DE202017104914U1 - 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 (30) für ein mehrwandiges Blatt (6), aufweisend: einen Druckseitenhohlraum (20A) mit einer Oberfläche (46) benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (50) benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen (60, 62) benachbart der Druck- und der Saugseite (8, 10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der ersten Vorderkantenhohlraum (18B) voran dem Druckseiten- und dem Saugseitenhohlraum (20A, 22A) angeordnet ist; einen zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) mit Oberflächen benachbart der Druck- und der Saugseite (8, 10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A) voran dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) angeordnet ist; wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6); und wenigstens einen Kanal (66) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Anmeldung steht in Beziehung mit 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 gleichzeitig anhängigen US-Anmeldungsnummern: 15/239,968; 15/239,994; 15/5239,930 und 15/239,985, alle am 18. August 2016 eingereicht.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Turbinensysteme und insbesondere auf einen Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt.
  • Gasturbinensysteme sind ein Beispiel von Turbomaschinen die weithin in Gebieten wie bspw. Energieerzeugung verwendet werden. Ein konventionelles Gasturbinensystem schließt einen Kompressorabschnitt, einen Brennkammerabschnitt und einen Turbinenabschnitt ein. Während des Betriebs eines Gasturbinensystems sind verschiedene Komponenten in dem System, wie bspw. Turbinenblätter, Strömen hoher Temperatur ausgesetzt, die bewirken können, dass die Komponenten versagen. Da höhere Temperaturen im Allgemeinen zu erhöhter Leistungsfähigkeit, Effizienz und Leistungsausgabe eines Gasturbinensystems führen, ist es vorteilhaft die Komponenten zu kühlen, die dem Strom hoher Temperatur ausgesetzt sind, um es dem Gasturbinensystem zu erlauben, bei erhöhten Temperaturen zu arbeiten.
  • Turbinenblätter enthalten typischerweise ein verzweigtes Netz interner Kühlkanäle. Kühlluft bereitgestellt bspw. durch einen Verdichter eines Gasturbinensystems kann durch die internen Kühlkanäle geleitet werden, um die Turbinenblätter zu kühlen.
  • Kühlsysteme für mehrwandige Turbinenblätter können interne Nahe-der-Wand-Kühlkreisläufe einschließen. Solche Nahe-der-Wand-Kühlkreisläufe können bspw. nahe-der-Wand-Kühlkanäle benachbart der äußeren Wände eines mehrwandigen Blattes einschließen. Die Nahe-der-Wand-Kühlkanäle sind typischerweise klein, was weniger Kühlungsstrom erfordert, während sie immer noch genug Geschwindigkeit beibehalten, sodass effektive Kühlung auftritt. Andere, typischerweise größere zentrale Kanäle mit niedriger Kühleffektivität eines mehrwandigen Blattes können als eine Kühlluftquelle verwendet werden und können in einem oder mehreren Wiederverwendungskreisläufen verwendet werden, um „verbrauchten“ Kühlfluss zu sammeln und umzulenken zur Verteilung zu Bereichen mit niedrigerer Wärmelast 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 zu einer Druckseite des mehrwandigen Blattes; einen Saugseitenhohlraum mit einer Oberfläche benachbart an der Saugseite des mehrwandigen Blattes; einen ersten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart zu den Druck- und Saugseiten des mehrwandigen Blattes, wobei der erste Vorderkantenhohlraum voran den Druckseiten- und Saugseitenhohlräumen angeordnet ist; einen zweiten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart der Druck- und Saugseiten des mehrwandigen Blattes, wobei der zweite Vorderkantenhohlraum voran dem ersten Vorderkantenhohlraum angeordnet ist; wenigstens ein Vorderkantenfilmloch zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums an eine Vorderkante des mehrwandigen Blattes; und wenigstens einen Kanal zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums an eine Spitze des mehrwandigen Blattes.
  • Ein zweiter Aspekt der Offenbarung stellt eine Vorrichtung bereit, die einschließt: ein mehrwandiges Turbinenblatt; und einen Kühlkreislauf angeordnet innerhalb des mehrwandigen Turbinenblattes, 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 ersten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart der Druck- und Saugseiten des mehrwandigen Blattes, einen ersten Vorderkantenhohlraum angeordnet voran den Druck- und Saugseitenhohlräumen; einen zweiten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart den Druck- und Saugseiten des mehrwandigen Blattes, wobei der zweite Vorderkantenhohlraum voran dem ersten Vorderkantenhohlraum angeordnet ist; wenigstens ein Vorderkantenfilmloch zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums an eine Vorderkante des mehrwandigen Blattes; und wenigstens einen Kanal zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums an eine Spitze des mehrwandigen Blattes.
  • Ein dritter Aspekt der Offenbarung stellt eine Turbomaschine bereit, einschließend: ein Gasturbinensystem, das eine Verdichterkomponente, eine Brennkammerkomponente und eine Turbinenkomponente einschließt, wobei die Turbinenkomponente eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln einschließt, wobei wenigstens eine der Turbomaschinenschaufeln ein mehrwandiges Blatt einschließt; und einen Kühlkreislauf angeordnet innerhalb des mehrwandigen Blattes, 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 ersten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart der Druck- und Saugseiten des mehrwandigen Blattes, wobei der erste Vorderkantenhohlraum voran den Druck- und Saugseitenhohlräumen angeordnet ist; einen zweiten Vorderkantenhohlraum mit Oberflächen benachbart der Druck- und Saugseiten des mehrwandigen Blattes, wobei der zweite Vorderkantenhohlraum voran dem ersten Vorderkantenhohlraum angeordnet ist; wenigstens ein Vorderkantenfilmloch zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums an eine Vorderkante des mehrwandigen Blattes; und wenigstens einen Kanal zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums mit einer Spitze des mehrwandigen Blattes.
  • Die veranschaulichenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung lösen die Probleme, die hierin beschrieben sind und/oder Probleme, die nicht diskutiert sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Merkmale dieser Offenbarung werden leichter verstanden aus der folgenden detaillierten Beschreiung der verschiedenen Aspekte der Offenbarung zusammengenommen mit den begleitenden Zeichnungen, 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 Teil 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 Teil der querschnittlichen Ansicht der 2, um einen Vorderkantenkühlkreislauf gemäß verschiedenen Ausführungsformen zu zeigen.
  • 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 eigentümliche Aspekte der Offenbarung zu zeigen und sollten deshalb nicht als den Umfang der Offenbarung beschränkend angesehen werden. In den Zeichnungen repräsentiert die gleiche Nummerierung gleiche Elemente über die Zeichnungen hinweg.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Wie oben angezeigt, bezieht sich die Offenbarung im Allgemeinen auf Turbinensysteme und spezieller 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 zu der Rotationsachse der Turbomaschine (insbesondere des Rotorabschnitts) ist. Wie zudem hierin 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 nur an einer Stelle schneidet. Zusätzlich beziehen sich die Begriffe „in Umfangsrichtung“ und/oder „ringsum“ auf die relative Position/Richtung von Objekten entlang eines Umfangs (c), der die Achse A umgibt aber die Achse A nicht an einer Stelle schneidet.
  • 1 zukehrend ist 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 von dem Schaft 4 radial 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 weiter 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 ein, die der Vorderkante 14 entgegengesetzt ist. Das mehrwandige Blatt 6 erstreckt sich radial von einer Plattform 3 weg, die eine Druckseitenplattform 5 und eine Saugseitenplattform 7 einschließt.
  • Der Schaft 4 und das mehrwandige Blatt können jeweils aus einem oder mehreren Metallen (z.B. Nickel, Legierungen von Nickel usw.) gebildet sein und können gebildet sein (z.B. gegossen, geschmiedet oder auf andere Weise maschinell hergestellt) gemäß konventionellen Vorgehen sein. Der Schaft 4 und das mehrwandige Blatt 6 können integral geformt (z.B. gegossen, geschmiedet und dreidimensional gedruckt usw.) sein oder können als separate Komponenten gebildet sein, die anschließend verbunden sind (z.B. über Schweißen, Löten, Kleben oder andere Kopplungsmechanismen). Das mehrwandige Blatt 6 kann ein stationäres Blatt (Düse) oder ein drehbares Blatt sein.
  • 2 zeigt eine querschnittliche Ansicht eines mehrwandigen Blattes 6 geschnitten entlang der Linie X-X der 1. Wie gezeigt kann das mehrwandige Blatt 6 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 Hinterkantenhohlräumen 24A–24C und eine Vielzahl von zentralen Hohlräumen 26A, 26B ein. Der Vorderkantenhohlraum 18B ist hinter dem Vorderkantenhohlraum 18A (näher an der Hinterkante 16). Der Anzahl der Hohlräume 18, 20, 22, 24, 26 innerhalb des mehrwandigen Blattes 6 kann natürlich variieren, abhängig bspw. von der spezifischen Konfiguration, Größe, beabsichtigten Verwendung usw. des mehrwandigen Blattes 6. Insoweit ist die Anzahl der Hohlräume 18, 20, 22, 24, 26, die in den hierin offenbarten Ausführungsformen gezeigt ist, nicht beschränkend gemeint. Gemäß Ausführungsformen können verschiedene Kühlkreisläufe bereitgestellt werden, die verschiedene Kombinationen der Hohlräume 18, 20, 22, 24, 26 verwenden.
  • Ein Vorderkantenserpentinkühlkreislauf 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 zwischen der Druckseite 8 und der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6 angeordnet.
  • Gleichzeitig bezugnehmend auf 3 und 4 wird dem Vorderkantenkühlkreislauf 30 ein Kühlluftstrom 32, erzeugt bspw. durch einen Verdichter 104 eines Gasturbinensystems 102 (6), durch den Schaft 4 (1) zugeführt (z.B. über wenigstens eine Kühlluftdurchführung). Ein erster Teil 34 des Kühlluftstroms 32 wird einer Basis 38 des Druckseitenhohlraums 20A zugeführt, der der Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6 benachbart ist. Ein zweiter Teil 36 des Kühlluftstroms 32 wird einer Basis (nicht gezeigt) des Saugseitenhohlraum 22A zugeführt, der benachbart der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6 ist.
  • Wie in 3 und 4 zusammen mit 1 gezeigt, strömt der Kühlluftstrom 34 radial nach außen durch den Druckseitenhohlraum 20A zu einem Spitzenbereich 38 des mehrwandigen Blattes 6 was Konvektionskühlung bereitstellt. Eine Wendeeinrichtung 40 lenkt den Kühlluftstrom 34 von dem Druckseitenhohlraum 20A in den Vorderkantenhohlraum 18B. Auf korrespondierender Weise strömt der Kühlluftstrom 36 radial nach außen durch den Saugseitenhohlraum 22A zu dem Spitzenbereich 38 des mehrwandigen Blattes 6 unter Bereitstellung von Konvektionskühlung. Eine Wendeeinrichtung 42 lenkt den Kühlluftstrom 36 von dem Saugseitenhohlraum 22A in den Vorderkantenhohlraum 18B. Der Kühlluftstrom 34 und der Kühlluftstrom 36 vereinigen sich in dem Vorderkantenhohlraum 18B, um den Kühlluftstrom 32 wieder zu formieren. Der Kühlluftstrom 32 in dem Vorderkantenhohlraum 18B stellt Konvektionskühlung bereit. Wie in 3 gezeigt, schließt der Druckseitenhohlraum 20A eine Oberfläche 46 benachbart der Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6 und eine Oberfläche 48 benachbart dem zentralen Hohlraum 26A ein. Weiter schließt der Saugseitenhohlraum 22A eine Oberfläche 50 benachbart der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6 und eine Oberfläche 52 benachbart dem zentralen Hohlraum 26A ein. Der Vorderkantenhohlraum 18B hat eine Oberfläche 60 benachbart der Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6 und eine Oberfläche 62 benachbart der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6. Gemäß Ausführungsformen ist der zentrale Hohlraum 26A adiabatisch wirksam mit keiner oder sehr geringer Flüssigkeitsgeschwindigkeit und weist keine Oberflächen auf, die benachbart der Druckseite 8 oder der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6 sind. Gemäß Ausführungsformen können die Wändeeinrichtungen 40, 42 (und auch andere Wändeeinrichtungen, die unten beschrieben sind) eine Leitung, Rohr, Röhre, Kanal und/oder jeden anderen geeigneten Mechanismus einschließen, der in der Lage ist, Luft oder jedes andere Gas von einer Stelle zu einer anderen Stelle innerhalb des mehrwandigen Blattes 6 zu leiten.
  • Eine Wendeeinrichtung 54 lenkt den Kühlluftstrom 32 von einer Basis 56 des Vorderkantenhohlraums 18B zu einer Basis 58 des Vorderkantenhohlraums 18A. Der Kühlluftstrom 32 strömt radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum 18A zu einem Spitzenbereich 38 des mehrwandigen Blattes 6 unter Bereitstellung von Konvektionskühlung.
  • Während der Kühlluftstrom 32 radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum 18A tritt, wird ein Teil 60 des Kühlluftstroms 32 aus dem Vorderkantenhohlraum 18A zu der Vorderkante 14 des mehrwandigen Blattes 6 durch wenigstens ein Filmloch 62 ausgelassen, um Filmkühlung der Vorderkante 14 bereitzustellen. Ein Teil 64 des Kühlluftstroms 32 wird durch wenigstens einen Kanal 66 von dem Vorderkantenhohlraum 18A zu der Spitze 68 (6) des mehrwandigen Blattes 6 geleitet. Der Teil 64 des Kühlluftstroms 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 Kühlluftstroms 32 oder andere Teile des Kühlluftstroms 32 zu Kühlkreisläufen in der Spitze 68 oder der Plattform 3 (oder inneren/äußeren Seitenwänden) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter den Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf 30 wieder verwendet werden.
  • Wie in 5 dargestellt können die Strömungsrichtungen in anderen Ausführungsformen umgekehrt sein. Zum Beispiel kann in dem in 5 dargestellten Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf 130 ein Kühlluftstrom (nicht gezeigt) bereitgestellt und in einen Teil 134 und einen Teil 136 aufgeteilt werden (z.B. durch den Schaft 4 oder eine oder mehrere äußere Hohlräume in dem mehrwandigen Blatt 6). Die Teile 134, 136 des Kühlluftstroms strömen radial nach innen durch den Druckseitenhohlraum 20A bzw. den Saugseitenhohlraum 22A. Die Teile 134, 136 werden in einen Kühlluftstrom 132 in dem Vorderkantenhohlraum 18B wieder kombiniert und strömen radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum 18B. Nach dem Durchtreten durch den Vorderkantenhohlraum 18B wird die Kühlluftströmung 132 in den Vorderkantenhohlraum 18A umgelenkt und strömt radial nach innen durch den Vorderkantenhohlraum 18A. 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 32 wird 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 wird aus der Spitze 68 des mehrwandigen Blattes 6 als Spitzenfilm 70 (1) abgelassen, 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 Seitenwänden) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter dem Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf 130 verwendet werden.
  • Die Kühlkreisläufe 30, 130 wurden zur Verwendung in einem mehrwandigen Blatt 6 einer Turbomaschinenschaufel 2 beschrieben, die während des Betriebs der Gasturbine rotiert. Allerdings können die Kühlkreisläufe 30, 130 auch zur Kühlung innerhalb stationärer Turbinendüsen einer Gasturbine verwendet werden. Zudem können die Kühlkreisläufe 30, 130 verwendet werden, um andere Strukturen zu kühlen, die einen inneren Kühlluftstrom während des Betriebes erfordern.
  • 6 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbomaschine 102 wie diese 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 komprimierter Luft 108 an eine Brennkammer 110. Die Brennkammer 110 mischt den Strom an verdichteter Luft 108 mit einem unter Druck stehenden Brennstoffstrom 112 und zündet die Mischung, um einen Verbrennungsgasstrom 114 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer 110 gezeigt ist, kann das Gasturbinensystem 102 jede Anzahl an Brennkammern 110 einschließen. Der Strom an Verbrennungsgasen 114 wird wiederrum an eine Turbine 116 geliefert, die typischerweise eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln 2 einschließt (1). Der Strom an Verbrennungsgasen 114 treibt die Turbine 116 an, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine 116 produziert wird, treibt den Verdichter 104 mittels eines Schaftes 118 und kann verwendet werden, um eine externe Last 120 wie bspw. einen elektrischen Generator und/oder dergleichen anzutreiben.
  • In verschiedenen Ausführungsformen können Komponenten, die als „gekoppelt“ an andere beschrieben sind, entlang einer oder mehrerer Schnittstellen verbunden sein. In manchen Ausführungsformen können diese Schnittstellen Verbindungsstellen zwischen eigenständigen Komponenten einschließen und in anderen Fällen können diese Schnittstellen eine fest und/oder integral gebildete Verbindung einschließen. Das heißt, in manchen Fällen können Komponenten, die „gekoppelt“ an andere sind, gleichzeitig gebildet sein, ein einziges durchgehendes Teil zu definieren. Allerdings können diese gekoppelten Komponenten in anderen Ausführungsformen als separate Elemente gebildet sein und können anschließend durch bekannte Prozesse verbunden worden sein (z.B. Festigen, Ultraschallschweißen, Kleben).
  • Wenn auf ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt an“ ein anderes Element Bezug genommen wird, kann es direkt auf, in Eingriff mit, verbunden oder gekoppelt an das andere Element sein oder dazwischenkommende Elemente können vorhanden sein. Im Gegensatz dazu können, wenn auf ein Element als „direkt an“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ ein anderes Element Bezug genommen wird, keine dazwischenkommenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die verwendet sind, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „benachbart“ gegenüber „direkt benachbart“, usw.). Wie hierin verwendet schließt der Begriff „und/oder“ jede und alle Kombinationen eines oder mehrerer der verbundenen aufgeführten Gegenstände ein.
  • Die hierin verwendete Terminologie ist nur zum Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, die Offenbarung zu beschränken. Wie hierin verwendet sind die Singularformen „ein, eine“ und „der, die, das“ dazu gedacht, auch die Pluralformen einzuschließen, es sei denn der Zusammenhang zeigt klar etwas anderes an. Es wird weiter verstanden werden, dass die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn diese in dieser Spezifikation verwendet werden, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Arbeitsabläufe, Elemente und/oder Komponenten angeben aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Elemente, ganze Zahlen, Schritte, Arbeitsabläufe, 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 auszuüben, darunter Herstellen und Verwenden jedes Gerätes oder Systems und Durchführen jeder aufgenommener Verfahren. 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 Umfangs der Ansprüche zu sein, wenn sie strukturelle Elemente haben, die nicht von der wörtlichen Sprache der Ansprüche abweichen oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Abweichungen von der wörtlichen Sprache der Ansprüche einschließen.
  • Ein Kühlkreislauf 30 für ein mehrwandiges Blatt 6 gemäß einer Ausführungsform schließt ein: einen Druckseitenhohlraum 20A mit einer Oberfläche 46 benachbart einer Druckseite 8 des mehrwandigen Blattes 6; einen Saugseitenhohlraum 22A mit einer Oberfläche 50 benachbart einer Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6; einen ersten Vorderkantenhohlraum 18B mit Oberflächen 60, 62 benachbart der Druckseite 8 und Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6, wobei der erste Vorderkantenhohlraum 18B voran dem Druckseitenhohlraum 20A und dem Saugseitenhohlraum 22A angeordnet ist; und einem zweiten Vorderkantenhohlraum 18A mit Oberflächen benachbart zu der Druckseite 8 und der Saugseite 10 des mehrwandigen Blattes 6, wobei der zweite Vorderkantenhohlraum 18A voran dem ersten Vorderkantenhohlraum 18B angeordnet ist.
  • 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
    Kühlkreislauf
    32
    Kühlluft
    34
    Teil der Kühlluft
    36
    Teil der Kühlluft
    38
    Spitzenbereich
    40
    Wendeeinrichtung
    42
    Wendeeinrichtung
    46
    Oberfläche
    48
    Oberfläche
    50
    Oberfläche
    52
    Oberfläche
    54
    Wendeeinrichtung
    56
    Basis
    58
    Basis
    60
    Teil der Kühlluft
    62
    Filmloch
    64
    Teil der Kühlluft
    66
    Kanal
    68
    Spitze
    70
    Spitzenfilm
    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 (20)

  1. Kühlkreislauf (30) für ein mehrwandiges Blatt (6), aufweisend: einen Druckseitenhohlraum (20A) mit einer Oberfläche (46) benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (50) benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen (60, 62) benachbart der Druck- und der Saugseite (8, 10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der ersten Vorderkantenhohlraum (18B) voran dem Druckseiten- und dem Saugseitenhohlraum (20A, 22A) angeordnet ist; einen zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) mit Oberflächen benachbart der Druck- und der Saugseite (8, 10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A) voran dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) angeordnet ist; wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6); und wenigstens einen Kanal (66) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6).
  2. Kühlkreislauf (30) gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend: einen Kühlluftstrom (32), aufgeteilt zwischen dem Druck- und dem Saugseitenhohlraum (20A, 22A), wobei ein erster Teil (34) des Kühlluftstroms (32) in den Druckseitenhohlraum (20A) geleitet wird und wobei ein zweiter Teil (36) des Kühlluftstroms (32) in den Saugseitenhohlraum (22A) geleitet wird; eine Wendeeinrichtung (40) zum Leiten des ersten Teils (34) des Kühlluftstroms (32) von dem Druckseitenhohlraum (20A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B); eine Wendeeinrichtung (42) zum Leiten des zweiten Teils (36) des Kühlluftstroms (32) von dem Saugseitenhohlraum (22A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B), wobei der erste und der zweite Teil (34, 36) des Kühlluftstroms (32) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) zu einem wieder kombinierten Kühlluftstrom (32) wieder kombiniert werden; und eine Wendeeinrichtung (54) zum Leiten des wieder kombinierten Kühlluftstroms (32) von dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in den zweiten Vorderkantenhohlraum (18A).
  3. Kühlkreislauf (30) nach Anspruch 2, wobei ein Teil (60) des wieder kombinierten 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.
  4. Kühlkreislauf (30) nach Anspruch 2, wobei ein Teil (64) des wieder kombinierten Kühlluftstroms (32) von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) zu einer Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) durch wenigstens einen Kanal (66) abgelassen wird, um Filmkühlung der Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) bereitzustellen.
  5. Kühlkreislauf (30) nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Teil (34, 36) des Kühlluftstroms (32) und der wieder kombinierten Kühlluftstrom (32) in dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) in einer ersten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömen und wobei der wieder kombinierte Kühlluftstrom (32) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in einer zweiten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömt.
  6. Kühlkreislauf (30) nach Anspruch 5, 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.
  7. Kühlkreislauf (30) nach Anspruch 5, 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.
  8. Vorrichtung, aufweisend: ein mehrwandiges Blatt (6) einer Turbine (116); und einen Kühlkreislauf (30), angeordnet innerhalb des mehrwandigen Blattes (6) der Turbine (116), wobei der Kühlkreislauf (32, 132) einschließt: einen Druckseitenhohlraum (20A) mit einer Oberfläche (46) benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (50) benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen (60, 62) benachbart der Druck- und der Saugseite (8,10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der erste Vorderkantenhohlraum (18B) voran dem Druck- und dem Saugseitenhohlraum (20A, 22A) angeordnet ist; ein zweiter Vorderkantenhohlraum (18A) mit Oberflächen benachbart der Druck- und der Saugseite (8, 10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A) voran dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) angeordnet ist; wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) mit einer Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6); und wenigstens einen Kanal (66) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) an eine Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6).
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kühlkreislauf (30) weiter aufweist: einen Kühlluftstrom (32), der zwischen dem Druck- und dem Saugseitenhohlraum (20A, 22A) aufgeteilt ist, wobei ein erster Teil (34) des Kühlluftstroms (32) in den Druckseitenhohlraum (20A) geleitet wird und wobei ein zweiter Teil (36) des Kühlluftstroms (32) in den Saugseitenhohlraum (22A) geleitet wird; eine Wendeeinrichtung (40) zum Leiten des ersten Teils (34) des Kühlluftstroms (32) von dem Druckseitenhohlraum (20A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B); eine Wendeeinrichtung (42) zum Leiten des zweiten Teils (36) des Kühlluftstroms (32) von dem Saugseitenhohlraum (22A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B), wobei der erste und der zweite Teil (34, 36) des Kühlluftstroms (32) wieder in einen wieder kombinierten Kühlluftstrom (32) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) kombiniert werden; und eine Wendeeinrichtung (54) zum Leiten des wieder kombinierten Kühlluftstroms (32) von dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in den zweiten Vorderkantenhohlraum (18A).
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Teil (60) des wieder kombinierten 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.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Teil (64) des wieder kombinierten Kühlluftstroms (32) von dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) zu einer Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) durch wenigstens einen Kanal (66) abgelassen wird, um Filmkühlung der Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6) bereitzustellen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste und der zweite Teil (34, 36) des Kühlluftstroms (32) und der wieder kombinierte Kühlluftstrom (32) mit dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) in einer ersten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömen und wobei der wieder kombinierte Kühlluftstrom (32) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in einer zweite Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, 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.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, 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.
  15. Turbomaschine, aufweisend: Gasturbinensystem (102), einschließend eine Verdichterkomponente, eine Brennkammerkomponente und eine Turbinenkomponente, wobei die Turbinenkomponente eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln (2) einschließt und wobei wenigstens eine der Turbomaschinenschaufeln (2) ein mehrwandiges Blatt (6) einschließt; und einen Kühlkreislauf (30), angeordnet innerhalb des mehrwandigen Blattes (6), wobei der Kühlkreislauf (30) einschließt: einen Druckseitenhohlraum (20A) mit einer Oberfläche benachbart einer Druckseite (8) des mehrwandigen Blattes (6); einen Saugseitenhohlraum (22A) mit einer Oberfläche (50) benachbart einer Saugseite (10) des mehrwandigen Blattes (6); einen ersten Vorderkantenhohlraum (18B) mit Oberflächen (60, 62) benachbart der Druck- und der Saugseite (8, 10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der erste Vorderkantenhohlraum (18B) voran dem Druck- und dem Saugseitenhohlraum (20A, 22A) angeordnet ist; zweiter Vorderkantenhohlraum (18A) mit Oberflächen benachbart der Druck- und der Saugseite (8, 10) des mehrwandigen Blattes (6), wobei der zweite Vorderkantenhohlraum (18A) voran dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) angeordnet ist; wenigstens ein Vorderkantenfilmloch (62) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) an eine Vorderkante (14) des mehrwandigen Blattes (6); und wenigstens einen Kanal (66) zum fluidischen Koppeln des zweiten Vorderkantenhohlraums (18A) an eine Spitze (68) des mehrwandigen Blattes (6).
  16. Turbomaschine nach Anspruch 15, wobei der Kühlkreislauf (30) weiter aufweist: einen Kühlluftstrom (32), aufgeteilt zwischen dem Druck- und dem Saugseitenhohlraum (20A, 22A), wobei ein erster Teil (34) des Kühlluftstroms (32) in den Druckseitenhohlraum (20A) geleitet wird und wobei ein zweiter Teil (36) des Kühlluftstroms (32) in den Saugseitenhohlraum (22A) geleitet wird; eine Wendeeinrichtung (40) zum Leiten des ersten Teils (34) des Kühlluftstroms (32) von dem Druckseitenhohlraum (20A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B); eine Wendeeinrichtung (42) zum Leiten des zweiten Teils (36) des Kühlluftstroms (32) von dem Saugseitenhohlraum (22A) in den ersten Vorderkantenhohlraum (18B), wobei der erste und der zweite Teil (34, 36) des Kühlluftstroms (32) in einen wieder kombinierten Kühlluftstrom (32) in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) wieder kombiniert wird; und eine Wendeeinrichtung (54) zum Leiten des wieder kombinierten Kühlluftstroms (32) von dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in den zweiten Vorderkantenhohlraum (18A).
  17. Turbomaschine nach Anspruch 16, wobei ein erster Teil (60) des wieder kombinierten 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 und wobei ein zweiter Teil (64) des wieder kombinierten Kühlluftstroms (32) aus dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) 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.
  18. Turbomaschine nach Anspruch 16, wobei der erste und der zweite Teil (34, 36) des Kühlluftstroms (32) und der wieder kombinierte Kühlluftstrom in dem zweiten Vorderkantenhohlraum (18A) in einer ersten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömen und wobei der wieder kombinierte Kühlluftstrom in dem ersten Vorderkantenhohlraum (18B) in einer zweiten Richtung durch das mehrwandige Blatt (6) strömt.
  19. Turbomaschine nach Anspruch 18, 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.
  20. Turbomaschine nach Anspruch 18, 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.
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