CH707899A2

CH707899A2 - Turbomaschine mit Kühlstruktur.

Info

Publication number: CH707899A2
Application number: CH00146/14A
Authority: CH
Inventors: Benjamin Paul Lacy; Brian Peter Arness; David Edward Schick
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2014-10-15
Also published as: JP2014152776A; US9828872B2; DE102014101360A1; US20140219780A1; JP6461474B2

Abstract

Es wird eine Turbomaschine mit einer Kühlstruktur (118) bereitgestellt. Die Kühlstruktur (118) ist für einen Dichtungsschlitz (126) der Turbomaschine vorgesehen. Die Kühlstruktur (118) enthält einen Körper, der mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes (126) verbunden ist. Der Körper enthält einen Kanal (136) auf einer ersten Oberfläche des Körpers zur Zuführung eines Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz (126).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0001] 1. Technisches Gebiet

[0002] Gegenstand der vorliegenden Beschreibung ist allgemein eine Turbomaschine. Insbesondere betrifft die Beschreibung eine Kühlstruktur für eine Turbomaschine.

[0003] 2. Verwandte Technik

[0004] Herkömmliche Turbomaschinen (z.B. Gasturbinen, Dampfturbinen) werden häufig zur Stromerzeugung verwendet. Insbesondere wird ein Arbeitsfluid, wie z.B. heisses Gas oder Dampf, herkömmlicherweise zwangsweise über Gruppen von Turbomaschinenschaufeln geleitet, welche mit dem Rotor der Turbomaschine verbunden sind. Die Kraft des Arbeitsfluids auf die Laufschaufeln bewirkt, dass sich diese Schaufeln (und der damit verbundene Körper des Rotors) drehen. In vielen Fällen ist der Rotorkörper mit der Antriebswelle einer dynamoelektrischen Maschine, wie z.B. einem elektrischen Generator, verbunden. In diesem Sinne kann die Bewirkung einer Drehung des Turbomaschinenrotors eine Drehung der Antriebswelle in dem elektrischen Generator bewirken und veranlassen, dass der Generator, einen (der Kraftabgabe zugeordneten) elektrischen Strom zu erzeugen.

[0005] Das Arbeitsfluid in diesen herkömmlichen Turbomaschinen kann mit hohen Temperaturen durch die Turbomaschinen strömen. Der Betriebswirkungsgrad der herkömmlichen Turbomaschine kann erhöht werden, indem das Arbeitsfluid in der Turbomaschine gehalten und/oder verhindert wird, dass spezifische Komponenten der Turbomaschine dem Hochtemperatur-Arbeitsfluid ausgesetzt werden. Beispielsweise können Turbomaschinen Dichtungen nutzen, um dazu beizutragen, das Arbeitsfluid in der Turbomaschine zu halten und/oder zu verhindern, dass spezifische Komponenten in der Turbomaschine dem Arbeitsfluid ausgesetzt werden. Jedoch werden in den Turbomaschinen an die Dichtungen angrenzend oft Kühlkanäle verwendet. Insbesondere können die Kühlkanäle zum Kühlen der Bereiche der Turbomaschine verwendet werden, die Dichtungen umgeben, die dem Hochtemperatur-Arbeitsfluid ausgesetzt sind. Diese Kühlkanäle sind oft aufwendig herzustellen und schwierig an Komponenten in der Turbomaschine anzubringen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] Es wird eine Kühlstruktur für eine Turbomaschine beschrieben. In einer Ausführungsform ist die Kühlstruktur für einen Dichtungsschlitz einer Turbomaschine vorgesehen. Die Kühlstruktur enthält: einen mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körper, wobei der Körper einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers zur Zuführung eines Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz enthält.

[0007] Ein erster Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Kühlstruktur für einen Dichtungsschlitz einer Turbomaschine. Die Kühlstruktur enthält: einen mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körper, wobei der Körper einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers zur Zuführung eines Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz enthält.

[0008] Entsprechend weist eine Turbomaschine auf: mehrere mit einer Rotorwelle verbundene Schaufeln; und einen angrenzend an die mehreren Schaufeln positionierten Turbinenmantelring, wobei der Turbinenmantelring enthält: einen Dichtungsschlitz; und eine in dem Dichtungsschlitz positionierte Kühlstruktur, wobei die Kühlstruktur einen mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körper hat, wobei der Körper einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers enthält, um ein Kühlfluid an den Dichtungsschlitz zu liefern.

[0009] Die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur der vorstehend erwähnten Turbomaschine kann mit der Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbunden sein.

[0010] Die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann mit der Oberfläche des Schlitzes durch eines von: Hartlötung, Verschweissung oder Diffusionsverbindung verbunden sein.

[0011] Die Kühlstruktur jeder vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann ferner eine zweite Oberfläche des mit der Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körpers aufweisen, wobei die zweite Oberfläche des Körpers der ersten Oberfläche des Körpers gegenüberliegt.

[0012] Die Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann zur Zuführung des Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz ferner einen Kanal auf der zweiten Oberfläche des Körpers aufweisen.

[0013] Der Kanal der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann eine Aussparung auf der ersten Oberfläche des Körpers aufweisen.

[0014] Die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann wenigstens eines aufweisen von: mehreren Stiften, die sich aus der ersten Oberfläche des Körpers erstrecken, wobei jedes benachbarte Paar von den mehreren Stiften eine dazwischen angeordnete Öffnung hat, oder mehrere erhöhte Elemente, die sich aus der ersten Oberfläche des Körpers erstrecken, wobei jedes benachbarte Paar der mehreren erhöhten Elemente eine dazwischen angeordnete Öffnung hat.

[0015] Der Kanal der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann sich auf der ersten Oberfläche entlang einer Längsausdehnung des Körpers erstrecken.

[0016] Der Körper der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann einen im Wesentlichen porösen Schaum enthalten und der Kanal enthält eine Öffnung in dem im Wesentlichen porösen Schaum, um das Kühlfluid dem Dichtungsschlitz zuzuführen.

[0017] Die Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Turbomaschinen kann eine vorgesinterte Vorform enthalten.

[0018] Ein zweiter Aspekt der Erfindung beinhaltet eine Vorrichtung, mit: einer ersten Komponente; einer an die erste Komponente angrenzenden zweiten Komponente; einem sich zwischen der ersten und zweiten Komponente erstreckenden Dichtungsschlitz; und einer in dem Dichtungsschlitz positionierten Kühlstruktur, wobei die Kühlstruktur einen mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körper enthält, wobei der Körper einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers enthält, um ein Kühlfluid an den Dichtungsschlitz zu liefern..

[0019] Demzufolge kann die Vorrichtung aufweisen: eine erste Komponente; eine an die erste Komponente angrenzende zweite Komponente; einen sich zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erstreckenden Dichtungsschlitz; und eine in dem Dichtungsschlitz positionierte Kühlstruktur, wobei die Kühlstruktur einen mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körper enthält, wobei der Körper einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers zum Zuführen eines Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz enthält.

[0020] Die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Vorrichtungen kann mit der Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbunden sein.

[0021] Die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Vorrichtungen kann mit der Oberfläche des Schlitzes durch eines von: Hartlötung, Verschweissung oder Diffusionsverbindung verbunden sein.

[0022] Die Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Vorrichtungen kann eine zweite Oberfläche des mit der Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körpers aufweisen, wobei die zweite Oberfläche des Körpers der ersten Oberfläche des Körpers gegenüberliegt.

[0023] Die Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Vorrichtungen kann ferner einen Kanal auf der zweiten Oberfläche des Körpers zur Zuführung des Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz aufweisen.

[0024] Der Kanal der Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Vorrichtungen kann eine Aussparung auf der ersten Oberfläche des Körpers aufweisen.

[0025] Die Kühlstruktur jeder der vorstehend erwähnten Vorrichtungen kann wenigstens eines aufweisen von: mehreren Stiften, die sich aus der ersten Oberfläche des Körpers erstrecken, wobei jedes benachbarte Paar von den mehreren Stiften eine dazwischen angeordnete Öffnung hat, oder von mehreren erhöhten Elemente, die sich aus der ersten Oberfläche des Körpers erstrecken, wobei jedes benachbarte Paar der mehreren erhöhten Elemente eine dazwischen angeordnete Öffnung hat.

[0026] Die Vorrichtung jeder der vorstehend erwähnten Bauarten kann ferner eine Dichtung aufweisen, die in dem an die Kühlstruktur angrenzenden Kühlschlitz positioniert ist.

[0027] Die Vorrichtung jeder der vorstehend erwähnten Bauarten kann ferner mehrere in dem Kühlschlitz positionierte Kühlstrukturen aufweisen, wobei die mehreren Kühlstrukturen miteinander verbunden sind.

[0028] Die Kühlstruktur jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung kann eine vorgesinterte Vorform enthalten.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0029] Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in welchen:

[0030] Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Turbomaschine gemäss Ausführungsformen der Erfindung zeigt;

[0031] Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Turbinenmantelrings einer Turbomaschine mit einer Kühlstruktur gemäss Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

[0032] Fig. 3 eine vergrösserte Vorderseitenansicht eines Abschnittes des Turbinenmantelrings der Turbomaschine in Fig. 2 einschliesslich der Kühlstruktur gemäss Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

[0033] Fig. 4 eine vergrösserte Vorderseitenansicht eines Abschnittes des Turbinenmantelrings der Turbomaschine in Fig. 2 einschliesslich der Kühlstruktur und einer Dichtung gemäss Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

[0034] Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Kühlstruktur gemäss Darstellung in Fig. 2 gemäss Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

[0035] Fig. 6 – 11 perspektivische Ansichten verschiedener Kühlstrukturen gemäss alternativen Ausführungsformen der Erfindung darstellen.

[0036] Fig. 12 eine vergrösserte Vorderseitenansicht eines Abschnittes des Turbinenmantelrings der Turbomaschine in Fig. 2 einschliesslich der Kühlstruktur und einer Dichtung gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung darstellt;

[0037] Fig. 13 und 14 perspektivische Ansichten verschiedener Kühlstrukturen gemäss alternativen Ausführungsformen der Erfindung darstellen.

[0038] Fig. 15 eine vergrösserte Vorderseitenansicht eines Abschnittes des Turbinenmantelrings der Turbomaschine in Fig. 2 mit einer zusätzlichen Kühlstruktur gemäss einer alternativen Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

[0039] Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer Turbinenschaufel einer Turbomaschine mit der Kühlstruktur gemäss Ausführungsformen der Erfindung darstellt.

[0040] Fig. 17 eine vergrösserte Vorderseitenansicht eines Abschnittes des Turbinenmantelrings der Turbomaschine in Fig. 16 mit einer zusätzlichen Kühlstruktur gemäss Ausführungsformen der Erfindung darstellt;

[0041] Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht notwendigerweise massstäblich sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung darstellen und dürfen daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Zeichnungen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0042] Wie hierin beschrieben, betreffen Aspekte der Erfindung eine Turbomaschine. Insbesondere betreffen, wie hierin beschrieben, Aspekte der Erfindung eine Kühlstruktur für eine Turbomaschine.

[0043] In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Turbomaschine gemäss Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die Turbomaschine 100 gemäss Darstellung in Fig. 1 kann ein herkömmliches Gasturbinensystem sein. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass die Turbomaschine 100 als ein herkömmliches Turbinensystem (z.B. Dampfturbinensystem) gestaltet sein kann, das zum Erzeugen von Energie eingerichtet ist. Somit wird eine kurze Beschreibung der Turbomaschine 100 zur Verdeutlichung angeboten. Gemäss Darstellung in Fig. 1 kann die Turbomaschine 100 einen Verdichter 102, einen fluidmässig mit dem Verdichter 102 verbundenen Brenner 104 und eine fluidmässig mit dem Brenner 104 verbundene Gasturbinenkomponente 100 zur Aufnahme eines Verbrennungsproduktes aus dem Brenner 104 enthalten. Die Gasturbinenkomponente 106 kann auch mit dem Verdichter 102 über eine Welle 108 verbunden sein. Die Welle 108 kann mit einem Generator 110 zur Erzeugung von Elektrizität während des Betriebs der Turbomaschine 100 verbunden sein.

[0044] Während des Betriebs der Turbomaschine 100 kann der Verdichter 102 gemäss Darstellung in Fig. 1 Luft aufnehmen und die Einlassluft verdichten, bevor er die verdichtete Einlassluft dem Brenner 104 Zuführt. Sobald sie sich in dem Brenner 104 befindet, wird die verdichtete Luft mit einem Verbrennungsprodukt (z.B. Brennstoff) vermischt und entzündet. Sobald es entzündet ist, wird das Gemisch aus der verdichteten Luft und dem Verbrennungsprodukt in ein heisses unter Druck stehendes Abgas (Heissgas) umgewandelt, das durch die Gasturbinenkomponente 106 strömt. Das Heissgas strömt durch die Gasturbinenkomponente 106 und insbesondere über eine Vielzahl von Schaufeln 112 (z.B. Schaufelstufen), die mit der Welle 108 verbunden sind, welche die Schaufeln 112 und die Welle 108 der Turbomaschine 100 dreht. Sobald sich die Welle 108 der Turbomaschine 100 dreht, werden der Verdichter 102 und die Gasturbinenkomponente 106 angetrieben und der Generator 110 kann Energie (z.B. elektrischen Strom) erzeugen.

[0045] Wie hierin diskutiert, kann der Wirkungsgrad der Turbomaschine 100 teilweise von der Brenntemperatur in der Turbomaschine 100 während des Betriebs abhängen. D.h., der Wirkungsgrad der Turbomaschine kann erhöht werden, indem eine höhere Temperatur des durch die Gasturbinenkomponente 104 strömenden Heissgases aufrechterhalten wird. Die Brenntemperatur des Heissgases kann zum Teil dadurch aufrechterhalten werden, dass ein an die Spitzen der Schaufeln 112 angrenzend positionierter Turbinenmantelring 114 verwendet wird. Die Mantelringe 114 der Gasturbinenkomponente 106 können eine axiale Leckage des Heissgases bei dessen Strom durch eine Gasturbinenkomponente 106 verhindern. Gemäss Darstellung in Fig. 1 kann der Mantelring 114 mit dem Gehäuse 116 der Gasturbinenkomponente 106 verbunden sein und kann angrenzend an die Schaufeln 112 positioniert sein. In einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform kann der Mantelring 114 mit der Spitze von jeder Schaufel 112 verbunden sein und kann mit einem anderen verbunden sein, um ein im Wesentlichen zusammenhängendes Deckband auszubilden, das mit den Schaufeln 112 rotieren kann, um eine axiale Leckage des Heissgases in der Gasturbinenkomponente 106 zu verhindern.

[0046] In Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Turbinenmantelrings 114 der Turbomaschine 100 mit einer Kühlstruktur 118 gemäss Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Wie in Fig. 2 dargestellt, kann der Turbinenmantelring 114 eine erste Komponente 120 und eine angrenzend an die erste Komponente 120 positionierte zweite Komponente 122 enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, die zweite Komponente eine an die Schaufeln 112 (Fig. 1 ) angrenzend positionierte Unterseite 124 enthalten. Zusätzlich kann, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, der Mantelring 114 einen sich zwischen der ersten Komponente 120 und der zweiten Komponente 122 erstreckenden Dichtungsschlitz 126 enthalten. Wie hierin diskutiert, kann der Dichtungsschlitz 126 eine Dichtung 128 (Fig. 4 ) aufnehmen, um hauptsächlich eine axiale Leckage des Heissgases aus dem Heissgasströmungspfad der Gasturbinenkomponente 106 (Fig. 1 ) zu verhindern. Insbesondere kann die Dichtung 128 (Fig. 4 ) in dem Dichtungsschlitz 125 des Mantelrings 114 positioniert sein und sich zu einem (nicht dargestellten) bestimmten Turbinenmantelring erstrecken, der mit einer Vorderseitenoberfläche 130 des Mantelrings 114 dergestalt verbunden ist, dass die zwei verbundenen Mantelringe (z.B. der Mantelring 114) und die dazwischen positionierte Dichtung 128 hauptsächlich eine Leckage des Heissgases aus dem Heissgaspfad der Gasturbinenkomponente 106 (Fig. 1 ) verhindern können.

[0047] Wie ebenfalls in Fig. 2 dargestellt, kann der Mantelring 114 eine in dem Dichtungsschlitz 126 positionierte Kühlstruktur 118 enthalten. Insbesondere kann gemäss Darstellung in den Fig. 3 – 5 die Kühlstruktur 118 einen mit einer Oberfläche 134 eines Dichtungsschlitzes 126 verbundenen Körper 132 enthalten, und der Körper 132 kann einen Kanal 136 auf einer ersten Oberfläche 138 des Körpers 132 enthalten. Der Kanal 136 kann wie hierin beschrieben ein Kühlfluid an den Dichtungsschlitz 126 liefern. Gemäss Darstellung in Fig. 3 und 4 kann die erste Oberfläche 138 des Körpers 132 der Kühlstruktur 118 mit einer Oberfläche 134 des Dichtungsschlitzes 126 verbunden sein. Gemäss Darstellung in Fig. 3 und 4 ist die erste Oberfläche 138 des Körpers 132 der Kühlstruktur 118 mit der Oberfläche 134 des Dichtungsschlitzes 126 durch Hartlötung verbunden. In einer, nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform ist die erste Oberfläche 138 des Körpers 132 der Kühlstruktur 118 mit der Oberfläche 134 des Dichtungsschlitzes 126 durch eine beliebige herkömmliche mechanische Verbindungstechnik, einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, Verschweissung, Diffusionsverbindung oder mechanische Befestigung verbunden. Ebenso kann, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, die Dichtung 128 in dem Dichtungsschlitz 126 angrenzend an und im Wesentlichen die in dem Dichtungsschlitz 126 positionierte sichernde Kühlstruktur 118 berührend positioniert sein. Insbesondere kann die Dichtung 128 in dem Dichtungsschlitz 126 angrenzend an die Kühlstruktur 118 dergestalt positioniert sein, dass die Dichtung 128 zwischen der zweiten Komponente 122 des Mantelrings 114 und einer zweiten Oberfläche 140 der Kühlstruktur 118 positioniert ist. Demzufolge kann der Kanal 136 der Kühlstruktur zwischen der ersten Oberfläche 138 des Körpers 132 und der Oberfläche 134 der ersten Komponente 120 des Mantelrings 114 ausgebildet sein.

[0048] Gemäss Darstellung in Fig. 5 – 11 kann die Kühlstruktur 118 eine vorgesinterte Vorform enthalten. D.h., die Kühlstruktur 118 kann aus einer vorgesinterten Vorform, getrennt von dem Mantelring 114 hergestellt und in dem Dichtungsschlitz 126 in einem getrennten Herstellungsprozess (z.B. Hartverlöten) positioniert, ausgebildet sein. In einer, nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform kann die Kühlstruktur 118 aus jedem (r) herkömmlichen Metall oder Metalllegierung, die in der Lage sind, ein Kühlfluid dem Dichtungsschlitz 126 zuzuführen und/oder der hohen Temperaturen des Heissgases in der Turbinenkomponente 106 (Fig. 1 ) zu widerstehen, einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, aus Aluminium, Stahl, Titan ausgebildet sein. Zusätzlich kann die Kühlstruktur 118 mit der Oberfläche 134 des Dichtungsschlitzes 126 durch jede beliebige herkömmliche mechanische Verbindungstechnik einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, Hartlötung, Schweissung, mechanische Befestigung, Verklebung, usw. verbunden sein. Gemäss Darstellung in Fig. 5 können die Kanäle 136 der Kühlstruktur 118 eine Aussparung 142 auf der ersten Oberfläche 138 des Körpers 132 enthalten. Insbesondere kann, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, der Kanal 136 der Kühlstruktur 118 eine Aussparung 142 enthalten, die sich auf einer ersten Oberfläche 138 im Wesentlichen entlang einer Breite (W) des Körpers 132 erstreckt. Die Aussparung 142 kann auf einer ersten Oberfläche 138 des Körpers 132 mittels jeder beliebigen herkömmlichen Materialabtragetechnik einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, Ätzen, Fräsen, Schleifen usw. erzeugt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann die Aussparung 142 durch Hinzufügen von Material zur ersten Oberfläche 138 des Körpers 132 mittels jeder beliebigen herkömmlichen Materialabscheidungstechnik, einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, Giessen, chemische Abscheidung, direktes Metallsintern oder Sputtern, erzeugt werden.

[0049] In den Fig. 6 – 11 sind verschiedene alternative Ausführungsformen von Kühlstrukturen 118 dargestellt. Insbesondere kann, wie in den Fig. 6 – 11 dargestellt, der Kanal 136 eine Vielfalt bestimmter Ausgestaltungen, Breiten und/oder Positionen auf dem Körper 132 der Kühlstruktur 118 enthalten. Wie in Fig. 6 dargestellt, kann sich der Kanal 136 im Wesentlichen entlang der Breite (W) des Körpers 132 erstrecken. Wie durch Vergleich der Fig. 5 und 6 zu beobachten ist, kann die Breite des Kanals 136 variieren. Gemäss Darstellung in Fig. 7 kann sich der Kanal 136 der Kühlstruktur 118 auf einer ersten Oberfläche 138 entlang einer Länge (L) des Körpers 132 erstrecken. Der Kanal 136 kann sich entlang einer Länge (L) des Körpers 132 der Kühlstruktur 118 erstrecken und kann Kühlfluid in einen spezifischen Abschnitt des Dichtungsschlitzes 126 ausgeben, um optimales Kühlfluid in dem Dichtungsschlitz 126 bereitzustellen. Gemäss Darstellung in Fig. 8 kann der Kanal 136 sowohl auf der ersten Oberfläche 138 als auch der zweiten Oberfläche 140 des Körpers 132 der Kühlstruktur 118 ausgebildet sein. Der auf der zweiten Oberfläche 140 ausgebildete Kanal 136 kann ebenfalls Kühlfluid an den Dichtungsschlitz 126 (Fig. 3 ) wie hierin diskutiert liefern. Alternativ kann, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, der Mantelring 114 (Fig. 2 – 4 ) mehrere Kühlstrukturen 118, 218 enthalten, die in dem Dichtungsschlitz 126 (Fig. 2 und 3 ) positioniert sind. Gemäss Darstellung in Fig. 9 können die mehreren Kühlstrukturen 118, 218 miteinander verbunden sein. Insbesondere kann, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, die zweite Oberfläche 140 der Kühlstruktur 118 mit der ersten Oberfläche 238 einer bestimmten Kühlstruktur 218 verbunden sein. Die bestimmte Kühlstruktur 218 kann einen Körper 232, Kanal 236 und eine zweite Oberfläche 240 enthalten. In einer alternativen Ausführungsform können die Kühlstrukturen 118, 218 übereinander gestapelt sein.

[0050] Gemäss Darstellung in den Fig. 10 – 12 kann die Kühlstruktur 118 im Wesentlichen dergestalt gedreht sein, dass die zweite Oberfläche 140 der Dichtung 128 gegenüberliegen kann und die erste Oberfläche 138 einen Kanal 136 enthält, der von der Dichtung 128 weg zeigt. Insbesondere kann, wie es in Fig. 12 dargestellt ist, die zweite Oberfläche 140 der Kühlstruktur 118 mit der Oberfläche 134 des Dichtungsschlitzes 126 des Mantelrings 114 verbunden sein. Die erste Oberfläche 138 des Körpers 132 der Kühlstruktur 118 kann angrenzend an die Dichtung 128 positioniert sein und der Kanal 136 der Kühlstruktur 118 kann zwischen der ersten Oberfläche 138 des Körpers 132 und der Dichtung 128 ausgebildet sein.

[0051] In Fig. 13 und 14 sind verschiedene alternative Ausführungsformen der Kühlstruktur 118 dargestellt. Insbesondere kann, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, die Kühlstruktur 118 mehrere sich aus einer ersten Oberfläche 132 der Kühlstruktur 118 erstreckende Stifte 144 enthalten. Gemäss Darstellung in Fig. 13 kann jedes benachbarte Paar der mehreren Stifte 144 eine Öffnung 146 dazwischen enthalten. Die Öffnung 146 kann zur Zuführung von Kühlfluid zu dem Dichtungsschlitz 126 (Fig. 2 ) während des Betriebs der Gasturbinenkomponente 106 (Fig. 1 ) im Wesentlichen ähnlich wie bei dem Kanal 136 vorgesehen sein kann, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 3 – 12 dargestellt und beschrieben ist. Eine Oberseite 148 von jedem der mehreren Stifte 144 kann mit der Oberfläche 134 des Mantelrings 114 (Fig. 3 ) verbunden werden, wenn die Kühlstruktur 118 in dem Dichtungsschlitz 126 (Fig. 3 ) positioniert wird. In einer weiteren alternativen Ausführungsform gemäss Darstellung in Fig. 14 kann eine Kühlstruktur 118 mehrere erhöhte Elemente 150 enthalten, die sich aus der ersten Oberfläche 138 des Körpers 132 der Kühlstruktur 118 erstrecken. Wie in Fig. 14 dargestellt, kann jedes benachbarte Paar der mehreren erhöhten Elemente 150 eine Öffnung 146 dazwischen aufweisen. Die Öffnung 146 kann für die Zuführung von Kühlfluid zu dem Dichtungsschlitz 126 (Fig. 2 ) während des Betriebs der Gasturbinenkomponente 106 (Fig. 1 ) im Wesentlichen ähnlich wie der Kanal 136 dienen, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 3 – 12 dargestellt und beschrieben wird. In dieser Ausführungsform kann ein Scheitelpunkt 152 von jedem der mehreren erhöhten Elemente 150 mit einer Oberfläche 134 des Mantelrings 114 verbunden sein (Fig. 3 ), wenn die Kühlstruktur 118 in dem Dichtungsschlitz 126 (Fig. 3 ) positioniert ist. Obwohl sie als im Wesentlichen kugelförmig dargestellt sind, können die mehreren erhöhten Elemente 150 jede beliebige Vielfalt von anderen (nicht dargestellten) Formen annehmen.

[0052] In Fig. 15 ist eine vergrösserte Vorderseitenansicht eines Abschnittes des Turbinenmantelrings 114 (Fig. 2 ) dargestellt, die eine Kühlstruktur 118 gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung enthält. Insbesondere kann gemäss Darstellung in Fig. 15 der Körper 132 der Kühlstruktur 118 einen im Wesentlichen porösen Schaum 154 enthalten. Gemäss Darstellung in Fig. 15 kann der Kanal 136 zur Lieferung von Kühlfluid an den Kühlschlitz 126 eine Öffnung 156 in dem im Wesentlichen porösen Schaum 154 enthalten. D.h., die Öffnung 156 des im Wesentlichen porösen Schaums 154 kann das Kühlfluid an den Dichtungsschlitz 126 während des Betriebs der Gasturbinenkomponente 106 (Fig. 1 ) liefern. Der im Wesentlichen poröse Schaum 154 kann mit dem Körper 132 der Kühlstruktur 118 mittels jeder herkömmlichen mechanischen Verbindungstechnik einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, Hartlötung, Verschweissung, mechanische Befestigung usw. verbunden sein. In einer, nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform kann der im Wesentlichen poröse Schaum 154 unabhängig von dem Körper 132 (eigenständig) sein und in dem Dichtungsschlitz 126 durch Verbinden der Oberfläche 158 mit der Oberfläche 134 des Dichtungsschlitzes 126 positioniert sein. Wie in Fig. 15 dargestellt, kann eine Oberfläche 158 des im Wesentlichen porösen Schaums 154 mit der Oberfläche 134 der ersten Komponente 120 des Mantelrings 114 verbunden sein. Insbesondere kann die Oberfläche 158 des im Wesentlichen porösen Schaums 154 mit der Oberfläche 134 mittels jeder herkömmlichen mechanischen Verbindungstechnik einschliesslich, jedoch nicht darauf beschränkt, Hartlötung, Verschweissung, mechanische Befestigung, Verklebung usw. verbunden sein. Im Wesentlichen kann der poröse Schaum 154 jeden herkömmlichen Schaum enthalten, einschliesslich eines im Wesentlichen porösem Materials (wie z.B. Silizium, Keramik, usw.), das in der Lage ist, der hohen Temperatur des Heissgases der Gasturbinenkomponente 106 (Fig. 1 ) zu widerstehen.

[0053] Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 – 4 diskutiert, wird während des Betriebs der Turbomaschine 100 Heissgas durch die Gasturbinenkomponente 106 zum Antreiben und/oder Drehen der mehreren Schaufeln 112 und zum Teil der Welle 108 zum Erzeugen von Strom unter Verwendung des Generators 110 durchgeleitet. Um den Betriebswirkungsgrad der Gasturbinenkomponente 106 zu verbessern, können Mantelringe 114 in der Gasturbinenkomponente 106 verwendet werden. Demzufolge wird verhindert, dass Gas axial aus dem Heissgasströmungspfad austritt. Jedoch können der Dichtungsschlitz 126 und die Dichtung 128 teilweise dem Hochtemperaturheissgas ausgesetzt sein. Die Aussetzung an das Hochtemperaturheissgas kann die Dichtung 128 und der Mantelring 114 mit der Zeit unerwünscht verschlechtern und kann eine Ersetzung und/oder Wartung erfordern. Durch Verwendung der Kühlstruktur 118 in dem Dichtungsschlitz 126, wie hierin diskutiert, kann das Kühlfluid über die erste Komponente 122 in dem Gehäuse 116 zu der Kühlstruktur 118 strömen und kann insbesondere durch den Kanal 136 der Kühlstruktur 118 zu dem Dichtungsschlitz 126 strömen. Durch die Zuführung des Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz 126 über die Kühlstruktur 118 können der Dichtungsschlitz 126 und teilweise die Dichtung 128 während der Aussetzung an das durch die Gasturbinenkomponente 106 strömende Heissgas gekühlt werden. Der Prozess der Kühlung des Dichtungsschlitzes 126 und/oder der Dichtung 128 unter Verwendung der Kühlstruktur 118 kann bei der Minimierung der Verschlechterungsrate des Mantelrings 114 und/oder der Dichtung 128 unterstützen.

[0054] Zusätzlich kann ein Benutzer (z.B. Turbinenbetreiber) durch die Nutzung der Kühlstruktur 118 in dem Dichtungsschlitz 126 eine Kühlfluidmenge auswählen, die an den Kühlschlitz 126 des Mantelrings 114 geliefert wird. Insbesondere kann die Kühlstruktur 118 kundenspezifisch anpassbare Abmessungen und/oder eine Grösse des Kanals 136, der in dem Körper 132 der Kühlstruktur 118 ausgebildet ist, enthalten. Somit kann eine gewünschte Kühlfluidmenge an den Dichtungsschlitz 126 abhängig von den Eigenschaften der Turbomaschine 100 (z.B. Umgebungstemperatur, Grösse der Turbinenmaschinenkomponenten, Brenntemperatur, usw.) vorbestimmt werden, und die Kühlstruktur 118 kann so ausgebildet werden, dass sie die gewünschte Kühlfluidmenge an den Dichtungsschlitz 126 liefert. D.h., durch Einstellen der Abmessungen und/oder der Grösse des Kanals 136 der Kühlstruktur 118 kann das dem Dichtungsschlitz 126 zugeführte Kühlfluid gewählt werden. Ferner kann durch Verwenden einer Kühlstruktur 118 in dem Mantelring 114 ein Kühlfluidkanal (z.B. der Kanal 136, die Öffnung 156) durch die Turbomaschine 100 schnell und preiswert implementiert werden. Insbesondere werden durch die Verwendung der Kühlstruktur 118 in dem Mantelring 114 die Kühlfluidkanäle nicht während des Giessprozesses des Mantelrings 114 erzeugt, was teuer, zeitaufwendig und aufgrund des schmalen Arbeitsraumes des Dichtungsschlitzes 126 des Mantelrings 114 ungenau sein kann.

[0055] Obwohl die Kühlstruktur 118 als in dem Mantelring 114 implementiert beschrieben ist, dürfte es sich verstehen, dass die Kühlstruktur 118 in einer Vielzahl von Komponenten der Turbomaschine 100 verwendet werden kann. In einer alternativen Ausführungsform gemäss Darstellung in den Fig. 16 – 17 kann die Kühlstruktur 118 auf einer Schaufel 112 der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) dort positioniert sein, wo ein Kühlkanal zur Zuführung von Kühlfluid nützlich sein kann. Insbesondere kann gemäss Darstellung in den Fig. 16 – 17 die Schaufel 112 der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) eine Kühlstruktur 118 enthalten, die in einem Dichtungsschlitz 126 zwischen der ersten Komponente 120 und zweiten Komponente 122 positioniert ist. Gemäss Darstellung in Fig. 16 kann die erste Komponente 120 als eine Plattform für das Schaufelblatt 160 der Schaufel 112 gestaltet sein und die zweite Komponente 122 kann als ein Basisabschnitt der Schaufel 112 gestaltet sein, die mit der Welle 108 der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) verbunden ist. Die Kühlstruktur 118 gemäss Darstellung in Fig. 16 kann Kühlfluid der Plattform (z.B. der ersten Komponente 120) Zuführen, und dem Basisabschnitt (z.B. der zweiten Komponente 122), um eine unerwünschte Aussetzung an das Heissgas zu verhindern. Die in dem Dichtungsschlitz 126 der Turbinenschaufel 112 positionierte Dichtung 128 kann zwischen zwei benachbarten Schaufeln 112 der Turbomaschine 100 positioniert sein und kann im Wesentlichen das Strömen von Heissgas in Richtung der Welle 108 (Fig. 1 ) verhindern und kann auch verhindern, dass die Welle 108 umgebendes kühleres Gas in den Heissgaspfad der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) eintritt.

[0056] In einer weiteren, nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform kann die Kühlstruktur 118 in dem zwischen der ersten Komponente 120 und der zweiten Komponente 122 positionierten Dichtungsschlitz 126 auf mehreren Statorleitschaufeln positioniert sein, die zwischen jeder von den Stufen der mehreren Schaufeln 112 der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) positioniert sind. Die Kühlstruktur 118 kann in jedem herkömmlichen Kanal der Statorleitschaufel positioniert sein, die von der Aufnahme von Kühlfluid während des Betriebs der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) profitieren kann. Beispielsweise kann die Kühlstruktur 118 in dem Kühlschlitz 126 der mehreren Statorleitschaufeln dort positioniert sein, wo die erste Komponente 120 eine Komponente enthält, die zur Befestigung an einer Turbinengehäuseschale und/oder einem Mantelring 114 (Fig. 1 ) gestaltet ist, und die zweite Komponente 122 eine Plattform für den Stator-Leitschaufel/Blatt-Abschnitt von jeder der mehreren Statorleitschaufeln enthält. In einer derartigen Beispielausführungsform kann die Dichtung 128 in jedem Dichtungsschlitz 126 zwischen zwei benachbarten Statorleitschaufeln der Turbomaschine 100 positioniert sein und kann im Wesentlichen verhindern, dass Heissgas aus dem Heissgaspfad der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) ausströmt und kann auch verhindern, dass an ein Turbinengehäuse angrenzendes kühleres Gas in den Heissgaspfad der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) eintritt. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass ein Fachmann die Kühlstruktur 118 und Dichtung 128 in den Dichtungsschlitz 126 von einer Vielzahl von Komponenten in der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) einfügen kann, welche erheblich von der Aussetzung an ein Kühlfluid profitieren, aber auch erfordern können, dass eine Dichtung eine unerwünschte Leckage des Heissgases zu/aus dem Heissgasströmungspfad der Turbomaschine 100 (Fig. 1 ) verhindert.

[0057] Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht die Offenlegung einschränken. So wie hierin verwendet, sollen die Singularformen «einer, eine, eines» und «der, die, das» auch die Pluralformen mit einschliessen, soweit der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Es dürfte sich ferner verstehen, dass die Begriffe «weist auf» und/oder «aufweisend», wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen festgestellter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschliessen.

[0058] Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschliesslich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschliesslich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.

[0059] Es wird eine Kühlstruktur für eine Turbomaschine bereitgestellt. In einer Ausführungsform ist die Kühlstruktur für einen Dichtungsschlitz der Turbomaschine vorgesehen. Die Kühlstruktur enthält einen Körper, der mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbunden ist. Der Körper enthält einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers zur Zuführung eines Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz. In einer anderen Ausführungsform enthält eine Vorrichtung eine erste Komponente und eine an die erste Komponente angrenzende zweite Komponente. Die Vorrichtung enthält auch einen sich zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erstreckenden Dichtungsschlitz, und eine Kühlstruktur, die in dem Dichtungsschlitz angeordnet ist. Die Kühlstruktur enthält einen Körper, der mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbunden ist. Der Körper hat einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers zum Zuführen eines Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz.

Bezugszeichenliste

[0060] <tb>100<SEP>Turbomaschine <tb>102<SEP>Verdichter <tb>104<SEP>Brenner <tb>106<SEP>Gasturbinenkomponente <tb>108<SEP>Durchgangswelle <tb>110<SEP>Generator <tb>112<SEP>Schaufeln <tb>114<SEP>Turbinenmantelring <tb>116<SEP>Gehäuse <tb>118<SEP>Kühlstruktur <tb>120<SEP>erste Komponente <tb>122<SEP>zweite Komponente <tb>124<SEP>Unterseite <tb>126<SEP>Dichtungsschlitz <tb>128<SEP>Dichtung <tb>130<SEP>Vorderseitenoberfläche <tb>132<SEP>Körper <tb>134<SEP>Oberfläche <tb>136<SEP>Kanal <tb>138<SEP>erste Oberfläche <tb>140<SEP>zweite Oberfläche <tb>142<SEP>Aussparung <tb>144<SEP>Stifte <tb>146<SEP>Öffnung <tb>148<SEP>Oberseite <tb>150<SEP>erhöhte Elemente <tb>152<SEP>Scheitel <tb>154<SEP>poröser Schaum <tb>156<SEP>Öffnung <tb>158<SEP>Verbindungsoberfläche <tb>160<SEP>Schaufelblatt <tb>218<SEP>Kühlstruktur <tb>232<SEP>Körper <tb>236<SEP>Kanal <tb>238<SEP>erste Oberfläche <tb>240<SEP>zweite Oberfläche

Claims

1. Turbomaschine, aufweisend: mehrere mit einer Rotorwelle verbundene Schaufeln; und einen angrenzend an die mehreren Schaufeln positionierten Turbinenmantelring, wobei der Turbinenmantelring enthält: einen Dichtungsschlitz; und eine in dem Kühlschlitz positionierte Kühlstruktur, wobei die Kühlstruktur einen mit einer Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körper hat, wobei der Körper einen Kanal auf einer ersten Oberfläche des Körpers zum Zuführen eines Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz enthält.

2. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur mit der Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbunden ist.

3. Turbomaschine nach Anspruch 2, wobei die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur mit der Oberfläche des Schlitzes durch eines von: Hartlötung, Verschweissung oder Diffusionsverbindung verbunden ist.

4. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei die Kühlstruktur ferner eine zweite Oberfläche des mit der Oberfläche des Dichtungsschlitzes verbundenen Körpers aufweist, wobei die zweite Oberfläche des Körpers der ersten Oberfläche des Körpers gegenüberliegt.

5. Turbomaschine nach Anspruch 4, wobei die Kühlstruktur ferner einen Kanal auf der zweiten Oberfläche des Körpers zur Zuführung des Kühlfluids zu dem Dichtungsschlitz aufweist.

6. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei der Kanal der Kühlstruktur jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine eine Aussparung auf der ersten Oberfläche des Körpers aufweist.

7. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche des Körpers der Kühlstruktur wenigstens eines aufweist von: mehreren Stiften, die sich aus der ersten Oberfläche des Körpers erstrecken, wobei jedes benachbarte Paar von den mehreren Stiften eine Öffnung dazwischen hat, oder mehreren erhöhten Elemente, die sich aus der ersten Oberfläche des Körpers erstrecken, wobei jedes benachbarte Paar der mehreren erhöhten Elemente eine Öffnung dazwischen hat.

8. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei sich der Kanal der Kühlstruktur auf der ersten Oberfläche entlang einer Längsausdehnung des Körpers erstreckt.

9. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei der Körper der Kühlstruktur jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine einen im Wesentlichen porösen Schaum enthält und der Kanal eine Öffnung in dem im Wesentlichen porösen Schaum enthält, um das Kühlfluid dem Dichtungsschlitz zuzuführen.

10. Turbomaschine nach Anspruch 1, wobei die Kühlstruktur jeder vorstehend erwähnten Turbomaschine eine vorgesinterte Vorform enthält.