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DE202015105626U1 - Turbine rotor blade with movable tip - Google Patents

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DE202015105626U1
DE202015105626U1 DE202015105626.5U DE202015105626U DE202015105626U1 DE 202015105626 U1 DE202015105626 U1 DE 202015105626U1 DE 202015105626 U DE202015105626 U DE 202015105626U DE 202015105626 U1 DE202015105626 U1 DE 202015105626U1
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    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Rotorschaufel einer Expansionsstufe einer Gasturbine, die umfasst: einen Wurzelabschnitt (10a) und einen Spitzenabschnitt (10b); einen Läufer (12; 112; 212), der am Spitzenabschnitt (10b) angeordnet ist und entlang einer Richtung vom Wurzelabschnitt (10a) zum Spitzenabschnitt (10b) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgefahrenen Position beweglich ist, in der der Läufer (12; 112; 212) vom Spitzenabschnitt (10b) vorsteht; und Anschlagelemente (14, 20a), die dazu konfiguriert sind, einen Hub des Läufers (12; 112; 212) in die ausgefahrene Position zu begrenzen; und einen kastenförmigen Körper (20), der in einer Aussparung (23) aufgenommen ist, die im Spitzenabschnitt (10b) ausgebildet ist und in der Richtung entgegengesetzt zum Wurzelabschnitt (10a) offen ist; wobei der Läufer (12; 112; 212) im kastenförmigen Körper (20) aufgenommen ist und eine abreibbare Schicht (17) aus einem abreibbaren Material umfasst, die vom Spitzenabschnitt (10b) nach außen durch eine Öffnung (21) in einer Wand (20a) des kastenförmigen Körpers zumindest dann vorsteht, wenn sich der Läufer (12; 112; 212) in der ausgefahrenen Position befindet.A rotor blade of an expansion stage of a gas turbine, comprising: a root portion (10a) and a tip portion (10b); a rotor (12; 112; 212) disposed at the tip portion (10b) and movable along a direction from the root portion (10a) to the tip portion (10b) between a retracted position and an extended position in which the rotor (12; 112, 212) projects from the tip section (10b); and stop members (14, 20a) configured to limit a stroke of the rotor (12; 112; 212) to the extended position; and a box-shaped body (20) received in a recess (23) formed in the tip portion (10b) and open in the direction opposite to the root portion (10a); said runner (12; 112; 212) being received in said box-shaped body (20) and comprising an abradable layer (17) of abradable material projecting outwardly from said tip section (10b) through an opening (21) in a wall (20a ) of the box-shaped body at least when the rotor (12; 112; 212) is in the extended position.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenrotorschaufel mit einer beweglichen Spitze.The present invention relates to a turbine rotor blade having a movable tip.

Wie bereits bekannt, liefert die Turbomaschine mechanische Energie aufgrund der Wechselwirkung eines Evolventenfluids mit einem Rotor, der mit geeignet geformten Schaufeln versehen ist. Selbstverständlich hilft nur der Bruchteil der Strömung, der tatsächlich mit den Rotorschaufeln in Wechselwirkung tritt, mechanische Energie zu erzeugen, während die Energie, die dem restlichen Bruchteil der Strömung zugeordnet ist, zerstreut wird.As already known, the turbomachine provides mechanical energy due to the interaction of an involute fluid with a rotor provided with suitably shaped blades. Of course, only the fraction of the flow that actually interacts with the rotor blades helps generate mechanical energy while dissipating the energy associated with the remaining fraction of the flow.

In dieser Hinsicht betrifft ein kritischer Aspekt insbesondere in Gasturbinen die radiale Abdichtung und das mögliche Leck zwischen den Enden der Rotorschaufeln und der inneren Oberfläche des Gehäuses, das den Rotor aufnimmt. Um zu vermeiden, dass die Spitzen der Schaufeln das Gehäuse unter speziellen Betriebsbedingungen treffen (Start, Lastübergänge und Stopp), muss tatsächlich die Turbomaschine so implementiert werden, dass ein minimaler Zwischenraum zwischen festen Teilen und beweglichen Teilen belassen wird. Es ist jedoch ersichtlich, dass das Leck und daher der Effizienzverlust der Maschine umso größer sind, je größer der Zwischenraum ist.In this regard, a critical aspect particularly in gas turbines relates to the radial seal and possible leakage between the ends of the rotor blades and the inner surface of the housing that houses the rotor. In order to prevent the tips of the blades from hitting the housing under special operating conditions (start, load transitions, and stops), the turbomachinery must actually be implemented so as to leave a minimal gap between fixed parts and moving parts. However, it can be seen that the larger the clearance, the greater the leak, and therefore the efficiency loss of the machine.

Gemäß einer bekannten Lösung ist der Rotor axial beweglich und, sobald die Maschine vollständig aufgewärmt und im thermischen Gleichgewicht ist, wird er in der Richtung entgegengesetzt zur Strömung bewegt. Da die innere Oberfläche des Gehäuses und die Hülle des Rotors im Wesentlichen kegelstumpfförmig sind, verringert die axiale Verlagerung den Zwischenraum. Die Masse und die Geschwindigkeit der Drehung machen es jedoch keineswegs leicht, ein System zu schaffen, das die axiale Verlagerung des Rotors durchführen und genau steuern kann. Eine mögliche Funktionsstörung des Steuersystems könnte überdies einen Kontakt zwischen den Rotorschaufeln und dem Gehäuse mit potentiell katastrophalen Auswirkungen verursachen.According to a known solution, the rotor is axially movable and, as soon as the machine is fully warmed up and in thermal equilibrium, it is moved in the direction opposite to the flow. Since the inner surface of the housing and the shell of the rotor are substantially frusto-conical, the axial displacement reduces the gap. The mass and speed of rotation, however, make it by no means easy to create a system that can perform and precisely control the axial displacement of the rotor. A possible malfunction of the control system could also cause contact between the rotor blades and the housing with potentially catastrophic effects.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Turbinenrotorschaufel zu schaffen, die die vorstehend erwähnten Begrenzungen überwinden kann.The object of the present invention is therefore to provide a turbine rotor blade which can overcome the abovementioned limitations.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Turbinenrotorschaufel geschaffen, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.According to the present invention there is provided a turbine rotor blade as defined in claim 1.

Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, die einige Beispiele von nicht begrenzenden Ausführungsformen darstellen, wobei:The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which illustrate some examples of non-limiting embodiments, wherein:

1 eine Seitenansicht entlang einer axialen longitudinalen Ebene geschnitten einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; 1 a side view along an axial longitudinal plane is cut of a gas turbine according to an embodiment of the present invention;

2 eine vergrößerte und teilweise geschnittene Seitenansicht einer Rotorschaufel der Gasturbine von 1 in einer anfänglichen Betriebskonfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; 2 an enlarged and partially sectioned side view of a rotor blade of the gas turbine of 1 in an initial operating configuration according to an embodiment of the present invention;

3 eine vereinfachte, teilweise geschnittene Vorderansicht eines Abschnitts der Rotorschaufel von 2 ist; 3 a simplified, partially sectioned front view of a portion of the rotor blade of 2 is;

4 eine Draufsicht der Rotorschaufel von 2 ist; 4 a plan view of the rotor blade of 2 is;

5 eine teilweise Schnittvorderansicht eines Details der Rotorschaufel von 2 in einer Ruhekonfiguration in einer anfänglichen Stufe der Lebensdauer der Rotorschaufel ist; 5 a partial sectional front view of a detail of the rotor blade of 2 in a rest configuration at an initial stage of rotor blade life;

6 eine teilweise Schnittvorderansicht des Details von 5 in einer Betriebskonfiguration nach einer Anpassungsperiode ist; 6 a partial sectional front view of the detail of 5 is in an operational configuration after an adjustment period;

7 eine teilweise Schnittvorderansicht des Details von 5 in einer Ruhekonfiguration nach der Anpassungsperiode ist; 7 a partial sectional front view of the detail of 5 is in a rest configuration after the adjustment period;

8 eine Draufsicht einer Rotorschaufel der Turbine gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und 8th Fig. 12 is a plan view of a rotor blade of the turbine according to another embodiment of the present invention; and

9 eine teilweise Schnittvorderansicht eines Details einer Turbinenrotorschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 9 Fig. 3 is a partial sectional front view of a detail of a turbine rotor blade according to another embodiment of the present invention.

1 stellt als Ganzes eine Gasturbine 1 einer Anlage für die Produktion von elektrischer Energie dar. 1 as a whole represents a gas turbine 1 a plant for the production of electrical energy.

Die Gasturbine 1 umfasst ein Turbinengehäuse 2 und einen Rotor 3, der sich entlang einer Achse A erstreckt und einen Kompressorabschnitt 4 und einen Turbinen- oder Expansionsabschnitt 5 aufweist.The gas turbine 1 includes a turbine housing 2 and a rotor 3 extending along an axis A and a compressor section 4 and a turbine or expansion section 5 having.

Der Rotor 3 ist in einem Turbinengehäuse 2 aufgenommen und ist durch eine vordere Lageranordnung 7, die nahe dem Kompressorabschnitt 4 angeordnet ist, und eine hintere Lageranordnung 8, die nahe dem Turbinenabschnitt 5 angeordnet ist, drehbar abgestützt.The rotor 3 is in a turbine housing 2 taken up and is through a front bearing assembly 7 near the compressor section 4 is arranged, and a rear bearing assembly 8th standing near the turbine section 5 is arranged rotatably supported.

Der Turbinenabschnitt 5 des Rotors 3 ist mit mehreren Rotorschaufeln 10 versehen, die in Gruppen axial beabstandet angeordnet sind, um mehrere Expansionsstufen zu bilden.The turbine section 5 of the rotor 3 is with multiple rotor blades 10 arranged in groups axially spaced to form a plurality of expansion stages.

Eine der Rotorschaufeln 10 von einer der Expansionsstufen ist beispielhaft in 2–4 dargestellt. Die anderen Rotorschaufeln 10 derselben Expansionsstufe sind strukturell identisch. Die Rotorschaufeln 10 der anderen Expansionsstufen können möglicherweise dieselben Strukturelemente umfassen und sich im Wesentlichen in ihrer Größe und/oder Form von der dargestellten unterscheiden. One of the rotor blades 10 one of the expansion stages is exemplary in 2 - 4 shown. The other rotor blades 10 the same expansion level are structurally identical. The rotor blades 10 the other expansion stages may possibly comprise the same structural elements and differ substantially in size and / or shape from that shown.

Die Rotorschaufel 10 umfasst einen Wurzelabschnitt 10a, der am Rotor 3 befestigt ist, und einen Spitzenabschnitt 10b radial entgegengesetzt zum Wurzelabschnitt 10a. Herkömmlich ist die Spitze der Rotorschaufel 10 der am weitesten entfernte Abschnitt von der Rotorachse 3 ungeachtet der Winkelposition.The rotor blade 10 includes a root section 10a that's on the rotor 3 is attached, and a top section 10b radially opposite to the root section 10a , Conventionally, the tip of the rotor blade 10 the furthest away from the rotor axis 3 regardless of the angular position.

Ein aerodynamisches Profil 10c erstreckt sich vom Wurzelabschnitt 10a zum Spitzenabschnitt 10b der Rotorschaufel 10 und beinhaltet Kühlkanäle 11, die hier nur schematisch angegeben sind. Die Kühlkanäle 11 sind dazu konfiguriert, bei der Verwendung eine Strömung von relativ kalter Luft zu empfangen und durch den Wurzelabschnitt 10a in Richtung des Spitzenabschnitts 10b durch den Körper der Rotorschaufel 10 zu befördern. Die Rotorschaufel 10 umfasst ferner einen Läufer 12, der in einer Richtung vom Wurzelabschnitt 10a zum Spitzenabschnitt 10b beweglich ist, nämlich im Wesentlichen in der radialen Richtung. Der Läufer 12 umfasst einen Dichtungsabschnitt 12a und eine Basis 12b. Der Dichtungsabschnitt 12a, der in Form einer Lamelle oder Platte vorliegen kann, die im Wesentlichen parallel zur Gleitrichtung ist, erstreckt sich im Wesentlichen zwischen einer Vorderkante 15 und einer Hinterkante 16 der Rotorschaufel 10 (4). Ferner ist der Dichtungsabschnitt 12a von einer abreibbaren Schicht 17 bedeckt (2 und 3), die aus einem abreibbaren Material wie z. B. einem Verbundstoff mit Kobalt, Nickel, Chrom, Aluminium oder Yttrium als Hauptkomponente, Bornitrid als festem Schmiermittel und einem Polymer wie z. B. Polyester besteht. Die abreibbare Schicht 17 ist an einer oberen Fläche des Läufers 12 angeordnet, die seinen radial äußersten Abschnitt bildet.An aerodynamic profile 10c extends from the root section 10a to the top section 10b the rotor blade 10 and includes cooling channels 11 , which are indicated here only schematically. The cooling channels 11 are configured to receive in use a flow of relatively cold air and through the root section 10a towards the top section 10b through the body of the rotor blade 10 to transport. The rotor blade 10 also includes a runner 12 moving in one direction from the root section 10a to the top section 10b is movable, namely substantially in the radial direction. The runner 12 includes a sealing portion 12a and a base 12b , The sealing section 12a , which may be in the form of a fin or plate substantially parallel to the direction of sliding, extends substantially between a leading edge 15 and a trailing edge 16 the rotor blade 10 ( 4 ). Further, the sealing portion 12a from an abradable layer 17 covered ( 2 and 3 ), which consists of an abradable material such. As a composite with cobalt, nickel, chromium, aluminum or yttrium as the main component, boron nitride as a solid lubricant and a polymer such as. B. polyester. The abradable layer 17 is on an upper surface of the runner 12 arranged, which forms its radially outermost portion.

Die Basis 12b ist durch eine weitere Platte quer zum Dichtungsabschnitt 12a definiert. Genauer erstreckt sich der Dichtungsabschnitt 12a radial auswärts von der Basis 12b, die zur Bahn bei der Verwendung der Rotorschaufel 10 im Wesentlichen tangential ist. Die Basis 12b ist auch mit Kühllöchern 18 versehen.The base 12b is through a further plate across the sealing portion 12a Are defined. More specifically, the sealing portion extends 12a radially outward from the base 12b leading to the web when using the rotor blade 10 is substantially tangential. The base 12b is also with cooling holes 18 Mistake.

In einer Ausführungsform ist der Läufer 12 zumindest teilweise in einem kastenförmigen Körper 20 aufgenommen, der in einer oberen Wand 20a mit einer Öffnung 21 versehen ist, durch die der Dichtungsabschnitt 12a des Läufers 12 herausgelangen kann. Genauer ist die Basis 12b des Läufers innerhalb des kastenförmigen Körpers 20 durch die obere Wand 20a gehalten, während der Dichtungsabschnitt 12a durch die Öffnung 21 gleitet, so dass die abreibbare Schicht 17 nach außen vorsteht.In one embodiment, the runner is 12 at least partially in a box-shaped body 20 taken in an upper wall 20a with an opening 21 is provided, through which the sealing portion 12a of the runner 12 can get out. More precise is the basis 12b of the runner within the box-shaped body 20 through the upper wall 20a held while the sealing section 12a through the opening 21 slides, leaving the abradable layer 17 protrudes outwards.

Daher ist der Läufer 12 im Wesentlichen in der radialen Richtung in Bezug auf die Achse A aufgrund der Zentrifugalkraft, die durch die Drehung des Rotors 3 erzeugt wird, zwischen einer ersten zurückgezogenen Position und einer zweiten ausgefahrenen Position entlang der radialen Richtung beweglich, die vom Wurzelabschnitt 10a zum Spitzenabschnitt 10b der Rotorschaufel 10 verläuft. Insbesondere wird der Läufer in der ausgefahrenen Position durch den Kontakt zwischen der Basis 12b und der oberen Wand 20a des kastenförmigen Körpers 20 gestoppt. In der beschriebenen Ausführungsform ist der maximale Hub des Läufers 12, der als Abstand zwischen der ersten zurückgezogenen Position und der zweiten ausgefahrenen Position in der radialen Richtung in Bezug auf die Achse A definiert ist, daher durch den Abstand zwischen der oberen Wand 20a und der unteren Wand 20b des kastenförmigen Körpers 20 und durch die Dicke der Basis 12b bestimmt.Therefore, the runner 12 essentially in the radial direction with respect to the axis A due to the centrifugal force generated by the rotation of the rotor 3 is movable between a first retracted position and a second extended position along the radial direction, that of the root portion 10a to the top section 10b the rotor blade 10 runs. In particular, the runner is in the extended position by the contact between the base 12b and the upper wall 20a of the box-shaped body 20 stopped. In the described embodiment, the maximum stroke of the rotor 12 which is defined as the distance between the first retracted position and the second extended position in the radial direction with respect to the axis A, therefore, by the distance between the top wall 20a and the bottom wall 20b of the box-shaped body 20 and by the thickness of the base 12b certainly.

Der kastenförmige Körper 20 ist wiederum beispielsweise (aber nicht notwendigerweise) in einer entfernbaren Weise in einer Aussparung 23 im Spitzenabschnitt 10b der Rotorschaufel 10 aufgenommen und ist in Bezug auf eine obere Kante 10d der Rotorschaufel 10 geringfügig vertieft. Insbesondere ist die Aussparung 23 in der entgegengesetzten Richtung zum Wurzelabschnitt 10a der Rotorschaufel 10 offen und ist von der Oberseite der Rotorschaufel 10 zugänglich, um das Einsetzen und, falls erforderlich, das Herausziehen des kastenförmigen Körpers 20 zu ermöglichen.The box-shaped body 20 again, for example (but not necessarily) in a removable manner in a recess 23 in the top section 10b the rotor blade 10 taken up and is in relation to an upper edge 10d the rotor blade 10 slightly deepened. In particular, the recess 23 in the opposite direction to the root section 10a the rotor blade 10 open and is from the top of the rotor blade 10 accessible to insertion and, if necessary, withdrawal of the box-shaped body 20 to enable.

In einer Ausführungsform ist der kastenförmige Körper 20 mit Kühllöchern 25 in Fluidverbindung mit den Kühlkanälen 11 zum Aufnehmen von Kühlluft; und Lüftungslöchern 26 an der oberen Wand 20a versehen, um eine Kühlung der Schaufelspitze zu ermöglichen und die fluiddynamische Dichtheit mit dem Abschnitt des Turbinengehäuses 2 benachbart zur Rotorschaufel 10 zu verbessern. Die Löcher 25, 26 des kastenförmigen Körpers 20 und die Löcher 18 des Läufers 12 ermöglichen eine Verwendung für Dichtungszwecke in den Expansionsstufen der Gasturbinen, in denen besonders hohen Temperaturen effektive Kühlsysteme erfordern.In one embodiment, the box-shaped body 20 with cooling holes 25 in fluid communication with the cooling channels 11 for receiving cooling air; and ventilation holes 26 on the upper wall 20a provided to allow cooling of the blade tip and the fluid dynamic tightness with the portion of the turbine housing 2 adjacent to the rotor blade 10 to improve. The holes 25 . 26 of the box-shaped body 20 and the holes 18 of the runner 12 allow use for gaskets in the expansion stages of gas turbines, where particularly high temperatures require effective cooling systems.

Wie in 5 gezeigt, sind die Position des kastenförmigen Körpers 20, der Hub des Läufers 12 und die anfängliche Dicke S0 der abreibbaren Schicht 17 so ausgewählt, dass durch Verschieben aufgrund der Drehung beim ersten Start der Gasturbine 1 die abreibbare Schicht 17 das Turbinengehäuse 2 vor dem Ankommen in der ausgefahrenen Position trifft, nämlich bevor der Läufer 12 das Hubende erreicht. Grundsätzlich ist, wenn die Maschine stillsteht, der anfängliche Zwischenraum C0 zwischen der anfänglichen abreibbaren Schicht 17 und der inneren Oberfläche des Turbinengehäuses 2 kleiner als der Hub des Läufers 12.As in 5 shown are the position of the box-shaped body 20 , the runner's run 12 and the initial thickness S 0 of the abradable layer 17 selected so that by shifting due to the rotation at the first start of the gas turbine 1 the abradable layer 17 the turbine housing 2 before arriving in the extended position, namely before the runner 12 reached the end of the stroke. Basically, when the machine is stationary, the initial gap C 0 between the initial abradable layer 17 and the inner surface of the turbine housing 2 smaller than the stroke of the runner 12 ,

Wenn die Gasturbine 1 gestartet wird, bewegt sich der Läufer 12 radial auswärts aufgrund der Zentrifugalkraft, die durch die Drehung verursacht wird, und die abreibbare Schicht 17 trifft auf die innere Oberfläche des Turbinengehäuses (2 und 3). Die Reibung am Turbinengehäuse 2 verursacht die Erosion der abreibbaren Schicht 17, deren Dicke bis auf eine Enddicke S1 verringert wird (6), wenn der Läufer 12 die ausgefahrene Position mit der Basis 12b in Kontakt mit der oberen Wand 20a des kastenförmigen Körpers 20 erreicht. Dann stoppt die Erosion und der Läufer 12 dichtet mit einem radialen Zwischenraum C1 von virtuell null ab (der radiale Zwischenraum C1 ist in 6 in übertriebener Weise gezeigt).If the gas turbine 1 is started, the runner moves 12 radially outward due to the centrifugal force caused by the rotation and the abradable layer 17 meets the inner surface of the turbine housing ( 2 and 3 ). The friction on the turbine housing 2 causes the erosion of the abradable layer 17 whose thickness is reduced to a final thickness S 1 ( 6 ) when the runner 12 the extended position with the base 12b in contact with the upper wall 20a of the box-shaped body 20 reached. Then the erosion stops and the runner stops 12 seals with a virtual gap C 1 of virtually zero (the radial gap C 1 is in 6 shown in an exaggerated way).

Wenn die Gasturbine 1 gestoppt wird, hört die Zentrifugalkraft auf und der Läufer kehrt in die zurückgezogene Position zurück (7), wobei ein Zwischenraum belassen wird, der eine Sicherheitstoleranz während der Übergänge schafft, aber er kann wiederhergestellt werden, sobald stationäre Bedingungen erreicht sind.If the gas turbine 1 is stopped, the centrifugal force stops and the runner returns to the retracted position ( 7 ), leaving a gap that provides a margin of safety during transitions, but it can be restored once stationary conditions are reached.

Mit der beschriebenen Rotorschaufel 10 wird das radiale Leck des Evolventenfluids der Effizienz halber theoretisch beseitigt oder zumindest drastisch verringert. Nach einem anfänglichen Übergang passt sich die Dicke der abreibbaren Schicht 17 automatisch in dem Umfang an, der für diesen Zweck erforderlich ist. Vorteilhafterweise ermöglicht der begrenzte Hub des Läufers 12 einerseits eine genaue Steuerung der Bewegungen und andererseits, eine restliche Toleranz der abreibbaren Dicke 17 beizubehalten.With the described rotor blade 10 For reasons of efficiency, the radial leak of the involute fluid is theoretically eliminated or at least drastically reduced. After an initial transition, the thickness of the abradable layer adapts 17 automatically to the extent required for this purpose. Advantageously, the limited stroke of the rotor allows 12 on the one hand precise control of the movements and on the other hand, a residual tolerance of abradable thickness 17 maintain.

Die Verwendung des kastenförmigen Körpers 20 ermöglicht, einfach einen Anschlagmechanismus vorzusehen, der den Hub des Läufers 12 begrenzt und gleichzeitig die Montage am Körper der Rotorschaufel 10 erleichtert. Der kastenförmige Körper 20 kann tatsächlich in der anderen Aussparung 23 mit dem vormontierten Läufer 12 einfach verschweißt oder anderweitig geeignet befestigt werden. Insbesondere im Hinblick auf die Montage ermöglicht die Verwendung des kastenförmigen Körpers 20, eine äußerst komplexe und teure Bearbeitung der Rotorschaufeln 10 zu vermeiden. Tatsächlich genügt es, dass die Aussparung 23 ausgebildet wird, so dass sie den kastenförmigen Körper 20 aufnehmen kann. Daher ist diese Lösung auch für irgendeine Nachrüstung perfekt geeignet, um die Rotorschaufeln 10 zu verbessern.The use of the box-shaped body 20 allows to easily provide a stop mechanism, the stroke of the rotor 12 limited and at the same time the mounting on the body of the rotor blade 10 facilitated. The box-shaped body 20 can actually be in the other recess 23 with the pre-assembled runner 12 simply welded or otherwise suitably fastened. In particular, with regard to the assembly allows the use of the box-shaped body 20 , a very complex and expensive machining of the rotor blades 10 to avoid. In fact, it suffices that the recess 23 is formed so that it is the box-shaped body 20 can record. Therefore, this solution is also perfectly suited for any retrofit to the rotor blades 10 to improve.

In einer Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, kann der Läufer, der hier mit 112 angegeben ist, ein aerodynamisches Profil aufweisen, um die Turbulenz zu verringern und möglicherweise den Anteil der internen Energie des Evolventenfluids, der in mechanische Energie umgesetzt wird, weiter zu erhöhen.In one embodiment, in 8th 12, the rotor indicated here at 112 may have an aerodynamic profile to reduce turbulence and possibly further increase the proportion of internal energy of the involute fluid being converted into mechanical energy.

Wenn kein Bedarf besteht, den radialen Zwischenraum (Ausführungsform von 9) vollständig wiederherzustellen, kann die Größe des Läufers, der hier mit 212 angegeben ist, so ausgewählt werden, dass ein Dichtungsabschnitt 212a sich in der ausgefahrenen Position von der oberen Kante 10d der Rotorschaufel 10 erstreckt, ohne jedoch die innere Oberfläche des Turbinengehäuses 2 zu treffen. In der zurückgezogenen Position kann der Läufer 212 vollständig im aerodynamischen Profil 10c aufgenommen sein, wobei der Dichtungsabschnitt 212a innerhalb der oberen Kante 10d der Rotorschaufel 10 radial vorsteht.If there is no need, the radial clearance (embodiment of 9 ) can fully restore the size of the runner who is here with 212 is specified, so selected that a sealing portion 212a in the extended position from the top edge 10d the rotor blade 10 extends, but without the inner surface of the turbine housing 2 hold true. In the retracted position, the runner can 212 completely in the aerodynamic profile 10c be included, wherein the sealing portion 212a within the upper edge 10d the rotor blade 10 protrudes radially.

In einer Ausführungsform bringt eine Rückstellvorrichtung 230 gewöhnlich den Läufer in die zurückgezogene Position zurück. Die Rückstellvorrichtung 230 kann beispielsweise eine Feder umfassen, die zwischen dem Läufer 212 und der unteren Wand 20b des kastenförmigen Körpers 20 angeordnet ist. In dem Beispiel von 9 nimmt überdies eine Aussparung 231 im Läufer 212 die Rückstellvorrichtung 230 auf, wenn sich der Läufer 212 in der Ruheposition befindet, um den Hub nicht zu begrenzen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, kann die Rückstellvorrichtung zwischen dem Läufer 212 und der oberen Wand 20a des kastenförmigen Körpers 20 angeordnet sein. In weiteren Ausführungsformen, die auch nicht dargestellt sind, kann die Gesamtgröße der Rückstellvorrichtung dazu beitragen, den Hub und/oder die ausgefahrene Position des Läufers 212 zu bestimmen. In diesen Fällen bildet die Rückstellvorrichtung einen Teil des Anschlagmechanismus des Läufers.In one embodiment, a reset device brings 230 usually the runner back to the retracted position. The reset device 230 For example, a spring may be included between the rotor 212 and the bottom wall 20b of the box-shaped body 20 is arranged. In the example of 9 also takes a recess 231 in the runner 212 the reset device 230 on when the runner 212 in rest position so as not to limit the stroke. According to an alternative embodiment, which is not shown, the return device between the rotor 212 and the upper wall 20a of the box-shaped body 20 be arranged. In other embodiments, which are also not shown, the overall size of the return device may contribute to the stroke and / or the extended position of the rotor 212 to determine. In these cases, the return device forms part of the stop mechanism of the rotor.

Der Anschlagmechanismus des Läufers ermöglicht eine genaue Bestimmung des restlichen Zwischenraums CR bei der Verwendung. Ein Teil des Zwischenraums, der in Ruhe verfügbar ist, kann dann wiederhergestellt werden, ohne eine wesentliche Gefahr für die Integrität der Rotorschaufel zu erzeugen.The stop mechanism of the rotor allows accurate determination of the remaining clearance C R in use. A portion of the gap that is available at rest can then be restored without creating a significant threat to the integrity of the rotor blade.

Eine abreibbare Schicht kann möglicherweise als Schutz im Fall irgendeiner Verformung aufgrund einer hohen Beanspruchung im Übergang verbleiben. Diese Anordnung kann besonders nützlich sein, wenn der restliche Zwischenraum CR, obwohl nicht null, verringert wird. Eine Verformung aufgrund einer außergewöhnlichen Beanspruchung kann zur vorübergehenden Aufhebung des restlichen Zwischenraums CR und zum Gleiten des Läufers 212 an der inneren Oberfläche des Turbinengehäuses 2 führen. In diesem Fall wäre die abreibbare Schicht beteiligt, mit dem Ergebnis, dass der restliche Zwischenraum CR im Vergleich zu den idealen Bedingungen geringfügig modifiziert werden könnte. Der Kontakt zwischen dem Körper der Rotorschaufel und dem Turbinengehäuse würde immer noch vermieden werden, was folglich das Risiko einer ernsten Beschädigung im Wesentlichen vermeidet. In einigen Ausführungsformen kann jedoch der abreibbare Zustand fehlen.An abradable layer may possibly remain in the transition as a protection in case of any deformation due to a high stress. This arrangement may be particularly useful if the residual gap C R is reduced, although not zero. A strain due to an extraordinary stress can be used for temporarily canceling the remaining clearance C R and for sliding the runner 212 on the inner surface of the turbine housing 2 to lead. In this case, the abradable layer would be involved, with the result that the remaining clearance C R could be slightly modified compared to the ideal conditions. The contact between the body of the rotor blade and the turbine housing would still be avoided, thus substantially avoiding the risk of serious damage. However, in some embodiments, the abradable state may be absent.

Schließlich ist ersichtlich, dass an der beschriebenen Rotorschaufel Abwandlungen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.Finally, it will be apparent that modifications and changes may be made to the described rotor blade without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims (13)

Rotorschaufel einer Expansionsstufe einer Gasturbine, die umfasst: einen Wurzelabschnitt (10a) und einen Spitzenabschnitt (10b); einen Läufer (12; 112; 212), der am Spitzenabschnitt (10b) angeordnet ist und entlang einer Richtung vom Wurzelabschnitt (10a) zum Spitzenabschnitt (10b) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgefahrenen Position beweglich ist, in der der Läufer (12; 112; 212) vom Spitzenabschnitt (10b) vorsteht; und Anschlagelemente (14, 20a), die dazu konfiguriert sind, einen Hub des Läufers (12; 112; 212) in die ausgefahrene Position zu begrenzen; und einen kastenförmigen Körper (20), der in einer Aussparung (23) aufgenommen ist, die im Spitzenabschnitt (10b) ausgebildet ist und in der Richtung entgegengesetzt zum Wurzelabschnitt (10a) offen ist; wobei der Läufer (12; 112; 212) im kastenförmigen Körper (20) aufgenommen ist und eine abreibbare Schicht (17) aus einem abreibbaren Material umfasst, die vom Spitzenabschnitt (10b) nach außen durch eine Öffnung (21) in einer Wand (20a) des kastenförmigen Körpers zumindest dann vorsteht, wenn sich der Läufer (12; 112; 212) in der ausgefahrenen Position befindet.Rotor blade of an expansion stage of a gas turbine, comprising: a root section ( 10a ) and a tip section ( 10b ); a runner ( 12 ; 112 ; 212 ) at the top section ( 10b ) and along a direction from the root portion (FIG. 10a ) to the top section ( 10b ) is movable between a retracted position and an extended position in which the runner ( 12 ; 112 ; 212 ) from the tip section ( 10b ); and stop elements ( 14 . 20a ), which are configured to control a stroke of the runner ( 12 ; 112 ; 212 ) to limit to the extended position; and a box-shaped body ( 20 ), which is in a recess ( 23 ) which is in the top section ( 10b ) is formed and in the direction opposite to the root portion ( 10a ) is open; the runner ( 12 ; 112 ; 212 ) in the box-shaped body ( 20 ) and an abradable layer ( 17 of an abradable material extending from the tip section ( 10b ) to the outside through an opening ( 21 ) in a wall ( 20a ) of the box-shaped body protrudes at least when the runner ( 12 ; 112 ; 212 ) is in the extended position. Rotorschaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12; 112; 212) einen Dichtungsabschnitt (12a), der durch die Öffnung (21) gleiten kann, und eine Basis (12b) quer zum Dichtungsabschnitt (12a) umfasst.Rotor blade according to claim 1, characterized in that the rotor ( 12 ; 112 ; 212 ) a sealing portion ( 12a ) passing through the opening ( 21 ) and a base ( 12b ) across the sealing section ( 12a ). Rotorschaufel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (12b) und die Wand (20a) des kastenförmigen Körpers (20) die Anschlagelemente definieren.Rotor blade according to claim 2, characterized in that the base ( 12b ) and the wall ( 20a ) of the box-shaped body ( 20 ) define the stop elements. Rotorschaufel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsabschnitt (12a) des Läufers (12) von der abreibbaren Schicht (17) bedeckt ist.Rotor blade according to claim 2 or 3, characterized in that the sealing section ( 12a ) of the runner ( 12 ) of the abradable layer ( 17 ) is covered. Rotorschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungsabschnitt (12a) des Läufers in Form einer Lamelle oder Platte vorliegt, die in der Richtung vom Wurzelabschnitt (10a) zum Spitzenabschnitt (10b) durch die Öffnung (21) gleiten kann.Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing portion ( 12a ) of the rotor in the form of a lamella or plate, which in the direction of the root section ( 10a ) to the top section ( 10b ) through the opening ( 21 ) can slide. Rotorschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (112) einen aerodynamischen Umriss aufweist.Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 112 ) has an aerodynamic outline. Rotorschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein aerodynamisches Profil (10c), das sich zwischen dem Wurzelabschnitt (10a) und dem Spitzenabschnitt (10b) erstreckt, und Kühlkanäle (11) innerhalb des aerodynamischen Profils (10c); wobei der kastenförmige Körper (20) erste Kühllöcher (25) aufweist, die mit den Kühlkanälen (11) fluidtechnisch gekoppelt sind.Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized by an aerodynamic profile ( 10c ) located between the root section ( 10a ) and the tip section ( 10b ), and cooling channels ( 11 ) within the aerodynamic profile ( 10c ); the box-shaped body ( 20 ) first cooling holes ( 25 ), which with the cooling channels ( 11 ) are fluidly coupled. Rotorschaufel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (12) zweite Kühllöcher (18) aufweist.Rotor blade according to claim 7, characterized in that the rotor ( 12 ) second cooling holes ( 18 ) having. Rotorschaufel nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Rückstellvorrichtung (230), die bestrebt ist, den Läufer (212) in die zurückgezogene Position zurückzubringen.Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized by a return device ( 230 ), which endeavors the runner ( 212 ) to return to the retracted position. Turbine mit einem Turbinengehäuse (2) und einem Rotor (3), der im Turbinengehäuse (2) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor mehrere Rotorschaufeln (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.Turbine with a turbine housing ( 2 ) and a rotor ( 3 ) located in the turbine housing ( 2 ), characterized in that the rotor has a plurality of rotor blades ( 10 ) according to any one of the preceding claims. Turbine nach Anspruch 10 in Abhängigkeit von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine anfängliche Dicke (S0) der abreibbaren Schicht (17) und der Hub des Läufers (12) so ausgewählt sind, dass durch die Drehung des Rotors (3) die abreibbare Schicht (17) mit dem Turbinengehäuse (2) in Kontakt kommt, bevor der Läufer die ausgefahrene Position erreicht.Turbine according to claim 10 when dependent on claim 2, characterized in that an initial thickness (S 0 ) of the abradable layer ( 17 ) and the stroke of the runner ( 12 ) are selected so that by the rotation of the rotor ( 3 ) the abradable layer ( 17 ) with the turbine housing ( 2 ) comes into contact before the runner reaches the extended position. Turbine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die anfängliche Dicke (S0) der abreibbaren Schicht (17) so ausgewählt ist, dass ein Abstand zwischen der abreibbaren Schicht (17) und dem Turbinengehäuse (2) mit dem Läufer (12) in der zurückgezogenen Position kleiner ist als der Hub des Läufers (12).Turbine according to claim 11, characterized in that the initial thickness (S 0 ) of the abradable layer ( 17 ) is selected so that a distance between the abradable layer ( 17 ) and the turbine housing ( 2 ) with the runner ( 12 ) in the retracted position is smaller than the stroke of the runner ( 12 ). Turbine nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (212) in der zurückgezogenen Position radial innerhalb einer oberen Kante (10d) der Rotorschaufel (10) angeordnet ist.Turbine according to one of claims 10-12, characterized in that the rotor ( 212 ) in the retracted position radially within a upper edge ( 10d ) the rotor blade ( 10 ) is arranged.
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Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years
R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years
R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years