaltes 8 gewährleistet ist.
Durch Vorsehen der lösungsgemäß vorgeschlagenen Dichtmittel 12 an dem jeweils stirnseitig angeordneten Seitenwandabschnitten 53, 54 der Verbindungsstruktur 5 einer Leitschaufel 1 kann vermieden werden, dass der Kühlluftstrom gemäß Figur 1a, der in den Hohlraum 6 der Leitschaufel 1 von Seiten des Kühlluftversorgungskanals SC eintritt, seitlich in die lateral an die Verbindungsstruktur 5 angrenzenden Zwischenspalte entweichen kann. Vielmehr sorgen die Dichtmittel 12 dafür, dass der Kühlluftstrom nahezu gesamtheitlich innerhalb der innenliegenden Kühlkanalsysteme innerhalb der Leitschaufel geführt wird und somit zu einer optimalen Kühlung der Leitschaufel dient. Da vorzugsweise die längs des Seitenwandabschnittes 53 und 54 vorgesehenen Dichtmittel jeweils identisch zueinander ausgebildet sind und jeweils eine Länge aufweisen, durch die eine vollständige Abdichtung des aus Montagezwecken zwischen der Verbindungsstruktur 5 und der Tragstruktur 2 vorgesehenen Spaltes 8 bewirkt wird, sind die für die Abdichtung zu treffenden Maßnahmen kostengünstig und einfach in der Herstellung realisierbar. Insbesondere können bereits im Einsatz befindliche Leitschaufeln durch entsprechende Nachbearbeitung mit dem vorgeschlagenen Dichtungssystem ausgerüstet werden. Hierzu sind lediglich zwei Fräsvorgänge erforderlich, die zur Herstellung der beiden nutförmigen Ausnehmungen 13 nötig sind.
Selbstverständlich sind Abwandlungen an dem vorstehend beschriebenen Dichtungsprinzip denkbar, so bspw. die Integration der Dichtmittel innerhalb der Tragstruktur 2 im Bereich, der der äußeren Begrenzungsfläche 11 der stirnseitigen Seitenwandabschnitte 53 und 54 gegenüber liegt.
Durch die radial gerichtete federkraftbedingte Auslenkung des Dichtmittels 12 wird das Dichtmittel 12 ausschließlich senkrecht gegen den abzudichtenden Oberflächenbereich der Tragstruktur 2 gepresst. Hierdurch treten lediglich in radialer Richtung orientierte Druckkräfte innerhalb des Dichtmittels 12 auf, wodurch das Dichtmittel eine nur geringfügige mechanische Belastung erfährt. Abrieberscheinungen am Dichtmittel können somit weitgehend ausgeschlossen werden, so dass die Dichtfunktion des Dichtmittels nahezu unbegrenzt erhalten bleibt. Um die Dichtfunktion zu optimieren, gilt es Sorge dafür zu tragen, dass die Oberflächenkontur des Dichtmittels 12 an die Oberflächenkontur des abzudichtenden Oberflächenbereiches der Tragstruktur angepasst ist. Bezugszeichenliste
Leitschaufel
Tragstruktur ' Aufnahmeform
Leitschaufelblatt
Plattform
Verbindungsstruktur
Hohlraum
Fügekontur
Zwischenspalt
Zwischenspalt ' Begrenzungsfläche 0 Leitschaufelträger 1 Radial äußere Begrenzungsfläche 2 Dichtmittel 3 Nutförmige Ausnehmung 4 Federelement 1 Untere Plattformoberseite 2 Obere Plattformoberseite 1 bis 54 Seitenwandabschnitte

Claims

Patentansprüche
1. Leitschaufel für eine Strömungsrotationsmaschine, insbesondere für eine Gasturbinenstufe, mit einem Leitschaufelblatt (3), einer radial äußeren mit dem Leitschaufelblatt (3) verbundenen Plattform (4) mit einer dem Leitschaufelblatt (3) radial abgewandten Plattformoberseite (42), an der eine Verbindungsstruktur (5) zur Befestigung der Leitschaufel (1 ) an einer Tragstruktur (2) vorgesehen ist, die die Plattformoberseite (42) radialwärts überragende, einen inneren Hohlraum (6) begrenzende Seitenwandabschnitte (51 , 52, 53, 54) aufweist, an denen zumindest abschnittsweise eine Fügekontur (7) vorgesehen ist, die in eine innerhalb der Tragstruktur (2) gegenkonturierte Aufnahmeform (2') einfügbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verbindungsstruktur (5) und der Tragstruktur (2) wenigstens ein Dichtmittel (12) vorgesehen ist.
2. Leitschaufel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (12) federkraftbeaufschlagt ist und von Seiten der Verbindungsstruktur (5) gegen die Tragstruktur (2) oder umgekehrt gedrückt wird.
3. Leitschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (12) in Art einer Streifen- oder Banddichtung ausgebildet ist und eine Längserstreckung aufweist, längs der das Dichtmittel (12) abschnittsweise oder über seine gesamte Länge mit einem Federelement (14) in Wirkverbindung steht.
4. Leitschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (12) eine Dichtungsoberfläche aufweist, die entsprechend einem Oberflächebereich der Tragstruktur (2) oder der Verbindungsstruktur (5) konturiert ist, gegen das das Dichtmittel (12) federkraftbeaufschlagt pressbar ist.
5. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstruktur (5) vier, zu einem rechteckigen Rahmen zusammengefügte Seitenwandabschnitte (51 , 52, 53, 54) aufweist, von denen zwei gegenüberliegende Seitenwandabschnitte (51 , 52) überhängende Kragen als Fügekonturen (7) aufweisen, die in entsprechend gegenkonturierte Ausnehmungen (2') innerhalb der Tragstruktur (2) fügbar sind, dass längs der beiden anderen, sich gegenüberliegenden jeweils stirnseitigen Seitenwandabschnitte (53, 54) jeweils ein Dichtmittel (12) vorgesehen ist.
6. Leitschaufel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitigen Seitenwandabschnitte (53, 54) jeweils eine radial äußere Begrenzungsfläche (11 ) aufweisen, in die eine nutförmige Ausnehmung (13) eingebracht ist, und dass in die nutförmige Ausnehmung (13) das wenigstens eine Federelement (14) und das Dichtmittel (12) in Form eines an die nutförmige Ausnehmung (13) angepasste Band- oder Stabdichtung einsetzbar ist, das vermittels Federkraft wenigstens teilweise radialwärts über die Begrenzungsfläche (11 ) erhabend vorgespannt ist.
7. Leitschaufel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (14) eine Band-, Spiral-, Helikal- oder Rundfeder ist.
8. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (12) ausschließlich senkrecht relativ zum Oberflächebereich der Tragstruktur (2) und/oder der Verbindungsstruktur (5) auslenkbar gelagert ist.
9. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen der Verbindungsstruktur (5) und der Tragstruktur (2) vorgesehene wenigstens eine Dichtmittel (12) für einen weitgehend fluiddichten Abschluss des durch die Seitenwandabschnitte (51 , 52, 53, 54) und der Tragstruktur (2) eingegrenzten Hohlraum (6), in den von Seiten der Tragstruktur (2) wenigstens ein Kühlkanal (SC) mündet, dient.
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