CH706962B1

CH706962B1 - Serpentinenkühlung der Leitschaufelendwand.

Info

Publication number: CH706962B1
Application number: CH01511/13A
Authority: CH
Inventors: Donald Porter Christopher; Jackson Dillard Daniel
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2017-12-15
Also published as: CH706962A2; JP2014051981A; CH706962A8; US20140072400A1; DE102013109150A1; US9194237B2

Abstract

Ein Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110) einer Gasturbine weist eine innere Endwand (114) mit einer Vorderkante (115) auf. Ein Serpentinenkanal (116) ist im Wesentlichen innerhalb der Vorderkante (115) eingerichtet. Der Serpentinenkanal (116) weist einen Einlass und einen Auslass auf. Luft kann an dem Einlass (118) aufgenommen und unter Kühlung der Vorderkante (117) an dem Auslass (119) ausgegeben werden.

Description

Beschreibung

Technisches Gebiet der Erfindung [0001] Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Gasturbinenleitschaufelabschnitt und ein Verfahren zur Kühlung eines solchen.

Hintergrund der Erfindung [0002] Gasturbinen, die auch als Verbrennungsturbinen bezeichnet werden können, sind Verbrennungsmaschinen, die Gase beschleunigen und dabei die Gase in eine Brennkammer treiben, in der ihnen Wärme zugeführt wird, um das Volumen der Gase zu erhöhen. Die expandierenden Gase werden dann in Richtung einer Turbine geleitet, um ihnen die durch die expandierten Gase erzeugte Energie zu entziehen. Gasturbinen haben viele praktische Anwendungen, einschliesslich der Verwendung als Düsentriebwerke und industrielle Kraftwerkssysteme.

[0003] Unter den Komponenten einer Gasturbine können eine oder mehrere Leitschaufeln vorhanden sein, die eine Strömung von Gasen in Richtung der Turbinenlaufschaufeln (die auch als «Schaufeln» bezeichnet werden können) lenken und beschleunigen können, um die Laufschaufeln um eine Achse im Zentrum der Gasturbine zum Drehen zu veranlassen. Solche Leitschaufeln können stationär sein und in Form eines Schaufelblatts vorliegen, das sich radial zwischen einer äusseren Endwand und einer inneren Endwand einer Gasturbine erstreckt. Heisse Gase können durch einen Pfad strömen, der von einer äusseren und einer inneren Endwand und den Schaufelblattwänden gebildet wird. Eine Vorderkante jeder Endwand kann eine Auskragung bilden, die sich stromaufwärts von jedem solchen Schaufelblatt erstreckt. Wie erkannt wird, können die Vorderkante und die Endwände sehr hohe Temperaturen erreichen, und die Überhitzung kann die Turbinenleistung beeinträchtigen. Deshalb werden häufig Massnahmen ergriffen, um diese Abschnitte einer Gasturbine zu kühlen. Während der zentrale Abschnitt der Endwand durch Prallkühlung gekühlt werden kann, kann der Vorderkantenabschnitt einer Leitschaufelblattendwand konstruktionsbedingt Abschnitte einer Turbinenlaufschaufel (z.B. eine Angel-Wing-Dichtung einer Turbinenlaufschaufel) überlappen, um die Gase daran zu hindern, durch den Raum unterhalb der Vorderkante zu strömen. Diese Auskragungskonfiguration der Vorderkante einer Leitschaufelendwand kann besonders schwierig zu kühlen sein. Dieser Abschnitt kann ferner besonders hohen Temperaturen und Belastungen ausgesetzt sein, da die an den Vorderkantenabschnitt eines Leitschaufelblattes unmittelbar darauffolgenden Schaufelabschnitte gelegentlich an die Vorderkante anstreifen können. Eine Prallplattenkonstruktion eignet sich nicht gut zur Kühlung dieses Abschnitts, da sie typischerweise nicht robust genug ist, um einen Kontakt zwischen der Schaufel und der Leitschaufelblattendwand zu überstehen.

Kurze Beschreibung der Erfindung [0004] Gemäss einem ersten Aspekt weist ein Gasturbinenleitschaufelabschnitt eine äussere Endwand und eine innere Endwand auf, wobei an der inneren Endwand eine Vorderkante ausgebildet ist, die zur stromaufwärtsseitigen Anordnung vorgesehen ist. Zumindest ein Serpentinenkanal ist im Wesentlichen innerhalb der Vorderkante eingerichtet. Der Serpentinenkanal weist einen Einlass zum Empfangen von Luft und einen Auslass zum Ausgeben von Luft auf, um die Vorderkante zu kühlen.

Besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen des Gasturbinenleitschaufelabschnitts gemäss dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen eine oder mehrere der folgenden auf:

Ein erster Abschnitt des Serpentinenkanals verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einem vorderen Rand der Vorderkante.

Ein zweiter Abschnitt des Serpentinenkanals kann im Wesentlichen parallel zu dem vorderen Rand der Vorderkante und zwischen dem ersten Abschnitt und einem Schaufelblattabschnitt des Gasturbinenleitschaufelabschnitts verlaufen.

Zu dem zumindest einen Serpentinenkanal gehören wenigstens zwei Serpentinenkanäle, welche nicht miteinander verbunden sind.

Zu dem zumindest einen Serpentinenkanal gehören wenigstens zwei Serpentinenkanäle, die im Wesentlichen die gleiche Grösse und Form aufweisen.

Zu den wenigstens zwei Serpentinenkanälen gehören zwei Serpentinenkanäle, die mit einer im Wesentlichen spiegelbildlichen Orientierung eingerichtet sind.

Der zumindest eine Serpentinenkanal ist im Wesentlichen senkrecht zu einem Schaufelblatt des Gasturbinenleitschaufelabschnitts ausgerichtet.

[0005] Gemäss einem zweiten Aspekt ist ein Verfahren zur Kühlung eines Gasturbinenleitschaufelabschnitts vorgesehen, in dem Luft an einem Einlass eines Serpentinenkanals, der im Wesentlichen innerhalb einer Vorderkante einer inneren Endwand des Gasturbinenleitschaufelabschnitts eingerichtet ist, empfangen wird, die Luft durch den Serpentinenkanal durchgeleitet wird und die Luft an einem Auslass des Serpentinenkanals ausgegeben wird.

Besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens gemäss dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen eine oder mehrere der folgenden auf:

Das Ausgeben der Luft an einem Auslass des Serpentinenkanals weist das Ausgeben der Luft in einen Radzwischenraum einer Gasturbine auf.

Das Empfangen von Luft an einem Einlass des Serpentinenkanals weist ein Empfangen von Luft an einem Prallkühlabschnitt einer Gasturbine auf.

Das Verfahren kann weiterhin aufweisen ein Empfangen einer zweiten Luft an einem zweiten Einlass eines zweiten Serpentinenkanals, der im Wesentlichen innerhalb der Vorderkante der inneren Endwand des Gasturbinenleitschaufelabschnitts eingerichtet ist, das Durchlässen der zweiten Luft durch den zweiten Serpentinenkanal und Ausgeben der zweiten Luft an einem zweiten Auslass des zweiten Serpentinenkanals.

Der Serpentinenkanal und der zweite Serpentinenkanal sind vorzugsweise nicht miteinander verbunden.

Der Serpentinenkanal und der zweite Serpentinenkanal können im Wesentlichen die gleiche Grösse und Form aufweisen. Der Serpentinenkanal und der zweite Serpentinenkanal können im Wesentlichen spiegelbildlich orientiert eingerichtet sein. Der Serpentinenkanal kann im Wesentlichen senkrecht zu einem Schaufelblatt des Gasturbinenleitschaufelabschnitts eingerichtet sein.

[0006] Die vorstehende Kurzbeschreibung wie auch die nachstehende detaillierte Beschreibung werden verständlicher, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen werden. Für den Zweck der Veranschaulichung des beanspruchten Gegenstands sind in den Zeichnungen Beispiele dargestellt, die verschiedene Ausführungsformen veranschaulichen; die Erfindung ist jedoch nicht auf die offenbarten speziellen Systeme und Verfahren beschränkt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0007] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile des vorliegenden Gegenstands werden besser verstanden, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in welchen:

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts eines nicht beschränkenden beispielhaften Leitschaufel- und Turbinenlaufschaufelabschnitts einer Gasturbine.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts eines nicht beschränkenden beispielhaften Leitschaufelabschnitts einer Gasturbine.

Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht von drei Querschnitten einer nicht beschränkenden beispielhaften Gasturbinenleitschaufelvorderkante.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts einer nicht beschränkenden beispielhaften Gasturbinenleitschaufelvorderkante.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts einer weiteren nicht beschränkenden beispielhaften Gasturbinenleitschaufelvorderkante.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts einer weiteren nicht beschränkenden beispielhaften Gasturbinenleitschaufelvorderkante.

Fig. 7 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts einer weiteren nicht beschränkenden beispielhaften Gasturbinenleitschaufelvorderkante.

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts einer weiteren nicht beschränkenden beispielhaften Gasturbinenleitschaufelvorderkante.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht eines Querschnitts einer weiteren nicht beschränkenden beispielhaften Gasturbinenleitschaufelvorderkante.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung [0008] Fig. 1 veranschaulicht einen nicht beschränkenden beispielhaften Abschnitt 100 einer Gasturbine, die einen Leitschaufelabschnitt und einen Laufschaufelabschnitt aufweist, die in einer quergeschnittenen Seitenansicht gezeigt sind. Es ist zu beachten, dass Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines zu Veranschaulichungszwecken angegebenen Abschnitts einer Gasturbine zeigt und viele Komponenten und Systeme auslässt, die gemäss irgendeiner der hierin erläuterten Ausführungsformen vorhanden sein können. Wie ein Fachmann erkennen wird, können die vorliegend offenbarten Ausführungsformen in vielen verschiedenen Gasturbinen jeglichen Typs und Aufbaus implementiert werden. Alle solchen Ausführungsformen werden als in dem Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

[0009] Der Abschnitt 100 enthält eine Turbinenlaufschaufel 120, die ein Schaufelblatt 122 enthält. Die Turbinenlaufschaufel 120 kann sich um die Achse 140 drehen. Der Abschnitt 100 weist auch einen Leitschaufelabschnitt 110 auf, der stationär ist und eine äussere Endwand 113 und eine innere Endwand 114 aufweist. Zwischen den Endwänden 113 und 114 und mit ihnen verbunden ist das Schaufelblatt 112 angeordnet. Die innere Endwand 114 weist eine Vorderkante 115 auf, die sich stromaufwärts von dem Schaufelblatt 112 befindet. Eine Luftströmung innerhalb des Abschnitts 100 strömt in Richtung 130, wobei sie über und durch das Schaufelblatt 120 und dann über und durch den Leitschaufelabschnitt 110 strömt.

[0010] Um die Strömung der Gase durch den Raum unterhalb der Vorderkante 115 zu minimieren, weist die Turbinenlaufschaufel 120 einen Abschnitt 124 (z.B. eine «Angel-Wing-Dichtung») auf, der gestaltet ist, um eine Abdichtung zwischen der Turbinenlaufschaufel 120 und dem Leitschaufelabschnitt 110 zu schaffen. Während der zentrale Abschnitt 117 der inneren Endwand 114 durch einen Aufprall gekühlt werden kann, wenn Luft an dem Schaufelblatt 112 vorbeiströmt, kann es schwierig sein, die Vorderkante 115 des Leitschaufelabschnitts 110 zu kühlen. Entsprechend sind in einer Ausführungsform ein oder mehrere Kanäle 116 im Wesentlichen innerhalb der Vorderkante 115 eingerichtet, um Luft an einem Kanaleinlass 118 aufzunehmen, nachdem diese Luft eine Prallkühlung des zentralen Abschnitts 117 der inneren Endwand 114 bewirkt hat (wobei die Luftströmungsrichtung in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist). Die über den Einlass 118 empfangene Luft kühlt die Vorderkante 115, indem sie durch die Kanäle 116 strömt. Die Kanäle 116 sind so eingerichtet, dass die Luft in den Radzwischenraum des Gasturbinenabschnitts 100 durch den Kanalauslass 119 ausgegeben wird, nachdem sie die Kanäle 116 durchströmt hat. Es ist zu beachten, dassjegliche(r) Konfiguration, Aufbau, Anzahl und Lage von Einlässen und Auslässen von Kanälen, wie den Kanälen 116, als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet werden.

[0011] Fig. 2 veranschaulicht eine Draufsicht eines Querschnitts eines Leitschaufelabschnitts 200, einschliesslich der Vorderkante 210, gemäss einer Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass die Fig. 2-9 nicht massstabsgetreu gezeichnet sind und jene Abschnitte, für die eine Beschreibung vorhanden ist, detaillierter dargestellt sind. Ein Paar von Kanälen 230 und 240 sind an der Vorderkante 210 eingerichtet. Das Schaufelblatt 220 wird in gestrichelter Linie dargestellt, um eine Bezugsgrundlage für die Lage der Kanäle und die Ausrichtung des Leitschaufelabschnitts 200 bereitzustellen. Wie in dieser Figur ersichtlich, befinden sich die Kanäle 230 und 240 innerhalb der Vorderkante 210. Es ist zu beachten, dass, obwohl die Fig. 2 zu Beispielzwecken ein einziges Schaufelblatt veranschaulicht, mehrere Schaufelblätter in jedem Leitschaufelabschnitt vorhanden sein können, in dem jede der vorliegenden Ausführungsformen implementiert sein kann, und alle solche Ausführungsformen werden als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

[0012] In einer Ausführungsform weisen die Kanäle 230 und 240 im Wesentlichen die gleiche Grösse und Gestalt auf und sind serpentinenartig, wobei ein erster Abschnitt des Serpentinenkanals entlang der Vorderkante oder des äussersten Abschnitts der Vorderkante 210, d.h. am weitesten von dem Schaufelblatt 220 entfernt, verläuft und dann ein zweiter Abschnitt des Serpentinenkanals näher an dem Ort des Schaufelblatts 220 verläuft. Auf diese Weise kann der Vorderkantenabschnitt durch die Kanäle gekühlt werden. Der erste und der zweite Abschnitt können mit anderen Abschnitten verbunden sein, um, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Gesamtheit von Serpentinenkanälen 230 und 240 zu bilden. Beispielsweise kann Luft in jeden der Kanäle 230 und 240 durch Einlassdurchgänge 231 bzw. 241 eintreten (Pfeile, die die Luftströmung anzeigen, sind in Fig. 2 veranschaulicht), durch die Abschnitte der Kanäle 230 und 240 hindurchtreten und dann an Auslassdurchgängen 232 und 242 der Kanäle 230 bzw. 240 austreten. Die an den Einlassdurchgängen 231 und 241 empfangene Luft kann von einem Prallkühlbereich eines Leitschaufelabschnitts oder von einem Aufprallbereich einer Endwand aufgenommen werden. Alternativ kann die an den Einlässen empfangene Luft von jedem beliebigen anderen Abschnitt einer Gasturbine, einschliesslich von einem Prallkühlbereich und von einem Nicht-Prallkühlbereich eines Schaufelblatts, aufgenommen werden. Es ist zu beachten, dass Auslässe, Einlässe und ihnen zugehörige Abschnitte an jedem Ort der Vorderkante 210 oder an einer sonstigen Stelle in dem Leitschaufelabschnitt 200 angeordnet sein können, und es werden mehrere Auslässe und/oder Einlässe pro Kanal als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet. Beispielsweise kann, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Einlass zu dem Schaufelblattabschnitt eines Leitschaufelabschnitts hin angeordnet sein (für weitere Beispiele, siehe auch Fig. 1, Einlass 118 und Fig. 3, Einlass 311) und eingerichtet sein, um Luft nach der Prallkühlung der Endwand aufzunehmen, während ein Auslass zu dem Radzwischenraum hin angeordnet sein kann (für weitere Beispiele siehe auch Fig. 1, Auslass 119 und Fig. 3, Auslass 331). Es ist zu beachten, dass die Kanäle 230 und 240 in einigen Ausführungsformen miteinander verbunden sein können, während in anderen Ausführungsformen die Kanäle 230 und 240 nicht miteinander verbunden sein können.

[0013] Fig. 3 veranschaulicht drei quergeschnittene Seitenansichten einer Vorderkante mit einem Serpentinenkanal, wie beispielsweise jenem, der in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Abschnitt 310 zeigt eine Seitenansicht eines Querschnitts des Einlassabschnitts des Serpentinenkanals, bei dem der Einlass 311 es ermöglicht, dass Luft in den Kanal eintritt und durch den Kanalabschnitt 312 zu dem äussersten Abschnitt der Vorderkante strömt. Der Abschnitt 320 zeigt eine Seitenansicht des Querschnitts des Mittelabschnitts des Serpentinenkanals, bei dem Luft durch den Kanalabschnitt 312 zu dem Kanalabschnitt 321 strömt, der näher an dem Schaufelblattabschnitt des Leitschaufelabschnitts als der Kanalabschnitt 312 liegt. Der Abschnitt 330 zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht des Auslassabschnitts des Serpentinenkanals, bei dem der Auslass 331 die von dem Kanalabschnitt 321 heran, durch den Auslass 331 hindurch, zu dem Radzwischenraum der Turbine strömende Luft ausgibt. Wie in dieser Figur ersichtlich, ist ein Auslass an einem seitlichen oder an einem unteren Abschnitt der Vorderkante angeordnet, so dass Luft in den Radzwischenraum der Turbine ausgegeben werden kann, und ein Einlass an der Seite der Vorderkante in einem Bereich in der Nähe eines prallgekühlten Abschnitts eines Leitschaufelabschnitts angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann/können der Auslass und/oder der Einlass jeweils anderswo angeordnet sein, und alle solchen Ausführungsformen werden als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

[0014] Fig. 4-9 veranschaulichen modifizierte beispielhafte Ausführungsformen von Serpentinenkanälen, die verwendet werden können, um eine Vorderkante eines Leitschaufelabschnitts einer Gasturbine zu kühlen. Es ist zu beachten, dass solche Kanäle in diesen oder beliebigen anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen jegliche Form, Grösse, Anzahl, Ausrichtung, Konfiguration aufweisen können und alle solchen Ausführungsformen als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet werden.

[0015] Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die Kanäle ungefähr die gleiche Form aufweisen wie jene nach Fig. 2, aber mit verschiedenen Kanalgrössen. Es ist zu beachten, dass in den Fig. 4-9 lediglich der Vorderkantenabschnitt einer inneren Endwand eines Gasturbinenleitschaufelabschnitts gezeigt ist, um so eine klare Erläuterung der beabsichtigten Ausführungsformen bereitzustellen.

[0016] In Fig. 4 weist die Vorderkante 400 Serpentinenkanäle 430 und 440 auf, wobei jeder mit einem ersten Abschnitt des Serpentinenkanals, der entlang der äussersten, d.h. am weitesten von dem Schaufelblatt entfernten, in der Nähe der Vorderkante 400 verlaufenden Abschnitt der Vorderkante 400 verläuft, und dann mit einem zweiten Abschnitt des Serpentinenkanals versehen ist, der näher an der Stelle des zugehörigen Schaufelblatts verläuft. In dieser Ausführungsform kann der Innendurchmesser, oder die Weite, des Kanals variieren. Beispielsweise können die Weiten 433 und 443 des ersten Abschnitts der Kanäle 430 bzw. 440 kleiner sein als die Weiten 434 und 444 des zweiten Abschnitts der Kanäle 430 bzw. 440. Alternativ kann in einer weiteren Ausführungsform die Weite eines ersten Abschnitts grösser als die eines zweiten Abschnitts eines Kanals sein. Jede Weite, jeder Durchmesser, alle Abmessungen jedes beliebigen Kanals und deren Schwankungen werden als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet. Ähnlich den Abschnitten nach Fig. 2 kann die Vorderkante 400 durch die Kanäle 430 und 440 gekühlt werden, wenn Luft in jeden der Kanäle 430 und 440 durch die Einlässe 431 bzw. 441 eintritt (Pfeile, die die Luftströmung anzeigen, sind in Fig. 4 veranschaulicht, während der vollständige Einlassabschnitt und Auslassabschnitt, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind), durch die Kanäle hindurchströmt und dann an den Auslässen 432 und 442 der Kanäle 430 bzw. 440 austritt. Es ist zu beachten, dass, wie bei allen hierin offenbarten Ausführungsformen, die Auslässe und die Einlässe an jeder beliebigen Stelle der Vorderkante oder an einer sonstigen Stelle in dem Leitschaufelabschnitt angeordnet sein können, und mehrere Auslässe und/oder Einlässe pro Kanal werden als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

[0017] Fig. 5 veranschaulicht eine nicht beschränkende beispielhafte Vorderkante 500, die Serpentinenkanäle 530 und 540 aufweist, wobei jeder, anders als die in den Fig. 2 und 4 veranschaulichte Ausführungsform, mit mehr als zwei Abschnitten versehen ist. Erste Abschnitte 535 und 545 der Kanäle 530 bzw. 540 verlaufen entlang des äussersten Abschnitts der Vorderkante 500, d.h. am weitesten von einem Schaufelblatt entfernt, in der Nähe der Vorderkante 500, während zweite Durchgänge 536 und 546 der Kanäle 530 bzw. 540 dann zentral zwischen den beiden anderen Abschnitten angeordnet sind, wobei dritte Abschnitte 537 bzw. 547 der Kanäle 530 und 540 an dem Ort eines zugehörigen Schaufelblatts am nächsten verlaufen. In dieser Ausführungsform, wie in allen anderen hierin offenbarten, kann der Innendurchmesser oder die Weite des Kanals variieren. Jede beliebige Anzahl von Abschnitten und beliebige Konfigurationen derartiger Abschnitte werden als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet. Durch Verwendung mehrerer Abschnitte pro in der Vorderkante 500 eingerichtetem Kanal kann die Vorderkante 500 leichter und gründlicher durch die Kanäle 530 und 540 gekühlt werden, wenn Luft in jeden der Kanäle 530 und 540 über die Einlässe 531 bzw. 541 eintritt (Pfeile, die die Luftströmung anzeigen, sind in Fig. 5 veranschaulicht), durch die Kanäle hindurchströmt und dann an den Auslässen 532 und 542 der Kanäle 530 bzw. 540 austritt. Es ist zu beachten, dass, wie bei allen hierin offenbarten Ausführungsformen, die Auslässe und die Einlässe an jedem beliebigen Ort einer Vorderkante oder an einer sonstigen Stelle in einem Leitschaufelabschnitt angeordnet sein können und mehrere Auslässe und/oder Einlässe pro Kanal als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet werden.

[0018] Fig. 6 veranschaulicht eine nicht beschränkende beispielhafte Vorderkante 600, die mehr als zwei Serpentinenkanäle aufweisen kann, was veranschaulicht, dass jede Anzahl von Kanälen als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet wird. In der veranschaulichten Ausführungsform können drei Kanäle 630, 640 und 650 alle in einer Vorderkante 600 eingerichtet sein, und jeder von ihnen kann jede beliebige Anzahl von Abschnitten aufweisen, von denen jeder einen beliebigen Durchmesser oder eine beliebige Weite aufweisen kann. Jede beliebige Anzahl von Abschnitten und beliebige Konfigurationen solcher Abschnitte für jeden der Kanäle 630, 640 und 650 werden als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet. Durch Verwendung mehrerer Abschnitte in der Vorderkante 600 kann die Vorderkante 600 leichter und gründlicher gekühlt werden (Pfeile, die die Luftströmung anzeigen, sind in Fig. 6 veranschaulicht).

[0019] Anstatt mehrerer Kanäle kann in einer Ausführungsform in einer Vorderkante ein einziger und optional längerer Kanal verwendet werden. Fig. 7 veranschaulicht eine solche Ausführungsform. Die Vorderkante 700 weist einen einzigen Kanal 730 auf, der eine beliebige Anzahl von Abschnitten aufweisen kann, von denen jeder einen beliebigen Durchmesser oder eine beliebige Weite aufweisen kann. Es werden jede beliebige Anzahl von Abschnitten und beliebige Konfigurationen solcher Abschnitte für den Kanal 730 als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet. Durch Verwendung eines einzigen und optional längeren Abschnitts in der Vorderkante 700 kann der Durchgang 730 die Vorderkante 700 gründlich kühlen (Pfeile, die die Luftströmung anzeigen, sind in Fig. 7 veranschaulicht).

[0020] Jede Ausrichtung der Kanäle relativ zueinander und zu einem beliebigen anderen Teil eines Leitschaufelabschnitts einer Gasturbine wird als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet. Z.B. kann, wie in Fig. 8 gezeigt, jeder der Kanäle 830 und 840 in der Vorderkante 800 in spiegelbildlicher Orientierung ausgerichtet sein. In einem weiteren in Fig. 9 gezeigten Beispiel ist jeder der Kanäle 930 und 940 in der Vorderkante 900 derart konstruiert, dass die längeren Abschnitte der Kanäle im Wesentlichen senkrecht zu der Vorderseite (d.h. dem Abschnitt, der am weitesten von einem zugehörigen Schaufelblatt entfernt ist) der Vorderkante ausgerichtet sind, anstatt im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite einer Vorderkante zu verlaufen, wie beispielsweise in den Fig. 4, 7 und 8.

[0021] Der technische Effekt der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren ist eine verbesserte Kühlung eines Vorderkantenabschnitts einer Gasturbinenleitschaufel durch Verwendung von Prallkühlluft. Wie Fachleute erkennen werden, kann die Verwendung der offenbarten Prozesse und Systeme die Temperatur oder die erforderliche Kühlströmung an einer wesentlichen Gasturbinenkomponente reduzieren und deshalb die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer der Komponente verbessern. Die Herstellung der offenbarten Ausführungsformen kann ferner einige Operationen nach dem Giessen eliminieren, was Kosteneinsparungen zur Folge haben kann. Fachleute werden erkennen, dass die offenbarten Endwandkühlsysteme und -verfahren mit anderen Kühlsystemen und Technologien kombiniert werden können, um eine noch grössere Temperatur- oder Kühlflussreduzierung zu erzielen. Alle solchen Ausführungsformen werden als im Umfang der vorliegenden Offenbarung liegend betrachtet.

Bezugszeichenliste [0022] 100 Gasturbinenabschnitt 1 110 Leitschaufel 1 112 Schaufelblatt 1 113 Äussere Endwand 1 114 Innere Endwand 1 115 Vorderkante 1 116 Kanäle 1 117 Endwandabschnitt 1 118 Kanaleinlass 1 119 Kanalauslass 1 120 Turbinenlaufschaufel 1 122 Schaufelblatt 1 124 Turbinenlaufschaufelabschnitt 1 140 Achse 1 200 Leitschaufelabschnitt 2 210 Vorderkante 2 230 Kanal 2 231 Kanaleinlass 2 232 Kanalauslass 2 240 Kanal 2 241 Kanaleinlass 2 242 Kanalauslass 2 310 Vorderkantenabschnitt 3 311 Kanaleinlass 3 312 Kanalabschnitt 3 320 Vorderkantenabschnitt 3 321 Kanalabschnitt 3 330 Vorderkantenabschnitt 3 331 Kanalauslass 3 400 Vorderkante 4 430 Kanal 4 432 Kanalauslass 4 433 Kanalweite 4 434 Kanalweite 4 440 Kanal 4 442 Kanalauslass 4 443 Kanalweite 4 444 Kanalweite 4 500 Vorderkante 5 530 Kanal 5 531 Kanaleinlass 5 532 Kanalauslass 5 535 Kanaldurchgang 5 536 Kanaldurchgang 5 537 Kanaldurchgang 5 540 Kanal 5 541 Kanaleinlass 5 542 Kanalauslass 5 545 Kanaldurchgang 5 546 Kanaldurchgang 5 547 Kanaldurchgang 5 600 Vorderkante 6 630 Kanal 6 640 Kanal 6 650 Kanal 6 700 Vorderkante 7 730 Kanal 7 800 Vorderkante 8 830 Kanal 8 840 Kanal 8 900 Vorderkante 9

Claims

930 Kanal 9 940 Kanal 9 Patentansprüche

1. Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110), der aufweist: eine äussere Endwand (113) und eine innere Endwand (114), wobei an der inneren Endwand (114) eine Vorderkante (115/210/400/500/600/700/800/900) ausgebildet ist, die zur stromaufwärtsseitigen Anordnung vorgesehen ist, und wobei zumindest ein Serpentinenkanal (116/230/240/312/321/430/440/530/540/630/640/650/730/830/840/930/940) im Wesentlichen innerhalb der Vorderkante (115/210/406/500/600/700/800/900) eingerichtet ist, wobei der Serpentinenkanal (116/230/ 240/312/321/430/440/530/540/630/640/650/730/830/840/930/940) einen Einlass (118/231/241/311/531) zum Aufnehmen von Luft und einen Auslass (119/232/242/331/532) zum Ausgeben von Luft aufweist.
2. Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110) nach Anspruch 1, wobei ein erster Abschnitt (535/545) des zumindest einen Serpentinenkanals (530/540) im Wesentlichen parallel zu einem vorderen Rand der Vorderkante (500) verläuft.
3. Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110) nach Anspruch 2, wobei ein zweiter Abschnitt (536/546) des Serpentinenkanals (530/540) im Wesentlichen parallel zu dem vorderen Rand der Vorderkante (500) und zwischen dem ersten Abschnitt (535/545) und einem Schaufelblattabschnitt (122) des Gasturbinenleitschaufelabschnitts (110) verläuft.
4. Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu dem zumindest einen Serpentinenkanal (230/240/430/440/530/540/630/640/650/830/880/930/940) wenigstens zwei Serpentinenkanäle (230/240/430/440/530/540/630/640/650/830/880/930/940) gehören, welche nicht miteinander verbunden sind.
5. Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu dem zumindest einen Serpentinenkanal (230/240/430/440/530/540/630/640/650/930/940) wenigstens zwei Serpentinenkanäle (230/240/ 430/440/530/540/630/640/650/930/940) gehören, welche im Wesentlichen die gleiche Grösse und Form aufweisen.
6. Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu dem zumindest einen Serpentinenkanal (830/840) wenigstens zwei Serpentinenkanäle (830/840) gehören, die im Wesentlichen spiegelbildlich orientiert eingerichtet sind.
7. Gasturbinenleitschaufelabschnitt (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Serpentinenkanal im Wesentlichen senkrecht zu einem Schaufelblatt (122) des Gasturbinenleitschaufelabschnitts (110) ausgerichtet ist.
8. Verfahren zur Kühlung eines Gasturbinenleitschaufelabschnitts (110) einer Gasturbine, das aufweist: Empfangen von Luft an einem Einlass (118/231/241/311/531) eines Serpentinenkanals (116/230/240/312/321/430/ 440/530/540/630/640/650/730/830/840/930/940), der im Wesentlichen innerhalb einer Vorderkante (115/210/400/ 500/600/700/800/900) einer inneren Endwand (114) des Gasturbinenleitschaufelabschnitts (110) eingerichtet ist; Durchleiten der Luft durch den Serpentinenkanal (116/230/240/312/321/430/440/530/540/630/640/650/730/830/840/ 930/940); und Ausgeben der Luft an einem Auslass (119/232/242/331/532) des Serpentinenkanals (116/230/240/312/321/430/440/ 530/540/630/640/650/730/830/840/930/940).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei Luft aus dem Auslass (119/232/242/331/532) in einen Radzwischenraum der Gasturbine ausgegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei am Einlass (118/231/241/311/531) Luft aus einem Prallkühlabschnitt der Gasturbine empfangen wird.