DE19940556A1

DE19940556A1 - Device for cooling guide vanes or rotor blades in a gas turbine

Info

Publication number: DE19940556A1
Application number: DE19940556A
Authority: DE
Inventors: Herbert Brandl; Bernhard Weigand
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Ansaldo Energia Switzerland AG
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2001-03-01
Anticipated expiration: 2019-08-27
Also published as: DE19940556B4

Abstract

The device cools the blades (1,2) in the blade shaft area. A flat intermediate part (9) is fitted in the shaft area between two neighboring guide or rotor blades. The intermediate part has a pref. smooth surface (10), which engages on the flat sections (3,4) of the neighboring blades, to form a spatial and mainly gas-proof division between the sections (5,8) facing towards and away from, the blade surfaces within the turbine. An elastic sealing element (20) between the intermediate part and the shafts of the neighboring blades, to improve gas proofing and vibration damping.

Description

Technical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von Leit- oder Lauf schaufeln im Bereich ihres Schaufelschaftes innerhalb einer Gasturbine, der jeweils einen flächigen Abschnitt senkrecht zur radialen Erstreckung der Schaufel vorsieht und das Schaufelblatt vom Schaufelfuß trennt, wodurch der Heißgaspfad im Inneren der Gasturbine rotorseitig begrenzt wird.The invention relates to a device for cooling a guide or barrel shovel in the area of their shovel shaft within a gas turbine, each provides a flat section perpendicular to the radial extension of the blade and separates the airfoil from the airfoil, creating the hot gas path inside the gas turbine is limited on the rotor side.

State of the art

Laufschaufeln, wie auch Leitschaufeln für den Einsatz in Gasturbinen weisen in den Strömungskanal der Gasturbine hineinragende Schaufelblätter auf, die üblicherweise in ihrem Schaftbereich einen flächigen Abschnitt, die sogenannte Schaufelplattform oder Basisplatte vorsehen, an der sich, dem Schaufelblatt abgewandt, der Schaufel fuß zur Befestigung in einer entsprechenden Gegenkontur innerhalb des Statorge häuses, sofern es sich um eine Leitschaufel handelt, oder innerhalb der Rotoranord nung, sofern es sich um eine Laufschaufel handelt, anschließt. Ebenso wie die Schaufelblätter unterliegen die Oberflächen der einzelnen Plattformen einer sehr ho hen thermischen Belastung, da sie den Strömungskanal, durch den heiße Verbren nungsgase strömen, wenigstens teilweise unmittelbar begrenzen. Da sie neben der sehr hohen thermischen Belastung auch überaus hohen mechanischen Beanspru chungen unterliegen, die durch die unmittelbare, feste Anlenkung der zum Teil weit über die Plattformen erhabenen Schaufelblätter herrühren, kommt es oft zu Material schäden, die sich in Brüchen oder Spaltbildungen innerhalb der Plattformen auswir ken. Aufgrund der, für eine direkte Kühlung ungünstig liegende Bereich des Schau felschaftes werden die Plattformen größtenteils nicht oder nur unzureichend gekühlt, wodurch sich ungleichmäßige Temperaturverteilungen innerhalb des Schaufelschaf tes ausbilden, die verstärkt zu den erwähnten Materialbrüchen führen. Bisherige Be mühungen, den Schaufelschaftbereich um die Schaufelplattform herum zu kühlen, waren stets mit sehr komplexen Kühlvorkehrungen verbunden, die ein Höchstmaß an konstruktiven Anstrengungen bedürfen, die überdies mit hohen Kosten verbunden sind.Rotor blades, as well as guide blades for use in gas turbines, show in the Flow channel of the gas turbine protruding blades, which are usually in its shaft area a flat section, the so-called blade platform or provide a base plate on which the blade faces away from the airfoil foot for fastening in a corresponding counter contour within the statorge housing, if it is a guide vane, or within the rotor arrangement connection, provided it is a moving blade. Just like that Shovel blades are subject to a very high surface of the individual platforms hen thermal load, since the flow channel, through the hot burning Gases flow, at least partially limit immediately. Since they are next to the very high thermal load also extremely high mechanical stress are subject to the direct, fixed articulation of the sometimes far Material comes from the raised blades above the platforms damage resulting in breaks or gaps within the platforms ken. Because of the area of the show which is unfavorable for direct cooling the platforms are mostly not cooled or only insufficiently cooled, which creates uneven temperature distributions within the shovel sheep train tes, which lead to the aforementioned material breaks. Previous Be efforts to cool the blade shaft area around the blade platform, were always associated with very complex cooling precautions that were extremely high constructive efforts that also involve high costs are.

Um ein möglichst gleichmäßiges Temperaturprofil innerhalb der Schaufelplattform zu erzielen wird die Oberflächen der in der Regel rechteckförmig ausgebildeten Platt form so klein wie nur möglich gehalten. Zusätzlich wird die Nase und die Abrißkante im Wurzelbereich des Schaufelblattes derart relativ zur rechteckförmigen Plattform angeordnet, daß sich Nase und Abrißkante in zwei gegenüberliegenden Ecken der Plattform befinden. Durch diese Anordnung kann die Plattform verhältnismäßig ein fach mit nur geringem Aufwand und geringem Bedarf an Kühlluft gekühlt werden.To ensure that the temperature profile within the blade platform is as uniform as possible will achieve the surfaces of the generally rectangular plate shape as small as possible. In addition, the nose and tear-off edge in the root area of the airfoil relative to the rectangular platform arranged that the nose and tear-off edge in two opposite corners of the Platform. This arrangement allows the platform to be relatively one can be cooled with little effort and little need for cooling air.

Diese Maßnahme, der nur kleinflächigen Ausbildung der Plattform läuft jedoch der konstruktiven Forderung entgegen, die zwischen zwei in einer Schaufelreihe unmit telbar benachbarten Schaufeln vorhandenen Zwischenspalte, die sich zwischen zwei gegenüberstehenden Plattformen ausbilden, so gering wie nur möglich zu halten. Dies zum einen, da sich die in einer Schaufelreihe angulär nebeneinander angeord neten Schaufeln durch unmittelbare gegenseitige Berührung über entsprechende Verbindungskanten ihrer Plattformen mechanisch stabilisieren, wodurch auf diese Weise Vibrationserscheinungen weitgehend unterdrückt werden können; zum ande ren bewirkt das unmittelbare Aneinandergrenzen zweier benachbarter Plattformen eine Raumtrennung, die den Raumbereich des Strömungskanals, durch den die hei ßen Verbrennungsgase strömen, von einem sich unterhalb der Plattformen ausbil denden Zwischenraum abgrenzt, der sich zwischen zwei benachbarten Schaufelfü ßen erstreckt und der mit Kühlluft gespeist werden kann.This measure, the only small-scale training of the platform, however, runs constructive demand contrary between two in a row of blades Telbar adjacent blades existing intermediate gap, which is between two train opposing platforms to keep them as low as possible. On the one hand, because they are arranged angularly next to each other in a row of blades neten shovels by direct mutual contact via appropriate Mechanically stabilize the connecting edges of their platforms, resulting in them Way vibration phenomena can be largely suppressed; to the other ren causes two neighboring platforms to directly adjoin each other a room partition that defines the area of the flow channel through which the hot gaseous combustion gases flow from below the platforms delimits the space between two adjacent blade feet ß extends and can be fed with cooling air.

Ein weiteres Problem, das mit der Ausbildung großflächiger Plattformen verbunden ist, ist ihre schwierige und sehr aufwendige Herstellung im Rahmen von Gießverfah ren unter Verwendung von gerichtet erstarrenden Materialien oder Einkristallmateria lien. Durch die Schwierigkeit dieses Herstellverfahrens sind zudem nur sehr geringe Fertigungsraten beim Gießen zu erzielen, wodurch wiederum der Kostenaufwand stark zu Buche schlägt. Another problem associated with the formation of large-scale platforms is their difficult and very complex production in the context of casting process using directionally solidifying materials or single crystal materials lien. Due to the difficulty of this manufacturing process, there are also very few To achieve manufacturing rates when casting, which in turn reduces costs has a strong impact.

Presentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kühlen von Leit- oder Laufschaufeln im Bereich ihres Schaufelschaftes innerhalb einer Gasturbine, der jeweils einen flächigen Abschnitt, die sogenannte Schaufelplattform, senkrecht zur radialen Erstreckung der Schaufel vorsieht und das Schaufelblatt vom Schaufel fuß trennt, derart auszubilden, daß zum einen die mit der hohen Temperaturbela stung verbundene Gefahr von Materialbruch und Materialermüdung weitgehend aus geschlossen werden kann und ferner eine gezielte Kühlung der Schaufelplattform ohne die Notwendigkeit aufwendiger konstruktiver Maßnahmen möglich ist. Mögli cherweise auftretende, mechanische Vibrationen während des Betriebes der Gastur bine sollen durch die erfindungsgemäße Maßnahme unterdrückt und weitgehend ausgeschlossen werden.The invention has for its object to provide a device for cooling conduction or blades in the area of their blade shaft within a gas turbine, the one flat section, the so-called blade platform, vertically for the radial extension of the blade and the blade from the blade foot separates, such that, on the one hand, those with the high temperature load associated risk of material breakage and material fatigue can be closed and also targeted cooling of the blade platform is possible without the need for complex constructive measures. Possible Mechanical vibrations that usually occur during operation of the gastur bine should be suppressed and largely by the measure according to the invention be excluded.

Die Lösung der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 ange geben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Maßnahmen sind in den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.The solution to the problem underlying the invention is set forth in claim 1 give. Measures which further advantageously develop the inventive idea are in the Subclaims, the description and the drawings can be found.

Erfindungsgemäß wird die Vorrichtung zum Kühlen von Leit- oder Laufschaufeln im Bereich ihres Schaufelschaftes innerhalb einer Gasturbine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart ausgebildet, daß zwischen zwei benachbarten Leit- oder Laufschaufeln ein flächiges Zwischenstück im Bereich der Schaufelschafte einbring bar ist, das eine vorzugsweise glatt ausgebildete Oberfläche aufweist, die sich seit lich, weitgehend bündig an die flächigen Abschnitte der benachbarten Leit- oder Laufschaufeln anschließt und eine räumlich und weitgehend gasdichte Abtrennung zwischen dem, den Schaufelblättern zugewandten, sowie dem, den Schaufelblättern abgewandten Bereich innerhalb der Gasturbine bewirkt.According to the invention, the device for cooling guide vanes or rotor blades Area of their blade shank within a gas turbine, according to the generic term of claim 1 designed such that between two adjacent guide or Insert a flat intermediate piece in the area of the blade shafts bar, which has a preferably smooth surface that has been Lich, largely flush with the flat sections of the neighboring guide or Blades and a spatially and largely gas-tight separation between that facing the airfoil and that of the airfoil area in the gas turbine facing away.

Das brückenartig ausgebildete Zwischenstück, das gezielt zwischen zwei benach barten Schaufeln jeweils in ihren Schaufelschaftbereichen eingebracht ist, bewirkt zum einen, einen direkten mechanischen Kontakt zu beiden Schaufeln, wodurch das Zwischenstück für eine mechanische Stabilisierung, beider in einer Schaufelreihe angeordneter Schaufeln beiträgt, und zum anderen für eine räumliche Abtrennung des Strömungskanals von einem, sich zwischen den Schaufelfüßen ausbildenden Zwischenraum, der gezielt mit Kühlluft gespeist werden kann.The bridge-like intermediate piece, which is targeted between two neighboring beard blades is inserted in their blade shaft areas on the one hand, a direct mechanical contact to both blades, which means that Intermediate piece for mechanical stabilization, both in a row of blades arranged blades contributes, and the other for spatial separation of the flow channel from one that forms between the blade roots Space that can be specifically fed with cooling air.

Das brückenartig ausgebildete Zwischenstück weist hierzu zwei Verbindungskanten auf, entlang denen, das Zwischenstück mit zwei benachbarten Schaufelschaften ver bunden werden kann. Die Verbindung zwischen dem Zwischenstück und dem Schaufelschaft sollte zum einen möglichst gasdicht und zum anderen lagestabil aus gebildet sein, um den vorstehend genannten Anforderungen zu entsprechen. Hierzu weisen die Verbindungskanten des Zwischenstückes eine speziell ausgebildete Ver bindungskontur auf, die in eine, entsprechend gegenkonturierte Aufnehmung inner halb jedes Schaufelschaftes axial fügbar ist. Grundsätzlich kann die Verbindungs kontur am Zwischenstück beliebig ausgebildet sein, so lange sie eine formschlüssige Verbindung mit der entsprechenden Gegenkontur innerhalb des Schaufelschaftes gewährleistet. Bevorzugte Konturformen der Verbindungskontur ist eine keilförmige, schwalbenschwanzartige, steg- oder zapfenartige Ausgestaltung der Verbindungs kontur.For this purpose, the bridge-shaped intermediate piece has two connecting edges along, along which the intermediate piece ver with two adjacent shovel shafts can be bound. The connection between the intermediate piece and the On the one hand, the shovel shaft should be as gas-tight as possible and on the other hand, it should be stable be formed to meet the above requirements. For this the connecting edges of the intermediate piece have a specially designed Ver binding contour on the inside of a correspondingly contoured receptacle half of each blade shaft is axially joinable. Basically, the connection contour on the intermediate piece can be designed as long as it is a positive Connection with the corresponding counter contour within the shovel shaft guaranteed. The preferred contour shape of the connecting contour is a wedge-shaped, Dovetail-like, web-like or peg-like design of the connection contour.

Um den Grad der Gasdichtheit zu verbessern, ist zwischen dem Zwischenstück und dem Schaufelschaft der jeweils benachbarten Schaufeln wenigstens ein elastisches Dichtungselement vorgesehen, das sich orthogonal zu dem, zwischen dem Zwi schenstück und dem Schaufelschaft verlaufenden Zwischenspalt erstreckt. Das ela stische Dichtungselement ist zum einen aus einem Material hoher Temperaturbe ständigkeit und zum anderen mit einer ausreichenden Materialdicke ausgebildet, so daß das Dichtungselement zugleich eine schwingungsdämpfende Wirkung auf die aneinandergrenzenden Anlagenkomponenten, das heißt Schaufelschacht und Zwi schenstück, ausübt. Das Zwischenstück weist vorzugsweise eine, zwischen den be nachbarten Schaufelschaften axiale Erstreckung auf, die größer ist als ihre Dicke, d. h. ihre radiale Erstreckung. Ein derart geformtes Zwischenstück kann verhältnis mäßig einfach und sicher gekühlt werden, indem Kühlluft durch den Zwischenraum der von beiden Schaufelfüßen eingegrenzt ist, zugeführt wird. To improve the degree of gas tightness is between the intermediate piece and the blade shank of the adjacent blades at least one elastic Sealing element provided, which is orthogonal to the, between the Zwi extends and the blade shaft extending intermediate gap. The ela Stische sealing element is made of a material of high Temperaturbe stability and on the other hand with a sufficient material thickness, so that the sealing element also has a vibration-damping effect on the adjacent system components, i.e. bucket shaft and intermediate piece, exercises. The intermediate piece preferably has one, between the be adjacent blade shafts axial extension that is greater than their thickness, d. H. their radial extension. An intermediate piece shaped in this way can be ratio be cooled moderately easily and safely by cooling air through the gap which is delimited by both blade feet.

Im Falle zweier benachbarter Laufschaufeln, die in ein und derselben Laufschaufel reihe angebracht sind, wird zur Kühlung des Schaufelschaftbereiches Kühlluft von seiten der Rotorachse zugeführt, die radialseitig vor einem ungehinderten Einströ men in den Strömungskanal der Gasturbine durch das brückenartige Zwischenstück gehindert wird. Die Kühlung des Zwischenstücks erfolgt somit von der Unterseite, so daß sich ein weitgehend homogenes Temperaturfeld innerhalb des Zwischenstücks sowohl axial, wie auch entlang des Umfangsrandes der Schaufelreihe ausbildet. Ein hoher Temperaturgradient bildet sich lediglich radial innerhalb des Zwischenstückes aus, der maximal dem Temperatursprung zwischen der Kühllufttemperatur von der Unterseite her und der Temperatur der Verbrennungsgase innerhalb des Strömungs kanals der Gasturbine entspricht.In the case of two adjacent blades, which are in the same blade row are attached, cooling air from sides supplied to the rotor axis, the radial side before an unimpeded inflow men in the flow channel of the gas turbine through the bridge-like intermediate piece is prevented. The intermediate piece is thus cooled from the underside, so that there is a largely homogeneous temperature field within the intermediate piece both axially and along the circumferential edge of the row of blades. On high temperature gradient only forms radially within the intermediate piece from, the maximum of the temperature jump between the cooling air temperature of the Bottom ago and the temperature of the combustion gases within the flow channel corresponds to the gas turbine.

Aufgrund der sich einstellenden Temperaturbedingungen innerhalb des brückenartig ausgebildeten Zwischenstückes ist somit weniger Kühlluft erforderlich, als es mit bis her bekannten Kühlvorkehrungen der Fall ist, um die geforderte Lebensdauer zu er reichen.Due to the temperature conditions within the bridge-like trained intermediate piece, less cooling air is required than with known cooling precautions is the case in order to achieve the required service life pass.

Auch ist es möglich eine gezielte Schwingungsdämpfung von Leitschaufeln zu bewir ken, indem Federelemente mit dem Zwischenstück in Wirkverbindung treten, die an der Unterseite des Zwischenstückes, das heißt dem gekühlten Bereich vorgesehen sind. Die so entstehenden Anpreßkräfte bewirken im Betrieb Reibungskräfte, wenn die Leitschaufeln schwingen, wobei die Reibungskräfte die Leitschaufelschwingun gen dämpfen.It is also possible to effect a targeted vibration damping of guide vanes ken by spring elements in operative connection with the intermediate piece, the the underside of the intermediate piece, that is to say the cooled area are. The resulting contact forces cause frictional forces when in operation, if the vanes vibrate with the frictional forces causing the vane vibrations dampen.

Durch das Einbringen von Zwischenstücken in den Zwischenbereich zweier benach barter Schaufelschafte können die Plattformen jeder einzelnen Schaufel so klein wie nur konstruktiv möglich ausgebildet werden, so daß die Gußausbringrate für gerichtet erstarrte oder einkristalline Materialien wesentlich erhöht werden kann.By inserting intermediate pieces in the intermediate area between two neighboring The shovel shafts can make the platforms of each individual shovel as small as possible are only designed to be constructively possible, so that the casting spread rate for directed solidified or single-crystal materials can be increased significantly.

Andererseits kann das Material, aus dem die brückenartigen Zwischenstücke gefer tigt werden aus günstigen und einfach zu gießenden Materialgruppen gewählt wer den, wodurch die Herstellung der Schaufelkomponenten für eine Gasturbine hin sichtlich ihrer Fertigungsrate und Herstellungskosten optimiert werden kann. Beson dere Beachtung bedarf es jedoch bei der Auswahl der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhalten der eingesetzten Materialien, was bei den Überlegungen zur Ausgestaltung und Formgebung des Zwischenstückes sowie dessen Verbindungs konturen zu berücksichtigen ist.On the other hand, the material from which the bridge-like intermediate pieces are made are selected from inexpensive and easy-to-cast material groups which leads to the manufacture of the blade components for a gas turbine visibly their manufacturing rate and manufacturing costs can be optimized. Especially However, this must be taken into account when selecting the different thermal ones Expansion behavior of the materials used, which in the considerations for Design and shape of the intermediate piece and its connection contours must be taken into account.

Durch die gezielte Kühlung des brückenartigen Zwischenstückes durch Kühlluftzu fuhr an dessen Unterseite ist auch eine effektive Kühlung des unteren Bereiches der Schaufelblätter und möglich, die den heißen Verbrennungsgasen unmittelbar ausge setzt sind. Um den Kühleffekt noch weiter zu steigern sind innerhalb des Zwischen stückes Durchgangskanäle vorgesehen, durch die Kühlluft an die Oberseite der Plattform sowie auch den damit unmittelbar verbundenen Schaufelblattbereichen ge richtet wird. Alternativ oder in Kombination zu den, in das brückenartige Zwischen stück eingebrachten Durchgangskanälen kann der unmittelbare Fügebereich zwi schen dem Zwischenstück und den Schaufelschaftbereichen gezielt "undicht" aus geführt werden, wodurch Kühlluft durch die Fügeverbindung von der Unterseite des Zwischenstückes an die Oberseite, das heißt in den Strömungskanal der Gasturbine gelangen kann und dort, wie vorstehend beschrieben, die Oberfläche der Plattform sowie die daran angrenzenden Bereiche der Schaufelblätter gezielt zu kühlen.Through the targeted cooling of the bridge-like intermediate piece by cooling air drove at the bottom is also an effective cooling of the lower area of the Shovel blades and possible that the hot combustion gases immediately out sets are. In order to increase the cooling effect even further, are in between piece through channels provided by the cooling air to the top of the Platform as well as the directly connected airfoil areas is judged. Alternatively or in combination with the, in the bridge-like intermediate pieces of through-channels introduced, the immediate joining area between between the intermediate piece and the shovel shaft areas be guided, whereby cooling air through the joint connection from the bottom of the Intermediate piece to the top, that is, in the flow channel of the gas turbine can get there and, as described above, the surface of the platform and to specifically cool the adjacent areas of the airfoils.

Brief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention is hereinafter without limitation of the general inventions thanks based on exemplary embodiments with reference to the drawing described as an example. Show it:

Fig. 1 schematisierter Querschnitt durch die Schaufelschaftbereiche zweier benachbarter Schaufeln mit Zwischenstück, Fig. 1 a schematic cross-section through the blade of two shaft portions of adjacent blades with intermediate piece,

Fig. 2 schematisierter Querschnitt durch den Schaufelschaftbereich zweier benachbarter Leitschaufeln mit Zwischenstück, Fig. 2 a schematic cross section of two by the vane shank region of adjacent guide vanes with an intermediate piece,

Fig. 3 Schematische Draufsicht auf zwei Schaufeln mit Zwischenstück, Fig. 3 shows a schematic plan view of two blades with intermediate piece,

Fig. 4a, b detaillierte Querschnittsdarstellungen durch den Fügebereich zwischen Schaufelschaft und Zwischenstück, Fig. 4a, b detailed cross-sectional views through the joining region between the blade shaft and intermediate piece,

Fig. 5a-d Darstellung unterschiedlicher innerer Strukturen des brückenartig aus gebildeten Zwischenstückes sowie Fig. 5a-d representation of different internal structures of the intermediate piece formed as a bridge and

Fig. 6a, b Zwischenstück mit rippenartiger Versteifung sowie eingebrachter Aus nehmungen innerhalb der Verbindungskanten. Fig. 6a, b intermediate piece with rib-like stiffening and recesses introduced from within the connecting edges.

WAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY

In Fig. 1 ist ein axialer Querschnitt durch zwei in einer Laufschaufelreihe angeord neter Laufschaufeln mit Laufschaufelblätter 1, 2 dargestellt. Die Laufschaufelblätter 1, 2 erheben sich radialwärts von jeweils einer Plattform 3, 4 in den mit heißen Ver brennungsgasen durchströmten Strömungskanal 5 einer Gasturbine. Die Plattform 3, 4 jeder einzelnen Laufschaufel trennt das Schaufelblatt 1, 2 von dem Schaufelblatt fuß 6, 7. Die zwei in einer Laufschaufelreihe benachbarten Laufschaufelfüße 6, 7 schließen einen Zwischenraum 8 ein, der sich radialwärts bis zu einem brückenartig ausgebildeten Zwischenstück 9 erstreckt. Das Zwischenstück 9 weist eine eben aus gebildete Oberfläche 10 auf, die bündig, das heißt in der gleichen Ebene, zu den Plattformen 3, 4 angeordnet ist. Ferner verfügt das Zwischenstück 9 zwei gegen überliegende Verbindungskanten 11, 12, die gemäß Ausführungsbeispiel Fig. 1 über eine keilförmige Verbindungskontur verfügen. Die keilförmige Verbindungskon tur weist eine schräge Flanke 13 auf, die über einen entsprechenden Übergangsbe reich 14 mit der eben ausgebildeten Unterseite 15 verbunden ist. Entsprechend der Verbindungskonturen des Zwischenstücks 9 weisen die Schaufelfüße 6, 7 Gegen konturen 16, 17 auf, in die die Verbindungskontur des Zwischenstücks 9 vorzugswei se formschlüssig hineinragen.In Fig. 1 is an axial cross section through two in a blade row angeord designated blades with blades 1 , 2 is shown. The rotor blades 1 , 2 rise radially from each of a platform 3 , 4 in the flow channel 5 of a gas turbine through which combustion gases flow. The platform 3 , 4 of each individual rotor blade separates the airfoil 1 , 2 from the airfoil base 6 , 7 . The two blade roots 6 , 7 , which are adjacent in a row of rotor blades, enclose an intermediate space 8 which extends radially to an intermediate piece 9 which is designed in the manner of a bridge. The intermediate piece 9 has a flat surface 10 which is arranged flush, that is to say in the same plane, with the platforms 3 , 4 . Furthermore, the intermediate piece 9 has two opposite connecting edges 11 , 12 which, according to the exemplary embodiment in FIG. 1, have a wedge-shaped connecting contour. The wedge-shaped connection cone has an inclined flank 13 which is connected via a corresponding transition region 14 to the bottom 15 which has just been formed. Corresponding to the connecting contours of the intermediate piece 9 , the blade feet 6 , 7 have counter contours 16 , 17 into which the connecting contour of the intermediate piece 9 preferably projects positively.

Zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung zwischen dem Zwischenstück 9 und den Schaufelblattfüßen 6, 7 ist quer zu den Fügestellen 18, 19 je ein elastisches Dich tungselement 20 vorgesehen, das für eine gasdichte Abdichtung des Zwischenrau mes 8 von dem Strömungskanal 5 sorgt. In addition to the positive connection between the intermediate piece 9 and the airfoil feet 6 , 7 , an elastic sealing device 20 is provided transversely to the joints 18 , 19 , which ensures a gas-tight seal of the intermediate space 8 from the flow channel 5 .

Zu Kühlzwecken wird in den Zwischenraum 8 Kühlluft eingespeist, die von der Unter seite 15 das Zwischenstück 9 zu kühlen vermag und deren Kühlwirkung durch die Fügestellen 18, 19 auf die unmittelbar angrenzenden Bereiche des Schaufelblattfu ßes 6, 7 bzw. der Schaufelblätter 1, 2 übertragen wird. Mit dieser Kühlmaßnahme kann der Kühlaufwand für die Plattformen 3, 4 erheblich reduziert werden. Ferner können die Plattformen auf diese Weise effektiver gekühlt werden und unterliegen nunmehr einer deutlich reduzierten Materialbeanspruchung durch thermische Bela stung aufgrund der heißen Verbrennungsgase, wodurch die Gefahr von Spalt-, oder Rißbildungen erheblich herabgesetzt wird.For cooling purposes, cooling air is fed into the intermediate space 8 , which is able to cool the intermediate piece 9 from the lower side 15 and whose cooling effect is transmitted through the joints 18 , 19 to the immediately adjacent areas of the blade root 6 , 7 or the blade blades 1 , 2 becomes. With this cooling measure, the cooling effort for the platforms 3 , 4 can be considerably reduced. Furthermore, the platforms can be cooled more effectively in this way and are now subject to a significantly reduced material stress due to thermal stress due to the hot combustion gases, which significantly reduces the risk of gaps or cracks.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform des Zwischenstücks 9 dargestellt, das zwischen den Schaufelfüßen 6, 7 eingebracht ist. Das Zwischenstück 9 weist die Verbindungskanten 11, 12 auf, die jeweils über eine Rille 21 verfügen, in die ein stegartiger Fortsatz 22 des Schaufelfußes formschlüssig hineinragt. Nur aus Grün den der übersichtlicheren Darstellung sind in den Fig. 1, 2 die Verbindungskan ten des Zwischenstücks 9 leicht beabstandet von den Verbindungskonturen des Schaufelfußes gezeichnet.In FIG. 2, an alternative embodiment of the intermediate piece 9 is shown, which is interposed between the blade roots 6, 7. The intermediate piece 9 has the connecting edges 11 , 12 , each of which has a groove 21 into which a web-like extension 22 of the blade root projects in a form-fitting manner. Only the green of clearer representation are shown in FIGS. 1, 2, the Verbindungskan th of the intermediate piece 9 slightly spaced from the connecting contours of the blade root drawn.

Die Darstellungen der Fig. 1 und 2 zeigen jeweils den axialen Querschnitt durch den Schaufelschaftbereich zweier, in einer Laufschaufelreihe benachbart angeord neter Laufschaufeln. Um das Zwischenstück 9 zwischen den beiden in einer Ro toranordnung integrierten Schaufelblättern zu integrieren, ist dieses axialwärts, d. h. senkrecht zu der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zeichenebene einzufügen. Ei ne entsprechende Entnahme des Zwischenstücks 9 ist ebenso axialwärts möglich. Eine axiale Befestigung des Zwischenstückes 9 zwischen den benachbarten Lauf schaufeln kann einerseits mit einer einseitig, radial über die Verbindungskonturen erhabenen Abdeckplatte erreicht werden, und andererseits über einen in Umfangs richtung der Laufschaufelreihe den Schaufelfuß und das Zwischenstück gemeinsam durchsetzenden Sicherungsstift gewährleistet werden (nicht dargestellt). The representations of FIGS. 1 and 2 each show the axial cross section through the blade shaft region of two rotor blades arranged adjacent in a row of rotor blades. In order to integrate the intermediate piece 9 between the two blades arranged in a rotor arrangement, this is to be inserted axially, ie perpendicularly to the plane of the drawing shown in FIGS . 1 and 2. Egg ne corresponding removal of the intermediate piece 9 is also possible axially. An axial attachment of the intermediate piece 9 between the adjacent blades can be achieved on the one hand with a cover plate which is raised radially above the connecting contours, and on the other hand can be ensured by means of a locking pin which does not penetrate the circumference of the blade row jointly (not shown).

Fig. 3 zeigt eine schematische Draufsicht zu den Fig. 1 und 2. Das Zwischen stück 9 ist gekrümmt ausgebildet, um sich optimal zwischen die beiden Schaufeln 1, 2 zu fügen. Die Plattformen 3, 4 der Schaufeln 1, 2 werden dadurch so klein wie möglich gehalten, was für das Gießen von gerichtet erstarrten und einkristallinen Schaufeln von Vorteil ist. Um die Anordnung nach Fig. 6 axial zu montieren, muß der gesamte Schaufelkranz in einer entsprechenden Vorrichtung vormontiert und anschließend axial in die Schaufelbefestigung eingeführt werden. Für den Fall einer Montage in Umfangsrichtung werden spezielle Schlußstücke verwendet. Fig. 3 shows a schematic plan view of FIGS . 1 and 2. The intermediate piece 9 is curved to optimally fit between the two blades 1 , 2 . The platforms 3 , 4 of the blades 1 , 2 are thereby kept as small as possible, which is advantageous for the casting of directionally solidified and single-crystal blades. In order to assemble the arrangement according to FIG. 6 axially, the entire blade ring must be preassembled in a corresponding device and then inserted axially into the blade attachment. In the case of assembly in the circumferential direction, special end pieces are used.

Die Fig. 4a und 3b zeigen alternative Verbindungskonturen zwischen dem Schaufelfuß 6 und dem Zwischenstück 9. Grundsätzlich können die Kontaktflächen zwischen dem Zwischenstück 9 und der Verbindungskontur des Schaufelfußes 6 flach oder gekrümmt verlaufen. Besonders aus Gründen einer sicheren Gasabdich tung hat sich bevorzugt herausgestellt, eine der Konturen zwischen dem Zwischen stück 9 und dem Schaufelfuß 6 gekrümmt und die andere geradlinig verlaufend aus zubilden, wie es in den Fig. 4a, 3b dargestellt ist. FIGS. 4a and 3b show alternative connecting contours between the blade 6 and the intermediate piece 9. In principle, the contact surfaces between the intermediate piece 9 and the connecting contour of the blade root 6 can run flat or curved. Particularly for reasons of a safe gas sealing device, it has been found to be preferable to curve one of the contours between the intermediate piece 9 and the blade root 6 and to form the other in a straight line, as shown in FIGS . 4a, 3b.

Um die Kühlwirkung der in den Zwischenraum 8 einströmenden Kühlluft durch das Zwischenstück 9 zu verbessern, ist dieses gemäß Ausführungsbeispiel in Fig. 5a mit einem Hohlraum 23 ausgebildet. Die Unterseite des Zwischenstücks 9 ist als perforierte Deckplatte 24 ausgeführt, durch deren Perforationsöffnungen Kühlluft in den Hohlraum 23 in Art einer Prallkühlung einströmt. Durch entsprechend geneigte Durchgangskanäle 25 entweicht Kühlluft in Richtung der Plattformen respektive der unteren Bereiche der Schaufelblätter.In order to improve the cooling effect of the cooling air flowing into the intermediate space 8 through the intermediate piece 9 , this is designed according to the exemplary embodiment in FIG. 5a with a cavity 23 . The underside of the intermediate piece 9 is designed as a perforated cover plate 24 , through the perforation openings of which cooling air flows into the cavity 23 in the manner of an impingement cooling. Cooling air escapes through appropriately inclined through-channels 25 in the direction of the platforms or the lower regions of the airfoils.

Eine alternative Anordnung der Kühlluftkanäle 25 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5b dargestellt. Die Neigung und Anordnung der Durchgangskanäle kann je nach Kühlzwecke individuell erfolgen mit unterschiedlichem Neigungswinkel sowie beliebige Anzahl und Dichte von Durchgangskanälen.An alternative arrangement of the cooling air channels 25 is shown in the exemplary embodiment according to FIG. 5b. Depending on the cooling purpose, the inclination and arrangement of the through-channels can be carried out individually with different angles of inclination as well as any number and density of through-channels.

Eine bevorzugte Austrittsstelle der durch die Kühlkanäle austretenden Kühlluft liegt unmittelbar im Bereich der Kontaktfläche zwischen dem Zwischenstück 9 und dem angrenzenden Schaufelfuß 6, 7. Hierdurch kann die mechanisch und thermisch sehr stark beanspruchte Plattform höchst effektiv gekühlt werden.A preferred exit point of the cooling air emerging through the cooling channels lies directly in the area of the contact surface between the intermediate piece 9 and the adjacent blade root 6 , 7 . In this way, the mechanically and thermally highly stressed platform can be cooled very effectively.

Eine konvektiv gekühlte Ausführungsform des Zwischenstücks 9 ist in der Fig. 5 c und d dargestellt. Hierbei sind im Inneren des Zwischenstücks 9 mäanderförmig angelegte Strömungskanäle 26 vorgesehen, wie es aus dem Schnittbild 5d hervor geht. Das Schnittbild 5d entspricht einem Schnitt A-A gemäß dem Ausführungsbei spiel eines Zwischenstücks 9 in Fig. 5c. Auch hier tritt die Kühlluft durch geneigte Durchgangskanäle 25 zu Seiten des Strömungskanals der Gasturbine aus. Die Deckplatte 24 ist in diesem Fall nicht perforiert und schließt den Kühlluft durch strömten Raum nach unten hin ab.A convectively cooled embodiment of the intermediate piece 9 is shown in FIGS. 5 c and d. Flow channels 26 are provided in the interior of the intermediate piece 9 , as can be seen from the sectional view 5 d. The sectional view 5 d corresponds to a section AA according to the game Ausführungsbei an intermediate piece 9 in Fig. 5c. Here, too, the cooling air exits through inclined through-ducts 25 to the side of the flow duct of the gas turbine. In this case, the cover plate 24 is not perforated and closes off the cooling air by flowing space downwards.

Aus Gründen einer verbesserten Steifigkeit des Zwischenstückes 9 kann das Zwi schenstück 9 an seiner Unterseite mit Rippenzügen 27 versehen werden, um auf diese Weise trotz Reduzierung der Wandstärke und somit Gewichtseinsparung, eine gleichbleibende mechanische Stabilität zu bewahren (siehe hierzu Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 6a, es zeigt einen Teilquerschnitt durch die Verbindungskante ei nes Zwischenstücks 9 mit zusätzlichem Rippenzug 27). Die Rippenzüge können gleichzeitig zur Kühlung des Zwischenstückes 9 verwendet werden.For reasons of improved rigidity of the intermediate piece 9, the interim rule piece are provided on its underside with ribs trains 27 9 to preserve this way despite the reduction of the wall thickness and thus saving weight, a uniform mechanical stability (see Ausführungsbei game shown in FIG. 6a, it shows a partial cross section through the connecting edge of an intermediate piece 9 with an additional rib train 27 ). The ribs can also be used to cool the intermediate piece 9 .

In Fig. 6b ist eine Draufsicht auf ein Zwischenstück 9 dargestellt, das über eine teil weise segmentierte Verbindungskante 11 verfügt und zusätzlich Rippenzüge 27 auf weist. Durch die Teilsegmentierung entlang der Verbindungskante 11 kann die axiale Flexibilität des Zwischenstückes 9 erheblich gesteigert werden. In Fig. 6b is a top view is shown on an intermediate piece 9, has the a partially segmented connecting edge 11 and additional ribs trains 27 has. The partial segmentation along the connecting edge 11 allows the axial flexibility of the intermediate piece 9 to be increased considerably.

Reference list

11

, ,

22nd

Schaufelblätter
Shovel blades

33rd

, ,

44th

Plattform
platform

55

Strömungskanal
Flow channel

66

, ,

77

Schaufelfuß
Blade root

88th

Zwischenraum
Space

99

Zwischenstück
Spacer

1010th

Oberfläche
surface

1111

, ,

1212th

Verbindungskante
Connecting edge

1313

schräge Flanke
sloping flank

1414

Übergangsbereich
Transition area

1515

Unterseite
bottom

1616

, ,

1717th

Gegenkontur
Counter contour

1818th

, ,

1919th

Fügestelle
Joint

2020th

Dichtungselement
Sealing element

2121

Rille
groove

2222

stegartiger Fortsatz
bridge-like extension

2323

Hohlraum
cavity

2424th

perforierte Deckplatte
perforated cover plate

2525th

Durchgangskanal
Through channel

2626

mäanderförmige Kühlkanäle
meandering cooling channels

2727

Rippenzug
Rib train

Claims

1. Device for cooling guide or moving blades ( 1 , 2 ) in the area of their blade shank within a gas turbine, each of which provides a flat section ( 3 , 4 ) perpendicular to the radial extension of the blade and the blade ( 1 , 2 ) from the blade root ( 6 , 7 ), characterized in that a flat intermediate piece ( 9 ) can be introduced in the region of the blade shafts between two adjacent guide or moving blades, with a surface ( 10 ) which is largely flush on the side with the flat portions ( 3 , 4 ) adjoins the adjacent guide or moving blades and produces a spatial and largely gas-tight separation between the area facing the blades ( 5 ) and the area ( 8 ) facing away from the blades within the gas turbine.

2. Device according to claim 1, characterized in that the flat intermediate piece ( 9 ) can be introduced between two adjacent blades in a row of blades.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one elastic sealing element ( 20 ) is provided between the intermediate piece ( 9 ) and the blade shaft of the adjacent blades, which for gas tightness and vibration damping in the region of the joint ( 18 , 19 ) between the intermediate piece ( 9 ) and the shovel shafts.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the intermediate piece ( 9 ) has two connecting edges ( 11 , 12 ) and the blade shanks each have a connecting contour ( 16 , 17 ), via which the intermediate piece ( 9 ) with the blade shafts the adjacent blades can be added, and that the connecting edges ( 11 , 12 ) and the connecting contours ( 16 , 17 ) provide mutually corresponding shapes which enable the intermediate piece ( 9 ) to be fitted into the blade shafts.

5. The device according to claim 4, characterized in that the intermediate piece ( 9 ) by coaxial insertion, relative to the axis of rotation of the gas turbine, can be inserted into the connecting contours with the blade shafts.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the connecting edges ( 11 , 12 ) of the intermediate piece ( 9 ) are wedge-shaped, that is to say the surface of the intermediate piece ( 9 ) has an inclined flank ( 13 ) which the surface ( 10 ) protrudes laterally, and is connected to an underside ( 15 ) running parallel to the surface.

7. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the connecting edges ( 11 , 12 ) of the intermediate piece ( 9 ) is groove-shaped, into which a web-shaped element ( 22 ) which is provided on the blade shaft protrudes.

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the joining between the intermediate piece ( 9 ) and the blade shafts takes place in a form-fitting manner.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the intermediate piece ( 9 ) has a larger clear width, ie the distance to be bridged with the intermediate piece between the adjacent blade shafts, as a radial extension.

10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the intermediate piece ( 9 ) with through-channels ( 25 ) is penetrated, flows through the cooling air from the side facing away from the airfoil area ( 8 ) in the area facing the airfoil.

11. The device according to claim 10, characterized in that the through channels ( 25 ) have a channel direction inclined to the radial direction, which is directed in each case on the surface of the intermediate piece ( 9 ) in the direction of the blades ( 1 , 2 ).

12. The apparatus of claim 10 or 11, characterized in that the through channels ( 25 ) run meandering within the intermediate piece ( 9 ).

13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the intermediate piece ( 9 ) has a cavity ( 23 ) in which flows into the cooling air from the area facing away from the blades ( 8 ) and through through openings ( 25 ) on the surface of the intermediate piece ( 9 ) escapes into the area facing the airfoils.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the underside ( 15 ) of the intermediate piece ( 9 ) is designed in the manner of a cooling air baffle.

15. The device according to one of claims 2 to 14, characterized in that the intermediate piece ( 9 ) in the axial and / or in the circumferential direction to the blade row is curved or is converted into a curved shape by external force.

16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the curvature is effected by at least one spring element which is provided on the underside of the intermediate piece ( 9 ) and comes into operative connection therewith.