DE102011054876A1

DE102011054876A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Plattformregionen von Turbinenlaufschaufeln

Info

Publication number: DE102011054876A1
Application number: DE102011054876A
Authority: DE
Inventors: John Wesley Harris Jr.; Craig Allen Bielek; Scott Edmond Ellis; Xiaoyong Fu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-05-03
Also published as: JP2012097740A; US8814518B2; JP5947519B2; US20120107134A1; CN102454428B; FR2966868A1; CN102454428A

Abstract

Plattformkühlanordnung in einer Turbinenlaufschaufel, die an einer Übergangsstelle zwischen einem Schaufelblatt und einer Wurzel eine Plattform hat, wobei die Laufschaufel einen inneren Kühlkanal beinhaltet, der von einer Verbindung an der Wurzel bis auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform verläuft, wobei der innere Kühlkanal eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion aufweist und wobei eine Druckseite der Plattform eine Oberseite aufweist, die in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer druckseitigen Schlitzseitenwand verläuft. Die Plattformkühlanordnung kann Folgendes beinhalten: einen Plattformhohlraum, der in der Druckseite der Plattform gebildet ist, einen Hochdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet; einen Niederdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, und eine in dem Plattformhohlraum gebildete Pingruppe, die radiale Pins aufweist.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Turbinen-Verbrennungskraftmaschinen, die, wie sie hierin verwendet werden und sofern nicht spezifisch anders angegeben, alle Typen von Turbinen-Verbrennungskraftmaschinen beinhalten, wie z. B. die in der Energieerzeugung und in Flugzeugtriebwerken verwendeten. Spezieller, aber nicht begrenzend, betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen, Systeme und/oder Verfahren zum Kühlen der Plattformregion von Turbinenlaufschaufeln.
Eine Gasturbinenmaschine beinhaltet typischerweise einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Der Verdichter und die Turbine beinhalten im Allgemeinen Reihen von Schaufelblättern oder Schaufeln, die axial in Stufen gestapelt sind. Jede Stufe beinhaltet im typischen Fall eine Reihe von sich in Umfangsrichtung erstreckenden, voneinander beabstandeten Leitschaufeln, die feststehend sind, und einen Satz von sich in Umfangsrichtung erstreckenden, voneinander beabstandeten Laufschaufeln, die sich um eine zentrale Achse oder Welle drehen. Im Betrieb werden die Laufschaufeln im Verdichter um die Welle gedreht, um einen Luftstrom zu verdichten. Die verdichtete Luft wird dann in der Brennkammer zum Verbrennen von zugeführtem Brennstoff verwendet. Der resultierende Fluss heißer Gase aus dem Verbrennungsprozess expandiert sich durch die Turbine, was bewirkt, dass die Laufschaufeln die Welle drehen, an der sie angebracht sind. Auf diese Weise wird die im Brennstoff enthaltene Energie wieder in die mechanische Energie der rotierenden Welle umgewandelt, die dann z. B. zum Drehen der Wicklungen eines Generators zum Erzeugen von Elektrizität verwendet werden kann.
Turbinenlaufschaufeln 100, wobei jetzt auf 1 und 2 Bezug genommen wird, beinhalten im Allgemeinen ein(en) Schaufelblattteil oder Schaufelblatt 102 und eine(n) Wurzelteil oder Wurzel 104. Das Schaufelblatt 102 kann als eine konvexe Saugseite 105 und eine konkave Druckseite 106 aufweisend beschrieben werden. Das Schaufelblatt 102 kann ferner als eine Vorderkante 107, welche die vordere Kante ist, und eine Hinterkante (108), welche die hintere Kante ist, aufweisend beschrieben werden. Die Wurzel 104 kann als eine Struktur (die, wie gezeigt, gewöhnlich einen Schwalbenschwanz 109 beinhaltet) zum Befestigen der Schaufel 100 an der Rotorwelle, eine Plattform 110, von der sich das Schaufelblatt 102 erstreckt, und einen Schaft 112, der die Struktur zwischen dem Schwalbenschwanz 109 und der Plattform 110 beinhaltet, aufweisend beschrieben werden.
Wie dargestellt, kann die Plattform 110 im Wesentlichen eben sein. Spezieller kann die Plattform eine ebene Oberseite 113 haben, die, wie in 1 gezeigt, eine axial und sich in Umfangsrichtung erstreckende ebene Oberfläche beinhalten kann. Wie in 2 gezeigt, kann die Plattform 110 eine ebene Unterseite 114 haben, die auch eine axial und sich in Umfangsrichtung erstreckende ebene Oberfläche beinhalten kann. Die Oberseite 113 und die Unterseite 114 der Plattform 110 können so gestaltet sein, dass sie im Wesentlichen jeweils parallel zueinander sind. Wie abgebildet, ist zu erkennen, dass die Plattform 110 gewöhnlich ein dünnes Radialprofil hat, d. h. zwischen der Oberseite 113 und der Unterseite 114 der Plattform 110 besteht ein relativ kurzer radialer Abstand.
Im Allgemeinen wird die Plattform 110 an Turbinenlaufschaufeln 100 zum Bilden der inneren Strömungsweggrenze des Heißgaspfadabschnitts der Gasturbine eingesetzt. Die Plattform 110 bildet ferner eine Tragkonstruktion für das Schaufelblatt 102. Im Betrieb induziert die Drehgeschwindigkeit der Turbine eine mechanische Belastung, die hoch beanspruchte Regionen entlang der Plattform 110 entstehen lässt, die, wenn sie mit hohen Temperaturen verbunden werden, im Endeffekt die Bildung von Betriebsdefekten verursachen, wie Oxidation, Kriechen, Ermüdungsrissbildung bei niedriger Lastspielzahl und andere. Diese Defekte beeinträchtigen selbstverständlich die Nutzlebensdauer der Laufschaufel 100. Es ist zu erkennen, dass diese ungünstigen Betriebsbedingungen, d. h. Kontakt mit extremen Temperaturen des Heißgaspfads und mit den rotierenden Schaufeln verbundene mechanische Belastung, beträchtliche Herausforderungen für die Auslegung haltbarer, langlebiger Laufschaufelplattformen 110, die sowohl gut funktionieren als auch kostengünstig herzustellen sind, ergeben.
Eine übliche Lösung zum Erhöhen der Dauerhaftigkeit der Plattformregion 110 ist, sie während des Betriebs mit einem Druckluftstrom oder einem anderen Kühlmittel zu kühlen, und es sind verschiedene dieses Typs von Plattformauslegungen bekannt. Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, wirft die Plattformregion 110 aber gewisse Konstruktionsprobleme auf, die ihre Kühlung auf diese Weise schwierig machen. Dies beruht in bedeutendem Maße insofern auf der unhandlichen Geometrie dieser Region, als die Plattform 110 ein peripherer Bestandteil ist, der sich vom zentralen Kern der Laufschaufel entfernt befindet, und gewöhnlich so gestaltet ist, dass sie eine strukturell solide, aber dünne radiale Dicke hat.
Zum Umwälzen des Kühlmittels beinhalten die Laufschaufeln 100 gewöhnlich einen oder mehrere hohle Kühlkanäle 116 (siehe 3, 4, 5 und 9), die zumindest radial durch den Kern der Schaufel 100, einschließlich durch die Wurzel 104 und das Schaufelblatt 102, verlaufen. Wie unten noch ausführlicher beschrieben wird, können derartige Kühlkanäle 116 zum Erhöhen des Wärmeaustauschs mit einem geschlängelten Pfad gebildet werden, der sich durch die zentralen Regionen der Schaufel 100 windet, obwohl auch andere Konfigurationen möglich sind. Im Betrieb kann ein Kühlmittel über einen oder mehrere Einlässe 117, die im nach innen gerichteten Teil der Wurzel 104 gebildet sind, in die zentralen Kühlkanäle gelangen. Das Kühlmittel kann durch die Schaufel 100 zirkulieren und durch die am Schaufelblatt gebildeten Auslässe (nicht abgebildet) und/oder einen oder mehrere in der Wurzel 104 gebildeten Auslässe (nicht abgebildet) austreten. Das Kühlmittel kann unter Druck stehen und zum Beispiel Druckluft, mit Wasser vermischte Druckluft, Dampf und dergleichen beinhalten. In vielen Fällen ist das Kühlmittel Druckluft, die vom Verdichter der Maschine abgeleitet wird, andere Quellen sind aber auch möglich. Wie unten ausführlicher besprochen wird, beinhalten diese Kühlkanäle im typischen Fall eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion. Die Hochdruckkühlmittelregion entspricht meist einem zuströmseitigen Teil des Kühlkanals, der einen höheren Kühlmitteldruck hat, während die Niederdruckkühlmittelregion einem abströmseitigen Teil entspricht, der einen relativ niedrigeren Kühlmitteldruck hat.
In einigen Fällen kann das Kühlmittel aus den Kühlkanälen 116 in einen Hohlraum 119 geleitet werden, der zwischen den Schäften 112 und Plattformen 110 benachbarter Laufschaufeln 100 gebildet wird. Von dort kann das Kühlmittel zum Kühlen der Plattformregion 110 der Schaufel verwendet werden, wobei eine konventionelle Ausführung davon in 3 dargestellt wird. Dieser Auslegungstyp zieht im typischen Fall Luft aus einem der Kühlkanäle 116 ab und verwendet die Luft, um den jeweiligen zwischen den Schäften 112 und Plattformen 110 gebildeten Hohlraum 119 mit Druck zu beaufschlagen. Sobald er druckbeaufschlagt worden ist, führt dieser Hohlraum 119 dann den durch die Plattformen 110 verlaufenden Kühlgängen Kühlmittel zu. Nachdem sie die Plattform 110 durchströmt hat, kann die Kühlluft den Hohlraum durch in der Oberseite 113 der Plattform 110 gebildete Filmkühlungslöcher ausströmen.
Es ist aber zu erkennen, dass dieser konventionelle Auslegungstyp mehrere Nachteile hat. Erstens ist der Kühlkreislauf nicht in einem einzelnen Teil in sich geschlossen, da der Kühlkreislauf erst hergestellt wird, wenn zwei benachbarte Laufschaufeln 100 zusammengebaut werden. Dies verleiht den Strömungstests bei der Montage und vor der Montage einen größeren Schwierigkeits- und Kompliziertheitsgrad. Ein zweiter Nachteil ist, dass die Vollständigkeit des zwischen benachbarten Laufschaufeln 100 gebildeten Hohlraums 119 davon abhängt, wie gut der Umfang des Hohlraums 119 abgedichtet ist. Eine unzureichende Abdichtung kann zu unzureichender Plattformkühlung und/oder ungenutzter Kühlluft führen. Ein dritter Nachteil ist das damit verbundene Risiko, dass Gase im Heißgaspfad in den Hohlraum 110 oder die Plattform 110 selbst aufgenommen werden können. Dies kann vorkommen, wenn der Hohlraum 119 während des Betriebs nicht auf einem ausreichend hohen Druck gehalten wird. Wenn der Druck des Hohlraums 119 unter den Druck im Heißgaspfad fällt, werden heiße Gase in den Schafthohlraum 119 oder die Plattform 110 selbst aufgenommen, wodurch diese Komponenten meist beschädigt werden, da sie nicht dafür ausgelegt sind, Heißgaspfadbedingungen standzuhalten.
4 und 5 stellen einen weiteren Typ einer konventionellen Auslegung für die Plattformkühlung dar. In diesem Fall ist der Kühlkreislauf in der Laufschaufel 100 eingeschlossen und schließt den Schafthohlraum 119 nicht ein, wie abgebildet. Kühlluft wird aus einem der Kühlkanäle 116, die durch den Kern der Schaufel 110 verlaufen, abgezogen und nach hinten durch in der Plattform 110 ausgebildete Kühlgänge 120 (d. h. „Plattformkühlgänge 120”) gelenkt. Wie von den mehreren Pfeilen gezeigt wird, strömt die Kühlluft durch die Plattformkühlgänge 120 und tritt durch Auslässe im hinteren Rand 121 der Plattform 110 oder aus am Saugseitenrand 122 entlang angeordneten Auslässen aus. (Es ist zu beachten, dass beim Beschreiben der bzw. bei Bezugnahme auf die Ränder oder Seiten der rechteckigen Plattform 110 diese jeweils je nach ihrer Lage im Verhältnis zur Saugseite 105 und zur Druckseite 106 des Schaufelblatts 102 und/oder zur Vorwärts- und Rückwärtsrichtung der Maschine bei eingebauter Schaufel 100 beschrieben werden können. Von daher kann, wie der Durchschnittsfachmann erkennt, die Plattform einen hinteren Rand 121, einen Saugseitenrand 122, einen vorderen Rand 124 und einen Druckseitenrand 126 aufweisen, wie in den 3 und 4 gezeigt. Außerdem werden der Saugseitenrand 122 und der Druckseitenrand 126 gewöhnlich auch als „Schlitzseitenwände” bezeichnet und der schmale Hohlraum, der zwischen ihnen gebildet wird, wenn die benachbarten Laufschaufeln 100 eingebaut worden sind, kann als ein „Schlitzseitenwand-Hohlraum” bezeichnet werden.)
Es ist zu erkennen, dass die konventionellen Auslegungen der 4 und 5 gegenüber der Auslegung von 3 insofern einen Vorteil haben, als sie von Variationen der Montage- oder Einbaubedingungen nicht beeinflusst werden. Konventionelle Auslegungen dieser Art haben aber mehrere Begrenzungen oder Nachteile. Erstens ist, wie abgebildet, auf jeder Seite des Schaufelblatts 102 nur ein einzelner Kreislauf bereitgestellt und es besteht daher der Nachteil, dass die Kontrolle über die Menge der an verschiedenen Positionen in der Plattform 110 verwendeten Kühlluft begrenzt ist. Zweitens haben konventionelle Auslegungen dieses Typs einen Abdeckungsbereich, der allgemein begrenzt ist. Der geschlängelte Pfad von 5 ist zwar gegenüber 4 eine Verbesserung, was die Abdeckung betrifft, es gibt aber immer noch Totflächen innerhalb der Plattform 110, die ungekühlt bleiben. Drittens steigen zum Erhalten einer besseren Abdeckung mit kompliziert gestalteten Plattformkühlgängen 120 die Herstellungskosten drastisch an, besonders wenn die Kühlgänge Formen haben, für deren Herstellung ein Gießverfahren erforderlich ist. Viertens lassen diese konventionellen Auslegungen im typischen Fall nach dem Gebrauch und bevor das Kühlmittel völlig aufgebraucht ist, Kühlmittel in den Heißgaspfad ab, was den Wirkungsgrad der Maschine beeinträchtigt. Fünftens haben konventionelle Auslegungen dieser Art im Allgemeinen wenig Flexibilität. Das heißt, die Gänge 120 sind als integrierte Bestandteile der Plattform 110 gebildet und bieten wenig oder keine Möglichkeit zum Ändern ihrer Funktion oder Konfiguration bei variierenden Betriebsbedingungen. Außerdem sind diese Typen von konventionellen Auslegungen schwierig zu reparieren oder zu überholen.
Infolgedessen hapert es bei konventionellen Plattformkühlungsauslegungen an einem oder mehreren wichtigen Bereichen. Es besteht weiterhin ein Bedarf an verbesserten Vorrichtungen, Systemen und Verfahren, welche die Plattformregion von Turbinenlaufschaufeln effektiv und effizient kühlen, während sie gleichzeitig kostengünstig, flexibel in der Anwendung und dauerhaft sind.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beschreibt daher eine Plattformkühlanordnung in einer Turbinenlaufschaufel, die an einer Übergangsstelle zwischen einem Schaufelblatt und einer Wurzel eine Plattform hat, wobei die Laufschaufel einen in ihr gebildeten inneren Kühlkanal beinhaltet, der von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an der Wurzel bis wenigstens auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform verläuft, wobei der innere Kühlkanal im Betrieb eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion aufweist und wobei entlang einer Seite, die mit einer Druckseite des Schaufelblatts zusammenfällt, eine Druckseite der Plattform eine Oberseite, die sich in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer druckseitigen Schlitzseitenwand erstreckt, aufweist und entlang einer Seite, die mit einer Saugseite des Schaufelblatts zusammenfällt, eine Saugseite der Plattform eine Oberseite, die sich in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer saugseitigen Schlitzseitenwand erstreckt, aufweist. Die Plattformkühlanordnung kann Folgendes beinhalten: einen Plattformhohlraum, der in der Druckseite und/oder der Saugseite der Plattform gebildet ist, wobei der Plattformhohlraum einen nach innen gerichteten Boden und eine nach außen gerichtete Decke beinhaltet; einen Hochdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, einen Niederdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, und eine in dem Plattformhohlraum gebildete Pingruppe, wobei die Pingruppe mehrere Pins beinhaltet, die in einer ungefähr radialen Richtung von dem Boden zu der Decke des Plattformhohlraums hin verlaufen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Plattformkühlanordnung für eine Turbinenlaufschaufel, die an einer Übergangsstelle zwischen einem Schaufelblatt und einer Wurzel eine Plattform hat, wobei die Laufschaufel einen in ihr gebildeten inneren Kühlkanal beinhaltet, der von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an der Wurzel bis wenigstens auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform verläuft, wobei der innere Kühlkanal im Betrieb wenigstens eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion aufweist und wobei entlang der Seite, die mit einer Druckseite des Schaufelblatts zusammenfällt, eine Druckseite der Plattform eine Oberseite aufweist, die sich in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer druckseitigen Schlitzseitenwand erstreckt. Das Verfahren kann die folgenden Schritte beinhalten: Bilden eines Plattformhohlraums in der Druckseite der Plattform, wobei der Plattformhohlraum einen nach innen gerichteten, im Wesentlichen ebenen Boden hat, der einer nach außen gerichteten, im Wesentlichen ebenen Decke gegenüberliegt; Bilden, von einer Position an der druckseitigen Schlitzseitenwand oder der saugseitigen Schlitzseitenwand aus, eines Hochdruckverbinders, der den Plattformhohlraum mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, durch maschinelles Bearbeiten; Bilden, von einer Position an der druckseitigen Schlitzseitenwand oder der saugseitigen Schlitzseitenwand aus, eines Niederdruckverbinders, der den Plattformhohlraum mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, durch maschinelles Bearbeiten und Bilden einer Pingruppe in dem Plattformhohlraum, wobei die Pingruppe mehrere voneinander beabstandete Pins beinhaltet, die radial vom Boden zur Decke des Plattformhohlraums verlaufen.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der Prüfung der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, wenn in Verbindung mit den Zeichnungen und den angehängten Ansprüchen betrachtet, offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale dieser Erfindung werden beim eingehenden Studium der folgenden ausführlicheren Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen umfassender verstanden und erfasst werden. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Turbinenlaufschaufel, in der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen können,
2 eine Unterseitenansicht einer Turbinenlaufschaufel, in der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können,
3 eine Schnittansicht benachbarter Turbinenlaufschaufeln, die ein Kühlsystem gemäß einer konventionellen Auslegung haben,
4 eine Draufsicht einer Turbinenlaufschaufel, die eine Plattform mit inneren Kühlgängen gemäß einer konventionellen Auslegung hat,
5 eine Draufsicht einer Turbinenlaufschaufel, die eine Plattform mit inneren Kühlgängen gemäß einer alternativen konventionellen Auslegung hat,
6 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Draufsicht einer Plattformkühlkonfiguration gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 eine Seitenansicht der Pinkonfiguration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Draufsicht einer Plattformkühlkonfiguration gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
9 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Draufsicht einer Plattformkühlkonfiguration gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
10 eine Seitenansicht eines Pralleinsatzes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
11 ein Verfahren zur Herstellung einer Plattformkühlanordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es versteht sich, dass Turbinenschaufeln, die über die Zirkulation eines Kühlmittels in ihrem Inneren gekühlt werden, im typischen Fall einen inneren Kühlkanal 116 beinhalten, der von der Wurzel radial auswärts durch die Plattformregion und in das Schaufelblatt verläuft, wie oben in Bezug auf mehrere konventionelle Kühlungsauslegungen beschrieben. Es versteht sich, dass gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit konventionellen Kühlkanälen verwendet werden können, um die effiziente aktive Plattformkühlung zu fördern oder zu ermöglichen, und die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einer üblichen Auslegung besprochen: einem inneren Kühlkanal 116 mit einer gewundenen oder geschlängelten Konfiguration. Wie in den 6, 8 und 9 abgebildet, ist der geschlängelte Pfad im typischen Fall so konfiguriert, dass er einen Kühlmittelstrom in nur einer Richtung zulässt, und beinhaltet Merkmale, die den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel und der umgebenden Laufschaufel 100 fördern. Im Betrieb wird ein unter Druck stehendes Kühlmittel, das gewöhnlich dem Verdichter entnommene Druckluft ist (obwohl auch andere Kühlmitteltypen, wie z. B. Dampf, mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können), dem inneren Kühlkanal 116 durch eine durch die Wurzel 104 gebildete Verbindung zugeführt. Der Druck treibt das Kühlmittel durch den inneren Kühlkanal 116 und das Kühlmittel nimmt durch Konvektion Wärme aus den umgebenden Wänden auf.
Es versteht sich, dass das Kühlmittel Druck verliert, während es sich durch den Kühlkanal 116 bewegt, wobei das Kühlmittel in den zuströmseitigen Abschnitten des inneren Kühlkanals 116 einen höheren Druck hat als Kühlmittel in abströmseitigen Abschnitten. Wie unten ausführlicher besprochen wird, kann diese Druckdifferenz dazu verwendet werden, Kühlmittel über oder durch in der Plattform gebildete Kühlkanäle zu treiben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung in Laufschaufeln 100 verwendet werden kann, die innere Kühlkanäle mit verschiedenen Konfigurationen haben, und nicht auf innere Kühlkanäle begrenzt ist, die eine geschlängelte Form haben. Dementsprechend soll der Begriff „innerer Kühlkanal” oder „Kühlgang”, wie hierin verwendet, jeden beliebigen Kanal oder hohlen Gang einschließen, durch den Kühlmittel in der Laufschaufel zirkulieren kann. Wie hierin vorgesehen, verläuft der innere Kühlkanal 116 der vorliegenden Erfindung wenigstens bis auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform 116 und kann wenigstens eine Region mit relativ höherem Kühlmitteldruck (die im Folgenden als eine „Hochdruckregion” bezeichnet wird und in einigen Fällen ein zuströmseitiger Abschnitt in einem geschlängelten Kanal sein kann) und wenigstens eine Region mit relativ niedrigerem Kühlmitteldruck (die im Folgenden als eine „Niederdruckregion” bezeichnet wird und, relativ zur Hochdruckregion, ein abströmseitiger Abschnitt in einem geschlängelten Kanal sein kann) beinhalten.
Im Allgemeinen sind die verschiedenen konventionellen Auslegungen innerer Kühlkanäle 116 zum Versorgen gewisser Regionen in der Laufschaufel 100 mit aktiver Kühlung wirksam. Die Plattformregion 100 erweist sich aber als problematischer, wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird. Dies beruht zumindest zum Teil auf der schwierigen Geometrie der Plattformregion – d. h. ihre schmale radiale Höhe und die Art und Weise, wie sie vom Kern oder Hauptkörper der Laufschaufel 100 absteht. Angesichts ihres Kontakts mit den extremen Temperaturen des Heißgaspfads und der hohen mechanischen Beanspruchung sind die Kühlungsanforderungen der Plattform aber beträchtlich. Wie oben beschrieben, sind konventionelle Plattformkühlungsauslegungen unwirksam, weil sie nicht auf die besonderen Herausforderungen der Region eingehen, weil ihre Kühlmittelnutzung nicht effizient ist und/oder weil ihre Herstellung kostspielig ist.
6 bis 11, wieder Bezug nehmend auf die Figuren, zeigen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Speziell stellt 6 eine Draufsicht einer beispielhaften Plattformkühlanordnung dar. Wie gezeigt, kann die vorliegende Erfindung einen durch das Innere der Plattform 110 gebildeten Plattformhohlraum 133 beinhalten, durch den Kühlmittel aus dem inneren Kühlkanal 116 geleitet wird. Wie beschrieben, kann der Plattformhohlraum 133 ein oder mehrere Wärmeaustauschmerkmale beinhalten, wie z. B. im Plattformhohlraum 133 gebildete Pins 151, die in der radialen Richtung ungefähr fluchten. Außerdem lässt die vorliegende Erfindung die Wiederverwendung des Kühlmittels nach Durchströmen des Plattformhohlraums 133 zu. Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, steigert diese effiziente Kühlmittelnutzung im Allgemeinen die Leistungsfähigkeit und verbessert den Wirkungsgrad einer Turbinen-Verbrennungskraftmaschine.
In der bevorzugten Ausführungsform von 6 ist der Plattformhohlraum 133 in der Druckseite der Plattform 110 positioniert. Es versteht sich, dass andere Stellen, wie z. B. in der Saugseite der Plattform 110, ebenfalls möglich sind. Wie dargestellt, kann die Laufschaufel 100 an einer Übergangsstelle zwischen dem Schaufelblatt 102 und der Wurzel 104 eine Plattform 110 haben, und die Laufschaufel 100 kann einen in ihr ausgebildeten inneren Kühlkanal 116 beinhalten, der von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an der Wurzel 104 bis wenigstens auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform 110 verläuft. Der innere Kühlkanal 116 kann so konfiguriert sein, dass er im Betrieb eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion beinhaltet. In einigen Fällen kann der innere Kühlkanal 116 eine geschlängelte Konfiguration haben, wobei die Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 in diesem Fall eine zuströmseitige Region des geschlängelten Pfads beinhalten kann und die Niederdruckkühlmittelregion eine abströmseitige Region des geschlängelten Pfads beinhalten kann. Die Plattform 110 kann eine ebene Oberseite 113 beinhalten, die etwa parallel zu einer ebenen Unterseite 114 ist. (Beachten, dass „eben”, wie hierin verwendet, ungefähr oder im Wesentlichen in der Form einer Ebene bedeutet. Zum Beispiel wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass Plattformen so konfiguriert sein können, dass sie eine nach außen gerichtete Oberfläche haben, die leicht gekrümmt und konvex ist, wobei die Krümmung dem Umfang der Turbine an der radialen Position der Laufschaufeln entspricht. Dieser hierin verwendete Typ von Plattformgestalt gilt als eben, da der Krümmungsradius groß genug ist, um der Plattform ein flaches Aussehen zu verleihen.) Außerdem kann entlang der Seite der Plattform, die mit der Druckseite 106 des Schaufelblatts 102 zusammenfällt, eine Druckseite der Plattform 110 eine Oberseite 113 beinhalten, die vom Schaufelblatt 102 zur druckseitigen Schlitzseitenwand 126 verläuft. An einer Seite entlang, die mit einer Saugseite 105 des Schaufelblatts 102 zusammenfällt, kann eine Saugseite der Plattform 110 eine Oberseite 113 beinhalten, die sich in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt 102 zu einer saugseitigen Schlitzseitenwand 122 erstreckt. An einer Seite entlang, die mit einer Vorderkante 107 des Schaufelblatts 102 zusammenfällt, kann die Plattform 110 eine Oberseite 113 beinhalten, die von dem Schaufelblatt 102 zu einem vorderen Rand 124 verläuft. Und entlang einer Seite, die mit einer Hinterkante 108 des Schaufelblatts 102 zusammenfällt, kann die Plattform 110 eine Oberseite 113 beinhalten, die von dem Schaufelblatt 102 zu einem hinteren Rand 121 verläuft.
Die Form des in der Plattform 110 gebildeten Plattformhohlraums 133 kann verschieden sein. In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, kann der Plattformhohlraum 133 von einer Rand- oder Außenwand 136 gebildet werden, die ungefähr linear sein kann und in beabstandetem Verhältnis und parallel zur druckseitigen Schlitzseitenwand 126 sein kann. Von der Außenwand 136 kann die axiale Länge des Plattformhohlraums 133 schmäler werden, je weiter sich der Hohlraum 133 in die inneren Regionen der Plattform 110 erstreckt, wie gezeigt. In einigen Ausführungsformen kann die Verschmälerung allgemein dem gekrümmten Profil entsprechen, das an dem Verbindungspunkt zwischen der Druckseite 106 des Schaufelblatts 102 und der Plattform 110 gebildet wird (beachten: „Profil” bezieht sich auf die Perspektive von 6, 8 und 9). Von daher kann der Plattformhohlraum 133 eine gekrümmte Innenwand 137 haben, die in Form und Position eng mit dem Konturenprofil der Druckseite 106 des Schaufelblatts 102 in Bezug steht. Dementsprechend kann die Innenwand 137 bogenförmig von einem vorderen Ende 138 der Außenwand 136 bis zu einem hinteren Ende 139 verlaufen, die beide nahe der druckseitigen Schlitzseitenwand 126 der Plattform 110 positioniert sein können. Der Plattformhohlraum 133 kann eine ebene Konfiguration beinhalten, die einen ungefähr einheitlichen Zwischenraum zwischen einer ebenen Decke 134 (die eine nach außen gerichtete Oberfläche ist) und einem ebenen Boden 135 (der eine nach innen gerichtete Oberfläche ist) hat. Die Decke 134 des Plattformhohlraums 133 kann sich in der Nähe der Oberseite 113 der Plattform 110 befinden und etwa parallel zu ihr sein. Der Boden 135 des Plattformhohlraums 133 kann sich in der Nähe der Unterseite 114 der Plattform 110 befinden und etwa parallel zu ihr sein. Für den Fachmann sollte es offensichtlich sein, dass auch andere Konfigurationen des Plattformhohlraums 133 erfolgreich eingesetzt werden können. Es versteht sich aber, dass der Plattformhohlraum 133 der bevorzugten Ausführungsform von 6 benutzt werden kann, um effizient für die Kühlungsabdeckung beträchtlicher Teile oder aller Bereiche der Druckseite der Plattform 110 zu sorgen. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass auch andere Leistungsvorteile möglich sind.
Wie in den 6, 8 und 9 abgebildet, kann ein Hochdruckverbinder 148 zum Verbinden des Plattformhohlraums 133 mit einer Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 gebildet sein und ein Niederdruckverbinder 149 kann zum Verbinden des Plattformhohlraums 133 mit einer Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 gebildet sein. (Wenn auch in den Figuren nicht spezifisch gezeigt, ist doch zu erkennen, dass diese beispielhafte Ausführungsform davon ausgeht, dass der innere Kühlkanal 116 geschlängelt ist und dass seine zuströmseitigen Teile zur Vorderkante 107 hin liegen und dass die abströmseitigen Teile zur Hinterkante 108 der Schaufel 100 hin liegen. Diese Konfiguration ist aber für die Ausübung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig und ist nur beispielhaft, da der Hochdruckverbinder 148 und der Niederdruckverbinder 149 entsprechend anderen Auslegungen umkonfiguriert werden können.) Dementsprechend kann im Betrieb ein Kühlmittel an einer Position nahe der Vorderkante 107 des Schaufelblatts 102 in den inneren Kühlkanal 116 eintreten und abwechselnd radial auswärts/einwärts durch den inneren Kühlkanal 116 strömen, während sich das Kühlmittel in einer nach hinten weisenden Richtung windet. Wie gezeigt, kann der Hochdruckverbinder 148 so konfiguriert werden, dass ein zuströmseitiger (und höheren Druck aufweisender) Teil des inneren Kühlkanals 116 fluidisch mit einem vorbestimmten Bereich des Plattformhohlraums 133 kommuniziert. Der Niederdruckverbinder 148 kann so konfiguriert werden, dass ein abströmseitiger Teil des inneren Kühlkanals fluidisch mit einem vorbestimmten Bereichsteil des Plattformhohlraums 133 kommuniziert.
Wie erwähnt, kann die Druckdifferenz während des Betriebs Kühlmittel vom Hochdruckverbinder 148 zum Niederdruckverbinder 149 und durch den Plattformhohlraum 133 und die darin enthaltenen wärmeaustauschenden Merkmale treiben. Es ist erkennbar, dass der Hochdruckverbinder 148 und/oder der Niederdruckverbinder 149 durch ein Line-of-Sight-Bearbeitungs- oder Bohrverfahren effizient hergestellt werden kann, wobei sich die Ausgangspunkte an einem beliebigen der Ränder der Plattform 110 befinden (deren spezifische Lage von der Position des Plattformhohlraums 133 in der Plattform 110 sowie der Konfiguration des inneren Kühlkanals 116 vorgeschrieben werden kann). In einigen bevorzugten Ausführungsformen, wie in 6 gezeigt, kann der Hochdruckverbinder 148 so hergestellt werden, dass er sich an einem linearen Pfad durch die Plattform 110 entlang von einer Position an der saugseitigen Schlitzseitenwand 122 zu einem Verbindungspunkt mit dem Plattformhohlraum 133 erstreckt, und dazwischen kann der Hochdruckverbinder 148 die Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 halbieren. Wie auch in 6 gezeigt wird, kann die vorliegende Erfindung mehr als einen Hochdruckverbinder 148 beinhalten, obwohl dies für die Ausübung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig ist und von der jeweiligen Anwendung abhängt. Der zweite Hochdruckverbinder 148 kann sich an einem linearen Pfad durch die Plattform 110 entlang von einer Position am vorderen Rand 124 zu einem Verbindungspunkt mit dem Plattformhohlraum 133 erstrecken und dazwischen kann der zweite Hochdruckverbinder 148 die Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 halbieren. Der Niederdruckverbinder 149 von 6 kann so hergestellt werden, dass er sich an einem linearen Pfad entlang von einer Position an der saugseitigen Schlitzseitenwand 122 zu einem Verbindungspunkt mit dem Plattformhohlraum 133 erstreckt, und dazwischen kann der Niederdruckverbinder 149 die Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 halbieren. In anderen Ausführungsformen kann auch ein zweiter Niederdruckverbinder 149 hergestellt werden. Es versteht sich, dass, je nach der Position des Plattformhohlraums 133, das Herstellen der Hochdruck- und Niederdruckverbinder 148, 149 von der saugseitigen Schlitzseitenwand 122, dem vorderen Rand 124 oder dem hinteren Rand 121 aus möglicherweise die Notwendigkeit aufheben kann, den Plattformhohlraum 133 mit dem Bearbeitungswerkzeug zu durchqueren, was für eine Gruppe von Pins 151, die bereits im Plattformhohlraum 133 gebildet ist, nachteilig sein könnte. In alternativen Ausführungsformen können die Verbinder 148, 149 während des Gießverfahrens gebildet werden.
In einer alternativen Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, können die Hochdruck- und Niederdruckverbinder 148, 149 einen Ausgangspunkt an der druckseitigen Schlitzseitenwand 126 haben. In diesem Fall kann sich der Hochdruckverbinder 148 an einem linearen Pfad durch die Plattform 110 entlang von der druckseitigen Schlitzseitenwand 126 zu einem Verbindungspunkt mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 erstrecken und dazwischen kann der Hochdruckverbinder 148 den Plattformhohlraum 133 halbieren. Der Niederdruckverbinder 149 kann sich an einem linearen Pfad entlang durch die Plattform 110 von der druckseitigen Schlitzseitenwand 126 zu einem Verbindungspunkt mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals 116 erstrecken und dazwischen kann der Niederdruckverbinder 149 den Plattformhohlraum 133 halbieren.
In bevorzugten Ausführungsformen, wie in den 6, 8 und 9 abgebildet, kann die Stelle, an welcher der Hochdruckverbinder 148 mit dem Plattformhohlraum 133 verbunden ist, am entgegengesetzten Ende des Plattformhohlraums 133 von der Stelle sein, an welcher der Niederdruckverbinder 149 mit dem Plattformhohlraum 133 verbunden ist. In einigen Ausführungsformen liegt die Stelle, an welcher der Hochdruckverbinder 148 mit dem Plattformhohlraum 133 verbunden ist, über wenigstens einen bedeutenden Teil des Plattformhohlraums 133 hinweg der Stelle, an welcher der Niederdruckverbinder 149 mit dem Plattformhohlraum 133 verbunden ist, gegenüber. Es ist zu erkennen, dass diese Konfiguration das Kühlmittel zwingt, im Wesentlichen den gesamten Plattformhohlraum 133 zu durchqueren, bevor es aus ihm austritt, was seine Fähigkeit, Wärme von dieser Region der Plattform 110 abzuziehen, verbessert.
Wie in den 6, 8 und 9 gezeigt, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr als einen Hochdruckverbinder 148 und mehr als einen Niederdruckverbinder 149 beinhalten. Angesichts der Art und Weise ihrer Herstellung können der Hochdruck- und der Niederdruckverbinder 148, 149 einen Verbinderauslass 158 beinhalten, der an einem beliebigen der Plattformränder (d. h. dem hinteren Rand 121, der saugseitigen Schlitzseitenwand 122, dem vorderen Rand 124 und der druckseitigen Schlitzseitenwand 126) positioniert ist. In bevorzugten Ausführungsformen kann jeder der Verbinderauslässe 158 einen Stopfen 155 beinhalten. Der Stopfen 155 kann ein nicht angeformtes Bauteil sein, das nach der spanhebenden Herstellung der Verbinder 148, 149 eingebaut wird. Die Stopfen 155 können so konfiguriert sein, dass sie das Austreten von Kühlmittel durch den Verbinderauslass 158 aus der Turbinenschaufel einschränken, begrenzen oder völlig verhindern, was aus wenigstens zwei Gründen erfolgen kann. Erstens kann der Strömungsquerschnitt durch den Verbinderauslass verringert werden, um das durch diese Auslassstellen austretende Kühlmittel aufprallen zu lassen. Wie der Durchschnittsfachmann erkennen wird, kann dies dazu führen, dass das austretende Kühlmittel eine gewünschte Kühlmittelprallcharakteristik hat, wie z. B. eine hohe Kühlmittelaustrittsgeschwindigkeit, die seine Kühlwirkung an einer Zielfläche verbessern würde. Von daher ist zu erkennen, dass der Verbinderauslass 158, wenn er an der Schlitzseitenwand 122, 126 positioniert ist, einen Prallkühlmittelstrom in den Seitenschlitzwand-Hohlraum auslassen kann, der zwischen aneinandergrenzend eingebauten Laufschaufeln 100 gebildet wird. Das heißt, Verbinderauslässe 158 können Prallkühlmittel mit einer relativ hohen Geschwindigkeit gegen die Schlitzseitenwand der benachbarten Turbinenschaufel 100 richten. Es ist erkennbar, dass der Schlitzseitenwand-Hohlraum und die ihn definierenden Schlitzseitenwände gewöhnlich schwer zu kühlende Regionen der Plattform 100 sind und dass so konfigurierte Verbinderauslässe 158 für effektive Kühlung für diesen Bereich sorgen können.
Zweitens kann der Strömungsquerschnitt der Verbinderauslässe 158 aus Dosierungsgründen verringert werden, d. h. aufgrund der Notwendigkeit, Kühlmittel im Inneren der Plattform 110 gleichmäßig zu verteilen oder auf gewünschte Weise zu verteilen. Es ist erkennbar, dass, wenn die Größe der Verbinderauslässe 158 verglichen mit der Größe der Verbinder 148, 149 nicht reduziert wäre, wahrscheinlich ein übermäßiger Kühlmittelanteil die Plattform 110 durch die Verbinderauslässe 158 verlassen würde, was dazu führen würde, dass eine unzureichende Kühlmittelversorgung den Plattformhohlraum 133 durchströmen würde. Die Größe der Verbinderauslässe 158 kann daher über einen vorkonfigurierten Stopfen festgelegt werden, so dass sie einen Strömungsquerschnitt haben, der einer erwünschten Dosierungscharakteristik entspricht. Eine „erwünschte Dosierungscharakteristik”, wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Strömungsbereich durch den Kühlmittelkanal oder -auslass, der eine(r) erwünschte(n) Verteilung von Kühlmittel oder eine(r) erwartete(n) Verteilung von Kühlmittel durch die mehreren Kühlmittelkanäle und/oder die Auslässe, die in der Plattform 110 gebildet sind, entspricht oder ergibt. Wie in 8 gezeigt, können Schlitzseitenwandauslässe 159 eingeschlossen werden, die nicht in Bezug zu einem hergestellten Verbinder 158, 159 stehen. Diese Schlitzseitenwandauslässe 159 können weitere Prallkühlung des Schlitzseitenwand-Hohlraums ergeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, können einer oder mehrere Oberseitenauslässe 157 gebildet werden, die sich vom Plattformhohlraum 133 zur Plattformoberseite 113 erstrecken. Es versteht sich, dass die Oberseitenauslässe 157 so positioniert werden können, dass sie zusätzlichen Kühlmittelstrom durch Bereiche im Plattformhohlraum 133 saugen, für die dies nötig ist. Außerdem können die Oberseitenauslässe 157 die Bereiche der Plattform 110 kühlen, durch die sie sich erstrecken, und zudem für Filmkühlung der Oberseite 113 der Plattform 110 sorgen. Die Oberseitenauslässe 157 können so konfiguriert werden, dass sie einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt haben. Der vorbestimmte Strömungsquerschnitt kann wenigstens einer erwünschten Kühlmitteldosierungscharakteristik entsprechen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen, wie in 6 gezeigt, kann die Kühlkonfiguration so konfiguriert sein, das im Wesentlichen das gesamte Kühlmittel, das durch den Plattformhohlraum 133 strömt, zum inneren Kühlkanal 116 zurückgeführt wird. In einer derartigen Ausführungsform können die Verbinderauslässe 158 mit Stopfen 155 versehen sein, die den gesamten Strömungsquerschnitt durch den Auslass 158 verstopfen. Außerdem kann die Kühlkonfiguration so gebildet sein, dass sie keine Oberseitenauslässe 157 oder Schlitzseitenwandauslässe 159 aufweist. Dieser Konfigurationstyp kann in gewissen Anwendungen insofern vorteilhaft sein, als im Wesentlichen das gesamte Kühlmittel, das dem inneren Kühlkanal 116 entnommen wird, zur weiteren Nutzung durch andere Bereiche der Laufschaufel 100 und/oder andere abströmseitige Anwendungen verfügbar gemacht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform, wie in 8 dargestellt, kann die Druckseite der Plattform 110 zwei Plattformhohlräume 133 aufweisen, die jeweils einen separaten Hochdruckverbinder 148 und einen separaten Niederdruckverbinder 149 haben und jeweils eine Pingruppe haben, die mehrere Pins 151 beinhaltet, die sich vom Boden 135 zur Decke 134 des Plattformhohlraums 133 erstrecken. In diesem Fall können die Plattformhohlräume 133 wenigstens einen Verbinder 156 beinhalten, der zwischen den zwei Hohlräumen 133 einen schmalen inneren Gang bildet.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Pingruppe mehrere oder eine Vielzahl von Pins 151 beinhalten. Die Pins 151 können eine zylindrische Form haben, obwohl auch andere Konfigurationen möglich sind. Die Pins 151 können so konfiguriert sein, dass der Wärmeaustausch zwischen dem durch den Plattformhohlraum 131 strömenden Kühlmittel und der Plattformregion der Turbinenschaufel verbessert wird. Die Pins 151 können etwa in radialer Richtung ausgerichtet sein und sich, je nach der Konfiguration des Plattformhohlraums 133, zwischen der Decke 134 und dem Boden 135 des Plattformhohlraums 133 erstrecken.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen, wie in 7 dargestellt, ist es möglich, dass die Pins 151 nicht an die Plattform 110 der Schaufel 100 angeformt sind. Die nicht angeformten Stifte 151 können zum Einsetzen in eine Pinöffnung 152 konfiguriert sein, die durch die Unterseite 114 der Plattform 110 gebildet ist. In diesem Fall kann der nicht angeformte Pin 151 eine Pinkonstruktion mit einer vorbestimmten Länge und eine Pinbasis 153 mit einer vorbestimmten Breite beinhalten. Die vorbestimmte Breite der Pinbasis 153 kann breiter als die Pinöffnung 152 sein, so dass die Pinbasis 153 einen Anschlag bildet (d. h., sobald die Pinkonstruktion eine vorbestimmte Entfernung weit in die Pinöffnung 152 gesteckt worden ist, hält die Pinbasis 153 den Pin 151 an). Die vorbestimmte Länge des Pins 151 kann eine Länge umfassen, bei der sich eine Spitze des Pins 151 in enger Nähe zur Decke 134 des Plattformhohlraums 133 befindet oder sie berührt, sobald die Pinbasis 153 das Einstecken anhält. Es versteht sich, dass dieses Verfahren die Anfertigung der Pins 151 nach dem Gießen ermöglicht, was es eventuell möglich macht, dass kostspieligere/kompliziertere Gießverfahren vermieden werden.
Wie in den 9 und 10 gezeigt, weist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Prallwand 160 auf. Die Prallwand 160 kann so positioniert und konfiguriert sein, dass sie Prallkühlung für eine Innenwand des Plattformhohlraums 133 bietet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Prallwand 160 so konfiguriert, dass sie für Prallkühlung gegen die Außenwand 136 des Plattformhohlraums 133 sorgt. Dementsprechend, wie in der bevorzugten Ausführungsform von 9 gezeigt, kann die Prallwand 160 so positioniert sein, dass sie etwa parallel zu der Außenwand 136 und von ihr versetzt ist. Es versteht sich, dass diese Konfiguration zur Behandlung der typischen Schwierigkeiten verwendet werden kann, die mit der Kühlung der Schlitzseitenwandregionen von Turbinenlaufschaufeln verbunden sind. Die Prallwand 160 kann etwa radial ausgerichtet sein, wobei sie vom Boden 135 zur Decke 134 des Plattformhohlraums 133 verläuft und sich quer durch den Plattformhohlraum 133 erstreckt, so dass sie den Plattformhohlraum 133 im Wesentlichen in einen zuströmseitigen Hohlraum, in den der Hochdruckverbinder 149 mündet, und einen abströmseitigen Hohlraum, aus dem der Niederdruckverbinder 149 einen Auslass bildet, teilt, wie dargestellt. Im Betrieb kann die resultierende Druckdifferenz zwischen dem zuströmseitigen Hohlraum und dem abströmseitigen Hohlraum dann Kühlmittel durch eine Anzahl von durch die Prallwand 160 gebildeten Prallöffnungen 163 treiben. Die Prallöffnungen 163 können so konfiguriert sein, dass sie jeweils einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt haben, der einer erwünschten Prallkühlungscharakteristik entspricht.
In einigen Ausführungsformen, wie in 10 gezeigt, kann die Prallwand 160 unter Verwendung eines nicht angeformten Prallwandeinsatzes 160 aufgebaut werden. Der nicht angeformte Prallwandeinsatz 160 kann durch eine Aussparung oder eine Einsetzaussparung 164, die durch die Unterseite 114 der Plattform 110 gebildet ist, in den Plattformhohlraum 133 eingesetzt werden. In diesem Fall kann der nicht angeformte Prallwandeinsatz 160 eine Basis 161 mit einer vorbestimmten Breite und eine Wandkonstruktion 162 mit einer vorbestimmten Länge aufweisen. Die vorbestimmte Breite der Basis 161 kann breiter als die Einsetzaussparung 164 sein, so dass die Einsetzaussparung 164 einen Anschlag bildet (d. h. die Wandbasis 161 hält die Prallwand 160 an, wenn sie eine vorbestimmte Entfernung weit in die Einsetzaussparung 164 eingesetzt worden ist). Die vorbestimmte Länge der Wandkonstruktion 162 kann eine Länge umfassen, bei der ein äußerer Rand der Wandkonstruktion 162 in enger Nähe zur Decke 134 des Plattformhohlraums 133 liegt oder sie berührt, sobald die Basis 161 mit der Unterseite 114 der Plattform 110 in Berührung kommt, und dadurch ein weiteres Einsetzen blockiert. Es ist zu erkennen, dass dieses Verfahren den Bau einer Prallwand 160 nach dem Gießen ermöglicht, was, wenn mit den Kosten der Herstellung der gleichen Kühlanordnung mithilfe konventioneller Gießverfahren verglichen, beträchtliche Kosteneinsparungen ergibt. Aus strukturellen Gründen kann in einigen Ausführungsformen eine bereits bestehende angeformte Wand 165 zum Verbinden von Abschnitten der nicht angeformten Prallwand 160, wie dargestellt, konfiguriert werden.
Wie in 9 ebenfalls gezeigt, kann der Plattformhohlraum 133 einen Strömungsteiler 166 aufweisen. Der Strömungsteiler 166 kann vor einem Hochdruckverbinder 148 positioniert sein, so dass in den Plattformhohlraum eintretendes Kühlmittel gleichmäßiger durch den Plattformhohlraum 133 verteilt wird. Es ist erkennbar, dass der Strömungsteiler 166 viele Konfigurationen haben kann. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Strömungsteiler 166 eine Chevron-Form.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner ein neues Verfahren zum effizienten Herstellen wirksamer innerer Kühlkanäle in der Plattformregion von Turbinenlaufschaufeln auf kostengünstige Weise. Bezug nehmend auf Flussdiagramm 200 von 11, kann als Anfangsschritt 202 der Plattformhohlraum 133 gebildet werden. Der Plattformhohlraum 133 kann jede beliebige der oben beschriebenen Konfigurationen beinhalten. Aufgrund der relativ unkomplizierten Form des Plattformhohlraums 133 kann er unter Verwendung konventioneller maschineller Bearbeitungs- oder vereinfachter Gießverfahren kostengünstig hergestellt werden. Daher werden, obwohl die vorliegende Erfindung zum Bilden einer Anordnung von komplexen Kühlkanälen verwendet werden kann, die eine breite Abdeckung der Plattformregion ergeben, kostspielige Gießprozesse, die für derartige Konstruktionen gewöhnlich verwendet werden, vermieden. Wenn der Plattformhohlraum 133 hergestellt worden ist, können in einem Schritt 204 der Hochdruckverbinder 148 und der Niederdruckverbinder 149 hergestellt werden. Wie angegeben, können diese mithilfe eines konventionellen, relativ unkomplizierten maschinellen Bearbeitungsverfahrens (d. h. ein konventionelles Line-of-Sight-Bearbeitungs- oder Bohrverfahren) hergestellt werden.
Wie oben besprochen, können die Pins 151 in einigen Ausführungsformen nicht an die Laufschaufel 100 angeformt sein. Von daher können in einem Schritt 206 die Pins 151 angefertigt und die Pinöffnungen 152 in die Plattformunterseite 114 eingearbeitet werden. In einem Schritt 208 können die Pins 151 in die Pinöffnungen 152 eingebaut werden. Dies kann mit konventionellen Verfahren, wie z. B. Schweißen, Hartlöten oder mechanischer Anbringung erfolgen.
Separat können in einem Schritt 210 Stopfen 155 angefertigt werden. Wie oben besprochen, können die Stopfen 155 mehrere verschiedene Konfigurationen haben und haben die Aufgabe, das Ausströmen des Kühlmittels durch einen Auslass zu reduzieren oder vollkommen abzustellen. Die Stopfen 155 können aus konventionellen Werkstoffen angefertigt werden. In einem Schritt 212 können die Stopfen 155 in vorbestimmten Positionen eingebaut werden. Dies kann mit konventionellen Verfahren wie Schweißen, Hartlöten oder mechanischer Anbringung erfolgen.
Wie oben besprochen, kann in einigen Ausführungsformen eine Prallwand 160 in den Plattformhohlraum 133 aufgenommen werden. In einem Schritt 214 kann der nicht angeformte Prallwandeinsatz 160 angefertigt und die Einsetzaussparung 164 maschinell in die Unterseite 113 der Plattform 110 eingearbeitet werden. Schließlich kann der Prallwandeinsatz 160 in einem Schritt 216 in die Einsetzaussparung 164 eingebaut werden. Dies kann mithilfe konventioneller Verfahren wie z. B. Schweißen, Hartlöten oder mechanischer Anbringung erfolgen.
Im Betrieb kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform die Kühlvorrichtung der vorliegenden Erfindung wie folgt funktionieren. Ein Teil der durch den inneren Kühlkanal 116 strömenden Kühlmittelzufuhr tritt über den Hochdruckverbinder 148 in den Plattformhohlraum 133 ein.
Während das Kühlmittel durch die Pingruppe strömt, kann das Kühlmittel der Plattform 110 konvektiv Wärme entziehen. Das Kühlmittel kann dann den Plattformhohlraum 133 durch den Niederdruckverbinder 149 verlassen und sich dadurch wieder dem durch den Plattformkühlkanal 116 strömenden Kühlmittel anschließen. Auf diese Weise entnimmt die Plattformkühlanordnung der vorliegenden Erfindung einen Teil des Kühlmittels aus dem inneren Kühlkanal 116, verwendet das Kühlmittel, um der Plattform 110 Wärme zu entziehen, und führt das Kühlmittel dann wieder dem inneren Kühlkanal 116 zu, wo das Kühlmittel weiter verwendet werden kann. Dementsprechend versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung einen Mechanismus vorsieht, mit dem die Plattformregion der Laufschaufel einer Verbrennungsturbine effektiv und effizient gekühlt werden kann.
Des Weiteren versteht es sich, dass die Plattformkühlungskonfiguration der vorliegenden Erfindung größere Flexibilität bei Auslegung, Umgestaltung, Neukonfigurierung und/oder nachträglichem Einbau von Plattformkühlanordnungen in bestehende oder neue Laufschaufeln bietet. Zuvor bedeuteten komplexe Plattformkühlgeometrien notgedrungen ein kostspieliges Gießverfahren. Die vorliegende Patentanmeldung lehrt Verfahren, mit denen Kühlkanäle mit komplexer Auslegung durch eine Kombination von vereinfachten maschinellen Bearbeitungs- und/oder Gießverfahren hergestellt werden können. Schließlich lehrt die vorliegende Patentanmeldung ein Verfahren, mit dem die Plattform 110 mithilfe innerer Gänge gekühlt werden kann, die von der Plattform 110 selbst nicht direkt in den Heißgaspfad münden. Wie angegeben, erhöht dieses „Recycling” von Kühlmittel im Allgemeinen den Wirkungsgrad seiner Nutzung, was den Leistungsgrad der Maschine erhöht.
Wie der Durchschnittsfachmann erkennt, können die verschiedenen Merkmale und Konfigurationen, die oben in Bezug auf die mehreren beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden, des Weiteren selektiv angewendet werden, um die anderen möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden. Um eine gewisse Kürze zu bewahren und unter Berücksichtigung der Fähigkeiten des Durchschnittsfachmanns werden zwar nicht alle möglichen Iterationen bereitgestellt oder ausführlich besprochen, es ist aber vorgesehen, dass alle von den mehreren Ansprüchen unten oder anderweitig umfassten Kombinationen und möglichen Ausführungsformen Teil der vorliegenden Patentanmeldung bilden. Außerdem können fachkundige Personen anhand der obigen Beschreibung mehrerer beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen erkennen. Es ist vorgesehen, dass derartige Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen innerhalb der Fähigkeiten des Fachgebiets ebenfalls von den angehängten Ansprüchen abgedeckt werden. Ferner sollte es offensichtlich sein, dass das Vorangehende sich nur auf die beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Patentanmeldung bezieht und dass hierin zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang der Patentanmeldung, wie sie von den folgenden Ansprüchen und ihren Äquivalenten definiert wird, abzuweichen.
Plattformkühlanordnung in einer Turbinenlaufschaufel, die an einer Übergangsstelle zwischen einem Schaufelblatt und einer Wurzel eine Plattform hat, wobei die Laufschaufel einen inneren Kühlkanal beinhaltet, der von einer Verbindung an der Wurzel bis auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform verläuft, wobei der innere Kühlkanal eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion aufweist und wobei eine Druckseite der Plattform eine Oberseite aufweist, die in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer druckseitigen Schlitzseitenwand verläuft. Die Plattformkühlanordnung kann Folgendes beinhalten: einen Plattformhohlraum, der in der Druckseite der Plattform gebildet ist, einen Hochdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet; einen Niederdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, und eine in dem Plattformhohlraum gebildete Pingruppe, die radiale Pins aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Turbinenlaufschaufel
102: Schaufelblatt
104: Fuß
105: Saugseite
106: Druckseite
107: Vorderkante
108: Hinterkante
109: Schwalbenschwanz
110: Plattform
112: Schaft
113: Plattformoberseite
114: Plattformunterseite
116: Innerer Kühlkanal
117: Einlass
119: Hohlraum
120: Plattformkühlgänge
121: Hinterer Rand
122: Saugseitenrand oder Schlitzseitenwand
124: Vorderer Rand
126: Druckseitenrand oder Schlitzseitenwand
133: Plattformhohlraum
134: Decke des Plattformhohlraums
135: Boden des Plattformhohlraums
136: Außenwand
137: Innenwand
138: Vorderes Ende
139: Hinteres Ende
148: Hochdruckverbinder
149: Niederdruckverbinder
151: Pin
152: Pinöffnung
153: Pinbasis
155: Stopfen
156: Hohlraumverbinder
157: Oberseitenauslass
158: Verbinderauslass
159: Schlitzseitenwandauslass
160: Prallwand
161: Wandbasis
162: Wandkonstruktion
163: Prallöffnung
164: Einsatzaussparung
165: Bereits vorhandene Wand
166: Strömungsteiler

Claims

Plattformkühlanordnung in einer Turbinenlaufschaufel, die an einer Übergangsstelle zwischen einem Schaufelblatt und einer Wurzel eine Plattform hat, wobei die Laufschaufel einen in ihr gebildeten inneren Kühlkanal beinhaltet, der von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an der Wurzel bis wenigstens auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform verläuft, wobei der innere Kühlkanal im Betrieb eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion aufweist und wobei entlang einer Seite, die mit einer Druckseite des Schaufelblatts zusammenfällt, eine Druckseite der Plattform eine Oberseite aufweist, die sich in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer druckseitigen Schlitzseitenwand erstreckt, und entlang einer Seite, die mit einer Saugseite des Schaufelblatts zusammenfällt, eine Oberseite aufweist, die sich in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer saugseitigen Schlitzseitenwand erstreckt; wobei die Plattformkühlanordnung Folgendes aufweist: einen Plattformhohlraum, der in der Druckseite und/oder der Saugseite der Plattform gebildet ist, wobei der Plattformhohlraum einen nach innen gerichteten Boden und eine nach außen gerichtete Decke beinhaltet, einen Hochdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, einen Niederdruckverbinder, der den Plattformhohlraum mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, und eine in dem Plattformhohlraum gebildete Pingruppe, wobei die Pingruppe mehrere Pins beinhaltet, die in einer ungefähren radialen Richtung zwischen dem Boden und der Decke des Plattformhohlraums verlaufen.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei: der Plattformhohlraum in der Druckseite der Plattform liegt, der Plattformhohlraum eine ebene Konfiguration aufweist, die einen ungefähr einheitlichen Zwischenraum zwischen dem Boden und der Decke hat, die Plattformoberseite eben ist und die Decke des Plattformhohlraums sich nahe an der Oberseite der Plattform befindet und parallel zu ihr ist.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei: der Hochdruckverbinder sich an einem linearen Pfad durch die Plattform entlang von einer Position an der saugseitigen Schlitzseitenwand zu einem Verbindungspunkt mit dem Plattformhohlraum erstreckt und dazwischen die Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals halbiert und der Niederdruckverbinder sich an einem linearen Pfad entlang von einer Position an der saugseitigen Schlitzseitenwand zu einem Verbindungspunkt mit dem Plattformhohlraum erstreckt und dazwischen die Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals halbiert.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 3, wobei der Hochdruckverbinder einen nicht angeformten Stopfen aufweist, der an der saugseitigen Schlitzseitenwand positioniert ist, und der Niederdruckverbinder einen nicht angeformten Stopfen aufweist, der an der saugseitigen Schlitzseitenwand positioniert ist, wobei die nicht angeformten Stopfen für den Hochdruckverbinder und den Niederdruckverbinder so konfiguriert sind, dass sie jeweils den Austritt von Kühlmittel aus der Turbinenschaufel durch die saugseitige Schlitzseitenwand auf eine erwünschte Weise einschränken.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei: die Plattform eine ebene Unterseite aufweist, die etwa parallel zu der ebenen Oberseite ist, und der innere Kühlkanal eine geschlängelte Konfiguration aufweist, wobei die Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals eine zuströmseitige Region des geschlängelten Pfads aufweist und die Niederdruckkühlmittelregion eine abströmseitige Region des geschlängelten Pfads aufweist.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei die Stelle, an welcher der Hochdruckverbinder mit dem Plattformhohlraum verbunden ist, der Stelle, an welcher der Niederdruckverbinder mit dem Plattformhohlraum verbunden ist, über wenigstens einen bedeutenden Teil des Plattformhohlraums hinweg gegenüber liegt.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei der Plattformhohlraum eine Außenwand und eine Innenwand aufweist, wobei die Außenwand eine lineare Gestalt aufweist und etwa parallel und in beabstandeter Beziehung zu der druckseitigen Schlitzseitenwand liegt und die Innenwand eine gekrümmte Gestalt aufweist, die einen Bogen bildet, der sich von einem vorderen Ende der Außenwand bis zu einem hinteren Ende der Außenwand erstreckt.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 7, wobei: das Profil des Bogens der Innenwand in Gestalt und ungefährer Position dem Profil der Druckseite des Schaufelblatts entspricht, wo die Druckseite des Schaufelblatts die Plattform schneidet, und das vordere Ende der Außenwand eine axiale Position nahe der Vorderkante des Schaufelblatts aufweist und das hintere Ende der Außenwand eine axiale Position nahe der Hinterkante des Schaufelblatts aufweist.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 7, wobei: mehrere Schlitzseitenwandauslässe Auslässe aus dem Plattformhohlraum durch die druckseite Schlitzseitenwand und/oder die saugseitige Schlitzseitenwand bilden, mehrere Oberseitenauslässe Auslässe aus dem Plattformhohlraum durch die Oberseite der Plattform bilden, die Schlitzseitenwandauslässe so konfiguriert sind, dass sie einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt haben, wobei der vorbestimmte Strömungsquerschnitt einer erwünschten Kühlmittelprallcharakteristik und/oder einer erwünschten Kühlmitteldosierungscharakteristik entspricht, und die Oberseitenauslässe so konfiguriert sind, dass sie einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt haben, wobei der vorbestimmte Strömungsquerschnitt einer erwünschten Kühlmitteldosierungscharakteristik entspricht.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 1, wobei die Pins nicht angeformte Pins umfassen, die jeweils durch eine durch die Unterseite der Plattform gebildete Pinöffnung eingesetzt sind.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 10, wobei: der nicht angeformte Pin eine Pinkonstruktion mit einer vorbestimmten Länge und eine Pinbasis mit einer vorbestimmten Breite aufweist, die vorbestimmte Breite breiter als die Pinöffnung ist, so dass die Pinbasis einen Anschlag bildet, wenn der nicht angeformte Pin in die Pinöffnung gesteckt wird, und die vorbestimmte Länge des Pins eine Länge umfasst, bei der sich eine Spitze des Pins in enger Nähe zur Decke des Plattformhohlraums befindet, sobald die Pinbasis die Unterseite der Plattform berührt.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei; der Hochdruckverbinder sich an einem linearen Pfad durch die Plattform entlang von einer Position an der druckseitigen Schlitzseitenwand zu einem Verbindungspunkt mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals erstreckt und dazwischen den Plattformhohlraum halbiert und der Niederdruckverbinder sich an einem linearen Pfad entlang von einer Position an der druckseitigen Schlitzseitenwand zu einem Verbindungspunkt mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals erstreckt und dazwischen den Plattformhohlraum halbiert.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 12, wobei: der Hochdruckverbinder einen Verbinderauslass an der druckseitigen Schlitzseitenwand aufweist, wobei der Verbinderauslass einen verringerten Strömungsquerschnitt aufweist, der Niederdruckverbinder einen Verbinderauslass an der druckseitigen Schlitzseitenwand aufweist, wobei der Verbinderauslass einen verringerten Strömungsquerschnitt aufweist, der verringerte Strömungsquerschnitt einen Strömungsquerschnitt umfasst, der kleiner als der Strömungsquerschnitt durch den Hochdruckverbinder oder den Niederdruckverbinder ist, dem der Verbinderauslass dient, und die Verbinderauslässe mit verringertem Strömungsquerschnitt jeweils einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt aufweisen, wobei der vorbestimmte Strömungsquerschnitt einer erwünschten Kühlmittelprallcharakteristik und/oder einer erwünschten Dosierungscharakteristik entspricht.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei die Druckseite der Plattform wenigstens zwei im Wesentlichen separate Plattformhohlräume aufweist, wobei jeder Plattformhohlraum jeweils einen Hochdruckverbinder und einen Niederdruckverbinder und eine Pingruppe hat.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 14, wobei die Plattformhohlräume wenigstens einen Hohlraumverbinder aufweisen, der einen schmalen Verbinder zwischen den Hohlräumen bildet.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei der Plattformhohlraum eine Prallwand, versetzt von und etwa parallel zu der Außenwand, aufweist, wobei die Prallwand eine Wand umfasst, die den Plattformhohlraum im Wesentlichen in einen zuströmseitigen Hohlraum, der die Stelle aufweist, an welcher der Hochdruckverbinder mit dem Plattformhohlraum verbunden ist, und einen abströmseitigen Hohlraum, der die Stelle aufweist, an welcher der Niederdruckverbinder mit dem Plattformhohlraum verbunden ist, teilt, und wobei die Prallwand mehrere Prallöffnungen beinhaltet, die so konfiguriert sind, dass sie einen Kühlmittelstrom, der vom zuströmseitigen Hohlraum zum abströmseitigen Hohlraum strömt, aufprallen lassen und den Prallkühlmittelstrom gegen die Außenwand richten.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 16, wobei die Prallwand wenigstens einen nicht angeformten Prallwandeinsatz aufweist, wobei der nicht angeformte Prallwandeinsatz einen Wandeinsatz mit mehreren durch ihn hindurch gebildeten Prallöffnungen umfasst, der eine vorbestimmte Entfernung weit in eine Aussparung eingesetzt wird, die durch die Unterseite der Plattform gebildet ist.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 17, wobei: der nicht angeformte Prallwandeinsatz eine Wandkonstruktion mit einer vorbestimmten Länge und eine Wandbasis mit einer vorbestimmten Breite aufweist, die vorbestimmte Breite breiter als die Einsetzaussparung der Unterseite ist, so dass die Wandbasis einen Anschlag bildet, und die vorbestimmte Länge eine Länge umfasst, bei der sich ein Rand der Wandkonstruktion in enger Nähe zur Decke des Plattformhohlraums befindet, sobald der nicht angeformte Prallwandeinsatz eingesetzt ist, so dass die Basis das Einsetzen anhält, indem sie die Plattformunterseite berührt.
Plattformkühlanordnung nach Anspruch 2, wobei der Plattformhohlraum einen Strömungsteiler aufweist, wobei der Strömungsteiler vor dem Hochddruckverbinder positioniert ist und zum Teilen des Kühlmittelstroms beim Eintreten des Kühlmittels in den Plattformhohlraum konfiguriert ist.
Verfahren zum Herstellen einer Plattformkühlanordnung in einer Turbinenlaufschaufel, die an einer Übergangsstelle zwischen einem Schaufelblatt und einer Wurzel eine Plattform hat, wobei die Laufschaufel einen in ihr gebildeten inneren Kühlkanal beinhaltet, der von einer Verbindung mit einer Kühlmittelquelle an der Wurzel bis wenigstens auf die ungefähre radiale Höhe der Plattform verläuft, wobei der innere Kühlkanal im Betrieb wenigstens eine Hochdruckkühlmittelregion und eine Niederdruckkühlmittelregion aufweist und wobei entlang einer Seite, die mit einer Druckseite des Schaufelblatts zusammenfällt, eine Druckseite der Plattform eine Oberseite aufweist, die sich in Umfangsrichtung von dem Schaufelblatt zu einer druckseitigen Schlitzseitenwand erstreckt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: Bilden eines Plattformhohlraums in der Druckseite der Plattform, wobei der Plattformhohlraum einen nach innen gerichteten, im Wesentlichen ebenen Boden hat, der einer nach außen gerichteten, im Wesentlichen ebenen Decke gegenüberliegt, Bilden, von einer Position an der druckseitigen Schlitzseitenwand oder der saugseitigen Schlitzseitenwand aus, eines Hochdruckverbinders, der den Plattformhohlraum mit der Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, durch maschinelles Bearbeiten, Bilden, von einer Position an der druckseitigen Schlitzseitenwand oder der saugseitigen Schlitzseitenwand aus, eines Niederdruckverbinders, der den Plattformhohlraum mit der Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals verbindet, durch maschinelles Bearbeiten, und und Bilden einer Pingruppe in dem Plattformhohlraum, wobei die Pingruppe mehrere voneinander beabstandete Pins beinhaltet, die radial zwischen dem Boden und der Decke des Plattformhohlraums verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei: die Plattformoberseite und die Plattformunterseite jeweils eben und etwa parallel sind, der Plattformhohlraum eine ebene Konfiguration mit einem etwa konstanten radialen Zwischenraum zwischen dem Boden und der Decke aufweist, die Decke des Hohlraums sich nahe an der Oberseite der Plattform befindet und etwa parallel zu ihr ist, die Stelle, an welcher der Hochdruckverbinder mit dem Plattformhohlraum verbunden ist, über wenigstens einen bedeutenden Teil des Plattformhohlraums hinweg der Stelle, an welcher der Niederdruckverbinder mit dem Plattformhohlraum verbunden ist, gegenüber liegt, und der innere Kühlkanal einen geschlängelten Pfad umfasst, wobei die Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals eine zuströmseitige Region des geschlängelten Pfads aufweist und die Niederdruckkühlmittelregion eine abströmseitige Region des geschlängelten Pfads aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei: der Hochdruckverbinder sich an einem linearen Pfad durch die Plattform entlang von einer Position an der saugseitigen Schlitzseitenwand zu einem Verbindungspunkt mit dem Plattformhohlraum erstreckt und dazwischen die Hochdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals halbiert und der Niederdruckverbinder sich an einem linearen Pfad entlang von einer Position an der saugseitigen Schlitzseitenwand zu einem Verbindungspunkt mit dem Plattformhohlraum erstreckt und dazwischen die Niederdruckkühlmittelregion des inneren Kühlkanals halbiert.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner die folgenden Schritte aufweist: Anfertigen von Stopfen mit einer vorbestimmten Konfiguration und Verstopfen von jedem der Verbinderauslässe, die durch das Bilden des Niederdruckverbinders und des Hochdruckverbinders durch maschinelles Bearbeiten hergestellt wurden, mit den angefertigten Stopfen, wobei die vorbestimmte Konfiguration der Stopfen den Strömungsquerschnitt von jedem der Verbinderauslässe verringert, so dass eine erwünschte Kühlmittelprallcharakteristik und/oder eine erwünschte Dosierungscharakteristik erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei der Plattformhohlraum so gebildet ist, dass er eine Außenwand und eine Innenwand aufweist, wobei die Außenwand etwa parallel und in beabstandeter Beziehung zu der druckseitigen Schlitzseitenwand liegt und die Innenwand einen Bogen bildet, der sich von einem vorderen Ende der Außenwand bis zu einem hinteren Ende der Außenwand erstreckt, das Profil des Bogens der Innenwand in Gestalt und ungefährer Position dem Profil der Druckseite des Schaufelblatts entspricht, wo die Druckseite des Schaufelblatts die Plattform schneidet, und das vordere Ende der Außenwand eine axiale Position nahe der Vorderkante des Schaufelblatts aufweist und das hintere Ende der Außenwand eine axiale Position nahe der Hinterkante des Schaufelblatts aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, das ferner den Schritt des Bildens mehrerer Kühlöffnungen durch maschinelles Bearbeiten aufweist, wobei jede Kühlöffnung einen schmalen Auslass umfasst, der vom Plattformhohlraum zur Plattformoberseite, zur druckseitigen Schlitzseitenwand oder zur saugseitigen Schlitzseitenwand verläuft, wobei die Kühlöffnungen so konfiguriert werden, dass sie einen vorbestimmten Strömungsquerschnitt haben, wobei der vorbestimmte Strömungsquerschnitt einer erwünschten Kühlmittelprallcharakteristik und/oder einer erwünschten Kühlmitteldosierungscharakteristik entspricht.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Bildens einer Pingruppe in dem Plattformhohlraum die folgenden Schritte umfasst: Bilden mehrerer Pinöffnungen an vorbestimmten Stellen an der Unterseite der Plattform durch maschinelles Bearbeiten, Anfertigen mehrerer Pins, so dass die Pins auf eine gewünschte Weise durch die Pinöffnungen in den Plattformhohlraum eingesetzt werden, und festes Einbauen der Pins durch die Pinöffnungen im Plattformhohlraum, wobei die eingebauten Pins eine vorbestimmte Länge umfassen, so dass sich beim Einbau ein Ende jedes Pins in enger Nähe zur Decke des Plattformhohlraums befindet.