DE202017104913U1 - Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt, Vorrichtung und Turbomaschine - Google Patents
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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 der1 geschnitten entlang der Linie X–-X in1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
3 zeigt einen Ausschnitt der querschnittlichen Ansicht der2 , die einen Vorderkantenkühlkreislauf gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt. -
4 ist eine perspektivische Ansicht des Vorderkantenkühlkreislaufs gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
5 zeigt einen Ausschnitt der querschnittlichen Ansicht der2 , 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 Turbomaschinenschaufel2 gezeigt. Die Turbomaschinenschaufel2 schließt einen Schaft4 und ein mehrwandiges Blatt6 ein, das an den Schaft4 gekoppelt ist und sich radial ausgehend von dem Schaft4 nach außen erstreckt. Das mehrwandige Blatt6 schließt eine Druckseite8 , eine entgegengesetzte Saugseite10 und einen Spitzenbereich38 ein. Das mehrwandige Blatt6 schließt zudem eine Vorderkante14 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 und eine Hinterkante16 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 auf einer Seite entgegengesetzt der Vorderkante14 ein. Das mehrwandige Blatt6 erstreckt sich radial von einer Plattform3 weg, die eine druckseitige Plattform5 und eine saugseitige Plattform7 einschließt. - Der Schaft
4 und das mehrwandige Blatt6 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 Schaft4 und das mehrwandige Blatt6 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 Blatt6 kann ein stationäres Blatt (Düse) oder ein drehbares Blatt sein. -
2 zeigt eine querschnittliche Ansicht des mehrwandigen Blattes6 geschnitten entlang der Linie X–-X der1 . Wie gezeigt, kann das mehrwandige Blatt eine Vielzahl von internen Hohlräumen einschließen. In Ausführungsformen schließt das mehrwandige Blatt6 eine Vielzahl von Vorderkantenhohlräumen18A ,18B , eine Vielzahl von Druckseiten(äußeren)-Hohlräumen20A –20D , eine Vielzahl von Saugseiten(äußeren)-Hohlräumen22A –22E , eine Vielzahl von Vorderkantenhohlräumen24A –24C und eine Vielzahl von zentralen Hohlräumen26A ,26B ein. Der Vorderkantenhohlraum18B ist hinter dem Vorderkantenhohlraum18A (näher an der Hinterkante16 ). Die Anzahl der Hohlräume18 ,20 ,22 ,24 ,26 innerhalb des mehrwandigen Blattes6 kann natürlich abhängig von beispielsweise der genauen Konfiguration, Größe, beabsichtigten Verwendung usw. des mehrwandigen Blattes6 variieren. Insoweit ist die Anzahl an Hohlräumen18 ,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 Hohlräume18 ,20 ,22 ,24 ,26 verwenden. - Ein Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf
30 gemäß Ausführungsformen ist in den3 und4 gezeigt. Wie der Name anzeigt, ist der Vorderkantenkühlkreislauf30 benachbart der Vorderkante14 des mehrwandigen Blattes6 gelegen zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 . - Gleichzeitig auf die
3 und4 bezugnehmend wird ein Strom an Kühlluft32 , beispielsweise durch einen Verdichter104 eines Gasturbinensystems102 (6 ) erzeugt, durch den Schaft4 (1 ) zu dem Vorderkantenkühlkreislauf30 zugeführt (z.B. mittels wenigstens einer Kühlluftzuführung). Ein erster Teil34 des Stroms an Kühlluft32 wird über eine Druckseitenzuführung zu einer Basis38 des Druckseitenhohlraums20A zugeführt, die benachbart zu der Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 ist. Ein zweiter Teil36 des Stroms an Kühlluft32 wird mit über eine Saugseitenzuführung zu einer Basis (nicht gezeigt) des Saugseitenhohlraums22A zugeführt, der benachbart der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 ist. - Wie in
3 und4 zusammen mit1 gezeigt, strömt der Strom an Kühlluft34 radial nach außen durch den Druckseitenhohlraum20a zu einem Spitzenbereich38 des mehrwandigen Blattes6 , was Konvektionskühlung bereitstellt. Eine Wendeeinrichtung40 lenkt den Strom an Kühlluft36 von dem Saugseitenhohlraum22A in den zentralen Hohlraum26A . Auf korrespondierende Weise strömt der Strom an Kühlluft36 radial nach außen durch den Saugseitenhohlraum22A zu dem Spitzenbereich38 des mehrwandigen Blattes6 , was Konvektionskühlung bereitstellt. Eine Wendeeinrichtung42 lenkt den Strom an Kühlluft36 von dem Saugseitenhohlraum22A in den zentralen Hohlraum26A . Der Strom an Kühlluft34 und der Strom an Kühlluft36 vereinigen sich in dem zentralen Hohlraum26A , um den Strom an Kühlluft32 erneut zu formieren. Anders als der Druckseitenhohlraum20a , der eine Oberfläche44 benachbart zu der Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 hat, und der Saugseitenhohlraum22A , der eine Oberfläche46 benachbart der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 hat, hat der zentrale Hohlraum26A keine Oberfläche benachbart zu weder der Druckseite8 noch der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 . Gemäß Ausführungsformen können die Wendeeinrichtungen40 ,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 Blattes6 zu leiten. - Der Strom an Kühlluft
32 strömt radial nach innen durch den zentralen Hohlraum26A zu einer Basis48 des zentralen Hohlraums26A . Eine Wendeeinrichtung50 leitet den Strom an Kühlluft32 anschließend von der Basis48 des zentralen Hohlraums26A zu einer Basis52 des Vorderkantenhohlraums18B um. Wie in3 gezeigt, hat der Vorderkantenhohlraum18B eine Oberfläche54 benachbart zu der Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 und eine Oberfläche56 benachbart zu der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 . - Nach dem Eintreten in den Vorderkantenhohlraum
18B wird der Strom an Kühlluft32 auf die Vorderwand80 des Vorderkantenhohlraums18A mittels wenigstens eines Pralllochs58 unter Bereitstellung von Prallkühlung gerichtet. Ein Teil60 des Nachaufprallstroms an Kühlluft32 strömt aus dem Vorderkantenhohlraum18A zu der Vorderkante14 des mehrwandigen Blattes6 durch wenigstens ein Filmloch62 , um Filmkühlung der Vorderkante14 bereitzustellen. Ein Teil64 des Stroms an Kühlluft32 wird durch wenigstens einen Kanal66 von dem Vorderkantenhohlraum18A zu der Spitze68 (1 ) des mehrwandigen Blattes6 gelenkt. Der Teil64 des Stroms an Kühlluft32 kann aus der Spitze68 des mehrwandigen Blattes6 als Spitzenfilm70 abgelassen werden, um Spitzenfilmkühlung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Teile60 ,64 des Stroms an Kühlluft32 oder andere Teile des Stroms an Kühlluft32 zu Kühlkreisläufen in der Spitze68 oder der Plattform3 (oder inneren / äußeren Seitenwänden) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter dem Vorderkantenserpentinenkreislauf30 wiederverwendet werden. - Wie in
5 gezeigt, können die Strömungsrichtungen in anderen Ausführungsformen umgekehrt werden. Beispielsweise kann in dem Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf130 (gezeigt in5 ) ein Strom an Kühlluft132 bereitgestellt werden und in einen Teil134 und einen Teil136 (z.B. mittels des Schaftes4 oder einer oder mehrerer Hohlräume in dem mehrwandigen Blatt6 ) getrennt werden. Die Teile134 ,136 strömen radial durch den Druckseitenhohlraum20A bzw. den Saugseitenhohlraum22A nach innen. Die Teile134 ,136 werden zu einem Strom von Kühlluft132 in dem zentralen Hohlraum26A wieder vereinigt, der durch den zentralen Hohlraum26A radial nach außen strömt. Der Kühlluftstrom132 wird dann radial nach innen in den Vorderkantenhohlraum18B gelenkt. Nach dem Eintreten in den Vorderkantenhohlraum18B wird der Kühlluftstrom132 durch wenigstens ein Prallloch58 von dem Vorderkantenhohlraum18B in den Vorderkantenhohlraum18A gelenkt, was Prallkühlung bereitstellt. Ein Teil160 des Kühlluftstroms132 strömt aus dem Vorderkantenhohlraum18A zu der Vorderkante14 des mehrwandigen Blattes6 durch wenigstens ein Filmloch62 , um Filmkühlung der Vorderkante14 bereitzustellen. Ein Teil164 des Kühlluftstroms132 führt durch wenigstens einen Kanal66 von dem Vorderkantenhohlraum18A zu der Spitze68 (1 ) des mehrwandigen Blattes6 gelenkt. Der Teil164 des Kühlluftstroms132 kann aus der Spitze des mehrwandigen Blattes6 als Spitzenfilm abgelassen werden, um Spitzenfilmkühlung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Teile160 ,164 des Kühlluftstroms132 oder andere Teile des Kühlluftstroms132 zu der Plattform3 (oder inneren/äußeren Seitenwände) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen nach dem Vorderkantensepentinen-Kühlkreislauf130 wiederverwendet werden. - Die Kühlkreisläufe
30 ,130 wurden zur Verwendung in einem mehrwandigen Blatt6 einer Turbomaschinenschaufel2 beschrieben, die während des Betriebs einer Gasturbine rotiert. Die Kühlkreisläufe30 ,130 können allerdings auch zum Kühlen innerhalb stationärer Turbodüsen einer Gasturbine verwendet werden. Zudem können die Kühlkreisläufe30 ,130 verwendet werden, andere Strukturen zu kühlen, die einen inneren Strom von Kühlluft während des Betriebs erfordern. -
6 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbomaschine102 , wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbomaschine102 kann einen Verdichter104 einschließen. Der Verdichter104 verdichtet einen eingehenden Luftstrom106 . Der Verdichter104 liefert einen Strom verdichteter Luft108 an eine Brennkammer110 . Die Brennkammer110 mischt den Strom verdichteter Luft108 mit einem unter Druck gesetzten Brennstoffstrom112 und zündet die Mischung, um einen Strom von Verbrennungsgasen114 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer110 gezeigt ist, kann das Gasturbinensystem102 jede Anzahl von Brennkammern110 einschließen. Der Strom an Verbrennungsgasen114 wird wiederum an eine Turbine116 geliefert, die typischerweise eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln2 (1 ) einschließt. Der Strom Verbrennungsgase114 treibt die Turbine116 an, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine116 erzeugt wird, treibt den Verdichter104 über einen Schaft118 an und kann verwendet werden, eine externe Last120 , 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 Druckseitenhohlraum20a mit einer Oberfläche44 benachbart einer Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 ; einen Saugseitenhohlraum22A mit einer Oberfläche46 benachbart einer Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 ; einen zentralen Hohlraum26A , angeordnet zwischen dem Druckseitenhohlraum20A und dem Saugseitenhohlraum22A , wobei der zentrale Hohlraum26A keine Oberflächen benachbart zu der Druckseite8 und der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 einschließt; einen ersten Vorderkantenhohlraum18B mit Oberflächen benachbart der Druckseite8 und der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 ; und wenigstens eine Prallöffnung58 zum fluidischen Koppeln des ersten Vorderkantenhohlraum18A mit einem zweiten Vorderkantenhohlraum18A . - 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)
- 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 ). - 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 ). - 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 ). - 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 ). - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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 ). - 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. - 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. - 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 ). - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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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