CH701041A2

CH701041A2 - Turbinenleitapparat mit Seitenwandkühlplenum.

Info

Publication number: CH701041A2
Application number: CH00720/10A
Authority: CH
Inventors: Gary Michael Itzel; David Richard Johns; Evan Andrew Sewall
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-05-11
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2010-11-15
Also published as: US20100284800A1; DE102010016620A1; CN101886553A; JP2010261460A

Abstract

Ein Turbinenleitapparatsegment (10) enthält einen Aussen-bandabschnitt (12), einen Innenbandabschnitt (20) und wenigstens eine Leitschaufel, die sich zwischen den Bandabschnitten erstreckt. In einer Fügeseitenfläche (18) wenigstens eines der Bandabschnitte ist ein Kühlplenum (46) definiert, das sich in Querrichtung wenigstens teilweise durch den jeweiligen Bandabschnitt hindurch erstreckt. Erste und zweite Kühlkanäle verlaufen von dem Kühlplenum zu jeweiligen ersten (38) und zweiten (40) Kühlkammern.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Turbinen und insbesondere eine Einrichtung zur Kühlung bestimmter Regionen eines Leitapparatsegmentes.

Hintergrund zu der Erfindung

[0002] In einer typischen Gasturbine ist der Turbinenabschnitt an dem Austritt der Brennkammer montiert und folglich Verbrennungsgasen extrem hoher Temperatur ausgesetzt. Um Turbinenkomponenten gegenüber den heissen Verbrennungsgasen zu schützen, werden sie häufig mit einem Kühlmedium gekühlt. Eine übliche Methode zur Kühlung von Turbinenschaufelblattkomponenten (z.B. Rotorlaufschaufeln und Leitschaufeln) besteht darin, einen Teil der komprimierten Luft von dem Verdichter abzuzapfen und diese Zapfluft zu inneren Kanälen in den Komponenten zu leiten. Die Luft zirkuliert durch die inneren Kanäle, um Wärme von der Komponentenstruktur abzuführen. Die Luft kann durch kleine Filmkühllöcher austreten, die in dem Schaufelblatt ausgebildet sind, um eine dünne Kühlluftfilmschicht auf der Oberfläche zu bilden.

Eine Filmkühlung kann auch für das innere und das äussere Band verwendet werden. In diesem Fall enthält ein Band Filmkühllöcher, die sich radial durch dieses, hindurch erstrecken, und Kühlluft tritt durch die Filmkühllöcher hindurch, um einen Kühlluftfilm auf der heissen Seite des Bandes zu erzeugen.

[0003] Bei einer bekannten Turbinenleitapparatkonstruktion enthält jedes von mehreren gegossenen Leitapparatsegmenten einen inneren und einen äusseren Bandabschnitt sowie eine oder mehrere Leitschaufeln. Die Fügeflächen der Bandabschnitte enthalten Dichtungsschlitze, die Dichtungen aufnehmen, die sich zwischen den Bandabschnitten benachbarter Leitapparatsegmente erstrecken. Die Leitschaufeln können gekühlt werden, indem ein Kühlmedium durch ein Plenum in dem Aussenbandabschnitt jedes Leitapparatsegmentes, durch eine oder mehrere Kavitäten in den Leitschaufeln hindurch, um die Leitschaufeln zu kühlen, und in ein Plenum in einem zugehörigen Innenbandabschnitt hinein strömen gelassen wird.

In einigen Leitapparatsegmenten strömt das Kühlmedium anschliessend durch den Innenbandabschnitt hindurch und erneut durch die eine oder die mehreren Leitschaufeln, bevor es ausgegeben wird. In anderen Leitapparatsegmenten strömt das Kühlmedium nur einmal durch jedes Leitapparatsegment.

[0004] Es ist allgemein anerkannt, dass die Kühlung bestimmter Regionen eines Leitapparatsegmentes nicht ausreichend ist und dass derartige Regionen für höhere Wärmebelastungen und Ermüdung anfällig sind. Es werden Anstrengungen unternommen, um die Kühlung in diesen Bereichen zu verbessern. Zum Beispiel beschreibt die US-Patentschrift Nr. 7029 228 eine Konfiguration, in der ein Kühlkanal sich axial durch wenigstens entweder das Aussenband und/oder das Innenband im Wesentlichen parallel zu der Fügefläche des Leitapparatsegmentes erstreckt, um die Fügeflächen zwischen den Dichtungsschlitzen und dem Heissgaspfad zu kühlen.

[0005] Eine besonders problematische Region zum Kühlen in einem Leitapparatsegment ist der Bereich in den Bandabschnitten, der sich von der Fügefläche aus erstreckt und im Allgemeinen unter einem Schienenelement liegt und der eine Prallplatte auf der Rückseite des Bandabschnitts enthalten kann. Dieser Bereich deckt sich mit der Hinterkante der Leitschaufel auf der gegenüberliegenden Seite des Bandabschnitts. Gekühlte Bandabschnitte bestehen häufig aus mehr als einem Strömungskreislauf, wobei Verdichterzapfluft an einer Prallplatte vorbei in jedem Kreislauf geleitet wird, um die Rückseite des Bandabschnitts zu kühlen, bevor diese durch Filmkühllöcher oder Schlitze in den Gaspfad austritt.

Diese Kreisläufe werden durch das Schienenelement voneinander getrennt, das gewöhnlich auf der Rückseite der Bandabschnitte gegenüberliegend zu der Hinterkante der Leitschaufel angeordnet ist. Durch diese Schiene wird gewöhnlich eine Reihe von Löchern gebohrt, um Kühlluft zu ermöglichen, von dem Hochdruckkreislauf zu dem Niederdruckkreislauf überzuströmen. Jedoch verhindert die Gegenwart der Schiene an der Rückseite des Bandabschnitts eine Aufprall- und Filmkühlung der Innenfläche der Bandabschnitte um die Hinterkante der Leitschaufel herum. Es besteht ein Bedarf in der Technik, die unzureichende Kühlung dieser Region zu bewältigen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] Die vorliegende Erfindung liefert eine Lösung zur Verbesserung der Kühlung der Bandabschnitte eines Leitapparatsegmentes quer zu der fügeseitigen Fläche der Leitschaufelhinterkante. Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung sind zum Teil in der folgenden Beschreibung angegeben oder können sich aus der Beschreibung erschliessen oder durch Umsetzen der Erfindung in die Praxis gelernt werden.

[0007] Gemäss Aspekten der Erfindung ist ein Turbinenleitapparat-segment geschaffen, das einen Aussenbandabschnitt, einen Innenbandabschnitt und wenigstens eine Leitschaufel enthält, die sich zwischen dem Innen- und dem Aussenbandabschnitt erstreckt. Die Leitschaufel weist eine Vorderkante und eine Hinterkante auf. Jedes von dem Innen- und dem Aussenbandabschnitt enthält sich (relativ zu der Achse der Turbine) axial erstreckende Fügeflächen, eine Verbrennungsgasseite und eine entgegengesetzte Rückseite. Eine erste Kühlkammer und eine zweite Kühlkammer sind an der Rückseite der Bandabschnitte definiert und können in einer speziellen Ausführungsform durch ein quer verlaufendes Schienenelement wenigstens teilweise voneinander getrennt sein.

In der Fügefläche wenigstens eines von dem Innenbandabschnitt und dem Aussenbandabschnitt ist ein Kühlplenum definiert, das sich in Querrichtung wenigstens teilweise durch den jeweiligen Bandabschnitt erstreckt. Das Kühlplenum kann sich so erstrecken, dass es in einer Ausführungsform im Wesentlichen unter dem Schienenelement oder in einer anderen Ausführungsform unter der Hinterkante der Leitschaufel verläuft. In dem Bandabschnitt ist wenigstens ein erster Kühlluftkanal definiert, der von der ersten Kühlkammer in das Kühlplenum verläuft, und es ist wenigstens ein zweiter Kühlluftkanal definiert, der von der zweiten Kühlkammer in das Kühlplenum hinein verläuft. Es können mehrere dieser ersten und zweiten Kühlluftkanäle entlang der longitudinalen Längserstreckung des Kühlplenums vorgesehen sein.

Die Kanäle dienen dazu, Luft von der einen Kühlkammer über das Kühlplenum zu einer anderen zu befördern. Zum Beispiel kann die erste Kühlkammer eine Hochdruck-Aufprallkühlkammer sein, die mit Verdichterabzapfluft versorgt wird, während die zweite Kühlkammer eine Niederdruckkammer sein kann, wodurch die Kühlluft von der Hochdruckkammer in das Kühlplenum über den ersten Kühlluftkanal und von dem Kühlplenum über den zweiten Kühlluftkanal in die Niederdruckkammer übertritt. Kühlluft, die in das Kühlplenum eingeleitet wird, kühlt somit die Region des Bandabschnitts unter dem Plenum und längsseits dessen sowie benachbart zu den Kühlluftkanälen, wie beispielsweise den Bereich unter dem Schienenelement oder der Hinterkante der Leitschaufel.

[0008] Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung auch eine Gasturbine umfasst, die mehrere Leitapparatstufen aufweist, wobei jede der Leitapparatstufen ferner mehrere Leitapparatsegmente enthält, wie sie hierin enthalten bzw. beschrieben sind.

[0009] Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden. Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Offenbarung enthalten sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0010] Eine vollständige und eine Ausführung ermöglichende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschliesslich deren besten Ausführungsform, die sich an einen Fachmann auf dem Gebiet richtet, ist in der Beschreibung nachstehend angegeben und nimmt auf die beigefügten Figuren Bezug, in denen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Perspektivansicht eines Leitapparatsegmentes, das Aspekte der vorliegenden Erfindung enthält;

<tb>Fig. 2<sep>eine ausschnittsweise Perspektivansicht eines Leitapparatsegmentabschnitts, die insbesondere ein Kühlplenum in der Fügefläche veranschaulicht;

<tb>Fig. 3<sep>eine vergrösserte ausschnittsweise Perspektivansicht eines Abschnitts eines Leitapparatsegmentes unter Veranschaulichung einer modifizierten Ausführungsform eines Kühlplenums in der Fügefläche;

<tb>Fig. 4<sep>eine schematisierte Ansicht eines Bandabschnitts eines Leitapparatsegmentes unter Veranschaulichung potentieller Bereiche höherer Temperatur an der Hinterkante der Leitschaufel und einer relevanten Stelle eines Kühlplenums gemäss Aspekten der Erfindung und

<tb>Fig. 5<sep>eine ausschnittsweise Perspektivansicht einer alternativen Ausführungsform eines Leitapparatsegmentes, das ein Kühlplenum enthält.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0011] Es wird nun in Einzelheiten auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist für die Zwecke der Erläuterung der Erfindung und nicht einer Beschränkung der Erfindung angegeben. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang oder Rahmen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können als ein Teil einer einzelnen Ausführungsform veranschaulichte oder beschriebene Merkmale gemeinsam mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um zu einer noch weiteren Ausführungsform zu gelangen.

Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung all derartige Modifikationen und Varianten mit umfasst, wie sie sich in dem Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalenten erschliessen.

[0012] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Leitapparatsegmentes 10 gemäss einer beispielhaften Ausführungsform. Das Leitapparatsegment 10 enthält einen Aussenbandabschnitt 12 mit einer Verbrennungsgasseite 14 und einer Rückseite 16. Das Leitapparatsegment 10 enthält einen Innenbandabschnitt 20 mit einer Verbrennungsgasseite 22 und einer Rückseite 24. Der Aussenbandabschnitt weist eine Fügeseitenfläche 18 auf, die in Dichtungsschlitzen 50 angeordnete Dichtungen 52 enthalten kann (Fig. 2). In gleicher Weise enthält der Innen-bandabschnitt 20 eine Fügeseitenfläche 26 mit an dieser entlang angeordneten Dichtungen 52.

[0013] Das Leitapparatsegment 10 enthält wenigstens eine Leitschaufel 30, die sich zwischen den Verbrennungsgasseiten der Bandabschnitte 12, 20 erstreckt, wobei die Leitschaufel eine Vorderkante 32 und eine Hinterkante 34 aufweist. Das Leitapparatsegment 10 kann mehrere Leitschaufeln 30 in einem einzelnen Segment enthalten. Die Leitschaufel 30 schneidet die Verbrennungsgasseite 22 des Niederbandabschnitts 20 an einem Fuss 56. Entlang des Fusses 56 ist im Allgemeinen eine Ausrundung 58 ausgebildet, die einen konkaven Krümmungsradius aufweist. Die Verbindungsstelle der Leitschaufel 30 mit der Verbrennungsgasseite 14 des Aussenbandabschnitts ist in der gleichen Weise ausgebildet.

[0014] Mehrere Leitapparatsegmente 10 sind in Umfangsrichtung rings um die Achse einer (nicht veranschaulichten) Turbine angeordnet und an dem Turbinenmantel gesichert, um eine' Leitapparatstufe zu bilden. Gewöhnlich enthält die Turbine mehrere derartiger Leitapparatstufen.

[0015] Durch die Leitschaufel 30 und die Verbrennungsgasflächen 14, 22 des Aussenbandabschnitts 12 bzw. des Innenbandabschnitts 20 ist ein durch das Leitapparatsegment 10 führender Strömungspfad für heisse Verbrennungsgase definiert. Die heissen Gase strömen durch die Segmente hindurch und um die Leitschaufeln 30 herum und treffen stromabwärts auf (nicht veranschaulichte) Rotorlaufschaufeln der Turbine auf, um den Turbinenrotor in Drehung zu versetzen, wie dies in der Technik allgemein verstanden wird.

[0016] Die Fügeflächen 18, 26 enthalten die Dichtungen 52 in den Schlitzen 50 (Fig. 2) und sind auf diese Weise in abdichtender Verbindung zwischen benachbarten Leitapparatsegmenten 10 in einer Leitapparatstufe angeordnet. Die Dichtungen 52 hindern Kühlluft daran, zwischen den Verbindungsflächen des Aussenbandabschnitts 12 und des Innenbandabschnitts 20 in den Strömungspfad des Verbrennungsgases zu entweichen.

[0017] Bezugnehmend auf Fig. 1, enthält ein Leitapparatsegment 10 eine erste Kühlkammer 38 und eine zweite Kühlkammer 40. Gewöhnlich ist die erste Kühlkammer 38 konfiguriert, um Hochdruck-Kühlluft, z.B. Verdichterabzapfluft, zu empfangen. Diese Hochdruckluft kann über eine Prallplatte 44, Plenumkammern oder beliebige sonstige Leitmittel zu der einen niedrigeren Druck aufweisenden zweiten Kühlkammer 40 geleitet werden. Die Kühlkammern 40, 38 enthalten eine (nicht veranschaulichte) Abdeckplatte, um die Kammern dichtend zu verschliessen. Die Leitschaufel 30 weist einen allgemein hohlen Aufbau auf und enthält Kühlkavitäten 36, die mit der Niederdruck-Kühlkammer 38 in Strömungsverbindung stehen. Die Kühlkavitäten 36 können folglich als Kühlkammern betrachtet werden.

Zwischen den Fügeseitenflächen 18 des Aussenbandabschnitts 12 und zwischen den Fügeflächen 26 des Innenbandabschnitts 20 ist ein Schienenelement 42 angeordnet. Die Schienenelemente an dem Aussenbandabschnitt und an dem Innenbandabschnitt können die gleiche oder eine andere Konfiguration haben und können unterschiedlichen Zwecken dienen. Bezugnehmend auf den Aussenbandabschnitt 12 kann das strukturelle Schienenelement 42 eine Umlenk- bzw. Prallplatte 44 enthalten, wie in Fig. 1veranschaulicht, und es kann die erste oder Hochdruck-Kühlkammer 38 von der zweiten oder Niederdruck-Kühlkammer 40 trennen. Es sollte verstanden werden, dass die Kühlkammern auch in der Rückseite 24 des Innenbandabschnitts 20 ausgebildet sind.

[0018] Durch die verschiedenen Kavitäten und Strukturelemente des Leitapparatsegmentes 10 ist ein Kühlkreislauf definiert. Es sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine spezielle Konfiguration eines Kühlkreislaufs beschränkt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform erzielt Kühlluft, die in die erste Kühlkammer 38 eingebracht wird, eine Aufprall- und/oder Konvektionskühlung von Strukturkomponenten des Leitapparatsegmentes 10 in dieser Region. Die Kühlluft wird in die zweite oder Niederdruck-Kühlkammer 40 (o-der in die Kavitäten 36 oder andere Bereiche, die mit der Kühlkammer 40 in Strömungsverbindung stehen) durch die Prallplatte 44 eingeleitet. Ein Teil der Kühlluft kann sich durch Filmlöcher 54 durch den Bandabschnitt 12 hindurch und in den Verbrennungsgasstrom hinein ausbreiten.

Diese begrenzte Kühlluftmenge erzielt eine Filmkühlung an den verbrennungsgasseitigen Oberflächen der jeweiligen Bandabschnitte 12, 20. Es kann jede beliebige Anordnung und Stelle dieser Filmkühllöcher 54 verwendet werden, wie in den Figuren verschiedenartig dargestellt.

[0019] Die Leitschaufel 30 ist im Wesentlichen hohl und enthält eine oder mehrere Kavitäten 36. Die Kühlluft strömt durch die Kavitäten 36, um die Leitschaufel 30 zu kühlen. Die Kavitäten 36 können auch mit der Saugseite und der Druckseite der Leitschaufel 30 über Fluidlöcher 54 in Strömungsverbindung stehen, die durch die Leitschaufel 30 hindurchführend definiert sind. Auf diese Weise wird die Aussenfläche der Leitschaufel 30 durch einen auf der Oberfläche induzierten Kühlluftfilm gekühlt. Die Kühlluft strömt durch die Leitschaufel 30 hindurch in die Kavitäten des Innenbandabschnitts 20 hinein und kann sich durch die Filmkühllöcher 54 in dem Band 20 ausbreiten.

In Abhängigkeit von der Konfiguration der Leitapparatsegmente 10 kann die Kühlluft durch weitere Abschnitte des Leitapparatsegmentes 10 wieder strömen gelassen werden, bevor sie aus dem Kühlkreislauf ausgegeben wird.

[0020] Bezugnehmend auf die verschiedenen Figuren schafft das Schienenelement 42, das sich zwischen den Fügeseitenflächen 18 des Aussenbandabschnitts 12 sowie den Fügeseitenflächen 26 des unteren Bandabschnitts 20 erstreckt, einen problematischen Bereich hinsichtlich der Kühlung. Die Gegenwart der Strukturschiene verhindert eine Aufprallkühlung, insbesondere in der Region der Hinterkante der Leitschaufel 30. Fig. 4 zeigt eine schematisierte Ansicht, die Regionen potentiell höherer Temperatur oder "heisse Stellen" (mit Strichlinie angedeutete Bereiche) veranschaulicht, die sich an der Hinterkante der Leitschaufel 30 auf der Saugseite der Leitschaufel konzentrieren. Die Lage des Strukturschienenelementes 42 ist in Fig. 4durch die gestrichelten Linien angezeigt.

Bezugnehmend auf die Figuren 2, 3 und 5 kann ersehen werden, dass sich die Lage des Schienenelementes 42 in diesen speziellen Ausführungsformen entlang der Fügeseitenfläche 18 im Wesentlichen benachbart zu dem Endpunkt der Hinterkante 34 der Leitschaufel 30 relativ zu der Fügeseitenfläche befindet. Wie aus den Figuren 1, 4 und 5 ersehen werden kann, teilt das Schienenelement 42 den Hinterkantenabschnitt der Leitschaufel 30, wie sie durch die den Fuss 56 anzeigenden Strichlinien in Fig. 5 definiert ist, entzwei. In anderen Worten verläuft oder erstreckt sich das Schienenelement 42 quer über den Hinterkantenabschnitt der Leitschaufel 30, was zu den in Fig. 4 veranschaulichten heissen Stellen beiträgt.

[0021] Bezugnehmend auf die verschiedenen Figuren und entsprechend Aspekten der Erfindung ist in einer der Fügeflächen 18, 26 von wenigstens entweder dem Aussenbandabschnitt 12 und/oder dem Inennbandabschnitt 20 ein Kühlplenum 46 definiert. Es sollte verständlich sein, dass dieses Kühlplenum 46 sowohl in dem Aussen- als auch in dem Innenbandabschnitt 12, 20 sowie in beiden Fügeflächen eines jeden jeweiligen Bandabschnitts enthalten sein kann. Für die Zwecke der Erläuterung ist das Kühlplenum 46 hierin unter Bezugnahme auf die Fügeseitenfläche 18 des oberen Bandabschnitts 12 weiter beschrieben.

[0022] Das Kühlplenum 46 ist in der Fügefläche an einer beliebigen gewünschten Stelle derart definiert, dass es sich in Querrichtung in den Bandabschnitt hinein erstreckt, um einen speziellen Bereich des Bandabschnitts zu kühlen. In den veranschaulichten Ausführungsformen ist das Kühlplenum 46 an einer zu dem Schienenelement 42 benachbarten Stelle definiert. Unter Bezugnahme auf die Figuren 2und 3 kann das Kühlplenum 46 beispielsweise als in einer Linie mit dem Schienenelement 42 innerhalb des oberen Bandabschnitts 12 ausgerichtet oder wenigstens teilweise unter dem Schienenelement 42 innerhalb des oberen Bandabschnitts 12 verlaufend angesehen werden.

Das Kühlplenum 46 erstreckt sich quer, wenigstens teilweise durch den jeweiligen Bandabschnitt und kann sich durch den Bandabschnitt vollständig hindurch erstrecken, so dass es von einer Fügeseitenfläche 18 zu der gegenüberliegenden Fügeseitenfläche 18 verläuft. Es wird Kühlluft in das Kühlplenum 46 eingebracht, und diese kühlt somit die Region des Bandabschnitts 12 entlang des Fusses oder der Basis des Schienenelementes 42. Auf diese Weise wird die Region des Bandabschnitts 12 um die Hinterkante 34 der Leitschaufel 30 herum ebenfalls durch Aufprall-und/oder Konvektionskühlung gekühlt, wenn die Kühlluft durch das Kühlplenum 46 befördert wird. Dies ist in der schematisierten Darstellung nach Fig. 4 besonders veranschaulicht, worin die Lage des Kühlplenums 46 anhand gestrichelter Linien veranschaulicht ist.

Es kann aus dieser Figur ersehen werden, dass das Kühlplenum auch die Region der Hinterkante der Leitschaufel 30 kreuzt und folglich dazu dient, die potentiell problematischen heissen Stellen, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht sind, benachbart zu der Saugseite der Hinterkante der Leitschaufel 30 zu kühlen.

[0023] Das Kühlplenum 46 kann durch verschiedene Mittel mit Kühlluft versorgt werden. In den veranschaulichten Ausführungsformen werden mehrere Luftkanäle verwendet, um Kühlluft in das Kühlplenum 46 hinein, entlang dessen und aus diesem heraus zu befördern. Zum Beispiel kann, bezugnehmend auf die Figuren 1, 4und 5, wenigstens ein erster Kühlluftkanal 48 in dem Schienenelement 42 (oder einer anderen Struktur des Bandabschnitts 12) definiert sein, um das Kühlluftplenum 46 mit der ersten Kühlkammer 38 in Luftströmungsverbindung zu bringen. Auf diese Weise strömt Verdichterabzapfluft oder eine andere Kühlluft, die in die Kühlkammer 38 eingebracht wird, in das Kühlplenum 46 hinein.

Es ist wenigstens ein zweiter Luftkanal 49 in dem Schienenelement definiert, der das Kühlplenum in Luftströmungsverbindung mit der zweiten Luftkammer 40 bringt (die eine Region oder Kavität enthält, die mit der Kammer 40 in Strömungsverbindung steht). Auf diese Weise kann sich Kühlluft durch das Kühlplenum 46 hindurch ausbreiten und über den zweiten Luftkanal 49 in die Kühlkammer 40 austreten. In der veranschaulichten Ausführungsform sind mehrere Kanäle 48 und 49 in Längsrichtung entlang der Längserstreckung des Kühlplenums 46 definiert. Es sind eine beliebige Anzahl oder beliebige Positionen von diesen Kanälen möglich.

In Abhängigkeit von den speziellen Regionen der Bandabschnitte, die gekühlt werden sollen, kann sich das Kühlplenum 46 in Querrichtung vollständig durch den Bandabschnitt 12 hindurch erstrecken, und die Kühlkanäle 48 und 49 können an verschiedenen longitudinalen Stellen entlang der gesamten Längserstreckung des Kühlplenums 46 positioniert sein. Obwohl dies kein Erfordernis darstellt, können die ersten Kühlkanäle 48 und die zweiten Kühlkanäle 49 paarweise gruppiert sein, so dass jeder erste Kühlkanal 48 einen zugehörigen zweiten Kühlluftkanal 49 enthält. Die Position dieser Kanäle kann entlang der longitudinalen Längserstreckung des Plenums 46 versetzt sein.

[0024] Es sollte verstanden werden, dass das Plenum 46 nicht auf irgendein spezielles Querschnittsprofil oder irgendeine sonstige Konfiguration beschränkt ist. Zum Beispiel weist das Plenum 46 in der in Fig. 2veranschaulichten Ausführungsform ein im Wesentlichen kreisförmiges Querschnittsprofil auf. In der Ausführungsform nach Fig. 3 weist das Kühlluftplenum 46 ein im Wesentlichen ovales Querschnittsprofil auf.

[0025] Weiterhin bezugnehmend auf die Figuren 2und 3ist das Plenum 46 in der veranschaulichten Ausführungsform in der jeweiligen Fügeseitenfläche 18 des Bandabschnitts im Wesentlichen zwischen dem Schienenelement 42 auf der Rückseite des Bandabschnitts 12 und der Hinterkante 34 der Leitschaufel 30 auf der Verbrennungsgasseite des Bandabschnitts 12 definiert. Wenn die Fügefläche 18 axial verlaufende Dichtungsschlitze 50 enthält, ist das Kühlplenum 46 zwischen dem Dichtungsschlitz 50 und der Verbrennungsgasseite 14 definiert.

[0026] Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung auch Ausführungsformen umfasst, in denen ein Kühlluftplenum 46 in der Fügefläche 18 derart definiert ist, dass es sich ungeachtet der Länge irgendeines Schienenelementes an der Rückseite 16 des Bandabschnitts 12 in Querrichtung in den Bandabschnitt 12 hinein benachbart zu der Hinterkante 34 der Leitschaufel 30 erstreckt. Zum Beispiel kann die Rückseite des Bandabschnitts 12 ein Strukturelement einer beliebigen Gestaltung enthalten, das eine Aufprallkühlung bestimmter Regionen des Bandabschnitts verhindert. In dieser Situation kann ein Kühlplenum 46 in der Fügeseitenfläche 18 derart ausgebildet sein, dass es sich mit diesem Strukturelement im Wesentlichen zusammenfallend bzw. deckend, insbesondere in dem Hinterkantenbereich der Leitschaufel 30, in den Bandabschnitt 12 hinein erstreckt.

Kühlluft, die durch das Plenum 46 strömt, kühlt diesen Bereich des Bandabschnitts 12 rings um die Hinterkante der Leitschaufel 30. In dem Bandabschnitt können Kühlkanäle 48, 49 definiert sein, um das Kühlplenum 46 in strömungsmässige Luftverbindung mit einer ersten Stelle und einer zweiten Stelle zu bringen, worin das Kühlluftplenum ferner dient, um Luft von einer Stelle zu der anderen zu überführen, während es eine vorteilhafte Aufprallkühlung für eine problematische Region des Bandabschnitts 12 erzielt. Dieses Konzept ist allgemein in Fig. 6veranschaulicht, worin das Kühlplenum 46 in der Fügefläche 26 des unteren Bandabschnitts 20 derart definiert ist, dass es sich in dem Bandabschnitt 20 im Wesentlichen quer durch den hinteren Endabschnitt der Leitschaufel 30 erstreckt.

Das Plenum 46 kann, muss aber nicht, sich unter oder entlang eines Schienenelementes erstrecken, das ebenfalls quer über die Rückseite des Bandabschnitts 20 verläuft.

[0027] Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform, in der wenigstens einer der Kühlluftkanäle 49 das Plenum 46 in strömungsmässige Luftverbindung mit der Kavität 36 der Leitschaufel 30 bringt. Diese Konfiguration kann verwendet werden, um Luft von dem Plenum 46 unmittelbar in die Kavität 46 einzuleiten oder Luft von der Kavität 36 unmittelbar zu dem Plenum 46 abzuführen.

[0028] Während der vorliegende Gegenstand in Einzelheiten in Bezug auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen und Verfahren von diesem beschrieben worden ist, wird es für Fachleute auf dem Gebiet verständlich sein, dass mit einem Verständnis des Vorstehenden Modifikationen an, Veränderungen an und Äquivalente zu derartigen Ausführungsformen ohne weiteres geschaffen werden können. Demgemäss ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung eher zu Beispielszwecken und nicht zu Beschränkungszwecken vorgesehen, und die Offenbarung schliesst eine Aufnahme derartiger Modifikationen, Veränderungen und/oder Hinzufügungen in den vorliegenden Gegenstand nicht aus, wie dies für einen Fachmann ohne weiteres verständlich ist.

[0029] Ein Turbinenleitapparatsegment 10 enthält einen Aussenbandabschnitt 12, einen Innenbandabschnitt 20 und wenigstens eine Leitschaufel 30, die sich zwischen den Bandabschnitten erstreckt. In einer Fügeseitenfläche 18 wenigstens eines der Bandabschnitte ist ein Kühlplenum 46 definiert, das sich in Querrichtung wenigstens teilweise durch den jeweiligen Bandabschnitt hindurch erstreckt. Erste 48 und zweite 49 Kühlkanäle verlaufen von dem Kühlplenum zu jeweiligen ersten 38 und zweiten 40 Kühlkammern.

Bezugszeichenliste

[0030]
<tb>10<sep>Leitapparatsegment

<tb>12<sep>Aussenbandabschnitt

<tb>14<sep>Verbrennungsgasseite

<tb>16<sep>Rückseite

<tb>18<sep>Fügeseitenfläche

<tb>20<sep>Innenbandabschnitt

<tb>22<sep>Verbrennungsgasseite

<tb>24<sep>Rückseite

<tb>26<sep>Fügeseitenfläche

<tb>30<sep>Leitschaufel

<tb>32<sep>Vorderkante

<tb>34<sep>Hinterkante

<tb>36<sep>Kühlkavitäten

<tb>38<sep>Erste Kühlkammer

<tb>40<sep>Zweite Kühlkammer

<tb>42<sep>Schienenelement

<tb>44<sep>Prallplatte, Umlenkplatte

<tb>46<sep>Kühlplenum

<tb>48<sep>Kanäle

<tb>49<sep>Kanäle

<tb>50<sep>Dichtungsschlitze

<tb>52<sep>Dichtungen

<tb>54<sep>Filmkühllöcher

<tb>56<sep>Fuss

<tb>58<sep>Ausrundung

Claims

1. Turbinenleitapparatsegment (10), das aufweist:

einen Aussenbandabschnitt (12), einen Innenbandabschnitt (20) und wenigstens eine Leitschaufel (30), die sich zwischen dem Innenbandabschnitt und dem Aussenbandabschnitt erstreckt, wobei die Leitschaufel eine Vorderkante (32) und eine Hinterkante (34) aufweist;

wobei jeder Innenbandabschnitt und Aussenbandabschnitt ferner sich axial erstreckende Fügeflächen (18) und eine Verbrennungsgasseite (14) sowie eine entgegengesetzte Rückseite (16) aufweist;

eine erste Kühlkammer (38) und eine zweite Kühlkammer (40), die an der Rückseite des Innenbandabschnitts und des Aussenbandabschnitts definiert sind;

ein Kühlplenum (46), das in wenigstens einer der Fügeflächen von wenigstens entweder dem Innenbandabschnitt und/oder dem Aussenbandabschnitt definiert ist, wobei sich das Kühlplenum in Querrichtung wenigstens teilweise durch den jeweiligen Bandabschnitt erstreckt; und

wenigstens einen ersten Kühlluftkanal (48), der in dem Bandabschnitt von der ersten Kühlkammer in das Kühlplenum hineinführend ausgebildet ist, und wenigstens einen zweiten Kühlluftkanal (49), der in dem Bandabschnitt von der zweiten Kühlkammer in das Kühlplenum hineinführend ausgebildet ist.

2. Turbinenleitapparatsegment (10) nach Anspruch 1, wobei die erste Kühlkammer (38) eine Hochdruckkammer ist und die zweite Kühlkammer (40) eine Niederdruckkammer ist, wobei die erste und die zweite Kühlkammer wenigstens teilweise durch ein in Querrichtung verlaufendes Schienenelement (42) voneinander getrennt sind, wobei das Kühlplenum (46) sich in Querrichtung wenigstens teilweise durch den jeweiligen Bandabschnitt unter dem Schienenelement erstreckt und wobei Kühlluft von der Hochdruckkammer über den ersten Kühlluftkanal (48) in das Kühlplenum sowie von dem Kühlplenum über den zweiten Kühlluftkanal (49) in die Niederdruckkammer strömt.

3. Turbinenleitapparatsegment (10) nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Kühlluftkanal (48, 49) entlang des Kühlplenums (46) axial versetzt angeordnet sind und wobei das Kühlplenum in dem jeweiligen Bandabschnitt zwischen dem Schienenelement (42) und der Hinterkante (34) der Leitschaufel (30) definiert ist.

4. Turbinenleitapparatsegment (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Fügefläche (18) ferner einen Dichtungsschlitz (50) aufweist, der in Axialrichtung entlang der Fügefläche definiert ist, wobei das Kühlplenum (46) zwischen dem Dichtungsschlitz und der Verbrennungsgasseite (22) des jeweiligen Bandabschnitts (12, 20) definiert ist.

5. Turbinenleitapparatsegment (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Kühlkammer (38) eine Hochdruck-Aufprallkühlkammer ist, die mit Verdichterabzapfluft versorgt wird, und wobei das Kühlplenum (46) sich zwischen den gegenüberliegenden Fügeflächen (18) vollständig durch den jeweiligen Bandabschnitt (12, 20) hindurch erstreckt.

6. Turbinenleitapparatsegment (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich das Kühlplenum (46) in Querrichtung wenigstens teilweise durch den jeweiligen Bandabschnitt (12, 20) quer über die Hinterkante (34) erstreckt.

7. Turbinenleitapparatsegment (10) nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich das Kühlplenum (46) zwischen den gegenüberliegenden Fügeflächen (18) vollständig durch den jeweiligen Bandabschnitt (12, 20) erstreckt.

8. Gasturbine, die mehrere Leitapparatstufen aufweist, wobei jede Leitapparatstufe ferner mehrere Leitapparatsegmente (10) aufweist, wobei jedes Leitapparatsegment entsprechend einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.