DE202017104914U1 - Kühlkreislauf für ein mehrwandiges Blatt, Vorrichtung und Turbomaschine - Google Patents
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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 der1 , geschnitten entlang der Linie X-X in1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
3 zeigt einen Teil der querschnittlichen Ansicht der2 , die einen Vorderkantenkühlkreislauf gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt. -
4 ist eine perspektivische Ansicht des Vorderkantenkühlkreislaufs gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
5 zeigt einen Teil der querschnittlichen Ansicht der2 , 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 Turbomaschinenschaufel2 gezeigt. Die Turbomaschinenschaufel2 schließt einen Schaft4 und ein mehrwandiges Blatt6 ein, das an den Schaft4 gekoppelt ist und sich von dem Schaft4 radial nach außen erstreckt. Das mehrwandige Blatt6 schließt eine Druckseite8 , eine entgegengesetzte Saugseite10 und einen Spitzenbereich38 ein. Das mehrwandige Blatt6 schließt weiter eine Vorderkante14 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 und eine Hinterkante16 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 auf einer Seite ein, die der Vorderkante14 entgegengesetzt ist. Das mehrwandige Blatt6 erstreckt sich radial von einer Plattform3 weg, die eine Druckseitenplattform5 und eine Saugseitenplattform7 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 Schaft4 und das mehrwandige Blatt6 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 Blatt6 kann ein stationäres Blatt (Düse) oder ein drehbares Blatt sein. -
2 zeigt eine querschnittliche Ansicht eines mehrwandigen Blattes6 geschnitten entlang der Linie X-X der1 . Wie gezeigt kann das mehrwandige Blatt6 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 Hinterkantenhohlräumen24A –24C und eine Vielzahl von zentralen Hohlräumen26A ,26B ein. Der Vorderkantenhohlraum18B ist hinter dem Vorderkantenhohlraum18A (näher an der Hinterkante16 ). Der Anzahl der Hohlräume18 ,20 ,22 ,24 ,26 innerhalb des mehrwandigen Blattes6 kann natürlich variieren, abhängig bspw. von der spezifischen Konfiguration, Größe, beabsichtigten Verwendung usw. des mehrwandigen Blattes6 . Insoweit ist die Anzahl der Hohlräume18 ,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 Hohlräume18 ,20 ,22 ,24 ,26 verwenden. - Ein Vorderkantenserpentinkühlkreislauf
30 gemäß Ausführungsformen ist in den3 und4 gezeigt. Wie der Name anzeigt, ist der Vorderkantenkühlkreislauf30 benachbart der Vorderkante14 des mehrwandigen Blattes6 zwischen der Druckseite8 und der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 angeordnet. - Gleichzeitig bezugnehmend auf
3 und4 wird dem Vorderkantenkühlkreislauf30 ein Kühlluftstrom32 , erzeugt bspw. durch einen Verdichter104 eines Gasturbinensystems102 (6 ), durch den Schaft4 (1 ) zugeführt (z.B. über wenigstens eine Kühlluftdurchführung). Ein erster Teil34 des Kühlluftstroms32 wird einer Basis38 des Druckseitenhohlraums20A zugeführt, der der Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 benachbart ist. Ein zweiter Teil36 des Kühlluftstroms32 wird einer Basis (nicht gezeigt) des Saugseitenhohlraum22A zugeführt, der benachbart der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 ist. - Wie in
3 und4 zusammen mit1 gezeigt, strömt der Kühlluftstrom34 radial nach außen durch den Druckseitenhohlraum20A zu einem Spitzenbereich38 des mehrwandigen Blattes6 was Konvektionskühlung bereitstellt. Eine Wendeeinrichtung40 lenkt den Kühlluftstrom34 von dem Druckseitenhohlraum20A in den Vorderkantenhohlraum18B . Auf korrespondierender Weise strömt der Kühlluftstrom36 radial nach außen durch den Saugseitenhohlraum22A zu dem Spitzenbereich38 des mehrwandigen Blattes6 unter Bereitstellung von Konvektionskühlung. Eine Wendeeinrichtung42 lenkt den Kühlluftstrom36 von dem Saugseitenhohlraum22A in den Vorderkantenhohlraum18B . Der Kühlluftstrom34 und der Kühlluftstrom36 vereinigen sich in dem Vorderkantenhohlraum18B , um den Kühlluftstrom32 wieder zu formieren. Der Kühlluftstrom32 in dem Vorderkantenhohlraum18B stellt Konvektionskühlung bereit. Wie in3 gezeigt, schließt der Druckseitenhohlraum20A eine Oberfläche46 benachbart der Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 und eine Oberfläche48 benachbart dem zentralen Hohlraum26A ein. Weiter schließt der Saugseitenhohlraum22A eine Oberfläche50 benachbart der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 und eine Oberfläche52 benachbart dem zentralen Hohlraum26A ein. Der Vorderkantenhohlraum18B hat eine Oberfläche60 benachbart der Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 und eine Oberfläche62 benachbart der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 . Gemäß Ausführungsformen ist der zentrale Hohlraum26A adiabatisch wirksam mit keiner oder sehr geringer Flüssigkeitsgeschwindigkeit und weist keine Oberflächen auf, die benachbart der Druckseite8 oder der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 sind. Gemäß Ausführungsformen können die Wändeeinrichtungen40 ,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 Blattes6 zu leiten. - Eine Wendeeinrichtung
54 lenkt den Kühlluftstrom32 von einer Basis56 des Vorderkantenhohlraums18B zu einer Basis58 des Vorderkantenhohlraums18A . Der Kühlluftstrom32 strömt radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum18A zu einem Spitzenbereich38 des mehrwandigen Blattes6 unter Bereitstellung von Konvektionskühlung. - Während der Kühlluftstrom
32 radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum18A tritt, wird ein Teil60 des Kühlluftstroms32 aus dem Vorderkantenhohlraum18A zu der Vorderkante14 des mehrwandigen Blattes6 durch wenigstens ein Filmloch62 ausgelassen, um Filmkühlung der Vorderkante14 bereitzustellen. Ein Teil64 des Kühlluftstroms32 wird durch wenigstens einen Kanal66 von dem Vorderkantenhohlraum18A zu der Spitze68 (6 ) des mehrwandigen Blattes6 geleitet. Der Teil64 des Kühlluftstroms32 kann aus der Spitze68 des mehrwandigen Blattes6 als Spitzenfilm70 abgelassen werden, um Spitzenfilmkühlung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Teile60 ,64 des Kühlluftstroms32 oder andere Teile des Kühlluftstroms32 zu Kühlkreisläufen in der Spitze68 oder der Plattform3 (oder inneren/äußeren Seitenwänden) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter den Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf30 wieder verwendet werden. - Wie in
5 dargestellt können die Strömungsrichtungen in anderen Ausführungsformen umgekehrt sein. Zum Beispiel kann in dem in5 dargestellten Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf130 ein Kühlluftstrom (nicht gezeigt) bereitgestellt und in einen Teil134 und einen Teil136 aufgeteilt werden (z.B. durch den Schaft4 oder eine oder mehrere äußere Hohlräume in dem mehrwandigen Blatt6 ). Die Teile134 ,136 des Kühlluftstroms strömen radial nach innen durch den Druckseitenhohlraum20A bzw. den Saugseitenhohlraum22A . Die Teile134 ,136 werden in einen Kühlluftstrom132 in dem Vorderkantenhohlraum18B wieder kombiniert und strömen radial nach außen durch den Vorderkantenhohlraum18B . Nach dem Durchtreten durch den Vorderkantenhohlraum18B wird die Kühlluftströmung132 in den Vorderkantenhohlraum18A umgelenkt und strömt radial nach innen durch den Vorderkantenhohlraum18A . 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 Kühlluftstroms32 wird durch wenigstens einen Kanal66 von dem Vorderkantenhohlraum18A zu der Spitze68 (1 ) des mehrwandigen Blattes6 gelenkt. Der Teil164 des Kühlluftstroms132 wird aus der Spitze68 des mehrwandigen Blattes6 als Spitzenfilm70 (1 ) abgelassen, um Spitzenfilmkühlung bereitzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Teile160 ,164 des Kühlluftstroms132 oder andere Teile des Kühlluftstroms132 zu der Plattform3 (oder inneren/äußeren Seitenwänden) geleitet werden und/oder können in anderen Kühlkreisläufen hinter dem Vorderkantenserpentinenkühlkreislauf130 verwendet werden. - Die Kühlkreisläufe
30 ,130 wurden zur Verwendung in einem mehrwandigen Blatt6 einer Turbomaschinenschaufel2 beschrieben, die während des Betriebs der Gasturbine rotiert. Allerdings können die Kühlkreisläufe30 ,130 auch zur Kühlung innerhalb stationärer Turbinendüsen einer Gasturbine verwendet werden. Zudem können die Kühlkreisläufe30 ,130 verwendet werden, um andere Strukturen zu kühlen, die einen inneren Kühlluftstrom während des Betriebes erfordern. -
6 zeigt eine schematische Ansicht einer Gasturbomaschine102 wie diese hierin verwendet werden kann. Die Gasturbomaschine102 kann einen Verdichter104 einschließen. Der Verdichter104 verdichtet einen eingehenden Luftstrom106 . Der Verdichter104 liefert einen Strom komprimierter Luft108 an eine Brennkammer110 . Die Brennkammer110 mischt den Strom an verdichteter Luft108 mit einem unter Druck stehenden Brennstoffstrom112 und zündet die Mischung, um einen Verbrennungsgasstrom114 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer110 gezeigt ist, kann das Gasturbinensystem102 jede Anzahl an Brennkammern110 einschließen. Der Strom an Verbrennungsgasen114 wird wiederrum an eine Turbine116 geliefert, die typischerweise eine Vielzahl von Turbomaschinenschaufeln2 einschließt (1 ). Der Strom an Verbrennungsgasen114 treibt die Turbine116 an, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine116 produziert wird, treibt den Verdichter104 mittels eines Schaftes118 und kann verwendet werden, um eine externe Last120 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 Blatt6 gemäß einer Ausführungsform schließt ein: einen Druckseitenhohlraum20A mit einer Oberfläche46 benachbart einer Druckseite8 des mehrwandigen Blattes6 ; einen Saugseitenhohlraum22A mit einer Oberfläche50 benachbart einer Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 ; einen ersten Vorderkantenhohlraum18B mit Oberflächen60 ,62 benachbart der Druckseite8 und Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 , wobei der erste Vorderkantenhohlraum18B voran dem Druckseitenhohlraum20A und dem Saugseitenhohlraum22A angeordnet ist; und einem zweiten Vorderkantenhohlraum18A mit Oberflächen benachbart zu der Druckseite8 und der Saugseite10 des mehrwandigen Blattes6 , wobei der zweite Vorderkantenhohlraum18A voran dem ersten Vorderkantenhohlraum18B 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)
- 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 ). - 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 ). - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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 ). - 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 ). - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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 ). - 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 ). - 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. - 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. - 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. - 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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