DE102020103648A1

DE102020103648A1 - Pralleinsatz zur Wiederverwendung von Prallluft in einem Schaufelblatt, Schaufelblatt, das einen Pralleinsatz umfasst, Turbomaschinenkomponente und damit versehende Gasturbine

Info

Publication number: DE102020103648A1
Application number: DE102020103648.5A
Authority: DE
Inventors: Vincent Galoul; Simon Hauswirth; Richard Jones
Original assignee: Doosan Heavy Industries and Construction Co Ltd
Current assignee: Doosan Enerbility Co Ltd
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-08-12
Also published as: US20210246796A1; KR20210103391A; US11624286B2; KR102492725B1

Abstract

Es wird ein Pralleinsatz für ein Schaufelblatt einer Schaufel/Leitschaufel einer Gasturbine geschaffen. Der Pralleinsatz enthält einen doppelwandigen Abschnitt mit einer Außen- und einer Innenwand, die einen Innenkanal an einer Innenfläche der Innenwand, einen Außenkanal an einer Außenfläche der Außenwand und einen Mittelkanal zwischen der Außen- und der Innenwand definieren. In der Außenwand sind Prallkühllöcher vorgesehen, die die Kühlluft des Mittelkanals nutzen, um Prallstrahlen in den Außenkanal auszustoßen. Der Pralleinsatz enthält wenigstens eine Absaugleitung, die sich zwischen der Außen- und der Innenwand über den Mittelkanal erstreckt und einen Einlass am Außenkanal und einen Auslass am Innenkanal aufweist, zum Strömen der Kühlluft nach dem Aufprall vom Außenkanal in den Innenkanal.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Pralleinsatz zur Wiederverwendung von Prallluft in einem Schaufelblatt, ein Schaufelblatt, das einen Pralleinsatz umfasst, eine Turbomaschinenkomponente und eine Gasturbine mit demselben und insbesondere auf das Kühlen einer Turbomaschinenkomponente oder eines Schaufelblatts, die bzw. das einen derartigen Pralleinsatz umfasst.
Turbomaschinen enthalten verschiedene Turbomaschinenkomponenten, die von einer Kühlung profitieren, was zu einer erhöhten Betriebslebensdauer der Komponenten führt. Das Kühlen von Turbomaschinenkomponenten ermöglicht eine Erhöhung der Brenntemperatur, was eine Erhöhung der Gesamtleistung der Kraftmaschine ermöglicht.
Bestimmte Turbomaschinenkomponenten weisen ein Schaufelblatt, z. B. eine Schaufel oder eine Leitschaufel, auf. Die Schaufelblätter umschließen Innenräume und werden intern oder von innen gekühlt, indem Kühlluft durch den Innenraum des Schaufelblatts oder durch einen oder mehrere im Innenraum des Schaufelblatts ausgebildete Kühlkanäle strömt.
Die Turbomaschinenkomponente - die im Folgenden außerdem als die Schaufel oder die Leitschaufel bezeichnet wird - umfasst im Allgemeinen das Schaufelblatt (das außerdem als aerodynamisches Schaufelblatt bezeichnet wird) mit einer Schaufelblattwand und einem durch die Schaufelblattwand definierten Innenraum. Während des Betriebs der Gasturbine sind die Schaufelblätter des Turbinenabschnitts der Gasturbine im Heißgasweg positioniert und sind sehr hohen Temperaturen ausgesetzt. Um dem Schaufelblatt eine Kühlung bereitzustellen, sind deshalb im Innenraum des Schaufelblatts ein oder mehrere Kühlkanäle definiert. Der gesamte Innenraum des Schaufelblatts kann einen Kühlkanal bilden, der sich im Allgemeinen in der Längsrichtung des Schaufelblatts erstreckt.
Alternativ kann das Schaufelblatt an seiner Innenseite eine oder mehrere Rippen enthalten, die sich von einer Druckseite zu einer Saugseite des Schaufelblatts erstrecken und dadurch das Schaufelblatt mechanisch verstärken. Die Rippe unterteilt abhängig von der Anzahl der Rippen den Innenraum des Schaufelblatts in einen oder mehrere Kühlkanäle, die sich entlang der Längsrichtung des Schaufelblatts erstrecken.
In derartigen Kühlkanälen strömt im Allgemeinen Kühlluft entlang der Längsrichtung des Schaufelblatts, nachdem sie in das Schaufelblatt eingeleitet worden ist. Eine Verbesserung einer derartigen inneren Kühlung des Schaufelblatts würde eine vorteilhafte Wirkung auf den Wirkungsgrad der Gasturbine und/oder auf die strukturelle Integrität des Schaufelblatts aufweisen.
Es ist allgemein bekannt, eine Prallkühlung einer Innenfläche des Schaufelblatts z. B. unter Verwendung von Pralleinsätzen in den Kühlkanälen zu verwenden. 10 zeigt einen herkömmlichen Pralleinsatz 80'. Die Wand des Pralleinsatzes 80' definiert einen Strömungskanal, in dem die Kühlluft 5 strömt. Die Wand des Pralleinsatzes 80' enthält mehrere Prallkühllöcher 85, die einer Innenfläche der Schaufelblattwand 101 zugewandt sind. Die Kühlluft aus dem Strömungskanal wird aus den Prallkühllöchern 85 in Form von Prallkühlungsstrahlen 86 herausgeleitet, um auf die Innenfläche der Schaufelblattwand 101 aufzuprallen. Die aufgeprallte Luft strömt dann in den Raum zwischen dem Pralleinsatz 80' und der Schaufelblattwand 101. Dies erzeugt Querströmungen 5x für die Prallstrahlen 86, die sich in der Strömungsrichtung der im Raum zwischen dem Pralleinsatz 80' und der Schaufelblattwand 101 strömenden Prallluft stromabwärts befinden. Dies verringert den Kühlwirkungsgrad in derartigen stromabwärts gelegenen Abschnitten oder Bereichen der Schaufelblattwand 101. Daher ist es wünschenswert, derartige Querströmungen zu verringern.
Weiterhin wird zum Kühlen der Komponenten der Gasturbine ein Teil der Luft aus dem Kompressorabschnitt der Gasturbine gesaugt und zu verschiedenen Abschnitten der Gasturbine geleitet, um als Kühlluft verwendet zu werden. Mehr Kühlung kann vorteilhaft sein und kann durch das Saugen von mehr Luft von dem Kompressor erreicht werden. Eine Zunahme der Luftmenge, die von dem Kompressor zum Kühlen gesaugt wird, führt jedoch unbeabsichtigt zu einer Abnahme der für die Verbrennung verfügbaren Luftmenge - dies kann den Wirkungsgrad der Gasturbine ungünstig beeinflussen. Deshalb würde es vorteilhaft sein, falls die Kühlluft, die einmal verwendet worden ist, z. B. zur Prallkühlung einer ersten Oberfläche, zum Kühlen einer weiteren Oberfläche, z. B. einer zweiten Oberfläche, wiederverwendet wird, indem sie gesammelt oder abgesaugt wird, um wiederverwendet zu werden, nachdem sie auf der ersten Oberfläche verwendet worden ist, um Prallstrahlen zu bilden, die auf die zweite Oberfläche aufprallen können.
Deshalb ist es vorteilhaft, die innere Kühlung des Schaufelblatts zu verbessern.
Die obigen Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche, insbesondere durch einen Einsatz für eine Turbomaschinenkomponente für eine Gasturbine gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Derartige Turbomaschinenkomponenten, die ein Schaufelblatt enthalten, sind im Folgenden durch eine Schaufel veranschaulicht, wobei die Beschreibung jedoch außerdem auf andere Turbomaschinenkomponenten anwendbar ist, die ein Schaufelblatt enthalten, wie z. B. eine Leitschaufel, wenn es nicht anders spezifiziert ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Technik wird ein Pralleinsatz für eine Turbomaschinenkomponente geschaffen.
Die Turbomaschinenkomponente kann eine Komponente mit einem Schaufelblatt, z. B. eine Schaufel oder eine Leitschaufel einer Turbine, sein. In dem Schaufelblatt der Turbomaschinenkomponente können ein oder mehrere Kühlkanäle ausgebildet sein. Der Pralleinsatz kann in einem derartigen Kühlkanal zum Bereitstellen von Prallstrahlen auf einer Innenfläche des Kühlkanals, d. h., die Innenfläche der Schaufelblattwand, eingesetzt oder installiert sein. Folglich sieht die vorliegende Technik außerdem die oben beschriebene Turbomaschinenkomponente voraus.
Der Pralleinsatz, der im Folgenden außerdem als der Einsatz bezeichnet wird, enthält eine doppelwandige Struktur oder einen doppelwandigen Abschnitt, der eine Außenwand und eine Innenwand aufweist.
Die Innenwand und die Außenwand des doppelwandigen Abschnitts können drei räumliche Abteilungen definieren - einen Innenkanal, der an einer Innenfläche der Innenwand ausgebildet ist, einen Außenkanal, der an einer Außenfläche der Außenwand ausgebildet ist, und einen Mittelkanal, der zwischen der Innenfläche der Außenwand und der Außenfläche der Innenwand ausgebildet ist.
Der Innenkanal kann durch eine Wand auf der gegenüberliegenden Seite des Pralleinsatzes begrenzt sein. Mit anderen Worten, wenn der doppelwandige Abschnitt an einer Druckseite vorhanden ist, dann würde die gegenüberliegende Seite die Saugseite sein und umgekehrt. Die Wand auf der gegenüberliegenden Seite des Pralleinsatzes kann ähnlich zu den Aspekten der vorliegenden Technik außerdem einen doppelwandigen Abschnitt aufweisen. Alternativ kann die Wand auf der gegenüberliegenden Seite des Pralleinsatzes nur eine einzige Wand sein.
Der Pralleinsatz enthält mehrere Prallkühllöcher, die in der Außenwand ausgebildet und konfiguriert sind, die Prallstrahlen in den Außenkanal auszustoßen. Die Prallstrahlen werden aus oder von der Kühlluft des Mittelkanals gebildet. Mit anderen Worten, die Kühlluft des Mittelkanals wird als die Prallstrahlen durch die Prallkühllöcher in den Außenkanal ausgestoßen.
Der Pralleinsatz kann wenigstens eine Absaugleitung enthalten. Die Absaugleitung erstreckt sich zwischen der Außenwand und der Innenwand über den Mittelkanal. Die wenigstens eine Absaugleitung führt folglich die Luft durch den Mittelkanal. Folglich wird die aus dem Mittelkanal in die Prallkühllöcher eintretende Kühlluft nicht mit der durch die wenigstens eine Absaugleitung geführten Luft vermischt oder ist von dieser isoliert.
Die Absaugleitung kann einen Einlass in der Außenwand aufweisen, der vorzugsweise in der Außenfläche der Außenwand angeordnet ist, und kann einen Auslass in der Innenwand des Einsatzes aufweisen, der vorzugsweise in der Innenfläche der Innenwand angeordnet ist, so dass die Kühlluft vom Außenkanal durch die Absaugleitung in den Innenkanal strömen kann. Der Absaugleitung arbeitet folglich, um die Kühlluft aus dem Außenkanal in den Innenkanal abzusaugen.
Folglich tritt gemäß der vorliegenden Technik die in dem Schaufelblatt bereitgestellte Kühlluft in den Pralleinsatz, insbesondere in den doppelwandigen Abschnitt des Pralleinsatzes ein, wobei sie in den Mittelkanal strömt und dann als die Prallstrahlen in den Außenkanal auf die Innenfläche des Schaufelblatts ausgestoßen wird, um eine Prallkühlung bereitzustellen, wobei sie dann durch die Absaugleitung aus dem Außenkanal in den Innenkanal abgesaugt wird.
Die abgesaugte Kühlluft kann einmal im Außenkanal verwendet worden sein, um die Innenfläche der Schaufelblattwand zu kühlen, die dem Außenkanal zugewandt ist oder der Außenfläche der Außenwand benachbart oder zugewandt ist.
Vorzugsweise kann diese abgesaugte Kühlluft dann für einige weitere Prozesse, wie z. B. das Bereitstellen einer Prallkühlung an einem weiteren Teil oder Abschnitt der Innenfläche der Schaufelblattwand, verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Technik kann eine Größe des Einlasses und/oder die des Auslasses der Absaugleitung größer als eine Größe der Prallkühllöcher sein. Folglich wird eine leichte Strömung der Kühlluft durch den Absaugleitung bereitgestellt und deshalb der Absaugprozess gefördert.
Die Außenwand des Einsatzes kann eine gewellte Form aufweisen.
Die gewellte Form kann mehrere Aussparungen oder Mulden, die sich in einer Richtung weg von der Innenwand erstrecken, und einen oder mehrere Vorsprünge oder eine oder mehrere Rippen, die sich zwischen den Vertiefungen oder den Mulden, d. h., in einer abwechselnden Weise, befinden, umfassen. In wenigstens einer der Aussparungen oder Mulden können ein oder mehrere Prallkühllöcher vorgesehen sein. Vorzugsweise sind alle der Aussparungen oder Mulden mit einem oder mehreren der Prallkühllöcher versehen.
Der Auslass der Absaugleitung kann an der einen oder den mehreren Rippen oder dem einen oder den mehreren Vorsprüngen positioniert sein.
Der doppelwandige Abschnitt kann wenigstens einen Haupteinlass für die Kühlluft enthalten. Der wenigstens eine Haupteinlass kann ein Einlass des Mittelkanals sein.
Der doppelwandige Abschnitt kann so konfiguriert sein, dass die Kühlluft, die über den Haupteinlass im Mittelkanal empfangen wird, als Prallstrahlen über die Prallkühllöcher ausgestoßen wird und dann aus dem Außenkanal über die Absaugleitung in den Innenkanal abgesaugt wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann in einem ersten Teilaspekt des ersten Aspekts der Haupteinlass an einer Oberseite und/oder Unterseite des Mittelkanals angeordnet sein. Die Oberseite und/oder die Unterseite können als die Seiten oder Bereiche des Mittelkanals verstanden werden, die entlang einer Längsrichtung des Pralleinsatzes beabstandet sind. Die Kühlluft kann entlang der Längsrichtung in den Mittelkanal eintreten.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann in einem zweiten Teilaspekt des ersten Aspekts der wenigstens eine Haupteinlass an einer lateralen Seite des Mittelkanals angeordnet sein. Die laterale Seite kann als parallel zu einer Längsrichtung des Pralleinsatzes verlaufend verstanden werden. Die Kühlluft kann senkrecht zur Längsrichtung in den Mittelkanal eintreten.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Pralleinsatz einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweisen. Der erste Abschnitt kann gemäß dem ersten Teilaspekt des oben beschriebenen ersten Aspekts sein, und der zweite Abschnitt kann gemäß dem zweiten Teilaspekt des oben beschriebenen ersten Aspekts sein.
Ein Hauptauslass des ersten Abschnitts kann mit dem Haupteinlass des zweiten Abschnitts fluidtechnisch verbunden sein.
Der Hauptauslass des ersten Abschnitts kann ein Auslass des Innenkanals sein.
Die Kühlluft kann über die Außenflächen des Absaugleitung strömen oder diese übergehen, die Absaugleitung kann folglich bezüglich der Strömungsrichtung der Kühlluft, die in den Mittelkanal entlang der Längsrichtung oder senkrecht zur Längsrichtung eintritt, aerodynamisch geformt sein. Der Querschnitt kann eine einer runden Form, einer ovalen Form und einer elliptischen Form aufweisen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Technik wird eine Turbomaschinenkomponente für eine Gasturbine geschaffen.
Die Turbomaschinenkomponente kann ein Schaufelblatt mit einer Schaufelblattwand enthalten, die einen Innenraum des Schaufelblatts definiert. In dem Innenraum des Schaufelblatts kann wenigstens ein Kühlkanal ausgebildet sein. Ein Pralleinsatz kann in den Kühlkanal eingesetzt sein. Der Pralleinsatz kann gemäß dem oben beschriebenen ersten Aspekt der vorliegenden Technik sein. Der Außenkanal kann zwischen der Außenfläche der Außenwand und einer Innenfläche der Schaufelblattwand definiert sein.
In der Turbomaschinenkomponente kann der doppelwandige Abschnitt einen am Mittelkanal ausgebildeten Haupteinlass und einen am Innenkanal ausgebildeten Hauptauslass enthalten.
Der Außenkanal kann mit Ausnahme von, d. h. neben, den Prallkühllöchern der Außenwand und dem Einlass der Absaugleitung und optional einem oder mehreren Filmkühllöchern, die in der Schaufelblattwand vorhanden sein können, eine geschlossene Kammer sein. Mit anderen Worten, der Außenkanal kann ein abgedichteter Raum sein, in den die Kühlluft nur durch die Prallkühllöcher eintreten kann, d. h., es sind keine anderen Lufteinlässe in den Außenkanal vorhanden, und aus dem die Kühlluft nur über den Einlass der Absaugleitung oder durch ein oder mehrere Filmkühllöcher, die optional vorhanden sein können, ausströmen kann, d. h., es sind keine anderen Luftauslässe aus dem Außenkanal vorhanden.
Der Mittelkanal kann mit Ausnahme von, d. h. neben, den Prallkühllöchern der Außenwand und dem Haupteinlass des doppelwandigen Abschnitts eine geschlossene Kammer sein. Mit anderen Worten, der Mittelkanal kann ein abgedichteter Raum sein, in den die Kühlluft nur über den Haupteinlass des doppelwandigen Abschnitts eintreten kann, d. h., es sind keine anderen Lufteinlässe in den Mittelkanal vorhanden, und den die Kühlluft nur über die Prallkühllöcher verlassen kann, d. h., es sind keine anderen Luftauslässe aus dem Mittelkanal vorhanden.
Der Innenkanal kann mit Ausnahme von, d. h. neben, dem Auslass der Absaugleitung und dem Hauptauslass des doppelwandigen Abschnitts eine geschlossene Kammer sein. Mit anderen Worten, der Innenkanal kann ein abgedichteter Raum sein, in den die Kühlluft nur durch den Auslass der Absaugleitung eintreten kann, d. h., es sind keine anderen Lufteinlässe in den Innenkanal vorhanden, und den die Kühlluft nur über den Hauptauslass des doppelwandigen Abschnitts verlassen kann, d. h., es sind keine anderen Luftauslässe aus dem Innenkanal vorhanden.
Die Innenfläche der Schaufelblattwand kann Absaugführungen enthalten, die von der Innenfläche der Schaufelblattwand zur Außenfläche der Außenwand vorstehen. Die Kühlluft wird, nachdem sie auf die Innenfläche der Schaufelblattwand aufgetroffen ist, durch die Absaugführungen in Richtung des Einlasses der Absaugleitung geführt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Technik wird eine Gasturbine präsentiert. Die Gasturbine enthält eine Turbomaschinenkomponente gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Technik.
Die oben erwähnten Attribute und anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Technik und die Art und Weise, sie zu erreichen, werden bezüglich der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Technik in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen deutlicher, wobei die vorliegende Technik selbst besser verstanden wird; es zeigen:

1 einen Teil einer beispielhaften Ausführungsform einer Gasturbine in einer Schnittansicht, in die eine Turbomaschinenkomponente der vorliegenden Technik aufgenommen ist;
2 eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Ausführungsform einer Turbomaschinenanordnung veranschaulicht, die eine beispielhafte Ausführungsform einer Turbomaschinenkomponente gemäß der vorliegenden Technik enthält, die durch eine Schaufel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technik veranschaulicht ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie Y-Y in 2, die einen beispielhaften Ort eines Pralleinsatzes der vorliegenden Technik schematisch darstellt;
4 eine beispielhafte Ausführungsform des Pralleinsatzes gemäß der vorliegenden Technik schematisch;
5 einen in 4 gezeigten Abschnitt M des Pralleinsatzes nach 4 auf schematische Weise;
6 einen weiteren in 4 gezeigten Abschnitt N des Pralleinsatzes nach 4 auf schematische Weise;
7 einen Abschnitt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Pralleinsatzes der vorliegenden Technik auf schematische Weise;
8 einen größeren Abschnitt der beispielhaften Ausführungsform des Pralleinsatzes der vorliegenden Technik, der den Abschnitt nach 7 enthält, auf schematische Weise;
9 eine relative Größe und/oder Orientierung und/oder Verteilung der Pralllöcher und eines Einlasses der Absaugleitung der vorliegenden Technik auf schematische Weise; und
10 einen herkömmlichen Pralleinsatz zum vergleichenden Verständnis des Pralleinsatzes der vorliegenden Technik.

Im Folgenden werden die obenerwähnten und andere Merkmale der vorliegenden Technik ausführlich beschrieben. Verschiedene Ausführungsformen werden bezüglich der Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um überall auf gleiche Elemente zu verweisen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erklärungszwecken zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein umfassendes Verständnis einer oder mehrerer Ausführungsformen zu schaffen. Es kann angegeben werden, dass die veranschaulichten Ausführungsformen vorgesehen sind, die Erfindung zu erklären und nicht einzuschränken. Es kann offensichtlich sein, dass derartige Ausführungsformen ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden können.
1 zeigt ein Beispiel einer Gasturbine 10 in einer Schnittansicht. Die Gasturbine 10 kann in der Strömungsreihenfolge einen Einlass 12, einen Kompressor oder Kompressorabschnitt 14, einen Brennkammerabschnitt 16 und einen Turbinenabschnitt 18 umfassen, die im Allgemeinen in der Strömungsreihenfolge und im Allgemeinen um eine und in der Richtung einer Längs- oder Rotationsachse 20 angeordnet sind. Die Gasturbine 10 kann ferner eine Welle 22 umfassen, die um die Rotationsachse 20 drehbar ist und die sich longitudinal durch die Gasturbine 10 erstreckt. Die Welle 22 kann den Turbinenabschnitt 18 mit dem Kompressorabschnitt 14 antriebstechnisch verbinden.
Beim Betrieb der Gasturbine 10 wird die Luft 24, die durch den Lufteinlass 12 eingenommen wird, durch den Kompressorabschnitt 14 verdichtet und dem Verbrennungsabschnitt oder Brennerabschnitt 16 zugeführt. Der Brennerabschnitt 16 kann einen Brennerluftraum 26, eine oder mehrere Brennkammern 28 und wenigstens einen an jeder Brennkammer 28 befestigten Brenner 30 umfassen. Die Brennkammern 28 und die Brenner 30 können sich innerhalb des Brennerluftraums 26 befinden. Die komprimierte Luft, die durch den Kompressor 14 strömt, kann in einen Diffusor 32 eintreten und aus dem Diffusor 32 in den Brennerluftraum 26 ausgestoßen werden, von wo ein Teil der Luft in den Brenner 30 eintreten und mit einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff vermischt werden kann. Das Luft/Brennstoff-Gemisch wird dann verbrannt, wobei das Verbrennungsgas 34 oder Arbeitsgas von der Verbrennung durch die Brennkammer 28 über eine Übergangsleitung 17 zum Turbinenabschnitt 18 geleitet wird.
Diese beispielhafte Gasturbine 10 kann eine rohrförmige Brennkammerabschnittsanordnung 16 aufweisen, die durch eine ringförmige Anordnung von Brennkammerhülsen 19 ausgebildet ist, die jeweils den Brenner 30 und die Brennkammer 28 aufweisen, wobei die Übergangsleitung 17 einen im Allgemeinen kreisförmigen Einlass, der mit der Brennkammer 28 verbunden ist, und einen Auslass in Form eines Ringsegments aufweist. Eine ringförmige Anordnung von Übergangsleitungsauslässen kann einen Ringraum zum Leiten der Verbrennungsgase zur Turbine 18 bilden.
Der Turbinenabschnitt 18 kann eine Anzahl von schaufeltragenden Scheiben 36 umfassen, die an der Welle 22 befestigt sind. Im vorliegenden Beispiel sind zwei Scheiben 36 dargestellt, die jeweils eine ringförmige Anordnung von Turbinenschaufeln 38 tragen. Die Anzahl der schaufeltragenden Scheiben könnte jedoch unterschiedlich sein, d. h., nur eine Scheibe oder mehr als zwei Scheiben. Zusätzlich können zwischen den Stufen der ringförmigen Anordnungen von Turbinenschaufeln 38 die Leitschaufeln 40 angeordnet sein, die an einem Stator 42 der Gasturbine 10 befestigt sind. Zwischen dem Ausgang der Verbrennungskammer 28 und den vorderen Turbinenschaufeln 38 können die Einlassleitschaufeln 44 vorgesehen sein und die Strömung des Arbeitsgases auf die Turbinenschaufeln 38 wenden.
Das Verbrennungsgas aus der Brennkammer 28 tritt in den Turbinenabschnitt 18 ein und treibt die Turbinenschaufeln 38 an, die wiederum die Welle 22 drehen. Die Leitschaufeln 40, 44 dienen dazu, den Winkel des Verbrennungs- oder Arbeitsgases auf den Turbinenschaufeln 38 zu optimieren.
Der Turbinenabschnitt 18 treibt den Kompressorabschnitt 14 an. Der Kompressorabschnitt 14 umfasst eine axiale Reihe von Leitschaufelstufen 46 und Laufschaufelstufen 48. Die Laufschaufelstufen 48 können eine Rotorscheibe umfassen, die eine ringförmige Anordnung von Schaufeln trägt. Der Kompressorabschnitt 14 kann außerdem ein Gehäuse 50 umfassen, das die Rotorstufen umgibt und die Leitschaufelstufen 48 trägt. Die Leitschaufelstufen können eine ringförmige Anordnung von sich radial erstreckenden Leitschaufeln enthalten, die an dem Gehäuse 50 angebracht sind. Die Leitschaufeln sind so vorgesehen, um die Gasströmung in einem optimalen Winkel für die Schaufeln an einem gegebenen Arbeitspunkt der Gasturbine zu präsentieren. Einige der Leitschaufelstufen können variable Leitschaufeln aufweisen, wobei der Winkel der Leitschaufeln um ihre eigene Längsachse für den Winkel gemäß den Luftströmungseigenschaften, die bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Gasturbine auftreten können, eingestellt werden kann. Das Gehäuse 50 kann eine radiale Außenfläche 52 des Durchgangs 56 des Kompressors 14 definieren. Eine radiale Innenfläche 54 des Durchgangs 56 kann wenigstens teilweise durch eine Rotortrommel 53 des Rotors definiert sein, die teilweise durch die ringförmige Anordnung von Schaufeln 48 definiert sein kann.
Die vorliegende Technik wird bezüglich der obigen beispielhaften Gasturbine beschrieben, die eine einzelne Welle oder Rolle aufweist, die einen einzelnen, mehrstufigen Kompressor und eine einzelne, ein- oder mehrstufige Turbine verbindet. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die vorliegende Technik gleichermaßen auf Gasturbinen mit zwei oder drei Wellen anwendbar ist, die für Industrie-, Flug- oder Schiffsanwendungen verwendet werden können.
Die Begriffe stromaufwärts und stromabwärts beziehen sich auf die Strömungsrichtung der Luftströmung und/oder Arbeitsgasströmung durch die Gasturbine, wenn es nicht anders angegeben ist. Die Begriffe vorwärts und rückwärts beziehen sich auf die allgemeine Strömung des Gases durch die Gasturbine, wenn es nicht anders angegeben ist. Die Begriffe axial, radial und in Umfangsrichtung werden bezüglich der Rotationsachse 20 der Gasturbine verwendet, wenn es nicht anders angegeben ist.
In der vorliegenden Technik wird eine Turbomaschinenkomponente präsentiert, die ein Schaufelblatt 100 enthält - wie z. B. in den 2 und 3 gezeigt ist. Die Turbomaschinenkomponente der vorliegenden Technik kann die Schaufel 38 der Gasturbine 10 sein, die oben beschrieben worden ist, wenn es nicht anders spezifiziert ist. Die Turbomaschinenkomponente der vorliegenden Technik kann die Leitschaufel 40,44 der oben beschriebenen Gasturbine 10 sein, wenn es nicht anders spezifiziert ist. Im Folgenden ist um der Einfachheit und Kürze willen und nicht als eine Einschränkung vorgesehen, wenn es nicht anders spezifiziert ist, die Turbomaschinenkomponente veranschaulicht worden, wobei sie außerdem als eine Schaufel der Gasturbine bezeichnet worden ist, es kann jedoch angegeben werden, dass die Turbomaschinenkomponente gemäß der vorliegenden Technik außerdem eine weitere Turbomaschinenkomponente sein kann, die ein Schaufelblatt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technik enthält.
Die 2 und 3 stellen schematisch ein Beispiel einer Turbomaschinenkomponente dar, die durch die Schaufel 38 der Gasturbine 10 veranschaulicht ist. 2 stellt ein Beispiel einer Turbomaschinenanordnung schematisch dar. Die Anordnung kann die Turbinenschaufeln 38 als die Turbomaschinenkomponente enthalten, die auf der Rotorscheibe 36 angeordnet sind. Die Turbinenschaufel 38 kann eine Plattform 200, ein Schaufelblatt 100 und optional eine Wurzel 300 enthalten. Die Schaufel 38 kann über die Wurzel 300 an der Scheibe 36 befestigt oder angebracht sein.
In der Turbomaschinenkomponente erstreckt sich das Schaufelblatt 100 von der Plattform 200. Die Plattform 200 kann eine Oberseite 201 und eine Unterseite 210 enthalten. Das Schaufelblatt 100 kann sich von der Oberseite 201 der Plattform 200 erstrecken. Die Oberseite 201 kann sich in der Umfangsrichtung erstrecken. Ähnlich kann sich die Unterseite 210 in der Umfangsrichtung erstrecken. Das Schaufelblatt 100 erstreckt sich von der Oberseite 201 der Plattform 200 radial nach außen. Die Wurzel 300 kann sich entgegengesetzt zur Erstreckungsrichtung des Schaufelblatts von der Unterseite 210 der Plattform 200 radial nach unten erstrecken.
Das Schaufelblatt 100 enthält eine Schaufelblattwand 101, die einen Innenraum 100s des Schaufelblatts umschließt. Die Schaufelblattwand 101 kann eine Druckseite 102 (die außerdem als eine Druckfläche oder konkave Fläche/Seite bezeichnet wird) und eine Saugseite 104 (die außerdem als eine Saugseite oder konvexe Fläche/Seite bezeichnet wird) enthalten. Die Druckseite 102 und die Saugseite 104 treffen einander an einer Vorderkante 106 und einer Hinterkante 108 des Schaufelblatts 100.
Das Schaufelblatt 100 kann einen Basisabschnitt 100b, der an die Plattform 200 angrenzt, und einen Spitzenabschnitt 100a, der entlang einer Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 von dem Basisabschnitt 100b beabstandet ist, aufweisen.
Der Innenraum 100s des Schaufelblatts 100 kann einen Kühlkanal 70 bilden, der durch die Schaufelblattwand 101 begrenzt ist.
Alternativ kann wenigstens eine Rippe 60 innerhalb des Innenraums 100s des Schaufelblatts 100 angeordnet sein. Die Rippe 60 kann sich zwischen der Druckseite 102 und der Saugseite 104 erstrecken. Genauer kann sich jede Rippe 60 zwischen einer Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 des Schaufelblatts 100 auf der Druckseite 102 des Schaufelblatts 100 und einer Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 des Schaufelblatts 100 auf der Saugseite 104 des Schaufelblatts 100 erstrecken. Es kann angegeben werden, dass, obwohl das Beispiel nach 3 für Beispielzwecke zwei derartige Rippen 60 zeigt, das Schaufelblatt 100 1 oder 3 oder mehr Rippen 60 aufweisen kann. Jede der Rippen 60 ist mit der Druckseite 102 und der Saugseite 104 verbunden. Genauer kann jede der Rippen 60 mit einer Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 auf der Druckseite 102 und mit der Innenfläche 101s der Schaufelblattwand 101 auf der Saugseite 104 verbunden sein.
Die Wand, d. h., die Schaufelblattwand 101, des Schaufelblatts 100, die die Druckseite 102 und die Saugseite 104 enthält und die Vorderkante 106 und die Hinterkante 108 definiert, kann, außer dass sie als die Schaufelblattwand 101 bezeichnet wird, außerdem als eine Außenwand des Schaufelblatts 100 oder als eine Primärwand des Schaufelblatts 100 bezeichnet werden. Die Schaufelblattwand 101 definiert das äußere Aussehen des Schaufelblatts 100 oder definiert, mit anderen Worten, die Schaufelblattform.
Jede der Rippen 60 kann außerdem so verstanden werden, dass sie durch eine Wand in dem Schaufelblatt 100 ausgebildet ist, wobei jedoch die Wand, die die Rippe 60 bildet, anders als die Schaufelblattwand 101 ist und als eine Innenwand oder Sekundärwand des Schaufelblatts 100 bezeichnet werden kann.
Wie im Beispiel nach 3 gezeigt ist, kann der Innenraum 100s des Schaufelblatts 100 wenigstens einen Kühlkanal 70 für die Strömung der Kühlluft 5 enthalten. Die Kühlkanäle 70 können als ganzer Innenraum 100s oder als durch die Rippen 60 erzeugte Unterteilungen des Innenraums 100s des Schaufelblatts 100 verstanden werden. Es kann angegeben werden, dass, obwohl das Beispiel nach 3 für Beispielzwecke drei derartige Kühlkanäle 70 zeigt, das Schaufelblatt 100 1 oder 2 oder 4 oder mehr derartiger Kühlkanäle 70 aufweisen kann.
Die Kühlluft 5 kann in den Kühlkanal 70 von außerhalb des Schaufelblatts 100, z. B. durch (nicht gezeigte) Kühlluftströmungswege, die in der Wurzel 300 der Schaufel 1 ausgebildet sind, bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich zum Obigen kann die Kühlluft 5 in den Kühlkanal 70 von einem weiteren, vorzugsweise benachbarten, Kühlkanal 70 des Schaufelblatts 100 bereitgestellt werden, wobei verursacht wird, dass die Kühlluft an dem Spitzenabschnitt 100a oder dem Basisabschnitt100b des Schaufelblatts eine Kehrtwende ausführt, wodurch sie aus einem ersten Kühlkanal 70 ausströmt und dann von einer Ober- oder Unterseite bezüglich der Richtung A des Kühlkanals in einen zweiten Kühlkanal 70 strömt.
Der Kühlkanal 70 kann sich entlang der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 erstrecken, wie im Beispiel nach den 2 und 3 gezeigt ist. Wie im Beispiel nach 3 gezeigt ist, kann jeder Kühlkanal 70 des Schaufelblatts durch eine oder mehrere der Rippen 60 und die Druckseite 102 und die Saugseite 104 definiert sein. Das Beispiel nach 3 zeigt einen ersten Kühlkanal 70, der durch eine der Rippen 60, einen Abschnitt der Druckseite 102, einen Abschnitt der Saugseite 104 und die Vorderkante 106 definiert ist. Das Beispiel nach 3 zeigt außerdem einen zweiten Kühlkanal 70, der durch eine der Rippen 60, einen Abschnitt der Druckseite 102, einen Abschnitt der Saugseite 104 und die Hinterkante 108 definiert ist. Weiterhin zeigt das Beispiel nach 3 einen dritten Kühlkanal 70, der durch zwei benachbarte Rippen 60, die einander zugewandt sind, einen Abschnitt der Druckseite 102 und einen Abschnitt der Saugseite 104 definiert ist. Der dritte Kühlkanal kann als der Kühlkanal zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkanal verstanden werden und kann außerdem mehrmals vorhanden sein.
3 zeigt außerdem eine schematische Darstellung eines oder mehrerer Pralleinsätze 80 gemäß der vorliegenden Technik, die in dem Kühlkanal 70 eingesetzt oder positioniert oder ausgebildet sind. Der Pralleinsatz 80 gemäß der vorliegenden Technik wird im Folgenden bezüglich der 4 bis 9 erklärt. Ein herkömmlicher Pralleinsatz 80' ist zum vergleichenden Verständnis in 10 gezeigt.
Die Pralleinsätze 80 (die im Folgenden außerdem als der Einsatz 80 bezeichnet werden) können im Allgemeinen als eine in den Kühlkanal 70 eingesetzte Komponente oder als eine z. B. durch additive Fertigung in dem Kühlkanal 70 gebildete Komponente verstanden werden, die ein oder mehrere Pralllöcher 85 zum Ausstoßen von Prallstrahlen 86 von Kühlluft in Richtung der Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101, vorzugsweise in Richtung der Druckseite 102 und/oder der Saugseite 104 des Schaufelblatts 100 und/oder in Richtung der Vorderkante 106 und/oder in Richtung der Hinterkante 108 des Schaufelblatts 100, für den Zweck des Aufprallens auf die Innenfläche 101a (die im Folgenden außerdem als eine Zielfläche bezeichnet wird) des Schaufelblatts 100, um eine Kühlung der Zielfläche bereitzustellen, enthält.
Der Pralleinsatz 80 kann in den Kühlkanal 70 der Turbomaschinenkomponente, die die Schaufel 38 oder die Leitschaufel 40, 44 der Gasturbine 10 sein kann, eingesetzt sein, um eine Prallkühlung der Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 bereitzustellen, die den Kühlkanal 70 in dem Schaufelblatt 100 der Turbomaschinenkomponente der Gasturbine 10 bildet.
Im Folgenden wird mit Bezug auf die 5 und 6 in Kombination mit 4 eine beispielhafte Ausführungsform des Pralleinsatzes 80 der vorliegenden Technik erklärt.
Der Pralleinsatz 80, der im Folgenden außerdem als der Einsatz 80 bezeichnet wird, enthält eine doppelwandige Struktur oder einen doppelwandigen Abschnitt 1, 2. In 4 stellen sowohl der Abschnitt 1 als auch der Abschnitt 2 beispielhafte Ausführungsformen eines derartigen doppelwandigen Abschnitts dar.
Im Allgemeinen kann der Ausdruck ‚doppelwandiger‘ Abschnitt oder ‚doppelwandige‘ Struktur als ein Abschnitt verstanden werden, der zwei Wände aufweist, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
Um weiter zu erklären, wenn der Pralleinsatz 80 innerhalb des Schaufelblatts 100 positioniert ist, kann eine Seite oder ein Abschnitt oder ein Bereich des Pralleinsatzes 80 der Druckseite 102 des Schaufelblatts 100 benachbart angeordnet sein, wie in 3 gezeigt ist, wobei sie bzw. er als eine Druckseite des Pralleinsatzes 80 bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten, die Druckseite des Pralleinsatzes 80 kann außerdem als eine Seite des Pralleinsatzes 80 zum Bereitstellen von Prallstrahlen 86 in Richtung der Druckseite 102 des Schaufelblatts 100 verstanden werden.
Ähnlich kann, wenn der Pralleinsatz 80 innerhalb des Schaufelblatts 100 positioniert ist, eine Seite oder ein Abschnitt oder ein Bereich des Pralleinsatzes 80, die bzw. der anders als die Druckseite des Pralleinsatzes 80 ist, der Saugseite 104 des Schaufelblatts 100 benachbart angeordnet sein, wie in 3 gezeigt ist, wobei sie bzw. er als eine Saugseite des Pralleinsatzes 80 bezeichnet werden kann. Mit anderen Worten, die Saugseite des Pralleinsatzes 80 kann außerdem als eine Seite des Pralleinsatzes 80 zum Bereitstellen von Prallstrahlen 86 in Richtung der Saugseite 104 des Schaufelblatts 100 verstanden werden.
Der Begriff ‚doppelwandig‘ enthält bei dem Pralleinsatz 80, dass die Saugseite und/oder die Druckseite des Pralleinsatzes 80 jeweils zwei Wände aufweisen, nämlich eine Außenwand 82 und eine Innenwand 81, wie in 4 gezeigt ist. Einfach ausgedrückt weist nur die Saugseite oder nur die Druckseite oder sowohl die Saugseite als auch die Druckseite des Pralleinsatzes 80 gemäß der vorliegenden Technik zwei Wände auf - die Innenwand 81 und die Außenwand 82. Der ‚doppelwandige‘ Abschnitt, wie er in der vorliegenden Technik verwendet wird, kann einen Abschnitt, z. B. einen Abschnitt des in 10 gezeigten herkömmlichen Pralleinsatzes 80', der nur eine Wand auf der Saugseite und die nur eine Wand auf der Druckseite aufweist, nicht enthalten.
Um weiter zu erklären, die Druckseite des Pralleinsatzes 80 kann zwei Wände umfassen - eine Innenwand 81 der Druckseite und eine Außenwand 82 der Druckseite - und folglich ein Beispiel des doppelwandigen Abschnitts bilden. Alternativ oder zusätzlich zum Obigen kann die Saugseite des Pralleinsatzes 80 zwei Wände umfassen - eine Innenwand 81 der Saugseite und eine Außenwand 82 der Saugseite - und folglich ein Beispiel des doppelwandigen Abschnitts bilden. Kurz, wenigstens eine der Druckseite und der Saugseite des Pralleinsatzes umfasst den doppelwandigen Abschnitt, während die andere der Druckseite und der Saugseite des Pralleinsatzes eine einzelne Wand umfassen kann oder außerdem den doppelwandigen Abschnitt umfassen kann.
Wenn sowohl die Druckseite als auch die Saugseite des Pralleinsatzes einen doppelwandigen Abschnitt umfassen, dann können die beiden doppelwandigen Abschnitte bezüglich einer Kammer des Schaufelblatts symmetrisch sein. Wenn sowohl die Druckseite als auch die Saugseite des Pralleinsatzes den doppelwandigen Abschnitt umfassen, dann können die beiden doppelwandigen Abschnitte bezüglich einer Kammer des Schaufelblatts ein Spiegelbild voneinander sein.
In dem doppelwandigen Abschnitt der vorliegenden Technik ist die Außenwand 82 als ‚außen‘ bezeichnet worden, weil sie das äußere Aussehen des Pralleinsatzes 80 bildet. Die Innenwand 81 ist als ‚innen‘ bezeichnet worden, weil sie bezüglich einer (nicht gezeigten) Mitte des Pralleinsatzes 80 oder bezüglich einer (nicht gezeigten) Mitte oder (nicht gezeigten) Mittelachse des in dem Schaufelblatt 100 definierten Kühlkanals 70 innerhalb der Außenwand 82 positioniert ist, wie in 3 gezeigt ist.
Alternativ können die Begriffe ‚innen‘ und ‚außen‘ wie folgt verstanden werden - die Außenwand 82 des Pralleinsatzes 80 wird als ‚außen‘ bezeichnet, weil sie in Richtung der Schaufelblattwand 101, d. h., in der Nähe der Druckseite 102 oder der Saugseite 104 des Schaufelblatts 100, angeordnet ist, wenn sich der Pralleinsatz 80 innerhalb des Schaufelblatts 100 befindet. Die Außenwand 82 befindet sich zwischen der Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 und der Innenwand 81 des doppelwandigen Abschnitts.
Einfach ausgedrückt, bei einer Bewegung von einer Außenseite des Pralleinsatzes 80 in den Pralleinsatz 80 erscheint von einer lateralen Seite des Pralleinsatzes 80 zuerst die Außenwand 82 des Pralleinsatzes 80 und dann die Innenwand 81 des Pralleinsatzes 80. Ähnlich erscheint, wenn sich der Pralleinsatz 80 in dem Schaufelblatt 100 befindet, bei einer Bewegung von einer Außenseite des Schaufelblatts 100 in das Schaufelblatt 100 von einer lateralen Seite (z. B. der Druckseite oder Saugseite des Schaufelblatts) des Schaufelblatts 100 zuerst die Schaufelblattwand 101, dann die Außenwand 82 des Pralleinsatzes 80 und dann die Innenwand 81 des Pralleinsatzes 80.
Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, weist die Innenwand 81 eine Innenfläche 81a und eine Außenfläche 81b auf, während die Außenwand 82 eine Innenfläche 82a und eine Außenfläche 82b aufweist. Die Innenfläche 82a der Außenwand 82 ist der Außenfläche 81b der Innenwand 81 zugewandt. Der Raum zwischen der Innen- und der Außenwand 81, 82 wird als ein Mittelkanal 502 bezeichnet. Der Mittelkanal 502 ist zwischen der Innenfläche 82a der Außenwand 82 und der Außenfläche 81b der Innenwand 81 definiert oder vorhanden.
Die Außenfläche 82b der Außenwand 82 ist konfiguriert, um der Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 100 zugewandt zu sein, wenn der Pralleinsatz 80 innerhalb des Schaufelblatts 100 positioniert ist.
Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, definieren in dem Pralleinsatz 80 die Innenwand 81 und die Außenwand 82 des doppelwandigen Abschnitts drei räumliche Abteilungen - einen Innenkanal 501, der an der Innenfläche 81a der Innenwand 81 ausgebildet ist, einen Außenkanal 503, der an der Außenfläche 82b der Außenwand 82 ausgebildet ist, und den Mittelkanal 502, der zwischen der Innenfläche 82a der Außenwand 82 und der Außenfläche 81b der Innenwand 81 ausgebildet ist.
Einfach ausgedrückt ist der Mittelkanal 502 zwischen der Außen- und der Innenwand 81, 82 definiert, befindet sich der Innenkanal 501 auf der Innenwandseite des Mittelkanals 502 und befindet sich der Außenkanal 503 auf der Außenwandseite des Mittelkanals 502. Der Mittelkanal 502 kann zwischen dem Innen- und dem Außenkanal 501, 502 angeordnet sein.
Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, kann der Raum zwischen der Schaufelblattwand 101 und der Außenwand 82 als der Außenkanal 503 bezeichnet werden, wenn der Pralleinsatz 80 innerhalb des Schaufelblatts 100 positioniert ist. Genauer kann der Raum zwischen der Schaufelblattwand 101 und der Außenfläche 82b der Außenwand 82 als der Außenkanal 503 bezeichnet werden. Sogar noch genauer kann der Raum zwischen der Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 und der Außenfläche 82b der Außenwand 82 als der Außenkanal 503 bezeichnet werden.
Um weiter zu erklären, erscheint bei einer Bewegung von einer (nicht gezeigten) Mitte des Pralleinsatzes 80 in Richtung einer Außenseite des Pralleinsatzes 80 zuerst der Innenkanal 501, dann die Innenfläche 81 a der Innenwand 81 des doppelwandigen Abschnitts, dann die Außenfläche 81b der Innenwand 81 des doppelwandigen Abschnitts, dann der Mittelkanal 502, dann die Innenfläche 82a der Außenwand 82 des doppelwandigen Abschnitts, dann die Außenfläche 82b der Außenwand 82 des doppelwandigen Abschnitts, wie in den 4 bis 6 gezeigt ist. Beim weiteren Weitergehen würde schließlich die Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 100 erscheinen, falls der Pralleinsatz 80 innerhalb des Schaufelblatts 100 positioniert oder angeordnet wäre.
Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, enthält der Pralleinsatz 80 mehrere Prallkühllöcher 85, die als Durchgangslöcher in der Außenwand 82 ausgebildet und konfiguriert sind, die Prallstrahlen 86 in den Außenkanal 503 auszustoßen. Die Prallstrahlen 86 werden aus oder von der Kühlluft 5 des Mittelkanals 502 gebildet. Mit anderen Worten, die Kühlluft 5 des Mittelkanals 502 wird als die Prallstrahlen 86 durch die Prallkühlöffnungen 85 in den Außenkanal 503 ausgestoßen. Die Kühlluft 5 wird über die Prallkühllöcher 85 in Form von Prallstrahlen 86 in Richtung der Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 100 ausgestoßen, falls der Pralleinsatz 80 innerhalb des Schaufelblatts 100 positioniert oder angeordnet wäre.
Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, enthält der Pralleinsatz 80 wenigstens eine Absaugleitung 9. Die Absaugleitung 9 kann als ein Rohr oder Schlauch verstanden werden, das bzw. der sich zwischen der Außenwand 82 und der Innenwand 81 über den Mittelkanal 502, d. h., von der Außenwand 82 über den Mittelkanal 502 zur Innenwand 81 erstreckt. Ein Querschnitt der Absaugleitung 9 kann kreisförmig, oval oder polygonal sein. Der Querschnitt der Absaugleitung 9 kann aerodynamisch geformt sein, was entsprechend irgendeiner Strömung der Kühlluft 5 orientiert sein kann, die durch die oder vorbei an der Absaugleitung 9 auftritt, die später bezüglich 9 erklärt wird.
Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, weist die Absaugleitung 9 einen Einlass 9a auf, der an der Außenfläche 82b der Außenwand 82 angeordnet sein kann. Die Absaugleitung 9 weist einen Auslass 9b auf, der an der Innenfläche 81a der Innenwand 81 angeordnet sein kann. Mit anderen Worten, die Absaugleitung 9 verbindet den Außenkanal 503 und den Innenkanal 501 fluidtechnisch, so dass die Kühlluft 5 aus dem Außenkanal 503 durch die Absaugleitung 9 in den Innenkanal 501 strömen kann. Die Kühlluft 5 strömt vom Außenkanal 503 durch das Strömen in einer eingeschränkten Weise, das in der Absaugleitung 9 eingeschränkt ist, durch den dazwischenliegenden Mittelkanal 502 zum Innenkanal 501.
Folglich arbeitet die Absaugleitung 9, um die Kühlluft 5 aus dem Außenkanal 503 in den Innenkanal 501 abzusaugen.
Es kann angegeben werden, dass in der vorliegenden Technik die Begriffe ‚Einlass‘ und ‚Auslass‘ und ähnliche Begriffe bezüglich der Kühlluft verwendet worden sind. Mit anderen Worten, ein ‚Einlass‘ kann einen ‚Einlass für Kühlluft‘ bedeuten, wobei ähnlich ein ‚Auslass‘ einen ‚Auslass für Kühlluft‘ bedeuten kann, wenn es nicht anders angegeben ist.
Der Einlass 9a der Absaugleitung 9 kann mit der Außenfläche 82b der Außenwand 82 bündig sein.
Ähnlich kann der Auslass 9b der Absaugleitung 9 mit der Innenfläche 81a der Innenwand 81 bündig sein.
Wie in den 4 bis 6 gezeigt ist, implementiert in der vorliegenden Technik folglich der doppelwandige Abschnitt 1, 2 strukturell ein Strömungsschema, durch das die Kühlluft 5 aus dem Mittelkanal 502 als die Prallstrahlen 86 über die Prallkühllöcher 85 in den Außenkanal 503 zum Aufprallen auf die Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 100 ausgestoßen wird und dann aus dem Außenkanal 503 über die Absaugleitung 9 in den Innenkanal 501 abgesaugt wird.
Wie in 4 gezeigt ist, kann der doppelwandige Abschnitt 1, 2 einen Haupteinlass 5a für die Kühlluft 5 enthalten. Der Haupteinlass 5a kann ein Einlass des Mittelkanals 502 sein. Der Haupteinlass 5a kann der einzige Einlass des doppelwandigen Abschnitts 1, 2 sein.
Die Kühlluft 5, die durch den doppelwandigen Abschnitt 1, 2 zirkuliert, kann über den Haupteinlass 5a in den doppelwandigen Abschnitt 1, 2 eintreten. Mit anderen Worten, die Kühlluft 5, die durch den doppelwandigen Abschnitt 1, 2 zirkuliert, kann zuerst über den Haupteinlass 5a in den Mittelkanal 502 eintreten, wobei sie dann über Prallkühllöcher 85 zum Außenkanal 503 strömt und danach über die Absaugleitung 9 zum Innenkanal 501 strömt.
Bezüglich des in 5 gezeigten Abschnitts M und des in 6 gezeigten Abschnitts N werden nun im Folgenden zwei alternative Ausführungsformen, z. B. eine erste Ausführungsform und eine zweite Ausführungsform, des Pralleinsatzes 80 der vorliegenden Technik beschrieben.
Wie im Abschnitt 1 der 4 und außerdem in 5 gezeigt ist, kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, d. h., der ersten Ausführungsform, der Haupteinlass 5a an einer Oberseite oder an einer Unterseite des Mittelkanals 502 angeordnet sein. Es kann möglich sein, dass ein Haupteinlass sowohl im Boden als auch im Oberteil des Mittelkanals 502 vorhanden ist. Die Oberseite und die Unterseite können als die Seiten oder Bereiche des Mittelkanals 502 verstanden werden, die entlang der Längsrichtung A (die außerdem in den 2 und 3 gezeigt ist) des Pralleinsatzes 80 beabstandet sind. Die Oberseite und die Unterseite des Mittelkanals 502 können dem Spitzenabschnitt 100a und dem Basisabschnitt 100b des in 2 gezeigten Schaufelblatts 100 entsprechen oder mit diesen zusammenfallen. Die Oberseite und die Unterseite des Pralleinsatzes 80 können entlang der Längsrichtung A, die als die gleiche wie eine Längsrichtung des Pralleinsatzes 80 verstanden werden kann, voneinander beabstandet sein. Die Kühlluft 5 kann entlang der Längsrichtung A in den Mittelkanal 502 eintreten.
Die Längsrichtung A kann außerdem als die radiale Richtung bezüglich der Rotationsachse der Gasturbine verstanden werden.
Alternativ kann gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, d. h., der zweiten Ausführungsform, der Haupteinlass 5a an einer lateralen Seite des Mittelkanals 502 angeordnet sein, wie im Abschnitt 2 der 4 und außerdem in 6 gezeigt ist. Die laterale Seite kann so verstanden werden, dass sie sich parallel zur Längsrichtung A des Pralleinsatzes 80 erstreckt. Die Kühlluft 5 kann senkrecht zur Längsrichtung A in den Mittelkanal 502 eintreten.
In Übereinstimmung mit den Aspekten der vorliegenden Technik kann, obwohl dies nicht dargestellt ist, die gesamte Struktur des Pralleinsatzes 80 so sein, wie für die erste Ausführungsform beschrieben worden ist, z. B. wie im Abschnitt 1 der 4 und außerdem in 5 gezeigt ist. Alternativ kann in Übereinstimmung mit den Aspekten der vorliegenden Technik, obwohl dies nicht dargestellt ist, die gesamte Struktur des Pralleinsatzes 80 so sein, wie für die zweiten Ausführungsformen beschrieben worden ist, z. B. wie im Abschnitt 2 der 4 und außerdem in 6 gezeigt ist. Weiterhin kann in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Technik, wie in 4 gezeigt ist, die gesamte Struktur des Pralleinsatzes 80 mehrere Abschnitte aufweisen - von denen einer, z. B. ein erster Abschnitt 1, sein kann, wie oben für die erste Ausführungsform beschrieben worden ist und wie im Abschnitt 1 der 4 gezeigt ist, während ein weiterer von ihnen, z. B. ein zweiter Abschnitt 2, sein kann, wie oben für die zweite Ausführungsform beschrieben worden ist und wie im Abschnitt 2 der 4 gezeigt ist.
Kurz, in einer beispielhaften Ausführungsform kann der Pralleinsatz 80 einen ersten Abschnitt 1 und einen zweiten Abschnitt 2, wie in 4 gezeigt ist, als Teil desselben Pralleinsatzes 80 aufweisen.
Wie ferner in 4 gezeigt ist, kann an der gestrichelten Linie zwischen den mit ‚1‘ und ‚2‘ gekennzeichneten Abschnitten ein Hauptauslass 5b des ersten Abschnitts 1 mit dem Haupteinlass 5a des zweiten Abschnitts 2 fluidtechnisch verbunden sein. Insbesondere kann der Hauptauslass 5b des ersten Abschnitts 1 ein Auslass des Innenkanals 501 des ersten Abschnitts 1 sein. Folglich kann die Kühlluft 5, wie in 4 gezeigt ist, zuerst in den ersten Abschnitt 1 eintreten und dann aus dem ersten Abschnitt 1 in den zweiten Abschnitt 2 strömen.
Insbesondere kann die Kühlluft 5, wie in 4 gezeigt ist, zuerst über den Haupteinlass 5a in den Mittelkanal 502 des ersten Abschnitts 1 eintreten, wobei sie dann als die Prallstrahlen 86 über die Prallkühllöcher 85 der Außenwand 82 des ersten Abschnitts 1 in den Außenkanal 503 des ersten Abschnitts 1 zum Aufprallen auf die Innenfläche 101a der dem ersten Abschnitt 1 benachbarten Schaufelblattwand 100 ausgestoßen wird und dann aus dem Außenkanal 503 des ersten Abschnitts 1 über die Absaugleitung 9 des ersten Abschnitts 1 in den Innenkanal 501 des ersten Abschnitts 1 abgesaugt wird. Danach strömt die abgesaugte Kühlluft 5 aus dem Hauptauslass 5b des ersten Abschnitts 1, der einfach der Auslass des Mittelkanals 502 des ersten Abschnitts 1 sein kann.
Die ausströmende abgesaugte Kühlluft 5 tritt dann über den Haupteinlass 5a des zweiten Abschnitts 2 in den zweiten Abschnitt 2 ein. Die Kühlluft 5 kann über den Haupteinlass 5a in den Mittelkanal 502 des zweiten Abschnitts 2 eintreten, wird dann als die Prallstrahlen 86 über die Prallkühllöcher 85 der Außenwand 82 des zweiten Abschnitts 2 in den Außenkanal 503 des zweiten Abschnitts 2 zum Aufprallen auf die Innenfläche 101a der dem zweiten Abschnitt 2 benachbarten Schaufelblattwand 100 ausgestoßen und wird dann aus dem Außenkanal 503 des zweiten Abschnitts 2 über die Absaugleitung 9 des zweiten Abschnitts 2 in den Innenkanal 501 des zweiten Abschnitts 2 abgesaugt. Danach kann die abgesaugte Kühlluft 5 aus dem Hauptauslass 5b des zweiten Abschnitts 2 ausströmen, der einfach der Auslass des Mittelkanals 502 des zweiten Abschnitts 2 sein kann.
Wie in 4 gezeigt ist, kann der Pralleinsatz 80 außerdem einen dritten Abschnitt 3 aufweisen, der kein doppelwandiger Abschnitt sein kann, wobei jedoch eine oder mehrere Wände des dritten Abschnitts 3 darin ausgebildete Prallkühllöcher 85 aufweisen können und die Prallstrahlen 86 bilden können, die in Richtung der Innenfläche 101a der dem dritten Abschnitt 3 benachbart positionierten Schaufelblattwand 101 ausgestoßen werden. Die Prallstrahlen 86 umfassen die Kühlluft 5, die aus dem Hauptauslass 5b des zweiten Abschnitts 2 und in den dritten Abschnitt 3 strömt.
Weitere Aspekte der vorliegenden Technik sind im Folgenden bezüglich der 7 und 8 erörtert worden.
Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, kann die Außenwand 82 eine gewellte Form aufweisen. Dies kann die Wand in irgendeinem der Abschnitte 1 und 2 nach 4 sein. Die gewellte Form enthält mehrere Mulden 82t oder eingekerbte Bereiche 82t, die sich in einer Richtung weg von der Innenwand 81 erstrecken. Eine oder mehrere Rippen 82r oder ein oder mehrere vorstehende Bereiche 82r können zwischen den Mulden 82t, d. h., in einer abwechselnden Weise, liegen. Eines oder mehrere der Prallkühllöcher 85 können in wenigstens einer der Mulden 82t untergebracht oder ausgebildet oder lokalisiert oder angeordnet oder vorgesehen sein. Vorzugsweise sind alle der Mulden 82t mit einem oder mehreren der Prallkühllöcher 85 versehen.
Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, kann der Auslass 9b der Absaugleitung 9 an der einen oder den mehreren Rippen 82r positioniert sein.
Wie in den 7 und 8 gezeigt ist, kann die Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 weiterhin die Absaugführungen 99 enthalten, die von der Innenfläche 101a der Schaufelblattwand 101 in Richtung der Außenfläche 82b der Außenwand 82 vorstehen, wenn der Pralleinsatz 80 in dem Schaufelblatt 100 positioniert ist. Die Absaugführungen 99 können konfiguriert, z. B. geformt und/oder dimensioniert sein, z. B. indem sie geneigte Flächen aufweisen, um die Kühlluft 5 aus dem Außenkanal 503 in Richtung des Einlasses 9a der Absaugleitung 9 oder in den Einlass 9a der Absaugleitung 9 zu führen.
Weitere Aspekte der vorliegenden Technik sind im Folgenden bezüglich 9 erörtert worden.
Gemäß der vorliegenden Technik kann eine Größe des Einlasses 9a und/oder des Auslasses 9b der Absaugleitung 9 größer als eine Größe der Prallkühllöcher 85 sein. Hier kann eine ‚Größe‘ als die Querschnittsfläche verstanden werden. Folglich wird eine leichte Strömung der Kühlluft durch die Absaugleitung 9 bereitgestellt und deshalb der Absaugprozess gefördert.
Weil bei der vorliegenden Technik die Kühlluft 5 in den Mittelkanal 502 strömt und weil die Absaugleitungen 9 quer zum Mittelkanal 502 angeordnet sind, strömt weiterhin die Kühlluft 5 über die oder vorbei an den Außenflächen der Absaugleitung 9, wie in 9 gezeigt ist. Folglich kann die Absaugleitung 9 bezüglich einer Richtung der Kühlluft 5 beim Eintritt in den Mittelkanal 502 und/oder während des Strömens durch den Mittelkanal 502 aerodynamisch geformt sein - ob entlang der Längsrichtung A (d. h., die Strömungsrichtung fällt mit der Richtung A zusammen), wie in 5 oder im Abschnitt 1 nach 4 gezeigt ist, oder senkrecht zur Längsrichtung A (d. h., die Strömungsrichtung ist quer oder normal zur Richtung A), wie in 6 oder im Abschnitt 2 nach 4 gezeigt ist.
Wie in 9 gezeigt ist, kann der Querschnitt der Absaugleitung 9 eine ovale oder elliptische Form aufweisen. Vorzugsweise ist die lange Achse oder die längere Achse der Form auf die Strömungsrichtung der Kühlluft, während sie durch den Mittelkanal 502 strömt, ausgerichtet oder parallel zu ihr.
Weiterhin können, wie in 9 gezeigt ist, mehrere Absaugleitungen 9 vorhanden sein, wobei die Absaugleitungen 9 vorzugsweise gleichmäßig bezüglich einer Verteilung der Prallkühllöcher 85 in der Außenwand 82 verteilt sein können. Mit anderen Worten, die Einlässe 9a der Absaugleitungen 9 können an der Außenfläche 82b der Außenwand 82 vorzugsweise gleichmäßig zwischen den Prallkühllöchern 85 der Außenwand 82 verteilt sein. Wie im Beispiel nach 9 gezeigt ist, kann jeder Einlass 9a der Absaugleitungen 9 durch mehrere Prallkühllöcher 85 umgeben sein, z. B. sind in 9 4 Prallkühllöcher 85 dargestellt.
Obwohl die vorliegnde Technik bezüglich bestimmter Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden ist, sollte erkannt werden, dass die vorliegende Technik nicht auf diese genauen Ausführungsformen eingeschränkt ist. In Anbetracht der vorliegenden Offenbarung, die beispielhafte Arten zum Herstellen eines Erfindungsgegenstandes beschreibt, würden sich stattdessen für die Fachleute auf dem Gebiet viele Modifikationen und Variationen selbst darstellen, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung ist deshalb durch die folgenden Ansprüche anstatt durch die vorangehende Beschreibung angegeben. Alle Änderungen, Modifikationen und Variationen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind innerhalb ihres Umfangs zu betrachten.

Claims

Pralleinsatz (80) für eine Turbomaschinenkomponente, wobei der Pralleinsatz (80) umfasst: - einen doppelwandigen Abschnitt (1, 2) mit einer Innenwand (81) und einer Außenwand (82), die einen Innenkanal (501), der an einer Innenfläche (81a) der Innenwand (81) ausgebildet ist, einen Außenkanal (503), der an einer Außenfläche (82b) der Außenwand (82) ausgebildet ist, und einen Mittelkanal (502), der zwischen der Innenfläche (82a) der Außenwand (82) und der Außenfläche (81b) der Innenwand (81) ausgebildet ist, definieren; - mehrere Prallkühllöcher (85), die in der Außenwand (82) ausgebildet und konfiguriert sind, die Prallstrahlen (86) in den Außenkanal (503) auszustoßen, wobei die Prallstrahlen (86) aus der Kühlluft (5) des Mittelkanals (502) gebildet werden; und - wenigstens eine Absaugleitung (9), die sich zwischen der Außenwand (82) und der Innenwand (81) über den Mittelkanal (502) erstreckt und einen Einlass (9a) am Außenkanal (503) und einen Auslass (9b) am Innenkanal (501) zum Absaugen von Kühlluft (5) aus dem Außenkanal (503) in den Innenkanal (501) umfasst.
Pralleinsatz (80) nach Anspruch 1, wobei eine Größe des Einlasses (9a) und/oder des Auslasses (9b) der Absaugleitung (9) größer als eine Größe der Prallkühllöcher (85) ist.
Pralleinsatz (80) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenwand (82) eine gewellte Form aufweist, die mehrere Aussparungen (82t), die sich in einer Richtung weg von der Innenwand (81) erstrecken, und einen oder mehrere Vorsprünge (82r), die zwischen den Aussparungen (82t) liegen, umfasst; wobei eines oder mehrere der Prallkühllöcher (85) in wenigstens einer der Mulden (82t) vorgesehen sind.
Pralleinsatz (80) nach Anspruch 3, wobei der Einlass (9a) der Absaugleitung (9) an einer der einen oder der mehreren Rippen (82r) positioniert ist.
Pralleinsatz (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der doppelwandige Abschnitt (1, 2) einen Hauptauslass (5b) für die Kühlluft (5) umfasst und wobei der Hauptauslass (5b) ein Auslass des Innenkanals (501) ist.
Pralleinsatz (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der doppelwandige Abschnitt (1, 2) wenigstens einen Haupteinlass (5a) für die Kühlluft (5) umfasst und wobei der wenigstens eine Haupteinlass (5a) ein Einlass des Mittelkanals (502) ist.
Pralleinsatz (80) nach Anspruch 6, wobei der doppelwandige Abschnitt (1, 2) so konfiguriert ist, dass die über den wenigstens einen Haupteinlass (5a) in dem Mittelkanal (502) empfangene Kühlluft (5) als Prallstrahlen (86) über die Prallkühllöcher (85) ausgestoßen wird und dann aus dem Außenkanal (503) über die Absaugleitung (9) in den Innenkanal (501) abgesaugt wird.
Pralleinsatz (80) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Haupteinlass (5a) an einer Oberseite und/oder einer Unterseite des Mittelkanals (502) angeordnet ist, wobei die Oberseite und die Unterseite entlang einer Längsrichtung (A) des Pralleinsatzes (80) voneinander beabstandet sind, so dass die Kühlluft (5) entlang der Längsrichtung (A) durch den Mittelkanal (502) strömt.
Pralleinsatz (80) nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei der Haupteinlass (5a) an einer lateralen Seite des Mittelkanals (502) angeordnet ist, wobei sich die laterale Seite parallel zu einer Längsrichtung (A) des Pralleinsatzes (80) erstreckt, so dass die Kühlluft (5) senkrecht zur Längsrichtung (A) durch den Mittelkanal (502) strömt.
Pralleinsatz (80) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absaugleitung (9) bezüglich einer Strömung der Kühlluft (5), die durch den Mittelkanal (502) strömt, aerodynamisch geformt ist; und/oder ein Querschnitt der Absaugleitung (9) eine von einer runden Form, einer ovalen Form und/oder einer elliptischen Form aufweist.
Pralleinsatz (80) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der doppelwandige Abschnitt einen ersten doppelwandigen Abschnitt (1) und einen zweiten doppelwandigen Abschnitt (2) umfasst, wobei der erste doppelwandige Abschnitt (1) den Haupteinlass (5a) auf einer Oberseite und/oder einer Unterseite des Mittelkanals (502) aufweist und der zweite doppelwandige Abschnitt (2) den Haupteinlass (5a) auf der lateralen Seite des Mittelkanals (502) aufweist, oder umgekehrt.
Pralleinsatz (80) nach Anspruch 11, wobei der erste doppelwandige Abschnitt (1) mit dem zweiten doppelwandigen Abschnitt (2) fluidtechnisch verbunden ist.
Turbomaschinenkomponente (38, 40, 44) für eine Gasturbine (10), wobei die Turbomaschinenkomponente (38, 40, 44) umfasst: - ein Schaufelblatt (100) mit einer Schaufelblattwand (101), die einen Innenraum (101s) des Schaufelblatts (100) definiert - wenigstens einen Kühlkanal (70), der in dem Innenraum (101s) des Schaufelblatts (100) ausgebildet ist; und - einen Pralleinsatz (80), der in den Kühlkanal (70) eingesetzt ist, wobei der Pralleinsatz (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ist und wobei der Außenkanal (503) zwischen der Außenfläche (82b) der Außenwand (82) und einer Innenfläche (101a) der Schaufelblattwand (101) definiert ist.
Turbomaschinenkomponente (38, 40, 44) nach Anspruch 13, wobei die Innenfläche (101a) der Schaufelblattwand (101) Absaugführungen (99) aufweist, die von der Innenfläche (101a) der Schaufelblattwand (101) in Richtung der Außenfläche (82b) der Außenwand (82) vorstehen und konfiguriert sind, die Kühlluft (5), nachdem sie auf die Innenfläche (101a) der Schaufelblattwand (101) aufgetroffen ist, in Richtung des Einlasses (9a) der Absaugleitung (9) zu führen.
Gasturbine (10), die eine Turbomaschinenkomponente umfasst, wobei die Turbomaschinenkomponente (38, 40, 44) nach Anspruch 13 oder 14 ist.