Drosseleinsatz für Turbinenschaufel und zugehörige Turbinenschaufel

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Drosseleinsatz zum Unterteilen eines kühlmitteldurchströmten Hohlraums einer Turbinenschaufel in zwei Teilräume, wobei der Hohlraum durch Schaufelwandungen der Turbinenschaufel begrenzt ist, und wobei der Drosseleinsatz ein Drosselblech mit Durchführungen aufweist, deren Gesamtgröße eine Drosselleistung des Kühlmittelstroms zwischen den Teilräumen bestimmt. Erfindungsgemäß sind an Randbereichen des Drosselblechs flexible Dichtelemente zum Abdichten angebracht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Drosseleinsatz gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Turbinenschaufel gemäß Anspruch 6.

[0002] Turbinenschaufeln insbesondere solche für Gasturbinen müssen gekühlt werden. Dazu wird Kühlmittel über entsprechende Öffnungen in den Außenwandungen aus dem Innern der Turbinenschaufel heraus an die außenliegende Oberfläche der Schaufelwandungen ausgeblasen. Für eine effiziente und an die Leistung der Gasturbine angepasste Kühlung der Schaufelwandungen, muss dazu die Menge an ausgeblasenem Kühlmittel möglichst exakt eingestellt werden. Dies geschieht heute über Drosseleinsätze in den Turbinenschaufeln, deren Drosselöffnungen entsprechend dimensioniert sind.

[0003] Eine gattungsgemäße Turbinenschaufel mit einem Drosseleinsatz ist beispielsweise aus der EP 1 717 416 A1 bekannt und in FIG 5 dargestellt. Die Turbinenschaufel 21 weist entlang einer Schaufellängsachse 23 aufeinander folgend einen Schaufelfuß 25, ein Plattformbereich 27 und ein im Querschnitt tragflügelförmiges Schaufelprofil 29 auf. Die Turbinenschaufel ist in ihrem Inneren zur Führung von Kühlmittel 51, vorzugsweise Kühlluft, hohl ausgebildet, damit sie den hohen Temperaturen des umströmenden Heißgases als Arbeitsmedium der Gasturbine widerstehen kann. Das Schaufelprofil 29 weist eine Anströmkante 31 für das anströmende Heißgas und eine Abströmkante 33 auf, an der das, das Schaufelprofil 29 umströmende Heißgas die Turbinenschaufel 21 verlässt. Zwischen der Anströmkante 31 und der Abströmkante 33 erstreckt sich eine konvex gebogene Saugseitenwand 35 und eine dazu beabstandete, konkav gebogene Druckseitenwand 37. Im Bereich der Abströmkante 33 ist hier ein blechförmiger Drosseleinsatz 39 über annähernd die vollständige Höhe des Schaufelprofils 29 vorgesehen, in den mehrere Drosselöffnungen 41 in Form von Bohrungen 43 eingebracht sind. Der Drosseleinsatz 39 kann hier Teil der Gießform zum Gießen der Turbinenschaufel 21 sein, welcher nach dem Gießen im Guss verbleibt, oder er wurde nachträglich in den Guss eingesetzt und durch Schweißen, Löten oder ein anderes geeignetes Verfahren zwischen der Druckseitenwand 37 und der Saugseitenwand 35 dicht befestigt. Wird ein solches Drosselblech aber auf eine solche Art und Weise fest mit den gegossenen Turbinenwandungen verbunden, kann es aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften während des Betriebs der Gasturbine aufgrund der hohen Temperaturen des Heißgases und der damit bewirkten unterschiedlichen Materialausdehnungen zu Spannungen an einer solchen Verbindung kommen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Drosseleinsatz und eine Turbinenschaufel bereitzustellen, die den zuvor beschriebenen Nachteil überwinden.

[0004] Diese Aufgabe wird mit dem Drosseleinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie der Turbinenschaufel mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.

[0005] Dadurch, dass an Randbereichen des Drosselblechs flexible Dichtelemente, wie beispielsweise Metallwolle, zum Abdichten angebracht sind, können sich Turbinenschaufelwandungen und Drosselblech unterschiedlich ausdehnen, ohne dass es zu Spannungskräften an der Verbindung zwischen den Stützelementen der Wandungen und des Drosseleinsatzes kommt.

[0006] Je nach Geometrie der Turbinenschaufel kann es dabei vorteilhaft sein, die flexiblen Dichtelemente entweder einseitig oder stirnseitig an den Randbereichen des Drosselblechs anzubringen.

[0007] Besonders vorteilhaft ist bei einer Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit tragflügelförmig ausgebildeten Schaufelwandungen die Ausbildung der Führungselemente als Führungsnuten, da dann der Drosseleinsatz in Richtung der Schaufellängsachse eingeschoben werden kann und an Schaufelfuß oder Schaufelkopf nur an einer einzigen Stelle fest fixiert werden muss. Seitlich wird der Drosseleinsatz über die flexiblen Dichtelemente dicht in die Führungsnuten eingebracht und selbst schon fixiert.

[0008] Die Erfindung soll nun anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:

FIG 1

schematisch eine erste erfindungsgemäße Ausführung eines Drosseleinsatzes,

FIG 2

schematisch eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines Drosseleinsatzes,

FIG 3

schematisch eine dritte erfindungsgemäße Ausführung eines Drosseleinsatzes,

FIG 4

ein Schnittbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Turbinenschaufel mit Drosseleinsatz,

FIG 5

ein Schnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Turbinenschaufel mit Drosseleinsatz.

[0009] FIG 1 zeigt einen Teilausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Drosseleinsatzes mit einem Drosselblech B mit Drosselöffnungen D, bei dem Metallwolle als flexibles Dichtelement A einseitig an den Randbereichen des Drosselblechs B aufgelötet ist.

[0010] FIG 2 zeigt ausschnittsweise ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Metallwolle A stirnseitig auf zwei gegenüberliegenden Randbereichen des Drosselblechs B aufgebracht ist.

[0011] FIG 3 ist eine Weiterbildung bei der zusätzlich Metallwolle auf einen Dritten Randbereich, hier stirnseitig, aufgebracht ist.

[0012] FIG 4 zeigt im Schnitt einen Ausschnitt aus einer Turbinenschaufel mit den beiden Wandungen W1 und W2 der konkav gebogene Druckseitenwand und einer dazu beabstandeten konvex gebogenen Saugseitenwand. Beide Wandungen W1 und W2 weisen an gegenüberliegenden Seiten an der Stelle an der der Drosseleinsatz eingebracht werden soll entsprechende Führungselemente S1 und S2 auf, die hier als Führungsnuten ausgebildet sind in die der Drosseleinsatz einschiebbar und fixierbar ist. FIG 4 zeigt zudem in vergrößerten Ausschnitten die in die Führungsnuten S1 und S2 eingesetzten und entsprechend FIG 1 bis 3 ausgebildeten Drosseleinsätze.

Ansprüche

1. Drosseleinsatz zum Unterteilen eines kühlmitteldurchströmten Hohlraums einer Turbinenschaufel in zwei Teilräume, wobei der Hohlraum durch Schaufelwandungen der Turbinenschaufel begrenzt ist, und wobei der Drosseleinsatz ein Drosselblech (B) mit Durchführungen (D) aufweist, deren Gesamtgröße eine Drosselleistung des Kühlmittelstroms zwischen den Teilräumen bestimmt
dadurch gekennzeichnet, dass an Randbereichen des Drosselblechs (B) flexible Dichtelemente (A) zum Abdichten angebracht sind.

2. Drosseleinsatz nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Dichtelemente (A) an den Randbereichen einseitig auf dem Drosselblech (B) angebracht sind.

3. Drosseleinsatz nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Dichtelemente (A) an den Randbereichen stirnseitig auf dem Drosselblech (B) angebracht sind.

4. Drosseleinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Dichtelemente (A) Metallwolle ist.

5. Drosseleinsatz nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallwolle (A) an den Randbereichen aufgelötet ist.

6. Turbinenschaufel für eine Gasturbine mit tragflügelförmig ausgebildeten Schaufelwandungen (W1,W2), die einen Hohlraum zur Führung eines Kühlmittelstroms ausbilden, mit einem im Hohlraum angebrachten und den Hohlraum unterteilenden Drosseleinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an den Schaufelwandungen (W1,W2) Führungselemente (S1,S2) so ausgebildet sind, dass der Drosseleinsatz über die flexiblen Dichtelemente dicht daran anbringbar ist.

7. Turbinenschaufel nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (S1,S2) in Schaufellängsachse an den beiden gegenüberliegenden Schaufelwandungen (W1,W2) als Führungsnuten ausgebildet sind, in die der Drosseleinsatz in Richtung der Schaufellängsachse eingeschoben und über die flexiblen Dichtelemente in den Führungsnuten dicht fixiert ist.

8. Turbinenschaufel nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der eingeschobene Drosseleinsatz im Bereich des Schaufelfußes oder Schaufelkopfes fest fixiert ist.

Zeichnung