CH698338A2

CH698338A2 - Turbinenschaufel mit einem gekühlten Spitzendeckband.

Info

Publication number: CH698338A2
Application number: CH00008/09A
Authority: CH
Inventors: Robert Alan Brittingham
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-07-15
Also published as: CN101482029A; CN101482029B; JP2009168018A; US7946817B2; DE102008055590B4; US20090180893A1; JP5513746B2; DE102008055590A1; CH698338B1

Abstract

Eine Turbinenschaufel<br />mit einem Spitzendeckband (20);<br />ein oder mehrere Kühlhohlräume (130), die innerhalb des Spitzendeckbands (20) ausgebildet sind; und mindestens eine Rippe (142, 144), die innerhalb mindestens eines der Kühlhohlräume (130) ausgebildet ist.<br />Die Rippe (142, 144) kann derart bemessen und ausgerichtet sein, dass sich die Rippe (142, 144) teilweise über die Entfernung über den Kühlhohlraum (130) erstreckt. Die Rippe (142, 144) kann derart bemessen und ausgerichtet sein, dass sich die Rippe (142, 144) auf mindestens einem Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum (130) erstreckt. Des Weiteren umfasst der Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum mindestens 75% der Entfernung über den Kühlhohlraum (130).

Description

Allgemeiner Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Turbine, zum Beispiel einen Luftfahrzeugmotor, eine Gasturbine, Dampfturbine usw. Genauer genommen betrifft die vorliegende Erfindung Hohlraum-Spitzendeckbänder und das Kühlen eines Turbinenschaufel-Spitzendeckbands anhand des Gebrauchs eines durch den Hohlraum zirkulierenden Kühlmittels. Als nicht einschränkendes Beispiel werden die Erfindung und ihr allgemeiner Stand der Technik unter Bezugnahme auf eine Gasturbine beschrieben.

[0002] Die Turbinenschaufeln industrieller Gasturbinen und Luftfahrzeugmotoren funktionieren in einer Umgebung mit extremer Temperatur. Die Wärmebelastungen und die Metalltemperaturen, die mit dieser Umgebung Hand in Hand gehen, können die Nutzlebensdauer der Turbinenschaufeln verringern. Das Kühlen der Turbinenschaufeln und ihrer Bauteile während des Betriebs kann ihre Nutzlebensdauer verlängern.

[0003] Viele Turbinenschaufeln umfassen eine Tragfläche und ein integrales Spitzendeckband, das an der Spitze der Tragfläche befestigt ist. Das Spitzendeckband, das an der Aussen-kante der Tragfläche befestigt wird, stellt einen Flächenbereich dar, der im Wesentlichen senkrecht zu der Tragflächenfläche verläuft. Der Flächenbereich des Spitzendeckbands hilft beim Halten der Turbinenabgase auf der Tragfläche (das heisst, er erlaubt es den Abgasen nicht, über das Ende des Tragflächenblatts zu laufen), so dass ein grösserer Prozentsatz von Energie von den Turbinenabgasen durch die Turbinenschaufeln in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Spitzendeckbänder verbessern derart die Leistung des Gasturbinenmotors. Es ist daher erstrebenswert, dass die gesamte Aussenfläche der Tragfläche durch ein Spitzendeckband abgedeckt ist.

Spitzendeckbänder und die Verbindungen, die sie mit den Tragflächen machen, werden jedoch während des Betriebs aufgrund der mechanischen Kräfte, die über die Drehzahl der Turbine angelegt werden, stark belastet. Wenn diese mechanischen Belastungen mit den Wärmebelastungen und Metalltemperaturen in Zusammenhang mit der Umgebung der Turbine mit ihren extrem hohen Temperaturen kombiniert werden, wird die Konzeption eines Spitzendeckbands, das die beabsichtigte Funktion während der gesamten Nutzlebensdauer der Tragfläche erfüllt, zu einer Herausforderung.

[0004] Zum Lösen dieses Problems gibt es zwei mögliche Verfahren:
<tb>1)<sep>Verringern der mechanischen Belastungen, die an den Spitzendeckbändern angelegt werden, durch Verringern ihres Gewichts, oder

<tb>2)<sep>Verringern der Metalltemperaturen, welchen die Spitzendeckbänder ausgesetzt sind. Was das erste Verfahren betrifft, besteht ein gewöhnliches Verfahren zum Verringern des Gewichts des Spitzendeckbands darin, zu "zahnen" (d.h. eine Vertiefung oder einen Teil, des überhängenden Spitzendeckbands zu entfernen). Das Verringern des Spitzendeckbandmaterials ergibt eine Verringerung der Last, die an die Verbindung angelegt wird, die zwischen dem Spitzendeckband und der Tragfläche während des Betriebs angelegt wird.

Das Verringern des Flächenbereichs des Spitzendeckbands durch "Zahnen" bedingt jedoch Mehrkosten und verringert die Leistung des Turbinenmotors aufgrund der Tatsache, dass ein Spitzendeckband mit weniger Flächenbereich eine verringerte Fähigkeit hat, das Turbinenabgas auf der Turbinentragfläche zu halten (das heisst, dass mehr Abgase über die Spitze einer Tragfläche gleiten, deren Spitzendeckband einen verringerten Flächenbereich hat) . Was die zweite Alternative betrifft, ist das Verringern der Metalltemperaturen, welchen das Spitzendeckband ausgesetzt ist, durch Verringern der Betriebstemperatur der Gasturbine ebenfalls eine unerwünschte Lösung. Wie der Fachmann weiss, führt das Verringern der Betriebstemperatur der Turbine zu einer Verringerung der Turbineneffizienz.

Das Verringern der Metalltemperaturen, welchen das Spitzendeckband ausgesetzt ist, durch Kühlen während des Betriebs könnte jedoch die Nutzlebensdauer des Teils verlängern.

[0005] Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten Systemen zum Kühlen von Turbinenschaufel-Spitzendeckbändern, so dass die Metalltemperaturen in Zusammenhang mit der hohen Temperatur der Turbinenumgebung verringert werden. Die Verringerung der Metalltemperaturen erlaubt es dem Teil, den gesteigerten mechanischen Belastungen in Zusammenhang mit Spitzendeckbändern mit grösserem Flächenbereich (das heisst ungezahnten Spitzendeckbändern) besser standzuhalten. Ein derartiges System würde es dem Spitzendeckband erlauben, in der Hochtemperaturumgebung der Turbine ohne Zahnung oder mit der möglichst kleinen Zahnung besser zu funktionieren. Wenn ein solches System daher das Spitzendeckband kühlen und gleichzeitig das Gewicht des Spitzendeckbands verringern könnte, würden weitere Verbesserungen der Effizienz verwirklicht.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] Die vorliegende Anmeldung beschreibt daher eine Turbinenschaufel, die ein Spitzendeckband, einen oder mehrere Kühlhohlräume, die innerhalb des Spitzendeckbands ausgebildet sind, und wenigstens eine Rippe aufweist, die innerhalb mindestens eines der Kühlhohlräume 13 ausgebildet ist, wobei die Rippe derart bemessen und ausgerichtet ist, dass sie sich über einen teilweisen Weg über die Entfernung über den Kühlhohlraum erstreckt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Rippe derart bemessen und ausgerichtet sein, dass sie sich auf mindestens einem Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum erstreckt. Der Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum kann mindestens 75% der Entfernung über den Kühlhohlraum umfassen.

[0007] Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine erste Innenwand allgemein einer zweiten Innenwand über den Kühlhohlraum gegenüberliegen; die mindestens eine Rippe kann eine Mehrzahl von Rippen aufweisen; die Rippen können derart konfiguriert sein, dass einige der Rippen von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen und sich zu der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums erstrecken, und dass einige der Rippen von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen und sich zu der ersten Innenwand des Kühlhohlraums erstrecken; die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, können derart ausgerichtet und bemessen sein, dass sich zumindest einige auf mindestens einem Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum erstrecken;

und die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, können derart ausgerichtet und bemessen sein, dass sich zumindest einige auf mindestens einem Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum erstrecken.

[0008] Bei bestimmten Ausführungsformen können die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die zweite Innenwand eine erste Spalte bilden; die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen und die erste Innenwand können eine zweite Spalte bilden; und die erste Spalte und die zweite Spalte können jeweils eine Entfernung von mindestens 0,10 bis 0,25 Zoll umfassen. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen und die zweite Innenwand eine erste Spalte bilden; die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen und die erste Innenwand können eine zweite Spalte bilden; und die erste Spalte und die zweite Spalte können jeweils eine Entfernung von mindestens etwa 0,10 Zoll aufweisen.

[0009] Bei bestimmten Ausführungsformen können die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, sowie die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, eine abwechselnde Anordnung aufweisen, wobei die abwechselnde Anordnung abwechselnd das Platzieren einer Rippe, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgeht, mit dem Platzieren einer Rippe, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgeht abwechselt. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, im Wesentlichen zueinander parallel sein. Bei bestimmten Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Kühlhohlräume in Fluidverbindung miteinander sein.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Turbinenschaufel ferner eine Tragfläche und mindestens eine Kühlmittelpassage, die innerhalb der Tragfläche definiert ist, aufweisen. Bei derartigen Ausführungen kann der eine oder können die mehreren Kühlhohlräume einen druckseitigen Kühlhohlraum, einen saugseitigen Kühlhohlraum 134 und eine Kühlmittelkammer aufweisen, wobei die Kühlmittelkämmer eine Kammer aufweist, die im Wesentlichen zwischen dem Druckseitenkühlhohlraum und dem Saugseitenkühlhohlraum liegt. Die Kühlmittelkammer kann in Fluidverbindung mit der Kühlmittelpassage sein. Und die Kühlmittelkammer kann in Fluidverbindung mit dem Druckseitenkühlhohlraum und einem Saugseitenkühlhohlraum 134 über mehrere Kühlmittelkammeröffnungen 140 sein.

[0010] Diese sowie weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung ergeben sich bei der Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen gemeinsam mit den Zeichnungen und den anliegenden Ansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0011] Diese und weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden durch eine sorgfältige Untersuchung der folgenden ausführlicheren Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung verbunden mit den anliegenden Zeichnungen komplett verstanden und beurteilt, wobei:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Turbinenschaufel mit Spitzendeckband ist;

<tb>Fig. 2<sep>eine schematische Draufsicht herkömmlicher Spitzendeckbänder ist, die das Zahnen des Spitzendeckbands veranschaulicht;

<tb>Fig. 3<sep>eine Abrissansicht teilweise in Perspektive eines Spitzendeckbands ist, das einen Kühlhohlraum gemäss einer Ausführungsform der Erfindung hat;

<tb>Fig. 4<sep>eine Abrissansicht teilweise in Perspektive eines Spitzendeckbands mit einem Kühlhohlraum gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist;

<tb>Fig. 5<sep>eine Abrissansicht teilweise in Perspektive eines Spitzendeckbands mit einem Kühlhohlraum gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist;

<tb>Fig. 6<sep>eine Abrissansicht teilweise in Perspektive eines Spitzendeckbands mit einem Kühlhohlraum gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist;

<tb>Fig. 7<sep>eine Abrissansicht teilweise in Perspektive eines Spitzendeckbands mit einem Kühlhohlraum gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist;

<tb>Fig. 8<sep>eine Abrissansicht teilweise in Perspektive eines Spitzendeckbands mit einem Kühlhohlraum gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist; und

<tb>Fig. 9<sep>eine Abrissansicht teilweise in Perspektive eines Spitzendeckbands mit einem Kühlhohlraum gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0012] Unter Bezugnahme auf die Figuren, in welchen die verschiedenen Zahlen ähnliche Teile in den mehreren Ansichten darstellen, veranschaulicht Fig. 1eine typische Schaufel mit Kühlmittelpassagen, die an einer Schaufelspitze austreten, um über ein Spitzendeckband zu fliessen. Wie hier schematisch veranschaulicht wird, besteht jede Turbinenschaufel 10 aus einer Tragfläche 12 und einer Wurzel 14. Die Tragfläche 12 hat eine Vorderkante und eine Hinterkante. Eine allgemein konkave Druckfläche und eine allgemein konvexe Saugfläche erstrecken sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante auf entgegen gesetzten Seiten der Tragfläche 12. In dem veranschaulichten Beispiel besteht die Wurzel 14 aus einem Schaft 16 und einem Schwalbenschwanz 18, der in eine entsprechende Schwalbenschwanznut auf dem Rotor eingreift, um die Turbinenschaufel 10 an dem Rotor zu sichern.

[0013] Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist an der Spitze der Tragfläche 12 ein Spitzendeckband 20 ausgebildet, das sich senkrecht von der Fläche der Tragfläche 12 nach aussen erstreckt. Das Spitzendeckband 20 hat eine radial nach innen und eine radial nach aussen zeigende Fläche und ist dem heissen komprimierten Gas ausgesetzt, das durch den Turbinenabschnitt strömt. Jedes Spitzendeckband 20 hat Lagerflächen 22, 24 über welche es mit dem Spitzendeckband einer benachbarten Schaufel in Berührung kommt und dadurch das Schaufelschwingen dämmt. Ferner erstreckt sich typisch eine Dichtschiene 26 typisch radial von der radial nach aussen zeigenden Fläche des Spitzendeckbands 20 nach aussen, um das Lecken von heissem Gas um die jeweilige Schaufelreihe zu verhindern.

Bei bestimmten herkömmlichen Turbinenschaufelstrukturen erstreckt sich eine Mehrzahl von Kühlluftdurchgängen radial nach aussen durch die Schaufel in die Schaufelspitze. Bei anderen herkömmlichen Turbinenschaufelstrukturen können Kühlmittelpassagen in der Tragfläche definiert sein. Wie in Fig. 2 gezeigt, können Kühlmittelpassagen gewöhnlich in Luftauslasslöchern 28 enden, die es der Kühlluft erlauben, an der radial nach aussen zeigenden Fläche des Spitzendeckbands 20 auszutreten.

[0014] Fig. 3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Wie veranschaulicht, kann das Spitzendeckband 20 Hohlräume (die Kammern, Hohlräume, Öffnungen und/ oder Passagen), die darin definiert sind, aufweisen. Alle der Hohlräume, die innerhalb des Spitzendeckbands 20 definiert sind, können in Fluidverbindung miteinander sein, so dass die Hohlräume einen ununterbrochenen Kühlraum (unten "Kühlhohlraum 130" genannt) bilden. (Zu beachten ist, dass die hier offenbarten beispielhaften Ausführungsformen allgemein unter Bezugnahme auf das Funktionieren des Kühlens des Spitzendeckbands durch Durchlaufen eines Kühlmittels beschreiben. Diese Funktion ist nur beispielhaft und nicht einschränkend. Alle der hier beschriebenen Ausführungsformen können im Allgemeinen für andere Zwecke als Kühlen verwendet werden.

Alle der Hohlräume und der Strukturträgerkonfigurationen können zum Beispiel verwendet werden, um ein leichtes Spitzendeckband mit solider Struktur zu schaffen. Um es kurz zu fassen, werden die Strukturelemente, die zum Bilden von Hohlräumen in einem Spitzendeckband gehören, hier nur unter Bezugnahme auf ihre "Kühlfunktion" beschrieben. Wie hier definiert, müssen jedoch alle solche Bezugnahmen dahingehend ausgelegt werden, dass sie auch die Möglichkeit des Gebrauchs des Hohlraums und/ oder irgendeines seiner Strukturelemente für Vorteile umfassen, die von der Kühlfunktion getrennt sind. Der "Kühlhohlraum" und/oder irgendeines seiner beschriebenen Strukturelemente kann daher zum Beispiel für die Funktion des Schaffens eines leichten Spitzendeckbands mit solider Struktur und nicht zum Zweck des Kühlens des Spitzendeckbands verwendet werden.

Das gilt, ob die Bezugnahme nun auf eine Kühlfunktion in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen oder irgendeinem anderen Teil dieser Anmeldung erfolgt.) Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Kühlhohlraum 130 einen Druckseitenkühlhohlraum 132 und einen Saugseitenkühlhohlraum 134 aufweisen, die jeweils mit der Druckseite und der Saugseite der Tragfläche 12 zusammenfallen. Wie veranschaulicht, können der Druckseitenkühlhohlraum 132 und der Saugseitenkühlhohlraum 134 in Fluidverbindung miteinander entlang einer Vorder- oder Hinterkante 136 der Tragfläche 112 sein.

[0015] Wie üblich, kann Luft in die Turbinenschaufel 10 in der Nähe des Schwalbenschwanz- 18 oder Schaftbereichs 16 aufgenommen werden und durch die Tragfläche 12 zu dem Spitzendeckband 20 strömen. Bei dem veranschaulichten Beispiel kann eine Kühlmittelkammer 138 in etwa in der Mitte des Spitzendeckbands 20 (im Wesentlichen als Trennung des Druckseitenkühlhohlraums 132 und des Saugseitenkühlhohlraums 134) als Kühlmittelreserve (im Allgemeinen Pressluft) zum Verteilen durch das Spitzendeckband 20 über den Druckseitenkühlhohlraum 132 und den Saugseitenkühlhohlraum 134 definiert werden. Als eine Alternative kann die Kühlmittelkammer 138 in der Spitze der Tragfläche 12 (diese Ausführungsform ist nicht gezeigt) definiert sein.

Als eine weitere Alternative kann die Mehrzahl von Kühlmittelpassagen, die sich durch die Tragfläche 12 erstreckt, direkt mit dem Druckseitenkühlhohlraum 132 und dem Saugseitenkühlhohlraum 134 derart gekoppelt werden, dass keine Kühlmittelkammer 138 vorhanden ist (siehe Besprechung unten in Zusammenhang mit der Ausführungsform der Fig. 4).

[0016] Das Kühlmittel kann dann von der Kühlmittelkammer 138 oder den jeweiligen Kühlpassagen zu und durch die Kühlhohlräume 132, 134 strömen. Bei dem veranschaulichten Beispiel ist eine Mehrzahl von Kühlmittelkammeröffnungen 140 zwischen der Kühlmittelkammer 138 und den Kühlhohlräumen 132, 134 definiert. Die Kühlmittelkammer 138, der Druckseitenkühlhohlraum 132 und der Saugseitenkühlhohlraum 134 sind daher alle in Fluidverbindung miteinander. Daher bilden wie hier definiert und verwendet, die Kühlmittelkammer 138, der Druckseitenkühlhohlraum 132 und der Saugseitenkühlhohlraum 134 einen einzigen Kühlhohlraum oder einen durchgehenden Kühlhohlraum in dem Spitzendeckband 20 (das heisst, weil alle definierten Hohlräume/Kammern/Öffnungen/Passagen innerhalb des Spitzendeckbands 20 miteinander in Fluidverbindung stehen).

Die Kühlmittelkammeröffnungen 140, die die Kühlhohlräume 132, 134 mit der Kühlmittelkammer 138 verbinden, können nicht nur verwendet werden, um einfach die Kühlhohlräume 132, 134 mit der Kühlmittelkammer 138 zu verbinden, sondern können auch dazu geeignet sein, den Strom in die Kühlhohlräume 132, 134 zu dosieren oder steuern, so dass eine erstrebenswerte Verteilung des Kühlmittels durch das Spitzendeckband 20 hergestellt wird. Als Alternative kann die Kühlmittelkammer 138 wie unten besprochen zu den Kühlhohlräumen 132, 134 offen sein.

[0017] Der Kühlhohlraum 130 kann eine Mehrzahl von Stützrippen oder Rippen 142, 144 in sich definiert haben. Im Allgemeinen sind die Rippen 142, 144 längliche Strukturen, die den Boden (oder Radialboden) des Kühlhohlraums 130 mit der Decke (oder Radialdecke) des Kühlhohlraums 130 wie in den verschiedenen Figuren veranschaulicht verbinden. (Wie hier verwendet, ist der Boden des Kühlhohlraums 130 in den verschiedenen Figuren als der Bereich um die Rippen veranschaulicht. Die Decke des Kühlhohlraums 130 ist der Abschnitt, der von dem Spitzendeckband 20 entfernt wurde, so dass eine Ansicht des Inneren des Kühlhohlraums 130 bereitgestellt werden kann.) Eine der Funktionen der Rippen 142, 144 besteht vorteilhafterweise darin, die Form des Kühlhohlraums 130 zu definieren.

Die Rippen 142, 144 erhalten die Strukturstärke des hohlen Spitzendeckenbands 20, so dass die Nutzlebensdauer der Turbinenschaufel 10 nicht negativ beeinflusst wird. Die Rippen 142, 144 stützen die hohlen Bereiche des Kühlhohlraums 130, was es dem Spitzendeckband 20 erlaubt, leicht zu sein. Leichte Spitzendeckbänder sind vorteilhaft, weil sie die mechanischen Belastungen sowohl in dem Spitzendeckband 20 als auch in der Tragfläche 12 während des Betriebs verringern. Allgemein und wie unten ausführlicher beschrieben, erstrecken sich die Rippen 142, 144 teilweise über den Kühlhohlraum 130, in dem sie sich befinden. Bei bestimmten Anwendungsformen kann sich eine Mehrzahl von Rippen 142, 144 über einen Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum 130 erstrecken. Bei bestimmten Ausführungsformen sind die Rippen 142, 144 in etwa zueinander parallel.

[0018] Wie veranschaulicht, können die Rippen 142, 144 eine Mehrzahl verkürzter Rippen 142 aufweisen. Verkürzte Rippen 142 sind allgemein kürzere Rippen, die bei bestimmten Ausführungsformen (und wie veranschaulicht) Ausgangsöffnungen 147 definieren. Zusätzlich können die Rippen 142, 144 eine Mehrzahl von Teilungsrippen 144 aufweisen, die wesentlich länger sind als die verkürzten Rippen 142. (Zu bemerken ist, dass bestimmte Ausführungsformen nur eine Mehrzahl von Teilungsrippen 144 aufweisen.

Bei solchen Ausführungsformen sind Bohrungen an der Kante des Spitzendeckbands 20 gebohrt, die die Ausgangsöffnungen 147 definieren können.) Im Allgemeinen und wie veranschaulicht, haben die Teilungsrippen 144 eine Länge derart, dass sie sich auf mindestens einem Grossteil der Entfernung über den entsprechenden Kühlhohlraum 132, 134 erstrecken, sich jedoch nicht über die gesamte Entfernung erstrecken. Bei bestimmten Ausführungsformen können sich die Teilungsrippen 144 über mindestens 75 % der Breite über den Kühlhohlraum 130 erstrecken. Die Teilungsrippen 144 schaffen daher keine getrennten Hohlräume. Mit anderen Worten bleibt der hohle Raum auf beiden Seiten einer Teilungsrippe 144 in Fluidverbindung um mindestens ein Ende der Teilungsrippe 144.

[0019] Wie in Fig. 3 veranschaulicht, können die Teilungsrippen 144 eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 aufweisen. Die sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 kann sich im Allgemeinen von der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, zu einer Position kurz vor der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 erstrecken und daher einen Raum oder eine Spalte zwischen der sich nach aussen erstreckenden Teilungsrippe 145 und der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definieren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 von einer der verkürzten Rippen 142 definiert werden.

Bei solchen Ausführungsformen kann sich die nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 von der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, zu einer Position kurz vor der verkürzten Rippe 142, die die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 an dieser Stelle definiert, erstrecken, und daher eine Spalte zwischen der sich nach aussen erstreckenden Teilungsrippe 145 und der verkürzten Rippe 142 definieren. Die Teilungsrippen 144 können auch eine sich nach innen erstreckende Teilungsrippe 146 aufweisen, die sich im Allgemeinen von der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 zu einer Position kurz vor der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, nach innen erstreckt und daher eine Spalte zwischen der sich nach innen erstreckenden Teilungsrippe 146 und der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, bilden.

Bei bestimmten Ausführungsformen können die beiden Spalten, die definiert werden von:
<tb>1)<sep>der sich nach aussen erstreckenden Teilungsrippe 145 und der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 und

<tb>2)<sep>der sich nach innen erstreckenden Teilungsrippe 146 und der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, etwa 0,10 bis 0,25 Zoll betragen.

[0020] Bei anderen Ausführungsformen können beide Spalten, die definiert werden von
<tb>1)<sep>der sich nach aussen erstreckenden Teilungsrippe 145 und der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 und

<tb>2)<sep>der sich nach innen erstreckenden Teilungsrippe 146 und der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, mindestens 0,10 Zoll betragen.

[0021] Wie veranschaulicht, kann jeder der Kühlhohlräume 132, 134 eine Mehrzahl von Teilungsrippen 144 enthalten. Bei bestimmten Ausführungsformen (und wie veranschaulicht), kann jeder der Kühlhohlräume 132, 134 zwischen 4 und 7 Teilungsrippen 144 enthalten. Ferner und wie veranschaulicht, können die Teilungsrippen 144 in einer abwechselnden Anordnung konfiguriert werden. Bei einer abwechselnden Anordnung wechselt das Platzieren der sich nach aussen erstreckenden Teilungsrippen 145 allgemein mit dem Platzieren von sich nach innen erstreckenden Teilungsrippen 14 6 ab.

Wie hier verwendet, ist eine "abwechselnde Anordnung" im breiten Sinne als eine Anordnung zu verstehen, die mehrere unterschiedliche abwechselnde Konfigurationen enthält, und darf nicht auf das strikte "eine, eine andere" Abwechseln beschränkt sein (das heisst die Anordnung, die fordert, dass sich jede sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 nur neben einer sich nach innen erstreckenden Teilungsrippe 146 befindet). Wie hier verwendet, muss eine "abwechselnde Anordnung" als eine Anordnung verstanden werden, die z.

B. die folgende Abfolge von Teilungsrippen beschreibt: eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 - eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 - eine sich nach innen erstreckende Teilungsrippe 146 - eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 - eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 - eine sich nach innen erstreckende Teilungsrippe 146.

In einem anderen Fall, kann eine "abwechselnde Anordnung" zum Beispiel verwendet werden, um diese Sequenz zu beschreiben: eine sich nach innen erstreckende Teilungsrippe 146 - eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 - eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 - eine sich nach innen erstreckende Teilungsrippe 146 - eine sich nach innen erstreckende Teilungsrippe 146 - eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 - eine sich nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145. "Abwechselnde Anordnung" kann verwendet werden, um andere ähnliche Sequenzen zu beschreiben. Die Strategie der abwechselnden Anordnung kann effektiv einen gewundenen oder Labyrinthkühlkreislauf durch die Kühlhohlräume 132, 134 definieren, der zum Kühlen des Spitzendeckbands 20 über das Zirkulieren eines Kühlmittels vorteilhaft sein kann.

Wie hier verwendet, ist ein Labyrinthkreislauf im Allgemeinen als ein Kreislauf definiert, der einen gewundenen oder umständlichen Weg beschreibt, der das Strömen behindert, der, wie unten ausführlicher beschrieben, vorteilhaft dazu verwendet werden kann, Kühlmittel während des Betriebs effektiv durch das Spitzendeckband 20 zu verteilen.

[0022] Wie oben erwähnt, können zwischen benachbarten verkürzten Rippen 142 Ausgangsöffnungen 147 definiert werden, damit das Kühlmittel aus der Turbinenschaufel 10 ausfliesst. Die Kühlhohlräume 132, 134, wie sie veranschaulicht sind, werden in der Hauptsache in der Ebene des Spitzendeckbands 20 angeordnet.

[0023] Fig. 4 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung, die die Kühlmittelkammer 138 der oben besprochenen Ausführungsform nicht enthält. Die Ausführungsform der Fig. 4 kann im Allgemeinen die Mehrzahl verkürzter Rippen 142 und Teilungsrippen 144 in einer ähnlichen Anordnung wie der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 besprochenen aufweisen. An Stelle der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 bildet, kann die Ausführungsform der Fig. 4jedoch eine Innenmittenwand 152 haben. Die Innenmittenwand 152 teilt den Kühlhohlraum 130 allgemein in zwei und schafft daher (wie die Kühlmittelkammer 138 bei der Ausführungsform der Fig. 3) den Druckseitenkühlhohlraum 132 und den Saugseitenkühlhohlraum 134 auf jeder Seite von ihr.

Bei Abwesenheit einer Kühlmittelkammer 138 können die Kühlmittelpassagen, die sich durch die Tragfläche 12 erstrecken, direkt mit dem Druckseitenkühlhohlraum 132 und dem Saugseitenkühlhohlraum 134 durch mehrere Eingangsöffnungen 154 gekoppelt werden. Wie veranschaulicht, können sich die Eingangshohlräume 154 entlang der Wand der Innen-mittenwand 152 befinden. Weitere Lagen sind möglich, wie zum Beispiel der Boden der Kühlhohlräume 132, 134.

[0024] Ferner erstreckt sich bei der Ausführungsform der Fig. 4 die sich nach aussen erstreckende Rippe 145 allgemein von der Innenmittenwand 152 nach aussen zu einer Position kurz vor der Aussenwand des Kühlhohlraums 130. Bei bestimmten Ausführungsformen und wie veranschaulicht, kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 durch eine der verkürzten Rippen 142 definiert sein. Bei solchen Ausführungsformen kann sich die nach aussen erstreckende Teilungsrippe 145 der Fig. 4von der Innenmittenwand 152 zu einer Position kurz vor der verkürzten Rippe 142, die die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 an dieser Stelle definiert, erstrecken, und daher eine Spalte zwischen der sich nach aussen erstreckenden Teilungsrippe 145 und der verkürzten Rippe 142 definieren.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4erstreckt sich die sich nach innen erstreckende Teilungsrippe 146 im Allgemeinen auch von der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 zu einer Position kurz vor der Innenmittenwand 152 und definiert daher eine Spalte zwischen der sich nach innen erstreckenden Teilungsrippe 14 6 und der Innenmittenwand 152.

[0025] Schliesslich und ähnlich wie bei der Ausführungsform der Fig. 3, können Teilungsrippen 144 derart angeordnet werden, dass das Platzieren der sich nach aussen erstreckenden Teilungsrippe 145 mit dem Platzieren einer sich nach innen erstreckenden Teilungsrippe 146 abwechselt.

[0026] Alternative Ausführungsformen sind in den Fig. 5 bis 9veranschaulicht. Diese Ausführungsformen veranschaulichen das Anwenden einiger der oben besprochenen Merkmale innerhalb von Kühlhohlräumen 130 mit einer unterschiedlichen Konfiguration, sowie den Gebrauch neuer Elemente, wie unten ausführlich beschrieben. Beide Ausführungsformen, die in Fig. 3 und 4 veranschaulicht sind, haben ein Teilungselement in etwa in der Mitte des Spitzendeckbands 20 (das heisst in Fig.3ist das Teilungselement die Kühlmittelkammer 138, und in Fig. 4 ist das Teilungselement die Innenmittenwand 152). Bei bestimmten Ausführungsformen, wie bei denen der Fig. 5bis 8, ist ein Teilungselement eventuell nicht vorhanden.

[0027] Fig. 5 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform eines einzigen oder durchgehenden Kühlhohlraums 130 in einem Spitzendeckband 20 mit einer Mehrzahl von Teilungsrippen 144. Eine Mehrzahl verkürzter Rippen 142 kann ebenfalls vorhanden sein. Die verkürzten Rippen 142 können Ausgangsöffnungen 147 definieren, die entlang der Druckseite und der Saugseite des Spitzendeckbands 20 konzentriert sind. Ohne Kühlmittelkammer 138 können die Kühlmittelpassagen, die sich durch die Tragfläche 12 erstrecken, direkt mit dem Kühlhohlraum 130 durch eine Mehrzahl von Eingangsöffnungen 154 gekoppelt sein.

Wie veranschaulicht, können sich die Eingangsöffnungen 154 zur Mitte des Spitzendeckbands 20 hin auf jeder Seite einer ungefähren Mittenlinie des Spitzendeckbands 20 erstrecken, die, wenn sie eingetragen würde, ungefähr die Saugseite des Spitzendeckbands 20 von der Druckseite des Spitzendeckbands 20 trennen würde, obwohl andere Lagen möglich sind.

[0028] Ferner sind bei der Ausführungsform der Fig. 5 die Teilungsrippen 144 derart konfiguriert, dass sie von der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 ausgehen (das heisst von einer ersten Innenwand) und sich über das Spitzendeckband 20 zu der entgegen gesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 (das heisst einer zweiten Innenwand) erstrecken. Die Teilungsrippen 144 können eine Länge derart haben, dass sie in einer Position kurz vor der entgegen gesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 enden. Es kann daher ein enger Raum oder eine Spalte an dem Ende der Teilungsrippe 144 zwischen der Teilungsrippe 144 und der entgegen gesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen und wie veranschaulicht, kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 durch eine der verkürzten Rippen 142 definiert werden.

Bei solchen Ausführungsformen kann sich die Teilungsrippe 144 zu der verkürzten Rippe 142 der entgegen gesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 bis zu einer Position kurz vor der verkürzten Rippe 142, die die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 an dieser Stelle definiert, wie in Fig. 5 veranschaulicht, erstrecken. Es kann daher ein enger Raum oder eine Spalte an dem Ende der Teilungsrippe 144 zwischen der Teilungsrippe 144 und der entgegen gesetzten verkürzten Rippe 142 definiert werden. Ferner und wie in Fig. 5 veranschaulicht, können die Verteilungsrippen 144 in einer abwechselnden Anordnung konfiguriert werden.

Bei dieser Anordnung wechselt das Platzieren einer Teilungsrippe 144, die sich von einer der Aussenwände des Kühlhohlraums 130 ausgehend erstreckt, mit dem Platzieren einer Teilungsrippe 144 ab, die von der entgegen gesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 ausgeht. Siehe dazu auch die Definition für "abwechselnde Anordnung", die oben gegeben wurde. Wie zuvor, kann diese abwechselnde Anordnungsstrategie durch den Kühlhohlraum effektiv einen gewundenen oder Labyrinthkühlkreislauf definieren, der beim Kühlen des Spitzendeckbands 20 über die Zirkulation eines Kühlmittels vorteilhaft sein kann. Zu bemerken ist, dass die abwechselnden Teilungsrippen 144 bei alternativen Ausführungsformen derart ausgerichtet sein können, dass sie sich allgemein senkrecht zu der Ausrichtung der Teilungsrippen 144, wie in Fig. 5 veranschaulicht, ausrichten würden.

Wie der Fachmann weiss, sind andere Anordnungen ebenfalls möglich.

[0029] Fig. 6 bis 8 veranschaulichen mehrere beispielhafte Ausführungsformen, die getrennte Strukturelemente innerhalb eines Spitzendeckband-Kühlhohlraums 130 enthalten. Wie hier verwendet, ist ein getrenntes Strukturelement ein Element, das den Boden des Kühlhohlraums 130 struktural mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbindet, und das nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder äusseren Kante oder Peripherie des Spitzendeckbands 20 ausgeht, dort endet oder diese verbindet. Zum Zweck dieser Definition kann eine Innenwand des Kühlhohlraums 130 Folgendes aufweisen: 1) die Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert; 2) die Aussenwand des Kühlhohlraums 130; 3) die Innenmittenwand 152 oder 4) ähnliche Wände, die innerhalb des Kühlhohlraums 130 definiert werden können.

Ferner und wie hier verwendet und oben erwähnt, ist die Decke des Kühlhohlraums 130 das Element, das in den Fig. 3 bis 9 entfernt wurde, so dass das Innere des Kühlhohlraums 130 betrachtet werden kann. Mit anderen Worten sind getrennte Strukturelemente allgemein Strukturelemente, die mit Ausnahme der Verbindungen, die das Strukturelement mit dem Boden und der Decke des Kühlhohlraums 130 herstellt, von dem hohlen Bereich des Kühlhohlraums 130 umgeben sind.

[0030] Fig. 6 veranschaulicht einen einzigen oder durchgehenden Kühlhohlraum 130 mit einer Mehrzahl getrennter Teilungsrippen 202. Die getrennten Teilungsrippen 202 sind getrennte Strukturelemente, weil sie den Boden des Kühlhohlraums 130 mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden und nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder der Aussenkante des Spitzendeckbands 20 ausgehen, dort enden oder diese verbinden. Bei bestimmten Ausführungsformen und wie gezeigt, kann auch eine Mehrzahl verkürzter Rippen 142 vorhanden sein. Die verkürzten Rippen 142 können Ausgangsöffnungen 147 definieren, die entlang der Druckseite und der Saugseite des Spitzendeckbands 20 konzentriert sind.

Ohne Kühlmittelkämmer 138 bei der Ausführungsform der Fig. 6, können die Kühlmittelpassagen, die sich durch die Tragfläche 12 erstrecken, direkt mit dem Kühlhohlraum 130 durch eine Mehrzahl von Eingangsöffnungen 154 gekoppelt werden. Wie veranschaulicht, können die Eingangsöffnungen 154 entlang einer ungefähren Mittenlinie des Spitzendeckbands 20 liegen, die, wenn sie eingetragen würde, in etwa die Saugseite des Spitzendeckbands 20 von der Druckseite des Spitzendeckbands 20 trennen würde.

[0031] Ferner und bei der Ausführungsform der Fig. 6, können die getrennten Teilungsrippen 202 derart konfiguriert sein, dass jede in etwa in der Mitte des Kühlhohlraums 130 beginnt und sich nach aussen zu den entgegen gesetzten Aussenwänden des Kühlhohlraums 130 erstreckt. Die getrennten Teilungsrippen 202 können sich über zumindest einen Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum 130 erstrecken. Bei bestimmten Ausführungsformen können sich die getrennten Teilungsrippen 202 zumindest über 75% der Breite des Kühlhohlraums 130 erstrecken. Bei anderen Ausführungsformen können die getrennten Teilungsrippen 202 derart ausgerichtet werden, dass sie sich allgemein senkrecht zu den getrennten Teilungsrippen 202, die in Fig. 6 veranschaulicht sind, ausrichten würden. Wie der Fachmann weiss, sind andere Anordnungen ebenfalls möglich.

Die getrennten Teilungsrippen 202 können eine Länge derart haben, dass sie an einem Ende in einer Position kurz vor der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 und an dem anderen Ende in einer Position kurz vor der entgegen gesetzter Aussenwand des Kühlhohlraums 130 enden. Es können daher zwei Spalten an dem Ende jeder der getrennten Teilungsrippen 202 definiert werden (das heisst eine erste Spalte, die durch das Ende der getrennten Teilungsrippe 202 und die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert wird, und eine zweite Spalte, die durch das andere Ende der getrennten Teilungsrippe 202 und die entgegen gesetzte Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert wird). Bei bestimmten Ausführungsformen betragen die erste und die zweite Spalte jeweils etwa 0,10 bis 0,75 Zoll. Bei anderen Ausführungsformen können die erste und die zweite Spalte etwa 0,10 Zoll betragen.

Bei bestimmten Ausführungsformen und wie veranschaulicht, kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 durch eine der verkürzten Rippen 142 definiert werden. Bei solchen Ausführungsformen kann sich die getrennte Teilungsrippe 202 zu entgegen gesetzten Aussenwänden des Kühlhohlraums 130 zu einer Position kurz vor der verkürzten Rippe 142, die die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 an dieser Stelle wie in Fig. 6veranschaulicht definiert, erstrecken.

[0032] Fig. 7 veranschaulicht einen einzigen oder durchgehenden Kühlhohlraum 130 mit einer Mehrzahl getrennter verkürzter Rippen 206. Die getrennten verkürzten Rippen 206 sind, wie oben definiert, getrennte Strukturelemente, weil sie den Boden des Kühlhohlraums 130 mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden und weder von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder der Aussenkante des Spitzendeckbands 20 ausgehen, dort enden oder sie verbinden. Bei bestimmten Ausführungsformen (obwohl in Fig. 7 nicht gezeigt) kann auch eine Mehrzahl verkürzter Rippen, die Ausgangsöffnungen 147 definieren, vorhanden sein.

Die verkürzten Rippen 142, die Ausgangsöffnungen 147 (wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen gezeigt) bilden, werden nicht als getrennte Strukturelemente wie hier definiert betrachtet, weil sie allgemein in der Aussenkante oder im Umfang des Spitzendeckbands 20 enden. Ohne Kühlmittelkammer 138 in der in Fig. 7gezeigte Ausführungsform können die Kühlmittelpassagen, die sich durch die Tragfläche 12 erstrecken, direkt mit dem Kühlhohlraum 130 durch eine Mehrzahl von Eingangsöffnungen 154 gekoppelt werden. Wie veranschaulicht, können die Eingangsöffnungen 154 entlang einer ungefähren Mittenlinie des Spitzendeckbands 20 liegen, die, wenn sie eingetragen würde, in etwa die Saugseite des Spitzendeckbands 20 von der Druckseite des Spitzendeckbands 20 trennen würde.

[0033] Wie in Fig. 7 veranschaulicht, kann eine Mehrzahl getrennter verkürzter Rippen 206 durch den Kühlhohlraum 130 hindurch derart beabstandet werden, dass eine Mindestspalte zwischen ihnen aufrechterhalten wird. Die Spalten, die zwischen den getrennten verkürzten Rippen 206 beibehalten werden, können mindestens 0,05 Zoll betragen. Die getrennten verkürzten Rippen 206 können rechteckig beschaffen sein (bei bestimmten Ausführungsformen mit abgerundeten Ecken), wie in Fig. 7gezeigt. Bei bestimmten Ausführungsformen können die getrennten verkürzten Rippen 206 etwa 0,10 bis 0,75 Zoll lang und 0,5 bis 0,25 Zoll breit sein. Bei bestimmten Ausführungsformen und wie in Fig. 7veranschaulicht, können innerhalb des Kühlhohlraums 130 15 bis 25 getrennte verkürzte Rippen 206 definiert werden.

[0034] Fig. 8 veranschaulicht einen einzigen oder durchgehenden Hohlraum 130 mit einer Mehrzahl getrennter Säulen 208. Die getrennten Säulen 208 sind, wie oben definiert, getrennte Strukturelemente, weil sie den Boden des Kühlhohlraums 130 mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden und nicht ausgehen von, enden in oder verbunden sind mit einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder Aussenkante des Spitzendeckbands 20. Ohne Kühlmittelkammer 138 bei der Ausführungsform, die in Fig. 8gezeigt ist, können die Kühlmittelpassagen, die sich durch die Tragfläche 12 erstrecken, direkt mit dem Kühlhohlraum 130 über eine Mehrzahl von Eingangsöffnungen 154 gekoppelt werden.

Wie veranschaulicht, können die Eingangsöffnungen 154 entlang einer ungefähren Mittenlinie des Spitzendeckbands 20 liegen, die, wenn sie eingetragen würde, die Saugseite des Spitzendeckbands 20 in etwa von der Druckseite des Spitzendeckbands 20 trennen würde.

[0035] Wie in Fig. 8 veranschaulicht, kann eine Mehrzahl getrennter Säulen 208 durch den Kühlhohlraum 130 beabstandet sein, so dass zwischen den getrennten Säulen eine Mindestspalte erhalten bleibt. Die Mindestspalte, die zwischen den getrennten Säulen 208 beibehalten bleibt, kann mindestens 0,05 Zoll betragen. Wie veranschaulicht, haben die getrennten Säulen 208 einen kreisförmigen Querschnitt. Bei solchen Ausführungsformen kann der kreisförmige Querschnitt etwa 0,05 bis 0,25 Zoll betragen. Bei anderen Ausführungsformen können die getrennten Säulen 208 einen quadratförmigen Querschnitt haben. Bei solchen Ausführungsformen kann jede der Seiten des quadratförmigen Querschnitts etwa 0,05 bis 0,25 Zoll betragen. Bei bestimmten Ausführungsformen und wie in Fig. 8veranschaulicht, können innerhalb des Kühlhohlraums 130 5 bis 50 getrennte Säulen 206 definiert werden.

[0036] Fig. 9 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform, die den Gebrauch der runden Ausgangsöffnungen 212 und der nicht runden Ausgangsöffnungen 214 bei einem Spitzendeckband-Kühlhohlraum 130 darstellt. Wie oben beschrieben, kann zwischen benachbarten verkürzten Rippen 142 oder durch die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 eine Mehrzahl von Ausgangsöffnungen 212, 214 definiert werden, um das Kühlmittel unter Druck in den Kühlhohlraum 130 auszulassen. Wie in der beispielhaften Ausführungsform der Fig. 9 gezeigt, können, wie veranschaulicht, nicht runde Ausgangsöffnungen 214 definiert werden. Diese nicht runden Ausgangsöffnungen 214 können rechteckige Form haben (bestimmte Ausführungsformen haben gerundete Ecken). Nicht gezeigt können die nicht runden Ausgangsöffnungen 214 auch elliptisch oder oval geformt sein.

Die nicht runden Ausgangsöffnungen 214 können Hitzeübertragungsvorteile gegenüber runden Ausgangsöffnungen bereitstellen. Wie in Fig. 9 veranschaulicht, können eine oder mehrere der runden Ausgangsöffnungen 212 ebenfalls definiert werden. Zusätzliche runde Ausgangsöffnungen 212 und nicht runde Ausgangsöffnungen 214 können bereitgestellt werden. Wie der Fachmann weiss, können unterschiedliche Anordnungen der runden Ausgangsöffnungen 212 und der nicht runden Ausgangsöffnungen 214 ebenfalls möglich sein.

[0037] Zu bemerken ist, dass die in Fig. 3bis 9beschriebenen Ausführungsformen alle Beispiele eines Spitzendeckbands mit einem einzigen oder durchgehenden Kühlhohlraum bereitstellen. Bestimmte der hier besprochenen Merkmale sind jedoch nicht auf den Gebrauch mit einem einzigen oder durchgehenden Kühlhohlraum beschränkt (das heisst, sie können erfolgreich in Spitzendeckbändern verwendet werden, die mehrere getrennte Kühlhohlräume haben, die nicht miteinander in Fluidverbindung stehen). Diese Merkmale umfassen:
<tb>1)<sep>Rippen, die sich teilweise über einen Kühlhohlraum derart erstrecken, dass sie eine Passage zwischen dem Ende der Rippe und einer entgegen gesetzten Struktur schaffen;

<tb>2)<sep>die abwechselnde Anordnung der Rippen, die sich teilweise über einen Hohlraum erstrecken;

<tb>3)<sep>die getrennten Strukturelemente und 4) den Gebrauch nicht gerundeter Ausgangsöffnungen und runder Ausgangsöffnungen. Die Beschreibung dieser Merkmale in Zusammenhang mit einem einzigen oder durchgehenden Kühlhohlraum ist nur beispielhaft und darf nicht als einschränkend ausgelegt werden.

[0038] Beim Gebrauch kann Kühlmittel (im Allgemeinen Pressluft) zu der Turbinenschaufel 10 verteilt werden. Das Kühlmittel kann durch die Kühlmittelpassagen zu der Kühlmittelkammer 138 laufen. Das Kühlmittel kann dann zu dem Kühlhohlraum 130 durch die Kühlmittelkammeröffnungen 140 geliefert werden. (Zu beachten ist, dass bei den in Fig. 4bis 8 beschriebenen Ausführungsformen das Kühlmittel durch die Eingangsöffnungen 154 direkt zu dem Kühlhohlraum 130 geliefert wird.) Sobald sich das Kühlmittel in dem Kühlhohlraum 130 befindet, strömt es um die Rippen 142, 144 wie erforderlich zu den Ausgangsöffnungen 147 und verlässt dann das Spitzendeckband 20 über die Ausgangsöffnungen 147, die allgemein entlang der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 angeordnet sind. Dieses Strömen des Kühlmittels durch den Kühlhohlraum 130 kühlt das Spitzendeckband 20 durch Konvektion.

[0039] Wie der Fachmann weiss, variieren die Druckbedingungen, die an den Kanten des Spitzendeckbands 20 bestehen, während des Betriebs der Turbine stark. Der Aussendruck ist an der Vorderkante (sowohl in Fig. 3als auch 4 als 170 gezeigt) des Spitzendeckbands 20 hoch, an der Hinterkante (sowohl in Fig. 3als auch 4 als 180 gezeigt) des Spitzendeckbands 20 niedrig, und an den Kanten des Spitzendeckbands 20 zwischen der Vorder- und der Hinterkante (beide in Fig. 3 und 4 als 190 gezeigt) massig. Der Kühlhohlraum 130 des Spitzendeckbands 20 hat einen höheren Druck als der Aussendruck, ohne Eingriff tritt jedoch ein grosser Teil des Kühlmittels nahe der Hinterkante 180 des Spitzendeckbands 20, wo der Aussendruck am niedrigsten ist, aus.

Diese Tendenz kann dazu führen, dass eine unzureichende Menge an Kühlmittel die Vorderkante 170 des Spitzendeckbands 20 verlässt, was zu übermässigen Temperaturen in diesen Bereichen führen kann, die sich auf die Nutzlebensdauer der Turbinenschaufel 10 negativ auswirken. Es ist daher wünschenswert zu veranlassen, dass das Kühlmittel bei seinem Austreten aus der Turbinenschaufel 10 vorzugsweise über das ganze Spitzendeckband 20 verteilt wird.

[0040] Die Anordnung der Rippen 142, 144, wie sie in den oben stehenden Ausführungsformen beschrieben ist, schafft gewöhnlich einen gewundenen oder Labyrinthkühlkreislauf, durch den das Kühlmittel, das in das Spitzendeckband 20 eintritt, vor dem Austreten laufen muss. Das Kühlmittel, das in das Spitzendeckband 20 in der Nähe der Vorderkante 170 eintritt, muss zum Beispiel durch den Labyrinthkühlkreislauf laufen, um an der Hinterkante 180 mit niedrigerem Druck auszutreten. Derart schafft der gewundene Weg oder Labyrinthkühlkreislauf ein Hindernis, das verhindert, dass eine unverhältnismässig grosse Menge des Kühlmittels mit dem niedrigen Druck der Hinterkante 180 austritt.

Daraus ergibt sich, dass das Kühlmittel aus dem Spitzendeckband 20 entlang allen der unterschiedlichen Druckbereiche des Spitzendeckbands 20 austritt, was eine bevorzugte Verteilung des Kühlmittels durch das Spitzendeckband 20 während des Betriebs schafft. Dieses vorteilhafte Ergebnis erzielt man, ohne mehrere unabhängige oder nicht verbundene Kühlhohlräume (das heisst Kühlhohlräume, die nicht miteinander in Fluidverbindung sind) innerhalb des Spitzendeckbands 20 zu benötigen. Wie der Fachmann weiss, werden Turbinenschaufeln mit hohlen Kühlhohlräumen allgemein durch Investition in einen Gussprozess hergestellt. Wenn man einen einzigen oder durchgehenden Kühlhohlraum an Stelle mehrerer getrennter Kühlhohlräume hat, erlaubt das bestimmte Vorteile in dem Investitionsgussprozess.

[0041] Ein weiterer Vorteil der abwechselnden Anordnung der Teilungsrippen 144 besteht darin, dass die freien Enden 194 jeder der Teilungsrippen 144 durch die Teilungsrippe 144 auf jeder Seite von ihr abgeschirmt wird, so dass die Strukturintaktheit des Spitzendeckbands 20 erhöht wird. Das freie Ende 194 der Teilungsrippe 144 ist das Ende, das an einem offenen Bereich innerhalb des Kühlhohlraums 130 endet (siehe freies Ende 194 in Fig. 3, 4 und 5). Mit anderen Worten ist das freie Ende 194 das Ende der Teilungsrippe 144, das dem Ende entgegen gesetzt ist, das von einer Innen- oder Aussenwand in dem durchgehenden Kühlhohlraum 130 ausgeht (Innen- oder Aussenwand des ununterbrochenen Kühlhohlraums 130 kann zum Beispiel: 1) entweder die Aussenwand des Kühlhohlraums 130; 2) oder die Wand der Kühlmittelkammer 138 oder 3) die Innenmittenwand 152 betreffen).

Wie der Fachmann weiss, schafft das Enden der Teilungsrippe 144 in einem offenen Bereich innerhalb des durchgehenden Kühlhohlraums 130 einen Bereich erhöhter Belastung. Die Last, die in dieser Belastung resultiert, kann jedoch durch die benachbarten Teilungsrippen 144 übernommen werden, die aufgrund der abwechselnden Anordnung der Teilungsrippen 144 nicht in dem gleichen Bereich innerhalb des Kühlhohlraums enden. Das dient dazu, die lokalen Belastungskonzentrationen zu verringern, die anderenfalls an den Enden einer der Teilungsrippen 144 entstehen.

[0042] Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem, was derzeit als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, beschrieben wurde, ist klar, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil alle verschiedenen Änderungen und gleichwertigen Anordnungen decken soll, die dem Geltungsbereich der anliegenden Ansprüche entsprechen. Während zum Beispiel insbesondere auf das Kühlen eines Spitzendeckbands Bezug genommen wurde, könnte die hier offenbarte Technik auf einem Spitzendeckband verwendet werden, das sich nicht an der Spitze der Schaufel befindet. In dieser Hinsicht haben bestimmte Schaufeln Spitzendeckbänder in etwa halber Länge der Tragfläche, die sie mit ihren benachbarten Schaufeln verbinden, und die Kühlmittelpassagen, die oben beschrieben sind, könnten darin enthalten sein.

Claims

1. Turbinenschaufel (10), Folgendes aufweisend: ein Spitzendeckband (20);

ein oder mehrere Kühlhohlräume (130), die innerhalb des Spitzendeckbands (20) ausgebildet sind; und

mindestens eine Rippe (142, 144), die innerhalb mindestens eines der Kühlhohlräume (130) ausgebildet ist;

wobei die Rippe (142, 144) bemessen und ausgerichtet ist, so dass sich die Rippe (142, 144) teilweise über die Entfernung über den Kühlhohlraum (130) erstreckt.

2. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, wobei die Rippe (142, 144) so bemessen und ausgerichtet ist, dass sich die Rippe (142, 144) auf mindestens einem Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum (130) erstreckt.

3. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 2, wobei der Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum mindestens 75% der Entfernung über den Kühlhohlraum (130) umfasst.

4. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, wobei:

eine erste Innenwand allgemein einer zweiten Innenwand über den Kühlhohlraum (130) entgegen gesetzt ist;

die mindestens eine Rippe (142, 144) mehrere Rippen (142, 144) aufweist;

die Rippen (142, 144) derart konfiguriert sind, dass einige der Rippen (142, 144) von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen und sich zu der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) erstrecken, und einige der Rippen (142, 144) von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen und sich zu der ersten Innenwand des Kühlhohlraums erstrecken;

die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, derart ausgerichtet und bemessen sind, dass sich zumindest bestimmte auf mindestens einem Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum (130) erstrecken; und

die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, derart ausgerichtet und bemessen sind, dass sich zumindest einige über mindestens einen Grossteil der Entfernung über den Kühlhohlraum (130) erstrecken.

5. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 4, wobei:

die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) und der zweiten Innenwand ausgehen, eine erste Spalte definieren;

die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) und der ersten Innenwand ausgehen, eine zweite Spalte bilden; und

die erste Spalte und die zweite Spalte jeweils eine Entfernung über mindestens etwa 0,10 bis 0,25 Zoll umfassen.

6. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 4, wobei:

die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) und der zweiten Innenwand ausgehen, eine erste Spalte bilden;

die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) und der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, eine zweite Spalte bilden; und

die erste Spalte und die zweite Spalte jeweils eine Entfernung über mindestens etwa 0,10 Zoll aufweisen.

7. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 4, wobei die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, und die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, eine abwechselnde Anordnung aufweisen, wobei die abwechselnde Anordnung das Abwechseln des Platzierens einer Rippe (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgeht, mit dem Platzieren einer Rippe (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgeht, aufweist.

8. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 7, wobei die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, und die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, im Wesentlichen zueinander parallel sind.

9. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 2, wobei alle des einen oder der mehreren Kühlhohlräume (130) miteinander in Fluidverbindung sind.

10. Turbinenschaufel nach Anspruch 1, die ferner eine Tragfläche (12) und mindestens eine Kühlmittelpassage aufweist, die innerhalb der Tragfläche (12) definiert ist, wobei:

der eine oder die mehreren Kühlhohlräume (130) einen Druckseitenkühlhohlraum (132), einen Saugseitenkühlhohlraum (134) und eine Kühlmittelkammer (138) aufweisen, wobei die Kühlmittelkammer (138) eine Kammer aufweist, die im Wesentlichen zwischen dem Druckseitenkühlhohlraum (132) und dem Saugseitenkühlhohlraum (134) liegt;

die Kühlmittelkammer (138) mit der Kühlmittelpassage in Fluidverbindung ist; und

die Kühlmittelkammer (138) mit dem Druckseitenkühlhohlraum (132) und einem Saugseitenkühlhohlraum (134) über eine Mehrzahl von Kühlmittelkammeröffnungen (140) in Fluidverbindung ist.