[0001] Die Erfindung betrifft einen Gasturbinenrotor, der eine Scheibe mit an deren Umfangsrand
in Quernuten gehaltenen Turbinenlaufschaufeln, die aus einem Schaufelblatt, einer
Schaufelplattform und einem in der jeweiligen Quernut fixierten Schaufelfuß bestehen,
umfasst, wobei die Schaufelblätter von Kühlluft durchströmte Hohlräume aufweisen und
in den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Schaufelplattformen jeweils eine
Ausnehmung zur Aufnahme eines den Spalt zwischen den Schaufelplattformen überbrückenden
Dichtungs- und Dämpfungselements ausgebildet ist.
[0002] Gasturbinenrotoren der eingangs beschriebenen Art sind beispielsweise aus der US
6 561 764 B1 bekannt. Die zwischen den Seitenflächen der Schaufelplattformen angeordneten
Dichtungs- und Dämpfungselemente sollen einerseits die Ventilationsverluste minimieren
und die Schwingungen der Turbinenlaufschaufeln verringern. Diese Gasturbinenrotoren
sind jedoch in Bezug auf die Dichtungs- und Dampfungselemente insofern nachteilig,
als die Abdichtung mit einer einzigen mechanischen Dichtung nicht vollständig gelingt
und somit über den verbleibenden Spalt zwischen den Schaufelplattformen Heißgas in
den Bereich unterhalb der Schaufelplattformen und damit in den Befestigungsbereich
der Turbinenlaufschaufeln am Umfangsrand der Scheibe gelangt. Die Folge ist eine Verringerung
der Lebensdauer der Scheibe. Die Anordnung von zusätzlichen mechanischen Dichtungselementen
zwischen den Schaufelplattformen in den Bereichen, in denen das Dichtungs- und Dämpfungselement
nicht wirksam ist, erfordert jedoch einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand
und kann zudem zu Spannungen führen.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gasturbinenrotor der eingangs beschriebenen
Art mit geringem fertigungstechnischen Aufwand so auszubilden, dass Heißgasleckagen
über den Spalt zwischen den Schaufelplattformenverhindert oder reduziert werden und
damit die Lebensdauer der Rotorscheibe erhöht wird.
[0004] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1 ausgebildeten Gasturbinenrotor gelöst. Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere
Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
[0005] Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass ein Teil der
in die Hohlräume des jeweiligen Schaufelblattes zu dessen Innenraum- und Filmkühlung
eingebrachten Kühlluft kontinuierlich in den Spalt zwischen benachbarten Schaufelplattformen
geleitet wird und diesen aerodynamisch abdichtet, zumindest aber die Heißgasleckage
reduziert oder das den Spalt gegebenenfalls durchdringende Heißgas abkühlt. Dadurch
wird eine zu hohe Wärmebelastung der Rotorscheibe verhindert und folglich deren Lebensdauer
verlängert.
[0006] Die Zufuhr der Kühlluft bzw. Dichtungsluft in den Spalt erfolgt über mindestens einen
Luftkanal, der vom Innenraum des Schaufelblattes ausgeht und an mindestens einer der
Seitenflächen der Schaufelplattform mündet. Das heißt, in den Spalt können beidseitig
und an unterschiedlichen Stellen auch mehrere Luftkanäle münden. Der Luftstrom kann
in axialem Abstand von dem mechanischen Dichtungselement in den Spalt eingeführt werden
oder auch in Kombination mit dem mechanischen Dichtungs- und Dämpfungselement wirken
und dessen Dichtwirkung verstärken.
[0007] In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind in die Seitenflächen der Schaufelplattformen
jeweils mindestens eine Verteilungsnut eingeformt, um die Dichtungsluft im Spalt gezielt
verteilen zu können.
[0008] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer aus einem Schaufelblatt und einer Schaufelplattform bestehenden,
lin einem Turbinengehäuse angeordneten Turbinenlaufschaufel, deren Schaufelfuß in
einer Rotorscheibe gehalten ist;
- Fig. 2
- einen Schnitt AA der Turbinenlaufschaufel nach Fig. 1; und
- Fig. 3
- eine detaillierte Darstellung der mit Kühlluft abgedichteten Seitenfläche der Schaufelplattform
in dem mechanisch nicht abgedichteten Bereich.
[0009] Am Umfang einer Rotorscheibe 1 ist in Quernuten (nicht dargestellt) eine Mehrzahl
Turbinenlaufschaufeln - jeweils über deren Schaufelfuß 2 - lösbar angebracht. Über
in der Rotorscheibe 1 ausgebildete Kühlluftbohrungen 3, an die sich Bohrungen (nicht
dargestellt) im Schaufelfuß 2 anschließen, gelangt vom Verdichter abgezweigte Kühlluft
(Pfeil A) in die in dem jeweiligen Schaufelblatt 4 ausgebildeten Hohlräume 5. Auf
diese Weise wird das dem Heißgasstrom (Pfeil B) ausgesetzte Schaufelblatt 4 durch
eine Innenkühlung und eine Filmkühlung gekühlt. In einem mittleren Bereich der Seitenflächen
6 der Plattformen 7 der Turbinenlaufschaufeln sind Ausnehmungen 8 zur Aufnahme eines
Dichtungs- und Dämpfungselements (nicht dargestellt) ausgebildet. Die jeweils zwischen
den gegenüberliegenden Seitenflächen 6 benachbarter Schaufelplattformen 7 angeordneten
Dichtungs- und Dämpfungselemente sollen einerseits die Vibration der Laufschaufeln
und andererseits den Kontakt der Turbinenscheibe mit dem Heißgas begrenzen. Die Anordnung
des Dichtungs- und Dämpfungselements ist aufgrund der konstruktiven Ausbildung der
Schaufelplattformen 7 und aus fertigungstechnischen Gründen auf einen bestimmten -
geraden - Bereich der jeweiligen Seitenfläche beschränkt. Der verbleibende freie Spalt
zwischen den Seitenflächen 6 der Schaufelplattformen 7 wird mit einem kontinuierlichen
Dichtungsluftstrom (Pfeil C), der aus einem Hohlraum 5 des Schaufelblattes 4 zugeführt
wird, gegenüber der Heißgasatmosphäre abgeschirmt. Die Dichtungsluftzufuhr erfolgt
über einen Luftkanal 9, der unmittelbar an einer Seitenfläche der Plattformen mündet,
und zwar in einem unter Heißgaseinfluss stehenden Spaltbereich, der nicht mechanisch
durch ein Dichtungs- und Dämpfungselement abgedichtet ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Luftzutritt axial getrennt von dem mechanischen Dichtungs- und Dämpfungselement
vorgesehen. Die Dichtungsluftaustrittsöffnung kann aber auch in Verbindung mit dem
Dichtungs- und Dämpfungselement so angeordnet sein, dass dessen Dichtwirkung verstärkt
wird.
[0010] In der hier beschriebenen Ausführungsform ist ein einziger Luftkanal 9 mit rundem
Querschnitt vorgesehen. Es können aber auch zwei oder auch mehrere Luftkanäle angeordnet
sein, die zudem eine beliebige Querschnittform aufweisen können und auch zu beiden
Seitenflächen 6 ein und derselben Schaufelplattform 7 führen können.
[0011] Die zwischen den Seitenflächen 6 jeweils benachbarter Plattformen 7 eintretende Dichtungsluft
verteilt sich in dem Spalt und dichtet diesen gegenüber der Heißluft ab.
[0012] Zumindest wird aber gegebenenfalls in den Spalt eintretende Heißluft durch die kältere
Dichtungsluft abgekühlt. Auf diese Weise wird der Zutritt von Heißgas in den Bereich
unterhalb der Plattformen verhindert oder zumindest reduziert, so dass die Befestigung
der Turbinenlaufschaufel an der Rotorscheibe und der Umfangsrand der Rotorscheibe
1 nicht überhitzt und dadurch deren Lebensdauer nicht verringert wird. Auf zusätzliche
mechanische Dichtelemente, deren Fertigung und Halterung im Randbereich der Schaufelplattformen
mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist, kann verzichtet werden.
[0013] Wie die Zeichnung, insbesondere Fig. 3, zeigt, kann der Luftkanal 9 auch in eine
in die Seitenfläche 6 der Plattform 7 eingeformte Verteilungsnut 10 münden, um so
die Dichtungsluft gezielt in dem Spalt zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen
6 zu verteilen. Die Verteilungsnuten 10 können eine beliebige Form haben. Es können
in einer Seitenfläche auch mehrere Verteilungsnuten ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste
[0014]
- 1
- Rotorscheibe
- 2
- Schaufelfuß
- 3
- Kühlluftbohrung
- 4
- Schaufelblatt
- 5
- Hohlraum in 4
- 6
- Seitenfläche v. 7
- 7
- Schaufelplattform
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Luftkanal
- 10
- Verteilungsnut
- Pfeil A
- Kühlluft v. Verdichter
- Pfeil B
- Heißgasstrom
- Pfeil C
- Dichtungsluftstrom
1. Gasturbinenrotor, der eine Rotorscheibe (1) mit an deren Umfangsrand in Quernuten
gehaltenen Turbinenlaufschaufeln, die aus einem Schaufelblatt (4), einer Schaufelplattform
(7) und einem in der jeweiligen Quernut fixierten Schaufelfuß (2) bestehen, umfasst,
wobei die Schaufelblätter (4) von Kühlluft durchströmte Hohlräume (5) aufweisen und
in den einander gegenüberliegenden Seitenflächen (6) der Schaufelplattformen (7) jeweils
eine Ausnehmung (8) zur Aufnahme eines den Spalt zwischen den Schaufelplattformen
(7) überbrückenden Dichtungs- und Dämpfungselements ausgebildet ist, gekennzeichnet durch mindestens einen mit dem Hohlraum (5) in dem Schaufelblatt (4) verbundenen Luftkanal
(9), der zur zusätzlichen aerodynamischen Abdichtung des Spaltes mit einem Luftvolumen
zwischen den Schaufelplattformen (7) an mindestens einer von deren Seitenflächen (6))
mündet.
2. Gasturbinenrotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (9) in eine in die Seitenfläche (6) der Schaufelplattform (7) eingeformte
Luftverteilungsnut (10) mündet.
3. Gasturbinenrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (9) und/oder die Luftverteilungsnut (10) so angeordnet sind, das die
Dichtungsluftzufuhr axial getrennt von dem Dichtungs- und Dämpfungselement erfolgt.
4. Gasturbinenrotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal (9)und/oder die Luftverteilungsnut (10) so angeordnet sind, dass die
Dichtungsluftzufuhr auch im Bereich des Dichtungs- und Dämpfungselements erfolgt.