EP3420197A1 - Leitschaufel mit einem verbindungsrohr - Google Patents

Leitschaufel mit einem verbindungsrohr

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EP3420197A1
EP3420197A1 EP17717143.6A EP17717143A EP3420197A1 EP 3420197 A1 EP3420197 A1 EP 3420197A1 EP 17717143 A EP17717143 A EP 17717143A EP 3420197 A1 EP3420197 A1 EP 3420197A1
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EP
European Patent Office
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guide
connecting tube
outer platform
vane according
platform
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EP17717143.6A
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Fathi Ahmad
Radan RADULOVIC
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • 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
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
    • F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
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    • F05D2230/23—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together
    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
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    • F05D2230/232—Manufacture essentially without removing material by permanently joining parts together by welding
    • F05D2230/237—Brazing

Definitions

  • the invention relates to a guide blade for a flow ⁇ machine, in particular gas turbine, with an outer ⁇ in accordance ⁇ mounted state outer platform, a protruding from the outer platform airfoil, which extends in a longitudinal direction and defines a cavity in its interior an inner platform disposed opposite to the outer platform and connected to the airfoil, and a connecting tube penetrating the cavity of the airfoil in the longitudinal direction, having its first free end inserted into a through hole formed in the inner platform and integral with the inner platform is connected and the second free end in a formed on the outer platform cooling fluid inlet opening spaced from the edge is arranged and protrudes from ⁇ ward of the outer platform.
  • Turbomachines such as gas turbines are known in the prior art in different configurations and serve to thermal energy and Stromener ⁇ energy of a working fluid, in particular a hot gas in rotation tion energy to convert. They include a housing in which a flow channel extends in an axial direction. In the flow passage, a plurality of turbine stages are arranged one behind the other in the axial direction and spaced from each other.
  • Each turbine stage includes a plurality of vanes which form a vane ring connected to the housing and favorably influence the flow direction of the working fluid.
  • a vane usually comprises a platform which is arranged radially outwards in the intended mounted state of the vane.
  • the vane includes an airfoil, which from the outer
  • Platform protrudes and extends in a longitudinal direction. Furthermore, the vane on an inner platform, which is connected opposite to the outer platform with the Schau ⁇ felblatt. The vane ring is closed inwardly by a retaining ring in which the inner platforms of the vanes are held.
  • each turbine stage includes a plurality of blades that form a rotor ring connected to a rotor centrally supported and passing through the housing in the axial direction.
  • a rotor ring connected to a rotor centrally supported and passing through the housing in the axial direction.
  • circumferential grooves are formed in which the retaining rings of Leit ⁇ blade rings are arranged.
  • the flow channel of the turbomachine flows through a working fluid.
  • the flow channel flowing through working ⁇ fluid is deflected by the guide vanes such that it flows onto the arranged behind the rotor blades and optimally subjected to a force.
  • the torque imparted by the vanes causes the rotor to rotate.
  • the rotational energy of the rotor can for example be converted by ei ⁇ nes generator into electrical energy.
  • One way to increase the thermal capacity is to dissipate heat from the vane by means of a cooling fluid.
  • a cavity is provided in its interior, which is flowed through by the cooling fluid.
  • the retaining rings on the inner sides of the vane ⁇ wreaths are heated by flowing hot gas into the circumferential groove.
  • a proven means for cooling a retaining ring is to form the retaining ring with a U-shaped cross section, whereby in the retaining ring a circumferential cooling fluid groove is created.
  • Thisdefluidnut is supplied with cooling ⁇ fluid flowing out of the vanes through an opening provided in the inner platform outlet opening in theharifluidnut of the retaining ring.
  • this cooling fluid has heatticiannom ⁇ men in the airfoil of the vane, which reduces the time available for the support ring cooling capacity.
  • a higher cooling capacity of the cooling fluid in the holding ring can be through a special connecting tube (jumper tube) achieve, which penetrates the cavity of the airfoil to the managing ⁇ shovel in the longitudinal direction and through which largely unheated flowing the cooling fluid in a direct way and in theharifluidnut of the holding ring ,
  • connecting tubes can have positioning means in their second free end region, which extend in opposite directions starting from the connecting tube and are supported on the pressure-side and the suction-side edge of the cooling fluid inlet opening.
  • positioning means can be insufficient to provide a sufficiently reliable positioning with regard to strong operational vibrations of the turbomachine and thermal changes in length of the connecting pipe of the connecting tube in the cooling fluid inlet opening.
  • a guide vane of the type mentioned which allows a simple and reliable positioning of the connecting tube in the cooling fluid inlet opening cost.
  • This object is achieved by a guide vane of the type mentioned, in which at least one guide means is attached to the outer platform for guiding the connecting tube, that is designed and ordered to ⁇ that it to form a sliding seat, the connecting pipe in the case of a thermal Length change in the longitudinal direction leads.
  • the invention is based on the consideration to provide on the outer platform guide means for guiding the connecting tube, which allow movement of the connecting tube due to thermal change in length, without endangering its positioning in the cooling fluid inlet opening.
  • provided on the outer platform guide means may unlike provided on the connecting tube positioning the degrees of motion of the dung Verbin ⁇ pipe to the longitudinal direction of the vane restric ⁇ ken.
  • the at least one guide means extends from the outer platform in the direction of the connecting tube and surrounds a portion of the connecting tube at least partially, in particular completely, leaving a game.
  • a guide means holds the Verbin ⁇ extension tube relative to the outer platform, in particular with regard to the distance from the edge of thedefluideinlassöff- voltage in a predetermined position.
  • the at least one guide means has a guide opening.
  • This guide opening is penetrated by the connecting pipe or a portion of the connecting pipe, whereby the connecting pipe is held securely transversely to the longitudinal direction.
  • at least one guide projection which extends in the longitudinal direction and engages through the guide opening of the at least one guide means is formed on the second free end of the connecting tube corresponding to the guide opening of the at least one guide means.
  • the guide opening may have a smaller cross-sectional area than the connecting tube, which can also reduce the dimensions of the guide means. The smaller the dimensions of the guide means, the less the cooling fluid is prevented from entering the cooling fluid inlet port.
  • the at least one guide projection is formed like a pin.
  • the cross section of the guide projection perpendicular to the longitudinal direction may be round, square or rectangular, for example.
  • two guide means are provided, which extend from opposite regions of the outer platform in the direction of the connecting tube and in particular face each other.
  • the two guide means are formed as sheets, which are connected to the outer platform material ⁇ conclusively, in particular by welding or soldering are.
  • Welded or soldered plates represent particularly inexpensive and easy to produce guide means.
  • two guide projections can be arranged opposite one another and at a distance from one another on the connecting tube and can be encompassed by a respective guide means.
  • the distance between the two whosvor- jumps in the range of 5 and 10 and is preferably 7.
  • Such distances correspond to the diameters of conventional connecting pipes.
  • the two guide means may be provided on the pressure side and on the suction side of the connection pipe.
  • This arrangement allows particularly short guide means, which is associated with an improved vibration behavior of the guide means.
  • the airfoil can have a circumferential wall.
  • the connecting tube is arranged in the cavity spaced from the circumferential wall. In this way, a thermal bridge between the connecting pipe ⁇ and the hot peripheral wall of the airfoil is avoided and the cooling fluid flowing around the connecting pipe additionally provides for heat insulation.
  • the cohesive connection between the connecting tube and the inner platform can be produced by welding or soldering.
  • connection between the connecting tube and the inner platform is preferably fluid-tight. This prevents heated cooling fluid from escaping from the cavity into the retaining ring of the vane ring.
  • Figure 1 is a partial perspective view of a vane according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a plan view of the guide vane shown in Figure 1 from the outside;
  • Figure 3 is a partial perspective view of a connection ⁇ pipe of the vane shown in Figure 1;
  • Figure 4 is a partial cross-sectional view of a flow ⁇ machine with vanes according to the embodiment shown in Figure 1;
  • FIG. 5 is an enlarged detail view of the designated in Figure 4 by the reference V detail.
  • Figures 1 to 3 show a guide blade 1 for a turbomachine, not shown, in particular a gas turbine according to an embodiment of the present invention.
  • the guide vane 1 has an outer flat 2, which is arranged radially outwardly in accordance with ⁇ assembled according to the condition of the guide vane 1.
  • the vane 1 includes an airfoil 3 extending in a longitudinal direction L and projecting from the outer platform 2.
  • a cavity 4 is defined.
  • the guide vane 1 to an inner platform 5, which is ge ⁇ genüberod disposed to the outer platform 2 and connected to the airfoil. 3
  • the guide vane 1 comprises a connecting tube 6, which passes through the cavity 4 of the airfoil 3 in the longitudinal direction L.
  • a first free end of the kausroh ⁇ res 6 is connected to the inner platform 5 by welding material fit and fluid-tight.
  • the second free end of the Connecting pipe 6 is arranged in a formed on the outer platform 2 cooling fluid inlet opening 7 spaced from the edge 8 and projects outwardly from the outer plate ⁇ form 2.
  • the guide means 9 are formed as sheets, which are arranged on the pressure side and the suction side of the blade ⁇ blade 3 and are connected to the outer platform 2 material ⁇ conclusively by welding.
  • Each guide means 9 has a slot-shaped effetsöff ⁇ tion 10 to fully encompass a portion 11 of the connecting tube 6, leaving a game completely.
  • a partial encompassing can alternatively also suffice.
  • the two sections 11 are present provided ⁇ seen as extending in the longitudinal direction L of the guide projections 11 which are formed on the second free end of the connecting pipe 6 corresponding to the guide holes 10 and extend through the guide openings 10 of the two guide means.
  • the guide projections 11 are guided displaceably in the guide means.
  • the guide projections 11 are formed in a pin-like manner with a rectangular cross-section of ⁇ and opposite to each other and spaced from each other on the connecting pipe 6 arranged.
  • the distance between the two guide projections 11 is about 7 mm.
  • the airfoil 3 has a peripheral wall 12, to which the connecting pipe 6 is arranged in a spaced manner in the cavity 4.
  • FIGS 4 and 5 show schematically a portion of a turbomachine with guide vanes according to the invention 1.
  • the Turbomachine comprises a housing 13 in which a flow channel 14 extends in egg ⁇ ner axial direction A.
  • Wei ⁇ terhin comprises the turbomachine a plurality of Turbi ⁇ nengen 15 each comprise a guide vane ring 16 and a rotor blade ring 17, wherein the turbine stages 15 in the flow channel 14 in the axial direction A in a row and are spaced apart from each other.
  • the guide vane rings 15 are each formed from a plurality of he ⁇ inventive guide vanes 1 and each comprise a U-shaped retaining ring 18 with a circumferential cooling fluid groove 19, in which the inner platforms 5 of the vanes 1 are held.
  • the flow channel 14 is flowed through by an expanding hot gas.
  • the guide vanes of the vane rings 1 are 15 flows simultaneously a cooling fluid and cooled.
  • a portion of the cooling fluid flows for cooling the Schaufelblat- tes 3 through the cooling fluid inlet opening 7 into the cavity 4, while another part of the cooling fluid for cooling the Hal ⁇ tekranzes 18 through the connecting pipe 6 directly, without it ⁇ warming contact with the peripheral wall 12 of the Blade 3 flows into the retaining ring 18.
  • An advantage of the guide vane 1 according to the invention is that the connecting tube 6 can move in the longitudinal direction L in the guide openings 10 of the guide means 9 in the case of a thermally induced change in length, without leaving its position in the cooling fluid inlet opening 7 with respect to its edge 8. Beyond that festivalssokohei ⁇ th of the connecting tube 6 relative to the outer platform 2 are avoided by the attached to the outer platform 2 guide means 9.

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Abstract

Leitschaufel (1) für eine Strömungsmaschine mit einer in bestimmungsgemäß montiertem Zustand äußeren Plattform (2), einem von der äußeren Plattform vorstehenden Schaufelblatt (3), das sich in einer Längsrichtung erstreckt und in seinem Inneren einen Hohlraum (4) definiert, einer inneren Plattform (5), die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform angeordnet und mit dem Schaufelblatt verbunden ist, und einem den Hohlraum des Schaufelblattes in der Längsrichtung durchsetzenden Verbindungsrohr (6), dessen erstes freies Ende in eine in der inneren Plattform ausgebildete Durchgangsöffnung eingesetzt und mit der inneren Plattform stoffschlüssig verbunden ist und dessen zweites freies Ende in einer an der äußeren Plattform ausgebildeten Kühlfluideinlassöffnung (7) beabstandet zu deren Rand angeordnet ist und auswärts von der äußeren Plattform vorsteht, wobei an der äußeren Plattform zur Führung des Verbindungsrohres wenigstens ein Führungsmittel (9) befestigt ist, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es das Verbindungsrohr im Falle einer thermischen Längenänderung in der Längsrichtung führt.

Description

Beschreibung
Leitschaufel mit einem Verbindungsrohr Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine Strömungs¬ maschine, insbesondere Gasturbine, mit einer in bestimmungs¬ gemäß montiertem Zustand äußeren Plattform, einem von der äußeren Plattform vorstehenden Schaufelblatt, das sich in einer Längsrichtung erstreckt und in seinem Inneren einen Hohlraum definiert, einer inneren Plattform, die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform angeordnet und mit dem Schaufelblatt verbunden ist, und einem den Hohlraum des Schaufelblattes in der Längsrichtung durchsetzenden Verbindungsrohr, dessen erstes freies Ende in eine in der inneren Plattform ausgebildete Durchgangsöffnung eingesetzt und mit der inneren Plattform stoffschlüssig verbunden ist und dessen zweites freies Ende in einer an der äußeren Plattform ausgebildeten Kühlfluidein- lassöffnung beabstandet zu deren Rand angeordnet ist und aus¬ wärts von der äußeren Plattform vorsteht.
Strömungsmaschinen wie beispielsweise Gasturbinen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt und dienen dazu, thermische Energie und Strömungsener¬ gie eines Arbeitsfluids , insbesondere eines Heißgases in Ro- tationsenergie 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.
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 Schau¬ felblatt verbunden ist. Der Leitschaufelkranz ist nach innen durch einen Haltekranz abgeschlossen, in dem die inneren Plattformen der Leitschaufeln gehalten sind.
Darüber hinaus umfasst jede Turbinenstufe eine Mehrzahl von Laufschaufeln, die einen mit einem zentral gelagerten und das Gehäuse in der axialen Richtung durchsetzenden Läufer verbun- denen Laufschaufelkranz bilden. In dem Läufer sind weiterhin Umfangsnuten ausgebildet, in denen die Haltekränze der Leit¬ schaufelkränze angeordnet sind.
Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strö- mungskanal der Strömungsmaschine von einem Arbeitsfluid durchströmt. Das den Strömungskanal durchströmende Arbeits¬ fluid wird von den Leitschaufeln derart umgelenkt, dass es die dahinter angeordneten Laufschaufein 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 ei¬ nes Generators in elektrische Energie umgewandelt werden.
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.
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 Kühl- fluid durchströmt wird. Auch die Haltekränze an den Innenseiten der Leitschaufel¬ kränze werden durch in die Umfangsnut strömendes Heißgas stark erhitzt. Ein bewährtes Mittel zur Kühlung eines Halte- kranzes ist, den Haltekranz mit einem U-förmigen Querschnitt auszubilden, wodurch in dem Haltekranz eine umlaufende Kühl- fluidnut geschaffen wird. Diese Kühlfluidnut wird mit Kühl¬ fluid versorgt, das aus den Leitschaufeln durch eine in der inneren Plattform vorgesehene Auslassöffnung in die Kühl- fluidnut des Haltekranzes strömt. Jedoch hat dieses Kühlfluid in dem Schaufelblatt der Leitschaufel bereits Wärme aufgenom¬ men, was die für den Haltekranz verfügbare Kühlleistung verringert . Eine höhere Kühlleistung des Kühlfluids in dem Haltekranz lässt sich durch ein spezielles Verbindungsrohr (jumper tube) erzielen, welches den Hohlraum des Schaufelblattes der Leit¬ schaufel in der Längsrichtung durchsetzt und durch welches das Kühlfluid auf direktem Weg und weitgehend unerwärmt in die Kühlfluidnut des Haltekranzes strömt.
Ein erstes freies Ende des Verbindungsrohrs ist in eine in der inneren Plattform ausgebildete Durchgangsöffnung eingesetzt und mit der inneren Plattform stoffschlüssig verbunden. Das zweite freie Ende des Verbindungsrohrs ist in einer an der äußeren Plattform ausgebildeten Kühlfluideinlassöffnung beabstandet zu deren Rand angeordnet und steht auswärts von der äußeren Plattform vor. Zur Positionierung können Verbindungsrohre in ihrem zweiten freien Endbereich Positioniermittel aufweisen, die sich ausgehend von dem Verbindungsrohr in entgegengesetzte Richtungen erstrecken und sich an dem druckseitigen sowie dem saugseiti- gen Rand der Kühlfluideinlassöffnung abstützen. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Positioniermittel unzureichend sein können, um im Hinblick auf starke betriebsbedingte Schwingungen der Strömungsmaschine und thermische Längenänderungen des Verbindungsrohrs eine ausreichend zuverlässige Positionierung des Verbindungsrohrs in der Kühlfluideinlassöffnung zu gewährleisten .
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitschaufel der eingangs genannten Art zu schaffen, die kostengünstig eine einfache und zuverlässige Positionierung des Verbindungsrohrs in der Kühlfluideinlassöffnung erlaubt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leitschaufel der eingangs genannten Art gelöst, bei welcher an der äußeren Plattform zur Führung des Verbindungsrohres wenigstens ein Führungsmittel befestigt ist, dass derart ausgebildet und an¬ geordnet ist, dass es unter Ausbildung eines Schiebsitzes das Verbindungsrohr im Falle einer thermischen Längenänderung in der Längsrichtung führt.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, an der äußeren Plattform Führungsmittel zur Führung des Verbindungsrohres vorzusehen, die eine Bewegung des Verbindungsrohres aufgrund thermischer Längenänderung gestatten, ohne dessen Positionierung in der Kühlfluideinlassöffnung zu gefährden. Mit anderen Worten können die an der äußeren Plattform vorgesehenen Führungsmittel anders als an dem Verbindungsrohr vorgesehene Positioniermittel die Bewegungsfreiheitsgrade des Verbin¬ dungsrohres auf die Längsrichtung der Leitschaufel beschrän¬ ken .
Bevorzugt erstreckt sich das wenigstens eine Führungsmittel ausgehend von der äußeren Plattform in Richtung des Verbindungsrohrs und umgreift einen Abschnitt des Verbindungsrohrs zumindest teilweise, insbesondere vollständig unter Belassung eines Spieles. Ein derartiges Führungsmittel hält das Verbin¬ dungsrohr bezogen auf die äußere Plattform, insbesondere hin- sichtlich des Abstandes von dem Rand der Kühlfluideinlassöff- nung in einer vorgegebenen Position. Durch das zumindest teilweise seitliche Umgreifen des Verbindungsrohres, wobei diesem ein Spiel belassen wird, behält das Verbindungsrohr die Freiheit, sich im Falle einer thermischen Längenänderung in den Umgriff in der Längsrichtung zu bewegen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das wenigstens eine Füh- rungsmittel eine Führungsöffnung auf. Diese Führungsöffnung wird von dem Verbindungsrohr oder einem Abschnitt des Verbindungsrohrs durchsetzt, wodurch das Verbindungsrohr quer zu der Längsrichtung sicher gehalten ist. Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Leitschaufel ist an dem zweiten freien Ende des Verbindungsrohr korrespondierend zu der Führungsöffnung des wenigstens einen Führungsmit¬ tels wenigstens ein sich in der Längsrichtung erstreckender Führungsvorsprung ausgebildet, der die Führungsöffnung des wenigstens einen Führungsmittels durchgreift. Auf diese Weise kann die Führungsöffnung eine geringere Querschnittsfläche aufweisen als das Verbindungsrohr, wodurch sich auch die Abmessungen des Führungsmittels verringern lassen. Je geringer die Abmessungen des Führungsmittels sind, desto weniger wird das Kühlfluid an einem Eintritt in die Kühlfluideinlassöff- nung gehindert.
Bevorzugt ist der wenigstens eine Führungsvorsprung stiftartig ausgebildet. Dabei kann der Querschnitt des Führungsvor- sprungs senkrecht zu der Längsrichtung beispielsweise rund, quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein.
Besonders bevorzugt sind zwei Führungsmittel vorgesehen, die sich ausgehend von gegenüberliegenden Bereichen der äußeren Plattform in Richtung des Verbindungsrohres erstrecken und insbesondere zueinander weisen. Durch zwei derart angeordnete Führungsmittel kann einer Rotationsbewegung des Verbindungs¬ rohres um seine Längsachse entgegengewirkt werden, was die Positionierungswirkung der Führungsmittel weiter verbessert.
Gemäß einer Weiterentwicklung sind die beiden Führungsmittel als Bleche ausgebildet, die mit der äußeren Plattform stoff¬ schlüssig insbesondere durch Schweißen oder Löten verbunden sind. Angeschweißte oder angelötete Bleche stellen besonders kostengünstig und einfach herstellbare Führungsmittel dar.
Entsprechend können an dem Verbindungsrohr zwei Führungsvor- sprünge einander gegenüber liegend und beabstandet zueinander angeordnet und von jeweils einem Führungsmittel umgriffen sein .
Bevorzugt liegt der Abstand zwischen den beiden Führungsvor- Sprüngen im Bereich von 5 und 10 und beträgt bevorzugt 7. Solche Abstände entsprechen den Durchmessern herkömmlicher Verbindungsrohre .
Bei einer erfindungsgemäßen Leitschaufel können die beiden Führungsmittel auf der Druckseite und auf der Saugseite des Verbindungsrohrs vorgesehen sein. Diese Anordnung ermöglicht besonders kurze Führungsmittel, was mit einem verbesserten Schwingungsverhalten der Führungsmittel einhergeht. In an sich bekannter Weise kann das Schaufelblatt eine Um- fangswandung aufweisen. Dabei ist das Verbindungsrohr in dem Hohlraum beabstandet zu der Umfangswandung angeordnet. Auf diese Weise wird eine Wärmebrücke zwischen dem Verbindungs¬ rohr und der heißen Umfangswandung des Schaufelblattes ver- mieden und das das Verbindungsrohr umströmende Kühlfluid sorgt zusätzlich für eine Wärmeisolation.
In an sich bekannter Weise kann die Stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr und der inneren Plattform durch Schweißen oder Löten hergestellt sein.
Die Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr und der inneren Plattform ist bevorzugt fluiddicht. Dadurch wird verhindert, dass erwärmtes Kühlfluid aus dem Hohlraum in den Haltekranz des Leitschaufelkranzes entweichen kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand einer Leitschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
Figur 1 eine teilweise Perspektivansicht einer Leitschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Draufsicht der in Figur 1 dargestellten Leitschaufel von außen;
Figur 3 eine teilweise Perspektivansicht eines Verbindungs¬ rohres der in Figur 1 dargestellten Leitschaufel;
Figur 4 eine teilweise Querschnittsansicht einer Strömungs¬ maschine mit Leitschaufeln gemäß der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform; und
Figur 5 eine vergrößerte Detailansicht des in Figur 4 mit dem Bezugszeichen V bezeichneten Ausschnitts.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Leitschaufel 1 für eine nicht dargestellte Strömungsmaschine, insbesondere eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Leitschaufel 1 weist eine äußere Plattfirm 2 auf, die in be¬ stimmungsgemäß montiertem Zustand der Leitschaufel 1 radial außen angeordnet ist. Ferner umfasst die Leitschaufel 1 ein Schaufelblatt 3, das sich in einer Längsrichtung L erstreckt und von der äußeren Plattform 2 vorsteht. In dem Inneren des Schaufelblatts 3 ist ein Hohlraum 4 definiert. Weiterhin weist die Leitschaufel 1 eine innere Plattform 5 auf, die ge¬ genüberliegend zu der äußeren Plattform 2 angeordnet und mit dem Schaufelblatt 3 verbunden ist.
Darüber hinaus umfasst die Leitschaufel 1 ein Verbindungsrohr 6, das den Hohlraum 4 des Schaufelblattes 3 in der Längsrichtung L durchsetzt. Ein erstes freies Ende des Verbindungsroh¬ res 6 ist mit der inneren Plattform 5 durch Schweißen stoffschlüssig und fluiddicht verbunden. Das zweite freie Ende des Verbindungsrohres 6 ist in einer an der äußeren Plattform 2 ausgebildeten Kühlfluideinlassöffnung 7 beabstandet zu deren Rand 8 angeordnet und steht auswärts von der äußeren Platt¬ form 2 vor.
Zur Führung des Verbindungsrohres 6 sind an der äußeren
Plattform 2 zwei Führungsmittel 9 befestigt, die sich ausge¬ hend von gegenüberliegenden Bereichen der äußeren Plattform 2 in Richtung des Verbindungsrohres 6 erstrecken und zueinander weisen. Die Führungsmittel 9 sind als Bleche ausgebildet sind, die auf der Druckseite und der Saugseite des Schaufel¬ blattes 3 angeordnet und mit der äußeren Plattform 2 stoff¬ schlüssig durch Schweißen verbunden sind. Jedes Führungsmittel 9 weist eine schlitzförmige Führungsöff¬ nung 10 auf, um einen Abschnitt 11 des Verbindungsrohres 6 unter Belassung eines Spiels vollständig zu umgreifen. Ein teilweises Umgreifen kann alternativ ebenfalls genügen. Die beiden Abschnitte 11 sind vorliegend als sich in der Längsrichtung L erstreckende Führungsvorsprünge 11 vorge¬ sehen, die an dem zweiten freien Ende des Verbindungsrohrs 6 korrespondierend zu den Führungsöffnungen 10 ausgebildet sind und die Führungsöffnungen 10 der beiden Führungsmittel 9 durchgreifen. Damit wird ein ggf. spielbehafteter Schiebesitz realisiert, wodurch die beiden Führungsvorsprünge 11 in den Führungsmitteln verschieblich geführt sind. Die Führungsvorsprünge 11 sind stiftartig mit rechteckigem Querschnitt aus¬ gebildet und einander gegenüberliegend und beabstandet zuei- nander an dem Verbindungsrohr 6 angeordnet. Der Abstand zwischen den beiden Führungsvorsprüngen 11 beträgt etwa 7 mm.
Das Schaufelblatt 3 weist eine Umfangswandung 12 auf, zu der das Verbindungsrohr 6 in dem Hohlraum 4 beabstandet angeord- net ist.
Die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch einen Abschnitt einer Strömungsmaschine mit erfindungsgemäßen Leitschaufeln 1. Die Strömungsmaschine umfasst ein Gehäuse 13, in dem sich in ei¬ ner axialen Richtung A ein Strömungskanal 14 erstreckt. Wei¬ terhin umfasst die Strömungsmaschine eine Mehrzahl von Turbi¬ nenstufen 15, die jeweils einen Leitschaufelkranz 16 und ei- nen Laufschaufelkranz 17 umfassen, wobei die Turbinenstufen 15 in dem Strömungskanal 14 in der axialen Richtung A hintereinander und beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Leitschaufelkränze 15 sind jeweils aus einer Mehrzahl von er¬ findungsgemäßen Leitschaufeln 1 gebildet und umfassen jeweils ein U-förmiger Haltekranz 18 mit einer umlaufenden Kühlfluid- nut 19, in dem die inneren Plattformen 5 der Leitschaufeln 1 gehalten sind.
Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strö- mungskanal 14 von einem expandierenden Heißgas durchströmt.
Um die thermische Belastung der Leitschaufelkränze 16 zu ver¬ ringern, werden die Leitschaufeln 1 der Leitschaufelkränze 15 gleichzeitig von einem Kühlfluid durchströmt und gekühlt. Ein Teil des Kühlfluids durchströmt zur Kühlung des Schaufelblat- tes 3 durch die Kühlfluideinlassöffnung 7 in dem Hohlraum 4, während ein anderer Teil des Kühlfluids zur Kühlung des Hal¬ tekranzes 18 durch das Verbindungsrohr 6 direkt und ohne er¬ wärmenden Kontakt mit der Umfangswandung 12 des Schaufelblatts 3 in den Haltekranz 18 strömt.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Leitschaufel 1 liegt darin, dass sich das Verbindungsrohr 6 im Falle einer thermisch bedingten Längenänderung in den Führungsöffnungen 10 der Führungsmittel 9 in der Längsrichtung L bewegen kann, ohne seine Position in der Kühlfluideinlassöffnung 7 bezogen auf deren Rand 8 zu verlassen. Darüber hinausgehende Bewegungsfreihei¬ ten des Verbindungsrohres 6 relativ zu der äußeren Plattform 2 werden durch die an der äußeren Plattform 2 befestigten Führungsmittel 9 vermieden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge- schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Leitschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbeson- dere Gasturbine, mit einer in bestimmungsgemäß montiertem
Zustand äußeren Plattform (2), einem von der äußeren Plattform (2) vorstehenden Schaufelblatt (3), das sich in einer Längsrichtung (L) erstreckt und in seinem Inneren einen Hohlraum (4) definiert, einer inneren Plattform (5), die gegenüberliegend zu der äußeren Plattform (2) angeordnet und mit dem Schaufelblatt (3) verbunden ist, und einem den Hohlraum (4) des Schaufelblattes (3) in der Längsrichtung (L) durchsetzenden Verbindungsrohr (6), dessen erstes freies Ende in eine in der inneren Plattform (5) ausgebildete Durchgangsöffnung eingesetzt und mit der inneren Plattform
(5) stoffschlüssig verbunden ist und dessen zweites freies Ende durch eine an der äußeren Plattform (2) ausgebildete Kühlfluideinlassöffnung (7) beabstandet zu deren Rand (8) angeordnet ist und auswärts von der äußeren Plattform (2) vorsteht,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der äußeren Plattform (2) zur Führung des Verbindungsrohres (6) wenigstens ein Führungsmittel (9) befestigt ist, das derart ausgebildet und angeordnet ist, dass es unter Ausbildung eines Schiebsitzes das Verbindungsrohr (6) im
Falle einer thermischen Längenänderung in der Längsrichtung (L) führt.
2. Leitschaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich das wenigstens eine Führungsmittel (9) ausgehend von der äußeren Plattform (2) in Richtung des Verbindungsrohrs
(6) erstreckt und einen Abschnitt (11) des Verbindungsrohrs (6) zumindest teilweise, insbesondere vollständig unter Be- lassung eines Spieles umgreift.
3. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Führungsmittel (9) eine Führungsöffnung (10) aufweist.
4. Leitschaufel nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem zweiten freien Ende des Verbindungsrohrs (6) korres¬ pondierend zu der Führungsöffnung (10) des wenigstens einen Führungsmittels (9) wenigstens ein sich in der Längsrich¬ tung (L) erstreckender Führungsvorsprung (11) ausgebildet ist, der die Führungsöffnung (10) des wenigstens einen Führungsmittels (9) durchgreift.
5. Leitschaufel nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der wenigstens eine Führungsvorsprung (11) stiftartig aus¬ gebildet ist.
6. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Führungsmittel (9) vorgesehen sind, die sich ausgehend von gegenüberliegenden Bereichen der äußeren Plattform (2) in Richtung des Verbindungsrohres (6) erstrecken und insbe- sondere zueinander weisen.
7. Leitschaufel nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Führungsmittel (9) als Bleche ausgebildet sind, die mit der äußeren Plattform (2) stoffschlüssig,
insbesondere durch Schweißen oder Löten verbunden sind.
8. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem Verbindungsrohr (6) zwei Führungsvorsprünge (11) ei¬ nander gegenüberliegend und beabstandet zueinander ange¬ ordnet und von jeweils einem Führungsmittel (9) umgriffen sind .
9. Leitschaufel nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand zwischen den beiden Führungsvorsprüngen (11) im Bereich von 5 und 10 liegt und bevorzugt 7 beträgt.
10. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Führungsmittel (9) auf der Druckseite und auf der Saugseite des Verbindungsrohrs (6) vorgesehen sind.
11. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaufelblatt (3) eine Umfangswandung (12) aufweist.
12. Leitschaufel nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verbindungsrohr (6) in dem Hohlraum (4) beabstandet zu der Umfangswandung (12) angeordnet ist.
13. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr (6) und der inneren Plattform (5) durch Schweißen oder Löten hergestellt ist.
14. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindung zwischen dem Verbindungsrohr (6) und der inneren Plattform (5) fluiddicht ist.
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