[0001] Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere
Gasturbine, mit einer im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel äußeren
Plattform, einem von der äußeren Plattform vorstehenden Schaufelblatt, das sich in
einer Längsrichtung erstreckt und in dessen Innerem ein Hohlraum vorgesehen ist, einer
inneren Plattform, die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform mit dem Schaufelblatt
verbunden ist, und einem den Hohlraum des Schaufelblattes in der Längsrichtung durchsetzenden
Verbindungsrohr, das an seinem nach außen weisenden freien Endbereich mit einem sich
quer zu der Längsrichtung erstreckenden Flansch versehen und in eine Durchgangsöffnung
der äußeren Plattform eingesetzt ist, wobei die Durchgangsöffnung im Bereich eines
auswärts weisenden Vorsprungs mit gekrümmter Außenfläche ausgebildet ist, an welcher
der Flansch anliegt und mit welcher der Flansch stoffschlüssig verbunden ist.
[0002] Strömungsmaschinen wie beispielsweise Gasturbinen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen
Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, thermische Energie und Strömungsenergie eines
Arbeitsfluids, insbesondere eines Heißgases in Rotationsenergie umzuwandeln. Sie umfassen
ein Gehäuse, in dem sich in einer axialen Richtung ein Strömungskanal erstreckt. In
dem Strömungskanal ist eine Mehrzahl von Turbinenstufen in der axialen Richtung hintereinander
und beabstandet zueinander angeordnet.
[0003] Jede Turbinenstufe umfasst eine Mehrzahl von Leitschaufeln, die einen mit dem Gehäuse
verbundenen Leitschaufelkranz bilden und die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids günstig
zu beeinflussen. Eine solche Leitschaufel umfasst üblicherweise eine Plattform, die
im bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel radial außen angeordnet ist.
Ferner umfasst die Leitschaufel ein Schaufelblatt, das von der äußeren Plattform vorsteht
und sich in einer Längsrichtung erstreckt. Weiterhin weist die Leitschaufel eine innere
Plattform auf, die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform mit dem Schaufelblatt
verbunden ist. Der Leitschaufelkranz ist nach innen durch einen Haltekranz abgeschlossen,
in dem die inneren Plattformen der Leitschaufeln gehalten sind.
[0004] Darüber hinaus umfasst jede Turbinenstufe eine Mehrzahl von Laufschaufeln, die einen
mit einem zentral gelagerten und das Gehäuse in der axialen Richtung durchsetzenden
Läufer verbundenen Laufschaufelkranz bilden. In dem Läufer sind weiterhin Umfangsnuten
ausgebildet, in denen die Haltekränze der Leitschaufelkränze angeordnet sind.
[0005] Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strömungskanal der Strömungsmaschine
von einem Arbeitsfluid durchströmt. Das den Strömungskanal durchströmende Arbeitsfluid
wird von den Leitschaufeln derart umgelenkt, dass es die dahinter angeordneten Laufschaufeln
optimal anströmt und mit einer Kraft beaufschlagt. Das durch die Leitschaufeln vermittelte
Drehmoment versetzt den Läufer in Rotation. Die Rotationsenergie des Läufers kann
beispielsweise mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.
[0006] Der thermodynamische Wirkungsgrad von Gasturbinen ist umso höher, je höher die Eintrittstemperatur
des Heißgases in die Gasturbine ist. Der Höhe der Eintrittstemperatur sind jedoch
Grenzen unter anderem durch die thermische Belastbarkeit der in dem Strömungskanal
angeordneten Komponenten gesetzt. Dementsprechend besteht eine Zielsetzung darin,
Komponenten zu schaffen, die auch bei sehr hohen Temperaturen des Heißgases eine für
den Betrieb der Gasturbine ausreichende mechanische Beständigkeit besitzen.
[0007] Eine Möglichkeit, die thermische Belastbarkeit beispielsweise einer Leitschaufel
zu erhöhen, besteht darin, mittels eines Kühlfluids Wärme von der Leitschaufel abzuführen.
Dazu wird in ihrem Inneren ein Hohlraum vorgesehen, der von dem Kühlfluid durchströmt
wird.
[0008] Auch die Haltekränze an den Innenseiten der Leitschaufelkränze werden durch in die
Umfangsnut strömendes Heißgas stark erhitzt. Ein bewährtes Mittel zur Kühlung eines
Haltekranzes ist, den Haltekranz mit einem U-förmigen Querschnitt auszubilden, wodurch
in dem Haltekranz eine umlaufende Kühlfluidnut geschaffen wird. Diese Kühlfluidnut
wird mit Kühlfluid versorgt, das aus den Leitschaufeln durch eine in der inneren Plattform
vorgesehene Auslassöffnung in die Kühlfluidnut des Haltekranzes strömt. Jedoch hat
dieses Kühlfluid in dem Schaufelblatt der Leitschaufel bereits Wärme aufgenommen,
was die für den Haltekranz verfügbare Kühlleistung verringert.
[0009] Eine höhere Kühlleistung des Kühlfluids in dem Haltekranz lässt sich durch ein spezielles
Verbindungsrohr (jumper tube) erzielen, welches den Hohlraum des Schaufelblattes der
Leitschaufel in der Längsrichtung durchsetzt und durch welches das Kühlfluid auf direktem
Weg und weitgehend unerwärmt in die Kühlfluidnut des Haltekranzes strömt.
[0010] Das Verbindungsrohr ist in eine Durchgangsöffnung der äußeren Plattform eingesetzt.
Dabei ist die Durchgangsöffnung zumeist im Bereich eines nach außen weisenden Vorsprunges
mit einer gekrümmten Außenfläche ausgebildet. Zur Befestigung an der äußeren Plattform
ist das Verbindungsrohr in seinem nach außen weisenden freien Endbereich mit einem
sich quer zu der Längsrichtung erstreckenden Flansch versehen, der an der Außenfläche
des Vorsprungs anliegt und mit dieser stoffschlüssig verbunden ist.
[0011] Es hat sich aber gezeigt, dass die Vorsprünge der äußeren Plattformen hinsichtlich
der Krümmung ihrer Außenflächen variieren und sich zudem die Flansche verformen können,
wenn sie an das Verbindungsrohr angeschweißt werden. Infolgedessen ist es aufwändig
und fehleranfällig, eine stoffschlüssige und fluiddichte Verbindung zwischen dem ggf.
verformten und steifen Flansch des Verbindungsrohrs und dem konvex gekrümmten Vorsprung
der äußeren Plattform herzustellen. Die Figur 8 zeigt beispielhaft eine Schweißverbindung
zwischen einem Verbindungsrohr und einer äußeren Plattform entsprechend der üblichen
Praxis, für die eine starke Schweißnaht erzeugt werden musste.
[0012] Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Leitschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine einfache und zuverlässige
Verbindung des Flansches des Verbindungsrohrs mit dem Vorsprung der äußeren Plattform
erlaubt.
[0013] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leitschaufel der eingangs genannten Art
gelöst, bei welcher der Flansch wenigstens einen Einschnitt aufweist, der sich ausgehend
von einem Außenrand des Flansches einwärts erstreckt.
[0014] Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die Verformbarkeit des Flansches zu
verbessern, um seine Form an unterschiedlich gekrümmte Außenflächen anpassen zu können.
Dazu wird in dem Flansch wenigstens ein Einschnitt vorgesehen, der sich ausgehend
von einem Außenrand des Flansches einwärts erstreckt. Dieser wenigstens eine Einschnitt
verringert die Steifheit des Flansches, wodurch dieser leichter verformt und an die
Außenfläche des Vorsprungs angepasst werden kann.
[0015] Vorteilhaft erstreckt sich der wenigstens eine Einschnitt im Wesentlichen in Richtung
des Verbindungsrohres. Solche Einschnitte erleichtern die Handhabung der einzelnen
Teile des Flansches bei der Anpassung an die Außenfläche des Vorsprungs.
[0016] Gemäß einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Leitschaufel ist der Flansch
ringförmig ausgebildet und besitzt quer zu der Längsrichtung eine Breite im Bereich
von 2mm bis 20mm und bevorzugt zwischen 5mm und 15mm. Dieser Breitenbereich entspricht
bei gängigen Leitschaufeln dem für die Anlage des Flansches verfügbaren Flächenangebot
des Vorsprungs der äußeren Plattform.
[0017] Bevorzugt besitzt der Flansch eine viereckige, insbesondere rechteckige oder trapezförmige
Außenkontur, deren Ecken insbesondere abgerundet sind, wobei der wenigstens eine Einschnitt
vorteilhaft in einer der Ecken vorgesehen ist. Flansche dieser Form passen zu den
Vorsprüngen vieler gebräuchlicher Leitschaufeln. Bei viereckigen Flanschen kann an
jeder Ecke ein Einschnitt vorgesehen sein, um eine Anpassung des Flansches an die
Außenfläche des Vorsprungs der äußeren Plattform zu erleichtern. In diesem Fall ergeben
sich diagonal erstreckende Einschnitte eine besonders gleichmäßige Anpassbarkeit des
Flansches.
[0018] Der Flansch kann bezogen auf die Längsrichtung eine Dicke im Bereich von 1mm bis
1,5mm und bevorzugt von 1,2mm besitzen. Mit dieser Wahl der Dicke des Flansches wird
eine einfache Verformbarkeit des Flansches sichergestellt.
[0019] Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Leitschaufel besitzt der wenigstens eine
Einschnitt eine Breite, die mindestens der Dicke des Flansches entspricht. Derartig
schmale Einschnitte lassen die Anlagefläche des Flansches nahezu unverändert.
[0020] Bevorzugt endet der wenigstens eine Einschnitt beabstandet zu dem Verbindungsrohr,
wobei der Abstand zwischen dem inneren Ende des Einschnitts und dem Verbindungsrohr
mindestens der Dicke des Flansches entspricht. Mit anderen Worten durchtrennt der
wenigstens eine Einschnitt den Flansch nicht vollständig, so dass die Ringform des
Flansches benachbart zu dem Verbindungsrohr nicht beeinträchtigt ist.
[0021] Vorteilhaft sind in dem Flansch mehrere beabstandet zueinander angeordnete Einschnitte
vorgesehen. Mehrere Einschnitte verbessern weiter die Verformbarkeit des Flansches,
wodurch sich dessen Steifheit verringert und folglich die Anpassbarkeit erhöht.
[0022] In an sich bekannter Weise kann das Verbindungsrohr mit der äußeren Plattform verschweißt
oder verlötet sein. Schweißen und Löten sind Fügeverfahren, die sich in Zusammenhang
mit Leitschaufeln bewährt haben.
[0023] Vorteilhaft umfasst das Verbindungsrohr ein Metall oder eine Metalllegierung, insbesondere
eine Nickelbasislegierung wie IN625 oder Nimonic90 oder besteht daraus.
[0024] Bevorzugt ist das innere Ende des Verbindungsrohrs in eine weitere Durchgangsöffnung,
die in der inneren Plattform vorgesehen ist, eingesetzt und darin verschiebbar gehalten.
Auf diese Weise werden Spannungen und spannungsbedingte Materialermüdung vermieden,
wenn sich das Schaufelblatt und das Verbindungsrohr während des Betriebs der Strömungsmaschine
nicht um dasselbe Maß ausdehnen oder zusammenziehen.
[0025] Gemäß einer Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Leitschaufel weist das Verbindungsrohr
einen viereckigen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt auf, dessen Ecken
insbesondere abgerundet sind. Derartige Querschnitte eignen sich besonders zur Anordnung
des Verbindungsrohrs innerhalb des Schaufelblatts einer Leitschaufel.
[0026] In an sich bekannter Weise umfasst das Schaufelblatt eine Umfangswandung, die eine
vordere Anströmkante und eine hintere Anströmkante, die sich jeweils in der Längsrichtung
erstrecken, definiert und einen konkaven druckseitigen Abschnitt und einen konvexen
saugseitigen Abschnitt aufweist.
[0027] Bei einer solchen Leitschaufel kann das Verbindungsrohr in dem Hohlraum beabstandet
von der Umfangswandung angeordnet sein. Infolge des Abstandes besteht keine Wärmebrücke
zwischen der Umfangswandung und dem Verbindungsrohr, so dass sich das Verbindungsrohr
während des Betriebs der Strömungsmaschine so wenig wie möglich erwärmt.
[0028] Gemäß einer Weiterentwicklung ist in dem Hohlraum wenigstens ein Steg vorgesehen,
der sich ausgehend von einer Plattform in der Längsrichtung in den Hohlraum erstreckt
und den druckseitigen Abschnitt der Umfangswandung mit dem saugseitigen Abschnitt
der Umfangswandung verbindet. Derartige Stege dienen dazu, den Hohlraum in dem Schaufelblatt
in der Längsrichtung zur Bildung eines oder mehrerer Kühlfluidkanalabschnitte zu unterteilen.
[0029] Bevorzugt sind mehrere Stege derart in dem Hohlraum ausgebildet und angeordnet, dass
sich jeder Steg ausgehend von einer Plattform in Richtung der gegenüberliegenden Plattform
erstreckt und beabstandet zu dieser endet, wobei sich benachbarte Stege ausgehend
von unterschiedlichen Plattformen erstrecken, um in dem Hohlraum einen mäanderförmigen
Kühlfluidkanal zu definieren. Bei dieser Ausgestaltung wird das Schaufelblatt von
dem Kühlfluid entlang mehrerer Schleifen durchströmt. Dabei ist es günstig, die erste
Schleife, in der das Kühlfluid die höchste Kühlleistung erbringt, im Bereich der Anströmkante
der Leitschaufel vorzusehen, da diese einer besonders hohen thermischen Belastung
durch das Heißgas ausgesetzt ist.
[0030] Gemäß einer vorteilhaften Variante sind genau zwei Stege vorgesehen und weist der
Kühlfluidkanal drei im wesentlichen gerade und sich in der Längsrichtung erstreckende
Kanalabschnitte, die ausgehend von der Anströmkante hintereinander und beabstandet
zu einander angeordnet sind, und zwei Kehren auf, die benachbarte Kanalabschnitte
des mäanderförmigen Kühlfluidkanals benachbart zu der inneren Plattform oder benachbart
zu der äußeren Plattform miteinander verbinden. Dabei ist das Verbindungsrohr in dem
mittleren Kanalabschnitt des Kühlfluidkanals angeordnet. Bei dieser Anordnung sind
die Strömungsrichtungen des Kühlfluids in dem mittleren Kanalabschnitt und in dem
Verbindungsrohr entgegengesetzt.
[0031] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Leitschaufel
gemäß zweier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
- Figur 1
- eine teilweise Draufsicht einer Plattform einer Leitschaufel gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
- Figur 2
- eine teilweise Draufsicht einer Plattform einer Leitschaufel gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
- Figur 3
- eine Draufsicht der in Figur 2 dargestellten Leitschaufel;
- Figur 4
- eine seitliche Querschnittsansicht der in Figur 3 dargestellten Leitschaufel entlang
der mit dem Bezugszeichen IV bezeichneten Linie;
- Figur 5
- eine Querschnittsansicht eines Schaufelblatts der in Figur 2 dargestellten Leitschaufel;
- Figur 6
- eine teilweise Querschnittsansicht einer Strömungsmaschine mit Leitschaufeln gemäß
der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform;
- Figur 7
- eine vergrößerte Detailansicht des in Figur 5 mit dem Bezugszeichen VII bezeichneten
Ausschnitts; und
- Figur 8
- eine perspektivische Teilansicht einer üblichen Schweißverbindung zwischen einer äußeren
Schaufelplattform und einem nicht erfindungsgemäßen Verbindungsrohr.
[0032] Die Figur 1 zeigt eine Leitschaufel 1 für eine nicht dargestellte Strömungsmaschine,
insbesondere eine Gasturbine, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die Leitschaufel 1 weist eine äußere Plattform 2 auf, die im bestimmungsgemäß
montierten Zustand der Leitschaufel 1 radial außen angeordnet ist. Die äußere Plattform
2 umfasst einen nach außen weisenden Vorsprung 3 mit einer gekrümmten Außenfläche
4. In dem Bereich des Vorsprungs 3 ist eine Durchgangsöffnung 5 ausgebildet.
[0033] Ferner umfasst die Leitschaufel 1 ein von der äußeren Plattform 2 vorstehendes Schaufelblatt
6, das sich in einer Längsrichtung L erstreckt und eine Umfangswandung 7 aufweist,
die eine vordere Anströmkante 8 und eine hintere Abströmkante 9 definiert sowie einen
druckseitigen Abschnitt 10 und einen saugseitigen Abschnitt 11 aufweist. In dem Inneren
des Schaufelblatts 6 ist ein Hohlraum 12 vorgesehen.
[0034] Weiterhin umfasst die Leitschaufel 1 ein Verbindungsrohr 13 mit einem trapezförmigen
Querschnitt, dessen Ecken 14 abgerundet sind. Das Verbindungsrohr 13 ist in die Durchgangsöffnung
5 eingesetzt, durchsetzt den Hohlraum 12 des Schaufelblattes 6 und ist in dem Hohlraum
12 beabstandet zu der Umfangswandung 7 angeordnet. Es besteht aus einer Nickelbasislegierung
wie IN625 oder Nimonic90, kann aber alternativ auch allgemein ein Metall oder eine
Metalllegierung umfassen oder daraus bestehen.
[0035] Das Verbindungsrohr 13 ist an seinem äußeren freien Endbereich mit einem Flansch
15 versehen, der durch Schweißen an das Verbindungsrohr 13 angeformt ist. Der Flansch
15 liegt außenseitig an der gekrümmten Außenfläche 4 an und ist mit dieser durch Schweißen
stoffschlüssig verbunden. Der Flansch 15 ist ringförmig ausgebildet und besitzt quer
zu der Längsrichtung L eine variierende Breite im Bereich zwischen 5mm und 15mm. Die
Außenkontur des Flansches 15 ist trapezförmig, wobei die Ecken 14 des Flansches 15
abgerundet sind. Bezogen auf die Längsrichtung L besitzt der Flansch 15 eine Dicke
von etwa 1,2mm.
[0036] An den Ecken 14 des Flansches 15 sind vier Einschnitte 17 angeordnet, die sich ausgehend
von einem Außenrand des Flansches 15 diagonal einwärts in Richtung des Verbindungsrohres
13 erstrecken und den Flansch 15 in vier Flanschabschnitte 16 unterteilen. Die Einschnitte
17 besitzen eine Breite, die mindestens der Dicke des Flansches 15 entspricht. Die
Einschnitte 17 enden beabstandet zu dem Verbindungsrohr 13. Dabei entspricht der Abstand
zwischen dem inneren Ende 18 eines Einschnitts 17 und dem Verbindungsrohr 13 der Dicke
des Flansches 15.
[0037] Schließlich umfasst die Leitschaufel 1 eine innere Plattform 19, die gegenüberliegend
zu der äußeren Plattform 2 angeordnet und mit dem Schaufelblatt 6 verbunden ist. In
der inneren Plattform 19 ist eine weitere Durchgangsöffnung 20 vorgesehen, in die
das Verbindungsrohr 13 derart eingesetzt ist, dass es darin verschiebbar gehalten
ist.
[0038] Zur Herstellung der Leitschaufel 1 wird zunächst der Flansch 15 mit dem Verbindungsrohr
13 verschweißt. Dann werden die zwischen den Einschnitten 17 liegenden Flanschabschnitte
16 durch Biegen individuell an die Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 der äußeren Plattform
2 derart angepasst, dass der Flansch 15 möglichst gut an der gekrümmten Außenfläche
4 anliegt. In einem weiteren Schritt wird das Verbindungsrohr 13 von außen in die
Durchgangsöffnung 5 eingesetzt, so dass sein inneres Ende in der Durchgangsöffnung
20 der inneren Plattform 19 verschiebbar gehalten ist. Abschließend wird der Flansch
15 mit der Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 fluiddicht verschweißt.
[0039] Die Figuren 2 bis 5 zeigen eine Leitschaufel 1 für eine Strömungsmaschine, insbesondere
Gasturbine, gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Sie besitzt
denselben Grundaufbau wie die zuvor beschriebene Leitschaufel gemäß der ersten Ausführungsform.
Im Unterschied zu dieser sind in dem Hohlraum 12 zwei Stege 21 vorgesehen, die jeweils
den druckseitigen Abschnitt der Umfangswandung mit dem saugseitigen Abschnitt der
Umfangswandung verbinden. Die beiden Stege 21 sind derart ausgebildet und angeordnet,
dass sich jeder Steg 21 ausgehend von einer Plattform 2, 19 in der Längsrichtung L
in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Plattform 19, 2 in den Hohlraum 12 erstreckt.
Die beiden Stege 21 erstrecken sich ausgehend von unterschiedlichen Plattformen 2,
19, wodurch in dem Hohlraum 12 ein mäanderförmiger Kühlfluidkanal 22 definiert ist.
Der Kühlfluidkanal 22 umfasst drei im Wesentlichen gerade und sich in der Längsrichtung
L erstreckende Kanalabschnitte 23, die ausgehend von der Anströmkante 8 hintereinander
und beabstandet zueinander angeordnet sind, und zwei Kehren 24, die benachbarte Kanalabschnitte
23 benachbart zu der inneren Plattform 19 oder benachbart zu der äußeren Plattform
2 miteinander verbinden. Das Verbindungsrohr 13 ist in dem mittleren der drei Kanalabschnitte
23 angeordnet.
[0040] Die Figuren 6 und 7 zeigen schematisch einen Abschnitt einer Strömungsmaschine mit
erfindungsgemäßen Leitschaufeln 1. Die Strömungsmaschine umfasst ein Gehäuse 25, in
dem sich in einer axialen Richtung A ein Strömungskanal 26 erstreckt. Weiterhin umfasst
die Strömungsmaschine eine Mehrzahl von Turbinenstufen 27, die jeweils einen Leitschaufelkranz
28 und einen Laufschaufelkranz 29 umfassen, wobei die Turbinenstufen 27 in dem Strömungskanal
26 in der axialen Richtung A hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet
sind. Die Leitschaufelkränze 29 sind jeweils aus einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen
Leitschaufeln 1 gebildet und umfassen jeweils einen U-förmigen Haltekranz 30 mit einer
umlaufenden Kühlfluidnut 31, in dem die inneren Plattformen 19 der Leitschaufeln 1
gehalten sind.
[0041] Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strömungskanal 26 von einem expandierenden
Heißgas durchströmt. Um die thermische Belastung der Leitschaufelkränze 29 zu verringern,
werden die Leitschaufelkränze 29 gleichzeitig durch ein Kühlfluid gekühlt. Dazu wird
jede Leitschaufel 1 von dem Kühlfluid durchströmt. Ein Teil des Kühlfluids durchströmt
zur Kühlung des Schaufelblatts 6 den Kühlfluidkanal 22, während ein anderer Teil des
Kühlfluids zur Kühlung des Haltekranzes 30 direkt und ohne erwärmenden Kontakt zu
der Umfangswandung 7 des Schaufelblatts 6 durch das Verbindungsrohr 13 in den Haltekranz
30 strömt.
[0042] Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Leitschaufel 1 liegt darin, dass sich der eingeschnittene
ringförmige Flansch 15 gut an die gekrümmte Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 der äußeren
Plattform 2 anpassen lässt, indem die zwischen den Einschnitten 17 definierten Abschnitte
26 des Flansches 15 unabhängig voneinander derart gebogen werden, dass sie individuell
an die Außenfläche 4 des Vorsprungs 3 angepasst sind. Auf diese Weise kann eine fluiddichte
Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr 13 und der äußeren Plattform 2 einfach und
spannungsfrei geschaffen werden. Dies eröffnet auch die Möglichkeit, für den Kühlfluidkanal
22 und das Verbindungsrohr 13 getrennte Kühlfluidkreisläufe zu verwenden, die sich
hinsichtlich der Temperatur und des Druckes des darin strömenden Kühlfluids unterscheiden,
ohne dass ein unerwünschter Austausch zwischen den beiden Kühlfluidkreisläufen erfolgt.
Abgesehen davon bewirkt die Anordnung des Verbindungsrohres 13 in dem mittleren Kanalabschnitt
23 eine besonders gute Trennung der beiden Kühlkanalkreisläufe, da weder die äußere
Plattform 2 noch die innere Plattform 19 im Bereich des mittleren Kanalabschnitts
23 einen Kühlfluiddurchlass aufweisen.
[0043] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert
und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele
eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden,
ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
1. Leitschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einer im
bestimmungsgemäß montierten Zustand der Leitschaufel äußeren Plattform (2), einem
von der äußeren Plattform (2) vorstehenden Schaufelblatt (6), das sich in einer Längsrichtung
(L) erstreckt und in dessen Innerem ein Hohlraum (12) vorgesehen ist, einer inneren
Plattform (19), die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform (2) mit dem Schaufelblatt
(6) verbunden ist, und einem den Hohlraum (12) des Schaufelblattes (6) in der Längsrichtung
(L) durchsetzenden Verbindungsrohr (13), das an seinem nach außen weisenden freien
Endbereich mit einem sich quer zu der Längsrichtung (L) erstreckenden Flansch (15)
versehen und in eine Durchgangsöffnung (5) der äußeren Plattform (2) eingesetzt ist,
wobei die Durchgangsöffnung (5) im Bereich eines auswärts weisenden Vorsprungs (3)
mit gekrümmter Außenfläche (4) ausgebildet ist, an welcher der Flansch (15) anliegt
und mit welcher der Flansch (15) stoffschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (15) wenigstens einen Einschnitt (17) aufweist, der sich ausgehend von
einem Außenrand des Flansches (15) einwärts erstreckt.
2. Leitschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der wenigstens eine Einschnitt (17) im Wesentlichen in Richtung des Verbindungsrohres
(13) erstreckt.
3. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (15) ringförmig ausgebildet ist und quer zu der Längsrichtung (L) eine
Breite im Bereich von 2mm bis 20mm und bevorzugt zwischen 5mm und 15mm besitzt.
4. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Flansch (15) eine viereckige, insbesondere rechteckige oder trapezförmige Außenkontur
besitzt, deren Ecken (14) insbesondere abgerundet sind, wobei der wenigstens eine
Einschnitt (17) vorteilhaft in einer der Ecken (14) vorgesehen ist und/oder bezogen
auf die Längsrichtung (L) eine Dicke im Bereich von 1mm bis 1,5mm und bevorzugt von
1,2mm besitzt.
5. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Einschnitt (17) eine Breite besitzt, die mindestens der Dicke
des Flansches (15) entspricht, und/oder beabstandet zu dem Verbindungsrohr (13) endet,
wobei der Abstand zwischen dem Ende (18) des Einschnittes (17) und dem Verbindungsrohr
(13) mindestens der Dicke des Flansches (15) entspricht.
6. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Flansch (15) mehrere beabstandet voneinander angeordnete Einschnitte (17)
vorgesehen sind.
7. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) mit der äußeren Plattform (2) verschweißt oder verlötet
ist.
8. Leitschaufeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) ein Metall oder eine Metalllegierung, insbesondere eine
Nickelbasislegierung wie IN625 oder Nimonic90 umfasst oder daraus besteht.
9. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das innere Ende des Verbindungsrohrs (13) in eine weitere Durchgangsöffnung (20),
die in der inneren Plattform (19) vorgesehen ist, eingesetzt ist und darin verschiebbar
gehalten ist.
10. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) einen viereckigen, rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt
aufweist, dessen Ecken (14) insbesondere abgerundet sind.
11. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Schaufelblatt (6) eine Umfangswandung (7) umfasst, die eine vordere Anströmkante
(8) und eine hintere Abströmkante (9), die sich jeweils in der Längsrichtung (L) erstrecken,
definiert und einen konkaven druckseitigen Abschnitt (10) und einen konvexen saugseitigen
Abschnitt (11) aufweist.
12. Leitschaufel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verbindungsrohr (13) in dem Hohlraum (12) beabstandet von der Umfangswandung
(7) angeordnet ist.
13. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Hohlraum (12) wenigstens ein Steg (21) vorgesehen ist, der sich ausgehend
von einer Plattform in der Längsrichtung (L) in den Hohlraum (12) erstreckt und den
druckseitigen Abschnitt (10) der Umfangswandung (7) mit dem saugseitigen Abschnitt
(11) der Umfangswandung (7) verbindet.
14. Leitschaufel nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Stege (21) derart in dem Hohlraum (12) ausgebildet und angeordnet sind, dass
sich jeder Steg (21) ausgehend von einer Plattform (2, 19) in Richtung der gegenüberliegenden
Plattform (19, 2) erstreckt und beabstandet zu dieser endet,
wobei sich benachbarte Stege (21) ausgehend von unterschiedlichen Plattformen (2,
19) erstrecken, um in dem Hohlraum (12) einen mäanderförmigen Kühlfluidkanal (22)
zu definieren.
15. Leitschaufel nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass genau zwei Stege (21) vorgesehen sind und der Kühlfluidkanal (22) drei im Wesentlichen
gerade und sich in der Längsrichtung (L) erstreckende Kanalabschnitte (23), die ausgehend
von der Anströmkante (8) hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet sind,
und zwei Kehren (24) aufweist, die benachbarte Kanalabschnitte (23) benachbart zu
der inneren Plattform (19) oder benachbart zu der äußeren Plattform (2) miteinander
verbinden,
wobei das Verbindungsrohr (13) in dem mittleren Kanalabschnitt (23) des Kühlfluidkanals
(22) angeordnet ist.