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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Laufschaufel für eine Turbine,
wie z. B. eine Flugzeugturbine, Gasturbine, Dampfturbine, usw. Insbesondere betrifft
die Erfindung Spitzendeckbänder
mit hohlen Bereichen und die Kühlung
eines Turbinenlaufschaufel-Spitzendeckbandes unter Verwendung von
durch den hohlen Bereich zirkulierendem Kühlmittel. Als ein nicht einschränkendes
Beispiel werden die Erfindung und der Hintergrund unter Bezugnahme
auf eine Gasturbine beschrieben.
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Die
Turbinenlaufschaufeln von industriellen Gasturbinen und Flugzeugtriebwerken
arbeiten in einer Umgebung mit extremen Temperaturen. Die thermischen
Belastungen und Metalltemperaturen in Verbindung mit dieser Umgebung
können
die nutzbare Betriebslebensdauer der Turbinenlaufschaufeln verringern.
Werden Turbinenlaufschaufeln und ihrer Komponententeile während des
Betriebs gekühlt, kann
dies deren nutzbare Betriebslebensdauer verlängern.
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Viele
Turbinenlaufschaufeln enthalten ein Schaufelblatt und ein an der
Spitze des Schaufelblattes befestigtes integriertes Spitzendeckband.
Das Spitzendeckband, welches an der Außenkante des Schaufelblattes
angebracht ist, stellt einen Oberflächenbereich bereit, der im
Wesentlichen senkrecht zu der Schaufelblattoberfläche verläuft. Der
Oberflächenbereich
des Spitzendeckbandes trägt
dazu bei, die Turbinenabgase auf dem Schaufelblatt zu halten (d.
h., er lässt
es nicht zu, dass die Abgase über
das Ende des Schaufelblattes hinaus gleiten), so dass ein größerer Prozentsatz
der Energie aus den Turbinen abgasen in mechanische Energie durch
die Turbinenlaufschaufeln umgewandelt werden kann. Spitzendeckbänder verbessern
somit die Leistung des Gasturbinentriebwerks. Ferner ist es wünschenswert,
dass die gesamte Außenoberfläche des
Schaufelblattes durch ein Spitzendeckband abgedeckt ist. Jedoch
werden Spitzendeckbänder
und die Verbindung, die sie zu den Schaufelblättern hin bilden, während des
Betriebs aufgrund der über
die Drehzahl der Turbine aufgebrachten mechanischen Kräfte hoch beansprucht.
Wenn diese mechanischen Belastungen mit den thermischen Belastungen
und Metalltemperaturen in Verbindung mit der extremen Hochtemperaturumgebung
der Turbine gekoppelt sind, wird es eine Herausforderung, ein Spitzendeckband zu
konstruieren, dass seine gedachte Funktion über die gesamte nutzbare Betriebslebensdauer
des Schaufelblattes erfüllt.
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Zwei
mögliche
Verfahren zum Lösen
dieses Problems sind entweder: 1) Verringern der auf die Spitzendeckbänder aufgebrachten
mechanischen Belastungen durch Verringern ihres Gewichtes, oder 2)
Verringern der von den Spitzendeckbänder erfahrenen Metalltemperaturen.
Bezüglich
des ersten Punktes besteht ein übliches
Verfahren für
die Verringerung des Spitzendeckbandgewichtes in dem "Aussparen" (d. h., Entfernen
eines Einschnittes oder eines Abschnittes) des überhängenden Spitzendeckbandes.
Die Verringerung in dem Spitzendeckbandmaterial führt zu einer
Verringerung der auf die Verbindung ausgeübten Belastung, die zwischen
dem Spitzendeckband und dem Schaufelblatt während des Betriebs erfolgt.
Jedoch erfolgt die Verkleinerung des Oberflächenbereiches des Spitzendeckbandes durch
Aussparen auf Kosten der Verringerung der Leistung des Turbinentriebwerks,
da ein Spitzendeckband mit weniger Oberflächenbereich eine verringerte
Fähigkeit
besitzt, die Turbinenabgase auf dem Turbinenschaufelblatt zu halten
(d. h., ein größerer Teil
der Abgase gleitet über
die Spitze des Schaufelblattes hinaus, das ein Spitzendeckband mit verringertem
Ober flächenbereich
hat). Bezüglich
der zweiten Alternative ist eine Verringerung der von dem Spitzendeckband
erfahrenen Metalltemperaturen durch Verringern der Betriebstemperatur
der Gasturbine ebenfalls eine unerwünschte Lösung. Wie ein Fachmann auf
diesem Gebiet erkennen wird, führt eine
Verringerung in der Betriebstemperatur der Turbine zu einer Verringerung
des Turbinenwirkungsgrads. Eine Verringerung der von dem Spitzendeckband
erfahrenen Metalltemperaturen durch Kühlung während des Betriebs könnte jedoch
die nutzbare Betriebslebensdauer des Teiles verlängern.
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Somit
besteht ein Bedarf nach verbesserten Systemen zum Kühlen der
Turbinenlaufschaufel-Spitzendeckbänder so, dass die mit der Hochtemperaturturbinenumgebung
in Verbindung stehenden Metalltemperaturen verringert werden. Die
Verringerung der Metalltemperaturen ermöglicht dann dem Teil, besser
den erhöhten
mechanischen Belastungen in Verbindung mit Spitzendeckbändern mit
größerem Oberflächenbereich
(d. h., nicht ausgesparten Spitzendeckbändern) zu widerstehen. Ein
derartiges System würde
ein besseres Arbeiten des Spitzendeckbandes in der Hochtemperaturumgebung
der Turbine ohne Aussparung oder der kleinstmöglichen Aussparung ermöglichen.
Ferner könnten,
wenn ein derartiges System das Spitzendeckband kühlen könnte während es gleichzeitig das Gewicht
des Spitzenbandes verringert, weitere Verbesserungen im Wirkungsgrad
erzielt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Anmeldung beschreibt somit eine Turbinenlaufschaufel,
die ein Schaufelblatt und ein Spitzendeckband enthält, das
an einem Ende der Turbinenlaufschaufel angrenzend an das Schaufelblatt
angeordnet ist, wobei das Spitzendeckband einen oder mehrere darin
definierte hohle Bereiche hat. Alle von den definierten hohlen Bereichen,
die in dem Spitzendeck band definiert sind, können miteinander in Fluidverbindung
stehen und einen Kühlhohlraum definieren.
Das Schaufelblatt kann einen darin definierten Kühlkanal enthalten; und der
Kühlkanal
kann sich so durch das Schaufelblatt hindurch erstrecken, dass der
Kühlkanal
mit dem Kühlhohlraum
in Fluidverbindung steht. In einigen Ausführungsformen kann der Kühlhohlraum
mehrere darin ausgebildete Rippen enthalten. Die Rippen können längliche Strukturen
aufweisen, die den Boden des Kühlhohlraums
mit der Decke des Kühlhohlraums
verbinden. Die Rippen können
so konfiguriert sein, dass ein labyrinthartiger Kühlkreislauf
in dem Kühlhohlraum
erzeugt wird.
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In
einigen Ausführungsformen
kann der Kühlhohlraum
mehrere darin ausgebildete Rippen enthalten. Die Rippen können so
bemessen und konfiguriert sein, dass sich einige von den Rippen
teilweise über
die Strecke über
den Kühlhohlraum
erstrecken. Die Rippen können
auch so bemessen und konfiguriert sein, dass sich einige Rippen
teilweise über
die Strecke über
den Kühlhohlraum
erstrecken und wenigstens über
einen Großteil
der Strecke über die
Strecke über
den Kühlhohlraum
erstrecken. Der Kühlhohlraum
kann einen Druckseitenkühlhohlraum, einen
Saugseitenkühlhohlraum
und eine Kühlkammer
enthalten. Die Kühlkammer
kann eine Kammer aufweisen, welche sich im Wesentlichen zwischen dem
Druckseitenkühlhohlraum
und dem Saugseitenkühlhohlraum
befindet. Die Kühlkammer
kann mit dem Kühlkanal
in Fluidverbindung stehen, und die Kühlkammer kann mit dem Druckseitenkühlhohlraum und
dem Saugseitenkühlhohlraum über mehrere Kühlkammeröffnungen
in Verbindung stehen.
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In
einigen Ausführungsformen
können
die Kühlkammeröffnungen
so bemessen und positioniert sein, dass im Betrieb der Strom eines
Kühlmittels zwischen
der Kühlkammer
und dem Druckseitenkühlhohlraum
und dem Saugseitenkühlhohlraum
so gesteuert wird, dass eine gewünschte
Verteilung des Kühlmittels
durch den Kühlhohlraum
realisiert wird. Die Rippen können
mehrere Unterteilungsrippen enthalten; und die Unterteilungsrippen
können
so bemessen und konfiguriert sein, dass sich ein Teil der Unterteilungsrippen über wenigstens
einen Großteil der
Strecke über
den Kühlhohlraum
erstreckt. Die Unterteilungsrippen können mehrere sich nach außen erstreckende
Unterteilungsrippen und mehrere nach innen erstreckende Unterteilungsrippen
enthalten. Wenigstens einige von den sich nach außen erstreckenden
Unterteilungsrippen können
von einer Wand entspringen, die die Kühlkammer definiert und sich
nach außen
in eine Position kurz vor einer Außenwand des Kühlhohlraums
erstrecken und somit einen ersten Spalt zwischen der sich nach außen erstreckenden
Unterteilungsrippe und der Außenwand des
Kühlhohlraums
definieren. Auch wenigstens einige von den sich nach innen erstreckenden
Unterteilungsrippen können
von der Außenwand
des Kühlhohlraums
entspringen und sich nach innen zu einer Position kurz vor der die
Kühlkammer
definierenden Wand erstrecken, und somit einen zweiten Spalt zwischen
der sich nach innen erstreckenden Unterteilungsrippe und der die
Kühlkammer
definierenden Wand erstrecken.
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In
einigen Ausführungsformen
kann die Außenwand
des Kühlhohlraums
teilweise durch eine oder mehrere gekürzte Rippen definiert sein,
wobei die gekürzten
Rippen erheblich kürzer
als die Unterteilungsrippen sind. Die sich nach außen erstreckenden
Unterteilungsrippen können
von der die Kühlkammer
definierenden Wand entspringen und können sich bis zu einer Position
kurz vor der gekürzten Rippe
erstrecken, die die Außenwand
des Kühlhohlraums
definiert, und somit einen Spalt zwischen der sich nach außen erstreckenden
Unterteilungsrippe und der gekürzten
Rippe definieren. Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung
werden bei Betrachtung der nachstehenden detaillierten Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform in
Verbindung mit den Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden durch
sorgfältiges
Studium der nachstehenden ausführlicheren
Beschreibung der derzeit bevorzugten Beispielausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich und
erkennbar, in welchen:
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1 eine
schematische perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Turbinenlaufschaufel mit
Spitzendeckband ist;
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2 eine
schematische Draufsicht auf herkömmliche
Spitzendeckbänder
ist, die eine Spitzendeckbandaussparung darstellen;
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3 eine
teilweise perspektivische Schnittansicht eines Spitzendeckbandes
mit einem Kühlhohlraum
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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4 eine
teilweise perspektivische Schnittansicht eines Spitzendeckbandes
mit einem Kühlhohlraum
gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Erfindung ist;
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5 eine
teilweise perspektivische Schnittansicht eines Spitzendeckbandes
mit einem Kühlhohlraum
gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Erfindung ist;
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6 eine
teilweise perspektivische Schnittansicht eines Spitzendeckbandes
mit einem Kühlhohlraum
gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Erfindung ist;
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7 eine
teilweise perspektivische Schnittansicht eines Spitzendeckbandes
mit einem Kühlhohlraum
gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Erfindung ist;
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8 eine
teilweise perspektivische Schnittansicht eines Spitzendeckbandes
mit einem Kühlhohlraum
gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Erfindung ist; und
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9 eine
teilweise perspektivische Schnittansicht eines Spitzendeckbandes
mit einem Kühlhohlraum
gemäß einer
alternativen Ausführungsform der
Erfindung ist;
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In
den Figuren, in welchen die verschiedenen Bezugszeichen gleiche
Teile durchgängig
durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen, stellt 1 eine
typische Laufschaufel mit Kühlkanälen dar,
die an einer Laufschaufelspitze austreten, um über ein Spitzendeckband zu
verlaufen. Wie hierin schematisch dargestellt, besteht jede Turbinenlaufschaufel 10 aus
einem Schaufelblatt 12 und einem Fuß 14. Das Schaufelblatt 12 besitzt
eine Vorderkante und eine Hinterkante. Eine im Wesentlichen konkave
Druckoberfläche
und eine im Wesentlichen konvexe Saugoberfläche erstrecken sich zwischen
den Vorder- und Hinterkanten auf gegenüberliegenden Seiten des Schaufelblattes 12.
In dem dargestellten Beispiel besteht der Fuß 14 aus einem Schaft 16 und einem
Schwalbenschwanz 18, der mit einer entsprechenden Schwalbenschwanznut
auf dem Rotor in Eingriff steht, um die Turbinenlaufschaufel 10 an
dem Rotor zu befestigen.
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Gemäß Darstellung
in den 1 und 2 ist ein Spitzendeckband 20 an
der Spitze des Schaufelblattes 12 ausgebildet und erstreckt
sich senkrecht aus der Oberfläche
des Schaufel blattes 12. Das Spitzendeckband 20 besitzt
radial einwärts
und radial auswärts
zeigende Oberflächen
und ist dem heißen komprimierten
Gas ausgesetzt, das durch den Turbinenabschnitt strömt. Jedes
Spitzendeckband 20 besitzt tragende Flächen 22, 24, über welche
es mit dem Spitzendeckband einer benachbarten Laufschaufel in Kontakt
steht, um dadurch Laufschaufelschwingungen zu begrenzen. Ferner
erstreckt sich eine Dichtungsschiene 26 typischerweise
von der radial nach außen
zeigenden Oberfläche
des Spitzendeckbandes 20 nach außen, um eine Leckage von Heißgas um
die entsprechende Laufschaufelreihe herum zu verhindern. In einigen
herkömmlichen
Turbinenlaufschaufelstrukturen erstrecken sich mehrere Kühlluftkanäle radial
durch die Laufschaufel in die Laufschaufelspitze nach außen. In
weiteren herkömmlichen
Turbinenlaufschaufelstrukturen können Kühlmittelkanäle in dem
Schaufelblatt definiert sein. Gemäß Darstellung in 2 kann
ein Kühlmittelkanal
in herkömmlicher
Weise in Luftausgabelöchern 28 enden,
die eine Ausgabe der Kühlluft
an die radiale Außenoberfläche des
Spitzendeckbandes ermöglichen.
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3 stellt
eine exemplarische Ausführungsform
der Erfindung dar. Wie dargestellt, kann das Spitzendeckband 20 darin
definierte hohle Bereiche (welche Kammern, Hohlräume, Öffnungen und/oder Kanäle umfassen
können)
enthalten. Alle von den in dem Spitzendeckband 20 definierten
hohlen Bereichen können
miteinander in Fluidverbindung stehen, so dass die hohlen Bereiche
einen zusammenhängenden
Kühlhohlraum
(hierin nachstehend als "Kühlhohlraum 130" bezeichnet) bilden. (Man
beachte, dass die hierin offenbarten exemplarischen Ausführungsformen
im Wesentlichen unter Bezugnahme auf die Funktion der Kühlung des
Spitzendeckbandes durch Hindurchführen eines Kühlmittels
dadurch beschrieben werden. Diese Funktion ist lediglich exemplarisch
und nicht als Einschränkung gedacht.
Alle von den hierin beschriebenen Ausführungsformen können im
We sentlichen für
andere Zwecke als Kühlen
verwendet werden. Beispielsweise können alle von den hohlen Bereichen
und den strukturellen Unterstützungskonfigurationen
zum Erzeugen eines leichtgewichtigen strukturell soliden Spitzendeckbandes
verwendet werden. Zum Zwecke der Abkürzung werden die in Verbindung
mit der Erzeugung von hohlen Bereichen in einem Spitzendeckband
zugeordneten Strukturelemente hierin nur unter Bezugnahme auf ihre "Kühlungs"-Funktion beschrieben. Jedoch sollen,
wie hierin definiert, alle derartigen Bezugnahmen auch als die Möglichkeit enthaltend
betrachtet werden, den hohlen Bereich und/oder irgendeines seiner
Strukturelemente für von
der Kühlfunktion
unabhängige
Vorteile zu nutzen. Somit können
beispielsweise der "Kühlhohlraum" und/oder jedes seiner
beschriebenen Strukturelemente für
die Funktion einer Erzeugung einer leichtgewichtigen strukturell
soliden Hohlspitzendeckbandes und nicht für die Zwecke der Kühlung des
Spitzendeckbandes genutzt werden. Dieses gilt unabhängig davon,
ob die Bezugnahme auf eine Kühlfunktion
in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen oder in irgendeinem Teil
dieser Anmeldung erfolgt). In einigen Ausführungsformen kann der Kühlhohlraum 130 einen
Druckseitenkühlhohlraum 132 und
einen Saugseitenkühlhohlraum 134 enthalten,
die jeweils mit der Druckseite beziehungsweise der Saugseite des
Schaufelblattes 12 zusammenfallen. Wie dargestellt, können der
Druckseitenkühlhohlraum 132 und
der Saugseitenkühlhohlraum 134 miteinander
entlang einer hinten verlaufenden oder Hinterkante 136 des
Schaufelblattes 112 in Fluidverbindung stehen.
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In
einer herkömmlichen
Weise kann Luft in das Turbinenschaufelblatt 10 in der
Nähe des
Bereiches des Schwalbenschwanzes 18 oder des Schaftes 16 aufgenommen
werden und durch das Schaufelblatt 12 zu dem Spitzendeckband 20 strömen. In dem
dargestellten Beispiel kann eine Kühlkammer 138 bei der
angenäherten
Mitte des Spitzendeckbandes 20 (welche im Wesentli chen
den Druckseitenkühlhohlraum 132 und
den Saugseitenkühlhohlraum 134 trennt)
als ein Kühlmittel-(im
Wesentlichen Druckluft)-Reservoir für die Verteilung durch das Spitzendeckblatt 20 über den
Druckseitenkühlhohlraum 132 und
den Saugseitenkühlhohlraum 134 definiert
sein. Alternativ kann die Kühlkammer 138 in der
Spitze des Schaufelblattes 12 definiert sein (diese Ausführungsform
ist nicht dargestellt). Als weitere Alternative können die
mehreren sich durch das Schaufelblatt 12 erstreckenden
Kühlkanäle direkt
mit dem Druckseitenkühlhohlraum 132 und
dem Saugseitenkühlhohlraum 134 so
verbunden sein, dass keine Kühlkammer 138 vorhanden
ist (siehe nachstehende Diskussion in Verbindung mit der Ausführungsform
von 4).
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Das
Kühlmittel
kann dann aus der Kühlkammer 138 oder
den entsprechenden Kühlkanälen zu den
und durch die Kühlhohlräume 132, 134 strömen. In
dem dargestellten Beispiel sind mehrere Kühlkammeröffnungen 140 zwischen
der Kühlkammer 138 und
den Kühlhohlräumen 132, 134 definiert.
Somit stehen die Kühlkammer 138,
der Druckseitenkühlhohlraum 132 und
der Saugseitenkühlhohlraum 134 alle
miteinander in Fluidverbindung. Somit bilden, wie hierin definiert
und angewendet die Kühlkammer 138,
der Druckseitenkühlhohlraum 132 und
der Saugseitenkühlhohlraum 134 nur
einen Kühlhohlraum
oder einen zusammenhängenden
Kühlhohlraum
in dem Spitzendeckband 20 (da alle von den definierten
Hohlräumen/Kammern/Öffnungen/Kanälen innerhalb
des Spitzendeckbandes 20 miteinander in Fluidverbindung
stehen). Die Kühlkammeröffnungen 140,
die die Kühlhohlräume 132, 134 mit
der Kühlkammer 138 verbinden,
können
nicht nur dazu verwendet werden, um einfach die Kühlhohlräume 132, 134 mit
der Kühlkammer 138 zu
verbinden, sondern können
auch so angepasst sein, dass sie die Strömung in die Kühlhohlräume 132, 134 so
dosieren oder steuern, dass eine gewünschte Verteilung des Kühlmittels
durch das Spitzendeckband 20 realisiert wird. Alternativ kann
die Kühlkammer 132 zu
den Kühlhohlräumen 132, 134 hin
offen sein, wie es später
diskutiert wird.
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Der
Kühlhohlraum 130 kann
mehrere Unterstützungsrippen
oder darin definierte Rippen 142, 144 enthalten.
Im Wesentlichen sind die Rippen 142, 144 längliche
Strukturen, welche den Boden (oder radialen Boden) des Kühlhohlraumes 130 mit
der Decke (oder der radialen Decke) des Kühlhohlraums 130 gemäß Darstellung
in den verschiedenen Figuren verbinden. (So wie hierin verwendet,
ist der Boden des Kühlhohlraumes 130 in
den verschiedenen Figuren als der Bereich um die Rippen herum dargestellt.
Die Decke des Kühlhohlraums 130 ist
der Abschnitt, der von dem Spitzendeckband 20 entfernt wurde,
so dass eine Sicht auf das Innere des Kühlhohlraums 130 bereitgestellt
werden kann). Eine von den Funktionen der Rippen 142, 144 besteht
darin, das sie vorteilhaft die Form des Kühlhohlraums 130 definieren.
Ferner halten die Rippen 142, 144 die strukturelle
Festigkeit des hohlen Spitzendeckbands 20 aufrecht, so
dass die nutzbare Betriebslebensdauer des Turbinenschaufelblattes 10 nicht
negativ beeinträchtigt
wird. Die Rippen 142, 144 unterstützen die
hohlen Bereiche des Kühlhohlraums 130,
was ein leichtgewichtiges Spitzendeckband 20 ermöglicht. Leichtgewichtige
Spitzendeckbänder
sind vorteilhaft, da sie die mechanischen Belastungen sowohl in
dem Spitzendeckband 20 als auch in dem Schaufelblatt 12 während des
Betriebs verringern. Im Wesentlichen erstrecken sich, wie es nachstehend
detaillierter beschrieben wird, die Rippen 142, 144 über den Kühlhohlraum 130,
in welchem sie angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen können sich
mehrere von den Rippen 142, 144 über einen
Großteil
der Strecke über
den Kühlhohlraum 130 erstrecken.
In einigen Ausführungsformen
sind die Rippen 142, 144 angenähert parallel zueinander.
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Gemäß Darstellung
können
die Rippen 142, 144 mehrere gekürzte Rippen 142 enthalten.
Die gekürzten
Rippen 142 sind im Wesentlichen kürzere Rippen, welche in einigen
Ausführungsformen
(und wie dargestellt) Austrittsöffnungen 147 definieren. Zusätzlich können die
Rippen 142, 144 mehrere Unterteilungsrippen 144 enthalten,
die wesentlich länger
als die gekürzten
Rippen 142 sind. (Man beachte, dass einige Ausführungsformen
nur mehrere Unterteilungsrippen 144 enthalten können. In
derartigen Ausführungsformen
können
an der Kante des Spitzendeckbandes 20 gebohrte Löcher die
Austrittsöffnungen 147 definieren).
Im Wesentlichen und wie dargestellt haben die Unterteilungsrippen 144 eine Länge dergestalt,
dass sie sich wenigstens über
den größten Teil
der Strecke über
den entsprechenden Kühlhohlraum 132, 134 erstrecken,
sich aber nicht über
die gesamte Distanz erstrecken. In einigen Ausführungsformen können sich
die Unterteilungsrippen 144 über wenigstens 75% der Breite über den
Kühlhohlraum 130 erstrecken.
Somit erzeugen die Unterteilungsrippen 144 keine getrennten
Hohlräume.
Mit anderen Worten der hohle Bereich auf jeder Seite einer Unterteilungsrippe 144 verbleibt
um wenigstens ein Ende der Unterteilungsrippe 144 herum
in Fluidverbindung.
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Gemäß Darstellung
in 3 können
die Unterteilungsrippen 144 eine sich nach außen erstreckende
Unterteilungsrippe 145 enthalten. Die sich nach außen erstreckende
Unterteilungsrippe 145 kann sich im Wesentlichen aus der
die Kühlkammer 138 definierenden
Wand zu einer Position kurz vor der Außenwand des Kühlhohlraums 130 erstrecken, und
somit einen Zwischenraum oder Spalt zwischen der sich nach außen erstreckenden
Unterteilungsrippe 145 und der Außenwand des Kühlhohlraums 130 definieren.
In einigen Ausführungsformen
kann die Außenwand
des Kühlhohlraums 130 durch
eine von den gekürzten
Rippen 142 definiert sein. In derartigen Ausführungsformen
kann sich die außen
erstreckende Unterteilungsrippe 145 von der die Kühlkam mer 138 definierenden
Wand zu einer Position kurz vor der gekürzten Rippe 142 erstrecken,
die die Außenwand
des Kühlhohlraums 130 an
dieser Stelle definiert, und somit einen Spalt zwischen der sich nach
außen
erstreckenden Unterteilungsrippe 145 und der gekürzten Rippe 142 definieren.
Die Unterteilungsrippen 144 können auch eine sich nach innen erstreckende
Unterteilungsrippe 146 enthalten, welche sich im Wesentlichen
von der Außenwand
des Kühlhohlraums 130 zu
einer Position kurz vor der die Kühlkammer 138 definierenden
Wand erstreckt, und somit einen Spalt zwischen der sich nach innen
erstreckenden Unterteilungsrippe 146 und der die Kühlkammer 138 definierenden
Wand definiert. In beiden Ausführungsformen
können
beide von den durch: 1) die sich nach außen erstreckende Unterteilungsrippe 145 und
die Außenwand
des Kühlhohlraums 130 und
2) die sich nach innen erstreckende Unterteilungsrippe 146 und
die die Kühlkammer 138 definierende
Wand definierten Spalten ungefähr
2,54 mm bis 6,35 mm (0,10 bis 0,25 inches) messen. In weiteren Ausführungsformen
können
beide von den durch: 1) die sich nach außen erstreckende Unterteilungsrippe 145 und
die Außenwand
des Kühlhohlraums 130 und
2) die sich nach innen erstreckende Unterteilungsrippe 146 und
die die Kühlkammer 138 definierende
Wand definierten Spalten wenigstens 2,54 mm (0,10 inches) messen.
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Gemäß Darstellung
kann jeder von den Kühlhohlräumen 132, 134 mehrere
Unterteilungsrippen 144 enthalten. In einigen Ausführungsformen
(und wie dargestellt) kann jeder von den Kühlhohlräumen 132, 134 zwischen
vier bis sieben Unterteilungsrippen 144 enthalten. Ferner
können,
wie dargestellt, die Unterteilungsrippen 144 in einer abwechselnden Anordnung
konfiguriert sein. In einer abwechselnden Anordnung wechselt die
Platzierung von sich nach außen
erstreckenden Unterteilungsrippen 145 im Wesentlichen mit
der Platzierung von sich nach innen erstreckenden Verteilungsrippen 146 ab.
So wie hierin verwendet, sollte eine "abwechselnde Anordnung" im breiten Sinne
als mehrere unterschiedliche abwechselnde Konfigurationen umfassend
betrachtet werden und ist nicht im Sinne einer Einschränkung auf
eine strikte "Eins-zu-Eins"-Abwechslung gemeint (d.
h., die Anordnung, die erfordert, dass jede sich nach außen erstreckende
Unterteilungsrippe 145 von einer sich nach innen erstreckende
Unterteilungsrippe 146 benachbart ist). So wie hierin verwendet,
soll eine "abwechselnde
Anordnung" auch
als Beschreibung beispielsweise der nachfolgenden Ablauffolge von
Unterteilungsrippen betrachtet werden: eine sich nach außen ersteckende
Unterteilungsrippe 145 – eine nach außen sich
erstreckende Unterteilungsrippe 145 – eine sich nach innen erstreckende
Unterteilungsrippe 146 – eine sich nach außen erstreckende Unterteilungsrippe 145 – eine sich
nach außen
erstreckende Unterteilungsrippe 145 – eine sich nach innen erstreckende
Unterteilungsrippe 146. In einem weiteren Falle kann beispielsweise
eine "abwechselnde
Anordnung" zur Beschreibung
dieser Sequenz verwendet werden: eine sich innen erstreckende Unterteilungsrippe 146 – eine sich
nach außen
erstreckende Unterteilungsrippe 145 – eine sich nach außen erstreckende
Unterteilungsrippe 145 – eine sich nach innen erstreckende
Unterteilungsrippe 146 – eine sich nach innen erstreckende
Unterteilungsrippe 146 – eine sich nach außen erstreckende Unterteilungsrippe 145 – eine sich
nach außen
erstreckende Verbindungsrippe 145. Eine "abwechselnde Anordnung" kann zum Beschreiben
weiterer ähnlicher
Ablauffolgen verwendet werden. Die Strategie der abwechselnden Anordnung
kann effektiv einen gewundenen oder labyrinthartigen Kühlkreislauf durch
die Kühlhohlräume 132, 134 definieren,
welcher für
die Kühlung
des Spitzendeckbandes 20 über die Zirkulation eines Kühlmittels
dadurch hindurch vorteilhaft sein kann. So wie hierin verwendet,
ist ein labyrinthartiger Kreislauf im Wesentlichen für die Beschreibung
eines gewundenen oder Kreislaufpfades definiert, der die Strömung behindert,
was, wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, in vorteilhafter
Weise genutzt werden kann, um das Kühlmittel effektiv über das
gesamte Spitzendeckband 20 während des Betriebs zu verteilen.
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Wie
vorstehend erwähnt,
können
zwischen benachbarten gekürzten
Rippen 142 Austrittsöffnungen 147 für einen
Kühlmittelstrom
aus der Turbinenlaufschaufel 10 definiert sein. Die Kühlhohlräume 132, 134 sind
gemäß Darstellung
primär
in der Ebene des Spitzendeckbandes 20 angeordnet.
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4 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Anmeldung, welche nicht die Kühlkammer 138 der vorstehend
diskutierten Ausführungsform
enthält.
Die Ausführungsform von 4 kann
im Wesentlichen die mehreren gekürzten
Rippen 142 und Unterteilungsrippen 144 in einer ähnlichen
Anordnung wie der unter Bezugnahme auf 3 diskutierten
enthalten. Jedoch kann anstelle der die Kühlkammer 38 definierenden
Wand die Ausführungsform
von 4 eine Innenmittenwand 152 enthalten.
Die Innenmittenwand 152 zweiteilt im Wesentlichen den Kühlraum 130,
und erzeugt somit (wie es die Kühlkammer 138 in
der Ausführungsform
von 3 tat) den Druckseitenkühlraum 132 und den
Saugseitenkühlraum 134 auf
jeder Seite davon. Ohne die Kühlkammer 138 können die
sich durch das Schaufelblatt 12 hindurch erstreckenden Kühlmittelkanäle direkt
mit dem Druckseitenkühlhohlraum 132 und
dem Saugseitenkühlhohlraum 134 durch
mehrere Eintrittsöffnungen 154 verbunden sein.
Gemäß Darstellung
können
die Eintrittsöffnungen 154 entlang
der Wand der Innenmittenwand 152 angeordnet sein. Weitere
Orte sind möglich,
wie z. B. der Boden der Kühlhohlräume 132, 134.
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Ferner
erstreckt sich in der Ausführungsform von 4 die
sich nach außen
erstreckende Unterteilungsrippe 145 im Wesentlichen aus
der Innenmittenwand 152 zu einer Position kurz vor der
Außenwand
des Kühlhohlraums 130.
In einigen Ausführungsformen
und wie dargestellt, kann die Außenwand des Kühlhohlraums 130 durch
eine von den gekürzten
Rippen 142 definiert sein. In derartigen Ausführungsformen
kann sich die nach außen
erstreckende Unterteilungsrippe 145 von 4 von
der Innenmittenwand 152 aus zu einer Position kurz vor der
gekürzten
Rippe 142 erstrecken, die die Außenwand des Kühlhohlraums 130 an
dieser Stelle definiert, und somit einen Spalt zwischen der sich
nach außen
erstreckenden Unterteilungsrippe 145 und der gekürzten Rippe 142 definieren.
Auch in der Ausführungsform
von 4 erstreckt sich die nach innen erstreckende Unterteilungsrippe 146 im
Wesentlichen von der Außenwand
des Kühlhohlraums 130 nach
innen bis zu einer Position kurz vor der Innenmittenwand 152 und
definiert somit einen Spalt zwischen der sich nach innen erstreckenden
Unterteilungsrippe 146 und der Innenmittenwand 152.
Schließlich können ähnlich zu
der Ausführungsform
der 3 die Unterteilungsrippen 104 so angeordnet
sein, dass sich die Platzierung einer nach außen erstreckenden Unterteilungsrippe 145 mit
der Platzierung einer nach innen erstreckenden Unterteilungsrippe 146 abwechselt.
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Alternative
Ausführungsformen
sind in den 5 bis 9 dargestellt.
Diese Ausführungsformen
veranschaulichen die Anwendung von einigen dieser vorstehend diskutierten
Merkmale in den Kühlhohlräumen 130 mit
unterschiedlicher Konfiguration sowie die Verwendung neuer Elemente,
wie es nachstehend im Detail beschrieben wird. Beide in 3 und 4 dargestellten
Ausführungsformen
haben ein Unterteilungsmerkmal in der angenäherten Mitte des Spitzendeckbandes 20 (d.
h., in 3 ist das Unterteilungsmerkmal die Kühlkammer 138 und
in 4 ist das Unterteilungsmerkmal die Innenmittenwand 152).
In einigen Ausführungsformen,
wie z. B. denen von 5 bis 8, kann
kein Teilungsmerkmal vorhanden sein.
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5 stellt
eine alternative Ausführungsform nur
eines oder eines zusammenhängenden
Kühlhohlraums 130 in
einem Spitzendeckband 20 mit mehreren Unterteilungsrippen 144 dar.
Mehrere gekürzte
Rippen 142 können
ebenfalls vorhanden sein. Die gekürzten Rippen 142 können Austrittsöffnungen 147 definieren,
die entlang der Druckseite und der Saugseite des Spitzendeckbandes 20 konzentriert sind.
Ohne Kühlkammer 138 können die
Kühlkanäle, die
sich durch das Schaufelblatt 12 erstrecken, direkt mit
dem Kühlhohlraum 130 über mehrere
Eintrittsöffnungen 154 verbunden
sein. Wie dargestellt, können die
Eintrittsöffnungen 154 zu
der Mitte des Spitzendeckbandes 20 hin auf jeder Seite
einer angenäherten
Mittellinie des Spitzendeckbandes 20 angeordnet sein, die,
wenn sie gezeichnet wäre,
grob die Saugseite des Spitzendeckbandes 20 von der Druckseite des
Spitzendeckbandes 20 trennen würde, obwohl auch andere Stellen
möglich
wären.
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Ferner
sind in der Ausführungsform
von 4 die Unterteilungsrippen 144 so konfiguriert, dass
sie entlang der Außenwand
des Kühlhohlraums 130 (d.
h., einer ersten Innenwand) entspringen und sich über das
Spitzendeckband 20 zu der gegenüberliegenden Außenwand
des Kühlhohlraums 130 (d.
h., einer zweiten Innenwand) erstrecken. Die Unterteilungsrippen 144 können eine
Länge dergestalt
haben, dass sie in einer Position kurz vor der gegenüberliegenden
Außenwand
des Kühlhohlraums 130 enden.
Somit kann ein schmaler Zwischenraum oder Spalt an dem Ende der
Unterteilungsrippe 144 zwischen der Unterteilungsrippe 144 und
der gegenüberliegenden
Außenwand
des Kühlhohlraums 130 definiert
sein. In einigen Ausführungsformen
und wie dargestellt, kann die Außenwand des Kühlhohlraums 130 durch
eine von den gekürzten
Rippen 142 definiert sein. In derartigen Ausführungsformen
kann sich die Unterteilungsrippe 144 zu der gekürzten Rippe 142 der
gegenüberliegenden
Außenwand
des Kühlhohlraums 130 bis
zu einer Position kurz vor der gekürzten Rippe 142 erstrecken,
die die Außenwand des
Kühlhohlraums 130 an
dieser Stelle, wie in 5 dargestellt, definiert. Somit
kann ein schmaler Zwischenraum oder Spalt an dem Ende der Unterteilungsrippe 144 zwischen
der Unterteilungsrippe 144 und der gegenüberliegenden
gekürzten
Rippe 142 definiert sein. Ferner können, wie es in 5 dargestellt
ist, die Unterteilungsrippen in einer abwechselnden Anordnung konfiguriert
sein. In dieser Anordnung wechselt die Platzierung einer Unterteilungsrippe 144,
die sich von einer der Außenwände des
Kühlhohlraums 130 aus
erstreckt, mit der Platzierung einer Unterteilungsrippe 144 ab,
die von der gegenüberliegenden
Außenwand
des Kühlhohlraums 130 entspringt.
Siehe auch die Definition für "abwechselnde Anordnung", die vorstehend
gegeben wurde. Wie vorstehend, kann diese Strategie einer abwechselnden
Anordnung durch den Kühlhohlraum 130 effektiv
einen gewundenen oder labyrinthartigen Kühlkreislauf definieren, welcher
bei der Kühlung
des Spitzendeckbandes über
die Zirkulation eines Kühlmittels
dadurch vorteilhaft sein kann. Man beachte, dass in alternativen
Ausführungsformen
die sich abwechselnden Unterteilungsrippen 144 so ausgerichtet
sein können,
dass sie im Wesentlichen senkrecht zu der Ausrichtung der Unterteilungsrippen 144 gemäß Darstellung
in 5 ausgerichtet sind. Wie ein Fachmann auf diesem
Gebiet erkennen wird, sind auch andere Anordnungen möglich.
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6 bis 8 stellen
verschiedene exemplarische Ausführungsformen
dar, die diskrete Strukturelemente in einem Kühlhohlraum 130 des
Spitzendeckbandes enthalten. So wie hierin verwendet, ist ein diskretes
Strukturelement ein Element, das strukturell den Boden des Kühlhohlraums 130 mit
der Decke des Kühlhohlraums 130 verbindet,
und das nicht aus einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder der
Außenkante
oder dem Umfang des Spitzendeckbandes 20 entspringt, dort
endet oder damit verbunden ist. Für den Zweck dieser Definition
kann eine Innenwand des Kühlhohlraums 130 enthalten:
1) die die Kühlkammer 138 definierende
Wand; 2) die Außenwand
des Kühlhohlraums 130;
3) die Innenmittenwand 152; oder 4) andere ähnliche
Wände,
die innerhalb des Kühlhohlraums 130 definiert
sein können.
Außerdem
ist, wie hierin verwendet und zuvor festgestellt, die Decke des
Kühlhohlraums 130 das Element,
das in den 3 bis 9 entfernt
worden ist, so dass das Innere des Kühlhohlraums 130 betrachtet
werden kann. Mit anderen Worten, diskrete Strukturelemente sind
im Wesentlichen Strukturelemente, die mit Ausnahme der Verbindungen,
die das Strukturelement mit dem Boden und der Decke des Hohlraums 130 herstellt,
von einem hohlen Bereich des Kühlhohlraums 130 umgeben
sind.
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6 stellt
einen einzelnen und zusammenhängenden
Kühlhohlraum 130 mit
mehreren diskreten Unterteilungsrippen 202 dar. Diese diskreten
Unterteilungsrippen 202 sind diskrete Strukturelemente, da
sie den Boden des Kühlhohlraums 130 mit
der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden
und nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder
der Außenkante
des Spitzendeckbandes 20 ausgehen, dort enden oder damit
verbunden sind. In einigen Ausführungsformen
und wie dargestellt können
mehrere gekürzte
Rippen 142 ebenfalls vorhanden sein. Die gekürzten Rippen 142 können Austrittsöffnungen 147 definieren,
die entlang der Druckseite und der Saugseite des Spitzendeckbandes 20 konzentriert sind.
Ohne Kühlkammer 138 in
der Ausführungsform von 6 können die
Kühlkanäle, die
sich durch das Schaufelblatt 12 hindurch erstrecken, mit
dem Kühlhohlraum 130 über mehrere
Eintrittsöffnungen 154 verbunden
sein. Gemäß Darstellung
können
die Eintrittsöffnungen 154 entlang
einer angenäherten
Mittellinie des Spitzendeckbandes 20 angeordnet sein, die,
wenn sie gezeichnet wäre,
angenähert
die Druckseite des Spitzendeckbandes 20 von der Druckseite
des Spitzendeckbandes 20 trennen würde.
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Ferner
können
in der Ausführungsform
von 6 die diskreten Unterteilungsrippen 202 so
konfiguriert sein, dass jede bei der angenäherten Mitte des Kühlhohlraums 130 beginnt
und sich nach außen zu
den gegenüberliegenden
Außenwänden des Kühlhohlraums 130 erstreckt.
Die diskreten Unterteilungsrippen 202 können sich über wenigstens einen Großteil der
Distanz über
den Kühlhohlraum 130 erstrecken.
In einigen Ausführungsformen
können
sich die diskreten Unterteilungsabschnitte 202 über wenigstens
75% der Breite des Kühlhohlraums 130 erstrecken.
In weiteren Ausführungsformen
können
die diskreten Unterteilungsrippen 202 so ausgerichtet sein,
dass sie im Wesentlichen senkrecht zu den in 6 dargestellten
diskreten Unterteilungsrippen 202 ausgerichtet sind. Wie
ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, sind auch andere Anordnungen
möglich.
Die diskreten Unterteilungsrippen 202 können eine Länge dergestalt haben, dass
sie an dem einen Ende in einer Position kurz vor der Außenwand
des Kühlhohlraums 130 enden
und an dem anderen Ende in einer Position kurz vor der gegenüberliegenden
Außenwand
des Kühlhohlraums 130 enden.
Somit können
zwei Spalten an dem Ende von jeder der diskreten Unterteilungsrippen 202 definiert sein
(d. h., ein erster Spalt durch das Ende der diskreten Unterteilungsrippe 202 und
die Außenwand des
Kühlhohlraums 130 definiert
sein; und ein zweiter Spalt durch das andere Ende der diskreten
Unterteilungsrippe 202 und die gegenüberliegende Außenwand
des Kühlhohlraums 130).
In einigen Ausführungsformen
können
der erste und der zweite Spalt jeweils angenähert 2,54 bis 19,05 mm (0,10
bis 0,75 inches) messen. In weiteren Ausführungsformen können der
erste und zweite Spalt jeweils wenigstens 2,54 mm (0,10 inches)
messen. In einigen Ausführungsformen
und wie dargestellt, kann die Außenwand des Kühlhohlraums 130 durch
eine von den gekürzten
Rippen 142 definiert sein. In derartigen Ausführungsformen
kann sich die diskrete Unterteilungsrippe 202 zu gegenüberliegenden
Außenwänden des Kühlhohlraums 130 bis
zu einer Position unmittelbar kurz vor der gekürzten Rippe 142 erstrecken,
die die Außenwand
des Kühlhohlraums 130 an
dieser Stelle gemäß Darstellung
in 6 definiert.
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7 veranschaulicht
nur einen oder einen zusammenhängenden
Kühlhohlraum 130 mit
mehreren diskreten gekürzten
Rippen 206. Die diskreten gekürzten Rippen 206 sind,
wie vorstehend definiert, diskrete Strukturelemente, da sie den
Boden des Kühlhohlraums 130 mit
der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden
und an keiner Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder
der Außenkante
des Spitzendeckbandes 20 entspringen, dort enden oder mit diesen
verbunden sind. In einigen Ausführungsformen
(obwohl sie nicht in 7 dargestellt sind) können mehrere
gekürzte
Rippen, die Austrittsöffnungen 147 definieren,
ebenfalls vorhanden sein. Die gekürzten Rippen 142,
die Austrittsöffnungen 147 definieren
(wie es in vorhergehenden Ausführungsformen
dargestellt ist) werden nicht als diskrete Strukturelemente, wie
hierin definiert, betrachtet, da sie im Wesentlichen in der Außenkante
oder dem Umfang des Spitzendeckbandes entspringen. Ohne Kühlkammer 138 können in
der in 7 dargestellten Ausführungsform die Kühlkanäle, die
sich durch das Schaufelblatt 12 hindurch erstrecken, direkt
mit dem Kühlhohlraum 130 über mehrere
Eintrittsöffnungen 144 verbunden
sein. Wie dargestellt, können
die Eintrittsöffnungen 154 entlang
einer angenäherten
Mittellinie des Spitzendeckbandes 20 angeordnet sein, die,
wenn sie gezeichnet wäre,
angenähert
die Saugseite des Spitzendeckbandes 20 von der Druckseite des
Spitzendeckbandes 20 trennen würde.
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Wie
in 7 dargestellt, können die mehreren diskreten
gekürzten
Rippen 206 über
den gesamten Kühlhohlraum 130 so
in Abstand angeordnet sein, dass ein minimaler Spalt zwischen allen
aufrecht erhalten bleibt. Die Spalte, die zwischen jedem der diskreten
gekürzten
Rippen 206 aufrecht erhalten bleiben können wenigstens 1,27 mm (0,05
inches) sein. Die diskreten gekürzten
Rippen 206 können
gemäß Darstellung
in 7 rechteckiger Art sein (mit abgerundeten Ecken
in einigen Ausführungsformen). In
einigen Ausführungsformen
können
die diskreten gekürzten
Rippen 206 angenähert
2,54 bis 19,05 mm (0,10 bis 0,75) inches lang und 1,27 bis 6,35
mm (0,05 bis 0,25 inches) breit sein. In einigen Ausführungsformen,
und wie in 7 dargestellt, können zwischen
15 und 25 diskrete gekürzter
Rippen 206 in dem Kühlhohlraum 130 definiert
sein.
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8 stellt
nur einen oder einen zusammenhängenden
Kühlhohlraum 130 mit
mehreren diskreten Säulen 208 dar.
Die diskreten Säulen 208 sind, wie
vorstehend definiert, diskrete Strukturelemente, da sie den Boden
des Kühlhohlraums 130 mit
der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden
und nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder
der Außenkante
des Spitzendeckbandes 20 entspringen, dort enden oder damit
verbunden sind. Ohne Kühlkammer 138 können in
der in 8 dargestellten Ausführungsform die sich durch das
Schaufelblatt 12 hindurch erstreckenden Kühlkanäle mit dem
Kühlhohlraum 130 über mehrere
Eintrittsöffnungen 154 verbunden
sein. Gemäß Darstellung
können
die Eintrittsöffnungen 154 entlang
einer angenäherten
Mittellinie des Spitzendeckbandes 20 angeordnet sein, die,
wenn sie gezeichnet wäre,
angenähert
die Druckseite des Spitzendeckbandes 20 von der Druckseite
des Spitzendeckbandes 20 trennen würde.
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Gemäß Darstellung
in 8 können
mehrere von den diskreten Säulen 208 über den
gesamten Kühlhohlraum 130 so
in Abstand verteilt sein, dass ein minimaler Spalt zwischen jeder
von den diskreten Säulen
aufrechterhalten bleibt. Der minimale Spalt, der zwischen jeder
von den diskreten Säulen 208 aufrecht
erhalten bleibt, kann wenigstens 1,27 mm (0,05 inches) sein. Gemäß Darstellung
können
die diskreten Säulen 208 einen kreisrunden
Querschnitt haben. In derartigen Ausführungsformen kann der Durchmesser
des kreisförmigen
Querschnittes angenähert
1,25 bis 6,35 mm (0,05 bis 0,25 inches) messen. In weiteren Ausführungsformen
können
die diskreten Säulen 208 einen
quadratischen Querschnitt haben. In derartigen Ausführungsformen
kann jede von den Seiten des quadratischen Querschnittes angenähert 1,25
bis 6,35 mm (0,05 bis 0,25 inches) messen. In einigen Ausführungsformen
und wie in 7 dargestellt, können zwischen
5 und 50 diskrete Säulen 206 innerhalb
des Kühlhohlraums 130 definiert
sein.
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9 veranschaulicht
eine exemplarische Ausführungsform,
die die Verwendung von runden Austrittsöffnungen 212 und nicht-runden
Austrittsöffnungen 214 bei
einem Spitzendeckband-Kühlhohlraum 130 demonstriert.
Wie vorstehend beschrieben, können
zwischen benachbarten gekürzten
Rippen 142 oder durch die Außenwand des Kühlhohlraums 130 hindurch
mehrere Austrittsöffnungen 212, 214 definiert
sein, damit das unter Druck stehende Kühlmittel den Kühlhohlraum 130 verlässt. Gemäß Darstellung
in der Beispielausführungsform
von 9 können
nicht-runde Austrittsöffnungen 214 definiert sein.
Diese nicht-runden Austrittsöffnungen 214 können, wie
dargestellt, eine rechteckige Form haben (einige Ausführungsformen
können
abgerundete Ecken haben). Nicht dargestellt, können die nicht-runden Austrittsöffnungen 214 auch
eine elliptische oder ovale Form haben. Die nicht-runden Austrittsöffnungen 214 können Wärmeübertragungsvorteile
gegenüber
runden Austrittsöffnungen
bereitstellen. Gemäß Darstellung
in 9 können
auch eine oder mehrere runde Austrittsöffnungen 212 definiert sein.
Zusätzliche
runde Austrittsöffnungen 212 und nicht-runde
Austrittsöffnungen 214 können vorgesehen
sein. Wie ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, sind unterschiedliche
Anordnungen der runden Austrittsöffnungen 212 und
nicht-runden Austrittsöffnungen 214 ebenfalls
möglich.
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Man
beachte, dass die in den 3 bis 9 beschriebenen
Ausführungsformen
alle Beispiele eines Spitzendeckbandes mit nur einem oder einem
zusammenhängenden
Kühlhohlraum
bereitstellen. Bestimmte von den darin diskutierten Vorteilen sind
jedoch nicht auf die Verwendung in nur einem oder einem zusammenhängenden
Kühlhohlraum
beschränkt
(d. h., sie können
erfolgreich in Spitzendeckbändern
verwendet werden, die mehrere getrennte Kühlhohlräume besitzen, die nicht miteinander
in Fluidverbindung stehen). Diese Merkmale umfassen: 1) Rippen,
die sich teilweise über
einen Kühlhohlraum
so erstrecken, dass sie einen Kanal zwischen dem Ende der Rippen
und einer gegenüberliegenden
Struktur bilden; 2) die abwechselnde Anordnung der Rippen, die sich
teilweise über
einen Kühlhohlraum
erstrecken; 3) die diskreten Strukturelemente; und 4) die Verwendung
von nicht-runden Austrittsöffnungen
und runden Austrittsöffnungen.
Die Beschreibung dieser Merkmale in Bezug auf nur einen oder einen
zusammenhängenden
Kühlhohlraum ist
nur exemplarisch und nicht als Einschränkung gedacht.
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Im
Einsatz kann Kühlmittel
(im Wesentlichen Druckluft) der Turbinenlaufschaufel 10 zugeteilt
werden. Das Kühlmittel
kann durch die Kühlkanäle zu der Kühlkammer 138 wandern.
Das Kühlmittel
kann dann durch die Kühlkammeröffnungen 140 an
den Kühlhohlraum 130 geliefert
werden. (Man beachte, dass in den durch die 4 bis 8 beschriebenen
Ausführungsformen
das Kühlmittel
direkt an den Kühlhohlraum 130 durch
die Eintrittsöffnungen 154 geliefert
wird). Sobald es sich in dem Kühlhohlraum 130 befindet,
strömt
das Kühlmittel
wie erforderlich um die Rippen 142, 144 herum
zu den Austrittsöffnungen 147 und
verlässt
dann das Spitzendeckband 20 über die Austrittsöffnungen 147,
welche im Wesentlichen entlang der Außenwand des Kühlhohlraums 130 positioniert
sind. Diese Strömung
des Kühl mittels
durch den Kühlhohlraum 130 kühlt konvektiv
das Spitzendeckband 20.
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Wie
ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, können die Druckbedingungen,
die an den Kanten des Spitzendeckbandes 20 vorliegen, erheblich
während
des Betriebs der Turbine variieren. Der Außendruck ist an der (in beiden 3 und 4 als 170 dargestellte)
Vorderkante des Spitzendeckbandes 20 hoch, an der (in beiden 3 und 4 als 180 dargestellten)
Hinterkante des Spitzendeckbandes 20 niedrig und an den
Kanten des Spitzendeckbandes 20 zwischen den (in beiden 3 und 4 als 190 dargestellten)
Vorder- und Hinterkanten moderat. Der Kühlhohlraum 130 des
Spitzendeckbandes 20 hat einen höheren Druck als den Außendruck, jedoch
tritt ohne Intervention ein Großteil
des Kühlmittels
in der Nähe
der Hinterkante 180 des Spitzendeckbandes 20 aus,
wo der Außendruck
am niedrigsten ist. Diese Tendenz kann einen Austritt einer unzureichenden
Menge an Kühlmittel
an der Vorderkante 170 des Spitzendeckbandes 20 bewirken,
was zu übermäßigen Temperaturen
in diesen Bereichen führen
kann, die negativ die nutzbare Betriebslebensdauer der Turbinenlaufschaufel 10 beeinträchtigen. Somit
ist es erwünscht,
eine Verteilung des Kühlmittels
bevorzugt über
das gesamte Spitzendeckband 20 zu bewirken, sobald es die
Turbinenlaufschaufel 10 verlässt.
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Die
Anordnung der Rippen 142, 144 gemäß Beschreibung
in den vorstehenden Ausführungsformen
erzeugt im Wesentlichen einen gewundenen oder labyrinthartigen Kühlkreislauf,
den das in das Spitzendeckband 20 eintretende Kühlmittel
vor dem Austritt durchlaufen muss. Beispielsweise muss in das Spitzendeckband 20 in
der Nähe
der Vorderkante 170 eintretendes Kühlmittel den labyrinthartigen Kühlkreislauf
durchlaufen, um an der Niederdruckhinterkante 180 auszutreten.
Auf diese Weise erzeugt der gewundene Pfad oder der labyrinthartige Kühlkreislauf
ein Hin dernis, das verhindert, dass eine unverhältnismäßige Menge des Kühlmittels
bei dem niedrigen Druck an der Hinterkante 180 austritt.
Die Folge ist, dass das Kühlmittel
das Spitzendeckband 20 entlang aller Differenzdruckbereiche
des Spitzendeckbandes 20 verlässt, was eine bevorzugte Verteilung
des Kühlmittels über dem
gesamten Spitzendeckband 20 während des Betriebs erzeugt.
Dieses nützliche
Ergebnis wird ohne die Notwendigkeit mehrerer unabhängiger oder
getrennter Kühlhohlräume (d.
h., Kühlhohlräume, die
nicht miteinander in Fluidverbindung stehen) in dem Spitzendeckband 20 erreicht.
Wie der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen wird, werden Turbinenlaufschaufeln
mit hohlen Kühlhohlräumen im
Wesentlichen mittels eines Ausschmelzprozesses hergestellt. Das
Vorhandensein nur eines einzigen oder zusammenhängenden Kühlhohlraums anstelle mehrerer
getrennter Hohlräume ermöglicht die
Realisierung bestimmter Vorteile in dem Ausschmelzprozesses.
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Ein
weiterer Vorteil der abwechselnden Anordnung der Unterteilungsrippen 144 besteht
darin, dass die freien Enden 194 von jeder von den Unterteilungsrippen 144 durch
die Unterteilungsrippe 144 zu jeder Seite davon abgeschirmt
sind, was die strukturelle Integrität des Spitzendeckbandes 20 erhöht. Das
freie Ende 194 der Unterteilungsrippe 144 bezieht
sich auf das Ende, das in einem offenen Bereich innerhalb des Kühlhohlraums
endet (siehe das in den 3, 4 und 5 mit 194 bezeichnete
freie Ende). Mit anderen Worten, das freie Ende 194 ist das
Ende der Unterteilungsrippe 144, das dem Ende gegenüberliegt,
das von einer Innen- oder Außenwand
in dem zusammenhängenden
Kühlhohlraum 130 entspringt
("Innen- oder Außenwand" des zusammenhängenden
Kühlhohlraums 130 kann
beispielsweise umfassen: 1) die Außenwand des Kühlhohlraums 130;
2) die Wand der Kühlkammer 138; oder
3) die Innenmittenwand 152). Wie ein Fachmann auf diesem
Gebiet erkennen wird, erzeugt das Enden der Unterteilungsrippe 144 in
einem offenen Bereich in dem zu sammenhängenden Kühlhohlraum 130 einen
Bereich erhöhter
Zugspannung. Die Belastung, die sich in dieser Zugspannung ergibt
kann jedoch durch die benachbarte Unterteilungsrippe 144 aufgenommen
werden, welche aufgrund der abwechselnden Anordnung der Unterteilungsrippen 144 nicht
in denselben Bereich innerhalb des Kühlhohlraums enden kann. Dieses
dient dazu, die lokalen Spannungskonzentrationen zu verringern,
welche ansonsten an dem Endpunkt von einer der Unterteilungsrippen 144 realisiert
würden.
-
Obwohl
die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was derzeit
als die praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird,
dürfte
es sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform
beschränkt ist,
sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente
Anordnungen abdecken soll, die sich innerhalb des Erfindungsgedankens
und Schutzumfangs der beigefügten
Ansprüche
befinden. Beispielsweise könnte,
obwohl insbesondere Bezug auf die Kühlung eines Spitzendeckbandes
genommen wurde, die hierin offenbarte Technologie auch auf ein Spitzendeckband
angewendet werden, dass sich nicht an der Spitze der Laufschaufel
befindet. Diesbezüglich
haben einige Laufschaufeln Spitzendeckbänder etwa in der Mitte des
Schaufelblattes, und die hierin vorstehend beschriebenen Kühlkanäle könnten darin
eingebaut sein.
-
Es
wird eine Turbinenlaufschaufel 10 bereitgestellt, die ein
Schaufelblatt 12 enthält;
und ein Deckband 20, das an einem Ende der Turbinenlaufschaufel 10 angrenzend
an das Schaufelblatt 12 definiert ist, wobei das Spitzendeckband 20 einen
oder mehrere darin definierte hohle Bereiche enthält. Alle von
den in dem Spitzendeckband 20 definierten hohlen Bereichen
stehen miteinander in Fluidverbindung und definieren einen Kühlhohlraum 130.
Das Schaufelblatt 12 kann einen darin definierten Kühlkanal
enthalten. Der Kühlkanal
kann sich durch das Schaufelblatt 12 so hindurch erstrecken,
dass der Kühlkanal mit
dem Kühlhohlraum 130 in
Fluidverbindung steht.
-
- 10
- Turbinenlaufschaufel
- 12
- Schaufelblatt
- 14
- Fuß
- 16
- Schaft
- 18
- Schwalbenschwanz
- 20
- Spitzendeckband
- 22,
24
- tragende
Flächen
- 26
- Dichtungsschiene
- 28
- Luftauslasslöcher
- 130
- Kühlhohlraum
- 132
- Druckseitenkühlhohlraum
- 134
- Saugseitenkühlhohlraum
- 136
- Hinterkante
- 112
- Schaufelblatt
- 138
- Kühlkammer
- 140
- Kühlkammeröffnungen
- 142,
144
- Rippen
- 147
- Auslassöffnungen
- 145
- sich
nach außen
erstreckende Unterteilungsrippe
- 142
- gekürzte Rippe
- 144
- Unterteilungsrippe
- 146
- sich
nach innen erstreckende Unterteilungsrippe
- 152
- Innenmittenwand
- 154
- Eintrittsöffnungen
- 202
- diskrete
Unterteilungsrippen
- 206
- diskrete
gekürzte
Rippen
- 208
- diskrete
Säulen
- 212
- runde
Austrittsöffnungen
- 214
- nicht-runde
Austrittsöffnungen
- 194
- freies
Ende