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Spannungsoptimierter Kerneinbau in eine Deckbandturbinenlaufschaufel mit breiten Überhängen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018369D
Original Publication Date: 2002-Jun-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 1 page(s) / 144K

Publishing Venue

Siemens

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Peter Tiemann: AUTHOR

Abstract

Bei Gasturbinen besteht das Problem, dass es mit zunehmender Größe der Gasturbine immer schwieri- ger wird, ein hinsichtlich der Aerodynamik, der me- chanischen Integrität und der Gießbarkeit ein funkti- onierendes Design für lange Turbinenlaufschaufeln zu finden. Bisherige Lösungen bestehen in der Reali- sierung einer freistehenden Schaufel. Da bei dieser jedoch zum Erreichen des gewünschten Schwin- gungsverhaltens die Sehnenlänge stark vergrößert werden muss, ergibt sich eine sehr geringe Anzahl von Schaufeln im Ring und damit ein sehr großes Design, welches hinsichtlich der Gießbarkeit (insbe- sondere aufgrund des notwendigen Kerns zur Aus- höhlung des Profils) erhebliche Probleme bereitet. Immerhin ergibt sich hier eine gute Aerodynamik. Eine andere Möglichkeit besteht in der Deckband- schaufel. Hier wird zum Erreichen des gewünschten Schwingungsverhaltens ein weiterer Verbindungs- punkt mit Hilfe eines Deckbandes an der Schaufel- spitze erzeugt, so dass das Design eine wesentlich verminderte Sehnenlänge benötigt. Damit vereinfacht und erleichtert sich die Gießbarkeit, zumal die Schaufel massiv ausgeführt ist. Da sich das Deck- band im wesentlichen wie ein einseitig eingespannter Biegebalken unter einer Linienlast verhält, muss der beidseitige Überstand des Deckbandes kurz gehalten werden., um die Spannungen in den oberen Fins akzeptabel zu halten (Verhalten wie ein auf den Kopf gestelltes T-Profil). Damit ergibt sich eine relativ hohe Schaufelzahl mit verminderter Sehnenlänge. Da bei Verminderung der Sehnenlänge sich die Profil- fläche eigentlich quadratisch vermindert, die Belas- tung durch das Deckband jedoch linear reduziert wird, muss die Profilfläche wiederum linear erhöht werden. Da diese Linearität durch die Erhöhung der Schaufelzahl weitgehend abgedeckt wird, würde eigentlich beim Ziel der konstanten Kanalverblo- ckung die axiale Länge (ca. Sehnenlänge) weitestge- hend konstant bleiben. Da dies jedoch zu extrem dünnen Profilen führt, wird dann doch die Sehnen- länge verkleinert, was zu einer erhöhten Kanalver- sperrung führt, die die Aerodynamik auf ein Mini- mum zurückführt. Dieser Effekt wird umso gravie- render, je länger die Profilhöhe ist. Die Idee besteht in der Einführung eines partiellen Kerns in Deckbandschaufeln zum Zwecke der Be- lastungsreduzierung von weit überhängenden Deck- bändern.

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Energie

Spannungsoptimierter Kerneinbauin eine Deckbandturbinenlauf-schaufel mit breiten Überhängen

Idee: Peter Tiemann, Mühlheim

Bei Gasturbinen besteht das� Problem,� dass� es� mitzunehmender Größe der Gasturbine immer schwieri-ger wird, ein hinsichtlich der Aerodynamik, der me-chanischen Integrität und der Gießbarkeit ein funkti-onierendes Design� für� lange� Turbinenlaufschaufelnzu finden. Bisherige Lösungen bestehen in der Reali-sierung einer freistehenden Schaufel. Da bei dieserjedoch zum Erreichen� des� gewünschten� Schwin-gungsverhaltens� die� Sehnenlänge� stark vergrößertwerden muss, ergibt sich eine sehr geringe Anzahlvon Schaufeln im Ring und damit ein sehr großesDesign, welches hinsichtlich der Gießbarkeit (insbe-sondere aufgrund des notwendigen Kerns zur Aus-höhlung des� Profils)� erhebliche� Probleme� bereitet.Immerhin ergibt sich� hier� eine� gute� Aerodynamik.Eine andere Möglichkeit besteht in der Deckband-schaufel. Hier wird zum Erreichen des gewünschtenSchwingungsverhaltens� ein� weiterer Verbindungs-punkt mit Hilfe eines Deckbandes an der Schaufel-spitze erzeugt, so dass das Design eine wesentlichverminderte Sehnenlänge benötigt. Damit vereinfachtund erleichtert� sich� die� Gießbarkeit,� zumal� dieSchaufel massiv ausgeführt ist. Da sich das Deck-band im wesentlichen wie ein einseitig eingespannterBiegebalken unter einer Linienlast verhält, muss derbeidseitige Überstand des Deckbandes kurz gehaltenwerden.,� um� die� Spannungen� in� den oberen Finsakzeptabel zu halten (Verhalten wie ein auf den Kopfgestelltes T-Profil). Damit� ergibt� sich� eine� relativhohe Schaufelzahl mit verminderter Sehnenlänge. Dabei Verminderung der Sehnenlänge sich die Profil-fläche eigentlich quadratisch vermindert, die Belas-tung� durch� das� Deckband� jedoch� linear� reduziertwird, muss die Profilfläche wiederum linear erhöhtwerden. Da diese Lineari...