CH708487A2 - Verfahren und System zum Kühlen von Laufschaufel-Engelsflügeln. - Google Patents

Abstract

Es wird ein System (202) zum Kühlen eines Engelsflügels (224), der mit einer Laufschaufel (216) in einer Gasturbine (200) verbunden ist, geschaffen. Ein Engelsflügel (224), der mit einem Schaft (220) einer Laufschaufel (216) verbunden ist, weist mindestens einen Kühlkanal (230) auf, der sich von mindestens einer Einlassöffnung (236), die mit einem Radinnenraum (244) der Gasturbine in Strömungsverbindung steht, zu mindestens einer Auslassöffnung (232) erstreckt, die mit einem äusseren Rotor-Stator-Hohlraum der Gasturbine in Strömungsverbindung steht. Die mindestens eine Auslassöffnung (232) ist in einer oberen Oberfläche (234) des Engelsflügels angeordnet. Der mindestens eine Kühlkanal (230) empfängt unter Druck stehende Kühlluft, die aus dem Radinnenraum geleitet wird, so dass die unter Druck stehende Kühlluft in die mindestens eine Einlassöffnung (236) geleitet wird und aus der mindestens einen Auslassöffnung (232) ausgetragen wird.

Description

Allgemeiner Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft allgemein Turbinen und insbesondere kühlende Engelsflügelstrukturen, die in Gasturbinen verwendet werden.

[0002] Zumindest einige bekannte Gasturbinen weisen einen äusseren Rotor-Stator-Hohlraum, durch den heisse Verbrennungsgase strömen, und einen Radinnenraum auf, der Komponenten aufweist, die aus Materialien hergestellt sind, die eine Temperaturbeständigkeit aufweisen, die niedriger ist als für Temperaturen, die im äusseren Rotor-Stator-Hohlraum herrschen. Ferner weisen zumindest einige Gasturbinen Rotorschaufeln auf. Eine Rotorschaufel weist einen Schaft und eine Verbindungsstruktur auf, die mit dem Schaft verbunden ist, beispielsweise einen Schwalbenschwanz, der verwendet wird, um eine Rotorschaufel mit einem Rotor- bzw. Laufrad zu verbinden. Mit dem Schaft ist ausserdem ein Laufschaufel verbunden. Bei zumindest einigen bekannten Rotorschaufelkonstruktionen weist der Schaft vordere und hintere Wände auf, die sich in Bezug auf eine Drehachse der Gasturbine quer erstrecken. Ausserdem ist bei zumindest einigen bekannten Gasturbinen mit einer Rotorschaufel und dem Laufrad mindestens eine Abdeckplatte verbunden, um die Vermeidung von Gaslecks zwischen ihnen zu erleichtern.

[0003] Bei zumindest einigen bekannten Rotorschaufelkonstruktionen erstrecken sich Strukturen, die gemeinhin als «Engelsflügel» bezeichnet werden, vom Schaft aus in axialer Richtung nach vorne und hinten. In zumindest einigen bekannten Gasturbinen sind mindestens zwei Engelsflügel vorgesehen, die von einer nach oben gewandten Schaftwand und/oder einer nach unten gewandten Schaftwand einer Rotorschaufel ausgehen, so dass ein erster Engelsflügel (im Folgenden als «unterer» Engelsflügel bezeichnet) von einem zweiten Engelsflügel (im Folgenden als «oberer» Engelsflügel bezeichnet) radial einwärts angeordnet ist. Wenn zwei Engelsflügel vorhanden sind und in die gleiche Richtung gewandt sind (z.B. von einer Vorderfläche eines Schafts ausgehen), erleichtert der obere oder äusserste Engelsflügel die Verhinderung einer Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen in einen Zwischenspeicherhohlraum, der zwischen den oberen und unteren Engelsflügeln definiert ist, und sowohl die oberen als auch die unteren Engelsflügel erleichtern die Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen in den Radinnenraum. Eine Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen ist günstig, um eine Verhinderung einer Beschädigung an Komponenten des Radinnenraums wegen der Einwirkung von heissen Verbrennungsgasen zu erleichtern.

[0004] Bei zumindest einigen bekannten Gasturbinen wird Kühlluft unter Druck in den Radinnenraum geleitet, um die Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen in den Radinnenraum zu erleichtern. Jedoch kann das Leiten von Kühlluft in den Radinnenraum die Wirkung haben, dass der Motorwirkungsgrad herabgesetzt wird. Infolgedessen werden Gasturbinen-Designs entwickelt, bei denen die Menge an Kühlluft verringert ist, die in den Radinnenraum geleitet wird. Darüber hinaus werden in zumindest einigen bekannten Gasturbinen die Verbrennungszündtemperaturen erhöht. Somit stellen die Bereitstellung einer Kühlung für Gasturbinenkomponenten, insbesondere Komponenten innerhalb des Radinnenraums, und die Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen Herausforderungen für die Entwickler von Gasturbinen dar.

[0005] Bei zumindest einigen bekannten Gasturbinen werden obere Oberflächen der Engelsflügel, insbesondere der oberen Engelsflügel, wenn sowohl obere als auch untere Engelsflügel bereitgestellt werden, den heissen Verbrennungsgasen direkt ausgesetzt. Demgemäss ist es wünschenswert, zur Kühlung der oberen Oberflächen der Engelsflügel dafür zu sorgen, dass die Temperaturen von oberen Oberflächen der Engelsflügel leichter gesenkt werden können und ein potentielles Kriechversagen der Engelsflügel leichter verhindert werden kann. Ferner ist es wünschenswert, für eine Kühlung von oberen Oberflächen eines unteren Engelsflügels zu sorgen, falls vorhanden, um eine Austreibung bzw. Spülung heisser Gase aus dem Zwischenspeicherraum zu erleichtern, um eine Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen in den Zwischenspeicherraum zu erleichtern.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] In einem Aspekt wird ein System zum Kühlen eines Engelsflügels in einer Gasturbine geschaffen. Das System weist einen Engelsflügel auf, der mit einem Schaft einer Laufschaufel einer Gasturbine verbunden ist, wobei die Laufschaufel so montiert ist, dass es in einer ersten Richtung um eine Achse drehbar ist. Das System beinhaltet ausserdem mindestens einen Kühlkanal, der von mindestens einer Einlassöffnung, die im Schaft angeordnet ist, zu mindestens einer Auslassöffnung verläuft, die in einer oberen Oberfläche des Engelsflügels angeordnet ist, so dass die mindestens eine Einlassöffnung mit einem Radinnenraum der Gasturbine in Strömungsverbindung steht und die mindestens eine Auslassöffnung mit einer äusseren Rotor-Stator-Hohlraum der Gasturbine in Strömungsverbindung steht. Das System weist ausserdem den mindestens einen Kühlkanal auf, der zur Verwendung für den Empfang unter Druck stehender Kühlluft aus dem Radinnenraum ausgelegt ist, so dass die unter Druck stehende Kühlluft in die mindestens eine Einlassöffnung geleitet wird und aus der mindestens einen Auslassöffnung ausgetragen wird.

[0007] Das System kann die mindestens eine Auslassöffnung umfassen, die so ausgerichtet ist, dass die unter Druck stehende Kühlluft in einer in Bezug auf die Drehachse radialen Richtung, in der ersten Richtung oder einer zweiten Richtung weg von der ersten Richtung ausgetragen wird.

[0008] In jedem der oben genannten Systeme kann ein Strom von Verbrennungsgasen durch den äusseren Rotor-Stator-Hohlraum geleitet werden, wobei das System die mindestens eine Auslassöffnung umfasst, die so ausgerichtet ist, dass die unter Druck stehende Kühlluft in einer Stromaufwärtsrichtung in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase oder einer Stromabwärtsrichtung in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase ausgetragen wird.

[0009] Der mindestens eine Kühlkanal jedes der oben genannten Systeme kann umfassen: mehrere voneinander abgegrenzte, separate Kühlkanäle; und eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, die jeweils mit den separaten Kühlkanälen verbunden sind.

[0010] Der mindestens eine Kühlkanal jedes der oben genannten Systeme kann umfassen: mehrere Zweigleitungen, die mit dem mindestens einen Kühlkanal verbunden sind; und wenigstens entweder eine Einlassöffnung und/oder eine Auslassöffnung, die mit den einzelnen Kühlkanälen verbunden ist.

[0011] Der Engelsflügel jedes der oben genannten Systeme kann mit einem Schaftwandabschnitt des Schaftes verbunden sein, der zu einem Strom von Verbrennungsgasen, die durch die Gasturbine geleitet werden, oder weg von einem Strom von Verbrennungsgasen orientiert ist, die durch die Gasturbine geleitet werden.

[0012] Die Laufschaufel jedes der oben genannten Systeme kann ein Schaufelblatt bzw. einen Flügel, der mit dem Schaft verbunden ist, und einen Flügelkühlkanal umfassen, der durch den Schaft zum Schaufelblatt verläuft, wobei sich der mindestens eine Kühlkanal vom Flügelkühlkanal zu der mindestens einen Auslassöffnung erstreckt.

[0013] Die mindestens eine Auslassöffnung jedes der oben genannten Systeme kann proximal zu einer Spitze des Engelsflügels, einer Wurzel des Engelsflügels oder einer Stelle zwischen der Spitze und der Wurzel des Engelsflügels orientiert sein.

[0014] Das mindestens eine Laufschaufel jedes der oben genannten Systeme kann ein Schaufelblatt beinhalten, das mit dem Schaft verbunden ist, und die mindestens eine Auslassöffnung ist im Wesentlichen in umfangsmässiger Ausrichtung an einer Anströmkante des Schaufelblatts orientiert.

[0015] Das System jedes der oben genannten Systeme kann mehrere Auslassöffnungen umfassen, die in einer oberen Oberfläche des Engelsflügels so orientiert sind, dass die Auslassöffnungen in Umfangsrichtung entlang der oberen Oberfläche des Engelsflügels beabstandet sind.

[0016] In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Kühlen eines Engelsflügels in einer Gasturbinen geschaffen. Das Verfahren weist einen Engelsflügel auf, der mit einem Schaft einer Laufschaufel einer Gasturbine verbunden ist, wobei die Laufschaufel so montiert ist, dass sie in einer ersten Richtung um eine Achse drehbar ist. Das Verfahren beinhaltet ausserdem das Festlegen mindestens eines Kühlkanals, der durch den Schaft und den Engelsflügel von der mindestens einen Einlassöffnung, die am Schaft angeordnet ist, bis zu mindestens einer Auslassöffnung, die in einer oberen Oberfläche des Engelsflügels angeordnet ist, verläuft, so dass die mindestens eine Einlassöffnung mit einem Radinnenraum der Gasturbine in Strömungsverbindung steht und die mindestens eine Auslassöffnung mit einer äusseren Rotor-Stator-Hohlraum der Gasturbine in Strömungsverbindung steht. Das Verfahren beinhaltet ausserdem die Zufuhr von unter Druck stehender Kühlluft in den Radinnenraum, so dass die unter Druck stehende Kühlluft in die mindestens eine Einlassöffnung geleitet wird und aus der mindestens einen Auslassöffnung ausgetragen wird.

[0017] Das Verfahren kann das Orientieren der mindestens einen Auslassöffnung auf solche Weise umfassen, dass die unter Druck stehende Kühlluft in einer radialen Richtung in Bezug auf die Drehachse, in der ersten Richtung oder einer zweiten Richtung weg von der ersten Richtung ausgetragen wird.

[0018] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten, dass ein Strom von Verbrennungsgasen durch den äusseren Rotor-Stator-Hohlraum geleitet wird, wobei das Verfahren die Orientierung der mindestens einen Auslassöffnung auf solche Weise umfasst, dass die unter Druck stehende Kühlluft in einer Stromaufwärtsrichtung in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase oder einer Stromabwärtsrichtung in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase ausgetragen wird.

[0019] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten, dass das Definieren mindestens eines Kühlkanals umfasst: das Definieren mehrerer separater Kühlkanäle; und das Verbinden einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung mit den einzelnen Kühlkanälen.

[0020] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten, dass das Definieren mindestens eines Kühlkanals umfasst: das Definieren mindestens eines Kühlkanals; das Verbinden mehrerer Zweigleitungen mit dem mindestens einen Kühlkanal; und das Verbinden mindestens einer von einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung mit den einzelnen Zweigleitungen.

[0021] Jedes der oben genannten Verfahren kann ferner beinhalten, dass das Verbinden eines Engelsflügels mit einem Schaft der Laufschaufel das Verbinden des Engelsflügels mit einem Schaftwandabschnitt des Schaftes umfasst, der hin zu einem Strom von Verbrennungsgasen, die durch die Gasturbine geleitet werden, oder weg von einem Strom von Verbrennungsgasen, die durch die Gasturbine geleitet werden, orientiert ist.

[0022] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten, dass die Laufschaufel ein Schaufelblatt aufweist, das mit dem Schaft verbunden ist, wobei das Verfahren das fliesstechnische Verbinden der mindestens einen Einlassöffnung mit einem Kühlkanals beinhaltet, der sich durch den Schaft zum Schaufelblatt erstreckt.

[0023] Jedes der oben genannten Verfahren kann das Orientieren der mindestens einen Auslassöffnung proximal zu einer Spitze des Engelsflügels, einer Wurzel des Engelsflügels und einer Stelle zwischen der Spitze und der Wurzel des Engelsflügels beinhalten.

[0024] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten, dass die Laufschaufel ein Schaufelblatt aufweist, das mit dem Schaft verbunden ist, wobei das Verfahren das Orientieren der mindestens einen Einlassöffnung im Wesentlichen in umfangsmässiger Ausrichtung an einer Anströmkante des Schaufelblatts beinhaltet.

[0025] Jedes der oben genannten Verfahren kann ferner das Orientieren mehrerer Auslassöffnungen in der oberen Oberfläche des Engelsflügels auf solche Weise beinhalten, dass die Auslassöffnungen umfangsmässig entlang der oberen Oberfläche des Engelsflügels voneinander beabstandet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0026] <tb>Fig. 1<SEP>ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine, in dem ein Beispiel für ein Kühlverfahren und -system verwendet werden kann. <tb>Fig. 2<SEP>ist eine vergrösserte schematische Seitenschnittansicht eines Abschnitts der in Fig. 1 dargestellten Gasturbine. <tb>Fig. 3<SEP>ist eine vergrösserte perspektivische Ansicht eines Beispiels für eine Laufschaufel zur Verwendung in der in Fig. 1 und 2 dargestellten Gasturbine. <tb>Fig. 4<SEP>ist eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbine, die ein Beispiel für ein alternatives System zum Kühlen einer oberen Oberfläche eines Engelsflügels darstellt. <tb>Fig. 5<SEP>ist eine vergrösserte perspektivische Ansicht eines Gasturbinenlaufschaufel-Engelsflügels, die ein Beispiel für eine Anordnung von Kühlöffnungen in einer oberen Oberfläche des Engelsflügels darstellt. <tb>Fig. 6<SEP>ist eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbine, die ein anderes Beispiel für ein alternatives System zum Kühlen einer oberen Oberfläche eines Engelsflügels darstellt. <tb>Fig. 7<SEP>ist eine schematische seitliche Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbine, die ein anderes Beispiel für ein alternatives System zum Kühlen einer oberen Oberfläche eines Engelsflügels darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0027] Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff «axial» als Adjektiv und als Adverb Richtungen und Orientierungen, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse einer Gasturbine erstrecken. Darüber hinaus bezeichnet der Begriff «radial» als Adjektiv und als Adverb Richtungen und Orientierungen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse der Gasturbine erstrecken.

[0028] Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Gasturbine 100. Die Gasturbine 100 weist eine Verdichteranordnung 102 und eine Brenneranordnung 104 auf. Die Gasturbine 100 weist ausserdem eine Turbine 108 und einen gemeinsamen Verdichter/Turbinen-Rotor 110 auf.

[0029] Im Betrieb strömt Luft durch die Verdichteranordnung 102, so dass verdichtete Luft zur Brenneranordnung 104 geliefert wird. Kraftstoff wird zu einer (nicht dargestellten) Verbrennungsregion und/oder -zone geleitet, die in der Brenneranordnung 104 definiert ist, worin der Kraftstoff mit der Luft vermischt und entzündet wird. Erzeugte Verbrennungsgase werden zu der Turbine 108 geleitet, wobei Wärmeenergie des Gasstroms in mechanische Drehenergie umgewandelt wird. Die Turbine 108 weist eines oder mehrere Laufräder 112 auf (in Fig. 2 dargestellt), die drehbar angeordnet und auf solche Weise mit dem Rotor 110 verbunden sind, dass sie um eine Drehachse 106 drehbar sind. Man beachte ausserdem, dass der Begriff «Fluid», wie hierin verwendet, jedes Medium oder Material beinhaltet, das fliessen kann, unter anderem Gas und Luft.

[0030] Fig. 2 ist eine vergrösserte schematische Darstellung eines Abschnitts einer Gasturbine 100, die axial beabstandete Laufräder 112 und Abstandhalter 114 aufweist, die miteinander verbunden sind, beispielsweise über mehrere in Umfangsrichtung beabstandete, sich axial erstreckende Bolzen 116. Obwohl in Fig. 2 Bolzen 116 dargestellt sind, um die Verbindung von Rädern 112 mit Abstandhaltern 114 zu erleichtern, können beliebige andere geeignete Verbindungsstrukturen verwendet werden, die es der Gasturbine 100 ermöglichen, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Die Gasturbine 100 weist beispielsweise einen ersten Leitapparat 118 und einen zweiten Leitapparate 120 auf. Jeder von den Leitapparaten 118 und 120 weist mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Statorschaufeln auf, beispielsweise Statorschaufeln 122 und 124. Mehrere Laufschaufeln einer ersten Stufe 126, sind so mit dem Rotor 110 verbunden, dass sie zwischen Leitapparaten 118 und 120 rotieren können. Ebenso sind auch mehrere Laufschaufeln einer zweiten Stufe 128, so mit dem Rotor 110 verbunden, dass sie sich zwischen Düsen einer zweiten Stufe, 120, und (nicht dargestellten) Düsen einer dritten Stufe drehen können. Obwohl hierin zwei Stufen von Laufschaufeln 126 und 128 und zwei Leitapparaten 118 und 120 dargestellt und beschrieben sind, weisen zumindest einige bekannte Gasturbinen unterschiedlich viele Leitapparat- und Laufradstufen auf.

[0031] Jede Laufschaufel 126 ist anhand irgendeiner geeigneten Verbindungsmethode, die es der Gasturbine 100 ermöglicht, wie hier beschrieben zu funktionieren, mit dem Laufrad 112 verbunden. Zum Beispiel weist jede Laufschaufel 126 ein Schaufelblatt 130 und einen Schwalbenschwanz 134 auf, der axial (d.h. in einer Richtung parallel zu der Drehachse 106, die in Fig. 1 dargestellt ist) innerhalb einer ähnlich geformten Nut 136 in dem Laufrad 112 einführbar aufgenommen ist. Jede Laufschaufel 126 weist ferner mehrere Engelsflügel 138, 140, 142 und 144 auf, die sich axial vom Schaft 132 nach vorne und nach hinten erstrecken. Obwohl in Fig. 2 vier Engelsflügel 138-144 dargestellt sind, kann die Laufschaufel 126 jede beliebige Anzahl von Engelsflügeln aufweisen, die ausreicht, damit es wie hier beschrieben funktionieren kann. Die Engelsflügel 138 und 140 definieren zwischen sich einen Zwischenspeicherhohlraum 145. Der Engelsflügel 138 erleichtert die Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen in den Zwischenspeicherraum 145. Darüber hinaus wirken die Engelsflügel 138 und 140 mit Statorstrukturen 146 bzw. 148 zusammen, um die Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen 150 aus einem äusseren Rotor-Stator-Hohlraum 152 in den Radinnenraum 154 zu erleichtern. Ebenso wirken die Engelsflügel 142 und 144 mit Statorstegen 156 bzw. 158 zusammen, um die Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen 150 aus dem äusseren Rotor-Stator-Hohlraum 152 in den Radinnenraum 162 zu erleichtern. In einem Ausführungsbeispiel sind ähnliche zusammenwirkende Sätze aus Engelsflügeln und Statorstegen oder anderen Strukturen für jede Laufradstufe und angrenzende Leitapparate der Gasturbine 100 vorgesehen. In alternativen Ausführungsformen sind zusammenwirkende Sätze aus Engelsflügeln und Statorstegen oder anderen Strukturen nur an der Laufradstufe und dem angrenzenden Leitapparat des Gasturbinenrotors 100 oder nur an einigen (aber nicht an allen) Laufradstufen und angrenzenden Leitapparaten der Gasturbine 100 vorgesehen.

[0032] Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 dargestellten Laufschaufel 126. Die Laufschaufel 126 weist, wie beschrieben, ein Schaufelblatt 130, das mit dem Schaft 132 verbunden ist, von dem aus sich Engelsflügel 138-142 axial erstrecken, und einen Schwalbenschwanz 134 auf. Der Schaft 132 weist eine Plattform 164, eine vordere Schaftwand 166 und eine hintere Schaftwand 168 auf. Bei zumindest einigen bekannten Laufschaufeln weist jeder der Engelsflügel 138-144, beispielsweise der Engelsflügel 138, einen Körper 170 und eine nach oben gebogene Spitze 172 auf. In einem Beispiel für einen Engelsflügel 138 weist der Körper 170 eine obere Oberfläche 174 auf, die sich konzentrisch zu einer Drehachse 106 erstreckt (dargestellt in Fig. 1 ). In zumindest einigen bekannten Laufschaufelkonstruktionen sind die oberen Oberflächen 174 der Engelsflügel 138-144 so gestaltet, dass sie in Bezug auf eine Richtung, die parallel ist zur Drehachse 106, nach oben konkav sind. In zumindest einigen bekannten Laufschaufelkonstruktionen sind die oberen Oberflächen 174 der Engelsflügel 138-144 flach oder in Bezug auf eine Richtung, die parallel ist zur Drehachse 106, nach oben konvex.

[0033] Fig. 4 zeigt eine vergrösserte Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbine 200, in dem ein Beispiel für ein Engelsflügelkühlsystem 202 zum Kühlen eines Engelsflügels 224 verwendet werden kann. In dem Ausführungsbeispiel weist die Gasturbine 200 mindestens einen Leitapparat 204 und mindestens eine Laufradstufe 206 auf. Der Leitapparat 204 weist mehrere Statorschaufeln 208 auf, die in Umfangsrichtung um eine Rotordrehachse 210 angeordnet sind. Jede Statorschaufel 208 ist mit einer Statorträgerstruktur 212 verbunden, die einen oder mehrere sich axial erstreckende Stege 214 trägt. In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich einer oder mehrere Statorstege 214 zumindest zum Teil in Umfangsrichtung um die und konzentrisch zur Drehachse 210. Die Laufradstufe 206 weist mehrere Laufschaufeln 216 auf. Jede Laufschaufel 216 weist ein Schaufelblatt 218 auf, das mit einem Schaft 220 verbunden ist, der seinerseits mit einem Rad 222 verbunden ist. Das Rad 222 ist so montiert, dass es sich in einer ersten Richtung R um eine Drehachse 210 drehen kann. Die Richtung R wird manchmal auch als Drallrichtung bezeichnet.

[0034] Die Laufschaufel 216 weist mehrere sich axial erstreckende Engelsflügel auf, einschliesslich eines oberen Engelsflügels 224, eines unteren Engelsflügels 226 und eines oberen Engelsflügels 228. Das Kühlsystem 202 weist mindestens einen oberen Engelsflügel 224 auf, der beispielsweise mit mindestens einem internen Kühlkanal 230 definiert ist. In dem Ausführungsbeispiel erstreckt sich jeder Kühlkanal 230 von einer Einlassöffnung 236 in einer Fläche 238 einer Schaftwand 240 des Schafts 220 zu einer Auslassöffnung 232 in einer oberen Oberfläche 234 des Engelsflügels 224. Fig. 5 ist eine vergrösserte perspektivische Ansicht einer Laufschaufel 216, in dem der Flügel bzw. das Schaufelblatt 218 dargestellt ist. Fünf Auslassöffnungen 232 sind in der oberen Oberfläche 234 des Engelsflügels 224 angeordnet. In einem Ausführungsbeispiel ist der Kühlkanal 230 in Fig. 4 und 5 so dargestellt, dass er in der Schaftwand 240 definiert ist, die in Bezug auf einen Strom 260 von heissen Verbrennungsgasen stromaufwärts gewandt ist. In alternativen Ausführungsformen kann mindestens ein Kühlkanal 262 anstelle von oder zusätzlich zu mindestens einem Kühlkanals 230 vorgesehen sein. Der Kühlkanal 262 erstreckt sich von einer Einlassöffnung 272, die in einer stromabwärts gewandten Schaftwand 270 angeordnet ist, zu einer Auslassöffnung 274, die in einer oberen Oberfläche 276 eines sich stromabwärts erstreckenden Engelsflügels 228 angeordnet ist.

[0035] In dem Ausführungsbeispiel sind mehrere Kanäle 230 so vorgesehen, dass jeder Kanal 230 von den anderen Kanälen 230 getrennt ist. Ferner weist jeder Kanal 230 eine entsprechende Einlassöffnung 236 und eine entsprechende Auslassöffnung 232 auf. Obwohl in Fig. 5 fünf Auslassöffnungen 232 für fünf entsprechende Kanäle 230 (nicht dargestellt) dargestellt sind, kann in alternativen Ausführungsformen eine beliebige Zahl von Kanälen 230 mit entsprechenden Auslassöffnungen 232 und Einlassöffnungen 236 verwendet werden, um zu ermöglichen, dass das hierin beschriebenen Kühlsystem 202 funktioniert. In alternativen Ausführungsformen sind zwei oder mehr Öffnungen 232 in einer verzweigten Anordnung 231 über mehrere Zweigleitungen 233 mit einem Kühlkanal 235 verbunden. In anderen alternativen Ausführungsformen wird eine ähnliche verzweigte Anordnung verwendet, um mehrere Einlassöffnungen 236 mit einem einzelnen Kühlkanal in Fliessverbindung zu bringen. In noch anderen alternativen Ausführungsformen sind sowohl Einlassöffnungen 236 als auch Auslassöffnungen 232 mit verzweigten Anordnungen verbunden.

[0036] In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 und 5 wird Kühlluft 242 anhand irgendeiner geeigneten Struktur, die es der Gasturbine 200 ermöglicht, wie beschrieben zu funktionieren, in einen Radinnenraum 244 der Gasturbine 200 geleitet. Während des Betriebs der Gasturbine 200 wird Kühlluft 242 dazu gebracht bzw. getrieben, sich zwischen der Statorträgerstruktur 212 und der Laufschaufel 216 radial auswärts zu bewegen. Nachdem die Kühlluft 242 radial am Engelsflügel 226 und am Steg 214 vorbei geleitet worden ist, wird die Kühlluft 242 über mindestens eine Einlassöffnung 236 in mindestens einen Kühlkanal 230 geleitet. Die Kühlluft 242 tritt über mindestens eine Auslassöffnung 232 aus dem mindestens einen Kühlkanal 230 aus. In einem Ausführungsbeispiel definiert die Kühlluft 242, nachdem sie aus der Auslassöffnung 232 ausgetreten ist, eine schützende Kühlluft-Filmschicht 254 (in Fig. 5 dargestellt) über der oberen Oberfläche 234 des Engelsflügels 224. In einer alternativen Ausführungsform erleichtert die Kühlluft 242 zusätzlich oder alternativ dazu, dass sie die Kühlungs-Filmschicht 254 definiert, die Kühlluft 242 das Spülen von heissen Verbrennungsgasen aus dem Radinnenraum 244 und/oder erleichtert die Verhinderung der Aufnahme von heissen Verbrennungsgasen in den Radinnenraum 244.

[0037] In dem Ausführungsbeispiel sind mehrere Auslassöffnungen 232 an dem Engelsflügel 224 so orientiert, dass die Auslassöffnungen 232 im Wesentlichen in Umfangsrichtung an einer Anströmkante 246 (in Fig. 4 und 5 dargestellt) des Schaufelblatts ausgerichtet sind. Während des Betriebs erzeugt die Anströmkante 246 eine Bogenwelle 252 (in Fig. 5 dargestellt), und in der Nähe dieser Stelle können sowohl der Druck als auch die Temperatur der Brenngase beträchtliche Werte erreichen. Demgemäss erleichtert die Orientierung mindestens einer Öffnung 232 axial stromaufwärts von und im Wesentlichen radial ausgerichtet an der Anströmkante 246 die Bildung der Kühlluft-Filmschicht 254 an Stellen, wo sich Hochtemperatur-Brenngase befinden und/oder an Stellen, wo es leicht zur Aufnahme von Hochtemperatur-Brenngasen kommen kann. In alternativen Ausführungsformen können mehrere Auslassöffnungen 232 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein, mit irgendeinem Abstand, der sich dazu eignet, das Kühlsystem 202 in die Lage zu versetzen, zu funktionieren wie hierin beschrieben.

[0038] Der Kühlkanal 230, die Einlassöffnung 236 und/oder die Auslassöffnung 232 können eine beliebige Querschnittsform aufweisen, wenn man sie in Strömungsrichtung der Kühlluft 242 betrachtet, mit der das System 202 in die Lage versetzt wird, zu funktionieren wie hierin beschrieben. Zum Beispiel können der Kühlkanal 230, die Einlassöffnung 236 und/oder die Auslassöffnung 232 eine Querschnittsform in Form eines Kreises, einer Ellipse, eines Mehrecks oder jede andere Gestaltung aufweisen, die es dem System 202 ermöglicht, zu funktionieren wie hierin beschrieben. Darüber hinaus kann der Strömungsquerschnitt des Kanals 230 entlang der Länge 230 auf jede gewünschte Weise, die es dem System 202 ermöglicht, zu funktionieren wie hierin beschrieben, von einer Auslassöffnung 232 zur Einlassöffnung 236 variieren. Ferner kann ein Kanal 230 jedem beliebigen Weg durch die Schaftwand 240 und den Engelsflügel 224 folgen, mit dem das System 202 in die Lage versetzt wird, zu funktionieren wie hierin beschrieben. Zum Beispiel kann der Kanal 230 einem Serpentinenweg folgen, der die Kühlung der Schaftwand 240 und des Engelsflügels 224 verstärkt, da die Länge und somit ein innerer Oberflächeninhalt des Kanals 230 vergrössert ist und somit eine Zeit, in der die Kühlluft 242 durch den Kanal 230 strömt und in der eine Wärmemenge von der Schaftwand 240 und dem Engelsflügel 224 auf die Kühlluft 242 übertragen werden kann, verlängert ist. Alternativ dazu kann die Übertragung von Wärme auf die Kühlluft 242 vor der Austragung aus der Auslassöffnung 232 verkürzt werden, falls gewünscht, indem man den Kanal 230 dazu bringt, einem direkteren Weg zwischen der Einlassöffnung 236 und der Auslassöffnung 232 zu folgen und/oder indem man einen Durchmesser des Kanals 230 verkleinert, um einen inneren Oberflächeninhalt des Kanals 230 zu verringern.

[0039] Dadurch, dass man eine Kühlluft-Filmschicht 254 an der oberen Oberfläche 234 des Engelsflügels 224 bereitstellt, können die Temperaturen an der oberen Oberfläche 234 und einem unteren Abschnitt 256 der Schaftwand 240 unter Verwendung von Kühlluft gesteuert werden, die durch den Radinnenraum 244 geleitet wird und deren Volumen im Vergleich zu dem Fall, dass man auf die Kühlluft angewiesen ist, die nur zwischen dem Leitapparat 204 und der Laufradstufe 206 geleitet wird, verringert ist. Die selektive Anordnung von Auslassöffnungen 232 ermöglicht das Hinleiten der Kühlluft 242 zu Stellen, wo die Kühlung am nötigsten ist. Obwohl das Kühlsystem in dem Ausführungsbeispiel den Kanal 230 aufweist, der so gestaltet ist, dass er Kühlluft 242 zu einer oberen Oberfläche 234 eines oberen Engelsflügels 224 leitet, kann das Kühlsystem 202 in alternativen Ausführungsformen auch einen (nicht dargestellte) Kanal im unteren Engelsflügel 226 anstelle vom oder zusätzlich zum Kanal 230 bereitstellen.

[0040] In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 und 5 sind Auslassöffnungen 232 in einem stromabwärts gelegenen Abschnitt 248 (in Fig. 5 dargestellt) der oberen Oberfläche 234 in der Nähe einer Wurzel 280 (in Fig. 4 dargestellt) des Engelsflügels 224 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen können eine oder mehrere Auslassöffnungen 232 in Abschnitten der oberen Oberfläche 234, die nahe an einer stromaufwärtigen Spitze 250 des Engelsflügels 224 angeordnet sind, oder in Abschnitten der oberen Oberfläche 234 zwischen der stromaufwärtigen Spitze 250 und einem stromabwärtigen Abschnitt 248 angeordnet sein. Darüber hinaus können in Ausführungsbeispielen eine oder mehrere Auslassöffnungen 232 so orientiert sein, dass Kühlluft 242 in einer rein radialen Richtung in Bezug auf die Drehachse 210 ausgetragen wird, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt ist. In alternativen Ausführungsformen können eine oder mehrere Auslassöffnungen 232 so ausgerichtet sein, dass Kühlluft 242 in einer zumindest zum Teil stromaufwärtigen Richtung oder in einer zumindest zum Teil stromabwärtigen Richtung ausgetragen wird. Ferner können eine oder mehrere Öffnungen 232 innerhalb des Engelsflügels 224 so orientiert sein, dass die Kühlluft 242 in Drehrichtung einer Laufschaufel 216 entgegen der Drehrichtung der Laufschaufel 216 oder radial in Bezug auf die Laufschaufel 216 ausgetragen wird.

[0041] In einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich anstelle des Kanals 230, der sich von der Öffnung 326 in der Schaftwand 240 zur Öffnung 232 erstreckt, ein Kanal 282 zwischen einer Öffnung 284 in einer Tasche 286 des Schaftes 220 und der Öffnung 232. Ebenso erstreckt sich in einer alternativen Ausführungsform anstelle des Kanals 262, der sich von der Öffnung 272 in der Schaftwand 270 zur Öffnung 274 erstreckt, ein Kanal 288 von einer Öffnung 290 in der Tasche 286 zur Öffnung 274.

[0042] In einer anderen alternativen Ausführungsform ist der Engelsflügel 224 Teil einer Abdeckplatte 292, die am Schaft 220 fixiert ist. Die Abdeckplatte 292 ist eine nicht-integrierte Platte, die an der Laufschaufel 216 angebracht ist, um die Verhinderung eines Leckens zwischen der Laufschaufel 216 und dem Rad 222 zu erleichtern. Somit erstreckt sich der Kanal 230 durch die Schaftwand 240 ebenso wie durch die Abdeckplatte 292.

[0043] Fig. 6 zeigt eine vergrösserte Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbine 300, in der ein alternatives Beispiel für ein Engelsflügelkühlsystem 302 zum Kühlen eines Engelsflügels 324 verwendet werden kann, um einen Schutz gegen Hitze aus einem Verbrennungsgasstrom 360 bereitzustellen. In dem Ausführungsbeispiel weist die Gasturbine 300 mindestens einen Leitapparat 304 und mindestens eine Laufradstufe 306 auf. Der Leitapparate 304 weist mehrere Statorschaufeln 308 auf, die in Umfangsrichtung um eine Rotordrehachse 310 angeordnet sind. Jede Statorschaufel 308 ist mit einer Statorträgerstruktur 312 verbunden, die einen oder mehrere sich axial erstreckende Stege 314 trägt. In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich jeder von den Stegen 314 zumindest zum Teil in Umfangsrichtung um die und konzentrisch zur Drehachse 310. Die Laufradstufe 306 weist mehrere Laufschaufeln 316 auf. Jede Laufschaufel 316 weist ein Schaufelblatt 318 auf, das mit einem Schaft 320 verbunden ist, der seinerseits mit einem Rad 322 verbunden ist. Das Rad 322 ist so montiert, dass es sich um die Achse 310 drehen kann.

[0044] Die Laufschaufel 316 weist mehrere Engelsflügel 324, 326 und 328 auf, die sich in axialer Richtung erstrecken. Das Kühlsystem 302 weist mindestens einen Engelsflügel 324 auf, der beispielsweise mit mindestens einem internen Kühlkanal 330 definiert ist. In dem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Kühlkanal 330 von einer Einlassöffnung 336 in einer Fläche 338 einer Schaftwand 340 des Schafts 320 zu einer Auslassöffnung 332 in einer oberen Oberfläche 334 des Engelsflügels 224. In dem Ausführungsbeispiel sind mehrere Kanäle 330 so vorgesehen, dass jeder Kanal 330 von den anderen Kanälen 330 getrennt ist. Ferner weist jeder Kanal 330 eine entsprechende Einlassöffnung 336 und eine entsprechende Auslassöffnung 332 auf. Es kann jede beliebige Zahl von Kanälen 330 mit entsprechenden Einlassöffnungen 336 und Auslassöffnungen 332 versehen werden, um das Kühlsystem 302 in die Lage zu versetzen, zu funktionieren wie hierin beschrieben. In alternativen Ausführungsformen kann mindestens ein Kühlkanal 330 mit stromaufwärts und/oder stromabwärts verzweigten Anordnungen versehen sein, so dass ein einzelner Kühlkanal 330 mit mehreren Einlassöffnungen 336 und Söder mehreren Auslassöffnungen 332 in Fliessverbindung stehen kann.

[0045] In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 wird Kühlluft 342 auf irgendeine geeignete Weise, die es dem System 302 ermöglicht, wie beschrieben zu funktionieren, in einen Radinnenraum 344 der Gasturbine 300 geleitet. Während des Betriebs der Gasturbine 300 wird Kühlluft 342 dazu gebracht, sich zwischen der Statorträgerstruktur 312 und der Laufschaufel 316 radial auswärts zu bewegen. Nachdem die Kühlluft 342 radial an dem Engelsflügel 326 und an dem Steg 314 vorbei geleitet worden ist, wird die Kühlluft 342 über die Einlassöffnung 236 in der Kanal 330 geleitet. Die Kühlluft 342 verlässt der Kanal 330 über die Auslassöffnung 332. Nachdem sie aus der Auslassöffnung 332 ausgetreten ist, definiert die Kühlluft 342 einen schützenden Kühlluftfilm über der oberen Oberfläche 334 des Engelsflügels 324. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6 ist die Auslassöffnung 332 so orientiert, dass die Kühlluft 342 in einer teilweise stromaufwärtigen Richtung aus der Öffnung 332 zu dem Leitapparat 304 ausgetragen wird. Das heisst, in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel ist zu einer nach vorne geneigten Achse Y (in Fig. 6 dargestellt).

[0046] In einer alternativen Ausführungsform weist die Schaftwand 340 eine zurückgeschnittene Region 345 angrenzend an den Engelsflügel 324 auf, die von einem Rückschnittswandbereich 346 gebildet wird (in Fig. 6 gestrichelt dargestellt). In dieser alternativen Ausführungsform sind eine oder mehrere Kanäle 330 und Öffnungen 332 so orientiert, dass Kühlluft in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel ist zu einer Z-Achse (d.h. zumindest zum Teil in Richtung des Stroms 360 abgewinkelt ist), ausgetragen wird, um sicherzustellen, dass die Austragung von Kühlluft in die zurückgeschnittene Region 345 und/oder das Auftreffen von Kühlluft an der Rückschnittswandfläche 346 erleichtert ist.

[0047] In manchen bekannten Gasturbinen sind die Schaufelblätter der Laufschaufeln mit inneren Kühlkanälen versehen, die zu Auslassöffnungen führen, die in den Anströmkantenregionen der Schaufelblätter angeordnet sind. Fig. 7 zeigt eine vergrösserte Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbine 400, in der ein alternatives Beispiel für ein Engelsflügelkühlsystem 402 zum Kühlen eines Engelsflügels 424 verwendet werden kann. In dem Ausführungsbeispiel weist die Gasturbine 400 mindestens einen Leitapparat 404 und mindestens eine Laufradstufe 406 auf. Der Leitapparat 404 weist mehrere Statorschaufeln 408 auf, die in Umfangsrichtung um eine Rotordrehachse 410 angeordnet sind. Jede Statorschaufel 408 ist mit einer Statorträgerstruktur 412 verbunden, die einen oder mehrere sich axial erstreckende Stege 414 trägt. In einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich einer oder mehrere Statorstege 414 zumindest zum Teil in Umfangsrichtung um die und konzentrisch zur Drehachse 410. Die Laufradstufe 406 weist mehrere Laufschaufeln 416 auf. Jede Laufschaufel 416 weist ein Schaufelblatt 418 auf, das mit einem Schaft 420 verbunden ist, der seinerseits mit einem Rad 422 verbunden ist, das so montiert ist, dass es sich um die Achse 410 drehen kann.

[0048] Die Laufschaufel 416 weist mehrere Engelsflügel 424, 426 und 428 auf, die sich in axialer Richtung erstrecken. Das Kühlsystem 402 weist mindestens einen Engelsflügel 424 auf, der beispielsweise mit mindestens einem internen Kühlkanal 430 definiert ist. Der Kühlkanal 430 erstreckt sich von einer Einlassöffnung 436, die mit einem Laufschaufelkühlkanal 440, der sich vom Rad 422 radial auswärts durch das Laufschaufel 416 zum Schaufelblatt 418 erstreckt, in Fliessverbindung steht. Der Kühlkanal 430 endet in einer Auslassöffnung 432 in einer oberen Oberfläche 434 des Engelsflügels 424. In dem Ausführungsbeispiel sind mehrere Kanäle 430 so vorgesehen, dass jeder Kanal 430 von den anderen Kanälen 430 getrennt ist. Ferner weist jeder Kanal 430 eine entsprechende Einlassöffnung 436 und eine entsprechende Auslassöffnung 432 auf. Es kann jede beliebige Zahl von Kanälen 430 mit entsprechenden Einlassöffnungen 432 und Auslassöffnungen 436 vorgesehen werden, um das Kühlsystem 402 in die Lage zu versetzen, zu funktionieren wie hierin beschrieben. In alternativen Ausführungsformen kann der mindestens eine Kühlkanal 430 gegabelt oder verzweigt sein, so dass mehr als eine Einlassöffnung mit jedem Kühlkanal verbunden sein kann und/oder jeder Kühlkanal sich zu mehr als einer Auslassöffnung öffnen kann.

[0049] In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 wird Kühlluft 442 von einer (nicht dargestellten) Kühlluftquelle auf irgendeine geeignete Weise, die es dem System 402 ermöglicht, zu funktionieren wie hierin beschrieben, in einen Laufschaufelkühlkanal 440 geleitet. Kühlkanäle 450 und 452 die Schaufelblätter stehen mit Laufschaufelkühlkanälen 440 in Fliessverbindung und enden in Auslassöffnungen 456 bzw. 458. Kühlluftaustrittsöffnungen 456 und 458 erleichtern das Kühlen einer Anströmkantenregion 460 des Schaufelblatts 418, um die Auswirkungen der Hitze von einem Verbrennungsgasstrom 454 zu mildern. Während des Betriebs der Gasturbine 4 ́00 wird Kühlluft 442 dazu gebracht, sich entlang des Kanals 440 radial auswärts zu bewegen. Ausserdem kann Kühlluft 442 unter Druck zum Kanal 440 geleitet werden. Die Kühlluft 442 verlässt den Kanal 430 über eine Auslassöffnung 432. Nachdem sie aus der Auslassöffnung 432 ausgetreten ist, definiert die Kühlluft 442 einen schützenden Kühlluftfilm über der oberen Oberfläche 434 des Engelsflügels 424. In dem Ausführungsbeispiel von Fig. 7 ist die Auslassöffnung 432 so ausgerichtet, dass die Kühlluft 442, die aus der Öffnung 432 tritt, in Stromaufwärtsrichtung zu dem Leitapparate 404 orientiert ist. Ein separater Strom 444 von Kühlluft aus einem Radinnenraum 446 kühlt externe Oberflächen von Engelsflügeln 426 und 424.

[0050] In einer alternativen Ausführungsform weist das System 402 zusätzlich zu oder anstelle von mindestens einem Kanal 430 mindestens einen Kühlluftkanal 470 auf, der mit einem Flügelkühlkanal 472 verbunden ist. Der Kühlluftkanal 470 erstreckt sich zu einer Öffnung 474 in einer oberen Oberfläche des Engelsflügels 428. Der Flügelkühlkanal 472 ist mit einer (nicht dargestellten) Kühlluftquelle verbunden und leitet Kühlluft zu einer oder mehreren Anströmkanten-Kühlkanälen 476, die sich zu entsprechenden Öffnungen 478 in einer Abströmkantenregion 480 des Flügels bzw. des Schaufelblatts 418 erstrecken.

[0051] Die hierin beschriebenen Laufschaufelkühlsysteme bieten mehrere Vorteile gegenüber bekannten Verfahren zum Kühlen von Laufschaufel-Engelsflügeln. Genauer erleichtern die hierin beschriebenen Laufschaufelkühlsysteme eine Verringerung des Kühlluftstroms aus dem Radinnenraum einer Gasturbine in den äusseren Rotor-Stator-Hohlraum, so dass die Leistung und der Wirkungsgrad der Gasturbine verbessert sind. Ausserdem erleichtern die hierin beschriebenen Laufschaufelkühlsysteme die Bildung einer Kühlluft-Filmschicht an Stellen, wo die Kühlung am notwendigsten ist. Die hierin beschriebenen Laufschaufelkühlsysteme erleichtern ausserdem das Kühlen von inneren Regionen der Laufschaufel-Engelsflügel und der Schaftwände. In manchen Ausführungsformen erleichtern die hierin beschriebenen Laufschaufelkühlsysteme das Kühlen von oberen Engelsflügeloberflächen unter Verwendung eines Teils der Kühlluft, der zu den Flügelkühlkanälen geleitet wird.

[0052] Ausführungsbeispiele eines Systems und eines Verfahrens zum Kühlen von Turbinenlaufschaufel-Engelsflügeln sind oben ausführlich beschrieben. Das Verfahren und das System sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können Komponenten der Systeme und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten verwendet werden. Zum Beispiel kann das Verfahren auch in Kombination mit anderen rotierenden Maschinensystemen und Verfahren verwendet werden und sind nicht auf die Umsetzung mit den Gasturbinenschaufeln beschränkt, die hierin beschrieben sind. Vielmehr soll das Ausführungsbeispiel in Verbindung mit vielen anderen rotierenden Maschinenanwendungen implementiert und genutzt werden.

[0053] Obwohl in manchen Zeichnungen bestimmte Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sein können und in anderen nicht, dient dies nur der Übersichtlichkeit. Gemäss den Prinzipien der Erfindung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem Merkmal einer anderen Zeichnung genannt und/oder beansprucht werden.

[0054] Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Weise zu ihrer Ausführung, zu beschreiben und um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu auch die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen und Systemen und die Ausführung enthaltener Verfahren gehören. Der schutzwürdige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschliessen, die für den Fachmann naheliegend sein mögen. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nur unerheblich unterscheiden.

[0055] Obwohl die Erfindung anhand verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit einer Modifikation im Gedanken und Bereich der Ansprüche in die Praxis umgesetzt werden kann.

[0056] Es wird ein System 202 zum Kühlen eines Engelsflügels 224 geschaffen, der mit einer Laufschaufel 216 in einer Gasturbine 200 verbunden ist. Ein Engelsflügel 224, der mit einem Schaft 220 einer Laufschaufel 216 verbunden ist, weist mindestens einen Kühlkanal 230 auf, der sich von mindestens einer Einlassöffnung 236, die mit einem Radinnenraum 244 der Gasturbine verbunden ist, zu mindestens einer Auslassöffnung 232 erstreckt, die mit einem äusseren Rotor-Stator-Hohlraum der Gasturbine in Fliessverbindung steht. Die mindestens eine Auslassöffnung 232 ist in einer oberen Oberfläche 234 des Engelsflügels angeordnet. Der mindestens eine Kühlkanal 230 empfängt unter Druck stehende Kühlluft, die aus dem Radinnenraum geleitet wird, so dass die unter Druck stehende Kühlluft in die mindestens eine Einlassöffnung 236 geleitet wird und aus der mindestens einen Auslassöffnung 232 ausgetragen wird.

BEZUGSZEICHENLISTE:

[0057] <tb>100<SEP>Gasturbine <tb>102<SEP>Verdichteranordnung <tb>104<SEP>Brenneranordnung <tb>106<SEP>Drehachse <tb>108<SEP>Turbine <tb>110<SEP>Rotor <tb>112<SEP>Laufrad <tb>114<SEP>Abstandhalter <tb>116<SEP>Bolzen <tb>118<SEP>Leitapparate <tb>120<SEP>Leitapparate <tb>122<SEP>Statorschaufel <tb>124<SEP>Statorschaufel <tb>126<SEP>Laufschaufel <tb>128<SEP>Laufschaufel <tb>130<SEP>Schaufelblatt <tb>132<SEP>Schaft <tb>134<SEP>Schwalbenschwanz <tb>136<SEP>Nut <tb>138<SEP>Engelsflügel <tb>140<SEP>Engelsflügel <tb>142<SEP>Engelsflügel <tb>144<SEP>Engelsflügel <tb>145<SEP>Zwischenspeicherhohlraum <tb>146<SEP>Statorstruktur <tb>148<SEP>Statorstruktur <tb>150<SEP>Heisse Verbrennungsgase <tb>152<SEP>Rotor-Stator-Hohlraum <tb>154<SEP>Radinnenraum <tb>156<SEP>Statorsteg <tb>158<SEP>Statorsteg <tb>160<SEP>Rotor-Stator-Hohlraum <tb>162<SEP>Radinnenraum <tb>164<SEP>Plattform <tb>166<SEP>Vordere Schaftwand <tb>168<SEP>Hintere Schaftwand <tb>170<SEP>Körper <tb>172<SEP>Spitze <tb>174<SEP>Obere Oberfläche <tb>200<SEP>Gasturbine <tb>202<SEP>Engelsflügelkühlsystem <tb>204<SEP>Leitapparate <tb>206<SEP>Laufradstufe <tb>208<SEP>Statorschaufel <tb>210<SEP>Drehachse <tb>212<SEP>Statorstützstruktur <tb>214<SEP>Steg <tb>216<SEP>Laufschaufel <tb>218<SEP>Schaufelblatt <tb>220<SEP>Schaft <tb>222<SEP>Rad <tb>224<SEP>Engelsflügel <tb>226<SEP>Unterer Engelsflügel <tb>228<SEP>Oberer Engelsflügel <tb>230<SEP>Kanal <tb>231<SEP>Verzweigungsanordnung <tb>232<SEP>Auslassöffnung <tb>233<SEP>Zweigleitungen <tb>234<SEP>Obere Oberfläche <tb>235<SEP>Kühlkanal <tb>236<SEP>Einlassöffnung <tb>238<SEP>Fläche <tb>240<SEP>Schaftwand <tb>242<SEP>Kühlluft <tb>244<SEP>Radinnenraum <tb>246<SEP>Anströmkante <tb>248<SEP>Stromabwärtiger Abschnitt <tb>250<SEP>Stromaufwärtige Spitze <tb>252<SEP>Bogenwelle <tb>254<SEP>Kühlluft-Filmschicht <tb>256<SEP>Oberer Abschnitt <tb>260<SEP>Strom <tb>262<SEP>Kanal <tb>270<SEP>Schaftwand <tb>272<SEP>Öffnung <tb>274<SEP>Öffnung <tb>276<SEP>Obere Oberfläche <tb>280<SEP>Wurzel <tb>282<SEP>Kanal <tb>284<SEP>Öffnung <tb>286<SEP>Tasche <tb>288<SEP>Kanal <tb>290<SEP>Öffnung <tb>292<SEP>Abdeckplatte <tb>300<SEP>Gasturbine <tb>302<SEP>Kühlsystem <tb>304<SEP>Leitapparate <tb>306<SEP>Laufradstufe <tb>308<SEP>Statorschaufeln <tb>310<SEP>Drehachse <tb>312<SEP>Statorstützstruktur <tb>314<SEP>Steg <tb>316<SEP>Laufschaufel <tb>318<SEP>Schaufelblatt <tb>320<SEP>Schaft <tb>322<SEP>Rad <tb>324<SEP>Engelsflügel <tb>326<SEP>Engelsflügel <tb>328<SEP>Engelsflügel <tb>330<SEP>Leitung <tb>332<SEP>Öffnung <tb>334<SEP>Obere Oberfläche <tb>336<SEP>Einlassöffnung <tb>338<SEP>Fläche <tb>340<SEP>Schaftwand <tb>342<SEP>Kühlluft <tb>344<SEP>Radinnenraum <tb>345<SEP>Zurückgeschnittene Region <tb>346<SEP>Wandfläche <tb>360<SEP>Verbrennungsgasström <tb>400<SEP>Gasturbine <tb>402<SEP>Kühlsystem <tb>404<SEP>Leitapparate <tb>406<SEP>Laufradstufe <tb>408<SEP>Statorschaufel <tb>410<SEP>Drehachse <tb>412<SEP>Statorstützstruktur <tb>414<SEP>Steg <tb>416<SEP>Laufschaufel <tb>418<SEP>Schaufelblatt <tb>420<SEP>Schaft <tb>422<SEP>Rad <tb>424<SEP>Engelsflügel <tb>426<SEP>Engelsflügel <tb>428<SEP>Engelsflügel <tb>430<SEP>Kühlkanal <tb>432<SEP>Auslassöffnung <tb>434<SEP>Obere Oberfläche <tb>436<SEP>Einlassöffnung <tb>440<SEP>Leitung <tb>442<SEP>Kühlluft <tb>444<SEP>Strom <tb>446<SEP>Radinnenraum <tb>450<SEP>Kühlkanal <tb>452<SEP>Kühlkanal <tb>454<SEP>Verbrennungsgasstrom <tb>456<SEP>Auslassöffnung <tb>458<SEP>Auslassöffnung <tb>470<SEP>Kühlluftkanal <tb>472<SEP>Flügelkühlkanal <tb>474<SEP>Öffnung <tb>476<SEP>Abströmkantenkühlkanäle <tb>478<SEP>Öffnung <tb>480<SEP>Abströmkantenregion

Claims (10)

1. System (202) zum Kühlen eines Engelsflügels (224) in einer Gasturbine (200), wobei das System aufweist: einen Engelsflügel (224), der mit einem Schaft (220) einer Laufschaufel (216) einer Gasturbine verbunden ist, wobei die Laufschaufel in einer ersten Richtung um eine Achse (210) drehbar montiert ist; und mindestens einen Kühlkanal (230), der sich von mindestens einer Einlassöffnung (236), die im Schaft angeordnet ist, zu mindestens einer Auslassöffnung (232), die in einer oberen Oberfläche (234) des Engelsflügels angeordnet ist, erstreckt, so dass die mindestens eine Einlassöffnung (236) mit einem Radinnenraum (244) der Gasturbine (202) in Strömungsverbindung steht und die mindestens eine Auslassöffnung (232) mit einem äusseren Rotor-Stator-Hohlraum der Gasturbine (202) in Strömungsverbindung steht; wobei der mindestens einen Kühlkanal (230) dafür ausgelegt ist, für den Empfang unter Druck stehender Kühlluft (242) aus dem Radinnenraum verwendet zu werden, so dass die unter Druck stehende Kühlluft (242) in die mindestens eine Einlassöffnung (236) geleitet wird und aus der mindestens einen Auslassöffnung (232) ausgetragen wird.

2. System (202) nach Anspruch 1, wobei das System mindestens eine Auslassöffnung (232) umfasst, die so orientiert ist, dass die unter Druck stehende Kühlluft (242) in einer radialen Richtung in Bezug auf die Drehachse, in der ersten Richtung oder einer zweiten Richtung weg von der ersten Richtung ausgetragen wird.

3. System (202) nach Anspruch 1, wobei ein Strom von Verbrennungsgasen (260) durch den äusseren Rotor-Stator-Hohlraum geleitet wird, wobei das System die mindestens eine Auslassöffnung (232) umfasst, die so ausgerichtet ist, dass die unter Druck stehende Kühlluft (242) in einer Stromaufwärtsrichtung in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase oder einer Stromabwärtsrichtung in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase austrägt.

4. System (202) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kühlkanal (230) umfasst: mehrere voneinander abgegrenzte Kühlkanäle; und eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung, die mit jedem separaten Kühlkanal verbunden sind.

5. System (202) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kühlkanal (230) umfasst: mehrere Zweigleitungen (232), die mit dem mindestens einen Kühlkanal (230) verbunden sind; und wenigstens entweder eine Einlassöffnung und/oder eine Auslassöffnung, die mit jeder Zweigleitung verbunden ist.

6. System (202) nach Anspruch 1, wobei der Engelsflügel (224) mit einem Schaftwandabschnitt des Schaftes verbunden ist, der hin zu einem Strom von Verbrennungsgasen, die durch die Gasturbine geleitet werden, oder weg von einem Strom von Verbrennungsgasen, die durch die Gasturbine geleitet werden, orientiert ist.

7. System (202) nach Anspruch 1, wobei die Laufschaufel (216) ein Schaufelblatt (218), das mit dem Schaft (220) verbunden ist, und einen Schaufelblattkühlkanal umfasst, der sich durch den Schaft zu dem Schaufelblatt erstreckt, wobei sich der mindestens eine Kühlkanal vom Schaufelblattkühlkanal zu der mindestens einen Auslassöffnung erstreckt; und/oder wobei die mindestens eine Laufschaufel (216) ein Schaufelblatt (218) aufweist, das mit dem Schaft (220) verbunden ist, und die mindestens eine Öffnung (232) in im Wesentlichen umfangsrichtungsmässiger Ausrichtung an einer Anströmkante des aerodynamischen Profils orientiert ist.

8. System (202) nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Auslassöffnung (232) proximal zu einer Spitze (250) des Engelsflügels, einer Wurzel (280) des Engelsflügels oder einer Stelle zwischen der Spitze und der Wurzel des Engelsflügels orientiert ist.

9. System (202) nach Anspruch 1, wobei das System mehrere Auslassöffnungen umfasst, die in einer oberen Oberfläche des Engelsflügels so orientiert sind, dass die Auslassöffnungen in Umfangsrichtung entlang der oberen Oberfläche des Engelsflügels beabstandet sind.

10. Verfahren zum Kühlen eines Engelsflügels in einer Gasturbine, wobei das Verfahren aufweist: Verbinden eines Engelsflügels mit einem Schaft einer Laufschaufel einer Gasturbine, wobei die Laufschaufel in einer ersten Richtung um eine Achse drehbar montiert ist; Definieren mindestens eines Kühlkanals, der sich durch den Schaft und den Engelsflügel von der mindestens einen Einlassöffnung, die am Schaft angeordnet ist, bis zu mindestens einer Auslassöffnung, die in einer oberen Oberfläche des Engelsflügels angeordnet ist, erstreckt, so dass die mindestens eine Einlassöffnung mit einem Radinnenraum der Gasturbine in Strömungsverbindung steht und die mindestens eine Auslassöffnung mit einer äusseren Rotor-Stator-Hohlraum der Gasturbine in Störmungsverbindung steht; und Zuführen von unter Druck stehender Kühlluft in den Radinnenraum, so dass die unter Druck stehende Kühlluft in die mindestens eine Einlassöffnung geleitet wird und aus der mindestens einen Auslassöffnung ausgetragen wird.