CH698297B1

CH698297B1 - Düsensegment mit einem Kühlsystem und Turbine mit einem Düsensegment.

Info

Publication number: CH698297B1
Application number: CH01837/04A
Authority: CH
Inventors: James Stuard Phillips; Edward Lee Mcgrath; Robert Carl Meyer; Gerald Kent Blow; Jennifer Ann Morrow
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2009-07-15
Also published as: DE102004054294B4; US6887033B1; JP4513002B2; KR100907958B1; CN1616805A; JP2005140119A; CN100507233C; US20050100437A1; DE102004054294A1; KR20050045858A

Abstract

Das Düsensegment mit einem Kühlsystem für die Düsenränder beinhaltet eine Kammer (46), die ein Kühlmedium enthält. Ein erster und ein zweiter Verteilerraum (48) sind entlang gegenüberliegender Seitenränder (42) jeder Plattform angeordnet. Einlasskanäle (50) übertragen das Kühlmedium von der Kammer in jeden Verteilerraum. Auslasskanäle (52) von jedem Verteilerraum enden in Auslassöffnungen (54) in den Seitenrändern der Plattform, um den Zwischenraum zwischen benachbarten Düsensegmenten zu kühlen. Durchgänge (56) stehen mit jedem Verteilerraum in Verbindung und enden in Schleierkühlungsöffnungen, um eine Schleierkühlung der Plattformoberflächen vorzunehmen. In jedem Verteilerraum befinden sich die Einlasskanäle nicht in einer direkten Sichtlinienflussverbindung mit den Auslasskanälen und den Durchgängen.

Description


  [0001]    Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Düsensegmente für Gasturbinen und insbesondere ein Düsensegment mit einem Kühlsystem und eine Turbine mit einem Düsensegment mit einem Kühlsystem zum Kühlen der angrenzenden Ränder von inneren und äusseren Plattformen von benachbarten Düsensegmenten, die in einer ringförmigen Anordnung um die Achse der Turbine angeordnet sind.

  

[0002]    In Gasturbinen sind ringförmige Anordnungen von Düsen im Weg des heissen Gases angeordnet, um den Gasfluss für eine optimale Leistung der Schaufeln umzulenken und zu beschleunigen. In der ersten Stufe einer Turbine gibt es zum Beispiel mehrere in Umkreisrichtung räumlich getrennte Düsenleitflügel, die sich im Allgemeinen radial zwischen inneren und äusseren Bändern erstrecken, welche dazu dienen, den Gasfluss auf eine ringförmige Gestaltung zu beschränken, während das Gas durch die mehreren Stufen der Turbine fliesst. Mehrere in Umkreisrichtung räumlich getrennte Schaufeln, die am Turbinenrotor angebracht sind, liegen in Achsenrichtung stromabwärts der ringförmigen Anordnung von Düsen und bilden mit den Düsen eine Turbinenstufe. Die Düsen zum Beispiel der ersten Stufe der Turbine sind typischerweise in Düsensegmenten bereitgestellt.

   Jedes Düsensegment beinhaltet eine innere Plattform und eine äussere Plattform und zumindest einen Leitflügel, der sich zwischen den Plattformen erstreckt. Die Düsensegmente sind miteinander in einer umfänglichen Positionierung angeordnet. Insbesondere liegen die innere und die äussere Plattform jedes Düsensegments in einer umfänglichen Positionierung mit den inneren und äusseren Plattformen jeweils benachbarter Düsensegmente. Bei dieser Anordnung sind zwischen benachbarten Segmenten entlang der Plattformränder Zwischenräume gebildet. Frühere Düsenplattformränder waren ungekühlt, durch Schleierkühlung von benachbarten Düsensegmenten gekühlt oder durch lange Öffnungen, die von einem grossem Anprallhohlraum im Düsensegment zu den Zwischenräumen zwischen den Düsensegmenten verlaufen, gekühlt.

   Eine Schleierkühlung von einer benachbarten Düse zum Kühlen des Plattformrands verursacht jedoch eine Belastung der Kühlwirksamkeit, wenn der kühlende Schleier den Zwischenraum zwischen den Düsensegmenten überquert. Wenn lange Öffnungen, die von einem Anprallhohlraum weg verlaufen, benutzt werden, ist die konvektive Kühlung des Rands durch die Öffnungen vielmehr diskret als fortlaufend und daher weniger wirksam.

  

[0003]    Bestimmte frühere Düsenausführungen weisen benachbarte Plattformränder auf, die so gestaltet sind, dass die Zwischenräume zwischen den Düsensegmenten parallel zum Flussvektor des heissen Gases ausgerichtet sind. Eine perfekte Ausrichtung der angrenzenden Ränder der Düsensegmente ist jedoch aufgrund von Herstellungs- und thermomechanischen Problemen schwer zu erreichen und zu bewahren. Man wird verstehen, dass die Kernflussgrenzschichten des heissen Gases entlang der Plattformoberflächen ins Stocken gebracht werden können, wenn der Zwischenraum zwischen den Segmenten nicht mit der Flussrichtung ausgerichtet ist.

   Ein Stocken der Grenzschicht an den angrenzenden Rändern der Plattformen führt zu einer Spitze bei der Wärmeübertragung in der Nähe des Rands der Plattform und führt auch zu einer Belastung der Kühlwirksamkeit jedes beliebigen Schleierkühlmediums, das den Zwischenraum überquert.

  

[0004]    Ungeachtet der Erwünschtheit des Ausrichtens der Zwischenräume zwischen den Segmenten parallel zum Flussvektor ist es aus anderen Gründen nützlich, Düsenplattformränder bereitzustellen, die sich im Allgemeinen parallel zur Achse des Rotors erstrecken. Dies ermöglicht das Entfernen der Düsen ohne Entfernen der oberen Hälfte des Turbinengehäuses, was zu einer weniger teuren und flexibleren Wartung führt. Als Folge ist der Zwischenraum zwischen den Segmenten nicht mit dem Kernfluss stromabwärts des Leitflügels ausgerichtet. Eine derartige Ausführung ist gegenüber jeglichen Plattformverformungen, die eine Fehlpassung zwischen den Plattformrändern von benachbarten Düsensegmenten verursachen würden, und verursachen würden, dass der Kernfluss auf eine gegenüberstehende Stufe "trifft", empfindlicher.

   Somit sind die Ränder von Düsenplattformen, die sich im Allgemeinen parallel zur Turbinenachse erstrecken, aufgrund des Grenzschichtstrauchelns einer schweren thermischen Belastung ausgesetzt. Demgemäss wurde es als wünschenswert erkannt, ein Kühlsystem bereitzustellen, das die vorerwähnten Probleme, die mit dem Kühlen der Ränder von Düsensegmenten verbunden sind, wobei die Ränder im Allgemeinen parallel zur Turbinenachse liegen, auf ein Mindestmass verringern oder beseitigen würde.

Kurzdarstellung der Erfindung

  

[0005]    Diese Aufgabe wird durch ein Düsensegment für eine Turbine gelöst, das Folgendes umfasst: eine innere und eine äussere Plattform und zumindest einen Düsenleitflügel, der sich dazwischen erstreckt, wobei die Plattformen Seitenränder aufweisen, die sich im Allgemeinen parallel zur Achse erstrecken;

   ein Kühlsystem für zumindest eine der Plattformen, beinhaltend eine Quelle für ein Kühlmedium, einen ersten länglichen Verteilerraum, der sich entlang zumindest eines der Seitenränder der einen Plattform erstreckt, mehrere Einlasskanäle in Verbindung zwischen der Quelle und dem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, mehrere Auslasskanäle in Verbindung mit dem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, die Auslassöffnungen durch einen Seitenrand einer Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, und Durchgänge in Verbindung mit dem Verteilerraum und mehreren Schleierkühlungsöffnungen, die entlang einer Oberfläche einer Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung davon vorzunehmen, wobei die Einlasskanäle,

   die Auslasskanäle und die Durchgänge so angeordnet sind, dass die Einlasskanäle nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die Auslasskanäle und die Durchgänge verfügen.

  

[0006]    Danach ist entlang zumindest eines Rands und vorzugsweise beider Ränder einer jeden der inneren und äusseren Plattformen ein länglicher Verteilerraum bereitgestellt. Jeder Verteilerraum ist mit mehreren Zufuhr- oder Einlasskanälen versehen, die zwischen einer Quelle für ein Kühlmedium, z.B. Kompressorausstossluft, in Verbindung stehen. Die Zufuhrkanäle stehen an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums mit dem länglichen Verteilerraum in Verbindung. Mehrere Auslasskanäle sind in Verbindung mit jedem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen daran entlang bereitgestellt und weisen Auslassöffnungen durch einen entsprechenden Seitenrand der Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang auf.

   Zusätzliche Durchgänge liegen in Verbindung mit dem Verteilerraum und enden in mehreren Schleiherkühlungsöffnungen in der Plattformoberfläche, die dem Weg des heissen Gases ausgesetzt ist. Somit nimmt das Kühlmedium, das vom Verteilerraum zu den Schleierkühlungsöffnungen zugeführt wird, eine Schleierkühlung der Plattformoberflächen, die dem Weg des heissen Gases ausgesetzt sind, vor.

  

[0007]    Die Auslasskanäle und Durchgänge von jedem Verteilerraum sind so gelegen, dass jeder Einlasskanal über keine direkte Sichtlinie zu den Auslasskanälen und Durchgängen verfügt. Als eine Folge trifft das Kühlmedium auf die Wände jedes Verteilerraums auf und stellt eine zusätzliche innere konvektive Kühlung für die Ränder der Plattform bereit. Darüber hinaus stellen die Kühlmediumzufuhrkanäle einen im Wesentlichen gleichmässigen Fluss und Druck des Kühlmittels entlang der Länge des Verteilerraums bereit, was vielmehr eine kontinuierliche als eine diskrete Kühlwirkung bietet.

   Als eine Folge dieser Anordnung werden die Ränder der Plattformen (i) aufgrund der Nähe des Verteilerraums zum Rand, der gekühlt wird, sowohl durch Leitung als auch durch Konvektion; (ii) durch Kühlmedium, das durch die unter dem Rand hindurchgehenden Auslasskanäle und durch die Auslassöffnungen in den Zwischenraum zwischen den Segmenten fliesst; (iii) aufgrund des Fehlens eines Flusses in einer direkten Sichtlinie von den Einlassen zu den Auslässen durch das Auftreffen des zugeführten Kühlmediums im Inneren des Verteilerraums; und (iv) durch Schleierkühlung gekühlt.

  

[0008]    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung sind in einer Turbine, die eine Achse aufweist, mehrere Düsensegmente bereitgestellt, die in einer umfänglichen Richtung um die Achse angeordnet sind, wobei jedes der Düsensegmente Folgendes beinhaltet: eine innere und eine äussere Plattform und zumindest einen Düsenleitflügel, der sich dazwischen erstreckt, wobei die Plattformen Seitenränder aufweisen, die sich im Allgemeinen parallel zur Achse und in einer im Allgemeinen umfänglichen Positionierung mit den Seitenrändern von Plattformen von benachbarten Düsensegmenten erstrecken;

   ein Kühlsystem für zumindest eine der Plattformen jedes Segments, beinhaltend eine Quelle für ein Kühlmedium, einen ersten länglichen Verteilerraum, der sich entlang zumindest eines der Seitenränder einer Plattform erstreckt, mehrere Einlasskanäle in Verbindung zwischen der Quelle und dem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, mehrere Auslasskanäle in Verbindung mit dem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, die Auslassöffnungen durch einen Seitenrand einer Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, um das Kühlmedium zum Seitenrand einer Plattform eines benachbarten Düsensegments fliessen zu lassen, und Durchgänge in Verbindung mit dem Verteilerraum und mehreren Schleierkühlungsöffnungen, die entlang einer Oberfläche der Plattform angeordnet sind,

   um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung davon vorzunehmen, wobei die Einlasskanäle, die Auslasskanäle und die Durchgänge so angeordnet sind, dass die Einlasskanäle nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die Auslasskanäle und die Durchgänge verfügen.

  

[0009]    In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung ist ein Düsensegment für eine Turbine, die eine Achse aufweist, bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine innere und eine äussere Plattform und zumindest einen Düsenleitflügel, der sich dazwischen erstreckt, wobei die Plattformen gegenüberliegende Seitenränder nächst jeweiligen Ansaug- und Druckseiten des Leitflügels aufweisen;

   ein Kühlsystem für zumindest eine der Plattformen, beinhaltend eine Quelle für ein Kühlmedium, einen ersten und einen zweiten länglichen Verteilerraum, die sich entlang der gegenüberliegenden Seitenränder einer Plattform erstrecken, mehrere erste und zweite Einlasskanäle in Verbindung zwischen der Quelle und dem ersten bzw. dem zweiten Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen daran entlang, mehrere erste und zweite Auslasskanäle in Verbindung mit dem ersten bzw. dem zweiten Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang der Verteilerräume, die Auslassöffnungen durch jeweilige gegenüberliegende Seitenränder einer Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, und mehrere erste und zweite Durchgänge in Verbindung mit dem ersten bzw.

   dem zweiten Verteilerraum und mehreren Schleierkühlungsöffnungen, die entlang einer Oberfläche einer Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung davon vorzunehmen, wobei sich der erste und der zweite Verteilerraum entlang jeweiliger Seitenränder der Plattform nächst der Ansaug- und der Druckseite des Leitflügels erstrecken, wobei der erste Verteilerraum weniger weit von einem Seitenrand der Plattform an der Ansaugseite des Leitflügels entfernt ist, als der zweite Verteilerraum vom Seitenrand der Plattform an der Druckseite des Leitflügels entfernt ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

  

[0010]    
<tb>Fig. 1<sep>ist eine schematische bruchstückhafte Ansicht eines Abschnitts einer Dreistufenturbine, die in einer Düse der Stufe Eins ein Düsensegmentplattformrandkühlsystem nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;


  <tb>Fig. 2<sep>ist eine perspektivische Ansicht eines Düsensegments der Düse der Stufe Eins;


  <tb>Fig. 3<sep>ist eine vergrösserte bruchstückhafte perspektivische Ansicht, die gegenüberliegende Seitenränder einer Plattform und einen Leitflügel eines Düsensegments wie von der Ansaugseite her gesehen veranschaulicht;


  <tb>Fig. 4<sep>ist eine Fig. 3 ähnliche Ansicht, wobei die Plattformoberfläche entfernt ist, um das Kühlsystem im Inneren der Plattform zu veranschaulichen;


  <tb>Fig. 5<sep>ist eine perspektivische Ansicht der inneren Plattform, wobei die Oberfläche der inneren Plattform entfernt ist, um das Kühlsystem aufzudecken; und


  <tb>Fig. 6<sep>ist eine perspektivische Ansicht an der Druckseite der inneren Plattform, wobei die Plattformoberfläche entfernt ist, um das Kühlsystem aufzudecken.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

  

[0011]    Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 ist ein im Allgemeinen mit 10 bezeichneter Mehrstufenturbinenabschnitt veranschaulicht, der einen Rotor 12 beinhaltet, welcher Rotorräder 14, 16 und 18 aufweist. Die Rotorräder 14, 16 und 18 befestigen Schaufeln 20, 22 bzw. 24 im Weg des heissen Gases der Turbine. Die erste, die zweite und die dritte Düsenstufe sind ebenfalls veranschaulicht und durch die Düsenleitflügel 26, 28 bzw. 30 dargestellt. Man wird verstehen, dass die Düsenleitflügel die heissen Gase umlenken und beschleunigen, damit sie die Schaufeln und den Rotor um die Achse 32 der Turbine drehen.

  

[0012]    Unter Bezugnahme auf Fig. 2sind die Düsen der ersten Stufe aus mehreren Düsensegmenten 34 gebildet, die jeweils eine innere Plattform 36 und eine äussere Plattform 38 aufweisen, wobei sich zwischen der inneren und der äusseren Plattform zumindest ein Düsenleitflügel 26 erstreckt. Man wird verstehen, dass die Düsensegmente 34 in einer ringförmigen Anordnung um die Achse der Turbine angeordnet sind, wobei die gegenüberliegenden Ränder einer jeden der inneren und der äusseren Plattform in einer umfänglichen Positionierung mit benachbarten Rändern der inneren bzw. äusseren Plattformen von benachbarten Segmenten liegen. Somit ordnen sich die gegenüberliegenden Ränder der inneren Plattform 36 mit benachbarten Rändern von benachbarten Segmenten umfänglich an und bilden sie daher einen Zwischenraum zwischen den Segmenten.

   In der gleichen Weise weist die äussere Plattform 38 gegenüberliegende Ränder auf, die sich mit jeweiligen Rändern von benachbarten Segmenten umfänglich anordnen, wodurch dazwischen Zwischenräume zwischen den Segmenten gebildet werden. Wie man aus einer Durchsicht der Zeichnungen verstehen wird, sind die Zwischenräume zwischen den Segmenten der Düsen gerade, d.h., im Allgemeinen parallel zur Achse der Turbine, wodurch ein Entfernen der Düsen ohne Entfernen der oberen Hälfte des Turbinengehäuses ermöglicht wird. Man wird verstehen, dass die Ränder der Plattformen, insbesondere hinter dem Leitflügel 26, schweren thermischen Belastungen ausgesetzt sind und ein fortgeschrittenes Kühlsystem benötigen.

   Das Kühlsystem ist in Bezug auf die innere und die äussere Plattform symmetrisch, und eine Beschreibung eines Plattformkühlsystems wird als eine Beschreibung der anderen Plattformkühlsysteme genügen.

  

[0013]    Unter nunmehriger Bezugnahme auf Fig. 4und 5ist die innere Plattform 36 veranschaulicht, die entlang einer Ansaugseite des Düsensegments einen Rand 42 aufweist. Das heisst, die Ansaug- und Druckseitenränder der Plattformen beziehen sich auf die am dichtesten an der Ansaug- bzw. an der Druckseite des Leitflügels 26 befindlichen Seitenränder. Jede Plattform beinhaltet eine Quelle für ein Kühlmedium, z.B. Kompressorausstossluft, das zu einer Kammer 46 geführt wird, die im Inneren der Plattform im Allgemeinen zentral gelegen ist. Die Kammer 46 führt das Kühlmedium zu verschiedenen Abschnitten der Düse und bildet einen Teil des vorliegenden Kühlsystems.

  

[0014]    Das Kühlsystem hiervon beinhaltet einen ersten Verteilerraum 48, der sich im Allgemeinen parallel entlang des ansaugseitigen Rands 42 der Plattform und unter der Oberfläche der Plattform, die dem heissen Gas im Weg des heissen Gases ausgesetzt ist, erstreckt. Der Verteilerraum 48 ist an beiden Enden verschlossen. Der Verteilerraum kann einstückig mit der Düse gegossen sein oder an einem Ende gebohrt und zugestopft sein. Die in Fig. 5 und 6 veranschaulichten verjüngten vergrösserten Enden passen den Verteilerraum an die Aufnahme eines nicht gezeigten Stöpsels an. Der Verteilerraum 48 ist als einen kreisförmigen Querschnitt aufweisend veranschaulicht. Man wird verstehen, dass der Querschnitt des Verteilerraums anders als kreisförmig, z.B. geradlinig oder in einer anderen Weise geformt, sein kann.

   Mehrere erste Einlasskanäle 50 übertragen das Kühlmedium von der Kammer 46 in den Verteilerraum 48. Die ersten Einlasskanäle 50 sind räumlich voneinander getrennt und befinden sich entlang des Verteilerraums 48 im Allgemeinen in gleichen Abständen. Auf diese Weise wird das Kühlmedium zum ersten Verteilerraum 48 geführt und hält den Verteilerraum 48 über die Länge des Verteilerraums hinweg bei einem verhältnismässig konstanten Druck. Wie veranschaulicht liegen mehrere erste Auslasskanäle 52 an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums 48 in Verbindung mit dem Verteilerraum 48 und weisen Auslassöffnungen 54 durch den Seitenrand 42 der Plattform auf. Die Auslasskanäle 52 befinden sich entlang des Verteilerraums im Allgemeinen in gleichen Abständen und die Auslässe 54 befinden sich ebenfalls in gleichen Abständen entlang des Seitenrands 42 der Plattform.

  

[0015]    Ferner übertragen erste Durchgänge 56 das Kühlmedium zwischen dem Verteilerraum 48 und Schleierkühlungsöffnungen 58, die in der Oberfläche der Plattform gebildet sind, um eine Schleierkühlung der Oberfläche, die dem Weg des heissen Gases ausgesetzt ist, vorzunehmen. Die Einlasskanäle 50, die Auslasskanäle 52 und die Durchgänge 56 sind so angeordnet, dass die Einlasskanäle 50 nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die Auslasskanäle 52 und die Durchgänge 56 verfügt, wenn das Kühlmedium in den Verteilerraum 48 fliesst. Folglich wird eine Anprallkühlung der Oberflächen des Verteilerraums bewerkstelligt, was eine gesteigerte innere konvektive Kühlung bietet. Man wird verstehen, dass die Nähe des Kühlmediums im Verteilerraum 48 eine leitende und eine konvektive Kühlung des Seitenrands 42 der Plattform bietet.

   Zusätzlich übertragen die Kanäle 52 und Auslässe 54 das Kühlmedium in den Zwischenraum zwischen den Segmenten, zwischen benachbarte Plattformen, wodurch eine Kühlung des Seitenrands der benachbarten Düse bereitgestellt wird. Man wird verstehen, dass die Schleierkühlungsöffnungen 58 an der Ansaugseite der Plattform so angeordnet sind, dass sie das Schleierkühlmedium im Allgemeinen in die Richtung des Flusses entlang der Plattform richten, d.h., sich in die allgemeine Richtung der Ansaugseite des Leitflügels erstrecken.

  

[0016]    Unter Bezugnahme auf Fig. 6ist ein zweiter Verteilerraum 70 bereitgestellt, der sich im Allgemeinen parallel zum gegenüberllegenden Seitenrand 72 der Plattform 36, d.h., dem druckseitigen Rand 72 der Plattform, erstreckt. Der Verteilerraum 70 ist weiter vom gegenüberliegenden Seitenrand 72 der Plattform entfernt, als der erste Verteilerraum 48 vom Seitenrand 42 entfernt ist. Der Verteilerraum 70 ist an den gegenüberliegenden Enden verschlossen und kann ähnlich wie der Verteilerraum 48 gestaltet sein. Ähnlich wie an der Ansaugseite liegen mehrere zweite Einlasskanäle 74 an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums 70 zwischen der zentralen Kammer 46 des Düsensegments und dem zweiten Verteilerraum 70 in Verbindung, um das Kühlmedium von der Kammer 46 zum zweiten Verteilerraum 70 zu führen.

   Desgleichen übertragen mehrere zweite Auslasskanäle 78 das Kühlmedium vom zweiten Verteilerraum 70 zu zweiten Auslassöffnungen 80 entlang des Seitenrands 72 der Plattform. Die Auslassöffnungen 80 und Kanäle 78 befinden sich im Allgemeinen in gleichen Abständen voneinander. Schliesslich liegen zweite Durchgänge 82 in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum 70 und mehreren Schleierkühlungsöffnungen 84, die nächst der Druckseite entlang der Oberfläche der Plattform angeordnet sind. Die Schleierkühlungsöffnungen 84 sind so ausgerichtet, dass sie das Schleierkühlmedium im Allgemeinen in die Richtung des Flusses des heissen Gases nach dem Leitflügel richten.

   Somit richten die zweiten Schleierkühlungsöffnungen 84 das Kühlmedium über den Zwischenraum zwischen den Segmenten, um eine Schleierkühlung eines abfallenden Flankenabschnitts des benachbarten Düsensegments vorzunehmen.

  

[0017]    Um jedwede thermale Spitze oder ein Stocken des Flusses zwischen der Druckseite der Plattform und der Ansaugseite der benachbarten Plattform auf ein Mindestmass zu verringern, ist ein Plattformrandabschnitt 88 nächst der abfallenden Flanke und entlang des ansaugseitigen Rands der Plattform wie in Fig. 2 und 3 geringfügig unter benachbarte Abschnitte 90 (Fig. 2) der Plattformoberfläche im Weg des heissen Gases vertieft. Folglich wird ein abfallender Flankenabschnitt der Plattform entlang der Ansaugseite in einer Höhe liegen, die gleich wie oder tiefer als die Höhe des Rands entlang der Druckseite einer benachbarten Plattform liegt, wodurch eine thermale Spitze entlang des ansaugseitigen Rands und jedwedes Stocken des winkeligen Flusses zwischen benachbarten Düsensegmenten vermieden wird.

  

[0018]    Beim vorerwähnten Kühlschema wird man verstehen, dass die Nähe des Kühlmediums im ersten und zweiten Verteilerraum jeder Plattform eine leitende und eine konvektive Kühlung der Ränder der Plattform bietet. Ferner bieten die zweiten Schleierkühlungsöffnungen 84 eine Schleierkühlung entlang der stromabwärts gelegenen Abschnitte der Druckseite des Segments wie auch entlang der Ansaugseite des benachbarten Segments. Die Schleierkühlungsöffnungen 58 nehmen eine Schleierkühlung der Plattformoberfläche entlang der Ansaugseite des Segments vor. Die ersten und zweiten Kühlöffnungen 54 und 80 liegen gerade unter der Plattformoberfläche, die dem Weg des heissen Gases ausgesetzt ist, und stellen Kühlmedium in den Zwischenraum zwischen den Segmenten bereit, um die Ränder zu kühlen.

   Schliesslich ist die Anordnung der Einlasskanäle gegenüber den Auslasskanälen und Durchgängen so, dass kein direkter Sichtlinienfluss des Kühlmediums auftritt, was folglich eine gesteigerte leitende und konvektive Kühlung der Ränder bietet.

  

[0019]    Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird, versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedenste Abänderungen und gleichwertige Anordnungen, die im Umfang der beiliegenden Ansprüche beinhaltet sind, abdecken soll.

Teileliste

  

[0020]    
<tb>Mehrstufenturbinenabschnitt <sep>10


  <tb>Rotor <sep>12


  <tb>Rotorräder <sep>14, 16, 18


  <tb>Schaufeln <sep>20, 22, 24


  <tb>Düsenleitflügel <sep>26, 28, 30


  <tb>Achse <sep>32


  <tb>Düsensegmente <sep>34


  <tb>innere Plattform <sep>36


  <tb>äussere Plattform <sep>38


  <tb>Rand <sep>42


  <tb>Kammer <sep>46


  <tb>Verteilerräume <sep>48, 70


  <tb>Einlasskanäle <sep>50


  <tb>Auslasskanäle <sep>52, 78


  <tb>Auslassöffnungen <sep>54, 80


  <tb>Durchgänge <sep>56, 82


  <tb>Schleierkühlungsöffnungen <sep>58, 84


  <tb>Rand <sep>72


  <tb>Einlasskanäle <sep>74


  <tb>Plattformrandabschnitt <sep>88


  <tb>Abschnitte <sep>90

Claims

1. Düsensegment (34) für eine Turbine, umfassend:

eine innere und eine äussere Plattform (36, 38) und zumindest einen Düsenleitflügel (26), der sich dazwischen erstreckt, wobei die Plattformen Seitenränder (42, 72) aufweisen;

ein Kühlsystem für zumindest eine der Plattformen, beinhaltend eine Quelle (46) für ein Kühlmedium, einen ersten länglichen Verteilerraum (48, 70), der sich entlang von wenigstens einem der Seitenränder (42, 72) der einen Plattform erstreckt, mehrere Einlasskanäle (50, 74) in Verbindung zwischen der Quelle (46) und dem Verteilerraum (48, 70) an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, mehrere Auslasskanäle (52, 78) in Verbindung mit dem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, die Auslassöffnungen (54, 80) durch den wenigstens einen Seitenrand (42, 72) der einen Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, und Durchgänge (56, 82) in Verbindung mit dem Verteilerraum und mehreren Schleierkühlungsöffnungen (58, 84), die entlang einer Oberfläche der einen Plattform angeordnet sind,

um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung derselben vorzunehmen;

wobei die Einlasskanäle (50, 74), die Auslasskanäle (52, 78) und die Durchgänge (56, 82) so angeordnet sind, dass die Einlasskanäle (50, 74) nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die Auslasskanäle (52, 78) und die Durchgänge (56, 82) verfügen.

2. Düsensegment nach Anspruch 1, wobei der Leitflügel (26) eine Druck- und eine Ansaugseite aufweist, wobei das Kühlsystem Folgendes beinhaltet: einen zweiten länglichen Verteilerraum (70), der sich entlang des dem einen Seitenrand (42) gegenüberliegenden Seitenrands (72) der einen Plattform erstreckt, mehrere zweite Einlasskanäle (74) in Verbindung zwischen der Quelle und dem zweiten Verteilerraum (70) an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, mehrere räumlich getrennte Auslasskanäle (78) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum (70) an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, die zweite Auslassöffnungen (80) durch den gegenüberliegenden Seitenrand (72) der einen Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, und zweite Durchgänge (82) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum (70)

und mehreren zweiten Schleierkühlungsöffnungen (84), die entlang einer Oberfläche der Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung derselben vorzunehmen;

wobei die zweiten Einlasskanäle (74), die zweiten Auslasskanäle (78) und die zweiten Durchgänge (82) so angeordnet sind, dass die zweiten Einlasskanäle nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die zweiten Auslasskanäle und die zweiten Durchgänge verfügen, und der erste Verteilerraum (48), der sich entlang des Seitenrands an der Ansaugseite des Leitflügels erstreckt, näher an dem einen Seitenrand (42) der einen Plattform gelegen ist, als der zweite Verteilerraum (70), der sich entlang des gegenüberliegenden Seitenrands (72) an der Druckseite des Leitflügels erstreckt, relativ zum gegenüberliegenden Seitenrand der einen Plattform gelegen ist.

3. Düsensegment nach Anspruch 1, wobei der Leitflügel eine ansaugseitige und eine druckseitige Oberfläche aufweist, wobei das Kühlsystem Folgendes beinhaltet: einen zweiten länglichen Verteilerraum (70), der sich entlang des dem einen Seitenrand (42) gegenüberliegenden Seitenrands (72) der einen Plattform erstreckt, mehrere zweite Einlasskanäle (74) in Verbindung zwischen der Quelle und dem zweiten Verteilerraum (70) an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, mehrere zweite Auslasskanäle (78) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, die zweite Auslassöffnungen (80) durch den gegenüberliegenden Seitenrand (72) der einen Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, und zweite Durchgänge (82) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum (70)

und mehreren zweiten Schleierkühlungsöffnungen (84), die entlang einer Oberfläche der einen Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung derselben vorzunehmen;

wobei die zweiten Einlasskanäle (74), die zweiten Auslasskanäle (78) und die zweiten Durchgänge (82) so angeordnet sind, dass die zweiten Einlasskanäle nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die zweiten Auslasskanäle und die zweiten Durchgänge verfügen, und die erstgenannten Schleierkühlungsöffnungen (58) so gerichtet sind, dass sie das Kühlmedium für deren Schleierkühlung entlang der Plattformoberfläche in eine Richtung fliessen lassen, die im Allgemeinen parallel zur ansaugseitigen Oberfläche des Leitflügels ist.

4. Düsensegment nach Anspruch 1, wobei der Leitflügel eine Druck- und eine Ansaugseite aufweist, wobei das Kühlsystem Folgendes beinhaltet: einen zweiten länglichen Verteilerraum (70), der sich entlang des dem einen Seitenrand (42) gegenüberliegenden Seitenrands (72) der einen Plattform erstreckt, mehrere zweite Einlasskanäle (74) in Verbindung zwischen der Quelle und dem zweiten Verteilerraum (70) an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, mehrere zweite Auslasskanäle (78) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, die zweite Auslassöffnungen (80) durch den gegenüberliegenden Seitenrand (72) der einen Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen,

und zweite Durchgänge in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum und mehreren zweiten Schleierkühlungsöffnungen (84), die entlang einer Oberfläche der Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung derselben vorzunehmen;

wobei die zweiten Einlasskanäle (74), die zweiten Auslasskanäle (78) und die zweiten Durchgänge (82) so angeordnet sind, dass die zweiten Einlasskanäle (74) nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die zweiten Auslasskanäle und die zweiten Durchgänge verfügen, und die zweiten Schleierkühlungsöffnungen (84), die entlang der Plattformoberflache an der Druckseite des Leitflügels gelegen sind, zum gegenüberliegenden Seitenrand der Plattform gerichtet sind.

5. Düsensegment nach Anspruch 1, wobei der erste Verteilerraum (48) an gegenüberliegenden Enden verschlossen ist.

6. Düsensegment nach Anspruch 1, wobei der Leitflügel eine Druck- und eine Ansaugseite aufweist, wobei das Kühlsystem Folgendes beinhaltet: einen zweiten länglichen Verteilerraum (70), der sich entlang des dem einen Seitenrand (42) gegenüberliegenden Seitenrands (72) der einen Plattform erstreckt, mehrere zweite Einlasskanäle (74) in Verbindung zwischen der Quelle und dem zweiten Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, mehrere zweite Auslasskanäle (78) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, die zweite Auslassöffnungen (80) durch den gegenüberliegenden Seitenrand der einen Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, und zweite Durchgänge (82)

in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum und mehreren zweiten Schleierkühlungsöffnungen (84), die entlang einer Oberfläche der einen Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung derselben vorzunehmen;

wobei die zweiten Einlasskanäle (74), die zweiten Auslasskanäle (78) und die zweiten Durchgänge (82) so angeordnet sind, dass die zweiten Einlasskanäle nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die zweiten Auslasskanäle und die zweiten Durchgänge verfügen, und ein Abschnitt der Oberfläche (88) der einen Plattform nächst dem einen Seitenrand an der Ansaugseite des Leitflügels unter die verbleibenden Oberflächenabschnitte der einen Plattform vertieft ist.

7. Düsensegment (34) nach Anspruch 2, bei dem sich der erste und der zweite Verteilerraum (48, 70) entlang jeweiliger Seitenränder der Plattform erstrecken, die nächst einer Ansaug- und einer Druckseite des Leitflügels liegen, wobei der erste Verteilerraum (48) weniger weit von einem Seitenrand (42) der Plattform an der Ansaugseite des Leitflügels entfernt ist, als der zweite Verteilerraum (70) vom Seitenrand (72) der Plattform an der Druckseite des Leitflügels entfernt ist.

8. Düsensegment nach Anspruch 7, wobei jeder des ersten und zweiten Verteilerraums an gegenüberliegenden Enden verschlossen ist.

9. Turbine, aufweisend eine Achse (32) und mehrere Düsen-Segmente (34), die in einer umfänglichen Anordnung um die Achse angeordnet sind, wobei jedes der Düsensegmente Folgendes beinhaltet: eine innere und eine äussere Plattform (36, 38) und zumindest einen Düsenleitflügel (26), der sich dazwischen erstreckt, wobei die Plattformen Seitenränder (42, 72) aufweisen, die sich im Allgemeinen parallel zur Achse und in einer im Allgemeinen umfänglichen Positionierung mit den Seitenrändern von Plattformen von benachbarten Düsensegmenten erstrecken;

ein Kühlsystem für zumindest eine der Plattformen jedes Düsensegments, beinhaltend eine Quelle (46) für ein Kühlmedium, einen ersten länglichen Verteilerraum (48, 70), der sich entlang von wenigstens einem der Seitenränder (42, 72) der einen Plattform erstreckt, mehrere Einlasskanäle (50, 74) in Verbindung zwischen der Quelle und dem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, mehrere Auslasskanäle (52, 78) in Verbindung mit dem Verteilerraum an räumlich getrennten Stellen entlang des Verteilerraums, die Auslassöffnungen (54, 80) durch den wenigstens einen Seitenrand der einen Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen, um das Kühlmedium zum Seitenrand einer Plattform eines benachbarten Düsensegments fliessen zu lassen, und Durchgänge (56, 82)

in Verbindung mit dem Verteilerraum und mehreren Schleierkühlungsöffnungen (58, 84), die entlang einer Oberfläche der Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung davon vorzunehmen, wobei die Einlasskanäle (50, 74), die Auslasskanäle (52, 78) und die Durchgänge (56, 82) so angeordnet sind, dass die Einlasskanäle nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die Auslasskanäle und die Durchgänge verfügen.

10. Turbine nach Anspruch 9, wobei jedes der Segmente einen Leitflügel mit einer Druck- und einer Ansaugseite aufweist, wobei das Kühlsystem für jedes Segment Folgendes beinhaltet: einen zweiten länglichen Verteilerraum (70), der sich entlang eines dem einen Seitenrand (42) gegenüberliegenden Seitenrands (72) der einen Plattform erstreckt, mehrere zweite Einlasskanäle (74) in Verbindung zwischen der Quelle und dem zweiten Verteilerraum (70) an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, mehrere zweite Auslasskanäle (78) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum (70) an räumlich getrennten Stellen entlang des zweiten Verteilerraums, die zweite Auslassöffnungen (80) durch den gegenüberliegenden Seitenrand der einen Plattform an räumlich getrennten Stellen daran entlang aufweisen,

um das Kühlmedium zu einem Seitenrand einer Plattform eines anderen benachbarten Segments fliessen zu lassen, und zweite Durchgänge (82) in Verbindung mit dem zweiten Verteilerraum und mehreren zweiten Schleierkühlungsöffnungen (84), die entlang einer Oberfläche der Plattform angeordnet sind, um das Kühlmedium entlang der Plattformoberfläche zuzuführen und eine Schleierkühlung davon vorzunehmen, wobei die zweiten Einlasskanäle (74), die zweiten Auslasskanäle (78) und die zweiten Durchgänge (82) so angeordnet sind, dass die zweiten Einlasskanäle nicht über einen direkten Sichtlinienfluss des Kühlmediums in die zweiten Auslasskanäle und die zweiten Durchgänge verfügen.