CZ20003682A3 - Chlazení tenkou vrstvou filmu pro uzavřeným okruhem chlazený profil - Google Patents

Description

Chlazeni tenkou vrstv^ěket^ filmu pro uzavřeným okruhem chlazený profil

Oblast techniky

Vynález se obecně týká pozemních plynových turbín, například na výrobu elektrické energie, přičemž se zejména týká chlazení trysek prvního stupně u takovýchto turbín.

Dosavadní stav techniky

Tradiční přístup při chlazení lopatek a trysek turbíny představovalo odebírání vysokotlakého chladicího vzduchu ze zdroje, například z mezilehlého a z koncového stupně turbínového kompresoru. U takového systému je obvykle využíváno série vnitřních průtokových kanálů pro dosažení požadovaného množství průtokové hmoty pro chlazení lopatek turbíny. Naproti tomu je využíváno vnějšího potrubí pro přivádění vzduchu k tryskám, přičemž bývá obvykle využíváno chlazení vrstvičkou filmu chladicího média, přičemž je vzduch vypouštěn do proudu horkých plynů v turbině.

U moderních konstrukcí plynových turbín bylo zjištěno, že teplota horkých plynů, proudících přes součásti turbíny, může být vyšší, než je teplota tání kovu těchto součástí. Bylo proto nezbytné ustanovit chladicí schéma na ochranu součástí, ležících v dráze horkých plynů, během provozu turbíny.

Pára byla ustanovena jako výhodné chladicí médium pro chlazení trysek plynové turbíny (lopatek statoru), a to zejména u zařízení s kombinovaným okruhem, jak je popsáno například v patentovém spise US 5 253 976, jehož popis je zde uváděn ve formě odkazu.

Pro úplný popis parou chlazených lopatek je možno odkázat na obsah patentového spisu US 5 536 143, jehož popis je zde uváděn ve formě odkazu.

Pro úplný popis parního (nebo vzduchového) chladicího okruhu pro přivádění chladicího média k lopatkám prvního a druhého stupně přes rotor je možno odkázat na patentový spis US 5 593 274, jehož popis je zde uvádět ve formě odkazu.

Jelikož má pára mnohem větší tepelnou kapacitu, než spalovací plyny, je považováno za neúčinné umožnit směšování chladicí páry s proudem horkých plynů. V důsledku toho pak u známých parou chlazených lopatek bylo považováno za žádoucí udržovat chladicí páru uvnitř součástí v dráze horkých plynů v uzavřeném okruhu.

Nicméně však určité oblasti součástí v dráze horkých plynů nemohou být prakticky chlazeny s pomocí páry v uzavřeném okruhu. Například poměrně tenká konstrukce zadních hran tryskových lopatek zcela vylučuje parní chlazení těchto hran. Proto je tedy pro chlazení těchto částí tryskových lopatek využíváno vzduchového chlazení.

Pro úplný popis parou chlazených trysek se vzduchovým chlazením podél zadní hrany je možno odkázat na patentový spis US 5 634 766, jehož obsah je zde uváděn ve formě odkazu.

Podstata vynálezu

U obvyklé konstrukce uzavřeného okruhu parou nebo vzduchem chlazené trysky, jak bylo stručně shora zmíněno a jak bylo vysvětleno ve shora uvedených patentových spisech, je využíváno páry nebo vzduchu pro chlazení stěny trysky prostřednictvím nárazového chlazení nebo konvekcí v případě dutiny zadní hrany.

V některých.případech pak s takovýmto typem chladicího schématu může tepelný spád ve stěně trysky dosáhnout velice vysokých hladin, což může způsobit nízkou životnost při únavě nízkého cyklu (LCF) pro určité oblasti stěny trysky. Proto původci tohoto vynálezu zjistili, že by bylo žádoucí modifikovat známou konvenční konstrukci uzavřeného chladicího okruhu trysky za účelem zajištění chlazení vnější plochy lopatky pro účely snížení místního tepelného spádu a v důsledku toho i pro účely zvýšení místní životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF).

Jak již bylo shora uvedeno, tak jelikož je u typických uzavřených chladicích okruhů chladicí médium (pára nebo vzduch) na tlakové a/nebo teplotní úrovni odlišné od úrovně v dráze horkých plynů, tak takové uzavřené chladicí okruhy mají vyloučené nebo izolované uzavřené okruhy chladicího média, oddělené od dráhy horkých plynů. Skutečně bylo dosud považováno za neúčinné a nežádoucí, aby bylo chladicí médium přiváděno do dráhy horkých plynů.

Původci tohoto vynálezu však zjistili, že zajištění malého odvádění chladicího média přes vhodně umístěné otvory ve stěně profilu jinak uzavřené smyčky chladicího okruhu je možno dosáhnout chlazení povrchové plochy profilu vrstvičkou filmu chladicího média pro velice účinné zvýšení místní životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF), a to takovým způsobem, že jsou vynahrazeny potenciální ztráty účinnosti.

Takže předmět tohoto vynálezu je zejména ztělesněn v konstrukci lopatky nebo profilu, kde je uspořádána řada nebo soustava otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média, procházejících stěnou lopatky a propojujících jeden nebo více vnitřních prostorů chladicích dutin trysky s vnější stranou lopatky pro umožnění vytékání chladicího média stěnou profilu trysky do dráhy horkých plynů pro účely vytvoření chladicí vrstvičky filmu pro ochranu profilu.

Otvory pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média jsou vytvořeny ve směru proudění nad cílovou oblastí nebo cílovými oblastmi nízké životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF), a mohou být umístěny podél části nebo podél celé radiální délky příslušné dutiny, přičemž mohou s výhodou odpovídat místu a rozsahu místní oblasti nízké životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF).

Takže předmět tohoto vynálezu navrhuje modifikovat typickou konstrukci uzavřeného okruhu parou nebo vzduchem chlazené trysky, a to přiváděním chladicího média, například páry nebo vzduchu, jako tenké vrstvičky filmu pro výrazné snížení místního tepelného spádu, v důsledku čehož dojde ke zvýšení místní životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF).

Konkrétněji řečeno je předmět tohoto vynálezu ztělesněn v přidání alespoň jednoho otvoru pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média, a ještě . výhodněji celé soustavy takovýchto otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu do uzavřeného okruhu parou nebo vzduchem chlazené trysky pro zajištění zdroje chladicího média pro chlazení povrchové plochy profilu vrstvičkou filmu chladicího média v oblastech, kde by jinak docházelo k nízké životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF) v důsledku vysokého tepelného spádu.

Otvory pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média procházejí stěnou jedné nebo více dutin uzavřeného okruhu parou nebo vzduchem chlazené trysky plynové turbíny. Chladicí médium tak proudí ven do dráhy horkých plynů přes otvory pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média.

Proto byl tedy v souladu s jedním provedením předmětu tohoto vynálezu vyvinut chladicí systém pro chlazení součástí v dráze horkých plynů u tryskového stupně plynové turbíny, u kterého může být uplatněn systém uzavřeného okruhu parního nebo vzduchového chlazení a/nebo systém otevřeného okruhu vzduchového chlazení. U systému uzavřeného okruhu je uspořádán větší počet segmentů lopatky trysky, z nichž každý obsahuje jednu nebo více tryskových lopatek, ležících mezi radiálně směřující vnitřní a vnější stěnou.

Lopatky jsou opatřeny větším počtem dutin, které jsou propojeny s oddíly ve vnější a vnitřní stěně pro prouděni chladicího média v uzavřeném okruhu pro chlazení vnější a vnitřní stěny a lopatek jako takových. Tento chladicí systém s uzavřeným okruhem je z konstrukčního hlediska v podstatě obdobný jako parní chladicí systém, který je popsán a znázorněn v již shora uváděném patentovém spise US 5 634 766, pouze s určitými výjimkami, které budou uvedeny v dalším.

Takže chladicí médium může být přiváděno do přetlakového prostoru ve vnější stěně segmentu pro jeho distribuci do komor a průchodů přes nárazové otvory v desce pro nárazové chlazení plochy vnější stěny segmentu. Upotřebené nárazové chladicí médium proudí do náběžné hrany a do zadních dutin, rozprostírajících se radiálně v lopatce. Alespoň jedna chladicí dutina pro vratné nebo mezilehlé chladicí médium se rozprostírá v radiálním směru a leží mezi náběžnou hranou a zadními dutinami. Rovněž může být uspořádána samostatná dutina zadní hrany.

Proudění chladicího vzduchu v dutině zadní hrany jako takové je předmětem patentového spisu US 5 611. 6.62, jehož obsah je zde uváděn ve formě odkazu. Chladicí vzduch z této dutiny zadní hrany proudí do vnitřní stěny pro průtok přes kanál pro přivádění profukovacího vzduchu do prostoru oběžného kola nebo do dráhy horkých plynů.

Pro chlazení povrchové plochy profilu v oblastech, kde by jinak docházelo k nízké životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF) v důsledku vysokého tepelného spádu, je uspořádán alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média ve stěně jedné nebo více ze shora uvedených dutin uzavřeného okruhu parou nebo vzduchem chlazené trysky plynové turbíny. Chladicí médium poté proudí ven do dráhy horkých plynů přes tento otvor nebo otvory pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média, které jsou vytvořeny ve stěně profilu, v důsledku čehož je vytvářena chladicí vrstvička filmu pro chlazení povrchové plochy profilu.

V souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu byl vyvinut segment lopatky statoru s uzavřeným okruhem, obsahující radiálně vnitřní a vnější stěnu, které jsou od sebe vzájemně vzdáleny, a lopatku, která leží mezi vnitřní a vnější stěnou a má náběžnou hranu a zadní hranu, přičemž tato lopatka zahrnuje oddělenou náběžnou hranu, zadní hranu a mezilehlé dutiny, uspořádané mezi náběžnou hranou a zadní hranou a probíhající radiálně v lopatce, přičemž uvedená náběžná hrana a mezilehlé dutiny spolu vymezují v podstatě uzavřený chladicí okruh pro proudění chladicího média uvedenou lopatkou, vložku v dutině náběžné hrany pro přivádění chladicího média, opatřenou nárazovými otvory pro nasměrování chladicího média na vnitřní plochy stěny dutiny náběžné hrany pro účely nárazového chlazení lopatky podél dutiny náběžné hrany, vložku v mezilehlé dutině pro přivádění chladicího média, opatřenou nárazovými otvory pro nasměrování chladicího média na vnitřní plochy stěny mezilehlé dutiny pro nárazové chlazení lopatky podél mezilehlé dutiny, přičemž dutina zadní hrany je propojena se vstupem chladicího vzduchu pro přivádění chladicího vzduchu z tohoto vstupu a je opatřena výstupem jednak na náběžné hraně a jednak na radiálním vnitřním konci pro nasměrování upotřebeného chladicího vzduchu jednak do dráhy horkých plynů vně lopatky a jednak do prostoru oběžných kol mezi přilehlými stupni turbíny, přičemž alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média je proveden ve stěně alespoň jedné z dutin pro průtokové propojení mezi vnitřním prostorem dutiny lopatky a vnějškem lopatky pro chlazení povrchové plochy profilu a tím pro snížení tepelného spádu v této oblasti.

Předmět tohoto vynálezu může být dále uspořádán jako chladicí systém s v podstatě uzavřeným okruhem pro chlazení součástí tryskových stupňů plynové turbíny v dráze horkých plynů, zejména prvního tryskového stupně, který je modifikován pro chlazení některých z těchto součástí vrstvičkou filmu chladicího média.

tepelných tocích a chladicím médiem,

Segmenty lopatky trysky jsou s výhodou uspořádány tak, že mají nezbytnou konstrukční celistvost při vysokých tlacích, zaručující kapacitu chlazení kterým je s výhodou pára, proudící v tlakovém a v podstatě uzavřeném okruhu. Takže předmět tohoto vynálezu poskytuje alespoň v prvním stupni turbíny větší počet segmentů lopatky trysky, z nichž každý obsahuje jeden nebo více lopatek trysky, ležících mezi radiálně vnější a vnitřní stěnou.

Lopatky jsou opatřeny větším počtem dutin, propojených s oddíly ve vnější a vnitřní stěně pro proudění chladicího média, s výhodou páry, ve v podstatě uzavřené dráze okruhu pro chlazení vnější a vnitřní stěny a lopatek jako takových. Nárazové chlazení je prováděno v náběžné hraně lopatky, stejně jako v mezilehlé vratné dutině nebo dutinách lopatky trysky prvního stupně. Vložky v náběžné a zadní dutině sestávají z pouzder, uspořádaných v těchto dutinách v určité vzdálenosti od stěn dutiny. Tyto vložky jsou opatřeny nárazovými otvory proti stěnám dutiny, přičemž pára, proudící do těchto vložek, proudí směrem ven těmito nárazovými otvory pro účely nárazového chlazení stěn lopatky.

Vratné kanály jsou uspořádány podél vložek pro účely odvádění upotřebené nárazové chladicí páry. Obdobně jsou vložky ve vratné mezilehlé dutině nebo dutinách opatřeny nárazovými otvory pro proudění nárazového chladicího média na boční stěny lopatky. Tyto vložky jsou rovněž opatřeny vratnými dutinami pro shromažďování upotřebené nárazové chladicí páry a pro její přivádění do chladicího média, například na výstup páry.

Segmenty trysky prvního stupně dále zajišťují chlazení plochy profilu vrstvičkou filmu chladicího média v oblastech, kde by jinak docházelo k nízké životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF) v důsledku vysokého tepelného spádu. V souladu s výhodným provedením předmětu tohoto vynálezu je alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média a s výhodou větší počet takovýchto otvorů nebo soustava těchto otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu provedena podél alespoň části stěny alespoň jedné dutiny segmentu pro odvádění části chladicího média z jinak uzavřeného okruhu pro účely chlazení předem stanovené části vnějšku lopatky vrstvičkou filmu chladicího média.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematický pohled v řezu na lopatku trysky prvního stupně;

obr. 2 znázorňuje axonometrický pohled na typickou trysku prvního stupně se znázorněnými oblastmi omezené životnosti;

obr. 3 znázorňuje nárysný pohled na lopatku takového typu, který je znázorněn na obr. 1, opatřenou otvory pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média podle jednoho provedení předmětu tohoto vynálezu; a obr. 4 znázorňuje schematický pohled v řezu, přičemž řez je veden podél čáry 4-4 z obr. 3.

Příklady provedení vynálezu

Jak již bylo shora uvedeno, týká se předmětný vynález zejména chladicích okruhů pro trysky prvního stupně turbíny, přičemž je nutno odkázat na již shora uváděné patenty, v nichž jsou popisovány různé další aspekty turbíny, její konstrukce, a způsobů jejího provozu.

Na vyobrazení podle obr. 1 je znázorněn schematický pohled v řezu na lopatku 10, obsahující jeden z většího množství obvodově uspořádaných segmentů trysky prvního stupně. Zde je nutno zdůraznit, že tyto segmenty jsou spolu vzájemně spojeny, takže vytvářejí prstencovitou soustavu segmentů, vymezující dráhu horkých plynů, vedoucí tryskou prvního stupně turbíny.

Každý segment obsahuje radiálně umístěnou vnější stěnu 12 a vnitřní stěnu 14, přičemž mezi vnější stěnou.12 a vnitřní stěnou 14 je uspořádána jedna nebo více tryskových lopatek 10. Segmenty jsou neseny kolem vnitřního pláště turbíny (na vyobrazeních neznázorněno), přičemž přiléhající segmenty jsou vzájemně vůči sobě utěsněny.

Je proto nutno zdůraznit, že vnější stěna 12, vnitřní stěna 14 a lopatky 10, uspořádané mezi nimi, jsou zcela neseny vnitřním pláštěm turbíny a jsou odnímatelné spolu s polovinami vnitřního pláště turbíny po odejmutí vnějšího pláště 16, jak je uvedeno v patentovém spise US 5 685 693.

Pro účely tohoto popisu bude lopatka 10 popisována tak, že tvoří jedinou lopatku segmentu, přičemž je lopatka 10 opatřena náběžnou hranou 18 a zadní hranou 20. Se segmenty, upevněnými k vnitřnímu plášti (na vyobrazeních neznázorněno), mohou být trysky prvního a druhého stupně, tj. neotáčející se součásti prvního a druhého stupně, vyjmuty z turbíny po sejmutí vnitřního pláště, jak je uvedeno ve shora uvedeném patentovém spise US 5 685 693, a to pro účely oprav a údržby, přičemž je zde rovněž nutno zdůraznit, že trysky prvního a druhého stupně, opatřené kombinovaným uzavřeným okruhem pro chlazení parou a pro chlazení vzduchem, mohou sloužit jako náhradní tryskové stupně pro pouze vzduchem chlazené tryskové stupně, pokud je turbína přeměněna z turbíny, chlazené výhradně vzduchem na turbínu s kombinovaným chlazením parou a vzduchem.

Segment tryskové lopatky prvního stupně je opatřen vstupem 22 chladicí páry do vnější stěny 12. S tryskovým segmentem je rovněž propojen výstup 24 vratné páry. Vnější stěna 12 je opatřena vnějším bočním ohrazením či stěnou 26, náběžným ohrazením či stěnou 28 a zadním ohrazením či stěnou 30, vymezujícími přetlakový prostor 32 spolu s horní plochou 34 a s nárazovou deskou 36, umístěnou ve vnější stěně 12. (Výrazy směrem ven a směrem dovnitř, stejně jako vnější a vnitřní, se týkají obecně radiálního směru.)

Mezi nárazovou deskou 36 a vnitřní plochou 38 vnější stěny 12 je uspořádáno větší množství nosných žeber 40, umístěných mezi vnějšími bočními stěnami 26 náběžnou stěnou 28 a zadní stěnou 30. Nárazová deska 36 překrývá žebra 40 přes celý rozsah přetlakového prostoru 32. V důsledku toho pak pára, vstupující vstupem 22 chladicí páry do přetlakového prostoru 32, prochází otvory v nárazové desce 36 pro účely nárazového chlazení vnitřní plochy 38 vnější stěny 12.

U tohoto příkladného provedení předmětu tohoto vynálezu je trysková lopatka 10 prvního stupně opatřena větším počtem dutin, a to například dutinou 42 náběžné hrany 18, zadní dutinou 44, třemi mezilehlými vratnými dutinami 46, £8 a 50, a rovněž dutinou 52 zadní hrany 20.

Dutina 42 náběžné hrany 18 je opatřena vložkou 54, a zadní dutina 44 je opatřena vložkou .56, zatímco každá z mezilehlých vratných dutin 46, 48 a 50 je opatřena příslušnými obdobnými vložkami 58, 60 a 62, přičemž všechny tyto vložky mají obecně tvar dutých perforovaných pouzder. Uvedené vložky mohou být tvarovány tak, aby odpovídaly tvaru příslušné dutiny, ve které je ta která vložka uložena.

Boční stěny pouzder jsou opatřeny větším množstvím otvorů pro nárazové chlazení, a to podél částí vložky, které leží proti stěnám dutiny, které mají být nárazově chlazeny. Například v dutině 42 náběžné hrany 18 bude přední okraj vložky 54 obloukovitý, přičemž boční stěny budou obecně odpovídat tvaru bočních stěn dutiny 42, a přičemž veškeré tyto stěny vložky budou opatřeny otvory pro nárazové chlazení.

Zadní strana pouzdra nebo vložky 54 naproti žebru 64, oddělujícímu dutinu 42 od dutiny 46, však nebude opatřena otvory pro nárazové chlazení. V zadní dutině 44 však budou na druhé straně pouze boční stěny pouzdra vložky 56 opatřeny otvory pro nárazové chlazení. Přední a zadní stěny pouzdra vložky 56 budou z pevného neperforovaného materiálu.

Zde je nutno zdůraznit, že vložky, uložené v dutinách 42, 44, 46, 48 a 50, jsou vzdáleny od stěn dutin pro umožnění průtoku chladicího média, například páry, přes otvory pro nárazové chlazení pro účely narážení na plochy vnitřní stěny dutin, v důsledku čehož bude docházet ke chlazení těchto ploch stěn.

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 1, tak po nárazu proudí chladicí pára do přetlakového prostoru 66, vymezeného vnitřní stěnou 14 a spodní krycí deskou 68. Spolu s vnitřní stěnou 14 jsou integrálně odlita nosná výztužná žebra 70. Radiálně směrem dovnitř od těchto žeber 70 je uspořádána nárazová deska 72. V důsledku toho je nutno zdůraznit, že upotřebená nárazová chladicí pára, proudící z dutin 42 a 44, proudí do přetlakového prostoru 66, načež proudí přes otvory pro nárazové chlazení v nárazové desce 72 pro účely nárazového chlazení vnitřní stěny 14.

Upotřebená chladicí pára proudí ve směru žeber 70 směrem k otvorům (na vyobrazeních podrobněji neznázorněno) pro účely zpětného proudění přes dutiny 46, 48 a 50 do výstupu 24 vratné páry. Vložky 58, 60 a 62 jsou umístěny v dutinách 46, ; 48 a 50 v určité · vzdálenosti od bočních stěn a žeber, vymezujících příslušné dutiny. Otvory pro nárazové chlazení leží na opačných stranách pouzder pro účely . proudění chladicího média, například páry, z vnitřního prostoru vložek přes otvory pro nárazové chlazení pro účely nárazového chlazení bočních stěn lopatky. Upotřebená chladicí pára potom proudí ven výstupem 24 vratné páry, například zpět do přívodu páry.

Okruh pro vzduchové chlazení dutiny zadní hrany u okruhů kombinovaného parního a vzduchového chlazení lopatky, jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 1, obecně odpovídá řešení podle shora uvedeného patentového spisu US 5 634 766, takže jeho podrobnější popis zde bude vynechán.

Jak již bylo shora uvedeno, tak u typického uzavřeného parního, okruhu nebo u konstrukce vzduchem chlazené trysky je použito páry nebo vzduchu pro chlazení stěny trysky, prostřednictvím nárazového chlazení nebo konvekcí v případě dutiny zadní hrany. Avšak u tohoto typu chladicího schématu může tepelný spád či gradient ve stěně trysky dosáhnout velmi vysokých hodnot, což může způsobit nízkou životnost při únavě nízkého cyklu (LCF) pro určité místní oblasti stěny trysky..

Na vyobrazení podle obr. 2 jsou schematický znázorněny příklady takových oblastí únavy nízkého cyklu (LCF) u stěny trysky. Na tomto vyobrazení podle obr. 2 je schematicky znázorněna takováto příkladná oblast nízké únavy nízkého cyklu (LCF), která je obecně označena, vztahovou značkou 73. Jedna část této oblasti 73 nízké únavy nízkého cyklu (LCF), která je označena vztahovou značkou 75, má obzvláštní význam jako ta část lopatky, která může vykazovat obzvláště nízkou životnost při únavě nízkého cyklu (LCF).

Část 75 oblasti 73 bude zejména tou oblastí, kde bude žádoucí snížit tepelný spád nebo gradient za účelem zlepšení životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF). Avšak u některých uplatnění může být žádoucí snížit teplotní gradient podél větší části celkové délky uvedené oblasti 73, omezující životnost, nebo v jiných oblastech trysky, které mají obecně stejné uspořádání.

Za účelem zvýšení místní životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF) pak předmět tohoto vynálezu navrhuje modifikovat konstrukci typického uzavřeného okruhu parního .nebo vzduchového chlazení trysky prostřednictvím zavedení chlazení vrstvičkou filmu chladicího média za účelem výrazného snížení místního tepelného spádu, v důsledku čehož dojde ke zvýšení místní životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF).

Konkrétněji řečeno je předmět tohoto vynálezu ztělesněn v přidání alespoň jednoho a s výhodou většího počtu otvorů 178 pro chlazení vrstvičkou filmu chladicího média, například páry nebo vzduchu do jinak uzavřeného okruhu parou nebo vzduchem chlazené trysky pro zajištění chladicího zdroje pro chlazení plochy profilu vrstvičkou filmu v oblastech, kde jinak dochází k nízké životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF) v důsledku vysokého tepelného spádu. Chladicí média tak proudí ven do dráhy 176 horkých plynů přes otvory 178 pro chlazení vrstvičkou filmu, které jsou vytvořeny ve stěně 180 profilu pro zajištění chlazení vnějšku lopatky vrstvičkou filmu chladicího média.

Na vyobrazení podle obr. 3 je schematicky znázorněno rozmístění otvorů 178 pro chlazení vrstvičkou filmu podle tohoto vynálezu.

Ve znázorněném provedení jsou otvory 178 pro chlazení vrstvičkou filmu uspořádány ve v podstatě lineární soustavě, probíhající radiálně podél přibližně jedné poloviny radiální délky profilu lopatky 10 směrem od radiálně vnější stěny 12. Přestože jsou znázorněné otvory 178 pro chlazení vrstvičkou filmu vymezeny pouze podél části radiální délky profilu lopatky 10, je zcela pochopitelné, že takováto soustava otvorů 178 pro chlazení vrstvičkou filmu může probíhat podél části délky nebo podél celé délky příslušné dutiny lopatky 10, pokud to bude nezbytné nebo žádoucí pro výsledný účinek chlazení za účelem zlepšení životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF).

Kromě toho, přestože je soustava otvorů 178 pro chlazení vrstvičkou filmu u znázorněného provedení vymezena tak, že probíhá od přilehlé vnější stěny 12, může být pochopitelně tato soustava otvorů 178 pro chlazení vrstvičkou filmu uspořádána tak, aby probíhala od radiálně vnitřního konce lopatky 10.

Soustava otvorů 178 pro chlazení vrstvičkou filmu je uspořádána směrem po proudu nad místní oblastí nízké únavy nízkého cyklu (LCF). Takže jak je znázorněno na vyobrazeních podle obr. 2 a podle obr. 3, tak u příkladného výhodného znázorněného provedení předmětu tohoto vynálezu pak otvory 178 pro chlazení vrstvičkou filmu propojují dutinu náběžné hrany profilu s vnějškem. Pokud je to pokládáno za nezbytné nebo žádoucí, může být uspořádána další přídavná soustava nebo více soustav otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu, které mohou probíhat podél dutiny náběžné hrany a/nebo přídavně nebo alternativně může být uspořádána jedna nebo více soustav otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu v jiné dutině nebo v jiných dutinách profilu, a to v závislosti na potenciálních oblastech nízké únavy nízkého cyklu (LCF) a v závislosti na nezbytné analýze výhodnosti nákladů při výrobní náročnosti a uvažované účinnosti při vyvážení s výsledky zvýšení životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF).

Jak je znázorněno na vyobrazení podle obr. 4, jsou otvory 178 pro chlazení vrstvičkou filmu s výhodou zaměřeny směrem dozadu, to znamená, že jsou skloněny vůči rovině stěny 180 profilu lopatky 10 tak, aby bylo zajištěno proudění na vnější stěně nebo podél vnější stěny v podobě chladicího filmu pro účely chlazení místní oblasti nízké únavy nízkého cyklu (LCF) umístěné v blízkosti a směrem po proudu od otvorů 178 pro chlazení vrstvičkou filmu, a to pro účely výrazného snížení tepelného spádu či gradientu v dané oblasti.

Přestože byl předmět tohoto vynálezu popsán ve spojitosti s jeho příkladným provedením, které je v současné době považováno za nejpraktičtější a nejvýhodnější, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu není nikterak omezen pouze na toto shora popsané provedení, neboť je naopak určen k tomu, aby pokrýval veškeré různé modifikace a ekvivalentní uspořádání, která spadají do myšlenky a rozsahu přiložených patentových nároků.

Claims (17)

1. Segment lopatky statoru pro vytvoření části stupně turbíny, vyznačující se tím,, že obsahuje:

vnitřní a vnější stěnu, které jsou od sebe vzájemně vzdáleny, lopatku statoru, ležící mezi uvedenou vnitřní a vnější stěnou a opatřenou náběžnou a zadní hranou, přičemž uvedená lopatka obsahuje větší množství oddělených dutin mezi náběžnou a zadní hranou, ležících podélně v uvedené lopatce pro proudění chladicího média ve v podstatě uzavřeném okruhu uvedenou lopatkou, a alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu, procházející stěnou alespoň jedné z uvedených dutin pro průtokové propojení vnitřního prostoru uvedené dutiny a vnějšku lopatky, přičemž uvedený alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu leží v blízkosti předem stanovené oblasti s potenciální nízkou životností při únavě nízkého cyklu (LCF), přičemž část chladicího média, proudícího uvedenou lopatkou, vychází ven uvedeným alespoň jedním otvorem pro chlazení vrstvičkou filmu pro snížení tepelného spádu v blízkosti tohoto otvoru a v důsledku toho pro zvýšení životnosti při únavě nízkého cyklu v uvedené oblasti.

2. Segment lopatky statoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že pouzdrová vložka je umístěna v alespoň jedné uvedené dutině a je vzdálena od vnitřní stěny uvedené lopatky pro vymezení mezery, přičemž má uvedená vložka vstup pro proudění chladicího média do uvedené pouzdrové vložky, uvedená pouzdrová vložka je opatřena větším počtem průchozích otvorů pro proudění chladicího média uvedenou vložkou do uvedené mezery pro narážení na plochu vnitřní stěny uvedené lopatky.

3. Segment vyznačuj í jeden otvor pro úhlem vůči stěně proudícího tímto proudění.

lopatky cis chlazení lopatky otvorem, statoru podle nároku 1, s tím, že uvedený alespoň vrstvičkou filmu je skloněn pod pro nasměrování chladicího média, na vnější stranu lopatky ve směru

4. Segment vyznačuj opatřena větším lopatky statoru podle nároku 1, ící se tím, že uvedená stěna je počtem otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu, procházejících touto stěnou.

5. Segment lopatky statoru podle nároku · 4, vyznačující se tím, že uvedený*větší počet otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu je uspořádán ve v podstatě lineární soustavě, která probíhá podél alespoň části délky lopatky.

6. Segment vyznačují soustava probíhá lopatky.

lopatky statoru c í se tím, od přilehlé uvedené podle nároku 5, že uvedená lineární vnější stěny uvedené

7. Segment lopatky turbíny, vyznačuj ící tím, že obsahuje:

vnitřní a vnější stěnu, které jsou od sebe vzájemně vzdáleny, lopatku, ležící mezi uvedenou vnitřní a vnější stěnou a opatřenou náběžnou a zadní hranou, přičemž je uvedená lopatka opatřena větším počtem oddělených dutin mezi náběžnou a zadní hranou, které leží podélně v uvedené lopatce pro proudění chladicího média touto lopatkou, uvedená vnější stěna vymezuje alespoň jeden přetlakový prostor chladicího média, uvedená vnitřní stěna vymezuje alespoň jeden přetlakový prostor chladicího média, vstup chladicího média, umožňující průchod chladicího média do uvedeného přetlakového prostoru v uvedené vnější stěně, uvedená lopatka je opatřena prvním otvorem, propojujícím uvedený přetlakový prostor v uvedené vnější stěně s alespoň jednou z uvedených dutin pro umožnění průchodu chladicího média mezi uvedeným jedním přetlakovým prostorem a uvedenou jednou dutinou, uvedená lopatka je opatřena druhým otvorem, propojujícím uvedenou jednu dutinu s uvedeným přetlakovým prostorem chladicího média uvedené vnitřní stěny, a uvedená lopatka je opatřena třetím otvorem, propojujícím uvedený přetlakový prostor chladicího média v uvedené vnitřní stěně s alespoň jinou z uvedených dutin pro umožnění průchodu chladicího média ve v podstatě uzavřeném okruhu mezi uvedeným přetlakovým prostorem chladicího média uvedené vnější stěny, uvedenou jednou dutinou, uvedeným přetlakovým prostorem chladicího média uvedené vnitřní stěny, a uvedenou jinou dutinou, pouzdrovou vložku v každé z uvedené jedné dutiny a uvedené jiné dutiny, vzdálenou od plochy vnitřní stěny dutiny, přičemž každá uvedená pouzdrová vložka má vstup pro proudění chladicího média do uvedené pouzdrové vložky, každá uvedená pouzdrová vložka je opatřena větším počtem průchozích otvorů pro proudění chladicího média přes uvedené otvory ve vložce do uvedeného prostoru mezi uvedenou vložkou a uvedenými plochami vnitřní stěny pro narážení na uvedenou plochu vnitřní stěny uvedené lopatky, a alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu, procházející stěnou alespoň jedné z uvedené první dutiny a jiné dutiny pro průtokové propojení mezi vnitřním prostorem uvedené dutiny a vnějším povrchem lopatky, uvedený alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu je uspořádán v blízkosti předem stanovené oblasti nízké životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF), přičemž část chladicího média, proudícího uvedenou lopatkou, vytéká ven uvedeným alespoň jedním otvorem pro chlazení vrstvičkou filmu pro snížení tepelného spádu v blízkosti tohoto otvoru a v důsledku toho pro zvýšení životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF) v uvedené oblasti.

8. Segment lopatky turbíny podle nároku 7, vyznačující se tím, že uvedená vnitřní stěna je opatřena alespoň jedním žebrem podél její vnitřní plochy, vymezujícím vnitřní oddíly uvnitř uvedené vnitřní plochy, přičemž dále obsahuje:

kryt pro uvedené vnitřní oddíly, vzdálený od uvedené vnitřní plochy, nárazovou desku mezi uvedeným krytem a uvedenou vnitřní plochou, přičemž uvedený druhý otvor uvedené lopatky je propojen s uvedeným přetlakovým prostorem uvedené vnitřní stěny pro umožnění průchodu chladicího média, uvedená nárazová deska je opatřena otvory pro umožnění průchodu chladicího média pro nárazové chlazení uvedené vnitřní stěny.

9. Segment lopatky turbíny podle nároku 7, vyznačující se tím, že jedna z uvedeného většího počtu oddělených dutin obsahuje dutinu zadní hrany, opatřenou větším počtem otvorů v zadní hraně uvedené lopatky pro proudění chladicího média z uvedené dutiny zadní hrany uvedenými otvory na vnější stranu uvedené lopatky.

10. Segment lopatky turbíny podle nároku 7, vyznačující se tím, že uvedený alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu je skloněn pod úhlem vůči stěně lopatky, takže chladicí médium, proudící tímto otvorem, je nasměrováno na vnější stranu lopatky dolů ve směru proudění.

11. Segment lopatky turbíny podle nároku 7, vyznačující se tím, že uvedená stěna je opatřena větším počtem otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu, procházejících touto stěnou.

12. Segment lopatky turbíny podle nároku 11, vyznačující se tím, že uvedený větší počet otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu je uspořádán ve v podstatě lineární soustavě, která probíhá podél alespoň části délky lopatky.

13. Segment lopatky turbíny podle nároku 12, v y z n a č u j i c i s e tím, že uvedená lineární soustava probíhá od přilehlé uvedené vnější stěny uvedené lopatky. 14. Segment lopatky Statoru, v y z n a č u j i c i s e tím, že obsahuje:

vnitřní a vnější stěnu, které jsou od sebe vzájemně vzdáleny, lopatku, ležící mezi uvedenou vnitřní a vnější stěnou a opatřenou náběžnou a zadní hranou, přičemž je uvedená lopatka opatřena větším počtem oddělených dutin mezi náběžnou a zadní hranou, které leží podélně v uvedené lopatce, uvedená vnitřní a vnější stěna vymezuje příslušné přetlakové prostory a nárazovou desku v každém uvedeném přetlakovém prostoru, vstup do uvedené vnější stěny pro proudění páry do přetlakového prostoru vnější stěny a přes nárazovou desku v uvedeném přetlakovém prostoru vnější stěny pro nárazové parní chlazení horní plochy uvedené vnější stěny, vložku v jedné z uvedených dutin pro přijímání upotřebené nárazové páry z uvedené vnější stěny, opatřenou nárazovými otvory pro nasměrování páry, přiváděné od uvedené vnější stěny, proti plochám vnitřní stěny uvedené jedné dutiny pro nárazové chlazení lopatky kolem uvedené jedné dutiny, uvedená vnitřní stěna je opatřena otvorem pro přijímání upotřebené nárazové páry z uvedené jedné dutiny do přetlakového prostoru vnitřní stěny pro proudění přes nárazovou desku a pro nárazové chlazení vnitřní stěny, vložku v jiné z uvedených dutin pro přijímání upotřebené nárazové páry z uvedené vnitřní stěny, opatřenou nárazovými otvory pro nasměrování páry, přiváděné z uvedené vnitřní stěny, proti plochám vnitřní stěny uvedené jiné dutiny pro nárazové chlazení lopatky kolem uvedené jiné dutiny, výstup pro přijímání upotřebené nárazové páry z uvedené jiné dutiny, přičemž pára proudí uvedenou vnitřní a vnější stěnou, přičemž uvedená jedna dutina a uvedená druhá dutina vytvářejí uzavřený průtokový okruh uvedenou lopatkou, a alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu, provedený ve stěně alespoň jedné z uvedené jedné dutiny a uvedené jiné dutiny pro průtokové propojení mezi vnitřním prostorem uvedené alespoň jedné dutiny a vnější stranou lopatky.

v y z n dutinu vzduchu v zadní

Segment lopatky ačující se zadní hrany uvnitř turbíny podle nároku 14, tím, že dále obsahuje uvedené lopatky pro přijímání ze vstupu vzduchu a pro průchod vzduchu přes otvory hraně pro chlazení zadní hrany.

16. Segment lopatky turbíny podle nároku 14, vyznačující se tím, že část chladicí páry, proudící do uvedené alespoň jedné dutiny, vytéká ven z uvedené dutiny přes uvedený alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu na vnější stranu uvedené lopatky pro proudění podél alespoň části vnější plochy uvedené lopatky dolů ve směru proudění od uvedeného otvoru pro chlazení vrstvičkou filmu pro vytvoření vrstvičky chladicího filmu pro chlazení vnější plochy uvedené lopatky dolů ve směru proudění a v důsledku toho pro zvýšení životnosti při únavě nízkého cyklu (LCF) uvedené lopatky.

17. Segment lopatky turbíny podle nároku 16, vyznačující se tím, že uvedený alespoň jeden otvor pro chlazení vrstvičkou filmu je skloněn pod úhlem vůči stěně lopatky, takže chladicí médium, proudící tímto otvorem, je nasměrováno na vnější stranu lopatky dolů ve směru proudění.

18. Segment lopatky turbíny podle nároku 17, vyznačující se tím, že uvedená stěna je opatřena větším počtem otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu, procházejících touto stěnou.

19. Segment lopatky turbíny podle nároku 18, vyznačující se tím, že uvedený větší počet otvorů pro chlazení vrstvičkou filmu je uspořádán ve v podstatě lineární soustavě, která probíhá podél alespoň části délky lopatky.

20. Segment lopatky turbíny vyznačující se tím, soustava probíhá od přilehlé uvedené lopatky.