EP3420197B1 - Leitschaufel mit einem verbindungsrohr - Google Patents

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EP3420197B1
EP3420197B1 EP17717143.6A EP17717143A EP3420197B1 EP 3420197 B1 EP3420197 B1 EP 3420197B1 EP 17717143 A EP17717143 A EP 17717143A EP 3420197 B1 EP3420197 B1 EP 3420197B1
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EP
European Patent Office
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guide
connecting tube
guide vane
vane according
outer platform
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EP17717143.6A
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EP3420197A1 (de
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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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    • 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
    • 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
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • 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
    • 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
    • F05D2230/20—Manufacture essentially without removing material
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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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 vane for a turbomachine, in particular a gas turbine, having an outer platform in the properly installed state, an airfoil protruding from the outer platform, which extends in a longitudinal direction and defines a cavity in its interior, an inner platform which is opposite The outer platform is arranged and connected to the airfoil, and a connecting tube penetrating the cavity of the airfoil in the longitudinal direction, the first free end of which is inserted into a through opening formed in the inner platform and is integrally connected to the inner platform and the second free end of which is in a cooling fluid inlet opening formed on the outer platform is spaced from the edge thereof and protrudes outward from the outer platform.
  • Turbomachines such as gas turbines, are known in the prior art in various configurations and are used to convert thermal energy and flow energy of a working fluid, in particular a hot gas, into rotational energy. They comprise a housing in which a flow channel extends in an axial direction. In the flow channel, a plurality of turbine stages are arranged one behind the other and spaced apart in the axial direction.
  • Each turbine stage comprises a plurality of guide blades which form a guide blade ring connected to the housing and which have a favorable influence on the flow direction of the working fluid.
  • a guide vane usually comprises a platform which is arranged radially on the outside when the guide vane is installed as intended.
  • the vane further includes an airfoil that protrudes from the outer platform and extends in a longitudinal direction.
  • the guide vane has an inner platform which is connected to the airfoil opposite the outer platform.
  • the guide vane ring is closed off on the inside by a holding ring in which the inner platforms of the guide vanes are held.
  • each turbine stage comprises a plurality of rotor blades, which form a rotor blade ring connected to a rotor which is mounted centrally and passes through the housing in the axial direction.
  • Circumferential grooves are also formed in the rotor, in which the retaining rings of the guide vane rings are arranged.
  • a working fluid flows through the flow channel of the turbomachine.
  • the working fluid flowing through the flow channel is deflected by the guide vanes in such a way that it optimally flows against the rotor vanes arranged behind it and applies a force.
  • the torque imparted by the guide vanes sets the rotor in rotation.
  • the rotor's rotational energy can be converted into electrical energy, for example, by means of a generator.
  • thermodynamic efficiency of gas turbines is higher, the higher the temperature of the hot gas entering the gas turbine.
  • level of the inlet temperature is limited, inter alia, by the thermal load-bearing capacity of the components arranged in the flow channel. Accordingly, one objective is to create components that have sufficient mechanical resistance for the operation of the gas turbine, even at very high temperatures of the hot gas.
  • One way of increasing the thermal load capacity of a guide vane is to remove heat from the guide vane by means of a cooling fluid.
  • a cavity is provided in its interior, through which the cooling fluid flows.
  • the retaining rings on the inner sides of the guide vane rings are also strongly heated by hot gas flowing into the circumferential groove.
  • a proven means of cooling a retaining ring is to design the retaining ring with a U-shaped cross section, as a result of which a circumferential cooling fluid groove is created in the retaining ring.
  • This cooling fluid groove is supplied with cooling fluid which flows out of the guide vanes through an outlet opening provided in the inner platform into the cooling fluid groove of the retaining ring.
  • this cooling fluid has already absorbed heat in the airfoil of the guide vane, which reduces the cooling capacity available for the retaining ring.
  • a first free end of the connecting tube is inserted into a through opening formed in the inner platform and is integrally connected to the inner platform.
  • the second free end of the connecting tube is arranged in a cooling fluid inlet opening formed on the outer platform at a distance from the edge thereof and projects outward from the outer platform.
  • connecting pipes can have positioning means in their second free end region, which extend from the connecting pipe in opposite directions and are supported on the pressure-side and the suction-side edge of the cooling fluid inlet opening. It has been shown, however, that these positioning means can be insufficient to provide sufficiently reliable positioning in view of strong operational vibrations of the turbomachine and thermal changes in length of the connecting pipe to ensure the connecting pipe in the cooling fluid inlet opening.
  • FIG. 1 An alternative attachment of such a connecting tube shows the US 2004/0062637 A1 , according to which the connecting pipe is welded to the interior of the turbine blade via several spacers.
  • the GB 2 058 944 A. a turbine blade with an impact cooling insert.
  • a guide vane according to claim 1 in which at least one guide means is fastened to the outer platform for guiding the connecting tube, which is designed and arranged such that it forms the sliding tube in the event of a thermal change in length, with the formation of a sliding seat Longitudinal leads.
  • the invention is based on the idea of providing guide means for guiding the connecting tube on the outer platform, which allow movement of the connecting tube due to thermal change in length, without endangering its positioning in the cooling fluid inlet opening.
  • the guide means provided on the outer platform can limit the degrees of freedom of movement of the connecting tube to the longitudinal direction of the guide vane.
  • the at least one guide means extends from the outer platform in the direction of the connecting tube and encompasses a section of the Connection tube at least partially, in particular completely leaving a game.
  • a guide means holds the connecting tube in a predetermined position with respect to the outer platform, in particular with regard to the distance from the edge of the cooling fluid inlet opening.
  • the at least one guide means has a guide opening. This guide opening is penetrated by the connecting tube or a section of the connecting tube, whereby the connecting tube is held securely transversely to the longitudinal direction.
  • At least one guide projection extending in the longitudinal direction is formed on the second free end of the connecting tube corresponding to the guide opening of the at least one guide means and extends through the guide opening of the at least one guide means.
  • the guide opening can have a smaller cross-sectional area than the connecting tube, as a result of which the dimensions of the guide means can also be reduced. The smaller the dimensions of the guide means, the less the cooling fluid is prevented from entering the cooling fluid inlet opening.
  • the at least one guide projection is preferably designed in the manner of a pin.
  • the cross section of the guide protrusion can be formed, for example, round, square or rectangular perpendicular to the longitudinal direction.
  • Two guide means are particularly preferably provided, which extend from opposite regions of the outer platform in the direction of the connecting tube and in particular point towards one another. A rotation movement of the connecting tube about its longitudinal axis can be counteracted by two guide means arranged in this way, which further improves the positioning effect of the guide means.
  • the two guide means are designed as sheets which are integrally connected to the outer platform, in particular by welding or soldering are. Welded or soldered sheets are particularly cost-effective and easy to manufacture guide means.
  • two guide projections can be arranged opposite one another and spaced apart from one another on the connecting tube and can be encompassed by a respective guide means.
  • the distance between the two guide projections is preferably in the range from 5 to 10 and is preferably 7. Such distances correspond to the diameters of conventional connecting pipes.
  • the two guide means can be provided on the pressure side and on the suction side of the connecting pipe. This arrangement enables particularly short guide means, which is associated with an improved vibration behavior of the guide means.
  • the airfoil can have a peripheral wall.
  • the connecting tube is arranged in the cavity at a distance from the peripheral 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 thermal insulation.
  • the integral 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 guide vane ring.
  • the Figures 1 to 3 show a guide vane 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 platform 2, which is arranged radially on the outside when the guide vane 1 is mounted as intended.
  • the guide blade 1 comprises an airfoil 3 which extends in a longitudinal direction L and protrudes from the outer platform 2.
  • a cavity 4 is defined in the interior of the airfoil 3.
  • the guide vane 1 has an inner platform 5 which is arranged opposite the outer platform 2 and is connected to the airfoil 3.
  • the guide vane 1 comprises a connecting tube 6 which penetrates the cavity 4 of the airfoil 3 in the longitudinal direction L.
  • a first free end of the connecting tube 6 is connected to the inner platform 5 by welding in a cohesive and fluid-tight manner.
  • the second free end of the The connecting tube 6 is arranged in a cooling fluid inlet opening 7 formed on the outer platform 2 at a distance from the edge 8 thereof and projects outward from the outer platform 2.
  • two guide means 9 are attached to the outer platform 2, which extend from opposite areas of the outer platform 2 in the direction of the connecting tube 6 and face each other.
  • the guide means 9 are designed as sheets which are arranged on the pressure side and the suction side of the airfoil 3 and are integrally connected to the outer platform 2 by welding.
  • Each guide means 9 has a slot-shaped guide opening 10 in order to completely encompass a section 11 of the connecting tube 6 while leaving play.
  • a partial change of grip can alternatively also suffice.
  • the two sections 11 are provided as guide projections 11 which extend in the longitudinal direction L and are formed on the second free end of the connecting tube 6 corresponding to the guide openings 10 and pass through the guide openings 10 of the two guide means 9.
  • the guide projections 11 are pin-shaped with a rectangular cross section and are arranged opposite one another and spaced apart on the connecting tube 6. The distance between the two guide projections 11 is approximately 7 mm.
  • the airfoil 3 has a peripheral wall 12, to which the connecting tube 6 is arranged at a distance in the cavity 4.
  • FIGS. 4 and 5 schematically show a section of a turbomachine with guide vanes 1 according to the invention
  • Turbomachine comprises a housing 13, in which a flow channel 14 extends in an axial direction A.
  • the turbomachine comprises a plurality of turbine stages 15, each comprising a guide vane ring 16 and a moving vane ring 17, the turbine stages 15 being arranged one behind the other and spaced apart from one another in the flow channel 14 in the axial direction A.
  • the guide vane rings 15 are each formed from a plurality of guide vanes 1 according to the invention and each comprise a U-shaped holding ring 18 with a circumferential cooling fluid groove 19 in which the inner platforms 5 of the guide vanes 1 are held.
  • an expanding hot gas flows through the flow channel 14.
  • a cooling fluid flows through and cools the guide vanes 1 of the guide vane rings 15 simultaneously.
  • a part of the cooling fluid flows through the cooling fluid inlet opening 7 in the cavity 4 for cooling the airfoil 3, while another part of the cooling fluid flows through the connecting tube 6 for cooling the holding ring 18 directly and without heating contact with the peripheral wall 12 of the airfoil 3 in the holding ring 18 flows.
  • One 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 case of a thermally induced length change in the guide openings 10 of the guide means 9 without leaving its position in the cooling fluid inlet opening 7 with respect to the edge 8 thereof. Beyond this, freedom of movement of the connecting tube 6 relative to the outer platform 2 is avoided by the guide means 9 attached to the outer platform 2.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leitschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere Gasturbine, mit einer in bestimmungsgemäß 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 Kühlfluideinlassöffnung beabstandet zu deren Rand angeordnet ist und auswärts von der äußeren Plattform vorsteht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 Kühlfluid durchströmt wird.
  • 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.
  • Nach der EP 2 840 231 A1 lässt sich eine höhere Kühlleistung des Kühlfluids in dem Haltekranz 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.
  • 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 saugseitigen 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.
  • Eine alternative Befestigung eines derartigen Verbindungsrohres zeigt die US 2004/0062637 A1 , gemäß welcher das Verbindungsrohr über mehrere Abstandshalter am Inneren der Turbinenschaufel angeschweißt ist. Zudem offenbart die GB 2 058 944 A eine Turbinenschaufel mit einem Prallkühleinsatz.
  • 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 nach Anspruch 1 gelöst, bei welcher an der äußeren Plattform zur Führung des Verbindungsrohres wenigstens ein Führungsmittel befestigt ist, dass derart ausgebildet und angeordnet 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 Verbindungsrohres auf die Längsrichtung der Leitschaufel beschränken.
  • Erfindungsgemäß 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 Verbindungsrohr bezogen auf die äußere Plattform, insbesondere hinsichtlich des Abstandes von dem Rand der Kühlfluideinlassöffnung 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 Führungsmittel 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 Führungsmittels 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 Kühlfluideinlassöffnung gehindert.
  • Bevorzugt ist der wenigstens eine Führungsvorsprung stiftartig ausgebildet. Dabei kann der Querschnitt des Führungsvorsprungs 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 Verbindungsrohres 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 stoffschlüssig 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 Führungsvorsprünge einander gegenüber liegend und beabstandet zueinander angeordnet und von jeweils einem Führungsmittel umgriffen sein.
  • Bevorzugt liegt der Abstand zwischen den beiden Führungsvorsprüngen 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 Umfangswandung aufweisen. Dabei ist das Verbindungsrohr in dem Hohlraum beabstandet zu der Umfangswandung angeordnet. Auf diese Weise wird eine Wärmebrücke zwischen dem Verbindungsrohr und der heißen Umfangswandung des Schaufelblattes vermieden 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 Verbindungsrohres der in Figur 1 dargestellten Leitschaufel;
    Figur 4
    eine teilweise Querschnittsansicht einer Strömungsmaschine 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 bestimmungsgemäß 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 gegenüberliegend 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 Verbindungsrohres 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 Plattform 2 vor.
  • Zur Führung des Verbindungsrohres 6 sind an der äußeren Plattform 2 zwei Führungsmittel 9 befestigt, die sich ausgehend 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 Schaufelblattes 3 angeordnet und mit der äußeren Plattform 2 stoffschlüssig durch Schweißen verbunden sind.
  • Jedes Führungsmittel 9 weist eine schlitzförmige Führungsöffnung 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 vorgesehen, 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 ausgebildet und einander gegenüberliegend und beabstandet zueinander 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 angeordnet 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 einer axialen Richtung A ein Strömungskanal 14 erstreckt. Weiterhin umfasst die Strömungsmaschine eine Mehrzahl von Turbinenstufen 15, die jeweils einen Leitschaufelkranz 16 und einen 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 erfindungsgemäßen Leitschaufeln 1 gebildet und umfassen jeweils ein U-förmiger Haltekranz 18 mit einer umlaufenden Kühlfluidnut 19, in dem die inneren Plattformen 5 der Leitschaufeln 1 gehalten sind.
  • Während des Betriebs der Strömungsmaschine wird der Strömungskanal 14 von einem expandierenden Heißgas durchströmt. Um die thermische Belastung der Leitschaufelkränze 16 zu verringern, werden die Leitschaufeln 1 der Leitschaufelkränze 15 gleichzeitig von einem Kühlfluid durchströmt und gekühlt. Ein Teil des Kühlfluids durchströmt zur Kühlung des Schaufelblattes 3 durch die Kühlfluideinlassöffnung 7 in dem Hohlraum 4, während ein anderer Teil des Kühlfluids zur Kühlung des Haltekranzes 18 durch das Verbindungsrohr 6 direkt und ohne erwärmenden 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 Bewegungsfreiheiten 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 eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Leitschaufel (1) für eine Strömungsmaschine, insbesondere 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,
    wobei 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,
    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 Belassung eines Spieles umgreift.
  2. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das wenigstens eine Führungsmittel (9) eine Führungsöffnung (10) aufweist.
  3. Leitschaufel nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an dem zweiten freien Ende des Verbindungsrohrs (6) korrespondierend zu der Führungsöffnung (10) des wenigstens einen Führungsmittels (9) wenigstens ein sich in der Längsrichtung (L) erstreckender Führungsvorsprung (11) ausgebildet ist, der die Führungsöffnung (10) des wenigstens einen Führungsmittels (9) durchgreift.
  4. Leitschaufel nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der wenigstens eine Führungsvorsprung (11) stiftartig ausgebildet ist.
  5. 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 insbesondere zueinander weisen.
  6. Leitschaufel nach Anspruch 5,
    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.
  7. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an dem Verbindungsrohr (6) zwei Führungsvorsprünge (11) einander gegenüberliegend und beabstandet zueinander angeordnet und von jeweils einem Führungsmittel (9) umgriffen sind.
  8. Leitschaufel nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Abstand zwischen den beiden Führungsvorsprüngen (11) im Bereich von 5 und 10 liegt und bevorzugt 7 beträgt.
  9. Leitschaufel nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden Führungsmittel (9) auf der Druckseite und auf der Saugseite des Verbindungsrohrs (6) vorgesehen sind.
  10. Leitschaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schaufelblatt (3) eine Umfangswandung (12) aufweist.
  11. Leitschaufel nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verbindungsrohr (6) in dem Hohlraum (4) beabstandet zu der Umfangswandung (12) angeordnet ist.
  12. 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.
  13. 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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