WO2007012587A1 - Gasturbinenschaufel und plattformelement für einen gasturbinenschaufelkranz, tragstruktur zu deren befestigung, gasturbinenschaufelkranz und seine verwendung - Google Patents

Gasturbinenschaufel und plattformelement für einen gasturbinenschaufelkranz, tragstruktur zu deren befestigung, gasturbinenschaufelkranz und seine verwendung Download PDF

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  • the gas turbine blade is designed as a gas turbine blade, the blade root is formed in cross-section dovetailed, hammer-shaped or fir-tree-like.
  • the preferably cast gas turbine blade is coolable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gasturbinenschaufelkranz (90) mit einen Tragstruktur (80) und daran befestigten Gasturbinenschaufeln (50). Die Gasturbinenschaufeln weisen einen Schaufelfuß (52) auf, an dem aufeinander folgend eine Plattform (54) und daran ein sich in Längsrichtung (L) gekrümmtes Schaufelprofil (56) anschließt, wobei der Schaufelfuß (52) in Längsrichtung (L) des Schaufelprofils (56) verläuft und die Plattform (54) zwei in Längsrichtung (L) verlaufende, parallel gebogene Plattformlängskanten (55) aufweist. Um einen alternativen Gasturbinenschaufelkranz (90) mit einer vereinfachter Montage anzugeben, wird vorgeschlagen, dass der Schaufelfuß (52) derart geformt ist, dass die saugseitige bzw. druckseitige Schaufelfußoberfläche (72) der betreffenden Plattformlängskante (55) konvex bzw. konkav gekrümmt verläuft. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen Gasturbinenschaufelkranzes (90).

Description

GASTURBINENSCHAUFEL UND PLATTFORMELEMENT FÜR EINEN GASTURBINENSCHAUFELKRANZ , TRAGSTRUKTUR ZU DEREN BEFESTIGUNG, GASTURBINENSCHAUFELKRANZ UND SEINE VERWENDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenschaufel mit einem im Querschnitt profilierten Schaufelfuß, an dem aufeinander folgend eine Plattform und daran ein sich in Längsrichtung gekrümmtes Schaufelprofil anschließt, wobei der Schaufelfuß 5 in Längsrichtung des Schaufelprofils verläuft und die Plattform zwei in Längsrichtung verlaufende gebogene Plattformlängskanten aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Plattformelement für einen Gasturbinenschaufelkranz einer Gasturbine, mit einem profilierten Plattformfuß und einer 0 Plattformplatte, die zwei gebogene Längskanten aufweist und bei der die Plattformplatte und der Plattformfuß sich in einer Längsrichtung erstrecken. Außerdem betrifft die Erfindung eine Tragstruktur zur Befestigung von in einem Kranz angeordneten Gasturbinenschaufeln, in welcher 5 Schaufelhaltenuten vorgesehen sind, in die jeweils der
Schaufelfuß der Gasturbinenschaufel einsteckbar ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Gasturbinenschaufelkranz für eine Gasturbine mit einer Tragstruktur und mit Gasturbinenschaufeln sowie die Verwendung eines derartigen 0 Gasturbinenschaufelkranzes .
Aus dem Stand der Technik sind Gasturbinenschaufeln mit rein geradlinigen Schaufelfüßen und Plattformen sowie gekrümmte Schaufelprofilen bekannt. Entlang ihres Schaufelprofils 5 verlaufen die druckseitige und die saugseitige Plattform mit stark variierenden Plattformüberhängen. Beispielsweise auf der Druckseite, im mittleren Bereich zwischen Anströmkante und Abströmkante, weisen solche Gasturbinenschaufeln große Überhänge auf, die zur Abströmkante und Anströmkante hin stetig kleiner werden. Diese großen Überhänge sind schlecht bzw. schwierig kühlbar und verringern die Ermüdungslebensdauer der Gasturbinenschaufel.
Um diese Plattformüberhänge zu vermeiden, ist aus der WO 2001/059263 A2 eine Turbinenschaufelanordnung für eine Gasturbine bekannt. Die einen geradlinigen Schaufelfuß aufweisende Gasturbinenlaufschaufel ist formschlüssig in einer Haltenut eingesetzt, welche am Außenumfang einer
Turbinenscheibe vorgesehen ist. Die Gasturbinenlaufschaufeln weisen lediglich Plattformstummel auf, deren Längskanten in Axialrichtung der Turbine gekrümmt verlaufen. Zwischen zwei benachbarten Gasturbinenlaufschaufeln ist eine separate Plattform mittels einer zusätzlichen Halterung mit der Turbinenscheibe verbunden. Aufgrund der vergleichsweise leichten, weil plattformlosen Gasturbinenschaufel ist eine radiale Verlängerung der Schaufelprofile möglich.
Nachteilig ist hierbei, dass jedes Plattformelement mittels eines separaten Halteelements bzw. einer separaten Halterung an der Turbinenscheibe befestigt werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines vereinfachten Systems zur Befestigung von Gasturbinenschaufeln an einer
Tragstruktur zur Bildung eines Gasturbinenschaufelkranzes für eine Gasturbine. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Gasturbinenschaufelkranzes .
Die auf das System gerichtete Aufgabe wird durch die Bereitstellung eines Gasturbinenschaufelkranzes mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Das vereinfachte System setzt sich zumindest aus einer Tragstruktur nach einem der Ansprüche 10 bis 12 zusammen, an der Gasturbinenschaufeln nach einem der Ansprüche 1 bis 6 befestigt sind. Zur Lösung ist demnach auch eine Tragstruktur erforderlich, in der zum Schaufelfuß der Gasturbinenschaufel korrespondierend geformte Schaufelhaltenuten vorgesehen sind.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Plattform und der Schaufelfuß der Gasturbinenschaufel sowie die Haltenuten der Tragstruktur gleichartig in Längsrichtung bzw. Axialrichtung geformt sein müssen, um eine besonders einfache, auch einzelne Montage der Gasturbinenschaufeln zu erreichen. Beim zitierten Stand der Technik sind diese jedoch unterschiedlich: die Plattformlängskanten verlaufen in Axialrichtung gekrümmt, wohingegen der Schaufelfuß in Axialrichtung geradlinig verläuft. Da die bekannte Gasturbinenschaufel aufgrund des geradlinig verlaufenden Schaufelfußes in einer rein translatorischen Bewegung eingeschoben wird, und deren Plattformlängskanten gekrümmt sind, müssen die zwischengeschalteten Plattformelemente radial in ihre Betriebslage eingebracht werden, um dann mit einer zusätzlichen, in einer geradlinigen Bewegungsrichtung montierten Halterung an der Rotorscheibe befestigt zu werden.
Dagegen schlägt die Erfindung vor, dass der Schaufelfuß derart geformt ist, dass die jeweilige der saugseitigen und druckseitigen Profilwand zugewandte Schaufelfußoberfläche entsprechend der Plattformlängskanten konvex bzw. konkav gekrümmt verläuft. Alle geometrischen, die Montage beeinflussenden Oberflächen sind dann in gleicher Richtung gekrümmt, so dass alle den Gasturbinenschaufelkranz bildenden Komponenten einzeln in einer ihrer Krümmung entsprechenden Bewegungsrichtung zusammengesetzt werden können.
Die Einhaltung dieser geometrischen Bedingung ermöglicht außerdem die Bereitstellung von Gasturbinenschaufeln mit einer druckseitigen Plattform und einer saugseitigen Plattform, die jeweils entlang der Profilwand eine annähernd gleiche Plattformbreite als Plattformüberhang aufweist. Die Plattformbreite ist der Abstand von der druckseitigen oder saugseitigen Profilwand zur nächstgelegenen Plattformlängskante . Die annähernd konstante Plattformbreite ermöglicht eine wesentliche einfachere und effizientere Kühlung der Plattform. Dies führt während des Einsatzes in einer Gasturbine zu einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung entlang der Plattform, was wiederum wegen der geringeren
Materialspannungen die Lebensdauer der Gasturbine verlängert.
Die Gestaltung unterliegt der Bedingung, dass die Gasturbinenschaufeln und, falls nötig, die Plattformelemente, in die Tragstruktur, bezogen auf ihre Einbaulage in der
Gasturbine, in Axialrichtung verschiebbar, d.h. montierbar sein müssen. Für diesen Fall ist die entlang des Schaufelprofils konstante Plattformbreite ausschließlich nur mit einem entsprechend dem Schaufelprofil gekrümmten Schaufelfuß möglich. Bei Gasturbinenschaufeln mit geradlinigen Schaufelfuß und gekrümmten Plattformlängskante - wie beim zitierten Stand der Technik - muss der Übergangsbereich zwischen geradem Schaufelfuß und gekrümmter Plattform eine gewisse geometrische Anpassung leisten. Beim Betrieb sind die auftretenden Kräfte sowie mechanischen und thermischen Belastungen umzulenken. Dies entfällt bei der erfindungsgemäßen Gasturbinenschaufel. Außerdem können abschnittsweise vorhandene Plattformüberhänge, wie bei Gasturbinenschaufeln mit geradlinigen Schaufelfuß und geradliniger Plattform, vermieden werden.
Aufgrund der in gleicher Richtung verlaufenden Krümmungen der saugseitigen und druckseitigen Plattformlängskanten und den dazu korrespondierenden Schaufelfußoberflächen ist eine Zwischenschaltung eines Plattformelements, wie es bei dem Stand der Technik erforderlich ist, nicht mehr zwingend nötig. Dadurch entfällt auch das aus dem Stand der Technik bekannte Halteelement für das Plattformelement.
Außerdem können mit dem erfindungsgemäßen
Gasturbinenschaufelkranz mehr Gasturbinenschaufeln als bisher in einen Kranz vorgesehen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung weist die gattungsgemäße Gasturbinenschaufel eine Schaufelfußoberfläche auf, auf der alle in Längsrichtung verlaufenden Krümmungslinien zu den gebogenen Plattformlängskanten parallel auf einem Kreisbogen verlaufen. Dadurch ist es möglich, die Gasturbinenschaufel besonders einfach und preiswert herzustellen. Alternativ dazu könnten auch die saugseitige und die druckseitige Schaufelfußoberfläche derart zueinander gekrümmt verlaufen, dass der Schaufelfuß von einer anströmkantigen Stirnseite zu einer abströmkantigen Stirnseite spitzer werdend, d.h. keilförmig seinen Querschnitt in Längsrichtung verkleinernd, zuläuft. Im
Betrieb würde eine derartige Gasturbinenschaufel in eine dazu korrespondierend geformte Haltenut einer Tragstruktur aufgrund der im Heißgas auftretenden Schubkräfte eingepresst und axial fixiert werden.
Besonders vorteilhaft kragt von der saugseitigen Profilwand bis zur saugseitigen Plattformlängskante und/oder von der druckseitigen Profilwand bis zur druckseitigen Plattformlängskante ein saugseitiger bzw. druckseitiger Plattformüberstand aus, dessen Plattformbreite über 30% ihrer in Längsrichtung verlaufenden Länge annähernd konstant ist. Aufgrund der annähernd gleich bleibenden Plattformbreite ist der Übergang von Plattform und Schaufelprofil im Betrieb gleichmäßigeren thermischen und mechanischen Spannungen ausgesetzt. Eine derartig ausgestaltete Plattform ist besonders gut und gleichmäßig kühlbar und vermeidet ungleichförmige, weil wesentlich unterschiedlich breite Plattformüberstände entlang des Schaufelprofils. Zudem kann aufgrund der nun vergleichmäßigten Spannungen eine Erhöhung der Ermüdungslebensdauer erzielt werden.
Eine besonders kleine Plattform kann erreicht werden, wenn der saugseitige und/oder druckseitige Plattformüberstand als Plattformstummel mit einer vergleichsweise kurzen Plattformbreite ausgebildet ist. Für diesen Fall ist die Gasturbinenschaufel fast plattformlos, wodurch sich ihre strukturelle Gestalt wesentlich vereinfacht. Die Vereinfachung führt zu einer Kostenreduktion bei der Konstruktion der Gasturbinenschaufel sowie bei deren Herstellung. Außerdem sind die im Übergangsbereich zwischen Schaufelprofil und Plattform auftretenden und für die frühzeitige Ermüdung verantwortlichen Materialspannungen beseitigt.
Vorzugsweise ist die Gasturbinenschaufel als Gasturbinenlaufschaufel ausgebildet, deren Schaufelfuß im Querschnitt schwalbenschwanzförmig, hammerförmig oder tannenbaumartig ausgebildet ist. Zudem ist die vorzugsweise gegossene Gasturbinenschaufel kühlbar.
Wenn zwischen zwei benachbarten Gasturbinenschaufeln eines Gasturbinenschaufelkranzes separate Plattformelemente in der gleichen Art und Weise wie die Gasturbinenschaufel befestigt werden sollen, muss das gattungsgemäße Plattformelement einen Plattformfuß aufweisen, der derart geformt ist, dass jede seitliche Plattformfußoberfläche entsprechend der betreffenden Längskante konvex bzw. konkav gekrümmt verläuft.
Besonders bevorzugt ist der Plattformfuß in Längsrichtung derart geformt, dass alle in Längsrichtung verlaufenden Krümmungslinien der Plattformfußoberfläche zu den Längskanten parallel auf einem Kreisbogen verlaufen. Der Plattformfuß ist also im gleichen Maße wie der Schaufelfuß der
Gasturbinenschaufel gekrümmt. Beide Füße weisen somit identische Kreisbögen bzw. Radien auf, so dass jedes Element einzeln in der Tragstruktur montierbar ist.
Um ein besonders preisgünstiges und/oder temperatur- und korrosionsbeständiges Plattformelement bereitzustellen, besteht dieses zumindest teilweise aus Keramik. Die Plattformkühlung kann dadurch reduziert werden, was sich wirkungsgradsteigernd auf eine damit ausgerüstete Gasturbine auswirkt .
Die Gasturbinenschaufeln werden in einer Tragstruktur zu einem Gasturbinenschaufelkranz montiert, in der
Schaufelhaltenuten vorgesehen sind, in die die Schaufelfüße der Gasturbinenschaufel einsteckbar sind, wobei die Schaufelhaltenuten mit den Schaufelfüßen der Gasturbinenschaufeln korrespondieren, d. h. jede Schaufelhaltenut ist identisch zu dem Schaufelfuß in
Längsrichtung bzw. Axialrichtung gewölbt (gekrümmt) und im Querschnitt profiliert.
Zweckmäßiger Weise ist die Tragstruktur als Rotorscheibe ausgebildet, bei der die Schaufelhaltenuten in Axialrichtung der Rotorscheibe verlaufend in deren Außenumfang vorgesehen sind.
Für den Fall, dass annähernd plattformlose Gasturbinenschaufeln in die Tragstruktur eingesetzt werden, sind in der Tragstruktur zwischen zwei benachbarten Schaufelhaltenuten jeweils eine Plattformhaltenut vorgesehen, die in identischem Maße wie die Plattformfüße gewölbt sind. In diese Plattformhaltenuten sind erfindungsgemäße Plattformelemente in einer ihrer Krümmung entsprechenden
Bewegungsrichtung einschiebbar, da sowohl die Längskanten der Plattformelemente als auch die Plattformlängskanten der Plattform der Gasturbinenschaufel sowie deren (Plattform- und Schaufel-) Füße in gleicher Richtung gewölbt sind.
Die auf die Verwendung eines Gasturbinenschaufelkranzes gerichtete Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 15 gelöst, in dem dieser vorzugsweise in einer stationären Gasturbine eingesetzt und verwendet wird.
Aufgrund der annähernd konstanten Breite der sauseitigen und/oder druckseitigen Plattform bzw. deren Überhänge lassen sich diese einfacher und effizienter kühlen. Der Einsatz von Kühlluft kann verringert werden. Die eingesparte Kühlluft kann in der stationären Gasturbine zur Steigerung des Wirkungsgrades der Verbrennung zugeführt werden. Insbesondere, wenn das Plattformelement als Keramik oder mit einer keramischen Wärmedämmschicht ausgestattet ist, kann ggf. sogar die Plattformkühlung entfallen, was sich wirkungsgradsteigernd auf eine damit ausgerüstete Gasturbine auswirkt .
Die Erfindung wird anhand von Figuren erläutert. Es zeigen
FIG 1 eine Gasturbine in einen Längsteilschnitt,
FIG 2 eine erfindungsgemäße Gasturbinenschaufel mit einem gekrümmten Schaufelfuß und einer gekrümmten
Plattform,
FIG 3 ein erfindungsgemäßes Plattformelement mit einem gekrümmten Plattformfuß
FIG 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes eines erfindungsgemäßen
Gasturbinenschaufelkranzes .
FIG 1 zeigt eine Gasturbine 1 in einem Längsteilschnitt. Sie weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 2 drehgelagerten Rotor 3 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 3 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 4, ein Verdichter 5, eine torusartige Ringbrennkammer 6 mit meh- reren rotationssymmetrisch zueinander angeordneten Brennern 7, eine Turbineneinheit 8 und ein Abgasgehäuse 9. Die Ringbrennkammer 6 bildet einen Verbrennungsraum 17, der mit einem ringförmigen Heißgaskanal 18 kommuniziert. Dort bilden vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 10 die Turbineneinheit 8. Jede Turbinenstufe 10 ist aus zwei
Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines in der Ringbrennkammer 6 erzeugten Heißgases 11 gesehen, folgt im Heißgaskanal 18 jeweils einer Leitschaufelreihe 13 eine aus Gasturbinenlaufschaufeln 15 gebildete Reihe 14. Die Leitschaufeln 12 sind am Stator befestigt, wohingegen die Gasturbinenlaufschaufeln 15 einer Reihe 14 mittels einer Turbinenscheibe 19 am Rotor 3 angebracht sind. An dem Rotor 3 ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht darge¬ stellt) angekoppelt.
FIG 2 zeigt eine erfindungsgemäße als Gasturbinenlaufschaufel ausgebildete Gasturbinenschaufel 50 mit einem Schaufelfuß 52, an dem aufeinander folgend eine Plattform 54 und ein
Schaufelprofil 56 vorgesehen ist. Das Schaufelprofil 56 ist in Längsrichtung L, d.h. bei Einbaulage in einer Gasturbine 1 in Axialrichtung A gekrümmt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Schaufelprofil 56 nicht in seiner vollständigen Höhe dargestellt, sondern es endet vergleichsweise nah an der Plattform 54.
Das Schaufelprofil 56 weist eine druckseitige Profilwand 62 sowie eine saugseitige Profilwand 64 auf, die sich von einer Vorderkante 66 des Schaufelprofils 56 zu einer Hinterkante 68 erstrecken. Beim Betrieb der Gasturbine 1 umströmt das Heißgas 11 die Gasturbinenschaufel 50. Es strömt entlang den Profilwänden 62, 64, von der Vorderkante 66 in Richtung der Hinterkante 68.
Korrespondierend zu der Krümmung des Schaufelprofils 56 ist die Plattform 54 entlang der Längsrichtung L gekrümmt, die Längskanten 55 der Plattform 54 verlaufen nicht geradlinig, sondern auf einem Bogen. Die saugseitige Plattformlängskante 55a ist konvex und die druckseitige Plattformlängskante 55b ist konkav gekrümmt. Die Plattform 54 weist jeweils im Bereich der Vorderkante 66 und im Bereich der Hinterkante 68 eine stirnseitig quer verlaufende Plattformquerkante 53 auf.
Wie aus der perspektivischen Darstellung der FIG 2 ersichtlich ist, ist der Schaufelfuß 52 in gleicher Art und Weise wie die Längskanten 55 der Plattform 54 gekrümmt. Die saugseitige Schaufelfußoberfläche 72b ist in Längsrichtung konvex gekrümmt und die druckseitige Schaufelfußoberfläche 72a in Längsrichtung konkav. Der Schaufelfuß 52 ist in der gezeigten Ausgestaltung darüber hinaus derart geformt, dass alle in Längsrichtung L verlaufenden Krümmungslinien 70 der Schaufelfußoberfläche 72 zu dem Plattformlängskanten 55 parallel auf einem Kreisbogen verlaufen.
Die Krümmungslinien 70 der Plattformlängskanten 55 und des Schaufelfußes 52 können auf einem Kreisbogen verlaufen, damit diese besonders einfach in eine Tragstruktur 80 (FIG 4) sukzessive in Schaufelhaltenuten 82 eingeschoben werden können.
Unter der Schaufelfußoberfläche 72 ist die Seitenfläche des Schaufelfußes 52 zu verstehen, die in Richtung der Längsrichtung L verläuft. Die stirnseitigen Schaufelfußflächen 73 sind davon ausgenommen.
Aufgrund der gekrümmten Form des Schaufelfußes 52 lassen sich besonders gut thermomechanische Spannungen reduzierende
Plattformüberhänge 75 realisieren, die entlang der Längsachse L zumindest über 30% der Länge der Plattform 54 (in Längsrichtung) annähernd konstant verlaufen, sowohl saugseitig als auch druckseitig.
Ein erfindungsgemäßes Plattformelement 74 ist in perspektivischer Ansicht in FIG 3 gezeigt. Das
Plattformelement 74 weist eine Plattformplatte 76 sowie einen Plattformfuß 78 auf, die sich beide in Längsrichtung L erstrecken. Analog zur Plattform 54 der Gasturbinenschaufel
50 weist die Plattformplatte 76 des Plattformelements 74 eine in Längsrichtung L konvex gekrümmte Plattformlängskante 79a und eine konkav gekrümmte Plattformlängskante 79b auf. Der Plattformfuß 78 ist zu den Plattformlängskanten 79 in Längsrichtung L korrespondierend gekrümmt. Wie alle in Längsrichtung L verlaufenden Krümmungslinien 70 der Schaufelfußoberfläche 72 der erfindungsgemäßen Gasturbinenschaufel 50 verlaufen alle in Längsrichtung L verlaufenden Krümmungslinien 77 der Plattformfußoberfläche 81 zu den Längskanten 79 der Plattformplatte 76 parallel auf einem Kreisbogen.
FIG 4 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Gasturbinenschaufelkranzes 90 für eine Gasturbine 1. Der Gasturbinenschaufelkranz 90 wird von einer Tragstruktur 80, insbesondere einer Rotorscheibe 19 gehalten. Am Außenumfang 91 der Rotorscheibe 19 sind in Axialrichtung A, bezogen auf die Rotationsachse des Rotors 3, verlaufende profilierte Haltenuten vorgesehen. Die Haltenuten dienen zur Aufnahme und zur Befestigung von erfindungsgemäßen Gasturbinenschaufeln 50 und Plattformelementen 74. Vorzugsweise sind die zum Befestigen von Gasturbinenschaufeln 50 vorgesehenen Haltenuten, die Schaufelhaltenuten 92 im
Querschnitt tannenbaumförmig profiliert, wohingegen die zum Halten und Befestigen von Plattformelementen 74 vorgesehene Plattformhaltenuten 93 im Querschnitt schwalbenschwanzförmig ausgebildet sind oder auch andere Fußformen besitzen können. Jeder Schaufelfuß 52 sitzt in der Schaufelhaltenut 92 formschlüssig, ebenso jeder Plattformfuß 78 in der Plattformhaltenut 93. Sowohl die Schaufelhaltenuten 92 als auch die Plattformhaltenuten 93 verlaufen in Axialrichtung A derart gekrümmt, dass ihre in Axialrichtung A verlaufenden Krümmungslinien der Nutoberfläche parallel auf einem
Kreisbogen verlaufen und dabei der Krümmung des Schaufelfußes 52 und des Plattformfußes 78 entsprechen.
Dadurch ist es möglich, die Gasturbinenschaufel 50 und die Plattformelemente 74 einzeln nacheinander in die entsprechenden Haltenuten in einer ihrer Krümmung entsprechenden Bewegungsrichtung einzuschieben.
Wie aus FIG 4 ersichtlich, können alle in Axialrichtung A bzw. in die Längsrichtung L gekrümmt verlaufende Längskanten parallel auf einem Kreisbogen liegen, damit jedes Bauteil, sowohl die Gasturbinenschaufel 50 als auch das Plattformelement 74 eines vollständig bestückten Gasturbinenschaufelkranzes 90 geführt aus diesem heraus schiebbar.
Insgesamt kann aufgrund der gekrümmten Ausführungen des Schaufelfußes und der Plattform grundsätzlich eine gleichmäßigere Plattformbreite beidseitig des
Schaufelprofils, d.h. saugseitig und druckseitig, eingestellt werden. Entlang der Längsrichtung des Schaufelprofils können somit die druckseitigen als auch die saugseitigen Plattformüberhänge annähernd gleich groß und somit vergleichsweise symmetrisch ausgebildet sein, was einseitige Plattformüberhänge und dementsprechend lokal variierende Masseansammlungen vermeidet. Variierende Masseansammlungen wirken sich negativ die Spannungsverteilungen und damit auf die Lebensdauer der Gasturbinenschaufel aus. Außerdem sind die einseitig abschnittsweise auftretenden Plattformüberhänge schwer kühlbar, was ebenfalls negative Einflüsse auf die Lebensdauer der Gasturbinenschaufel hat. Ermüdungserscheinungen treten verzögert auf. Durch die Ausführung mit gekrümmtem Schaufelfuß und mit gekrümmten
Plattformlängskanten kann eine konstruktive Vereinfachung der Gasturbinenschaufel und somit einer effizientere Kühlung herbeigeführt werden, die vorteilhafter Weise darüber hinaus auch die Einführung von zwischen den Gasturbinenschaufeln vorgesehenen Plattformelementen oder Zwischenplattformen ermöglicht .

Claims

Patentansprüche
1. Gasturbinenschaufel (50), mit einen im Querschnitt profilierten Schaufelfuß (52), an dem aufeinander folgend eine Plattform (54) und daran ein sich in Längsrichtung (L) gekrümmtes Schaufelprofil (56) anschließt, welches von einer saugseitigen Profilwand (64) und einer druckseitigen Profilwand (62) gebildet wird, wobei der Schaufelfuß (52) in Längsrichtung (L) des Schaufelprofils (56) verläuft und die Plattform (54) eine saugseitig konvex gebogene und eine druckseitig konkav gebogene, jeweils in Längsrichtung (L) verlaufende Plattformlängskante (55a, 55b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelfuß (52) derart geformt ist, dass die jeweilige der saugseitigen und druckseitigen Profilwand (62, 64) zugewandte Schaufelfußoberfläche (72) entsprechend der zugehörigen Plattformlängskante (55a, 55b) konvex und konkav gekrümmt verläuft.
2. Gasturbinenschaufel nach Anspruch 1 bei der der Schaufelfuß (52) in Längsrichtung (L) derart geformt ist, dass alle in Längsrichtung (L) verlaufenden Krümmungslinien (70) der
Schaufelfußoberfläche (72) zu den Plattformlängskanten (55) parallel auf einem Kreisbogen verlaufen.
3. Gasturbinenschaufel (50) nach Anspruch 1 oder 2, bei der von der saugseitigen Profilwand (64) bis zur saugseitigen Plattformlängskante (55) und/oder von der druckseitigen Profilwand (62) bis zur druckseitigen Plattformlängskante (55) ein saugseitiger bzw. druckseitiger Plattformüberstand (75) mit einer Plattformbreite (B) auskragt, welche Plattformbreite (B) über 30% ihrer in Längsrichtung (L) verlaufenden Länge annähernd konstant ist.
4. Gasturbinenschaufel (50) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der der saugseitige und/oder druckseitige Plattformüberstand (75) als Plattformstummel mit einer vergleichsweise kurzen Plattformbreite (B) ausgebildet ist.
5. Gasturbinenschaufel (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Schaufelfuß (52) im Querschnitt schwalbenschwanzförmig, hammerförmig oder tannenbaumartig ausgebildet ist.
6. Gasturbinenschaufel (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die kühlbar und/oder gegossen ist.
7. Plattformelement (74) für einen
Gasturbinenschaufelkranz (90) einer Gasturbine (1) , mit einem profilierten Plattformfuß (78) und einer Plattformplatte (76), die eine konvex gebogene Längskante (79a) und eine konkav gebogene Längskante
(79b) aufweist und bei der die Plattformplatte (76) und der Plattformfuß
(78) sich in einer Längsrichtung (L) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, der Plattformfuß (78) derart geformt ist, dass die entsprechende seitliche Plattformfußoberfläche (77) der betreffenden Längskante (79) konvex bzw. konkav gekrümmt verläuft.
8. Plattformelement (74) nach Anspruch 7, bei dem der Plattformfuß (78) in Längsrichtung (L) derart geformt ist, dass alle in Längsrichtung (L) verlaufenden Krümmungslinien (77) der Plattformfußoberfläche (81) zu den Längskanten (79) parallel auf einem Kreisbogen verlaufen.
9. Plattformelement (74) nach Anspruch 8, welches zumindest teilweise aus Keramik besteht.
10. Tragstruktur (80) zur Befestigung von in einem Kranz angeordneten Gasturbinenschaufeln (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in welcher Schaufelhaltenuten (92) vorgesehen sind, in die Schaufelfüße (52) der Gasturbinenschaufeln (50) einsteckbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaufelhaltenut (52) in identischem Maße wie der Schaufelfuß (52) gewölbt ist.
11. Tragstruktur (80) nach Anspruch 10, die durch eine Rotorscheibe (19) gebildet ist und bei der die Schaufelhaltenuten (52) in einer Axialrichtung verlaufend im Außenumfang (91) der Rotorscheibe (19) vorsehen sind.
12.Tragstruktur (80) nach Anspruch 10 oder 11, in der zwischen benachbarten Schaufelhaltenuten (92) jeweils eine Plattformhaltenut (93) vorgesehen ist, die in identischem Maße wie der Plattformfuß (78) gewölbt ist.
13. Gasturbinenschaufelkranz (80) für eine Gasturbine (1), mit einer Tragstruktur (80) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 mit Gasturbinenschaufeln (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die mit ihren Schaufelfüßen (52) in die korrespondierenden Schaufelhaltenuten (92) der Tragstruktur (80) eingeschoben sind.
14. Gasturbinenschaufelkranz (90) nach Anspruch 13, mit einer Tragstruktur (80) nach Anspruch 12 und mit Gasturbinenschaufeln (50) nach Anspruch 4, bei dem in Umfangrichtung (U) gesehen jeweils zwischen den Plattformlängskanten (55) zweier in den
Schaufelhaltenuten (92) eingeschobener benachbarter Gasturbinenschaufeln (50) in den Plattformhaltenuten (93) eingeschobene Plattformelemente (74) nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9 vorgesehen sind, wobei die Plattformplatte (76) die Tragstruktur (50) abdeckt .
15.Verwendung eines Gasturbinenschaufelkranzes (90) nach einem der Ansprüche 13 oder 14 in einer vorzugsweise stationären Gasturbine (1).
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