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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent betreffen allgemein Gasturbinen, und sie betreffen insbesondere eine Turbinenleitschaufel mit einer Rippenkappe, um den Einbau und die Verwendung eines geeignet bemessenen und gestalteten Hohlraumeinsatzes in jedem Leitschaufelhohlraum sicherzustellen.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Allgemein beschrieben, enthält eine Hochleistungsgasturbine abwechselnde Reihen von stationären Leitschaufeln und umlaufenden Laufschaufeln, die entlang des Heißgaspfades positioniert sind. Insbesondere enthält jede Turbinenstufe eine Anordnung von in Umfangsrichtung beabstandeten, sich radial erstreckenden Leitschaufeln. Die Leitschaufeln enthalten Leitschaufelblätter, die sich zwischen einem Innen- und einem Außenband erstrecken. Die Leitschaufelblätter können teilweise hohl sein und können einen Teil eines Kühlkreislaufes in diesen bilden. Bei dem gegebenen dreidimensionalen aerodynamischen Profil der Leitschaufelblätter und den wechselnden Wärmebelastungen in diesen können jedoch die gesamten Leitschaufelkühlschemas einigermaßen komplex sein.
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Die Leitschaufelkühlschemas können innere Leitschaufelhohlraumeinsätze mit variierenden Konfigurationen zur Verwendung an unterschiedlichen Stellen verwenden. Die verschiedenen Leitschaufeleinsätze können funktionell unterschiedlich sein, können jedoch physisch ähnlich sein. Es muss aufgepasst werden, um die Verwendung des richtigen Hohlraumeinsatzes sicherzustellen, weil der Einbau eines falschen Einsatzes eine beträchtliche negative Auswirkung auf die gesamte Leitschaufelkühlung und -leistung haben könnte.
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Es besteht somit ein Bedarf nach einer verbesserten Turbinenleitschaufelkonstruktion. Eine derartige verbesserte Leitschaufelkonstruktion kann den Einbau von physisch ähnlichen, jedoch funktional unterschiedlichen Leitschaufelhohlraumeinsätzen in jedem Leitschaufelhohlraum verhindern, um eine verbesserte Gesamtkühlung und -leistung zu erzielen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen somit eine Leitschaufelanordnung zur Verwendung in einer Turbine bereit. Die Leitschaufelanordnung kann einen ersten Leitschaufelhohlraum, einen zweiten Leitschaufelhohlraum, eine Rippe, die zwischen dem ersten Leitschaufelhohlraum und dem zweiten Leitschaufelhohlraum positioniert ist, einen ersten Hohlraumeinsatz mit einer ersten Hohlraumeinsatzkonfiguration, einen zweiten Hohlraumeinsatz mit einer zweiten Hohlraumeinsatzkonfiguration und eine an der Rippe positionierte Rippenkappe enthalten. Die Rippenkappe kann eine derartige Rippenkappenkonfiguration aufweisen, das nur der erste Hohlraumeinsatz mit der ersten Hohlraumeinsatzkonfiguration in den ersten Leitschaufelhohlraum passt und nur der zweite Hohlraumeinsatz mit der zweiten Hohlraumeinsatzkonfiguration in den zweiten Leitschaufelhohlraum passt.
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Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Leitschaufelanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung weisen eine oder mehrere der folgenden auf:
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Der erste Leitschaufelhohlraum kann einen hinteren Leitschaufelhohlraum aufweisen.
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Der zweite Leitschaufelhohlraum kann einen vorderen Leitschaufelhohlraum aufweisen.
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Der erste Hohlraumeinsatz kann einen modifizierten hinteren Hohlraumeinsatz aufweisen.
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Der zweite Hohlraumeinsatz kann einen modifizierten vorderen Hohlraumeinsatz aufweisen.
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Eine beliebige vorstehend erwähnte Leitschaufelanordnung kann mehrere Leitschaufeln aufweisen.
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Die mehreren Leitschaufeln können mehrere erste Leitschaufelhohlräume und mehrere zweite Leitschaufelhohlräume aufweisen.
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Die mehreren ersten Leitschaufelhohlräume und die mehreren zweiten Leitschaufelhohlräume können eine gemeinsame Konfiguration aufweisen.
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In einer beliebigen Leitschaufelanordnung, die mehrere Leitschaufeln aufweist, wie vorstehend erwähnt, können die mehreren Leitschaufeln mehrere erste Hohlraumeinsätze und mehrere zweite Hohlraumeinsätze aufweisen.
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In der zuvor erwähnten Leitschaufelanordnung können die mehreren ersten Hohlraumeinsätze mehrere unterschiedliche erste Hohlraumeinsatzkonfigurationen aufweisen, und die mehreren zweiten Hohlraumeinsätze können mehrere unterschiedliche zweite Hohlraumeinsatzkonfigurationen aufweisen.
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In einer beliebigen vorstehend erwähnten Leitschaufelanordnung kann die Rippenkappe eine gegossene Rippenkappe aufweisen.
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Die Rippenkappe kann eine gelötete Rippenkappe oder eine geschweißte Rippenkappe aufweisen.
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Eine beliebige vorstehend erwähnte Leitschaufelanordnung kann mehrere Rippenkappenkonfigurationen aufweisen.
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In einer beliebigen vorstehend erwähnten Leitschaufelanordnung können der erste Hohlraumeinsatz und der zweite Hohlraumeinsatz mehrere Löcher aufweisen.
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Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen ferner ein Verfahren zum Zusammenbau einer Leitschaufelanordnung bereit. Das Verfahren kann die Schritte des Bereitstellens einer ersten Leitschaufel mit einem ersten Hohlraum, der eine erste Hohlraumkonfiguration aufweist, Bereitstellens einer zweiten Leitschaufeln mit einem zweiten Hohlraum, der die erste Hohlraumkonfiguration aufweist, Positionierens einer ersten Rippenkappe an dem ersten Hohlraum, so dass nur ein erster Hohlraumeinsatz mit einer ersten Hohlraumeinsatzkonfiguration darin passt, und Positionierens einer zweiten Rippenkappe an dem zweiten Hohlraum aufweisen, so dass nur ein zweiter Hohlraumeinsatz mit einer zweiten Hohlraumeinsatzkonfiguration darin passt.
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Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent können ferner eine Leitschaufelanordnung zur Verwendung in einer Turbine bereitstellen. Die Leitschaufelanordnung kann eine Anzahl von Leitschaufeln mit einem ersten Leitschaufelhohlraum, einem zweiten Leitschaufelhohlraum und einer dazwischen positionierten Rippe, eine Anzahl von ersten Hohlraumeinsätzen mit einer Anzahl von ersten Einsatzkonfigurationen, eine Anzahl von zweiten Hohlraumeinsätzen mit einer Anzahl von zweiten Einsatzkonfigurationen und eine Anzahl von Rippenkappen mit einer Anzahl von Rippenkappenkonfigurationen enthalten.
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Die Anzahl von Leitschaufeln kann mehrere erste Leitschaufelhohlräume mit einer ersten gemeinsamen Konfiguration und mehrere zweite Leitschaufelhohlräume mit einer zweiten gemeinsamen Konfiguration aufweisen.
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Die Anzahl von ersten Einsatzkonfigurationen kann mehrere erste unterschiedliche Konfigurationen aufweisen, und die Anzahl von zweiten Einsatzkonfigurationen kann mehrere zweite unterschiedliche Konfigurationen aufweisen.
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In einer Ausführungsform kann lediglich eine erste Rippenkappenkonfiguration zusammen mit den mehreren ersten Hohlraumeinsätzen verwendet werden.
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Die Anzahl von Rippenkappen kann eine gegossene Rippenkappe, eine gelötete Rippenkappe oder eine geschweißte Rippenkappe aufweisen.
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Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen gemäß der vorliegenden Anmeldung und dem resultierenden Patent werden für Fachleute auf dem Gebiet bei einer Durchsicht der folgenden detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen offenkundig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbine unter Veranschaulichung eines Verdichters, einer Brennkammer und einer Turbine.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Turbine.
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3 zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Leitschaufel mit einer Anzahl innerer Hohlräume und einer Rippe.
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4 zeigt eine ausschnittsweise Perspektivansicht einer Leitschaufel mit einer Anzahl darin positionierter Hohlraumeinsätze.
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5 zeigt eine ausschnittsweise Perspektivansicht einer Leitschaufelanordnung, wie sie hierin beschrieben sein kann, mit einer Leitschaufel, die eine Rippenkappe und eine Anzahl darin positionierter modifizierter Leitschaufeleinsätze aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Elemente bezeichnen, zeigt 1 eine schematische Ansicht einer Gasturbine 10, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 verdichtet eine ankommende Luftströmung 20. Der Verdichter 15 liefert die verdichtete Luftströmung 20 zu einer Brennkammer 25. Die Brennkammer 25 vermischt die verdichtete Luftströmung 20 mit einem unter Druck stehenden Brennstoffstrom 30 und zündet das Gemisch, um eine Verbrennungsgasströmung 35 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzige Brennkammer 25 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammern 25 enthalten. Die Verbrennungsgasströmung 35 wird wiederum zu einer Turbine 40 geliefert. Die Verbrennungsgasströmung 35 treibt die Turbine 40 an, um so mechanische Arbeit zu verrichten. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine 40 verrichtet wird, treibt den Verdichter 15 über eine Welle 45 und eine externe Last 50, wie beispielsweise einen elektrischen Generator und dergleichen, an.
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Die Gasturbine 10 kann Erdgas, verschiedene Arten von Flüssigbrennstoffen, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine beliebige einzelne von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, wie sie durch die General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, diejenigen wie eine Hochleistungsgasturbine einer 7er oder einer 9er Reihe und dergleichen gehören. Die Gasturbine 10 kann unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Es können auch andere Arten von Gasturbinen hierin verwendet werden. Es können auch mehrere Gasturbinen, andere Turbinenbauarten und andere Arten einer Energieerzeugungsausrüstung hierin gemeinsam verwendet werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Abschnitts der Turbine 40. Lediglich als ein Beispiel zeigt die Figur eine erste Stufe 55, eine zweite Stufe 60 und eine dritte Stufe 65 der Turbine 40. Es kann eine beliebige Anzahl von Stufen hierin verwendet werden. Wie vorstehend beschrieben, kann jede Stufe eine Anzahl in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Leitschaufeln 70 und Laufschaufeln 75 enthalten. Die Laufschaufeln 75 sind an einem Turbinenrotor 80 für eine gemeinsame Drehung mit diesem montiert. Die Leitschaufeln 70 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und um eine Achse des Rotors 80 herum ortsfest fixiert. Jede Leitschaufel 70 kann ein Leitschaufelblatt 82 enthalten. Die Schaufelblätter 82 erstrecken sich von einem Innenband 84 zu einem Außenband 86. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
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3 zeigt ein Beispiel einer der Leitschaufeln 70. Die Leitschaufel 70 kann eine Anzahl von Hohlräumen enthalten, die sich durch das Schaufelblatt 82 hindurch erstrecken. In diesem Beispiel sind ein hinterer Hohlraum 88 und ein vorderer Hohlraum 90 veranschaulicht. Die Hohlräume 88, 90 können durch eine Rippe 92 voneinander getrennt sein. Es kann eine beliebige Anzahl von Hohlräumen 88, 90 und der Rippen 92 in einer beliebigen Größe, Gestalt oder Konfiguration verwendet werden. Die Turbine 40 kann Leitschaufeln 70 mit unterschiedlichen Hohlraumkonfigurationen aufweisen. Wie in 4 veranschaulicht, kann jeder der Hohlräume mit einem Einsatz gefüllt sein. In diesem Beispiel sind ein hinterer Einsatz 94 und ein vorderer Einsatz 96 veranschaulicht. Die Einsätze können unterschiedliche Konfigurationen aufweisen, die von der beabsichtigten eingesetzten Leitschaufel und der beabsichtigten Position in dieser abhängen. Wie vorstehend beschrieben, können die Einsätze physisch ähnlich, jedoch funktional unterschiedlich sein.
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5 zeigt einen Abschnitt einer Leitschaufelanordnung 100, wie sie hierin beschrieben sein kann. Die Leitschaufelanordnung 100 kann eine Anzahl von Leitschaufeln 105 mit einer Anzahl von Leitschaufelhohlräumen 110 in diesen aufweisen. In diesem Beispiel sind ein hinterer Hohlraum 120 und ein vorderer Hohlraum 130 veranschaulicht. Es kann eine beliebige Anzahl der Hohlräume 110 in einer beliebigen Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden, obwohl die hinteren Hohlräume 120 und die vorderen Hohlräume 130 in den Leitschaufeln 105 hierin im Wesentlichen einheitlich sein können. Die Hohlräume 120, 130 können durch eine Rippe 140 getrennt sein. Es kann eine beliebige Anzahl von Rippen 140 in einer beliebigen Größe, Gestalt oder Konfiguration hierin verwendet werden. Ein modifizierter Einsatz 150 kann in jedem der Hohlräume 110 installiert sein. In diesem Beispiel können ein modifizierter hinterer Einsatz 160 und ein modifizierter vorderer Einsatz 170 verwendet werden. Die modifizierten Einsätze 150 können eine beliebige Größe, Gestalt oder Konfiguration je nach der bestimmungsgemäß zu verwendenden Leitschaufel 100 und der Position in dieser aufweisen. Die modifizierten Einsätze 150 können eine Anzahl von Lochungen 175 in sich aufweisen.
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Eine Rippenkappe 180 kann auf der Rippe 140 und zwischen den modifizierten Einsätzen 150 positioniert sein. Die Rippenkappe 180 kann eine beliebige Größe, Gestalt oder Konfiguration je nach der bestimmungsgemäß zu verwendenden Leitschaufel 100 und der Position in dieser haben. Folglich kann eine Anzahl unterschiedlich bemessener und gestalteter Rippenkappen 180 hierin verwendet werden. Die Rippenkappe 180 kann an der Rippe 140 durch Anschweißen, Anlöten und dergleichen befestigt sein. Die Rippenkappe 180 kann auch eine gegossene Einrichtung sein. Die Rippenkappe 180 kann als Erstausrüstung oder als ein Teil einer Reparatur oder Umrüstung installiert werden. Es können andere Komponenten und andere Konfigurationen hierin verwendet werden.
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Der Einsatz der Rippenkappe 180 modifiziert somit die Größe und Gestalt der Hohlräume 110. Der Einsatz der Rippenkappe 180 stellt sicher, dass nur die korrekten modifizierten Einsätze 150 in irgendeinem gegebenen Hohlraum 110 positioniert werden können. Die Rippenkappe 180 macht somit jede Leitschaufel 105 weitgehend nach „Murphy’s Gesetz“ sicher, insofern als lediglich der korrekte modifizierte Einsatz 150 in diese hineinpassen wird. Außerdem können die gesamte Größe und Gestalt der Hohlräume 110 über die Leitschaufeln 110 hinweg gemeinsam bleiben, während unterschiedliche Arten modifizierter Einsätze 150 verwendet werden, um so funktionell unterschiedliche gesamte Leitschaufelanordnungen 100 zu erreichen. Es kann somit ein gemeinsames Leitschaufelgussstück hierin verwendet werden, um die gesamten Herstellungskosten zu reduzieren. Die Verwendung der Rippenkappe 100 verhindert den Einbau funktionell unterschiedlicher, jedoch physisch ähnlicher Einsätze bei gleichzeitiger Verbesserung der gesamten Fertigungssicherheit/Produktzuverlässigkeit.
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Es sollte offensichtlich sein, dass das Vorstehende lediglich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patentes anbetrifft. Es können hierin zahlreiche Veränderungen und Modifikationen durch einen Fachmann auf dem Gebiet vorgenommen werden, ohne dass von dem allgemeinen Rahmen und Umfang der Erfindung abgewichen wird, wie durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert.
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Die vorliegende Anmeldung ergibt eine Leitschaufelanordnung zur Verwendung in einer Turbine. Die Leitschaufelanordnung kann einen ersten Leitschaufelhohlraum, einen zweiten Leitschaufelhohlraum, eine Rippe, die zwischen dem ersten Leitschaufelhohlraum und dem zweiten Leitschaufelhohlraum positioniert ist, einen ersten Hohlraumeinsatz mit einer ersten Hohlraumeinsatzkonfiguration, einen zweiten Hohlraumeinsatz mit einer zweiten Hohlraumeinsatzkonfiguration und eine auf der Rippe positionierte Rippenkappe enthalten. Die Rippenkappe kann eine derartige Rippenkappenkonfiguration aufweisen, das nur der erste Hohlraumeinsatz mit der ersten Hohlraumeinsatzkonfiguration in den ersten Leitschaufelhohlraum hinein passt und lediglich der zweite Hohlraumeinsatz mit der zweiten Hohlraumeinsatzkonfiguration in den zweiten Leitschaufelhohlraum hinein passt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasturbine
- 15
- Verdichter
- 20
- Luft
- 25
- Brennkammer
- 30
- Brennstoff
- 35
- Verbrennungsgase
- 40
- Turbine
- 45
- Welle
- 50
- Last
- 55
- erste Stufe
- 60
- zweite Stufe
- 65
- dritte Stufe
- 70
- Leitschaufeln
- 75
- Laufschaufeln
- 80
- Rotor
- 82
- Schaufelblatt
- 84
- Innenband
- 86
- Außenband
- 88
- hinterer Hohlraum
- 90
- vorderer Hohlraum
- 92
- Rippe
- 94
- hinterer Einsatz
- 96
- vorderer Einsatz
- 100
- Leitschaufelanordnung
- 105
- Leitschaufeln
- 110
- Hohlräume
- 120
- hinterer Hohlraum
- 130
- vorderer Hohlraum
- 140
- Rippe
- 150
- modifizierter Einsatz
- 160
- hinterer modifizierter Einsatz
- 170
- vorderer modifizierter Einsatz
- 175
- Lochungen
- 180
- Rippenkappe
