CH707848A2 - Turbinenschaufelanordnung. - Google Patents

Abstract

Eine Turbinenschaufelanordnung weist ein Schaufelblatt (210) mit einer Innenwand (231), einer Aussenwand, einer Vorderkante und einer Hinterkante auf. Das Schaufelblatt weist eine oder mehrere Kammern (211–217) auf, die sich im Wesentlichen in einer Sehnenrichtung des Schaufelblattes (210) erstrecken. Ein Einsatz (221) weist mehrere Pralllöcher (230) auf, und der Einsatz (221) ist konfiguriert, um in eine der Kammern (211–217) eingesetzt zu werden. Der Einsatz (221) ist konfiguriert, um das Schaufelblatt (210) über die mehreren Pralllöcher (230) zu kühlen. Ein Kammerungselement (240) ist nur an dem Einsatz (221) befestigt, wobei das Kammerungselement (240) konfiguriert ist, um einen erhöhten Kühlgasdruck im Inneren eines Grenzbereiches (250), der durch das Kammerungselement (240) definiert ist, relativ zu einem Bereich ausserhalb des Grenzbereiches (250) zu erzielen. Ein Spalt (275) liegt zwischen der Innenwand (231) des Schaufelblattes (210) und dem Kammerungselement (240) vor, wobei der Spalt (275) einem Kühlgas ermöglicht, aus dem Grenzbereich (250) auszutreten und in den Bereich ausserhalb des Grenzbereiches (250) einzutreten.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Die hierin beschriebene Erfindung betrifft allgemein eine Turbinenschaufelanordnung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Turbinenschaufelanordnung, die für eine verbesserte Kühlleistung konfiguriert ist.

[0002] Turbinenschaufelanordnungen lenken eine gasförmige Strömung, die Rotoranordnungen in einer Gasturbine durchströmt. Zum Beispiel kann eine Statorleitschaufelanordnung ein oder mehrere Statorleitschaufelblätter enthalten, die sich zwischen einer inneren und einer äusseren Plattform radial erstrecken. Die Temperatur der Kerngasströmung, die an dem Statorleitschaufelblatt vorbeiströmt, erfordert gewöhnlich eine Kühlung innerhalb der Statorleitschaufel, und diese Kühlung hilft, die Lebensdauer der Statorleitschaufel zu verlängern.

[0003] In vielen Gasturbinen müssen einige Komponenten gekühlt werden, um die Betriebslebensdauer zu verlängern. Gewöhnlich wird Kühlluft bei einer geringeren Temperatur und einem höheren Druck als das Kerngas in einen inneren Hohlraum einer Statorleitschaufel eingeleitet, wo sie Wärmeenergie aufnimmt. Die Kühlluft tritt anschliessend aus der Leitschaufel über Öffnungen in den Leitschaufelwänden aus, wobei sie die Wärmeenergie von der Leitschaufel weg transportiert. Die Druckdifferenz über den Leitschaufelwänden und die Durchflussrate, mit der die Kühlluft aus der Leitschaufel austritt, sind wichtig, insbesondere an der Vorderkante, an der die Temperaturen erhöht sein können. In der Vergangenheit sind innere Leitschaufelstrukturen dadurch definiert worden, dass zunächst die minimal zulässige Druckdifferenz an einer beliebigen Stelle entlang der Vorderkante (innerer gegenüber dem äusseren Druck) festgelegt und anschliessend die innere Leitschaufelstruktur entlang der gesamten Vorderkante manipuliert wurde, so dass die minimal zulässige Druckdifferenz entlang der gesamten Vorderkante vorlag. Das Problem bei dieser Methode liegt darin, dass die Druckgradienten der Kerngasströmung entlang der Vorderkante einer Leitschaufel eine oder mehrere schmale Regionen (d.h. «Spitzen») mit einem deutlich höheren Druck als der Rest der Gradienten entlang der Vorderkante haben können. Dies ist insbesondere bei denjenigen Statorleitschaufeln der Fall, die hinter den Rotoranordnungen angeordnet sind, wo eine relative Bewegung zwischen den Rotorlaufschaufeln und den Statorleitschaufeln das Kerngasströmungsprofil wesentlich beeinflussen kann. Eine Erhöhung des minimal zulässigen Drucks, um die Spitzen zu berücksichtigen, verbraucht eine zu grosse Menge an Kühlluft.

[0004] Herkömmliche Methoden modifizieren die innere Leitschaufelstruktur, wobei jedoch diese Methode keine individuelle Anpassung ermöglicht. Turbinen können an überaus vielfältigen Stellen (z.B. heissen, kalten, trockenen, feuchten etc.) installiert werden, und die gleiche Turbine in einer sehr kalten und feuchten Umgebung kann einen ganz anderen Druckgradienten der Kerngasströmung als in einer Turbine erfahren, die in einer heissen und trockenen Umgebung installiert ist.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0005] Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Turbinenschaufelanordnung ein Schaufelblatt mit einer Innenwand, einer Aussenwand, einer Vorderkante und einer Hinterkante auf. Das Schaufelblatt weist eine oder mehrere Kammern auf, die sich im Wesentlichen in Sehnenrichtung des Schaufelblattes erstreckt bzw. erstrecken. Ein Einsatz weist mehrere Pralllöcher auf, und der Einsatz ist konfiguriert, um in eine der Kammern eingesetzt zu werden. Der Einsatz ist konfiguriert, um das Schaufelblatt über die mehreren Pralllöcher zu kühlen. Ein Kammerungselement ist nur an dem Einsatz befestigt, wobei das Kammerungselement eingerichtet ist, um einen erhöhten Kühlgasdruck innerhalb eines Grenzbereiches, der durch das Kammerungselement definiert ist, relativ zu einem Bereich ausserhalb des Grenzbereiches zu schaffen. Ein Spalt ist zwischen der Innenwand des Schaufelblattes und dem Kammerungselement vorhanden, und der Spalt ermöglicht einem Kühlgas, aus dem Grenzbereich auszutreten und in den Bereich ausserhalb des Grenzbereiches einzutreten.

[0006] Das Kammerungselement kann über eine Schweissstelle an dem Einsatz befestigt sein.

[0007] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufel kann an dem Einsatz mittels wenigstens einer der folgenden Techniken befestigt sein: einer mechanischen Verbindung, einer Klebverbindung oder einer lokale Extrusion der Einsatzwand (Wand des Einsatzes).

[0008] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufel kann ein im Wesentlichen festes Element mit einer im Wesentlichen konstanten Querschnittsfläche sein.

[0009] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufel kann ein im Wesentlichen festes Element sein, das eingebuchtete Abschnitte aufweist, um ein Ausströmen des Kühlgases zu fördern.

[0010] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufel kann ein segmentiertes Element sein, das Zwischenräume zwischen benachbarten Abschnitten aufweist, wobei die Zwischenräume ein Ausströmen des Kühlgases fördern.

[0011] Der Einsatz einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufel kann mehrere Kanäle aufweisen, die konfiguriert sind, um unter dem Kammerungselement zu verlaufen, wobei die mehreren Kanäle eingerichtet sind, um ein Entweichen des Kühlgases zu fördern.

[0012] Die Turbinenschaufelanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder eines Verdichters konfiguriert sein.

[0013] Die Turbinenschaufelanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Rotorschaufel, einer Laufschaufel, eines Leitapparats, eines Mantelrings und einer Leitschaufel konfiguriert sein, wobei die Turbinenschaufelanordnung zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder einem Verdichter eingerichtet ist.

[0014] Die Turbinenschaufelanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner mehrere Abstandsbolzen aufweisen, die an dem Einsatz befestigt sind, wobei die mehreren Abstandsbolzen eingerichtet sind, um einen Spalt zwischen dem Einsatz und der Innenwand des Schaufelblattes aufrechtzuerhalten.

[0015] Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Turbinenschaufelanordnung ein Schaufelblatt mit einer Innenwand auf. Das Schaufelblatt weist eine oder mehrere Kammern auf, die sich im Wesentlichen in Sehnenrichtung des Schaufelblattes erstreckt bzw. erstrecken. Ein Einsatz enthält mehrere Pralllöcher, und der Einsatz ist konfiguriert, um in eine der Kammern eingesetzt zu werden. Der Einsatz ist konfiguriert, um das Schaufelblatt mittels der mehreren Pralllöcher zu kühlen. Ein Kammerungselement ist nur an dem Einsatz und nur an dem Schaufelblatt befestigt. Das Kammerungselement ist konfiguriert, um einen erhöhten Kühlgasdruck innerhalb eines Grenzbereiches, der durch das Kammerungselement definiert ist, im Verhältnis zu einem Bereich ausserhalb des Grenzbereiches zu schaffen. Ein Spalt ist zwischen dem Kammerungselement und der Innenwand des Schaufelblattes oder dem Einsatz vorhanden. Der Spalt ermöglicht Kühlgas, aus dem Grenzbereich auszutreten und in den Bereich ausserhalb des Grenzbereiches einzutreten.

[0016] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelanordnung kann an dem Einsatz oder dem Schaufelblatt über eine Schweissstelle befestigt sein.

[0017] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelanordnung kann an dem Einsatz oder dem Schaufelblatt mittels wenigstens einer der folgenden Techniken befestigt sein: einer mechanischen Verbindung, einer Klebverbindung, einer lokalen Extrusion der Einsatzwand oder durch Giessen.

[0018] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelanordnung kann ein im Wesentlichen festes Element mit einer im Wesentlichen konstanten Querschnittsfläche sein.

[0019] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelanordnung kann ein im Wesentlichen festes Element sein, das eingebuchtete Abschnitte aufweist, um ein Ausströmen des Kühlgases zu fördern.

[0020] Das Kammerungselement einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelanordnung kann ein segmentiertes Element mit Zwischenräumen zwischen benachbarten Abschnitten sein, wobei die Zwischenräume ein Ausströmen des Kühlgases fördern.

[0021] Der Einsatz einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenschaufelanordnung kann mehrere Kanäle aufweisen, die konfiguriert sind, um unter dem Kammerungselement zu verlaufen, wobei die mehreren Kanäle eingerichtet sind, um ein Ausströmen des Kühlgases zu fördern.

[0022] Die Turbinenschaufelanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder eines Verdichters konfiguriert sein.

[0023] Die Turbinenschaufelanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Rotorschaufel, einer Laufschaufel, eines Leitapparats, eines Mantelrings oder einer Leitschaufel konfiguriert sein, wobei die Turbinenschaufelanordnung zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ von einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder eines Verdichters eingerichtet ist.

[0024] Die Turbinenschaufelanordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner mehrere Distanzbolzen aufweisen, die an dem Einsatz oder dem Schaufelblatt befestigt sind, wobei die mehreren Distanzbolzen konfiguriert sind, um einen Spalt zwischen dem Einsatz und der Innenwand des Schaufelblattes aufrechtzuerhalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0025] <tb>Fig. 1<SEP>veranschaulicht eine isometrische Ansicht einer Turbinenschaufelanordnung gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 2<SEP>veranschaulicht eine schematische, aufgebrochene Perspektivansicht eines Schaufelblattes gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 3<SEP>veranschaulicht eine perspektivische Teilansicht des Kammerungselementes gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 4<SEP>veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Kammerungselementes gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 5<SEP>veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Kammerungselementes gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 6<SEP>veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Kammerungselementes, das an einem Einsatz befestigt ist, gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; <tb>Fig. 7<SEP>veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Kammerungselementes, das an dem Einsatz über eine Schweiss- oder Lötstelle befestigt ist, gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und <tb>Fig. 8<SEP>veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Kammerungselementes, das an einem Schaufelblatt befestigt ist, gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0026] Nachstehend sind ein(e) oder mehrere spezielle Aspekte und/oder Ausführungsformen der folgenden Erfindung beschrieben. In einem Bestreben, eine kurze und präzise Beschreibung der Aspekte und/oder Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben sein. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer jeden derartigen tatsächlichen Implementierung, wie in jedem Ingenieurs- oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie beispielsweise die maschinenbezogenen, systembezogenen und unternehmensbezogenen Beschränkungen einzuhalten, die von einer Implementierung zur anderen variieren können. Ausserdem sollte erkannt werden, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein könnte, jedoch für Fachleute, die den Vorteil dieser Offenbarung haben, nichtsdestoweniger ein routinemässiges Unterfangen zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.

[0027] Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung- eingeführt werden, sollen die Artikel «ein», «eine», «der», «die» und «das» bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sein können. Die Begriffe «aufweisen», «enthalten» und «haben» sollen miteinbeziehend gemeint sein und bedeuten, dass ausser den aufgeführten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können. Jegliche Beispiele für Betriebsparameter und/oder Umgebungsbedingungen schliessen andere Parameter/Bedingungen der offenbarten Ausführungsformen nicht aus. Ausserdem sollte verstanden werden, dass Bezugnahmen auf «eine einzelne Ausführungsform», «einen einzelnen Aspekt» oder «eine Ausführungsform» oder «einen Aspekt» der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden sollten, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen oder Aspekte, die die angegebenen Merkmale ebenfalls enthalten, ausschliessen.

[0028] Fig. 1 veranschaulicht eine isometrische Ansicht einer Turbinenschaufelanordnung 100 und eine Grafik, die den Druck im Vergleich zur prozentualen Spannweite in einem beispielhaften Szenarium veranschaulicht, gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Die Turbinenschaufelanordnung 100 enthält ein Schaufelblatt 110 mit einer Innenwand 112, einer Aussenwand 114, einer Vorderkante 116 und einer Hinterkante 118. Kerngas strömt im Wesentlichen von der Vorderkante zu der Hinterkante oder allgemein von rechts nach links in Fig. 1 . Das Schaufelblatt 110 enthält ferner eine oder mehrere Kammern 111, 113, die sich im Wesentlichen in einer Sehnenrichtung des Schaufelblattes 110 erstrecken. In diesem Beispiel kann die Turbinenschaufelanordnung 100 eine Statorleitschaufel in einer Gasturbine sein. Das Schaufelblatt 110 erstreckt sich zwischen einer radial inneren Plattform 120 und einer radial äusseren Plattform 122.

[0029] Die Kammern 111, 113 können konfiguriert sein, um einen (in Fig. 1 nicht veranschaulichten) Einsatz aufzunehmen, der zur Kühlung des Schaufelblattes 110 genutzt wird. Wie vorstehend erwähnt, befindet sich das Kerngas, das an der Schaufelanordnung 100 vorbeiströmt, unter erhöhten Temperaturen, und die Temperaturen können über der Spannweite des Schaufelblattes variieren. Zum Beispiel bezeichnet die prozentuale Spannweite (y-Achse) die Höhe des Schaufelblattes, und der Druck (x-Achse) ist der Druck des Kerngases entlang verschiedener Spannweitenpositionen (oder Höhen) des Schaufelblattes. Eine Spannweite von 0% würde das untere Ende des Schaufelblattes (in der Nähe der Plattform 120) bezeichnen, und eine Spannweite von 100% würde sich auf das obere Ende des Schaufelblattes (in der Nähe der Plattform 122) beziehen. Aufgrund verschiedener Betriebsbedingungen kann der Druck über der Spannweite des Schaufelblattes deutlich variieren. In dem veranschaulichten Beispiel weist der Druck eine erste Spitze 130 in der Nähe des oberen Endes des Schaufelblattes, eine zweite, geringere Spitze 140 in etwa in dem Bereich der 70%-Spannweite und eine dritte, viel geringere Spitze 150 in der Nähe des unteren Endes des Schaufelblattes auf.

[0030] Fig. 2 veranschaulicht eine schematische, weggebrochene perspektivische Ansicht eines Schaufelblattes 210 gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das Schaufelblatt 210 weist mehrere Kammern 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 auf, und einige dieser Kammern können Einsätze 221, 222, 223, 224, 225, 226, 227 aufweisen. Die Einsätze sind konfiguriert, um in die Kammern eingesetzt zu werden. Zum Beispiel ist der Einsatz 221 bemessen, um in die Kammer 211 eingesetzt zu werden. Einige oder alle der Einsätze weisen eine Anordnung von Pralllöchern zur Kühlung des Schaufelblattes auf. Zum Beispiel weist der Vorderkanteneinsatz 221 mehrere Pralllöcher 230 auf. Kühlluft (z.B. von einem Verdichter in einer Gasturbinenanwendung) wird in den Innenraum des Einsatzes gedrängt, und sie strömt anschliessend aus den Pralllöchern 230 aus und trifft (oder prallt) auf die Innenwand 231 der Kammer 211 (oder des Schaufelblattes 210) auf.

[0031] Um Regionen mit hohem Kerngasdruck entgegenzuwirken, ist ein Kammerungselement 240 an dem Einsatz 221 befestigt, und dieses ist konfiguriert, um einen vergrösserten Kühlgasdruck innerhalb des Grenzbereiches 250, der durch das Kammerungselement 240 definiert ist, im Verhältnis zu einem Bereich 260 ausserhalb des Grenzbereiches 250 zu erzielen. Der Grenzbereich 250 ist der Raumbereich innerhalb der Kammerungselementbegrenzung, und der Bereich 260 ist der Raumbereich ausserhalb des Grenzbereiches 250. Der erhöhte innere Druck in dem Grenzbereich 250 kann auch helfen, falls ein Riss in der Schaufelblattwand an der Stelle mit hohen äusseren Drücken auftritt, weil das heisse Kerngas (aufgrund des erhöhten inneren Druckes) nicht durch den Riss eingesaugt wird, was ein Strukturversagen des Schaufelblattes herbeiführen kann. Das Kammerungselement 240 kann einen Draht oder ein physisches Element aufweisen, das den inneren Bereich 250 von dem äusseren Bereich 260 teilweise trennt. Das Kammerungselement 240 kann an dem Einsatz 221 durch Schweissung, Lötung, eine mechanische Verbindung oder durch einen Klebstoff befestigt sein.

[0032] Ein Spalt 275 ist zwischen der Innenwand 231 und dem Einsatz 221 vorhanden. Kühlgas nach dem Aufprall strömt entlang dieses Spaltes und tritt anschliessend aus dem Schaufelblatt 210 aus. Mehrere Distanzbolzen 270 können eingerichtet sein, um diesen Spalt aufrechtzuerhalten. Die Distanzbolzen sind an dem Einsatz 221 (z.B. durch Schweissung) befestigt oder in die Innenwand 231 eingegossen, und sie haben eine vorbestimmte Höhe und/oder einen vorbestimmten Abstand. Zum Beispiel kann der gewünschte Spalt 2 mm betragen, so dass die Höhe eines oder mehrerer Distanzbolzen 221 in etwa 2 mm betragen kann.

[0033] Fig. 3 veranschaulicht eine ausschnittsweise Perspektivansicht des Kammerungselementes 240. In diesem Beispiel ist das Kammerungselement 240 ein im Wesentlichen festes Element mit einer im Wesentlichen konstanten Querschnittsfläche (z.B. ein Draht). Fig. 4 veranschaulicht eine ausschnittsweise Schnittansicht eines Kammerungselementes 440, das ein im Wesentlichen festes Element ist, das gekerbte Abschnitte 442 aufweist, um ein Ausströmen des Kühlgases zu ermöglichen. Das Kammerungselement 440 ist an dem Einsatz 221 befestigt. Ein Spalt 275 liegt zwischen der Innenwand 231 des Schaufelblattes 210 und der Oberseite des Kammerungselementes 440 vor. Fig. 5 veranschaulicht eine ausschnittsweise Schnittansicht eines Kammerungselementes 440, das ein segmentiertes Element ist, das Zwischenräume 541 zwischen benachbarten Abschnitten aufweist, wobei die Zwischenräume 541 ein Ausströmen des Kühlgases ermöglichen. Fig. 6 veranschaulicht eine ausschnittsweise Schnittansicht eines Kammerungselementes 240, das an dem Einsatz 621 befestigt ist. Der Einsatz 621 enthält mehrere Kanäle 622, die konfiguriert sind, um unterhalb des Kammerungselementes 240 zu verlaufen, wobei die Kanäle 622 eingerichtet sind, um ein Ausströmen des Kühlgases zu ermöglichen.

[0034] Fig. 7 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Verbindung zwischen dem Kammerungselement und dem Einsatz. Das Kammerungselement 240 kann an dem Einsatz 221 über eine Schweissstelle 710 befestigt sein. Die Schweissstelle 710 könnte auch eine Lötstelle sein. Die Schweissstelle 710 könnte über der gesamten oder einem Teil der Verbindungsstelle zwischen dem Kammerungselement 240 und dem Einsatz 221 erzeugt sein. Alternativ könnte die Schweissstelle 710 durch eine mechanische Verbindung (z.B. wenn das Kammerungselement an einer Hülse befestigt ist, die über den gesamten Einsatz oder einen Teil des Einsatzes passt) oder eine Klebverbindung ersetzt werden, vorausgesetzt dass der verwendete Klebstoff den Betriebsbedingungen der Turbine standhalten könnte. Das Kammerungselement 240 könnte auch durch eine lokale Extrusion der Einsatzwand in dem Einsatz ausgebildet sein.

[0035] Fig. 8 veranschaulicht eine Querschnittsansicht der Verbindung zwischen dem Kammerungselement 840 und dem Schaufelblatt 810. Das Kammerungselement 840 kann nur an der Innenwand 831 des Schaufelblattes 810 durch eine Schweissstelle oder eine Lötstelle befestigt sein. Die Schweissstelle könnte über der gesamten oder einem Teil der Verbindungsstelle zwischen dem Kammerungselement 840 und dem Schaufelblatt 810 erzeugt sein. Alternativ könnte das Kammerungselement 840 an dem Schaufelblatt 810 durch eine mechanische Verbindung oder eine Klebeverbindung befestigt sein, vorausgesetzt, dass der verwendete Klebstoff den Betriebsbedingungen der Turbine standhalten könnte. Das Kammerungselement 840 könnte auch durch eine lokale Extrusion der Innenwand oder durch Giessen in dem Schaufelblatt 840 ausgebildet sein. Ein Spalt 845 liegt zwischen dem Kammerungselement 840 und dem Einsatz 821 vor. Kühlgas nach dem Aufprall strömt entlang dieses Spaltes und tritt anschliessend aus dem Schaufelblatt aus. Mehrere (in Fig. 8 nicht veranschaulichte) Distanzbolzen können konfiguriert sein, um diesen Spalt aufrechtzuerhalten. Die Distanzbolzen können an dem Einsatz 821, der Innenwand 831 / dem Schaufelblatt 810 oder dem Kammerungselement 840 befestigt sein, und sie weisen eine vorbestimmte Höhe und/oder einen vorbestimmten Abschnitt auf.

[0036] Die Turbinenschaufelanordnung 100 gemäss einem Aspekt der vorliegenden Erfindung könnte zur Verwendung als eine Rotorschaufel, eine Laufschaufel, ein Leitapparat, ein Mantelring oder eine Leitschaufel in einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder einer beliebigen sonstigen Turbomaschinenkomponente, die eine Kühlung erfordert, eingerichtet sein. Wie vorstehend erwähnt, arbeiten Gasturbinen und Dampfturbinen (oder jede beliebige sonstige Turbomaschine oder ein Turbomotor) unter stark variierenden Umgebungsbedingungen, und der verwendete Brennstoff kann ebenfalls stark variieren. Es würde höchst vorteilhaft sein, in der Lage zu sein, jede Turbine an ihre individuellen Betriebs- und Umgebungsbedingungen «individuell anzupassen», und dies war in der Vergangenheit nicht möglich. Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun der Turbomaschine, schnell individuell angepasst oder repariert zu werden, so dass jegliche Problembereiche (z.B. heisse Stellen an den Schaufelblättern) derart eingerichtet werden können, dass zusätzliches Kühlgas in die Bereiche, die dieses am meisten benötigen, geleitet und in diesen gehalten werden kann.

[0037] Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.

[0038] Eine Turbinenschaufelanordnung weist ein Schaufelblatt mit einer Innenwand, einer Aussenwand, einer Vorderkante und einer Hinterkante auf. Das Schaufelblatt weist eine oder mehrere Kammern auf, die sich im Wesentlichen in einer Sehnenrichtung des Schaufelblattes erstrecken. Ein Einsatz weist mehrere Pralllöcher auf, und der Einsatz ist konfiguriert, um in eine der Kammern eingesetzt zu werden. Der Einsatz ist konfiguriert, um das Schaufelblatt mittels der mehreren Pralllöcher zu kühlen. Ein Kammerungselement ist nur an dem Einsatz befestigt, wobei das Kammerungselement konfiguriert ist, um einen erhöhten Kühlgasdruck innerhalb (im Inneren) eines Grenzbereiches, der durch das Kammerungselement definiert ist, relativ zu einem Bereich ausserhalb des Grenzbereiches zu erzielen. Ein Spalt liegt zwischen der Innenwand des Schaufelblattes und dem Kammerungselement vor, wobei der Spalt einem Kühlgas erleichtert, aus dem Grenzbereich auszutreten und in den Bereich ausserhalb des Grenzbereiches einzutreten.

Bezugszeichenliste

[0039] <tb>100<SEP>Turbinenschaufelanordnung <tb>110<SEP>Schaufelblatt <tb>112<SEP>Innenwand <tb>111, 113<SEP>Kammern <tb>114<SEP>Aussenwand <tb>116<SEP>Vorderkante <tb>118<SEP>Hinterkante <tb>120<SEP>Radial innere Plattform <tb>122<SEP>Radial äussere Plattform <tb>130<SEP>Erste Spitze <tb>140<SEP>Zweite Spitze <tb>150<SEP>Dritte Spitze <tb>210, 810<SEP>Schaufelblatt <tb>211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218<SEP>Kammern <tb>221, 222, 223, 224, 225, 226, 227, 621, 821<SEP>Einsätze <tb>230<SEP>Pralllöcher <tb>231, 831<SEP>Innenwand <tb>240, 440, 540, 840<SEP>Kammerungselement <tb>250<SEP>Grenzbereich <tb>270<SEP>Distanzbolzen <tb>275, 875<SEP>Spalt <tb>442<SEP>Eingebuchtete Abschnitte <tb>541<SEP>Zwischenräume <tb>622<SEP>Kanäle <tb>710, 810<SEP>Schweissstelle

Claims (10)

1. Turbinenschaufelanordnung, die aufweist: ein Schaufelblatt, das eine Innenwand, eine Aussenwand, eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, wobei das Schaufelblatt eine oder mehrere Kammern aufweist, die sich im Wesentlichen in einer Sehnenrichtung des Schaufelblattes erstrecken; einen Einsatz, der mehrere Pralllöcher aufweist, wobei der Einsatz konfiguriert ist, um in eine der Kammern eingesetzt zu werden, wobei der Einsatz konfiguriert ist, um das Schaufelblatt mittels der mehreren Pralllöcher zu kühlen; wobei ein Kammerungselement nur an dem Einsatz befestigt ist, wobei das Kammerungselement konfiguriert ist, um einen erhöhten Kühlgasdruck innerhalb eines Grenzbereiches, der durch das Kammerungselement definiert ist, relativ zu einem Bereich ausserhalb des Grenzbereiches zu schaffen, und wobei ein Spalt zwischen der Innenwand des Schaufelblattes und dem Kammerungselement vorhanden ist, wobei der Spalt einem Kühlgas ermöglicht, aus dem Grenzbereich auszutreten und in den Bereich ausserhalb des Grenzbereiches einzutreten.

2. Turbinenschaufelanordnung nach Anspruch 1, wobei das Kammerungselement an dem Einsatz mittels einer Schweiss-stelle befestigt ist; und/oder wobei das Kammerungselement an dem Einsatz mittels wenigstens einer der folgenden Techniken befestigt ist: einer mechanischen Verbindung, einer Klebstoffverbindung oder einer lokalen Extrusion der Einsatzwand; und/oder wobei das Kammerungselement ein im Wesentlichen festes Element mit einer im Wesentlichen konstanten Querschnittsfläche ist; und/oder wobei das Kammerungselement ein im Wesentlichen festes Element ist, das eingebuchtete Abschnitte aufweist, um ein Ausströmen des Kühlgases zu fördern; und/oder wobei das Kammerungselement ein segmentiertes Element ist, das Zwischenräume zwischen benachbarten Abschnitten aufweist, wobei die Zwischenräume ein Ausströmen des Kühlgases fördern.

3. Turbinenschaufelanordnung nach Anspruch 1, wobei der Einsatz mehrere Kanäle aufweist, die konfiguriert sind, um unter dem Kammerungselement zu verlaufen, wobei die mehreren Kanäle eingerichtet sind, um ein Ausströmen des Kühlgases zu fördern.

4. Turbinenschaufelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Turbinenschaufelanordnung zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder eines Verdichters konfiguriert ist; und/oder wobei die Turbinenschaufelanordnung zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Rotorschaufel, einer Laufschaufel, eines Leitapparats, eines Mantelrings oder einer Leitschaufel konfiguriert ist und wobei die Turbinenschaufelanordnung zur Verwendung in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder eines Verdichters konfiguriert ist.

5. Turbinenschaufelanordnung nach Anspruch 1, die ferner mehrere Distanzbolzen aufweist, die an dem Einsatz befestigt sind, wobei die mehreren Distanzbolzen konfiguriert sind, um einen Spalt zwischen dem Einsatz und der Innenwand des Schaufelblattes aufrechtzuerhalten.

6. Turbinenschaufelanordnung, die aufweist: ein Schaufelblatt, das eine Innenwand aufweist, wobei das Schaufelblatt eine oder mehrere Kammern aufweist, die sich im Wesentlichen in einer Sehnenrichtung des Schaufelblattes erstrecken; einen Einsatz, der mehrere Pralllöcher aufweist, wobei der Einsatz konfiguriert ist, um in eine der Kammern eingesetzt zu werden, wobei der Einsatz konfiguriert ist, um das Schaufelblatt mittels der mehreren Pralllöcher zu kühlen; wobei ein Kammerungselement nur an dem Einsatz oder nur an dem Schaufelblatt befestigt ist, wobei das Kammerungselement konfiguriert ist, um einen erhöhten Kühlgasdruck innerhalb eines Grenzbereiches, der durch das Kammerungselement definiert ist, relativ zu einem Bereich ausserhalb des Grenzbereiches zu schaffen, und wobei ein Spalt zwischen dem Kammerungselement und der wenigstens einen Innenwand des Schaufelblattes oder des Einsatzes vorhanden ist, wobei der Spalt einem Kühlgas ermöglicht, aus dem Grenzbereich auszutreten und in den Bereich ausserhalb des Grenzbereiches einzutreten.

7. Turbinenschaufelanordnung nach Anspruch 6, wobei das Kammerungselement an dem Einsatz oder dem Schaufelblatt über wenigstens einer der folgenden Techniken befestigt ist: eine mechanische Verbindung, eine Klebstoffverbindung, eine lokale Extrusion der Einsatzwand oder durch Giessen; und/oder wobei das Kammerungselement ein im Wesentlichen festes Element mit einer im Wesentlichen konstanten Querschnittsfläche ist; und/oder wobei das Kammerungselement ein im Wesentlichen festes Element ist, das ausgebuchtete Abschnitte aufweist, um ein Ausströmen des Kühlgases zu fördern; und/oder wobei das Kammerungselement ein segmentiertes Element ist, das Zwischenräumen zwischen benachbarten Abschnitten aufweist, wobei die Zwischenräume ein Ausströmen des Kühlgases fördern.

8. Turbinenschaufelanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Einsatz mehrere Kanäle aufweist, die konfiguriert sind, um unter dem Kammerungselement zu verlaufen, wobei die mehreren Kanäle konfiguriert sind, um ein Ausströmen des Kühlgases zu fördern.

9. Turbinenschaufelanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Turbinenschaufelanordnung konfiguriert ist, um in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder einem Verdichter verwendet zu werden; und/oder wobei die Turbinenschaufelanordnung konfiguriert ist, um als wenigstens in einer Vorrichtung vom Typ einer Rotorschaufel, einer Laufschaufel, eines Leitapparats, eines Mantelrings oder einer Leitschaufel verwendet zu werden, und wobei die Turbinenschaufelanordnung konfiguriert ist, um in wenigstens einer Vorrichtung vom Typ einer Gasturbine, einer Dampfturbine oder einem Verdichter verwendet zu werden.

10. Turbinenschaufelanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, die ferner mehrere Distanzbolzen aufweist, die an dem Einsatz oder dem Schaufelblatt befestigt sind, wobei die mehreren Distanzbolzen konfiguriert sind, um einen Spalt zwischen dem Einsatz und der Innenwand des Schaufelblattes aufrechtzuerhalten.