DE202017104872U1 - Kühlkreislauf für eine mehrwandige Schaufel - Google Patents
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Abstract
Kühlkreislauf (30) für eine mehrwandige Schaufel (6), der aufweist: einen Druckseitenhohlraum (20A) mit einer Fläche (46) benachbart zu einer Druckseite (8) der mehrwandigen Schaufel (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Fläche (50) benachbart zu einer Saugseite (10) der mehrwandigen Schaufel (6); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B) mit Flächen (60, 62) benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8, 10) der mehrwandigen Schaufel (6), wobei der erste Vorderkantenhohlraum (18B) vor den Druck- und Saugseitenhohlräumen (20A, 22A) angeordnet ist; und einen zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8, 10) der mehrwandigen Schaufel (6), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A) vor dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) angeordnet ist.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Diese Anmeldung ist mit den parallel anhängigen US-Anmeldungen mit den Nummern 14/977,078, 14/977,102, 14/977,124, 14/977,152, 14/977,175, 14/977,200, 14/977,228, 14/977,247 und 14/977,270, die alle am 21. Dezember 2016 eingereicht wurden, und mit den parallel anhängigen US-Anmeldungen mit den Nummern 15/239,968, 15/239,994, 15/5239,940 und 15/239,930 verwandt, die alle am 18. August 2016 eingereicht wurden.
- HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
- Die Offenbarung betrifft allgemein Turbinensysteme und insbesondere einen Kühlkreislauf für eine mehrwandige Schaufel.
- Gasturbinensysteme sind ein Beispiel für Turbinenmaschinen, die in Gebieten, wie beispielsweise der Energieerzeugung, in weitem Umfang eingesetzt werden. Ein herkömmliches Gasturbinensystem enthält einen Verdichterabschnitt, einen Brennkammerabschnitt und einen Turbinenabschnitt. Während eines Betriebs eines Gasturbinensystems sind verschiedene Komponenten in dem System, wie beispielsweise Turbinenschaufeln, Strömungen mit hoher Temperatur ausgesetzt, die einen Ausfall der Komponenten hervorrufen können. Da Strömungen mit höherer Temperatur im Allgemeinen eine höhere Leistung, einen erhöhten Wirkungsgrad und eine erhöhte Leistungsabgabe eines Gasturbinensystems zur Folge haben, ist es vorteilhaft, die Komponenten, die den Strömungen mit hoher Temperatur ausgesetzt sind, zu kühlen, um dem Gasturbinensystem zu ermöglichen, bei erhöhten Temperaturen zu arbeiten.
- Turbinenlaufschaufeln enthalten gewöhnlich ein verzweigtes Labyrinth aus inneren Kühlkanälen. Kühlluft, die z.B. von einem Verdichter eines Gasturbinensystems zugeführt wird, kann durch die inneren Kühlkanäle durchgeleitet werden, um die Turbinenlaufschaufeln zu kühlen.
- Kühlsysteme für eine mehrwandige Turbinenschaufel können innere wandnahe Kühlkreisläufe enthalten. Derartige wandnahe Kühlkreisläufe können z.B. wandnahe Kühlkanäle benachbart zu den Außenwänden einer mehrwandigen Schaufel enthalten. Die wandnahen Kühlkanäle sind gewöhnlich klein, wobei sie eine geringere Kühlströmung erfordern, während sie dennoch eine hinreichende Geschwindigkeit aufrechterhalten, damit eine effektive Kühlung stattfindet. Es können andere, gewöhnlich größere, eine geringerer Kühleffektivität aufweisende zentrale Kanäle einer mehrwandigen Schaufel als eine Kühlluftquelle verwendet werden, und sie können in einem oder mehreren Wiederverwertungskreisläufen verwendet werden, um eine „verbrauchte“ Kühlströmung zu sammeln und erneut umzuleiten, um sie zu Regionen mit geringerer Wärmebelastung der mehrwandigen Schaufel neu zu verteilen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Ein erster Aspekt der Offenbarung ergibt einen Kühlkreislauf für eine mehrwandige Schaufel, wobei der Kühlkreislauf enthält: einen Druckseitenhohlraum mit einer Fläche benachbart zu einer Druckseite der mehrwandigen Schaufel; einen Saugseitenhohlraum mit einer Fläche benachbart zu einer Saugseite der mehrwandigen Schaufel; einen ersten Vorderkantenhohlraum mit Flächen benachbart zu der Druck- und Saugseite der mehrwandigen Schaufel, wobei der erste Vorderkantenhohlraum vor dem Druck- und Saugseitenhohlräumen angeordnet ist; und einen zweiten Vorderkantenhohlraum mit Flächen benachbart zu der Druck- und Saugseite der mehrwandigen Schaufel, wobei der zweite Vorderkantenhohlraum vor dem ersten Vorderkantenhohlraum angeordnet ist.
- Ein zweiter Aspekt der Offenbarung ergibt eine Vorrichtung, die enthält: eine mehrwandige Turbinenschaufel; und einen Kühlkreislauf, der innerhalb der mehrwandigen Turbinenschaufel angeordnet ist, wobei der Kühlkreislauf enthält: einen Druckseitenhohlraum mit einer Fläche benachbart zu einer Druckseite der mehrwandigen Schaufel; einen Saugseitenhohlraum mit einer Fläche benachbart zu einer Saugseite der mehrwandigen Schaufel; einen ersten Vorderkantenhohlraum mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite der mehrwandigen Schaufel, wobei der erste Vorderkantenhohlraum vor den Druck- und Saugseitenhohlräumen angeordnet ist; und einen zweiten Vorderkantenhohlraum mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite der mehrwandigen Schaufel, wobei der zweite Vorderkantenhohlraum vor dem ersten Vorderkantenhohlraum angeordnet ist.
- Ein dritter Aspekt der Offenbarung ergibt eine Turbinenmaschine, die enthält: ein Gasturbinensystem, das eine Verdichterkomponente, eine Brennkammerkomponente und eine Turbinenkomponente enthält, wobei die Turbinenkomponente mehrere Turbomaschinenschaufeln enthält und wobei wenigstens eine der Turbomaschinenschaufeln eine mehrwandige Schaufel enthält; und einen Kühlkreislauf, der innerhalb der mehrwandigen Schaufel angeordnet ist, wobei der Kühlkreislauf enthält: einen Druckseitenhohlraum mit einer Fläche benachbart zu einer Druckseite der mehrwandigen Schaufel; einen Saugseitenhohlraum mit einer Fläche benachbart zu einer Saugseite der mehrwandigen Schaufel; einen ersten Vorderkantenhohlraum mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite der mehrwandigen Schaufel, wobei der erste Vorderkantenhohlraum vor den Druck- und Saugseitenhohlräumen angeordnet ist; und einen zweiten Vorderkantenhohlraum mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite der mehrwandigen Schaufel, wobei der zweite Vorderkantenhohlraum vor dem ersten Vorderkantenhohlraum angeordnet ist.
- Die anschaulichen Aspekte der vorliegenden Offenbarung lösen die hierin beschriebenen Probleme und/oder andere Probleme, die nicht erläutert sind.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Diese und weitere Merkmale dieser Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verstanden, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung zeigen.
-
1 zeigt eine Perspektivansicht einer mehrwandigen Schaufel gemäß Ausführungsformen. -
2 ist eine Querschnittsansicht der mehrwandigen Schaufel nach1 , geschnitten entlang der Linie X-X in1 , gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
3 zeigt einen Teil der Querschnittsansicht nach2 unter Veranschaulichung eines Vorderkantenkühlkreislaufs gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
4 ist eine Perspektivansicht des Vorderkantenkühlkreislaufs gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
5 zeigt einen Teil der Querschnittsansicht nach2 unter Veranschaulichung eines Vorderkantenkühlkreislaufs gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
6 ist eine schematische Darstellung eines Gasturbinensystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen. - Es sei erwähnt, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sind dazu gedacht, lediglich typische Aspekte der Offenbarung zu zeigen, und sollten folglich nicht in einem den Schutzumfang der Offenbarung beschränkenden Sinne betrachtet werden. In der Zeichnung kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente zwischen den Zeichnungen.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Wie vorstehend erwähnt, bezieht sich die Offenbarung allgemein auf Turbinensysteme und insbesondere auf einen Kühlkreislauf zur Kühlung einer mehrwandigen Schaufel.
- In den Figuren (siehe z.B.
6 ) repräsentiert die „A“-Achse eine axiale Orientierung. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnen die Ausdrücke „axial“ und/oder „in Axialrichtung“ die relative Position/Richtung von Objekten entlang der Achse A, die im Wesentlichen parallel zu der Drehachse der Turbinenmaschine (insbesondere des Rotorabschnitts) verläuft. Wie ferner hierin verwendet, beziehen sich die Ausdrücke „radial“ und/oder „in Radialrichtung“ auf die relative Position/Richtung von Objekten entlang einer Achse „r“ (siehe z.B.1 ), die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse A verläuft und die Achse A an nur einer einzigen Stelle schneidet. Außerdem beziehen sich die Ausdrücke „Umfangs-“ oder „in Umfangsrichtung“ auf die relative Position/Richtung von Objekten entlang eines Umfangs (c), der die Achse A umgibt, aber die Achse A an keiner Stelle schneidet. - Unter Verweis auf
1 ist eine Perspektivansicht einer Turbomaschinenlaufschaufel2 veranschaulicht. Die Turbomaschinenlaufschaufel2 enthält einen Schaft4 und eine mehrwandige Schaufel6 , die mit dem Schaft4 verbunden ist und sich von diesem aus radial nach außen erstreckt. Die mehrwandige Schaufel6 enthält eine Druckseite8 , eine gegenüberliegende Saugseite10 und einen Spitzenbereich38 . Die mehrwandige Schaufel6 enthält ferner eine Vorderkante14 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 sowie eine Hinterkante16 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 auf einer der Vorderkante14 gegenüberliegenden Seite. Die mehrwandige Schaufel6 erstreckt sich von einer Plattform3 , die eine druckseitige Plattform5 und eine saugseitige Plattform7 enthält, radial weg. - Der Schaft
4 und die mehrwandige Schaufel6 können jeweils aus einem oder mehreren Metallen (z.B. Nickel, Nickellegierungen etc.) erzeugt sein und können gemäß herkömmlichen Methoden erzeugt (z.B. gegossen, geschmiedet oder in sonstiger Weise maschinell hergestellt) sein. Der Schaft4 und die mehrwandige Schaufel6 können integral ausgebildet (z.B. gegossen, geschmiedet, dreidimensional gedruckt, etc.) sein oder können als gesonderte Komponenten erzeugt sein, die anschließend (z.B. über Schweißen, Löten, Kleben oder einen anderen Verbindungsmechanismus) aneinandergefügt werden. Die mehrwandige Schaufel6 kann eine stationäre Schaufel (Leitschaufel) oder eine drehbare Schaufel sein. -
2 zeigt eine Querschnittsansicht der mehrwandigen Schaufel6 , geschnitten entlang der Linie X-X von1 . Wie gezeigt, kann die mehrwandige Schaufel6 mehrere innere Hohlräume enthalten. In Ausführungsformen umfasst die mehrwandige Schaufel6 mehrere Vorderkantenhohlräume18A ,18B , mehrere druckseitige (außenliegende) Hohlräume20A –20D , mehrere saugseitige (außenliegende) Hohlräume22A –22E , mehrere Hinterkantenhohlräume24A –24C und mehrere zentrale Hohlräume26A ,26B . Der Vorderkantenhohlraum18B befindet sich hinter dem Vorderkantenhohlraum18A (näher zu der Hinterkante16 ). Die Anzahl der Hohlräume18 ,20 ,22 ,24 ,26 im Innern der mehrwandigen Schaufel6 kann natürlich abhängig z.B. von der spezifischen Konfiguration, Größe, dem Verwendungszweck usw. der mehrwandigen Schaufel6 variieren. Insofern ist die Anzahl der Hohlräume18 ,20 ,22 ,24 ,26 , die in den hier dargestellten Ausführungsformen gezeigt sind, nicht beschränkend gemeint. Gemäß Ausführungsformen können verschiedene Kühlkreisläufe mit unterschiedlichen Kombinationen der Hohlräume18 ,20 ,22 ,24 ,26 bereitgestellt werden. - Ein serpentinenförmiger Vorderkantenkühlkreislauf
30 gemäß Ausführungsformen ist in den3 und4 gezeigt. Wie der Name andeutet, ist der Vorderkantenkühlkreislauf30 benachbart zu der Vorderkante14 der mehrwandigen Schaufel6 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 der mehrwandigen Schaufel6 angeordnet. - Bezug nehmend gleichzeitig auf die
3 und4 wird eine Kühlluftströmung32 , die zum Beispiel von einem Verdichter104 eines Gasturbinensystems102 (6 ) erzeugt wird, durch den Schaft4 (1 ) zu dem Vorderkantenkühlkreislauf30 (z.B. über wenigstens eine Kühlluftzufuhr) zugeführt. Die Kühlluftströmung32 wird einer Basis34 des Vorderkantenhohlraums18A zugeführt. Die Kühlluftströmung32 strömt radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum18A in Richtung eines Spitzenbereichs38 der mehrwandigen Schaufel6 , wobei sie eine Konvektionskühlung erzielt. - Eine Wendung
36 leitet einen ersten Teil40 der Kühlluftströmung32 von dem Vorderkantenhohlraum18A in den Druckseitenhohlraum20A . Der erste Teil40 der Kühlluftströmung32 strömt radial nach innen durch den Druckseitenhohlraum20A hindurch, wodurch er eine Konvektionskühlung erzielt. Eine Wendung42 leitet einen zweiten Teil44 der Kühlluftströmung32 von dem Vorderkantenhohlraum18A in den Saugseitenhohlraum22A . Der zweite Teil44 der Kühlluftströmung32 strömt radial nach innen durch den Saugseitenhohlraum22A , wodurch er eine Konvektionskühlung erzielt. Wie in3 veranschaulicht, umfasst der Druckseitenhohlraum20A eine Oberfläche46 , die der Druckseite8 der mehrwandigen Schaufel6 benachbart ist, und eine Oberfläche48 , die dem zentralen Hohlraum26A benachbart ist. Ferner umfasst der Saugseitenhohlraum22A eine Oberfläche50 benachbart zu der Saugseite10 der mehrwandigen Schaufel6 und eine Oberfläche52 benachbart zu dem zentralen Hohlraum26A . Gemäß Ausführungsformen ist der zentrale Hohlraum26A effektiv adiabatisch mit keiner oder sehr geringer Fluidgeschwindigkeit, und er weist keine Oberflächen auf, die zu der Druckseite8 oder der Saugseite10 der mehrwandigen Schaufel6 benachbart angeordnet sind. Gemäß Ausführungsformen können die Wendungen36 ,42 (wie auch andere nachstehend beschriebene Wendungen) eine Leitung, einen Schlauch, ein Rohr, einen Kanal und/oder irgendeinen anderen geeigneten Mechanismus umfassen, der in der Lage ist, Luft oder irgendein anderes Gas von einer Stelle zu einer anderen Stelle innerhalb der mehrwandigen Schaufel6 hinüberzuleiten. - Eine Wendung
54 leitet den ersten Teil40 der Kühlluftströmung32 in eine Basis58 des Vorderkantenhohlraums18B um. In ähnlicher Weise leitet eine (nicht gezeigte) Wendung den zweiten Teil44 der Kühlluftströmung32 in die Basis58 des Vorderkantenhohlraums18B um. Der erste und der zweite Teil40 ,44 der Kühlluftströmung32 rekombinieren in dem Vorderkantenhohlraum18B , um erneut die Kühlströmung32 zu bilden, die radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum18B zu dem Spitzenbereich38 der mehrwandigen Schaufel6 hin strömt, wodurch sie für eine Konvektionskühlung sorgt. Wie in3 gezeigt ist, weist der Vorderkantenhohlraum18B eine Oberfläche60 , die zu der Druckseite8 der mehrwandigen Schaufel6 benachbart ist, und eine Oberfläche62 auf, die zu der Saugseite10 der mehrwandigen Schaufel6 benachbart ist. - Wenn die Kühlluftströmung radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum
18B strömt, kann ein Teil64 der Kühlluftströmung32 durch wenigstens einen Kanal66 von dem Vorderkantenhohlraum18B zu der Spitze68 (1 ) der mehrwandigen Schaufel6 geleitet werden. Der Teil64 der Kühlluftströmung32 kann durch wenigstens einen Kanal66 aus der Spitze68 der mehrwandigen Schaufel6 als Spitzenfilm70 ausgegeben werden, um eine Spitzenfilmkühlung zu erzielen. Ein anderer Teil72 der Kühlluftströmung32 kann durch eine oder mehrere Öffnungen74 in der Druck- und/oder der Saugseite8 ,10 der mehrwandigen Schaufel ausgegeben werden, um eine Kühlfilmströmung über die Außenseite der mehrwandigen Schaufel6 bereitzustellen. In weiteren Ausführungsformen können die Teile64 ,72 der Kühlluftströmung32 oder andere Teile der Kühlluftströmung32 zu Kühlkreisläufen in der Spitze68 oder der Plattform3 (oder inneren / äußeren Seitenwänden) geführt werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter dem serpentinenförmigen Vorderkantenkühlkreislauf30 wiederverwendet werden. - Wie in
5 gezeigt ist, können in anderen Ausführungsformen die Strömungsrichtungen umgekehrt werden. Zum Beispiel kann in5 eine Kühlluftströmung132 in den Vorderkantenhohlraum18A eingespeist werden und radial nach innen durch diesen hindurch strömen. Die Kühlluftströmung132 ist in Anteile140 ,144 aufgeteilt, die in den Druckseiten- bzw. den Saugseitenhohlraum20A bzw.22A geleitet werden. Die Teile140 ,144 der Kühlluftströmung132 strömen radial nach außen durch den Druckseiten- bzw. Saugseitenhohlraum20A bzw.22A und werden in dem Vorderkantenhohlraum18B zu der Luftströmung132 rekombiniert. Die Luftströmung132 wird dann radial nach innen durch den Vorderkantenhohlraum18B geleitet. Wenn sie durch den Vorderkantenhohlraum18B strömt, kann ein Teil164 der Kühlluftströmung32 durch wenigstens einen Kanal166 von dem Vorderkantenhohlraum18B zu der Spitze68 (1 ) der mehrwandigen Schaufel6 geleitet werden. Der Teil164 der Kühlluftströmung132 kann durch wenigstens einen Kanal66 aus der Spitze68 der mehrwandigen Schaufel6 als Spitzenfilm70 (1 ) ausgegeben werden, um eine Spitzenfilmkühlung zu erzielen. Ein Teil172 der Kühlluftströmung132 kann verwendet werden, um eine Kühlfilmströmung über der Außenseite der mehrwandigen Schaufel6 bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Teile164 ,172 der Kühlluftströmung132 oder andere Teile der Kühlluftströmung132 zu der Plattform3 (oder den inneren / äußeren Seitenwänden) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter dem serpentinenförmigen Vorderkantenkühlkreislauf130 wiederverwendet werden. - Die Kühlkreisläufe
30 ,130 sind zur Verwendung in der mehrwandigen Schaufel6 einer Turbomaschinenlaufschaufel2 beschrieben worden, die während eines Betriebs einer Gasturbine umläuft. Die Kühlkreisläufe30 ,130 können jedoch auch für eine Kühlung im Innern stationärer Turbinenleitschaufeln einer Gasturbine verwendet werden. Ferner können die Kühlkreisläufe30 ,130 verwendet werden, um andere Strukturen zu kühlen, die während des Betriebs eine interne Kühlluftströmung benötigen. -
6 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbinenmaschine102 , wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbinenmaschine102 kann einen Verdichter104 enthalten. Der Verdichter104 verdichtet eine ankommende Luftströmung106 . Der Verdichter104 liefert eine Strömung verdichteter Luft108 zu einer Brennkammer110 . Die Brennkammer110 vermischt die Strömung der verdichteten Luft108 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffströmung112 und zündet das Gemisch, um eine Strömung von Verbrennungsgasen114 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer110 veranschaulicht ist, kann das Gasturbinensystem102 eine beliebige Anzahl von Brennkammern110 enthalten. Die Strömung der Verbrennungsgase114 wird wiederum zu einer Turbine116 geliefert, die gewöhnlich mehrere der Turbomaschinenschaufeln2 (1 ) enthält. Die Strömung der Verbrennungsgase114 treibt die Turbine116 an, um mechanische Arbeit zu verrichten. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine116 verrichtet wird, treibt den Verdichter104 über eine Welle118 an und kann verwendet werden, um eine externe Last120 , wie etwa einen elektrischen Generator und/oder dergleichen, anzutreiben. - In verschiedenen Ausführungsformen können Komponenten, die als miteinander „gekoppelt“ oder „verbunden“ beschrieben sind, entlang einer oder mehrerer Verbindungsstellen miteinander verbunden sein. In einigen Ausführungsformen können diese Verbindungsstellen Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten enthalten, und in anderen Fällen können diese Verbindungsstellen eine fest und/oder integral ausgebildete Zwischenverbindung enthalten. Das heißt, Komponenten, die miteinander „verbunden“ sind, können in einigen Fällen gleichzeitig ausgebildet sein, um ein einziges kontinuierliches Element zu definieren. Jedoch können diese verbundenen Komponenten in anderen Ausführungsformen als gesonderte Elemente erzeugt und anschließend über bekannte Prozesse (z.B. Befestigung, Ultraschallschweißen, Kleben) miteinander verbunden werden.
- Wenn auf ein Element oder eine Schicht derart Bezug genommen wird, dass sie sich „an“ einem anderen Element befindet, mit diesem „in Eingriff steht“, „verbunden ist“ oder „gekoppelt ist“, kann es bzw. sie sich direkt an dem anderen Element befinden oder direkt mit diesem in Eingriff stehen, verbunden oder gekoppelt sein, oder es können zwischengeschaltete Elemente vorhanden sein. Im Unterschied hierzu sind keine zwischengeschaltete Elemente oder Schichten vorhanden, wenn auf ein Element derart Bezug genommen wird, dass es sich „direkt an“ dem anderen Element befindet, mit diesem „direkt in Eingriff steht“, „direkt verbunden ist“ oder „direkt gekoppelt ist“. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ im Vergleich zu „direkt zwischen“, „benachbart“ im Vergleich zu „direkt benachbart“, etc.). In dem hierin verwendeten Sinne enthält der Ausdruck „und/oder“ eine beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente.
- Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll für die Offenbarung nicht beschränkend sein. In dem hierin verwendeten Sinne sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „das“ bzw. „die“ auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt. Es wird ferner verstanden, dass die Ausdrücke „aufweist“ und/oder „aufweisen“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch die Gegenwart oder Aufnahme einer/eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen nicht ausschließen.
- Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen und Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
- Bezugszeichenliste
-
- 2
- Turbinenlaufschaufeln
- 3
- Plattform
- 4
- Schaft
- 5
- Druckseitenplattform
- 6
- mehrwandige Schaufel
- 7
- Saugseitenplattform
- 8
- Druckseite
- 10
- Saugseite
- 14
- Vorderkante
- 16
- Hinterkante
- 18
- Vorderkantenhohlraum
- 20
- Druckseitenhohlraum
- 22
- Saugseitenhohlraum
- 24
- Hinterkantenhohlraum
- 26
- zentraler Hohlraum
- 30
- Kühlkreislauf
- 32
- Kühlluft
- 34
- Basis
- 36
- Wendung
- 38
- Spitzenbereich
- 40
- Teil der Kühlluft
- 42
- Wendung
- 44
- Teil der Kühlluft
- 46
- Fläche
- 48
- Fläche
- 50
- Fläche
- 52
- Fläche
- 54
- Wendung
- 58
- Basis
- 60
- Fläche
- 62
- Fläche
- 64
- Teil der Kühlluft
- 66
- Kanal
- 68
- Spitze
- 70
- Spitzenfilm
- 72
- Teil der Kühlluft
- 74
- Öffnung
- 102
- Gasturbinenmaschine
- 104
- Verdichter
- 106
- Luft
- 108
- verdichtete Luft
- 110
- Brennkammer
- 112
- Brennstoff
- 114
- Verbrennungsgase
- 116
- Turbine
- 118
- Welle
- 120
- externe Last
- 130
- Kühlkreislauf
- 132
- Kühlluft
- 144
- Teil der Kühlluft
- 164
- Teil der Kühlluft
- 166
- Kanal
- 172
- Teil der Kühlluft
Claims (20)
- Kühlkreislauf (
30 ) für eine mehrwandige Schaufel (6 ), der aufweist: einen Druckseitenhohlraum (20A ) mit einer Fläche (46 ) benachbart zu einer Druckseite (8 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ); einen Saugseitenhohlraum (22A ) mit einer Fläche (50 ) benachbart zu einer Saugseite (10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) mit Flächen (60 ,62 ) benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ), wobei der erste Vorderkantenhohlraum (18B ) vor den Druck- und Saugseitenhohlräumen (20A ,22A ) angeordnet ist; und einen zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A ) vor dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) angeordnet ist. - Kühlkreislauf (
30 ) nach Anspruch 1, der ferner wenigstens einen Kanal (66 ) zur Fluidverbindung des ersten Vorderkantenhohlraums (18B ) mit einer Spitze (68 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) enthält. - Kühlkreislauf (
30 ) nach Anspruch 1 oder 2, der ferner wenigstens eine Filmöffnung (74 ) zur Fluidverbindung des ersten Vorderkantenhohlraums (18B ) mit wenigstens einer von der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) enthält. - Kühlkreislauf (
30 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der ferner aufweist: eine Kühlluftströmung (32 ), die in den zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) hinein geleitet wird; eine Wendung (36 ) zur Leitung eines ersten Teils (40 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) in den Druckseitenhohlraum (20A ); eine Wendung (42 ) zur Leitung eines zweiten Teils (44 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18B ) in den Saugseitenhohlraum (22A ); eine Wendung (54 ) zur Leitung des ersten Teils (40 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem Druckseitenhohlraum (20A ) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B ); und eine Wendung zur Leitung des zweiten Teils (44 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem saugseitigen (10 ) Hohlraum in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B ), wobei der erste und der zweite Teil (40 ,44 ) der Kühlluftströmung (32 ) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) zu einer rekombinierten Luftströmung (32 ) rekombinieren. - Kühlkreislauf (
30 ) nach Anspruch 4, der ferner wenigstens einen Kanal (66 ) aufweist, wobei ein Teil (64 ) der rekombinierten Luftströmung (32 ) aus dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) zu einer Spitze (68 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) durch den wenigstens einen Kanal (66 ) ausgegeben wird, um eine Filmkühlung (32 ) der Spitze (68 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) zu erzielen. - Kühlkreislauf (
30 ) nach Anspruch 4 oder 5, der ferner wenigstens eine Filmöffnung (74 ) umfasst, wobei ein Teil (72 ) der rekombinierten Luftströmung (32 ) aus dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) zu wenigstens einer von der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) durch die wenigstens eine Filmöffnung (74 ) ausgegeben wird. - Kühlkreislauf (
30 ) nach einem beliebigen der Ansprüche 4–6, wobei die Kühlluftströmung (32 ) in dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) und die rekombinierte Kühlluftströmung (32 ) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) in eine erste Richtung durch die mehrwandige Schaufel (6 ) strömen und wobei der erste und der zweite Teil (40 ,44 ) der Kühlluftströmung (32 ) in eine zweite Richtung durch die mehrwandige Schaufel (6 ) strömen. - Kühlkreislauf (
30 ) nach Anspruch 7, wobei die erste Richtung radial nach außen durch die mehrwandige Schaufel (6 ) verläuft und wobei die zweite Richtung radial nach innen durch die mehrwandige Schaufel (6 ) verläuft. - Kühlkreislauf (
30 ) nach Anspruch 7, wobei die erste Richtung radial nach innen durch die mehrwandige Schaufel (6 ) verläuft und wobei die zweite Richtung radial nach außen durch die mehrwandige Schaufel (6 ) verläuft. - Kühlkreislauf (
30 ) nach einem beliebigen der Ansprüche 7–9, wobei ein zentraler Hohlraum (26A ) den Druckseitenhohlraum (20A ) von dem Saugseitenhohlraum (22A ) trennt. - Vorrichtung, die aufweist: eine mehrwandige Turbinenschaufel (
6 ); und einen Kühlkreislauf (30 ), der innerhalb der mehrwandigen Turbinenschaufel (6 ) angeordnet ist, wobei der Kühlkreislauf (30 ) enthält: einen Druckseitenhohlraum (20A ) mit einer Fläche (46 ) benachbart zu einer Druckseite (8 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ); einen Saugseitenhohlraum (22A ) mit einer Fläche (50 ) benachbart zu einer Saugseite (10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) mit Flächen (60 ,62 ) benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ), wobei der erste Vorderkantenhohlraum (18B ) vor den Druck- und Saugseitenhohlräumen (20A ,22A ) angeordnet ist; und einen zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A ) vor dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Kühlkreislauf (
30 ) ferner wenigstens einen Kanal (66 ) zur Fluidverbindung des ersten Vorderkantenhohlraums (18B ) mit einer Spitze (68 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) enthält. - Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Kühlkreislauf (
30 ) ferner wenigstens eine Filmöffnung (74 ) zur Fluidverbindung des ersten Vorderkantenhohlraums (18B ) mit wenigstens einer von der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) enthält. - Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 11–13, wobei der Kühlkreislauf (
30 ) ferner aufweist: eine Kühlluftströmung (32 ), die in den zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) hinein geleitet wird; eine Wendung (36 ) zur Leitung eines ersten Teils (40 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) in den Druckseitenhohlraum (20A ); eine Wendung (42 ) zur Leitung eine zweiten Teils (44 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18B ) in den Saugseitenhohlraum (22A ); eine Wendung (54 ) zur Leitung des ersten Teils (40 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem Druckseitenhohlraum (20A ) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B ); und eine Wendung zur Leitung des zweiten Teils (44 ) der Kühlluftströmung (32 ) von dem saugseitigen (10 ) Hohlraum in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B ), wobei der erste und der zweite Teil (40 ,44 ) der Kühlluftströmung (32 ) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) zu einer rekombinierten Luftströmung (32 ) rekombinieren. - Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Kühlkreislauf (
30 ) ferner wenigstens einen Kanal (66 ) aufweist, wobei ein Teil (64 ) der rekombinierten Luftströmung (32 ) aus dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) zu einer Spitze (68 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) durch den wenigstens einen Kanal (66 ) ausgegeben wird, um eine Filmkühlung (32 ) der Spitze (68 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) zu erzielen. - Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Kühlkreislauf (
30 ) ferner wenigstens eine Filmöffnung (74 ) aufweist, wobei ein Teil (72 ) der rekombinierten Luftströmung (32 ) aus dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) durch die wenigstens eine Filmöffnung (74 ) hindurch zu wenigstens einer von der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ) ausgegeben wird. - Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 14–16, wobei die Kühlluftströmung (
32 ) in dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) und die rekombinierte Kühlluftströmung (32 ) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) in eine erste Richtung durch die mehrwandige Schaufel (6 ) strömen und wobei der erste und der zweite Teil (40 ,44 ) der Kühlluftströmung (32 ) in eine zweite Richtung durch die mehrwandige Schaufel (6 ) strömen. - Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die erste Richtung radial nach außen durch die mehrwandige Schaufel (
6 ) verläuft und wobei die zweite Richtung radial nach innen durch die mehrwandige Schaufel (6 ) verläuft. - Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die erste Richtung radial nach innen durch die mehrwandige Schaufel (
6 ) verläuft und wobei die zweite Richtung radial nach außen durch die mehrwandige Schaufel (6 ) verläuft. - Turbinenmaschine, die aufweist: ein Gasturbinensystem (
102 ), das eine Verdichterkomponente (104 ), eine Brennkammerkomponente (110 ) und eine Turbinenkomponente (116 ) enthält, wobei die Turbinenkomponente (116 ) mehrere Turbomaschinenschaufeln (2 ) enthält und wobei wenigstens eine der Turbomaschinenschaufeln (2 ) eine mehrwandige Schaufel (6 ) enthält; und einen Kühlkreislauf (30 ), der innerhalb der mehrwandigen Schaufel (6 ) angeordnet ist, wobei der Kühlkreislauf (30 ) enthält: einen Druckseitenhohlraum (20A ) mit einer Fläche (46 ) benachbart zu einer Druckseite (8 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ); einen Saugseitenhohlraum (22A ) mit einer Fläche (50 ) benachbart zu einer Saugseite (10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) mit Flächen (60 ,62 ) benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ), wobei der erste Vorderkantenhohlraum (18B ) vor den Druck- und Saugseitenhohlräumen (20A ,22A ) angeordnet ist; und einen zweiten Vorderkantenhohlraum (18A ) mit Flächen benachbart zu der Druck- und der Saugseite (8 ,10 ) der mehrwandigen Schaufel (6 ), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A ) vor dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B ) angeordnet ist.
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