DE102010016658A1

DE102010016658A1 - Verfahren und Vorrichtung für Turbinenmotoren

Info

Publication number: DE102010016658A1
Application number: DE102010016658A
Authority: DE
Inventors: Ian David Wilson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2010-11-18
Also published as: JP2010261457A; US20100284799A1; CH701019A2; CN101881185A; US8210813B2

Abstract

Ein Turbinenschaufelkühlungssystem (200) ist zur Verwendung mit einer Turbinenschaufel (150) vorgesehen. Das Turbinenschaufelkühlungssystem enthält einen Kühlluftdurchgang (202) der in einem Abschnitt eines Rotorrades (120) gebildet ist. Das Turbinenschaufelkühlungssystem enthält auch einen Kühlluftdurchgang (204) der in einem Abschnitt der Turbinenschaufel gebildet ist. Der Kühlluftverteiler steht in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftdurchgang. Das Turbinenschaufelkühlungssystem weist ferner eine Dichtungsrohranordnung (230) auf, die sich durch den zumindest einen Abschnitt des Rotorrades erstreckt und die sich zu dem zumindest einen Abschnitt der Turbinenschaufel hin erstreckt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Gasturbinenmotoren und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zur Abdichtung in Gasturbinenmotoren.[0001]
Zumindest einige bekannte Gasturbinenmotoren weisen eine Vielzahl von rotierenden Turbinenschaufeln auf, die Verbrennungsgasströme mit hoher Temperatur durch die Gasturbine leiten. Bekannte Schaufeln sind typischerweise mit einem Rotor im Gasturbinenmotor verbunden. Die Wärmeenergie in den Verbrennungsgasen wird durch die Schaufeln in rotierende kinetische Energie umgewandelt, wobei die Schaufeln die Rotationsenergie von den Schaufeln auf den Rotor übertragen. Zumindest einige dieser bekannten Schaufeln können Umgebungen mit hoher Temperatur ausgesetzt sein und die Kühlung solcher Schaufeln kann ihre Nutzungsdauer verlängern. Insbesondere können zumindest einige der bekannten Gasturbinenmotoren Kühlluft über ein Luftkühlungssystem zu den Schaufeln leiten, um die Betriebstemperatur der Schaufeln zu beeinflussen. Insbesondere kann zumindest in einigen bekannten Gasturbinenmotoren Kompressorabzapfluft in zumindest einem innerhalb des Rotors definierten Luftkanal geleitet werden und anschließend über eine Vielzahl von die Rotorluftkanäle fortsetzenden Kanäle zu den Schaufeln geleitet werden. Wenn die Kühlluft durch die Schaufeln fließt, werden die Schaufeln gekühlt und die verbrauchte Kühlluft wird dann aus den Schaufeln in den Verbrennungsgasstrom abgelassen.[0002]
Zumindest einige der bekannten Schaufelluftkühlungssysteme haben eine Ausnehmung, die zwischen den Schau feln und dem Rotor gebildet ist. Insbesondere sind solche Ausnehmungen zumindest teilweise durch einen Schwalbenschwanzschlitz am Rotor und am Unterteilabschnitt einer ringsumlaufenden Reihe von Schaufeln definiert. Solche Ausnehmungen sind zumindest teilweise durch den Flächenkontakt zwischen der Schaufel-Schwalbenschwanzfläche und einer Rotor-Schwalbenschwanzfläche abgedichtet. Zumindest ein Teil von solchen Ausnehmungen sind auch durch das Sprühen von Material, z. B. Aluminium, enthaltenden Substanzen auf die Schaufel- und/oder Rotor-Schwalbenschwanzflächen abgedichtet. Andere Ausführungen zum Abdichten der Luftzufuhrausnehmungen umfassen besonders geformte C-Dichtungen, Endplatten und/oder Abdeckplatten, die mehrere Schaufeln umspannen.[0003]
Innerhalb von zumindest einigen bekannten Ausnehmungen leckt zumindest ein Teil der Kühlluft aus der Ausnehmung über nicht abgedichtete Abschnitte der Schaufel- und/oder der Rotor-Schwalbenschwanzflächen in Rotor-Stator-Spülausnehmungen, die in Verbindung mit dem Verbrennungsgasstrom stehen, bevor die Luft in die Schaufeln geleitet wird. Weil die Kühlluft durch den Kompressor zugeführt wird, kann eine solche Leckage die Effizienz des Gasturbinenmotors reduzieren und kann eine größere Kompressorgröße erfordern. Derartige Größensteigerungen erhöhen typischerweise die Kapital- und Betriebskosten.[0004]
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Kurzbeschreibung dient zur Einführung einer Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form, die unten in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben werden. Die kurze Beschreibung beabsichtigt weder Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch beabsichtigt sie als eine Hilfe zur Bestimmung des Schutzbereichs des beanspruchten Gegenstands verwendet zu werden.[0005]
In einer Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Abdichten eines Gasturbinenmotors zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst das Verbinden einer Turbinenschaufel mit einem Rotorrad und das Bilden eines dazwischen liegenden Verbindungsbereichs. Ein Kühlluftdurchlass ist in einem Teil des Rotorrades gebildet und ein Kühlluftverteiler ist in einem Teil der Turbinenschaufel gebildet. Das Verfahren umfasst auch das Einsetzen eines Dichtungsrohrs in zumindest einem Abschnitt des Kühlluftdurchgangs. Das Verfahren umfasst ferner das Herstellen einer Strömungsverbindung zwischen dem Kühlluftdurchgang, dem Dichtungsrohr und dem Kühlluftverteiler, um zumindest einen Teil eins Turbinenschaufelkühlsystem zu bilden. Das Verfahren umfasst auch den Betrieb des Gasturbinenmotors, derart, dass das Rotorrad und die Turbinenschaufel rotieren, wobei ein Druck auf das Dichtungsrohr ausgeübt wird, um den durch den Verbindungsbereich vom Turbinenschaufelkühlsystem abfließenden Luftstrom erheblich zu verringern.[0006]
In einer anderen Ausgestaltung ist ein Turbinenschaufelkühlsystem zur Verwendung mit einer Turbinenschaufel vorgesehen. Das System enthält einen Kühlluftdurchgang, der in einem Teil des Rotorrades gebildet ist. Das System enthält auch einen Kühlluftverteiler, der in einem Teil der Turbinenschaufel gebildet ist. Der Kühlluftverteiler steht in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftdurchlass. Das System enthält ferner eine Dichtungsrohranordnung, die sich zumindest durch einen Teil des Rotorrades und durch einen Teil der Turbinenschaufel erstreckt.[0007]
In einer anderen Ausgestaltung ist ein Gasturbinenmotor vorgesehen. Der Gasturbinenmotor enthält einen Turbinenabschnitt, der zumindest eine mit einem Teil eines Rotorrades gekoppelte Turbinenschaufel aufweist. Der Motor enthält auch einen Kompressorabschnitt, der über einen Kühlluftströmungsweg in Strömungsverbindung mit dem Turbinenabschnitt steht. Der Kühlluftströmungsweg enthält zumindest einen Abschnitt eines Turbinenschaufelkühlungssystems, das in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftströmungsweg steht. Das Turbinenschaufelkühlungssystem enthält einen Kühlluftdurchlass, der in einem Teil des Rotorrads gebildet ist. Das System weist auch einen Kühlluftverteiler auf, der in einem Teil der Turbinenschaufel gebildet ist. Der Kühlluftverteiler steht in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftdurchlass. Das System enthält ferner eine Dichtrohranordnung, die sich in einem Teil des Rotorrades zu einem Teil der Turbinenschaufel erstreckt.[0008]
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
[0010] Die hierin beschriebenen Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung besser verstanden.
[0011] 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Gasturbinenmotors;
[0012] 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des im Bereich 2 in 1 gezeigten Gasturbinenmotors;
[0013] 3 ist eine schematische Darstellung eines Teils eines Turbinenschaufelkühlsystems, das in einem in 2 gezeigten Gasturbinenmotor verwendet werden kann;
[0014] 4 ist eine vergrößerte Querschnittansicht des in 3 im Bereich 4 gezeigten Gasturbinenkühlsystems; und
[0015] 5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Montage des in 1 gezeigten Gasturbinenmotors.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0016] 1 ist eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften Gasturbinenmotors 100. Der Motor 100 umfasst einen Kompressor 102 und eine Vielzahl von Brennkammern 104. Jede Brennkammer 104 enthält eine Treibstoffventilanordnung 106. In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel enthält der Motor 100 eine Turbine 108 und einen gemeinsamen Kompressor/Turbinen-Rotor 110 (manchmal als Rotor 110 bezeichnet). In einem Ausführungsbeispiel ist der Motor 100 ein MS9001E-Motor, der manchmal als 9E-Motor bezeichnet wird und kommerziell von der General Electric Company, Greenville, South Carolina bezogen werden kann.
[0017] 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des im Bereich 2 (veranschaulicht in 1) dargestellten Teils eines Gasturbinenmotors 100. Der Kompressor 102 bildet einen ersten Abschnitt 112 eines Kühlluftströmungswegs 114, der sich zwischen dem Kompressor 102 und der Turbine 108 erstreckt. Der Rotor 110 bildet einen zweiten Abschnitt 116 des Kühlluftströmungswegs 114. Der zweite Abschnitt 116 verläuft in Strömungsverbindung ausgehend vom ersten Abschnitt 112. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Kühlluftstrom 118 vom komprimierten Luftstrom 119 weg zur Turbine 108 hin geleitet. Ferner ist bei der beispielhaften Ausführungsform eine Vielzahl von Rotorrädern 120 mit dem Rotor 110 innerhalb der Turbine 108 gekoppelt. Jedes Rotorrad 120 ist axial von einem benachbarten Rotorrad 120 durch einen Abstandshalter 122 getrennt. Jeder Abstandshalter 122 und ein Rotorrad 120 bilden gemeinsam einen dritten Abschnitt 124 des Kühlluftströmungswegs 114, der sich in Strömungsverbindung ausgehend vom zweiten Abschnitt 116 aus erstreckt. Ein Kühlluftstromab schnitt 126 wird vom zweiten Abschnitt 116 des Kühlluftströmungswegs 114 über einen dritten Abschnitt 124 weg geleitet. Der Kühlluftströmungsweg 114 umfasst auch ein Turbinenschaufelkühlungssystem 200, das in Strömungsverbindung mit dem dritten Abschnitt 124 des Kühlluftströmungswegs 114 steht.
[0018] Im Betrieb wird der Kompressor 102 über den Rotor 110 durch die Turbine 108 gedreht. Der Kompressor 102 leitet einen Strom 119 komprimierter Luft zur Brennkammer 104. Der Kühlluftstrom 118 wird über den ersten Kühlluftströmungswegabschnitt 112 und den zweiten Kühlluftströmungswegabschnitt 116 des Kühlluftströmungswegs 114 vom Strom 119 komprimierter Luft weg zur Turbine 108 geleitet. Der Kühlluftstromteil 126 wird vom Kühlluftstrom 118 über den dritten Kühlluftströmungswegabschnitt 124 weg geleitet und zum Turbinenschaufelkühlsystem 200 geleitet.
[0019] 3 ist eine schematische Darstellung eines Bereichs des Schaufelkühlungssystems 200, das im Gasturbinenmotor 100 verwendet werden kann und den Bereich 3 zeigt (beide in 2 dargestellt). In der beispielhaften Ausführungsform ist das Rotorrad 120 ein integraler Teil des Rotors 110, hergestellt unter Verwendung von Schmiedeverfahren. Alternativ können das Rotorrad 120 und der Rotor 110 separat hergestellt und miteinander verbunden werden, wobei irgendein Verfahren verwendet werden kann, das die hierin beschriebene Funktion des Schaufelkühlungssystems 200 erlaubt. Das Rotorrad 120 enthält einen Nabenbereich 130 und einen Scheibenbereich 132, der integral mit dem Rotorrad 120 ausgebildet ist und der radial außen am Nabenbereich 130 vorgesehen ist. Das Rotorrad 120 weist auch einen Turbinenschaufelverbindungs- oder Randbereich 134 auf, der integral mit dem Rotorrad 120 ausgeführt ist und der radial außerhalb des Scheibenbereichs 132 vorgesehen ist.
[0020] Wie oben beschriebenen, bildet der Rotor 110 einen zweiten Abschnitt 116 des Kühlluftströmungswegs 114. Der dritte Abschnitt des Kühlluftströmungswegs 114 verläuft in Strömungsverbindung ab dem zweiten Abschnitt 116. Der Kühlluftstromteil 126 wird über den dritten Abschnitt 124 des Kühlluftströmungswegs 114 vom zweiten Abschnitt 116 weggeleitet. Der Kühlluftströmungsweg 114 umfasst auch das Turbinenschaufelkühlungssystem 200. Das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 steht in Strömungsverbindung mit dem dritten Abschnitt 124 des Kühlluftströmungswegs 114.
[0021] In der beispielhaften Ausgestaltung ist das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 im Randbereich 134 des Rotorrades 120 und innerhalb eines Schwalbenschwanzabschnitts 140 einer Turbinenschaufel 150 gebildet. Alternativ kann das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 innerhalb irgendeines Abschnitts des Turbinenmotors 100 gebildet sein, das eine Funktion des Turbinenschaufelkühlungssystems 200 ermöglicht, wie sie hierin beschrieben ist. Das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 enthält in diesem Ausführungsbeispiel auch einen Kühlluftdurchgang 202, der innerhalb des Randbereichs 134 durch Verfahren gebildet ist, die das maschinelle Bearbeiten des Durchgangs 202 in dem geschmiedeten Randbereich 134 umfassen. Der Kühlluftdurchgang 202 ermöglich das Leiten eines Schaufelkühlluftstroms 203 vom Kühlluftstromabschnitt 126 in das Turbinenschaufelkühlungssystem 200.
[0022] Ferner enthält das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 beim Ausführungsbeispiel einen Kühlluftverteiler 204, der in einem Abschnitt der Turbinenschaufel 150 und insbesondere im Schwalbenschwanzabschnitt 140 vorgesehen ist. Ferner enthält der Kühlluftverteiler 204 beim Ausführungsbeispiel einen ersten oder axialen Abschnitt 206, der im Wesentlichen parallel zu einer axialen Mittellinie (nicht dargestellt) des Turbinenmotors 100 verläuft. Alternativ kann der axiale Abschnitt 206 des Kühlluftverteilers 204 irgendeine Ausrichtung haben, die die hierin beschriebene Funktion des Turbinenschaufelkühlungssystems 200 ermöglicht. Der Kühlluftverteiler 204 enthält beim Ausführungsbeispiel auch einen zweiten oder gebogenen Abschnitt 208, der dem Kühlluftverteiler 204 die Strömungsverbindung mit dem Kühlluftdurchgang 202 ermöglicht.
[0023] In einigen Ausführungsbeispielen ist das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 in Turbinenmotoren 100 gebildet, die neu konstruiert werden. Alternativ ist das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 bei einigen Ausführungsbeispielen nachträglich in bestehende Turbinenmotoren 100 eingebaut. Insbesondere bilden der Schwalbenschwanzabschnitt 140 und der Randbereich 134 bei einigen Ausführungsbeispielen einen Verbindungsbereich 210, der eine Ausnehmung 212 vorsieht.
[0024] 4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Bereichs 4 (dargestellt in 3) eines Schaufelkühlungssystems 200. Beim Ausführungsbeispiel enthält der Kühlluftdurchgang 202 einen radial inneren Durchgang 220, der durch eine radial innere Wand 222 gebildet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der radial innere Durchgang 220 im Wesentlichen zylindrisch und weist einen ersten Durchmesser D₁ auf. Alternativ kann der radial innere Durchgang 220 irgendeine Form aufweisen, die die Funktion des hierin beschriebenen Schaufelkühlungssystems 200 erlaubt. Ferner enthält der Kühl luftdurchgang 202 beim diesem Ausführungsbeispiel auch einen radial äußeren Durchgang 224, der durch eine radial äußere Wand 226 gebildet ist. Beim Ausführungsbeispiel ist der radial äußere Durchgang 224 im Wesentlichen zylindrisch geformt und weist einen zweiten Durchmesser D₂ auf. Alternativ kann der radial äußere Durchgang 224 irgendeine Form aufweisen, die die Funktion des hierin beschriebenen Schaufelkühlungssystems 200 ermöglicht. Der zweite Durchmesser D₂ ist größer als der erste Durchmesser D₁, wobei die radial innere Wand 222 und die radial äußere Wand 226 gemeinsam einen Stützabsatz 228 bilden.
[0025] Beim Ausführungsbeispiel enthält das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 auch eine Dichtungsrohranordnung 230, die ein Dichtungsrohr 231 aufweist, das in zumindest einen Abschnitt des Kühlluftdurchgangs 202 im Verbindungsbereich 210 eingesetzt ist. Das Dichtungsrohr 231 enthält einen radial inneren Abschnitt 232, der eine Größe und eine Form aufweist, die im Wesentlichen dem ersten Durchmesser D₁ und der Form des radial inneren Durchgangs 220 entspricht. Demgemäß bildet das Dichtungsrohr 231 eine dichte Verbindung mit dem radial inneren Durchgang 220. Der radial innere Abschnitt 232 erstreckt sich vom Stützabsatz 228 radial nach innen in den radial inneren Durchgang 220. Das Dichtrohr 231 weist auch einen radialen Zwischenabschnitt 234 auf, der eine Größe und eine Form hat, die im Wesentlichen dem zweiten Durchmesser D₂ und der Form des radial äußeren Durchgangs 224 entspricht. Demgemäß bildet das Dichtungsrohr 231 eine dichte Verbindung mit dem radial äußeren Durchgang 224.
[0026] Der radiale Zwischenabschnitt 234 ist bei dem Ausführungsbeispiel zumindest an einen Teil des Stützabsatzes 228 angelegt und die Dichtungsrohranordnung 230 enthält ein erste Dichtungseinrichtung 236, die an den Stützabsatz 228 angelegt ist. Die erste Dichtungseinrichtung 236 wirkt mit dem radialen Zwischenabschnitt 234 und der radial äußeren Wand 226 zusammen, um gegen potenzielle Luftleckageströme abzudichten, die vom Kühlluftdurchgang 202 in die Ausnehmung 212 sickern könnten. Beim Ausführungsbeispiel ist die erste Dichtungseinrichtung 236 ein Dichtring. Alternativ kann die erste Dichtungseinrichtung 236 irgendein Dichtungstyp sein, wie beispielsweise eine zylindrische Dichtung, die die hierin beschriebene Funktion des Turbinenschaufelkühlungssystems 200 ermöglicht.
[0027] Ferner enthält das Dichtungsrohr 231 beim Ausführungsbeispiel auch einen radial äußeren Abschnitt 238, der sich vom radialen Zwischenabschnitt 234 nach radial außen erstreckt zu einer radial inneren Oberfläche 240 des Schwalbenschwanzabschnitts 140. Insbesondere bildet der radial äußere Abschnitt 238 mit der radial inneren Oberfläche 24 eine reibschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung. Die Dichtungsrohrandordnung 230 enthält beim Ausführungsbeispiel auch eine zweite Dichtungseinrichtung 242, das an einer radial äußeren Oberfläche 244 des Schwalbenschwanzabschnitts 140 anliegt. Insbesondere ist die Einrichtung 242 benachbart zu einer Stelle vorgesehen, an der das Dichtungsrohr 231 mit der radial inneren Oberfläche 240 des Schwalbenschwanzabschnitts 140 in Kontakt steht. Die zweite Dichtungseinrichtung 242 wirkt mit dem radial äußeren Abschnitt 238 und der radial äußeren Oberfläche 244 zusammen, um die Ausnehmung 212 abzudichten und das Einsickern in die Ausnehmung 212 zu verhindern. Beim Ausführungsbeispiel kann die zweite Dichtungseinrichtung 242 von irgendeinem Dichtungstyp gebildet sein, wie etwa einer Ringdichtung, die die hierin beschriebene Funktion der Dichtungsrohranordnung 230 und des Turbinenkühlungssystems 200 ermöglicht. Beim Ausführungsbeispiel verursachen Zentrifugalkräfte in Verbindung mit der Rotation des Rotors 110 (dargestellt in den 1, 2 und 3), die auf das Dichtungsrohr 213 wirken, Druckkräfte, die die Dichtungsfunktion der zweiten Dichtungseinrichtung 242 vereinfachen.
[0028] Das Dichtungsrohr 231 erstreckt sich durch die Ausnehmung 212 und ermöglicht das Verbinden des Kühlluftdurchgangs 202 mit dem Kühlluftverteiler 204. Das Dichtungsrohr 231 ist zumindest teilweise durch eine enge Passung mit der radial inneren Oberfläche 22 und der radial äußeren Oberfläche 226 an seinem Platz gehalten. Ferner hat das Dichtungsrohr 231 beim Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen zylindrische Form, die das Reduzieren von Leckageströmen 231 vereinfacht, während die Luftströmung durch das Dichtungsrohr 213 erhöht wird.
[0029] Das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 enthält beim Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Luftzufuhrkapillaren 250, die in Strömungsverbindung mit dem axialen Abschnitt 206 des Kühlluftverteilers 202 stehen. Die Kapillaren 250 erstrecken sich durch Abschnitte der Turbinenschaufel 150. Zumindest ein Strömungsmessgerät 254 ist innerhalb der Kapillare 250 angeordnet, um das Einleiten eines vorbestimmten Kühlluftstroms in jede Turbinenschaufel 150 zu vereinfachen. Während nachträglicher Einbauten bei existierenden Turbinenmotoren 100, kann eine Platte 260 mit der radial inneren Oberfläche 240 des Schwalbenschwanzabschnitts 140 verbunden werden, das heißt insbesondere gelötet werden, um das Verhindern einer Strömungsverbindung zwischen dem axialen Abschnitt 206 des Kühlluftverteilers 202 und der Ausnehmung 212 über den radial inneren Abschnitt 262 der Kapillaren 250 zu verhindern, die stattdessen aufgegeben werden.
[0030] 5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Abdichten eines Gasturbinenmotors 100 (dargestellt in 1). Beim Ausführungsbeispiel wird der Kühlluftdurchgang 202 (in 4 dargestellt) bei 302 in einem Teil des Rotorrades 120 (dargestellt in 3) gebildet, das heißt maschinell bearbeitet, wie etwa dem Rotorrad-Randbereich 134 (in 4 dargestellt). Dann wird der Kühlluftverteiler 204 (gezeigt in 4) bei 304 in einem Teil der Turbinenschaufel 150 (dargestellt in 4) gebildet, das heißt gegossen oder maschinell hergestellt. Das Dichtungsrohr 231 (dargestellt in 4) wird bei 306 in zumindest einen Abschnitt des Kühlluftdurchgangs 202 eingeführt, so dass das Dichtungsrohr 231 so ausgerichtet ist, dass es zumindest mit einem Abschnitt der Turbinenschaufelverbindung oder des Rotorrad-Randbereichs 134 und mit zumindest einem Abschnitt des Schwalbenschwanzabschnitts 140 in Kontakt steht. Der Kühlluftdurchgang 202, das Dichtungsrohr 231 und der Kühlluftverteiler 204 werden bei 308 in Strömungsverbindung miteinander gebracht, als Ergebnis des Verbindens der Turbinenschaufel 150 mit dem Rotorrad-Randbereich 134, wobei das Turbinenschaufelkühlungssystem 200 (dargestellt in den 2, 3 und 4) zumindest teilweise gebildet wird, einschließlich der Ausbildung der Verbindungsbereichs 210 (gezeigt in den 3 und 4). Der Kühlluftdurchgang 202 wird bei 310 in Strömungsverbindung mit einer Kühlluftquelle gebracht, wie etwa dem Kühlluftstromteil 126 und/oder dem Kompressor 102. Zumindest eine Dichtungseinrichtung 236 und/oder 242 (beide in 4 veranschaulicht) wird bei 312 mit dem Dichtungsrohr 231 und/oder dem Randbereich 134 und/oder dem Schwalbenschwanzabschnitt 140 verbunden. Der Rotor 110 (dargestellt in den 1 und 2), einschließlich des Randbereichs 134 und des Schwalbenschwanzabschnitts 140, die beide miteinander verbunden sind, wird bei 314 rotiert um Zentrifugalkräfte zu erzeugen, die auf das Dichtungsrohr 231 wirken, wobei solche Zentrifugalkräfte anschließend Druckkräfte hervorrufen, die einen Dichtungseffekt der zweiten Dichtungseinrichtung 242 verbessern, wobei der Luftstrom, der vom Turbinenschaufelkühlungssystem 200 durch den Verbindungsbereich 210 abfließt erheblich reduziert wird.
[0031] Hierin werden beispielhafte Ausführungen von Verfahren und Vorrichtung beschrieben, die das Abdichten eines Gasturbinenmotors vereinfachen. Insbesondere eine Dichtungsrohranordnung, die in ein Turbinenschaufelkühlungssystem eingebettet ist, die beide das Weiterleiten eines ausreichenden Kühlluftstroms zu den Turbinenschaufeln vereinfachen, wie dies hierin beschrieben ist, während Kühlluftleckströme der zugeordneten Kühlluftströmungen zu diesen Turbinenschaufeln reduziert werden. Insbesondere die Wahl von zylindrischen und ringförmigen Formen für die Dichtungskomponenten der Dichtungsrohranordnung, wie dies hierin beschrieben ist, vereinfacht das Reduzieren von Längen oder Größen von Dichtflächen, bei denen potenzielle Luftleckagen auftreten können, während ein entsprechend großer Luftstromoberflächenbereich verglichen mit den meisten anderen Geometrien erreicht ist. Insbesondere ruft auch der Einsatz von Zentrifugalkräften in Verbindung mit der Rotation des Gasturbinenmotors, die auf das Dichtungsrohr wirken Druckkräfte hervor, die den Dichtungseffekt der Dichtungsrohranordnung vereinfachen.
[0032] Die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme sind nicht auf die spezifischen Ausführungen beschränkt, wie sie hierin beschrieben sind. Zum Beispiel können Komponenten von jedem System und/oder jedem Schritt jedes Verfahrens unabhängig und separat von anderen Komponenten und/oder Schritten verwendet und/oder ausgeführt werden, wie sie hierin beschrieben sind. Zusätzlich kann jede Komponente und/oder jeder Schritt auch mit anderen Einrichtungen, Anordnungen oder Verfahren verwendet und/oder ausgeführt werden.
[0033] Während die Erfindung im Zusammenhang mit verschiedenen spezifischen Ausführungen beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung innerhalb des Erfindungsgedankens und des Schutzbereichs der Patentansprüche mit Modifikationen ausgeführt werden kann.
Ein Turbinenschaufelkühlungssystem 200 ist zur Verwendung mit einer Turbinenschaufel 150 vorgesehen. Das Turbinenschaufelkühlungssystem enthält einen Kühlluftdurchgang 202 der in einem Abschnitt eines Rotorrades 120 gebildet ist. Das Turbinenschaufelkühlungssystem enthält auch einen Kühlluftdurchgang 204 der in einem Abschnitt der Turbinenschaufel gebildet ist. Der Kühlluftverteiler steht in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftdurchgang. Das Turbinenschaufelkühlungssystem weist ferner eine Dichtungsrohranordnung 230 auf, die sich durch den zumindest einen Abschnitt des Rotorrades erstreckt und die sich zu dem zumindest einen Abschnitt der Turbinenschaufel hin erstreckt.

100: Verbrennungsturbinenmotor
102: Kompressorabschnitt
104: Brennkammer
106: Brennstoffventilanordnung
108: Turbinenabschnitt
110: Rotor
112: Erster Abschnitt des Kühlluftströmungswegs
114: Kühlluftströmungsweg
116: Zweiter Abschnitt des Kühlluftströmungswegs
118: Kühllufstromluft
119: Stromkompremieter Luft
120: Rotorrad
122: Abstandsfreiraum
124: Dritter Abschnitt der Kühlluftströmungswegs
126: Kühlluftstromteil
130: Nabenabschnitt
132: Scheibenabschnitt
134: Randbereich
140: Schwalbenschwanzabschnitt
150: Turbinenschaufel
200: Turbinenschaufelkühlungssystem
202: Kühlluftdurchgang
203: Schaufelkühlluftstrom
204: Kühlluftverteiler
206: Erster (axialer) Abschnitt des Kühlluftverteilers
208: Zweiter (gebogener) Abschnitt des Kühlluftverteilers
210: Verbindungsbereich
212: Ausnehmung
220: Radial innerer Abschnitt des Kühlluftdurchgangs
222: Radial innere Wand
D₁: Erster Durchmesser
224: Radial äußerer Abschnitt des Kühlluftdurchgangs
226: Radial äußere Wand
D₂: Zweiter Durchmesser
228: Stützabsatz
230: Dichtungsrohranordnung
231: Dichtungsrohr
232: Radial innerer Abschnitt des Dichtungsrohrs
234: Radialer Zwischenabschnitt des Dichtungsrohrs
236: Erste Dichtungseinrichtung
238: Radial äußerer Abschnitt des Dichtungsrohrs
240: Radial innere Oberfläche des Schwalbenschwanzabschnitts
242: Zweite Dichtungseinrichtung
244: Radial äußere Oberfläche des Schwalbenschwanzabschnitts
250: Luftzufuhrkapillaren
254: Strömungsmesseinrichtung
260: Platte
262: Radial innere Abschnitt der Kapillaren 300
300: Beispielhaftes Verfahren
302: Bilden oder maschinelles Herstellen eines Kühlluftdurchgangs ...
304: Bilden, das heißt Gießen und/oder maschinelles Herstellen eines Kühlluftverteilers
306: Einsetzten einer Dichtungsrohranordnung ...
308: Herstellen einer Strömungsverbindung ...
310: Herstellen einer Strömungsverbindung ...
312: Verbinden von zumindest einer Dichtungseinrichtung ...
314: Drehen des Rotorrades ...

Claims

Turbinenschaufelkühlungssystem (200) zur Verwendung in einer Turbinenschaufel (150), wobei das Turbinenschaufelkühlungssystem (200) aufweist: einen Kühlluftdurchgang (292) der in einem Abschnitt eines Rotorrades (120) gebildet ist; einen Kühlluftverteiler (204) der in einem Abschnitt einer Turbinenschaufel gebildet ist, wobei der Kühlluftverteiler (204) in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftdurchgang (202) steht; und eine Dichtungsrohranordnung (230), die sich durch zumindest einen Abschnitt des Rotorrades erstreckt und die sich zu zumindest einem Abschnitt der Turbinenschaufel erstreckt.
Turbinenschaufelkühlungssystem (200) nach Anspruch 1, bei dem zumindest ein Abschnitt der Dichtungsrohranordnung (230) in zumindest einen Abschnitt eines Kühlluftdurchgangs (202) eingesetzt ist, der in einem Randbereich (134) gebildet ist.
Turbinenschaufelkühlungssystem (200) nach Anspruch 2, bei dem der Kühlluftverteiler (204) ferner in einem Schwalbenschwanzabschnitt (140) gebildet ist, wobei der Kühlluftverteiler (204) in Strömungsverbindung mit der Dichtungsrohranordnung (230) steht.
Turbinenschaufelkühlungssystem (200) nach Anspruch 3, bei dem sich die Dichtungsrohranordnung (230) zwischen dem Kühlluftdurchgang (202) und dem Kühlluftverteiler (204) erstreckt.
Turbinenschaufelkühlungssystem (200) nach Anspruch 1, bei dem die Dichtungsrohranordnung (230) zumindest eine Dichtungseinrichtung (236, 242) aufweist, die mit einem Dichtungsrohr (231) verbunden ist und die mit einem Schwalbenschwanabschnitt (140) und/oder einem Randbereich (134) verbunden ist.
Turbinenschaufelkühlungssystem (200) nach Anspruch 1, das ferner eine mit zumindest einem Abschnitt eines Schwalbenschwanbereichs (140) verbundene Platte (260) aufweist.
Turbinenschaufelkühlungssystem (200) nach Anspruch 1, das ferner zumindest eine Strömungssteuereinrichtung (254) aufweist, die in zumindest einen Schaufelkühlungsdurchgang (250) eingesetzt ist.
Gasturbinenmotor (100) aufweisend: einen Turbinenabschnitt (108), der zumindest eine Turbinenschaufel (150) aufweist, die mit einem Abschnitt eines Rotorrades (120) verbunden ist; einen Kompressorabschnitt (102) der über einen Kühlluftströmungsweg (114) in Strömungsverbindung mit dem Turbinenabschnitt (108) steht, wobei der Kühlluftströmungsweg (114) zumindest einen Abschnitt eines Turbinenschaufelkühlungssystems (200) aufweist, das in Strömungsverbin dung mit der Kühlluftströmungsweg steht, wobei das Turbinenschaufelkühlungssystem aufweist: einen Kühlluftdurchgang (202) der in dem Abschnitt des Rotorrades gebildet ist; einen Kühlluftverteiler (204) der in einem Abschnitt der Turbinenschaufel gebildet ist, wobei der Kühlluftverteiler in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftdurchgang steht; und eine Dichtungsrohranordnung (230), die sich durch den Abschnitt des Rotorrades und zu dem Abschnitt der Turbinenschaufel erstreckt.
Gasturbinenmotor (100) nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Abschnitt der zumindest einen Turbinenschaufel (150) einen Schwalbenschwanzabschnitt (140) aufweist, wobei der Kühlluftverteiler (204) in dem Schwalbenschanzabschnitt (140) gebildet ist.
Gasturbinenmotor (100) nach Anspruch 8, bei dem zumindest ein Abschnitt des Rotorrades (120) einen Randbereich (134) aufweist, wobei ein Kühlluftdurchgang (202) im Randbereich (134) gebildet ist.