CH708326A2

CH708326A2 - Gasturbinen-Deckbandkühlung.

Info

Publication number: CH708326A2
Application number: CH01042/14A
Authority: CH
Inventors: Christopher Donald Porter; Gregory Thomas Foster; David Wayne Weber; Aaron Ezekiel Smith; Michelle J Rogers
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2014-07-09
Publication date: 2015-01-15
Also published as: CN204253116U; DE102014109288A1; JP2015017608A; US20150013345A1

Abstract

Ein Deckbandsegment (130) für ein Gehäuse einer Gasturbine enthält einen Körper, der zur Befestigung an dem Gehäuse in der Nähe einer lokalisierten kritischen Prozessstelle (144) in dem Gehäuse eingerichtet ist. Der Körper hat eine Vorderkante (132), eine Hinterkante (134) und zwei Seitenkanten (136, 138). Die kritische Prozessstelle (144) befindet sich zwischen der Vorderkante (132) und der Hinterkante (134), wenn der Körper an dem Gehäuse befestigt ist. Ein Kühlkanal (146, 148, 158, 160) ist in dem Körper entlang einer von den Seitenkanten (136, 138) mit einem Einlass (166, 154) oder einem Auslass (152, 164) in der Nähe der kritischen Prozessstelle (144) definiert. Der Kühlkanal (146, 148, 158, 160) ist gross genug dimensioniert, um die eine an den Kühlkanal (146, 148, 158, 160) angrenzende Seitenkante (136, 138) auf ein gewünschtes Niveau während des Betriebs der Gasturbine zu kühlen. Die kritischen Prozessstellen (144) können auf Temperaturen, Drücke oder andere messbare Merkmale bezüglich der Gasturbine während ihrer Nutzung bezogen sein.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung richtet sich allgemein auf die Kühlung eines Turbinendeckbandelementes, das in einem Heissgaspfad der Turbine angeordnet sein kann.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Turbinen werden in grossem Umfang in einer Vielzahl von Luftfahrt-, Industrie- und Stromerzeugungsanwendungen zum Verrichten von Arbeit eingesetzt. Jede Turbine enthält im Wesentlichen abwechselnde Stufen von in Umfangsrichtung montierten Statorleitschaufeln und rotierenden Laufschaufeln. Die Statorleitschaufeln können an einer stationären Komponente, wie z.B. einem Gehäuse, befestigt sein, das die Turbine umgibt, und die rotierenden Laufschaufeln können an einem entlang einer axialen Mittellinie der Turbine angeordneten Rotor befestigt sein. Ein verdichtetes Arbeitsfluid, wie z.B. Dampf, Verbrennungsgase oder Luft, strömt entlang eines Gaspfades durch die Turbine zum Erzeugen von Arbeit. Die Statorleitschaufeln beschleunigen und leiten das verdichtete Arbeitsfluid auf die nachfolgende Stufe rotierender Laufschaufeln, um den rotierenden Laufschaufeln eine Bewegung zu verleihen und somit den Rotor zu drehen und Arbeit zu verrichten. Wenn sich etwas von dem verdichteten Arbeitsfluid radial ausserhalb des gewünschten Strömungspfades bewegt, kann sich der Wirkungsgrad der Turbine verringern. Demzufolge enthält das die Turbine umgebende Gehäuse oft radial innere Schalen von Deckbändern, die oft in Segmenten ausgebildet sind. Die Deckbänder umgeben und definieren den Aussenumfang des Heissgaspfades und können sowohl um die Statorleitschaufeln als auch die rotierenden Laufschaufeln herum angeordnet sein.

[0003] Die Turbinendeckbänder werden typischerweise in der gleichen Weise gekühlt, um von dem Heissgaspfad übertragene Wärme abzuführen. Das U.S. Patent 7,284,954 beschreibt ein Turbinendeckbandsegment, das viele maschinell durch das Turbinendeckband hindurch erzeugte kleine Kühlfluidkanäle enthält. Ein Fluid, wie z.B. Druckluft von einem stromaufwärts liegenden Verdichter, kann durch die Fluidkanäle zum Kühlen des Turbinendeckbandes zugeführt werden. Andere Deckbandsegmente nutzen nur einen grösseren eingegossenen «Kern»-Strömungspfad statt der mehreren kleineren maschinell erzeugten Kanäle wie oben. Der Kern erstreckt sich entlang einer gesamten Seite des Deckbandsegmentes von einem axial stromaufwärtigen Ende zu einem axial stromabwärtigen Ende.

[0004] Obwohl beide Arten von Deckbandsegmentkühlkanälen einwandfrei arbeiten, wären weitere Verbesserungen im System zum Kühlen von Turbinendeckbändern willkommen, insbesondere Systeme, die den Kühlungsanteil verbessern, der von einem gegebenen Strom bereitgestellt wird und/oder der eine axial selektive gezielte Kühlung an gewünschten Stellen entlang der Deckbandsegmente ermöglicht.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0005] Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden.

[0006] Gemäss bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenlegung kann ein Deckbandsegment für ein Gehäuse einer Gasturbine einen Körper enthalten, der zur Befestigung an dem Gehäuse in der Nähe einer lokalisierten kritischen Prozessstelle in dem Gehäuse eingerichtet ist. Der Körper hat eine Vorderkante, eine Hinterkante und zwei Seitenkanten sowie eine dem Gehäuse zugewandte erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende einem Heissgaspfad zugewandte zweite Oberfläche. Die kritische Prozessstelle befindet sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante, wenn der Körper an dem Gehäuse befestigt ist. Wenigstens zwei Kühlkanäle sind in dem Körper entlang einer von den Seitenkanten definiert. Ein erster von den Kühlkanälen hat einen Einlass und erstreckt sich zu einem Auslass, wovon einer von dem Einlass oder Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt. Ein zweiter von den Kühlkanälen hat einen Einlass und erstreckt sich zu einem Auslass, wovon einer von dem Einlass oder Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt. Der erste und der zweite Kühlkanal sind gross genug dimensioniert, um die eine Seitenkante auf ein gewünschtes Niveau während des Betriebs der Gasturbine zu kühlen. Verschiedene Optionen und Modifikationen sind möglich.

[0007] Der erste Kühlkanal des Deckbandsegmentes kann einen ersten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen zweiten Abschnitt entlang der einen Seitenkante haben.

[0008] Der zweite Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes kann einen ersten Abschnitt entlang der einen Seitenkante und einen zweiten Abschnitt entlang der Hinterkante haben.

[0009] Das Deckbandsegment jedes vorstehend erwähnten Typs kann ferner wenigstens zwei zusätzliche Kühlkanäle entlang der anderen von den Seitenkanten haben, wobei die zwei zusätzlichen Kühlkanäle im Wesentlichen symmetrisch zu den wenigstens zwei Kühlkanälen unter Bezugnahme auf eine Mittenebene des sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstreckenden Körpers sind.

[0010] Der erste Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes kann einen zweiten Auslass angrenzend an die kritische Prozessstelle entlang der anderen Seitenkante haben.

[0011] Der erste Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes kann einen ersten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen zweiten Abschnitt entlang der einen Seitenkante, einen dritten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen vierten Abschnitt entlang der anderen Seitenkante haben.

[0012] Der zweite Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes kann einen zweiten Einlass angrenzend an die kritische Prozessstelle entlang der anderen Seitenkante haben.

[0013] Der zweite Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes kann einen ersten Abschnitt entlang der einen Seitenkante und einen zweiten Abschnitt entlang der Hinterkante, einen dritten Abschnitt entlang der anderen Seitenkante und einen vierten Abschnitt entlang der Hinterkante haben.

[0014] Der zweite Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes kann mehrere Auslässe enthalten.

[0015] Der Körper und der erste und zweite Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes können aus gegossenem Metall gestaltet sein.

[0016] Gemäss bestimmten weiteren Aspekten der vorliegenden Offenlegung kann eine Gasturbine einen Verdichterbereich, einen Verbrennungsbereich stromabwärts von dem Verdichterbereich und einen Turbinenbereich stromabwärts von dem Verbrennungsbereich enthalten. Der Turbinenbereich enthält ein eine lokalisierte kritische Prozessstelle definierenden Gehäuse und mehrere in Umfangsrichtung an dem Gehäuse befestigte Deckbandsegmente. Jedes Deckbandsegment enthält einen zur Befestigung an dem Gehäuse eingerichteten Körper. Wenigstens einer von den Körpern hat eine Vorderkante, eine Hinterkante und zwei Seitenkanten, sowie eine dem Gehäuse zugewandte erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende einem Heissgaspfad zugewandte zweite Oberfläche. Die kritische Prozessstelle befindet sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante, wenn der Körper an dem Gehäuse befestigt ist. Wenigstens zwei Kühlkanäle sind in dem Körper entlang einer von den Seitenkanten definiert. Ein erster von den Kühlkanälen hat einen Einlass und erstreckt sich zu einem Auslass, wobei einer von dem Einlass oder dem Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt. Ein zweiter von den Kühlkanälen hat einen Einlass und erstreckt sich zu einem Auslass, wobei einer von dem Einlass oder dem Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt. Der erste und der zweite Kühlkanal sind ausreichend gross gestaltet, um die eine Seitenkante auf ein gewünschtes Niveau während des Betriebs der Gasturbine zu kühlen. Wie vorstehend sind verschiedene Optionen und Modifikationen möglich.

[0017] Der erste Kühlkanal der Gasturbine kann einen ersten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen zweiten Abschnitt entlang der einen Seitenkante haben.

[0018] Die Gasturbine jedes vorstehend erwähnten Typs kann ferner wenigstens zwei zusätzliche Kühlkanäle entlang der anderen von den Seitenkanten haben, wobei die zwei zusätzlichen Kühlkanäle im Wesentlichen symmetrisch zu den wenigstens zwei Kühlkanälen unter Bezugnahme auf eine Mittenebene des sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstreckenden Körpers sind.

[0019] Die Gasturbine jedes vorstehend erwähnten Typs kann ferner wenigstens zwei zusätzliche Kühlkanäle entlang der anderen von den Seitenkanten haben, wobei die zwei zusätzlichen Kühlkanäle im Wesentlichen symmetrisch zu den wenigstens zwei Kühlkanälen unter Bezugnahme auf eine Mittenebene des Körpers sind, der sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstreckt.

[0020] Der erste Kühlkanal von jeder vorstehend erwähnten Gasturbine kann einen zweiten Auslass angrenzend an die kritische Prozessstelle entlang der anderen Seitenkante haben.

[0021] Der erste Kühlkanal jeder vorstehend erwähnten Gasturbine kann einen ersten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen zweiten Abschnitt entlang der einen Seitenkante, einen dritten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen vierten Abschnitt entlang der anderen Seitenkante haben.

[0022] Der zweite Kühlkanal jeder vorstehend erwähnten Gasturbine kann einen zweiten Einlass angrenzend an die kritische Prozessstelle entlang der anderen Seitenkante haben.

[0023] Der zweite Kühlkanal jeder vorstehend erwähnten Gasturbine kann einen ersten Abschnitt entlang der einen Seitenkante und einen zweiten Abschnitt entlang der Hinterkante, einen dritten Abschnitt entlang der anderen Seitenkante und einen vierten Abschnitt entlang der Hinterkante haben.

[0024] Der zweite Kühlkanal jedes vorstehend erwähnten Deckbandsegmentes kann mehrere Auslässe enthalten.

[0025] Der Körper und der erste und zweite Kühlkanal jeder vorstehend erwähnten Gasturbine können aus gegossenem Metall gestaltet sein.

[0026] Der Fachmann wird die Merkmale und Aspekte derartiger Ausführungsformen besser nach Überprüfung der Patentschrift erkennen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0027] Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Erfindung einschliesslich ihrer besten Ausführungsart für den Fachmann wird nachstehend ausführlicher in dem Rest der Patentschrift unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:

[0028] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Gasturbine ist, die Aspekte der vorliegenden Offenlegung beinhaltet;

[0029] Fig. 2 eine vereinfachte Querschnittsansicht eines Abschnittes der Gasturbine von Fig. 1 ist, der ein Deckbandsegment darstellt;

[0030] Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Deckbandsegment wie in Fig. 2 ist;

[0031] Fig. 4 eine Seitenansicht des Deckbandsegmentes von Fig. 3 ist;

[0032] Fig. 5 eine Schnittansicht des Deckbandes entlang der Linie 5–5 in Fig. 3 ist;

[0033] Fig. 6 eine isometrische Ansicht des Deckbandsegmentes von Fig. 3 ist;

[0034] Fig. 7 eine Draufsicht auf ein erstes alternatives Deckbandsegment ist;

[0035] Fig. 8 eine Draufsicht auf ein zweites alternatives Deckbandsegment ist; und

[0036] Fig. 9 eine Draufsicht auf ein drittes alternatives Deckbandsegment ist.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

[0037] Es wird nun im Detail auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Zahlen- und Buchstabenbezeichnungen, um sich auf Merkmale in den Zeichnungen zu beziehen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen oder in der Beschreibung wurden verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung zu bezeichnen. So wie hierin verwendet, können die Begriffe «erst..», «zweit..» und «dritt..» austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sollen keine Lage oder Bedeutung der individuellen Komponenten anzeigen. Zusätzlich beziehen sich die Begriffe «stromaufwärts» und «stromabwärts» auf die relative Lage von Komponenten in einem Fluidstrompfad. Beispielsweise befindet sich die Komponente A stromaufwärts von der Komponente B, wenn ein Fluid von der Komponente A zu der Komponente B strömt. Umgekehrt befindet sich die Komponente B stromabwärts von der Komponente A, wenn die Komponente B einen Fluidstrom von der Komponente A empfängt.

[0038] Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung gegeben. Tatsächlich wird es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten beinhalten, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

[0039] Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer exemplarischen Gasturbine, die ein Deckbandelement gemäss der vorliegenden Offenlegung enthalten kann. Gemäss Darstellung enthält die Gasturbine 11Q einen Einlassbereich III, einen Verdichterbereich 112, einen Verbrennungsbereich 114, einen Turbinenbereich 116 und einen Abgasbereich 117. Eine Welle (Rotor) 122 kann dem Verdichterbereich 112 und dem Turbinenbereich 116 gemeinsam sein und kann ferner eine Verbindung zu einem Generator 105 zur Erzeugung von Elektrizität herstellen.

[0040] Der Verdichterbereich 112 kann einen Axialströmungsverdichter enthalten, in welchen ein Arbeitsfluid 100, wie z.B. Umgebungsluft in den Verdichter von dem Einlassbereich III aus eintritt, und abwechselnde Stufen 113 von stationären Leitschaufeln und rotierenden Laufschaufeln (dargestellt in Fig. 1 ) passiert. Das Verdichtergehäuse 118 schliesst das Arbeitsfluid 100 ein, während die stationären Leitschaufeln und rotierenden Laufschaufeln das Arbeitsfluid beschleunigen und umlenken, um einen kontinuierlichen Strom von verdichtetem Arbeitsfluid zu erzeugen. Der Grossteil des verdichteten Arbeitsfluids strömt stromabwärts durch den Verbrennungsbereich 114 und dann durch den Turbinenbereich 116.

[0041] Der Verbrennungsbereich 114 kann jede Art von im Fachgebiet bekannter Brennkammer enthalten. Ein Brennkammergehäuse 115 kann in Umfangsrichtung einen Teil oder den gesamten Verbrennungsbereich 114 umgeben, um das verdichtete Arbeitsfluid 100 aus dem Verdichterbereich 112 einem Brennraum 119 zuzuführen. Brennstoff 101 wird ebenfalls dem Brennraum 119 zugeführt. Mögliche Brennstoffe umfassen beispielsweise einen oder mehr von Hochofengas, Koksofengas, Erdgas, verdampftem flüssigen Erdgas (LNG), Wasserstoff und Propan. Das verdichtete Arbeitsfluid 100 mischt sich mit dem Brennstoff 101 in dem Brennraum 119, wo es zum Erzeugen von Verbrennungsgasen mit hoher Temperatur und Druck verbrennt. Die Verbrennungsgase treten dann in den Turbinenbereich 116 ein.

[0042] Gemäss Darstellung in den Fig. 1 und 2 sind in dem Turbinenbereich 116 abwechselnde Stufen rotierender Laufschaufeln 124 und stationärer Leitschaufeln 126 am Rotor 122 bzw. am Turbinengehäuse 120 befestigt. Das Arbeitsfluid 100, wie z.B. Dampf, Verbrennungsgase oder Luft, strömt entlang eines Heissgaspfades durch eine Turbine 110 von links nach rechts gemäss Darstellung in Fig. 2 . Die erste Stufe stationärer Leitdüsen 126 beschleunigt und lenkt das Arbeitsfluid 100 auf die erste Stufe rotierender Laufschaufeln 124, was die erste Stufe rotierender Laufschaufeln 124 und den Rotor 122 dazu bringt, sich zu drehen. Das Arbeitsfluid 100 strömt dann über die zweite Stufe stationärer Leitdüsen 126, welche das Arbeitsfluid beschleunigen und auf die nächste Stufe rotierender Laufschaufeln (siehe Fig. 1 ) umlenken, und der Vorgang wiederholt sich für jede nachfolgende Stufe.

[0043] Wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, kann der radial innere Abschnitt des Turbinengehäuses 120 eine Reihe von Deckbändern 128 enthalten. Die Deckbänder 128 in Fig. 1 sind um Laufschaufeln 124 herum ausgebildet. Fig. 2 stellt sowohl um Laufschaufeln 124 als auch Leitschaufeln 126 ausgebildete Deckbänder 128 dar. Die Deckbänder 128 können in Segmenten ausgebildet sein, wie z.B. als Segment 130 der Fig. 2 – 6 . Es dürfte sich verstehen, dass, obwohl ein Beispiel eines Deckbandsegmentes in Bezug auf eine Laufschaufel 124 dargestellt ist, die vorliegende Offenlegung auch um Leitschaufeln 124 herum ausgebildete Deckbandsegmente beinhaltet. Daher sollte es keine Einschränkung bezüglich der Lage von Deckbändern in dem Gehäuse 120 geben.

[0044] Gemäss Darstellung in Fig. 3 kann jedes Deckbandsegment 130 im Wesentlichen einen Körper mit mehreren Seiten aufweisen. Insbesondere hat jedes Segment 130 eine Vorderkante 132, eine Hinterkante 134 und zwei Seitenkanten 136 und 138. Eine erste Oberfläche 140 ist (radial nach aussen) dem Gehäuse 120 zugewandt und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche 142 ist (radial nach innen) dem Heissgaspfad zugewandt, wo das Arbeitsfluid 100 strömt.

[0045] Eine (nachstehend definierte) kritische Prozessstelle 144 befindet sich zwischen der Vorderkante 132 und der Hinterkante 134, im Wesentlichen zu den rotierenden Laufschaufeln 124 ausgerichtet. Die kritische Prozessstelle 144 könnte beispielsweise eine Stelle maximaler oder anderer kritischer Temperatur entlang des Segmentes während eines Gasturbineneinsatzes, eine Stelle maximalen oder anderen kritischen Druckes entlang des Segmentes während des Gasturbineneinsatzes, eine Stelle eines maximalen oder anderen kritischen gasseitigen Wärmeübertragungskoeffizienten oder eine Stelle maximaler oder anderer kritischer Belastung sein. Die kritische Prozessstelle 144 könnte eine Stelle sein, wo Kühlgase in das Segment nach Durchlaufen eines Kanals eintreten oder austreten können, um eine ausreichende Kühlung des Segmentes zu ermöglichen, während gleichzeitig Rückstromspielraumeinschränkungen berücksichtigt werden.

[0046] Ausserdem muss die kritische Prozessstelle kein absolutes Maximum sein, sie könnte jeder beliebige gewünschte Wert sein, der dazu genutzt werden kann, optimale Strömungs- und Wärmeübertragungseigenschaften in der Gasturbine oder in dem Segment selbst zu bestimmen. Viel hängt von den gewünschten Eigenschaften der Gasturbinenströmung an der Stelle des Segmentes 130 usw. ab. Die kritische Prozessstelle entlang des Segmentes 130 könnte bei unterschiedlichen Stufen in einer Gasturbine variieren. Ferner könnten zwei oder mehr derartige kritischer Prozessstellen entlang nur eines Elementes 130 vorhanden sein.

[0047] Wenigstens zwei Kühlkanäle 146, 148 sind in dem Segment 130 entlang einer von den Seitenkanten 136 definiert. Der erste Kühlkanal 146 hat einen Einlass 150, der (wie dargestellt) auf der ersten Oberfläche 140 in der Nähe der Vorderkante 132 liegen kann. Der erste Kühlkanal 146 hat auch einen an die kritische Prozessstelle 144 angrenzenden Auslass 152. Der zweite Kühlkanal 148 hat einen Einlass 154, der (wie dargestellt) auf der ersten Oberfläche 140 angrenzend an die kritische Prozessstelle 144 liegen kann. Der zweite Kühlkanal 148 hat wenigstens einen Auslass 156, der (wie dargestellt) in der Nähe der Hinterkante 134 liegen kann.

[0048] Es dürfte sich verstehen, dass die Strömung durch einen oder beide Kanäle 146, 148 umgekehrt zu der sein kann, welche dargestellt ist. Beispielsweise könnte die Strömung im ersten Kanal 146 entgegengesetzt (stromaufwärts gerichtet) zu der durch den zweiten Kanal 148 sein. Mit anderen Worten, die Strömung könnte von der Öffnung 152 zur Öffnung 150 (Umkehrung der Einlass/Auslass-Funktionen) verlaufen, wenn dieses gewünscht ist. Die Strömung durch den zweiten Kanal 148 könnte ebenfalls ähnlich umgekehrt sein.

[0049] Der erste und zweite Kühlkanal 146, 148 können durch Giessen statt durch mechanische Bearbeitung erzeugt sein. Beispielsweise könnte, wie es bekannt ist, eine Form verwendet werden, in welcher eine Füllsubstanz bereitgestellt wird, die mit dem Pfad des erstes und zweites Kühlkanals 146, 148 übereinstimmt, wobei die Füllsubstanz ausgebrannt und/oder chemisch entfernt wird, um anschliessend die Kanäle zu hinterlassen. Eine derartige Herstellung unter Anwendung von Giessen wenigstens eines Abschnittes der Kanäle kann kosteneffektiver als eine mechanische Bearbeitung der Kanäle oder mehrere kleinere Kanäle sein. Selbst wenn die Kanäle im Wesentlichen durch Giessen geformt werden, können Einlasse und Auslässe zu den Kanälen oder anderen Einrichtungen als Teil der Herstellung mechanisch bearbeitet werden.

[0050] Der erste und zweite Kühlkanal 146, 148 können ausreichend gross gestaltet sein, um die Seitenkante 136 und/ oder einen betroffenen Bereich auf einen gewünschten Pegel während des Betriebs der Gasturbine zu kühlen. Die Kanalgrössen sind so gestaltet, dass sie einen ausreichenden Strom ermöglichen, dass Rückstromreserven beachtet werden und die Wärmeübertragung zum Kühlen des Segmentes 130 auf eine gewünschte Temperatur ausreichend ist. Falls gewünscht, kann in einem Beispiel einer Gasturbine, ein Segment 130 mit einer Länge von ca. 16,5 cm (ca. 6,5 Inches), einer Breite von ca. 7,6 cm (ca. 3,0 Inches) und einer allgemeinen Dicke von 0,64 cm (ca. 0,25 Inches), die Kanäle 146, 148 einen Querschnitt von ca. 10,16 cm2 (ca. 0,025 Quadratinches) haben. Demzufolge sind zahlreiche entlang der Stellen der Kühlkanäle 146, 148 verteilte kleine Kanäle zum Kühlen des Segmentes 130 nicht erforderlich.

[0051] Gemäss Darstellung kann ein zusätzlicher Satz von Kühlkanälen 158, 160 auf einer anderen Seitenkante 138 vorgesehen sein. Die Kanäle 158, 160 können, falls gewünscht, aber nicht notwendigerweise, im Wesentlichen symmetrisch zu den Kanälen 146, 148 entlang einer zwischen der Vorderkante 132 und der Hinterkante 134 verlaufenden Mittenachse sein. Wie vorstehend hat der erste Kühlkanal 158 einen Einlass 162, welcher sich (wie dargestellt) auf der ersten Oberfläche 140 in der Nähe der Vorderkante 132 befinden kann. Der erste Kühlkanal 158 hat auch einen an die kritische Prozessstelle 144 angrenzenden Auslass 164. Der zweite Kühlkanal 160 hat einen Einlass 166, welcher sich (wie dargestellt) auf der ersten Oberfläche 140 angrenzend an die kritische Prozessstelle 144 befinden kann. Der zweite Kühlkanal 160 hat wenigstens einen Auslass 168, welcher sich (wie dargestellt) in der Nähe der Hinterkante 134 befinden kann. Gemäss Darstellung sind der Einlass 150 und der Einlass 162 ein gemeinsamer einziger Einlass. Jedoch können, wie nachstehend diskutiert, die Einlasse 150, 162 getrennt sein.

[0052] Verschiedene Optionen und Modifikationen sind möglich. Beispielsweise können gemäss Darstellung in Fig. 3 die beiden zweiten Kanäle 148, 160 mehrere Auslässe 156, 168 haben, welche sich entlang der Hinterkante 134 befinden können. Derartige mehrfache Ausgänge können maschinell hergestellt oder gegossen sein und können zum Kühlen der Hinterkante 134 eingesetzt werden, wenn sie ausreichend von den zweiten Kanälen 148, 160 beabstandet ist, um eine zusätzliche Kühlung zu erfordern. Einige oder alle von derartigen mehrfachen Auslässen könnten stattdessen oder auch das Austrittssegment 130 an anderen Stellen als der Hinterkante 134, falls gewünscht, verlassen.

[0053] Alternativ hat gemäss Darstellung in Fig. 7 , das modifizierte Segment 130 ́ erste Kanäle 146 ́, 158 ́, jeden mit seinen eigenen individuellen Einlass 150, 162 mit ersten Abschnitten 170, 172 und zweiten Abschnitten 174, 176, die zu Auslässen 152, 164 führen. Gemäss Darstellung in Fig. 3 stehen die ersten Abschnitte 170, 172 miteinander in Verbindung. Falls gewünscht, könnten einige oder alle von den Einlassen im Segment 130 oder 130 ́ anderswo als auf der ersten Oberfläche 140 angeordnet sein.

[0054] Als weitere Alternative hat gemäss Darstellung in Fig. 8 das modifizierte Segment 130» zweite Kanäle 148 ́, 160 ́, jeder mit individuellen Einlassen 154, 166, die zu ersten Abschnitten 178, 180 und zweiten Abschnitten 182, 184 und dann wie vorstehend zu dem/den Auslässen 156, 168 führen. Jedoch stehen die zweiten Abschnitte 182, 184 in Fig. 8 miteinander in Verbindung. Daher könnte statt des in Fig. 3 dargestellten Aufbaus, der einen ersten Kanal stromaufwärts von der Stelle 144 und zwei zweite Kanäle stromabwärts von der Stelle 144 hat, ein Deckbandsegment gemäss Darstellung in Fig. 8 mit einem stromaufwärtigen Kanal und einem stromabwärtigen Kanal, der entlang der Seitenkanten 136, 138 an der Stelle 144 aufgeteilt ist, hergestellt werden.

[0055] Alternativ könnten gemäss Darstellung in Fig. 9 Aufteilungen an zwei oder mehr kritischen Prozessstellen entlang des Deckbandsegmentes vorgesehen sein. Entlang einer Seite des Segmentes 130 ́ ’ ’ erstreckt sich ein erster Kanal 146 vom Einlass 150 zum Auslass 152, ein zweiter Kanal 148 ́ erstreckt sich vom Einlass 154 zum Auslass 153 und ein dritter Kanal 179 erstreckt sich vom Einlass 155 zu Auslässen 156. In ähnlicher Weise erstreckt sich entlang der anderen Seite ein erster Kanal 155 vom Einlass 162 zum Auslass 164, ein zweiter Kanal 160 ́ vom Einlass 166 zum Auslass 165 und ein dritter Kanal 181 erstreckt sich vom Einlass 167 zu Auslässen 168. Demzufolge veranschaulicht Fig. 9 , dass mehr als nur eine Aufteilung zwischen der Vorderkante 132 und der Hinterkante 134 an kritischen Prozessstellen, falls gewünscht, hergestellt werden kann. Es dürfte sich verstehen, dass Aufteilungen nicht symmetrisch oder sogar entlang einer vorgegebenen Seite der Segmente oder zwischen Seiten der Segmente symmetrisch sein müssen.

[0056] Die vorstehenden Segmente können am Turbinengehäuse in verschiedenen bekannten Arten mittels Haken, Prallplatten, Klammern usw. befestigt sein. Die vorliegende Erfindung ist auf keinerlei derartige Befestigungsanordnung, Kühlmodus oder irgendein zum Kühlen des Deckbandsegmentes verwendetes spezielles Fluid beschränkt. Beispielsweise kann eine derartige Befestigung vorsehen oder auch nicht, dass das Kühlfluid erst auf die Segmente trifft, um eine Prallkühlung an dem Volumen des Segmentes zu erzeugen, bevor Fluid durch die offengelegten Kanäle strömt. Ausserdem können die Segmente Befestigungsstrukturen, Kühlkanalöffnungen usw. zum Aufnehmen, Berühren oder Kühlen der Düsen 126 enthalten, wenn die Segmente entlang einer Reihe von Leitdüsen im Gegensatz zu einer Reihe von Laufschaufeln 124 angeordnet sind.

[0057] Es wird angenommen, dass die verschiedenen Ausführungsformen der vorstehenden Deckbandsegmente mit niedrigeren Kosten als frühere Konstruktionen hergestellt werden können. Insbesondere können die Segmente gegossen oder geschmiedet werden, wobei eine reduzierte maschinelle Bearbeitung für Einlasse und Auslässe erforderlich ist, und die grösseren Kanäle durch Giessen geformt werden. Auf diese Weise kann das Deckband leicht so hergestellt werden, dass es die gewünschten Fluidkanäle enthält, die eine Kühlung für die Seiten des Segmentes bereitstellen. Durch Aufteilen der Kanäle an kritischen Prozessstellen 144, wo maximale Temperatur, Druck oder andere messbare Parameter (maximal oder nicht) vorliegen, kann die Kühlung vorteilhaft an einem gewünschten Punkt angeordnet werden, während gleichzeitig ein effizienterer Strom mit weniger Leckage bereitgestellt wird. Die Segmente können somit auf verschiedene Arten abgestimmt werden, um das thermische und strömungstechnische Verhalten zu verbessern.

[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] Ein Deckbandsegment für ein Gehäuse einer Gasturbine enthält einen Körper, der zur Befestigung an dem Gehäuse in der Nähe einer lokalisierten kritischen Prozessstelle in dem Gehäuse eingerichtet ist. Der Körper hat eine Vorderkante, eine Hinterkante und zwei Seitenkanten. Die kritische Prozessstelle befindet sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante, wenn der Körper an dem Gehäuse befestigt ist. Ein Kühlkanal ist in dem Körper entlang einer von den Seitenkanten mit einem Einlass oder einem Auslass in der Nähe der kritischen Prozessstelle definiert. Der Kühlkanal ist gross genug dimensioniert, um die eine an den Kühlkanal angrenzende Seitenkante auf ein gewünschtes Niveau während des Betriebs der Gasturbine zu kühlen. Die kritischen Prozessstellen können auf Temperaturen, Drücke oder andere messbare Merkmale bezüglich der Gasturbine während ihrer Nutzung bezogen sein.

Claims

1. Deckbandsegment für ein Gehäuse einer Gasturbine, aufweisend: einen Körper, der zur Befestigung an dem Gehäuse in der Nähe einer lokalisierten kritischen Prozessstelle in dem Gehäuse eingerichtet ist, wobei der Körper eine Vorderkante, eine Hinterkante und zwei Seitenkanten hat, der Körper eine dem Gehäuse zugewandte erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende einem Heissgaspfad zugewandte zweite Oberfläche hat, während sich die kritische Prozessstelle zwischen der Vorderkante und der Hinterkante befindet, wenn der Körper an dem Gehäuse befestigt ist; und wenigstens zwei in dem Körper in Bezug auf eine von den Seitenkanten definierte Kühlkanäle, wovon ein erster von den Kühlkanälen einen Einlass hat und sich zu einem Auslass erstreckt, einer von dem Einlass oder Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt, ein zweiter von den Kühlkanälen einen Einlass hat und sich zu einem Auslass erstreckt, einer von dem Einlass oder Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt, wobei der erste und der zweite Kühlkanal ausreichend gross dimensioniert sind, um die eine Seitenkante während des Betriebs der Gasturbine auf ein gewünschtes Niveau zu kühlen.

2. Deckbandsegment nach Anspruch 1, wobei der erste Kühlkanal einen ersten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen zweiten Abschnitt entlang der einen Seitenkante hat; und/oder wobei der zweite Kühlkanal einen ersten Abschnitt entlang der einen Seitenkante und einen zweiten Abschnitt entlang der Hinterkante hat.

3. Deckbandsegment nach Anspruch 1, das ferner wenigstens zwei zusätzliche Kühlkanäle entlang der anderen von den Seitenkanten enthält, wobei die zwei zusätzlichen Kühlkanäle im Wesentlichen symmetrisch zu den wenigstens zwei Kühlkanälen unter Bezugnahme auf eine Mittenebene des sich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante erstreckenden Körpers sind.

4. Deckbandsegment nach Anspruch 1, wobei der erste Kühlkanal einen zweiten Auslass angrenzend an die kritische Prozessstelle entlang der anderen Seitenkante hat; und/oder wobei der erste Kühlkanal einen ersten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen zweiten Abschnitt entlang der einen Seitenkante, einen dritten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen vierten Abschnitt entlang der anderen Seitenkante enthält.

5. Deckbandsegment nach Anspruch 1, wobei der zweite Kühlkanal einen zweiten Einlass angrenzend an die kritische Prozessstelle entlang der anderen Seitenkante hat.

6. Deckbandsegment nach Anspruch 1, wobei der zweite Kühlkanal ersten Abschnitt entlang der einen Seitenkante und einen zweiten Abschnitt entlang der Hinterkante, einen dritten Abschnitt entlang der anderen Seitenkante und einen vierten Abschnitt entlang der Hinterkante enthält.

7. Deckbandsegment nach Anspruch 1, wobei der zweite Kühlkanal mehrere Auslässe enthält.

8. Deckbandsegment nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Kühlkanal aus gegossenem Metall gestaltet sind.

9. Gasturbine, aufweisend: einen Verdichterbereich; einen Verbrennungsbereich stromabwärts von dem Verdichterbereich; und einen Turbinenbereich stromabwärts von dem Verbrennungsbereich, wobei der Turbinenbereich ein eine lokalisierte kritische Prozessstelle definierendes Gehäuse und mehrere in Umfangsrichtung an dem Gehäuse befestigte Deckbandsegmente enthält, wovon jedes Deckbandsegment enthält: einen zur Befestigung an dem Gehäuse eingerichteten Körper, wovon wenigstens einer von den Körpern eine Vorderkante, eine Hinterkante und zwei Seitenkanten hat, der Körper eine dem Gehäuse zugewandte erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende einem Heissgaspfad zugewandte zweite Oberfläche hat, wobei sich die kritische Prozessstelle zwischen der Vorderkante und der Hinterkante befindet, wenn der Körper an dem Gehäuse befestigt ist; und wenigstens zwei in dem Körper in Bezug auf eine von den Seitenkanten definierte Kühlkanäle, wovon ein erster von den Kühlkanälen einen Einlass hat und sich zu einem Auslass erstreckt, einer von dem Einlass oder dem Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt, ein zweiter von den Kühlkanälen einen Einlass hat und sich zu einem Auslass erstreckt, einer von dem Einlass oder dem Auslass an die kritische Prozessstelle angrenzt, wobei der erste und der zweite Kühlkanal ausreichend gross gestaltet sind, um die eine Seitenkante auf ein gewünschtes Niveau während des Betriebs der Gasturbine zu kühlen.

10. Gasturbine nach Anspruch 9, wobei der erste Kühlkanal einen ersten Abschnitt entlang der Vorderkante und einen zweiten Abschnitt entlang der einen Seitenkante hat; und/oder wobei der zweite Kühlkanal einen ersten Abschnitt entlang der der einen Seitenkante und einen zweiten Abschnitt entlang der Hinterkante hat.