DE202017104913U1 - Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt, Vorrichtung und Turbomaschine - Google Patents

Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt, Vorrichtung und Turbomaschine Download PDF

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Abstract

Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt (6), aufweisend: einen Druckseitenhohlraum (20a) mit einer Oberfläche (44) benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (46) benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen zentralen Hohlraum (26A), angeordnet zwischen dem Druckseitenhohlraum und dem Saugseitenhohlraum (20a, 22A), wobei der zentrale Hohlraum (26A) keine Oberflächen benachbart der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6) einschließt; ein erster Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen benachbart der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6) und wenigstens eine Prallöffnung (58) zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Anmeldung steht in Beziehung zu den gleichzeitig anhängigen US-Anmeldungsnummern: 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, alle am 21. Dezember 2016 eingereicht, und den gleichzeitig anhängigen US-Anmeldenummern 15/239,940; 15/239,994; 15/239,930 und 15/239,985, alle am 18. August 2016 eingereicht.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Turbinensysteme und insbesondere auf einen Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt.
  • Gasturbinensysteme sind ein Beispiel für Turbomaschinen, die häufig in Gebieten wie beispielsweise Energieerzeugung verwendet werden. Ein konventionelles Gasturbinensystem schließt einen Verdichterabschnitt, einen Brennkammerabschnitt und einen Turbinenabschnitt ein. Während des Betriebs eines Gasturbinensystems werden verschiedene Komponenten in dem System wie beispielsweise Turbinenschaufeln Strömen mit hoher Temperatur ausgesetzt, die die Komponenten dazu veranlassen können, zu versagen. Da Ströme höherer Temperatur im Allgemeinen eine erhöhte Leistungsfähigkeit, Effizienz und Leistungsausgabe eines Gasturbinensystems ergeben, ist es vorteilhaft, die Komponenten zu kühlen, die Strömen hoher Temperatur ausgesetzt sind, um es dem Gasturbinensystem zu erlauben, bei erhöhten Temperaturen zu arbeiten.
  • Turbinenschaufeln enthalten typischerweise ein komplexes Labyrinth von internen Kühlkanälen. Kühlluft, bereitgestellt durch beispielsweise einen Verdichter eines Gasturbinensystems kann durch die internen Kühlkanäle geführt werden, um die Turbinenschaufeln zu kühlen.
  • Kühlsysteme für eine mehrwandige Turbinenschaufel können interne Nahe-der-Wand-Kühlkreisläufe einschließen. Solche Nahe-der-Wand-Kühlkreisläufe können beispielsweise Nahe-der-Wand-Kühlkanäle benachbart zu den äußeren Wänden eines mehrwandigen Blattes einschließen. Die Nahe-der-Wand-Kühlkanäle sind typischerweise klein, was weniger Kühlungsstrom erfordert, während immer noch genug Geschwindigkeit zum Erfolgen effektiver Kühlung erhalten wird. Andere, typischerweise größere zentrale Kanäle mit niedriger Kühlungseffektivität eines mehrwandigen Blattes können als eine Quelle von Kühlungsluft verwendet werden und können in einem oder mehreren Wiederverwendungskühlkreisläufen verwendet werden, um „verbrauchten“ Kühlungsstrom zu sammeln und umzuleiten zur Neuverteilung in niedrigere Wärmelastbereiche des mehrwandigen Blattes.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erster Aspekt der Offenbarung stellt einen Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt bereit, wobei der Kühlkreislauf einschließt: einen Druckseitenhohlraum mit einer Oberfläche benachbart einer Druckseite des mehrwandigen Blattes; einen Saugseitenhohlraum mit einer Oberfläche benachbart einer Saugseite des mehrwandigen Blattes; einen zentralen Hohlraum, der zwischen dem Druckseitenhohlraum und dem Saugseitenhohlraum angeordnet ist, wobei der zentrale Hohlraum keine Oberflächen benachbart zur Druckseite und Saugseite des mehrwandigen Blattes einschließt; ein erster Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart zu der Druckseite und der Saugseite des mehrwandigen Blattes; und wenigstens eine Prallöffnung zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraums mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum.
  • Ein zweiter Aspekt der Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, die einschließt: eine mehrwandiges Turbinenblatt; und einen Kühlkreislauf, der innerhalb des mehrwandigen Turbinenblattes angeordnet ist, wobei der Kühlkreislauf einschließt: einen Druckseitenhohlraum mit einer Oberfläche benachbart einer Druckseite des mehrwandigen Blattes; einen Saugseitenhohlraum mit einer Oberfläche benachbart einer Saugseite des mehrwandigen Blattes; einen zentralen Hohlraum, der zwischen dem Druckseitenhohlraum und dem Saugseitenhohlraum angeordnet ist, wobei der zentrale Hohlraum keine Oberflächen benachbart zu der Druckseite und der Saugseite des mehrwandigen Blattes aufweist; einen ersten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart zu der Druckseite und der Saugseite des mehrwandigen Blattes; und wenigstens eine Prallöffnung zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraums mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum.
  • Ein dritter Aspekt der Offenbarung stellt eine Turbomaschine bereit, die einschließt: ein Gasturbinensystem, das eine Verdichterkomponente, eine Brennkammerkomponente und eine Turbinenkomponente einschließt, wobei die Turbinenkomponente eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln einschließt und wobei wenigstens eine der Turbomaschinenschaufeln ein mehrwandiges Blatt einschließt; und einen Kühlkreislauf, der innerhalb des mehrwandigen Blattes angeordnet ist, wobei der Kühlkreislauf einschließt: Einen Druckseitenhohlraum mit einer Oberfläche benachbart zu einer Druckseite des mehrwandigen Blattes; eines Saugseitenhohlraums mit einer Oberfläche benachbart zu einer Saugseite des mehrwandigen Blattes; einen zentralen Hohlraum, angeordnet zwischen dem Druckseitenhohlraum und dem Saugseitenhohlraum, wobei der zentrale Hohlraum keine Oberflächen benachbart der Druckseite und der Saugseite des mehrwandigen Blattes einschließt; einen ersten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart der Druckseite und der Saugseite des mehrwandigen Blattes; und wenigstens eine Prallöffnung zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraums mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum.
  • Die beispielhaften Aspekte der vorliegenden Offenbarung lösen die Probleme, die hierin beschrieben sind, und/oder andere Probleme, die nicht diskutiert sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Merkmale dieser Offenbarung werden leichter aus der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung zeigen.
  • 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines mehrwandigen Blattes gemäß Ausführungsformen.
  • 2 ist eine querschnittliche Ansicht des mehrwandigen Blattes der 1 geschnitten entlang der Linie X–-X in 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • 3 zeigt einen Ausschnitt der querschnittlichen Ansicht der 2, die einen Vorderkantenkühlkreislauf gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht des Vorderkantenkühlkreislaufs gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • 5 zeigt einen Ausschnitt der querschnittlichen Ansicht der 2, die einen Vorderkantenkühlkreislauf gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Gasturbinensystems gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Es wird bemerkt, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht unbedingt maßstäblich sind. Die Zeichnungen sind dazu gedacht, nur typische Aspekte der Offenbarung zu zeigen und sollten daher nicht als den Umfang der Offenbarung begrenzend angesehen werden. In den Zeichnungen repräsentiert die gleiche Nummerierung ähnliche Elemente in den gesamten Zeichnungen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wie oben angegeben bezieht sich die Offenbarung im Allgemeinen auf Turbinensysteme und insbesondere auf einen Kühlkreislauf zum Kühlen eines mehrwandigen Blattes.
  • In den Figuren (siehe z.B. 6) repräsentiert die „A“-Achse eine axiale Richtung. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „axial“ und/oder „axial“ auf die relative Position/Richtung von Objekten entlang der Achse A, die im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Turbomaschine (insbesondere des Rotorabschnitts) ist. Wie hierin außerdem verwendet, beziehen sich die Begriffe „radial“ und/oder „radial“ auf die relative Position/Richtung von Objekten entlang einer Achse „r“ (siehe z.B. 1), die im Wesentlichen senkrecht zur Achse A ist und die Achse A an nur einer Stelle schneidet. Zusätzlich beziehen sich die Begriffe „umlaufend“ und/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.
  • Sich 1 zuwendend wird eine perspektivische Ansicht einer Turbomaschinenschaufel 2 gezeigt. Die Turbomaschinenschaufel 2 schließt einen Schaft 4 und ein mehrwandiges Blatt 6 ein, das an den Schaft 4 gekoppelt ist und sich radial ausgehend von dem Schaft 4 nach außen erstreckt. Das mehrwandige Blatt 6 schließt eine Druckseite 8, eine entgegengesetzte Saugseite 10 und einen Spitzenbereich 38 ein. Das mehrwandige Blatt 6 schließt zudem eine Vorderkante 14 zwischen der Druckseite 8 und der Saugseite 10 und eine Hinterkante 16 zwischen der Druckseite 8 und der Saugseite 10 auf einer Seite entgegengesetzt der Vorderkante 14 ein. Das mehrwandige Blatt 6 erstreckt sich radial von einer Plattform 3 weg, die eine druckseitige Plattform 5 und eine saugseitige Plattform 7 einschließt.
  • Der Schaft 4 und das mehrwandige Blatt 6 können jeweils aus einem oder mehreren Metallen (z.B. Nickel, Legierungen von Nickel, usw.) gebildet sein und können gemäß konventionellen Vorgehen gebildet (z.B. gegossen, geschmiedet oder anders maschinenhergestellt) sein. Der Schaft 4 und das mehrwandige Blatt 6 können aus einem Stück gebildet (z.B. gegossen, geschmiedet, dreidimensional gedruckt, usw.) sein oder können als separate Komponenten gebildet sein, die nachträglich verbunden sind (z.B. mittels Schweißen, Löten, Kleben oder eines anderen Kopplungsmechanismus). Das mehrwandige Blatt 6 kann ein stationäres Blatt (Düse) oder ein drehbares Blatt sein.
  • 2 zeigt eine querschnittliche Ansicht des mehrwandigen Blattes 6 geschnitten entlang der Linie X–-X der 1. Wie gezeigt, kann das mehrwandige Blatt eine Vielzahl von internen Hohlräumen einschließen. In Ausführungsformen schließt das mehrwandige Blatt 6 eine Vielzahl von Vorderkantenhohlräumen 18A, 18B, eine Vielzahl von Druckseiten(äußeren)-Hohlräumen 20A–20D, eine Vielzahl von Saugseiten(äußeren)-Hohlräumen 22A–22E, eine Vielzahl von Vorderkantenhohlräumen 24A–24C und eine Vielzahl von zentralen Hohlräumen 26A, 26B ein. Der Vorderkantenhohlraum 18B ist hinter dem Vorderkantenhohlraum 18A (näher an der Hinterkante 16). Die Anzahl der Hohlräume 18, 20, 22, 24, 26 innerhalb des mehrwandigen Blattes 6 kann natürlich abhängig von beispielsweise der genauen Konfiguration, Größe, beabsichtigten Verwendung usw. des mehrwandigen Blattes 6 variieren. Insoweit ist die Anzahl an Hohlräumen 18, 20, 22, 24, 26, die in den Ausführungsformen gezeigt ist, die hierin offenbart sind, nicht dazu gedacht, einschränkend zu sein. Gemäß Ausführungsformen können verschiedene Kühlkreisläufe bereitgestellt werden, die unterschiedliche Kombinationen der Hohlräume 18, 20, 22, 24, 26 verwenden.
  • Ein Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf 30 gemäß Ausführungsformen ist in den 3 und 4 gezeigt. Wie der Name anzeigt, ist der Vorderkantenkühlkreislauf 30 benachbart der Vorderkante 14 des mehrwandigen Blattes 6 gelegen zwischen der Druckseite 8 und der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6.
  • Gleichzeitig auf die 3 und 4 bezugnehmend wird ein Strom an Kühlluft 32, beispielsweise durch einen Verdichter 104 eines Gasturbinensystems 102 (6) erzeugt, durch den Schaft 4 (1) zu dem Vorderkantenkühlkreislauf 30 zugeführt (z.B. mittels wenigstens einer Kühlluftzuführung). Ein erster Teil 34 des Stroms an Kühlluft 32 wird über eine Druckseitenzuführung zu einer Basis 38 des Druckseitenhohlraums 20A zugeführt, die benachbart zu der Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6 ist. Ein zweiter Teil 36 des Stroms an Kühlluft 32 wird mit über eine Saugseitenzuführung zu einer Basis (nicht gezeigt) des Saugseitenhohlraums 22A zugeführt, der benachbart der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6 ist.
  • Wie in 3 und 4 zusammen mit 1 gezeigt, strömt der Strom an Kühlluft 34 radial nach außen durch den Druckseitenhohlraum 20a zu einem Spitzenbereich 38 des mehrwandigen Blattes 6, was Konvektionskühlung bereitstellt. Eine Wendeeinrichtung 40 lenkt den Strom an Kühlluft 36 von dem Saugseitenhohlraum 22A in den zentralen Hohlraum 26A. Auf korrespondierende Weise strömt der Strom an Kühlluft 36 radial nach außen durch den Saugseitenhohlraum 22A zu dem Spitzenbereich 38 des mehrwandigen Blattes 6, was Konvektionskühlung bereitstellt. Eine Wendeeinrichtung 42 lenkt den Strom an Kühlluft 36 von dem Saugseitenhohlraum 22A in den zentralen Hohlraum 26A. Der Strom an Kühlluft 34 und der Strom an Kühlluft 36 vereinigen sich in dem zentralen Hohlraum 26A, um den Strom an Kühlluft 32 erneut zu formieren. Anders als der Druckseitenhohlraum 20a, der eine Oberfläche 44 benachbart zu der Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6 hat, und der Saugseitenhohlraum 22A, der eine Oberfläche 46 benachbart der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6 hat, hat der zentrale Hohlraum 26A keine Oberfläche benachbart zu weder der Druckseite 8 noch der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6. Gemäß Ausführungsformen können die Wendeeinrichtungen 40, 42 (genauso wie andere Wendeeinrichtungen, die unten beschrieben sind) eine Leitung, Rohr, Röhre, Kanal und/oder irgendeinen anderen geeigneten Mechanismus einschließen, der in der Lage ist, Luft oder irgendein anderes Gas von einer Stelle zu einer anderen Stelle innerhalb des mehrwandigen Blattes 6 zu leiten.
  • Der Strom an Kühlluft 32 strömt radial nach innen durch den zentralen Hohlraum 26A zu einer Basis 48 des zentralen Hohlraums 26A. Eine Wendeeinrichtung 50 leitet den Strom an Kühlluft 32 anschließend von der Basis 48 des zentralen Hohlraums 26A zu einer Basis 52 des Vorderkantenhohlraums 18B um. Wie in 3 gezeigt, hat der Vorderkantenhohlraum 18B eine Oberfläche 54 benachbart zu der Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6 und eine Oberfläche 56 benachbart zu der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6.
  • Nach dem Eintreten in den Vorderkantenhohlraum 18B wird der Strom an Kühlluft 32 auf die Vorderwand 80 des Vorderkantenhohlraums 18A mittels wenigstens eines Pralllochs 58 unter Bereitstellung von Prallkühlung gerichtet. Ein Teil 60 des Nachaufprallstroms an Kühlluft 32 strömt aus dem Vorderkantenhohlraum 18A zu der Vorderkante 14 des mehrwandigen Blattes 6 durch wenigstens ein Filmloch 62, um Filmkühlung der Vorderkante 14 bereitzustellen. Ein Teil 64 des Stroms an Kühlluft 32 wird durch wenigstens einen Kanal 66 von dem Vorderkantenhohlraum 18A zu der Spitze 68 (1) des mehrwandigen Blattes 6 gelenkt. Der Teil 64 des Stroms an Kühlluft 32 kann aus der Spitze 68 des mehrwandigen Blattes 6 als Spitzenfilm 70 abgelassen werden, um Spitzenfilmkühlung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Teile 60, 64 des Stroms an Kühlluft 32 oder andere Teile des Stroms an Kühlluft 32 zu Kühlkreisläufen in der Spitze 68 oder der Plattform 3 (oder inneren / äußeren Seitenwänden) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter dem Vorderkantenserpentinenkreislauf 30 wiederverwendet werden.
  • Wie in 5 gezeigt, können die Strömungsrichtungen in anderen Ausführungsformen umgekehrt werden. Beispielsweise kann in dem Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf 130 (gezeigt in 5) ein Strom an Kühlluft 132 bereitgestellt werden und in einen Teil 134 und einen Teil 136 (z.B. mittels des Schaftes 4 oder einer oder mehrerer Hohlräume in dem mehrwandigen Blatt 6) getrennt werden. Die Teile 134, 136 strömen radial durch den Druckseitenhohlraum 20A bzw. den Saugseitenhohlraum 22A nach innen. Die Teile 134, 136 werden zu einem Strom von Kühlluft 132 in dem zentralen Hohlraum 26A wieder vereinigt, der durch den zentralen Hohlraum 26A radial nach außen strömt. Der Kühlluftstrom 132 wird dann radial nach innen in den Vorderkantenhohlraum 18B gelenkt. Nach dem Eintreten in den Vorderkantenhohlraum 18B wird der Kühlluftstrom 132 durch wenigstens ein Prallloch 58 von dem Vorderkantenhohlraum 18B in den Vorderkantenhohlraum 18A gelenkt, was Prallkühlung bereitstellt. Ein Teil 160 des Kühlluftstroms 132 strömt aus dem Vorderkantenhohlraum 18A zu der Vorderkante 14 des mehrwandigen Blattes 6 durch wenigstens ein Filmloch 62, um Filmkühlung der Vorderkante 14 bereitzustellen. Ein Teil 164 des Kühlluftstroms 132 führt durch wenigstens einen Kanal 66 von dem Vorderkantenhohlraum 18A zu der Spitze 68 (1) des mehrwandigen Blattes 6 gelenkt. Der Teil 164 des Kühlluftstroms 132 kann aus der Spitze des mehrwandigen Blattes 6 als Spitzenfilm abgelassen werden, um Spitzenfilmkühlung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Teile 160, 164 des Kühlluftstroms 132 oder andere Teile des Kühlluftstroms 132 zu der Plattform 3 (oder inneren/äußeren Seitenwände) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen nach dem Vorderkantensepentinen-Kühlkreislauf 130 wiederverwendet werden.
  • Die Kühlkreisläufe 30, 130 wurden zur Verwendung in einem mehrwandigen Blatt 6 einer Turbomaschinenschaufel 2 beschrieben, die während des Betriebs einer Gasturbine rotiert. Die Kühlkreisläufe 30, 130 können allerdings auch zum Kühlen innerhalb stationärer Turbodüsen einer Gasturbine verwendet werden. Zudem können die Kühlkreisläufe 30, 130 verwendet werden, andere Strukturen zu kühlen, die einen inneren Strom von Kühlluft während des Betriebs erfordern.
  • 6 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbomaschine 102, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbomaschine 102 kann einen Verdichter 104 einschließen. Der Verdichter 104 verdichtet einen eingehenden Luftstrom 106. Der Verdichter 104 liefert einen Strom verdichteter Luft 108 an eine Brennkammer 110. Die Brennkammer 110 mischt den Strom verdichteter Luft 108 mit einem unter Druck gesetzten Brennstoffstrom 112 und zündet die Mischung, um einen Strom von Verbrennungsgasen 114 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer 110 gezeigt ist, kann das Gasturbinensystem 102 jede Anzahl von Brennkammern 110 einschließen. Der Strom an Verbrennungsgasen 114 wird wiederum an eine Turbine 116 geliefert, die typischerweise eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln 2 (1) einschließt. Der Strom Verbrennungsgase 114 treibt die Turbine 116 an, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine 116 erzeugt wird, treibt den Verdichter 104 über einen Schaft 118 an und kann verwendet werden, eine externe Last 120, wie beispielsweise einen elektrischen Generator und/oder dergleichen anzutreiben.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können Komponenten, die als „gekoppelt“ an ein anderes beschrieben sind, entlang einer oder mehrerer Schnittstellen verbunden sein. In manchen Ausführungsformen können diese Schnittstellen Verbindungen zwischen gesonderten Komponenten einschließen, in anderen Fällen können diese Schnittstellen eine feste und/oder integral gebildete Verbindung einschließen. Das heißt, in manchen Fällen können Komponenten, die an eine andere „gekoppelt“ sind, gleichzeitig gebildet sein, um ein einziges kontinuierliches Teil zu bilden. Allerdings können in anderen Ausführungsformen diese gekoppelten Komponenten als gesonderte Teile gebildet sein und anschließend durch bekannte Prozesse (Fixieren, Ultraschallschweißen, Kleben) verbunden werden.
  • Wenn auf ein Element oder eine Schicht als „auf“, „im Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element Bezug genommen wird, kann es direkt auf, im Eingriff mit, verbunden oder gekoppelt an das andere Element sein oder dazwischen tretende Elemente können anwesend sein. Im Gegensatz dazu kann es, wenn auf ein Element als „direkt auf“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element Bezug genommen wird, kein dazwischen tretendes Element oder Schichten anwesend sein. Andere Wörter, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in gleicher Weise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt dazwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“, usw.). Wie hierin verwendet schließt der Begriff „und/oder“ irgendeine und alle Kombinationen eines oder mehrerer der verbundenen aufgelisteten Elemente ein.
  • Die Terminologie, die hierin verwendet wird, ist nur zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, für die Offenbarung beschränkend zu sein. Wie hierin verwendet sind die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“,“die“,“das“ dazu gedacht, auch die Pluralformen einschließen, es sei denn, der Zusammenhang zeigt deutlich etwas anderes deutlich an. Es wird ferner verstanden, dass die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn diese in dieser Beschreibung beschrieben werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angeben, aber nicht die Anwesenheit oder Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, darunter die beste Weise und auch, um jeden Fachmann dazu zu befähigen, die Erfindung auszuführen einschließlich Machen und Verwenden jedes Geräts oder Systems und Durchführen jedes eingebundenen Verfahrens. Der patentierbare Bereich der Erfindung wird durch die Ansprüche festgelegt und kann andere Beispiele einschließen, die dem Fachmann erscheinen. Solche anderen Beispiele sind dazu gedacht, innerhalb des Bereichs der Ansprüche zu sein, wenn sie strukturelle Elemente haben, die nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche abweichen, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente einschließen, mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche.
  • Ein Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt 6 gemäß einer Ausführungsform schließt ein: Einen Druckseitenhohlraum 20a mit einer Oberfläche 44 benachbart einer Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6; einen Saugseitenhohlraum 22A mit einer Oberfläche 46 benachbart einer Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6; einen zentralen Hohlraum 26A, angeordnet zwischen dem Druckseitenhohlraum 20A und dem Saugseitenhohlraum 22A, wobei der zentrale Hohlraum 26A keine Oberflächen benachbart zu der Druckseite 8 und der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6 einschließt; einen ersten Vorderkantenhohlraum 18B mit Oberflächen benachbart der Druckseite 8 und der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6; und wenigstens eine Prallöffnung 58 zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraum 18A mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum 18A.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Turbomaschinenschaufeln
    3
    Plattform
    4
    Schaft
    5
    Druckseitenplattform
    6
    mehrwandiges Blatt
    7
    Saugseitenplattform
    8
    Druckseite
    10
    Saugseite
    14
    Vorderkante
    16
    Hinterkante
    18
    Vorderkantenhohlraum
    20
    Druckseitenhohlraum
    22
    Saugseitenhohlraum
    24
    Hinterkantenhohlraum
    26
    zentraler Hohlraum
    30
    Kantenkühlkreislauf
    32
    Kühlluft
    34
    Teil der Kühlluft
    36
    Teil der Kühlluft
    38
    Spitzenbereich
    40
    Wendeeinrichtung
    42
    Wendeeinrichtung
    44
    Oberfläche
    46
    Oberfläche
    48
    Basis
    50
    Wände
    52
    Basis
    54
    Oberfläche
    56
    Oberfläche
    58
    Prallloch
    60
    Teil der Kühlluft
    62
    Filmloch
    64
    Teil der Kühlluft
    66
    Kanal
    68
    Spitze
    70
    Spitzenfilm
    80
    Vorderwand
    102
    Gasturbomaschine
    104
    Verdichter
    106
    Luft
    108
    komprimierte Luft
    110
    Brennkammer
    112
    Brennstoff
    114
    Verbrennungsgase
    116
    Turbine
    118
    Schaft
    120
    externe Last
    130
    Kühlkreislauf
    132
    Kühlluft
    134
    Teil der Kühlluft
    136
    Teil der Kühlluft
    160
    Teil der Kühlluft
    164
    Teil der Kühlluft

Claims (21)

  1. Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt (6), aufweisend: einen Druckseitenhohlraum (20a) mit einer Oberfläche (44) benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (46) benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen zentralen Hohlraum (26A), angeordnet zwischen dem Druckseitenhohlraum und dem Saugseitenhohlraum (20a, 22A), wobei der zentrale Hohlraum (26A) keine Oberflächen benachbart der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6) einschließt; ein erster Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen benachbart der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6) und wenigstens eine Prallöffnung (58) zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A).
  2. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, weiter einschließend wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6).
  3. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, weiter einschließend wenigstens einen Kanal (66) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6).
  4. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, weiter aufweisend: einen Kühlluftstrom (32), aufgeteilt zwischen dem Druckseitenhohlraum (20A) und dem Saugseitenhohlraum (22A), wobei ein erster Teil (34) des Kühlluftstroms (32) in den Druckseitenhohlraum (20A) gelenkt wird, und wobei ein zweiter Teil (36) des Kühlluftstroms (32, 106) in den Saugseitenhohlraum (22A) gelenkt wird; eine Wendeeinrichtung (40) zum Lenken des ersten Teils (34) des Kühlluftstroms (32) von dem Druckseitenhohlraum (20A) in den zentralen Hohlraum (26A); eine Wendeeinrichtung (42) zum Lenken des zweiten Teils (34) des Kühlluftstroms (32) von dem Saugseitenhohlraum (22A) in den zentralen Hohlraum (26A), wobei sich der erste und der zweite Teil (34, 36) des Kühlluftstroms (32) in einen wiedervereinigten Kühlluftstrom (32) in dem zentralen Hohlraum (26A) wiedervereinigen; eine Wendeeinrichtung (50) zum Lenken des wiedervereinigten Kühlluftstroms (32) von dem zentralen Hohlraum (26A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B); und wenigstens eine Prallöffnung (62) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) zum Lenken des wiedervereinigten Kühlluftstroms (32) von dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) gegen eine Oberfläche (80) des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A).
  5. Kühlkreislauf nach Anspruch 4, weiter aufweisend wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62), wobei das wenigstens eine Vorderkantenfilmloch (62) sich von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) zu der Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6) erstreckt.
  6. Kühlkreislauf nach Anspruch 5, wobei ein Teil (60) des wiedervereinigten Kühlluftstroms (32) aus dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) zu der Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6) durch wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) abgelassen wird, um Filmkühlung der Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6) bereitzustellen.
  7. Kühlkreislauf nach Anspruch 4, weiter aufweisend wenigstens einen Kanal (66), wobei ein Teil (64) des wiedervereinigten Kühlluftstroms (32) zu einer Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) durch den wenigstens einen Kanal (66) abgelassen wird, um Filmkühlung der Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) bereitzustellen.
  8. Kühlkreislauf nach Anspruch 4, wobei die ersten und zweiten Teile (34, 36) des Kühlluftstroms (32) und der wiedervereinigten Kühlluftstrom (32) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in einer ersten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömen und wobei der wiedervereinigte Kühlluftstrom (32) in den zentralen Hohlraum (26A) in einer zweiten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömt.
  9. Kühlkreislauf nach Anspruch 8, wobei die erste Richtung radial nach außen durch das mehrwandige Blatt (6) ist und wobei die zweite Richtung radial nach innen durch das mehrwandige Blatt (6) ist.
  10. Kühlkreislauf nach Anspruch 8, wobei die erste Richtung radial nach innen durch das mehrwandige Blatt (6) ist und wobei die zweite Richtung radial nach außen durch das mehrwandige Blatt (6) ist.
  11. Kühlkreislauf nach Anspruch 1, weiter einschließend ein Gasturbinensystem (102), einschließend ein mehrwandiges Blatt (6), wobei das Gasturbinensystem (102) eine Verdichterkomponente (104), eine Brennkammerkomponente (110) und eine Turbinenkomponente (116) einschließt.
  12. Vorrichtung, aufweisend: ein mehrwandiges Turbinenblatt (6); und einen Kühlkreislauf, angeordnet innerhalb des mehrwandigen Turbinenblatts (6), wobei der Kühlkreislauf einschließt: einen Druckseitenhohlraum (20A) mit einer Oberfläche (44), benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (46), benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen zentralen Hohlraum (26A), angeordnet zwischen dem Druckseitenhohlraum (20A) und dem Saugseitenhohlraum (22A), wobei der zentrale Hohlraum (26A) keine Oberflächen benachbart zu der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6) einschließt; einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen benachbart der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); und wenigstens eine Prallöffnung (58) zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Kühlkreislauf weiter wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6) einschließt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Kühlkreislauf ferner wenigstens einen Kanal (66) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) einschließt.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Kühlkreislauf weiter aufweist: einen Kühlluftstrom (32), der zwischen dem Druckseitenhohlraum (20A) und dem Saugseitenhohlraum (22A) aufgeteilt ist, wobei ein erster Teil (34) des Kühlluftstroms (32) in den Druckseitenhohlraum (20A) gelenkt wird und wobei ein zweiter Teil (36) des Kühlluftstroms (32) in den Saugseitenhohlraum (22A) gelenkt wird; eine Wendeeinrichtung (40) zum Lenken des ersten Teils (34) des Kühlluftstroms (32) und dem Druckseitenhohlraum (20a) in dem zentralen Hohlraum (26A); eine Wendeeinrichtung (40) zum Lenken des zweiten Teils (34) des Kühlluftstroms (32) von dem Saugseitenhohlraum (22A) in den zentralen Hohlraum (26A), wobei der erste Teil (34) und der zweite Teil (36) des Kühlluftstroms (32) sich in einem wiedervereinigten Luftstrom in dem zentralen Hohlraum (26A) wiedervereinigen; eine Wendeeinrichtung (50) zum Lenken des wiedervereinigten Luftstroms (32) von dem zentralen Hohlraum (26A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B); und wenigstens eine Prallöffnung (62) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) zum Lenken des wiedervereinigten Luftstroms (32) von dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) gegen eine Oberfläche (80) des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A).
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Kühlkreislauf weiter wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) aufweist, wobei das wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) sich von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) zu der Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6) erstreckt.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei ein Teil (60) des wiedervereinigten Luftstroms (32) von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) zu der Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6) durch wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) abgelassen wird, um Filmkühlung der Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6) bereitzustellen.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Kühlkreislauf ferner wenigstens einen Kanal (66) aufweist, wobei ein Teil (64) des wiedervereinigten Kühlluftstroms (32) aus dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) zu der Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) durch den wenigstens einen Kanal (66) abgelassen wird, um Filmkühlung der Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) bereitzustellen.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste Teil (34) und der zweite Teil (36) des Kühlluftstroms (32) und der wiedervereinigten Kühlluftstrom (32) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in einer ersten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömen und wobei der wiedervereinigte Kühlluftstrom (32) in dem zentralen Hohlraum (26A) in einer zweiten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömt.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die erste Richtung radial nach außen durch das mehrwandige Blatt (6) ist und wobei die zweite Richtung radial nach innen durch das mehrwandige Blatt (6) ist.
  21. Turbomaschine, aufweisend: ein Gasturbinensystem (102), einschließend eine Verdichterkomponente (104), eine Brennkammerkomponente (110) und eine Turbinenkomponente (116), wobei die Turbinenkomponente (116) eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln (2) einschließt und wobei wenigstens eine der Turbomaschinenschaufeln (2) ein mehrwandiges Blatt (6) einschließt; und ein Kühlkreislauf, angeordnet innerhalb des mehrwandigen Blattes (6), wobei der Kühlkreislauf einschließt: einen Druckseitenhohlraum (20A) mit einer Oberfläche (44), benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (46), benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen zentralen Hohlraum (26A), angeordnet zwischen dem Druckseitenhohlraum (20A) und dem Saugseitenhohlraum (22A), wobei der zentrale Hohlraum (26A) keine Oberflächen benachbart der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6) einschließt; ein erster Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen benachbart der Druckseite (8) und der Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); und wenigstens eine Prallöffnung (58) zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A).
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