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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsturbinenanlagen, die alle Arten von Verbrennungsturbinenanlagen, wie z.B. die in der Energieerzeugung und in Flugzeugtriebwerken verwendeten, einschließen, wenn der Ausdruck hierin verwendet wird und nicht im Einzelnen etwas anderes gesagt ist. Spezieller, aber nicht im Sinne einer Beschränkung bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung, Systeme und/oder Verfahren zum Kühlen des Plattformbereiches von Turbinenrotorschaufeln.
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Eine Gasturbinenanlage enthält typischerweise einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Der Verdichter und die Turbine weisen allgemein Reihen von Schaufeln oder Blättern auf, die axial in Stufen aufgereiht sind. Jede Stufe weist typischerweise eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Leit- oder Statorschaufeln, die feststehen, und eine Gruppe von in Umfangsrichtung beabstandeten Lauf- oder Rotorschaufeln auf, die um eine Zentralachse oder Welle rotieren. Im Betrieb werden die Rotorschaufeln in dem Verdichter um die Welle gedreht, um einen Luftstrom zu verdichten. Die verdichtete Luft wird danach in der Brennkammer zum Verbrennen eines zugeführten Brennstoffs verwendet. Der sich ergebende Strom von heißen Gasen aus dem Verbrennungsvorgang wird in der Turbine expandiert, was bewirkt, dass die Rotorschaufeln die Welle drehen, an der sie angebracht sind. Auf diese Weise wird in dem Brennstoff enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden Welle umgewandelt, wobei diese Energie danach z.B. zum Drehen der Spulen eines Generators verwendet werden kann, um Elektrizität zu erzeugen.
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Unter Bezug auf die 1 und 2: Rotorschaufeln 100 von Turbinen weisen allgemein einen Schaufelblattabschnitt oder ein Schaufelblatt 102 und einen Fußabschnitt oder einen Fuß 104 auf. Das Schaufelblatt 102 kann so beschrieben werden, dass es eine konvexe Saugoberfläche 105 und eine konkave Druckoberfläche 106 aufweist. Das Schaufelblatt 102 kann weiterhin so beschrieben werden, dass es eine Vorderkante 107, die der vordere Rand ist, und eine Hinterkante 108, die der hintere Rand ist, aufweist. Der Fuß 104 kann so beschrieben werden, dass er eine Struktur (die wie gezeigt typischerweise einen Schwalbenschwanz 109 enthält) zum Befestigen der Rotorschaufel 100 an der Rotorwelle, eine Plattform 110, von der sich das Schaufelblatt 102 erstreckt, sowie einen Schaft 112 aufweist, der die Struktur zwischen dem Schwalbenschwanz 109 und der Plattform 110 enthält.
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Wie dargestellt, kann die Plattform 110 im Wesentlichen eben sein. Im Einzelnen kann die Plattform 110 eine ebene Plattformoberseite 113 aufweisen, die, wie in 1 gezeigt, eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende ebene Oberfläche aufweisen kann. Wie in 2 gezeigt, kann die Plattform 110 eine ebene Plattformunterseite 114 aufweisen, die auch eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende ebene Oberfläche aufweisen kann. Die Plattformoberseite 113 und die Plattformunterseite 114 der Plattform 110 können so ausgebildet sein, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander sind. Wie gezeigt, wird erkannt, dass die Plattform 110 typischerweise ein dünnes radiales Profil aufweist, d.h. es ist ein relativ kurzer radialer Abstand zwischen der Plattformoberseite 113 und der Plattformunterseite 114 der Plattform 110 vorhanden.
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Allgemein wird die Plattform 110 an Rotorschaufeln 100 verwendet, um die innere Strömungspfadbegrenzung des Heißgaspfadabschnitts der Gasturbine zu bilden. Die Plattform 110 schafft weiterhin einen strukturellen Halt für das Schaufelblatt 102. Im Betrieb übt die Rotationsgeschwindigkeit der Turbine eine mechanische Belastung aus, die hoch belastete Bereiche entlang der Plattform 110 erzeugt, die in Verbindung mit hohen Temperaturen letztendlich die Ausbildung betrieblicher Defekte, wie z.B. Oxidation, Kriechen, Ermüdungsbruch bei niedriger Lastspielzahl und andere hervorrufen. Diese Defekte beeinflussen natürlich die nutzbare Lebensdauer der Rotorschaufel 100 nachteilig. Es wird erkannt, dass diese harten Betriebsbedingungen, d.h. der Kontakt zu extremen Temperaturen des Heißgaspfades sowie die mechanische Belastung im Zusammenhang mit den rotierenden Schaufeln erhebliche Herausforderungen bei der Konstruktion dauerhafter langlebiger Rotorschaufelplattformen 110 stellen, die sowohl gut funktionieren als auch kostengünstig herzustellen sind.
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Eine übliche Lösung, den Plattformbereich 110 dauerhafter zu machen, besteht darin, ihn während des Betriebs mit einem Strom von verdichteter Luft oder einem anderen Kühlmittel zu kühlen, und es ist eine Vielzahl dieser Arten von Plattformausführungen bekannt. Wie ein Fachmann erkennt, stellt der Plattformbereich 110 jedoch bestimmte konstruktive Herausforderungen, die es schwierig machen, ihn auf diese Weise zu kühlen. Zu einem erheblichen Teil liegt dies an der ungünstigen Geometrie dieses Bereiches in dem Sinne, dass die Plattform 110 wie beschrieben eine Peripheriekomponente ist, die von dem zentralen Kern der Rotorschaufel entfernt angeordnet und typischerweise so konstruiert ist, dass sie eine strukturell stabile, aber dünne radiale Dicke aufweist.
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Um ein Kühlmittel umzuwälzen enthalten die Rotorschaufeln 100 typischerweise einen oder mehrere hohle innere Kühlkanäle 116 (siehe 3, 4, 5 und 9), die sich wenigstens radial durch den Kern der Rotorschaufel 100 einschließlich durch den Fuß 104 und das Schaufelblatt 102 hindurch erstrecken. Wie unten genauer beschrieben ist, können derartige innere Kühlkanäle 116 zur Verstärkung des Wärmeaustauschs so ausgebildet sein, dass sie einen Serpentinenpfad aufweisen, der sich durch die zentralen Bereiche der Rotorschaufel 100 hindurch windet, wobei auch andere Konfigurationen möglich sind. Im Betrieb kann ein Kühlmittel durch einen oder mehrere Einlässe 117, die in dem inneren Bereich des Fußes 104 ausgebildet sind, in die zentralen inneren Kühlkanäle einströmen. Das Kühlmittel kann durch die Rotorschaufel 100 zirkulieren und durch (nicht gezeigte) Auslässe, die an dem Schaufelblatt ausgebildet sind, und/oder durch einen oder mehrere (nicht gezeigte,) in dem Fuß 104 ausgebildete Auslässe austreten. Das Kühlmittel kann unter Druck gesetzt sein und z.B. verdichtete Luft, verdichtete Luft gemischt mit Wasser, Dampf und dergleichen enthalten. In vielen Fällen ist das Kühlmittel verdichtete Luft, die aus dem Verdichter der Anlage abgezapft wird, wobei auch andere Quellen möglich sind. Wie unten genauer erläutert enthalten diese inneren Kühlkanäle typischerweise einen Hochdruckkühlmittelbereich und einen Niederdruckkühlmittelbereich. Der Hochdruckkühlmittelbereich entspricht typischerweise einem stromaufwärtigen Abschnitt des inneren Kühlkanals, der einen höheren Kühlmitteldruck aufweist, während der Niederdruckkühlmittelbereich einem stromabwärtigen Bereich mit einem relativ niedrigeren Kühlmitteldruck entspricht.
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In einigen Fällen kann das Kühlmittel aus den inneren Kühlkanälen 116 in einen Hohlraum 119 hinein geleitet werden, der zwischen den Schäften 112 und den Plattformen 110 benachbarter Rotorschaufeln 100 gebildet wird. Von dort kann das Kühlmittel zum Kühlen des Plattformbereiches 110 der Schaufel verwendet werden, wobei eine konventionelle Ausführung davon in 3 dargestellt ist. Diese Art der Konstruktion entnimmt typischerweise einem der inneren Kühlkanäle 116 Luft und verwendet die Luft, um den Hohlraum 119, der zwischen den Schäften 112 und Plattformen 110 ausgebildet ist, mit Druck zu beaufschlagen. Sobald der Hohlraum 119 mit Druck beaufschlagt worden ist, führt er den Kühlkanälen, die sich durch die Plattform 110 hindurch erstrecken, Kühlmittel zu. Nach dem Durchqueren der Plattform 110 kann das Kühlmittel durch Filmkühlöffnungen, die in der Plattformoberseite 113 der Plattform 110 ausgebildet sind, aus dem Hohlraum austreten.
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Es wird jedoch erkannt, dass diese Art der konventionellen Konstruktion mehrere Nachteile hat. Erstens ist der Kühlkreislauf nicht in einem Element eigenständig enthalten, weil der Kühlkreislauf erst ausgebildet ist, wenn zwei benachbarte Rotorschaufeln 100 zusammengesetzt worden sind. Dies erzeugt ein erhebliches Maß an Schwierigkeit und Komplexität beim Einbau und der Strömungsprüfung vor dem Einbau. Ein zweiter Nachteil besteht darin, dass die Unversehrtheit des zwischen benachbarten Rotorschaufeln 100 gebildeten Hohlraums 119 davon abhängig ist, wie gut der Umfang des Hohlraums 119 abgedichtet ist. Eine unzureichende Abdichtung kann zu einer unzureichenden Kühlung der Plattform und/oder verschwendeter Kühlluft führen. Ein dritter Nachteil ist das inhärente Risiko, dass Gase des Heißgaspfades in den Hohlraum 119 oder die Plattform 110 selbst eindringen. Dies kann passieren, wenn der Hohlraum 119 während des Betriebs nicht unter einem ausreichend hohen Druck gehalten wird. Wenn der Druck des Hohlraums 119 unter den Druck in dem Heißgaspfad sinkt, werden heiße Gase in den Schafthohlraum 119 oder in die Plattform 110 selbst eingesaugt, was diese Komponenten typischerweise beschädigt, weil sie nicht dazu ausgelegt sind, es auszuhalten, den Heißgaspfadbedingungen ausgesetzt zu sein.
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Die 4 und 5 stellen eine andere Art einer konventionellen Konstruktion zur Plattformkühlung dar. In diesem Falle ist der Kühlkreislauf in der Rotorschaufel 100 enthalten und bezieht den Schafthohlraum, wie gezeigt, nicht mit ein. Einem der inneren Kühlkanäle 116, die sich durch den Kern der Rotorschaufel 100 erstrecken, wird Kühlluft entnommen und durch in der Plattform 110 ausgebildete Kühlkanäle 120 (d.h. „Plattformkühlkanäle 120“) nach hinten geleitet. Wie durch mehrere Pfeile gezeigt, strömt die Kühlluft durch die Plattformkühlkanäle 120 hindurch und tritt durch Auslässe in der Hinterkante 121 der Plattform 110 oder durch Auslässe, die entlang der Saugseitenkante 122 angeordnet sind, aus. (Man beachte, dass bei der Beschreibung oder Bezugnahme auf die Kanten oder Flächen der rechteckigen Plattform 110 diese jeweils in Abhängigkeit von ihrer Lage bezogen auf die Saugoberfläche 105 und die Druckoberfläche 106 des Schaufelblattes 102 und/oder auf die Anlagenrichtungen vorne und hinten abgegrenzt werden können, sobald die Schaufel eingebaut ist. Demnach wird ein Fachmann erkennen, dass die Plattform eine Hinterkante 121, eine Saugseitenkante 122, eine Vorderkante 124 und eine Druckseitenkante 126 aufweisen kann, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist. Außerdem werden die Saugseitenkante 122 und die Druckseitenkante 126 üblicherweise auch als „Schnittflächen“ bezeichnet, und der enge Hohlraum, der dazwischen ausgebildet wird, sobald benachbarte Rotorschaufeln 100 eingebaut worden sind, kann als ein „Schnittflächenhohlraum“ bezeichnet werden.)
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Es wird erkannt, dass die konventionellen Ausführungen gemäß den 4 und 5 einen Vorteil gegenüber der Ausführung aus 3 in der Weise aufweisen, dass sie nicht durch Variationen der Montage- oder Einbaubedingungen beeinträchtigt werden. Die konventionellen Ausführungen dieser Art weisen jedoch mehrere Beschränkungen oder Nachteile auf. Erstens wird wie dargestellt nur ein einziger Kreislauf auf jeder Seite des Schaufelblatts 102 geschaffen, und dadurch ergibt sich der Nachteil einer beschränkten Steuerung der Menge der Kühlluft, die an verschiedenen Stellen in der Plattform 110 verwendet wird. Zweitens weisen konventionelle Ausführungen dieser Art einen Abdeckungsbereich auf, der allgemein begrenzt ist. Während der Serpentinenpfad gemäß 5 eine Verbesserung im Sinne der Abdeckung gegenüber 4 darstellt, sind in der Plattform 110 immer noch tote Bereiche vorhanden, die ungekühlt bleiben. Drittens steigen, um eine bessere Abdeckung mit verschlungen ausgebildeten Plattformkühlkanälen 120 zu erreichen, die Herstellungskosten drastisch an, insbesondere wenn die Kühlkanäle Formen aufweisen, die zur Ausbildung einen Gießprozess erfordern. Viertens geben diese konventionellen Ausführungen typischerweise Kühlmittel nach der Benutzung und bevor es vollständig verbraucht ist in den Heißgaspfad ab, was die Effizienz der Anlage nachteilig beeinflusst. Fünftens weisen konventionelle Ausführungen dieser Art allgemein eine geringe Flexibilität auf. D.h., die als ein integraler Bestandteil der Plattform 110 ausgebildeten Kanäle 120 weisen nur eine geringe oder gar keine Möglichkeit auf, ihre Funktion oder Konfiguration zu verändern, wenn sich die Betriebsbedingungen ändern. Außerdem sind diese Arten von konventionellen Ausführungen schwierig zu reparieren und instandzusetzen.
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Im Ergebnis sind konventionelle Plattformkühlkonstruktionen auf einem oder mehreren wichtigen Gebieten mit Mängeln behaftet. Es bleibt Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung, verbesserten Systemen und Verfahren bestehen, die den Plattformbereich der Turbinenrotorschaufeln wirksam und effizient kühlen, während sie auch kostengünstig herzustellen, flexibel in der Anwendung und dauerhaft sind.
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JP H11- 166 401 A offenbart eine Plattformkühlanordnung in einer Rotorschaufel einer Turbine mit einer Plattform an einem Übergang zwischen einem Schaufelblatt und einem Fuß, wobei die Rotorschaufel einen darin ausgebildeten inneren Kühlkanal aufweist, der sich von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an dem Fuß bis wenigstens etwa zu der radialen Höhe der Plattform erstreckt, wobei der innere Kühlkanal im Betrieb wenigstens einen Hochdruckkühlmittelbereich und einen Niederdruckkühlmittelbereich aufweist und die Plattform eine Plattformunterseite entlang einer inneren Oberfläche aufweist. Die Plattformkühlanordnung weist einen in der Plattform ausgebildeten Kanal, wobei der Kanal ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist, einen Hochdruckanschluss, der das stromaufwärtige Ende des Kanals mit dem Hochdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals verbindet, und einen Niederdruckanschluss auf, der das stromabwärtige Ende des Kanals mit dem Niederdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals verbindet. In einer Ausführungsform ist der Kanal der Plattformkühlanordnung zwischen der Plattformunterseite und einer Oberseite einer darunter befindlichen Platte angeordnet.
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EP 1 905 950 A1 offenbart eine Plattformkühlanordnung für eine Turbinenlaufschaufel, wobei die Plattform ein erstes Element und ein zweites Element, das formschlüssig an dem Schaufelfuß befestigt ist, und einen zwischen den Elementen verlaufenden Kühlkanal aufweist. Der Kühlkanal ist an der Plattenoberseite des zweiten Elements ausgebildet und an der Plattenoberseite offen. Zur Ausbildung des Kanals können rinnenförmige Ausnehmungen in dem ersten oder dem zweiten Element oder passend in beiden Elementen vorgesehen sein.
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DE 10 2006 004 437 A1 offenbart eine Plattformkühlanordnung für eine Turbinenlaufschaufel mit einer unterhalb der Plattform angebrachten Dichtungsplatte, die im Profil eine gebogene Kante und eine geradlinige Kante aufweist, wobei die gebogene Kante in der Form näherungsweise dem gekrümmten Profil eines Schaufelblattes der Schaufel entspricht, die geradlinige Kante in der Form etwa dem geradlinigen Profil einer Druckseitenschnittfläche der Schaufel entspricht und das Profil der Dichtungsplatte gegenüber dem Profils des Schaufelblatts versetzt angeordnet ist. Der Plattformkühlkanal verläuft durch einen Hohlraum, der zwischen der Plattformunterseite und der Oberseite der Dichtungsplatte ausgebildet ist.
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DE 10 2005 042 621 A1 offenbart eine Turbinenrotorschaufel mit einer innerhalb der Plattform integriert ausgebildeten Plattformkühlanordnung, die einen Hochdruckanschluss, einen Niederdruckanschluss, einen dazwischen verlaufenden serpentinenförmigen Kühlkreislauf und mehrere verteilte Kühlhohlräume zur Kühlung verschiedener Bereiche der Plattform aufweist.
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Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Plattformkühlanordnung in einer Turbinenrotorschaufel und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Plattformkühlanordnung zu schaffen, die es ermöglichen, den Plattformbereich von Turbinenrotorschaufeln wirksam und effizient zu kühlen, während die Plattformkühlanordnung kostengünstig herzustellen, flexibel in der Anwendung und dauerhaft ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Plattformkühlanordnung in einer Rotorschaufel einer Turbine mit einer Plattform an einem Übergang zwischen einem Schaufelblatt und einem Fuß bereit, wobei die Rotorschaufel einen darin ausgebildeten inneren Kühlkanal aufweist, der sich von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an dem Fuß bis wenigstens etwa zu der radialen Höhe der Plattform erstreckt, wobei der innere Kühlkanal im Betrieb wenigstens einen Hochdruckkühlmittelbereich und einen Niederdruckkühlmittelbereich aufweist und die Plattform eine Plattformunterseite entlang einer inneren Oberfläche aufweist. Die Plattformkühlanordnung kann aufweisen: eine Platte, die eine Plattenoberseite aufweist, wobei die Plattenoberseite lösbar mit der Plattformunterseite verbunden ist, einen auf der Plattenoberseite ausgebildeten Kanal, wobei der Kanal ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist und an der Plattenoberseite offen ist, so dass die Plattformunterseite beim Anbringen der Platte an der Plattform eine Kanalabdeckung bildet; einen Hochdruckanschluss, der das stromaufwärtige Ende des Kanals mit dem Hochdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals verbindet; und einen Niederdruckanschluss, der das stromabwärtige Ende des Kanals mit dem Niederdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals verbindet. Der Kanal enthält einen Serpentinenkanal. Das stromaufwärtige Ende des Kanals weist eine stromaufwärtige Kammer mit einer vergrößerten Kanalbreite im Vergleich zu der Breite des Serpentinenkanals auf, und das stromabwärtige Ende des Kanals weist eine stromabwärtige Kammer mit einer vergrößerten Kanalbreite im Vergleich zu der Breite des Serpentinenkanals auf. Der Hochdruckanschluss ist mit der stromaufwärtigen Kammer verbunden, und der Niederdruckanschluss ist mit der stromabwärtigen Kammer verbunden.
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Zur Lösung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Schaffung einer Plattformkühlanordnung für eine Turbinenrotorschaufel mit einer Plattform an einem Übergang zwischen einem Schaufelblatt und einem Fuß bereit, wobei die Rotorschaufel einen darin ausgebildeten inneren Kühlkanal aufweist, der sich von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an dem Fuß wenigstens bis etwa zu der radialen Höhe der Plattform erstreckt, wobei der innere Kühlkanal im Betrieb wenigstens einen Hochdruckkühlmittelbereich und einen Niederdruckkühlmittelbereich aufweist und die Plattform eine Plattformunterseite entlang einer inneren Oberfläche aufweist. Das Verfahren kann diese Schritte enthalten: maschinelles Bearbeiten eines Hochdruckanschlusses, der einen Auslass mit einem Hochdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals verbindet, wobei der Auslass an einer ersten vorbestimmten Stelle innerhalb der Plattform angeordnet ist; maschinelles Bearbeiten eines Niederdruckanschlusses, der einen Einlass mit dem Niederdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals verbindet, wobei der Einlass an einer zweiten vorbestimmten Stelle innerhalb der Plattform angeordnet ist; Befestigen einer Oberseite einer Platte an der Plattformunterseite, wobei die Platte einen an der Plattenoberseite ausgebildeten Kanal aufweist, der ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist, wobei der Kanal an der Plattenoberseite offen ist, so dass die Plattformunterseite eine Kanalabdeckung bildet, wenn die Platte an der Plattform angebracht wird; wobei die Platte dazu eingerichtet ist, dass das stromaufwärtige Ende des Kanals an den Auslass des Hochdruckanschlusses angeschlossen ist und das stromabwärtige Ende des Kanals an den Einlass des Niederdruckanschlusses angeschlossen ist und der Kanal einen Serpentinenkanal enthält. An dem stromaufwärtigen Ende des Kanals wird eine stromaufwärtige Kammer mit einer vergrößerten Kanalbreite im Vergleich zu der Breite des Serpentinenkanals ausgebildet, und an dem stromabwärtigen Ende des Kanals wird eine stromabwärtige Kammer mit einer vergrößerten Kanalbreite im Vergleich zu der Breite des Serpentinenkanals ausgebildet. Der Hochdruckanschluss wird mit der stromaufwärtigen Kammer verbunden, und der Niederdruckanschluss eird mit der stromabwärtigen Kammer verbunden.
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Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
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Figurenliste
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Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden durch sorgfältige Studium der folgenden detaillierteren Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger erkannt und verstanden:
- 1 stellt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Turbinenrotorschaufel dar, in der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
- 2 stellt eine Unterseitenansicht einer Turbinenrotorschaufel dar, in der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
- 3 stellt eine Schnittansicht benachbarter Turbinenrotorschaufeln mit einem Kühlsystem gemäß einer konventionellen Ausführung dar;
- 4 stellt eine Draufsicht auf eine Turbinenrotorschaufel mit einer Plattform mit inneren Kühlkanälen gemäß einer konventionellen Ausführung dar;
- 5 stellt eine Draufsicht auf eine Turbinenrotorschaufel mit einer Plattform mit inneren Kühlkanälen gemäß einer alternativen konventionellen Ausführung dar;
- 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Turbinenrotorschaufel und einer Platte mit einem Serpentinenkühlkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung;
- 7 ist eine im Schnitt gezeigte Draufsicht auf eine Plattformkühlanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte mit einem Serpentinenkühlkanal gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 9 ist eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht einer unveränderten konventionellen Plattform, in der Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung in die Praxis umgesetzt werden können;
- 10 ist eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht der Plattform aus 9, die darstellt, wie die Plattform abgewandelt werden könnte, um eine beispielhafte Ausführungsform der Platte gemäß der vorliegenden Anmeldung aufzunehmen;
- 11 ist eine im Schnitt gezeigte Seitenansicht der Plattform aus 9, die die Platte darstellt, wenn sie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung an der abgewandelten Plattform aus 10 angebracht worden ist;
- 12 ist eine perspektivische Ansicht einer Platte mit einem Serpentinenkühlkanal gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung;
- 13 ist eine im Querschnitt gezeigte Seitenansicht einer Plattform, die die Platte aus 12 darstellt, wenn sie gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht worden ist; und
- 14 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Schaffen einer Plattformkühlanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird erkannt, dass die Turbinenrotorschaufeln, die durch eine innere Umwälzung eines Kühlmittels gekühlt werden, typischerweise einen inneren Kühlkanal 116 aufweisen, der sich von dem Fuß radial nach außen durch den Plattformbereich hindurch in das Schaufelblatt hinein erstreckt, wie es oben in Verbindung mit verschiedenen konventionellen Kühlkonstruktionen beschrieben worden ist. Es wird erkannt, dass bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit konventionellen Kühlmittelkanälen verwendet werden können, um eine wirksame aktive Plattformkühlung zu verstärken oder zu ermöglichen, und die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einer gebräuchlichen Ausgestaltung, einem inneren Kühlkanal 116 mit einer Windungs- oder Serpentinenform erläutert. Wie in den 6, 8 und 9 gezeigt ist der Serpentinenpfad typischerweise dazu eingerichtet, in einer Richtung einen Strom von Kühlmittel zu ermöglichen, und weist Strukturen auf, die den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der umliegenden Rotorschaufel 100 fördern. Im Betrieb wird dem inneren Kühlkanal 116 durch eine durch den Fuß 104 hindurch ausgebildete Verbindung ein unter Druck stehendes Kühlmittel zugeführt, das typischerweise aus dem Verdichter abgezapfte verdichtete Luft ist (, wobei auch andere Arten von Kühlmittel, wie z.B. Dampf, mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnten). Der Druck treibt das Kühlmittel durch den inneren Kühlkanal 116, und das Kühlmittel nimmt durch Konvektion von den umliegenden Wänden Wärme auf.
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Wenn sich das Kühlmittel durch den inneren Kühlkanal 116 hindurch bewegt, wird es, wie man erkennt, Druck verlieren, so dass das Kühlmittel in den stromaufwärtigen Abschnitten des inneren Kühlkanals 116 einen höheren Druck als das Kühlmittel in den stromabwärtigen Abschnitt aufweist. Wie unten genauer erläutet, kann dieser Druckunterschied genutzt werden, um das Kühlmittel durch in der Plattform 110 ausgebildete innere Kühlkanäle hindurch zu treiben. Es wird erkannt, dass die vorliegende Erfindung in Rotorschaufeln 100 mit inneren internen Kühlkanälen von unterschiedlichem Aufbau verwendet werden kann und nicht auf innere Kühlkanäle mit einer Serpentinenform beschränkt ist. Wenn hierin der Ausdruck „innerer Kühlkanal“ oder „interner Kühlkanal“ verwendet wird, so bedeutet dies dementsprechend, dass beliebige Durchgänge oder hohle Kanäle umfasst sind, durch die Kühlmittel in der Rotorschaufel umgewälzt werden kann. Wenn hierin der innere Kühlkanal 116 gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, erstreckt er sich wenigstens bis etwa zu der radialen Höhe der Plattform 110 und kann wenigstens einen Bereich relativ hohen Kühlmitteldrucks (der im Anschluss hieran als ein „Hochdruckbereich“ bezeichnet wird und in manchen Fällen ein stromaufwärtiger Abschnitt innerhalb eines Serpentinenkanals sein kann) und wenigstens einen Bereich relativ niedrigeren Kühlmitteldruckes (der im Anschluss hieran als ein „Niederdruckbereich“ bezeichnet wird und bezogen auf den Hochdruckbereich einen stromabwärtigen Abschnitt innerhalb eines Serpentinenkanals sein kann) umfassen.
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Allgemein sind die vielfältigen Ausführungen konventioneller innerer interner Kühlkanäle 116 beim Bereitstellen einer aktiven Kühlung für bestimmte Bereiche innerhalb der Rotorschaufel 100 wirksam. Wie ein Fachmann jedoch erkennt, erweist sich der Plattformbereich als herausfordernder. Dies liegt wenigstens zum Teil an der ungünstigen Geometrie der Plattform, d.h. ihrer schmalen radialen Höhe und der Art, in der sie aus dem Kern oder Hauptkörper der Rotorschaufel 100 hervorsteht. Wenn die Einwirkungen der extremen Temperaturen des Heißgaspfades und die hohen mechanischen Belastungen, der die Plattform ausgesetzt ist, gegeben sind, sind die Kühlanforderungen der Plattform jedoch erheblich. Wie oben beschrieben, sind konventionelle Plattformkühlkonstruktionen unwirksam, weil sie sich nicht den speziellen Herausforderungen des Bereiches zuwenden, ineffizient in ihrer Nutzung des Kühlmittels und/oder teuer in der Herstellung sind.
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Unter Bezug auf die 6 bis 14: Es sind verschieden Ansichten beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Rotorschaufel 100 einer Turbine und eine Platte 132 mit einem Serpentinenkühlkanal (dem Kanal 133) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Anmeldung. Wie gezeigt, kann die Platte 132 an der Plattform 110 angebracht sein. Im Einzelnen kann die Platte 132 an der Plattformunterseite 114 anliegen. Wie die Plattformoberseite 113 einer Plattform 110 kann eine Plattformunterseite 114 eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende ebene Oberfläche aufweisen. (Man beachte, dass der Ausdruck „eben“, wenn er hierin verwendet wird, näherungsweise oder im Wesentlichen in der Form einer Ebene bedeutet. Ein Fachmann wird z.B. erkennen, dass Plattformen dazu eingerichtet sein können, dass sie eine Außenoberfläche aufweisen, die leicht gekrümmt und konvex ist, wobei die Krümmung dem Umfang der Turbine an der radialen Position der Rotorschaufeln entspricht. Wenn es hierin verwendet wird, wird diese Art der Form einer Plattform als eben angesehen, wenn der Krümmungsradius genügend groß ist, um der Plattform ein ebenes Erscheinungsbild zu geben.) In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine flache Tasche 131 in der Plattformunterseite 114 angeordnet sein, wie es in den 9 bis 11 gezeigt ist. Die flache Tasche 131 kann durch ein oder mehrere Herstellungsverfahren, wie z.B. durch maschinelles oder spanabhebendes Bearbeiten, Gießen und dergleichen, aber ohne eine Beschränkung auf diese ausgebildet sein. Eine vorhandene Rotorschaufel kann z.B. maschinell so bearbeitet werden, dass eine geeignete flache Tasche gebildet wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann die flache Tasche 131 an einem Bereich der Plattformunterseite 114 angeordnet sein, der im Wesentlichen der Druckseite des Schaufelblatts 102 der Rotorschaufel 100 entspricht. Die flache Tasche 131 kann gemäß der vorliegenden Erfindung dazu eingerichtet sein, eine Platte 132 aufzunehmen.
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Wie in den 8 und 12 dargestellt, kann die Platte 132 eine radial dünne Struktur mit einer ebenen Plattenoberseite 134 aufweisen, an der der Kanal 133 ausgebildet ist. Die ebene Plattenoberseite 134 kann sich in der Axial- und Umfangsrichtung erstrecken, sobald sie an der Plattformunterseite 114 angebracht worden ist. In einer Ausführungsform umfasst der Kanal 133 einen Serpentinenpfad oder gewundenen Pfad, wobei auch andere Konfigurationen möglich sind. Wie gezeigt, ist der Kanal 133 an der Oberfläche der Platte 132 ausgebildet, d.h. nicht vollständig innerhalb der Platte 132 enthalten. Der Kanal 133 kann demnach so beschrieben werden, dass er an der Plattenoberseite 134 offen bleibt. Es wird erkannt, dass die Plattformunterseite 114 nach dem Anbringen der Platte 132 an der Plattformunterseite 114 den Kanal 133 einschließt. Das bedeutet, dass die Plattformunterseite 114 für den Kanal 133 eine Abdeckung 140 herstellen kann, sobald die beiden Oberflächen verbunden werden.
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Der Kanal 133 kann ein stromaufwärtiges Ende 138 und ein stromabwärtiges Ende 139 aufweisen. Ein Hochdruckanschluss 148 kann das stromaufwärtige Ende 138 des Kanals 133 mit dem Hochdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals 116 verbinden. Ein Niederdruckanschluss 149 kann das stromabwärtige Ende 139 des Kanals 133 mit dem Niederdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals 116 verbinden. In Bezug auf die Richtungen vorne und hinten bezogen auf die Rotorschaufel 100 kann das stromaufwärtige Ende 138 des Kanals 133 eine relativ vordere Position und das stromabwärtige Ende 139 des Kanals 133 eine hintere Position aufweisen.
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Wie erwähnt kann das Schaufelblatt 102 so beschrieben werden, dass es eine Druckseite 106 und eine Saugseite 105 aufweist, und eine Druckseitenschnittfläche oder Druckseitenkante 126 kann die Plattformkante umfassen, die der Druckseite 106 des Schaufelblatts 102 entspricht. In einer Ausführungsform ist die Platte 132 an einem Bereich der Plattformunterseite 114 angeordnet, der der Druckseite des Schaufelblattes entspricht, wie es in 7 gezeigt ist. Weiterhin kann die Platte 132 wie in den 7, 8 und 12 im Profil, d.h. aus dem Blickwinkel der 7 gezeigt, eine gebogene Kante 151 und eine gerade Kante 152 aufweisen. Es wird erkannt, dass die gebogene Kante 151 in der Form näherungsweise dem gekrümmten Profil des Schaufelblatts 102 entspricht, während die Druckseite 106 des Schaufelblatts 102 an die Plattform 110 anschließt. Dahingegen kann die gerade Kante 152 in der Form näherungsweise dem geradlinigen Profil der Druckseitenschnittfläche oder Druckseitenkante 126 entsprechen. Im Einzelnen kann die Anordnung der gebogenen Kante 151 und der geraden Kante 152 der Platte 132 in einigen Ausführungsbeispielen der Anordnung des gekrümmten Profils des Schaufelblatts 102 und des geradlinigen Profils der Druckseitenschnittfläche oder Druckseitenkante 126 entsprechen.
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In einigen Ausführungsformen ist der Kanal 133 so ausgebildet, dass er einen Schnittflächenabschnitt 155 aufweist. Der Schnittflächenabschnitt 155 kann einen Abschnitt des Kanals enthalten, der in der Nähe von und parallel zu der geraden Kante 152 der Platte 132 liegt (und demnach wie in 7 dargestellt in der Nähe der Druckseitenkante 126 angeordnet ist, wenn die Platte 132 eingebaut ist). Das stromaufwärtige Ende 138 des Schnittflächenabschnitts 155 kann in der Nähe des stromaufwärtigen Endes 138 des Kanals 133 angeordnet sein. Die Länge, über die sich der Schnittflächenabschnitt 155 entlang der geraden Kante 152 der Platte 132 erstreckt, kann als eine „Schnittflächenabschnittskanallänge“ bezeichnet werden. In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Schnittflächenabschnittskanallänge wenigstens das 0,5-fache der Länge der Schnittfläche oder Druckseitenkante 126 betragen. Besonders bevorzugt kann die Schnittflächenabschnittskanallänge größer als das 0,75-fache der Länge der Schnittfläche oder Druckseitenkante 126 sein. Es wird erkannt, dass die Anordnung dieses Abschnitts des Kanals in dieser Weise bestimmte Effizienzvorteile bietet. Weil der Schnittflächenabschnitt 155 nahe bei dem stromaufwärtigen Ende 138 des Kanals 133 angeordnet ist, muss das zugeführte Kühlmittel z.B. zuerst durch diesen Bereich strömen, was bewirkt, dass dieser Kühlmittel mit einer niedrigeren Temperatur als stromabwärtige Abschnitte des Kanals 133 aufnimmt. Wenn dies ein Plattformbereich ist, der einigen der höchsten Betriebstemperaturen ausgesetzt ist und ein traditionell schwierig zu kühlender Bereich ist, weil er von den zentralen Bereichen der Rotorschaufel 100 entfernt ist, ergibt das Zielen auf diesen Bereich auf diese Weise eine gewünschte Kühlstrategie.
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Nach dem Schnittflächenabschnitt weist der Kanal 133 eine Kehre 158 (d.h. eine scharfe Kurve um etwas 180°) auf und erstreckt sich im Anschluss an die Kehre 158 in die zentralen Bereiche der Platte 132, was als ein innerer Abschnitt 159 des Kanals 133 bezeichnet werden kann. Der innere Abschnitt 159 kann einen geradlinigen Abschnitt stromabwärts von der ersten Kehre 158 und stromabwärts davon eine zweite Kehre 158 aufweisen, wobei die Kombination von diesen wirksam eine Abdeckung der zentralen Bereiche der Platte 132 bietet. Die zweite Kehre 158 kann sich in der Nähe des stromaufwärtigen Endes 138 des Kanals 133 befinden.
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In einigen Ausführungsformen weist das stromaufwärtige Ende 138 des Kanals 133 eine stromaufwärtige Kammer auf. Allgemein weist die stromaufwärtige Kammer einen Bereich mit einer vergrößerten Kanalbreite auf. Wie gezeigt kann die stromaufwärtige Kammer im Profil kreisförmig sein. Im Betrieb schafft die stromaufwärtige Kammer ein großes Volumen, wo mehrere Kühlmittelzufuhrleitungen (falls vorhanden) gesammelt und danach in den Kanal 133 geführt werden können. Die stromaufwärtige Kammer bildet auch ein größeres Zielprofil, durch das die Verbindung mit dem Hochdruckanschluss 148 hergestellt werden kann. In ähnlicher Weise weist das stromabwärtige Ende 139 des Kanals 133 in einigen Ausführungsbeispielen eine stromabwärtige Kammer auf. Allgemein enthält die stromabwärtige Kammer auch einen Bereich mit einer vergrößerten Kanalbreite, und die stromabwärtige Kammer kann, wie gezeigt, ein kreisförmiges Profil aufweisen. Die stromabwärtige Kammer erzeugt ein größeres Zielprofil, durch das die Verbindung mit dem Niederdruckanschluss 149 hergestellt werden kann.
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Wie erwähnt, ist der Hochdruckanschluss 148 mit dem stromaufwärtigen Ende 138 des Kanals 133 verbunden, und der Niederdruckanschluss 149 ist mit dem stromabwärtigen Ende 139 des Kanals 133 verbunden. Die Verbindung kann unter Verwendung verschiedener Konfigurationen hergestellt werden. Zum Beispiel weist die Platte 132 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel (wie in 8 gezeigt) eine äußere Seitenwand 144 auf, die sich ununterbrochen um den Umfang der Platte 132 herum erstreckt. In diesem Falle, wie er in den 9 bis 11 gezeigt ist, enthalten die Hochdruck- und Niederdruckanschlüsse 148, 149 einen Abschnitt, der intern mit der Rotorschaufel 100 ausgebildet ist, und einen an der Plattform 110 ausgebildeten Unterseitenkanal 161. Im Einzelnen weist der Unterseitenkanal 161 einen an der Oberfläche der Plattformunterseite 114 ausgebildeten Kanal auf. Es wird erkannt, dass der Unterseitenkanal 161 ähnlich dem Kanal 163 an der Oberfläche offen bleibt, an der er angeordnet ist und welches in diesem Falle die Plattformunterseite 114 ist. Der Unterseitenkanal 161 wird erst geschlossen, wenn die Platte 132 an der Plattform 110 angebracht wird. Es wird erkannt, dass die Plattenoberseite 134 so beschrieben sein kann, dass sie als ein Boden 162 des Unterseitenkanals 161 wirkt, sobald die Platte 132 angebracht worden ist. Wie erwähnt, kann diese Konfiguration sowohl an dem Hochdruckanschluss 148 als auch an dem Niederdruckanschluss 149 verwendet werden. In dem Fall des Hochdruckanschlusses 148 entspricht das stromabwärtige Ende des Unterseitenkanals 161 in der Lage dem stromaufwärtigen Ende des Kanals 133, wobei diese jeweils in der radialen Richtung versetzt sind. In dem Falle des Niederdruckanschlusses 149 entspricht das stromaufwärtige Ende des Unterseitenkanals 161 in der Lage dem stromabwärtigen Ende 139 des Kanals 133, wobei diese jeweils in der radialen Richtung versetzt sind.
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In einer anderen Ausführungsform kann die äußere Seitenwand 144 einen Seitenwandeinlass 165 und einen Seitenwandauslass 166 aufweisen, die durch die äußere Seitenwand 144 hindurch ausgebildet sind, wie es in 12 gezeigt ist. In diesem Falle kann der Seitenwandeinlass 165 das stromaufwärtige Ende 138 des Kanals 133 durch die äußere Seitenwand 144 direkt mit dem Hochdruckanschluss 148 verbinden. Der Seitenwandauslass 166 kann das stromabwärtige Ende 139 des Kanals 133 über die äußere Seitenwand 144 direkt mit dem Niederdruckanschluss 149 verbinden.
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Die Platte 132 kann unter Verwendung vielfältiger Techniken an der Plattformunterseite 114 befestigt sein. In einigen Ausführungsformen ist die Platte 132 lösbar an der Plattform 110 angebracht. Wenn dieser Ausdruck verwendet wird, so ist gemeint, dass diese Art der Verbindung irgendeine Befestigung umfasst, die in vernünftiger Weise rückgängig gemacht werden kann, so dass die Platte 132 und/oder die Rotorschaufel 100 wieder verwendet werden können. Dies kann z.B. bestimmte Arten des Schweißens und Hartlötens sowie bestimmte Arten von Klebstoffen, mechanischen Halterungen und dergleichen umfassen. Als Teil des Anbringens der Platte können konventionelle Schritte vorgenommen werden, um den ausgebildeten Kanal 133 abzudichten, und die Verbindungen, die er zu den Hochdruck- und Niederdruckanschlüssen 148, 149 herstellt, können im Wesentlichen zu einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf zwischen dem Hochdruckanschluss 148 und dem Niederdruckanschluss 149 führen. Demnach wird im Wesentlichen das gesamte Kühlmittel, das von dem Hochdruckanschluss 148 in den Kanal 133 hineinströmt, über den Niederdruckanschluss 149 zur weiteren Verwendung an den inneren Kühlkanal 116 zurückgegeben. Fachleute werden erkennen, dass zwischen der Platte 132 und der Plattformunterseite 114 irgendeine beliebige Dichtungseinrichtung verwendet werden könnte. Es könnten z.B. eine mechanische Dichtungsscheibe, ein chemisches Dichtmittel und dergleichen verwendet werden.
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Fachleute werden erkennen, dass die Plattformkühlanordnung 130 zum effizienten Nachrüsten vorhandener Turbinenrotorschaufeln verwendet werden kann, weil die Platte 132 und die Plattform 110 nicht einstückig ausgebildete Komponenten sind. Außerdem kann die Plattformkühlanordnung 130 vorhandene innere Kühlkanäle 116 der Rotorschaufeln 100 verwenden, was die Flexibilität zur Anwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in vorhandenen oder neuen Rotorschaufeln schafft. Die Platte 132 ist auch durch Abwandlungen nach dem Gießen anpassbar. Verschiedene Aspekte der Platte 132 und des Kanals 133 können abgewandelt werden, um die Kühlung der Plattform 110 zu optimieren. Demnach kann die Plattformkühlanordnung 130 maßgeschneidert sein, um sich für vielfältige Turbinenrotorschaufelkonfigurationen zu eignen. Die Plattformkühlanordnung 130 kann auch kostengünstig und effizient hergestellt werden, weil die Platte 132 getrennt von den verschiedenen Komponenten der Turbinenrotorschaufeln gefertigt werden kann. Darüber hinaus kann die Platte 132 vorgefertigt sein und danach am Einsatzort montiert werden.
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14 stellt ein Flussdiagramm 200 dar, das ein beispielhaftes Verfahren zur Schaffung der Plattformkühlanordnung 130 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt. Das Flussdiagramm 200 beginnt bei einem Schritt 202, in dem die flache Tasche 131, falls es erforderlich ist, an einer vorbestimmten Stelle maschinell bzw. spanabhebend in die Plattformunterseite 114 eingearbeitet wird. In einigen Ausführungsformen entspricht die bevorzugte Stelle der Druckseite 106 des Schaufelblattes 102. Dieser maschinelle Bearbeitungsvorgang ist in den 9 bis 11 dargestellt. 9 stellt den Querschnitt einer Plattform 110 dar, bevor die Tasche 131 ausgebildet worden ist. Wie gezeigt können zahlreiche vorhandene Plattformen 110 eine ebene Plattformunterseite 114 aufweisen, wobei jedoch eine gewisse maschinelle Bearbeitung erforderlich sein kann, um genügend Spiel für eine Platte 132 zu schaffen, die eine Größe aufweist, um einen gewünschten Abdeckungsbereich der Kühlung zu bieten. 10 stellt die Bereiche dar, die zur Entfernung vorgesehen sein können. Die flache Tasche 131 kann eine Profilform aufweisen, die im Wesentlichen dem Profil der Druckseite 106 des Schaufelblattes 102 entspricht, das auch dem Profil der geformten Platte 132 entsprechen kann. Es wird erkannt, dass die flache Tasche 131 in einigen Fällen als ein eingegossenes Element bereits in der Rotorschaufel 100 vorhanden sein kann.
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In dem Schritt 204 können der Hochdruckanschluss 148 und der Niederdruckanschluss 149 ausgebildet werden. Der Hochdruckanschluss 148 kann einen vorbestimmten Aufbau und eine vorbestimmte Lage aufweisen, so dass er den Hochdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals 116 mit der letztendlichen Lage des stromaufwärtigen Endes 138 des Kanals 133 oder dem Seitenwandeinlass 165 der Platte 132 verbindet, was immer der Fall sein mag. In dem Fall, in dem der Seitenwandeinlass 165 nicht vorhanden ist, kann die Ausbildung des Hochdruckanschlusses 148 die Ausbildung eines Unterseitenkanals 161 einschließen, wie er oben beschrieben ist. In gleicher Weise kann der Niederdruckanschluss 149 einen vorbestimmten Aufbau und eine vorbestimmte Lage aufweisen, so dass er den Niederdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals 116 mit der letztendlichen Lage des stromabwärtigen Endes 139 des Kanals 133 oder dem Seitenwandauslass 166 verbindet, was immer der Fall sein mag. In dem Fall, in dem der Seitenwandauslass 166 nicht vorhanden ist, kann die Ausbildung des Niederdruckanschlusses 149 die Ausbildung eines Unterseitenkanals 161 einschließen, wie er oben beschrieben ist. Es wird erkannt, dass die Ausbildung der Hochdruck- und Niederdruckanschlüsse 148, 149 unter Verwendung eines relativ kostengünstigen maschinellen Bearbeitungsverfahrens abgeschlossen werden kann, insbesondere wenn Zugang gegeben ist, der zu dem relevanten Bereich der Rotorschaufel 100 verfügbar ist, nachdem die Ausbildung der flachen Tasche 131 abgeschlossen ist und bevor die Platte 132 angebracht wird.
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In dem Schritt 206 kann die Platte 132 gemäß gewünschten Vorgaben hergestellt werden. Es wird erkannt, dass die separate Herstellung der Platte 132 den Fertigungsprozess vereinfacht. Der Kanal 133 kann z.B. unter Verwendung einfacher maschineller Bearbeitungsverfahren oder Gießverfahren an der Platte 132 ausgebildet werden. Demgegenüber würde die Ausbildung des gleichen Kanals innerhalb einer einstückig ausgebildeten Plattform typischerweise einen wesentlich komplizierteren und teureren Gießvorgang erfordern.
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In einem Schritt 208 kann die Platte 132 an der Plattformunterseite 114 so angebracht werden, dass die Platte 132 innerhalb der Plattformunterseite 114 angeordnet ist, wodurch der Kanal 133 zwischen der Platte 132 und der Plattformunterseite 114 geschlossen wird. Die Platte 132 kann an der Plattformunterseite 114 angebracht werden, so dass die Platte 132 in der flachen Tasche 131 liegt. Schließlich können in einem Schritt 210 weitere Schritte vorgenommen werden, um den Kanal 133 abzudichten. Wie erwähnt führt das Abdichten des Kanals 133 und der Verbindungen, die er mit den Hochdruck- und Niederdruckanschlüssen 148, 149 bildet, im Wesentlichen zu einem geschlossenen Kühlmittelkreislauf zwischen dem Hochdruckanschluss 148 und dem Niederdruckanschluss 149. Es wird erkannt, dass die vorliegende Erfindung aus der Zentrifugalbelastung Nutzen zieht, die während des Betriebs auftritt, um die zwischen der Platte 132 und der Plattformunterseite 114 erzeugte Dichtwirkung zu verstärken, insbesondere wenn ein oder mehrere Unterseitenkanäle 161 verwendet werden, um den Kanal 133 mit der Kühlmittelzufuhr zu verbinden.
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Wie ein Fachmann erkennt können die zahlreichen verschiedenen Merkmale und Konfigurationen, die oben im Bezug auf die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen beschrieben sind, außerdem selektiv angewandt werden, um die anderen möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden. Zum Zwecke der Kürze und unter Berücksichtigung der Fähigkeiten eines Fachmanns sind nicht alle möglicher Iterationen angegeben oder im Einzelnen erläutert, wobei jedoch alle Kombinationen und möglichen Ausführungsbeispiele von den verschiedenen Ansprüchen unten eingeschlossen sind oder es anderenfalls beabsichtigt ist, dass sie Teil der vorliegenden Anmeldung sind. Weiterhin entnehmen Fachleute der obigen Beschreibung mehrerer beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung Verbesserungen, Änderungen und Abwandlungen. Es ist beabsichtigt, dass derartige Verbesserungen, Änderungen und Abwandlungen innerhalb des Fachwissens ebenfalls durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt sind. Weiterhin sollte erkannt werden, dass sich das Vorangegangene nur auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung bezieht und zahlreiche Änderungen und Abwandlungen hieran vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Bereich der Anmeldung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
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Es ist eine Plattformkühlanordnung 130 in einer Rotorschaufel 100 einer Turbine mit einer Plattform 110 an einem Übergang zwischen einem Schaufelblatt 102 und einem Fuß 104 geschaffen, wobei die Rotorschaufel 100 einen inneren Kühlkanal 116 aufweist, der im Betrieb wenigstens einen Hochdruckkühlmittelbereich und einen Niederdruckkühlmittelbereich aufweist, wobei die Plattform 110 eine Plattformunterseite (114) aufweist. Die Plattformkühlanordnung 130 kann enthalten: eine Platte 132, die eine Plattenoberseite 134 aufweist; einen an der Plattenoberseite 134 ausgebildeten Kanal 133, wobei der Kanal 133 ein stromaufwärtiges Ende 138 und ein stromabwärtiges Ende 139 aufweist und an der Plattenoberseite 134 offen ist, so dass die Plattformunterseite 114 eine Kanalabdeckung 140 beinhaltet, wenn die Platte 132 an der Plattform 110 angebracht ist; einen Hochdruckanschluss 148, der das stromaufwärtige Ende 138 des Kanals 133 mit dem Hochdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals 116 verbindet; und einen Niederdruckanschluss 149, der das stromabwärtige Ende 139 des Kanals 133 mit dem Niederdruckkühlmittelbereich des inneren Kühlkanals 116 verbindet.
