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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die Offenbarung betrifft ganz allgemein stationäre Schaufeln und insbesondere eine Kühlstruktur für eine stationäre Schaufel.
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Stationäre Schaufeln werden in Turbinenanwendungen verwendet, um Heißgasströme zu sich bewegenden Schaufeln zu leiten, um Energie zu erzeugen. In Dampf- und Gasturbinenanwendungen werden die stationären Schaufeln als Leitschaufeln bezeichnet und sind an einer Außenkonstruktion wie einem Gehäuse und/oder einer inneren Dichtungsstruktur über Endwände befestigt. Jede Endwand ist mit einem Ende des Flügelprofilteils der stationären Schaufel verbunden. Jede Endwand weist einen Kern auf, der von einem Ende des Profils aus nach außen verläuft.
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Für den Betrieb unter extremen Temperaturverhältnissen müssen das Profil und die Endwände gekühlt werden. Unter einigen Verhältnissen wird beispielsweise ein Kühlfluid aus dem Radzwischenraum gesaugt und zum Kühlen auf innere Endwände geleitet. Im Gegensatz dazu können in vielen Gasturbinenanwendungen Leitschaufeln von hinteren Stufen mit Kühlfluid, z.B. aus einem Verdichter derselben entnommener Luft, versorgt werden. Endwände am Außenumfang erhalten das Kühlfluid direkt, während Endwände am Innenumfang das Kühlfluid erhalten, nachdem es vom Außenumfang aus durch das Profil geleitet wird. Diese Leitung erfolgt herkömmlicherweise, indem das Kühlfluid durch einen (auch als Leitelement bekannten) Prallkühleinsatz in einer Kernöffnung des Profils und in eine mit Druck beaufschlagte Zwischenwand hinein geführt wird, die von der Endwand getrennt und radial innen dazu platziert ist. Sobald sich das Kühlfluid in der Zwischenwand befindet, wird das Kühlfluid radial nach außen zu einem Kühlkreislauf in der Endwand geleitet. Der Kühlkreislauf der Endwand kann verschiedene Formen annehmen, beispielsweise eine Anordnung aus Stiften und Sockeln und/oder ein gewundener Kanal in der Endwand, der das Kühlfluid zu erforderlichen Abschnitten ihrer Kerne leitet.
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Die Zwischenwandanordnung bringt mehrere Schwierigkeiten mit sich. Eine Schwierigkeit ist, dass aufgrund des physischen Raums, der für die Teile notwendig ist, aus denen die Zwischenwand gebildet ist, die Turbine länger sein muss, oder möglicherweise kein Raum für neuartige Abdichtungen des Radzwischenraums, wie Dichtungen nahe des Strömungswegs, vorhanden ist. Das Bilden der Zwischenwand ist zudem insofern ein komplexer Vorgang, als dass sie in einen sehr kurzen/kleinen Raum hineinpassen muss und eine komplexe maschinelle Bearbeitung (oder andere Fertigungsschritte) dafür notwendig ist, nachdem die stationäre Schaufel gegossen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein erster Aspekt der Offenbarung stellt eine Kühlstruktur für eine stationäre Schaufel bereit, umfassend: eine erste Kammer in einer Endwand der stationären Schaufel, die ein erstes Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem ersten Kühlkreislauf leitet; und eine zweite Kammer in der Endwand der stationären Schaufel, die ein zweites Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem zweiten Kühlkreislauf leitet, der sich von dem ersten Kühlkreislauf unterscheidet, wobei das erste Kühlfluid eine niedrigere Temperatur aufweist als das zweite Kühlfluid.
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In der zuvor erwähnten Kühlstruktur kann die stationäre Schaufel ein (Flügel)Profil mit einem Profilkühlkreislauf darin aufweisen, und das erste Kühlfluid kann aus dem Profilkühlkreislauf an einer ersten Stelle entnommen werden, und das zweite Kühlfluid kann aus dem Profilkühlkreislauf an einer zweiten Stelle entnommen werden, wobei sich die zweite Stelle stromabwärts von der ersten Stelle befindet, so dass das erste Kühlfluid die niedrigere Temperatur als das zweite Kühlfluid aufweist.
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Die Kühlstruktur kann ferner eine dritte Kammer in einer Endwand der stationären Schaufel umfassen, die ein drittes Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem dritten Kühlkreislauf leitet.
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Der Profilkühlkreislauf kann einen gewundenen Kühlkreislauf aufweisen.
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In einer Ausführungsform der Kühlstruktur einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die stationäre Schaufel ein Profil mit einem Profilkühlkreislauf darin aufweisen, und der Profilkühlkreislauf kann einen ersten Prallkühleinsatz in einer ersten Kernöffnung des Profils aufweisen, wobei der erste Prallkühleinsatz mehrere erste Prallkühlbohrungen, die durch eine Seitenwand davon verlaufen, und einen ersten Einsatzkanal an einem Ende davon angrenzend an die Endwand aufweist, wobei ein Teil des ersten Kühlfluids durch die mehreren ersten Prallkühlbohrungen strömen kann, um das Profil zu kühlen und das zweite Kühlfluid zu erzeugen, und ein übriger Teil des ersten Kühlfluids durch den ersten Einsatzkanal strömen kann, ohne durch die mehreren ersten Prallkühlbohrungen zu strömen.
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In der zuvor erwähnten Ausführungsform der Kühlstruktur kann die Endwand ferner eine Endwandkernöffnung aufweisen, und der Einsatzkanal kann das erste Kühlfluid zu der Endwandkernöffnung liefern.
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Die Endwandkernöffnung kann zusätzlich eine Innenfläche aufweisen, die bezogen auf eine Außenfläche der Endwand stufenförmig oder abgewinkelt ist.
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Die Kühlstruktur der zuletzt erwähnten Art kann ferner einen Verschluss der ersten Kammer, der mit zumindest der Endwandkernöffnung verbunden ist, so dass die erste Kammer erzeugt wird, wobei die erste Kammer mit dem Einsatzkanal in dem ersten Prallkühleinsatz in Fluidverbindung steht, und einen Verschluss der zweiten Kammer umfassen, der mit zumindest der Endwandkernöffnung verbunden ist, so dass die zweite Kammer erzeugt wird, wobei die zweite Kammer mit einem Profilkanal in dem Profil in Fluidverbindung steht, der das zweite Kühlfluid zuführt.
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Der Einsatzkanal kann zusätzlich über einen Abschnitt von einem Ende des ersten Prallkühleinsatzes aus verlaufen, und der Verschluss der zweiten Kammer kann ein erstes Element aufweisen, das mit dem Abschnitt des Einsatzkanals und einer Innenfläche der Öffnung verbunden ist, so dass die zweite Kammer erzeugt wird, und der Verschluss der ersten Kammer kann ein zweites Element aufweisen, das die Endwandkernöffnung verschließt, so dass die erste Kammer mit dem ersten Element erzeugt wird.
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Ferner können der Verschluss der ersten Kammer und der Verschluss der zweiten Kammer zusätzlich oder alternativ gemeinsam ein erstes Element, das einen Raum der Endwandkernöffnung in einen ersten Bereich, der das erste Kühlfluid von dem Einsatzkanal in dem ersten Prallkühleinsatz aufnimmt, und einen zweiten Bereich unterteilt, der das zweite Kühlfluid von dem Profilkanal in dem Profil aufnimmt, ein zweites Element, das den zweiten Kühlfluidstrom daran hindert, von dem Profilkanal in dem Profil aus in den ersten Bereich zu gelangen, und ein drittes Element aufweisen, das mit dem ersten Element verbunden ist und die Endwandkernöffnung verschließt, um so die erste Kammer in dem ersten Bereich und die zweite Kammer in dem zweiten Bereich zu bilden.
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Die Kühlstruktur jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine dritte Kammer in einer Endwand der stationären Schaufel, die ein drittes Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem dritten Kühlkreislauf leitet, der sich von dem ersten und zweiten Kühlkreislauf unterscheidet, und eine vierte Kammer in der Endwand der stationären Schaufel umfassen, die ein viertes Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem vierten Kühlkreislauf leitet, der sich von dem ersten, zweiten und dritten Kühlkreislauf unterscheidet.
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Der Profilkühlkreislauf kann zusätzlich ferner einen zweiten Prallkühleinsatz in einer zweiten Kernöffnung des Profils aufweisen, wobei der zweite Prallkühleinsatz mehrere zweite Prallkühlbohrungen, die durch eine Seitenwand davon verlaufen, und einen zweiten Einsatzkanal an einem Ende davon angrenzend an die Endwand aufweist, wobei ein Teil des dritten Kühlfluids durch die mehreren zweiten Prallkühlbohrungen strömen kann, um das Profil zu kühlen und das vierte Kühlfluid zu erzeugen, und ein übriger Teil des dritten Kühlfluids durch den zweiten Einsatzkanal strömen kann, ohne durch die mehreren zweiten Prallkühlbohrungen zu strömen.
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In der Kühlstruktur einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der erste Kühlkreislauf in einem Vorderkantenabschnitt der Endwand platziert sein, und der zweite Kühlkreislauf kann in einem Hinterkantenabschnitt der Endwand platziert sein.
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Zusätzlich oder alternativ kann/können der erste und/oder der zweite Kühlkreislauf einen Zuführungskanal zu einem Radzwischenraum angrenzend an die stationäre Schaufel aufweisen.
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Die Kühlstruktur jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner einen ersten Kühlfluidkanal in der Endwand der stationären Schaufel von der ersten Kammer zu dem ersten Kühlkreislauf und einen zweiten Kühlfluidkanal in der Endwand der stationären Schaufel von der zweiten Kammer zu dem zweiten Kühlkreislauf umfassen.
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Die Endwand kann ferner zusätzlich eine Endwandkernöffnung aufweisen, und der Einsatzkanal kann das erste Kühlfluid zu der Endwandkernöffnung befördern.
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Die stationäre Schaufel der zuletzt erwähnten Art kann ferner einen Verschluss der ersten Kammer, der mit zumindest der Endwandkernöffnung verbunden ist, so dass die erste Kammer entsteht, wobei die erste Kammer mit dem Einsatzkanal in dem Prallkühleinsatz in Fluidverbindung steht, und einen Verschluss der zweiten Kammer umfassen, der mit zumindest der Endwandkernöffnung verbunden ist, so dass die zweite Kammer entsteht, wobei die zweite Kammer mit einem Profilkanal in dem Profil in Fluidverbindung steht, der das zweite Kühlfluid zuführt, wobei der Einsatzkanal über einen Abschnitt von einem Ende des Prallkühleinsatzes aus verlaufen kann und der Verschluss der zweiten Kammer ein erstes Element aufweisen kann, das mit dem Abschnitt des Einsatzkanals und einer Innenfläche der Öffnung verbunden ist, so dass die zweite Kammer entsteht, und wobei der Verschluss der ersten Kammer ein zweites Element aufweisen kann, das die Endwandkernöffnung verschließt, so dass die erste Kammer mit dem ersten Element entsteht.
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In der Kühlstruktur jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art können das erste Kühlfluid und das zweite Kühlfluid aus unterschiedlichen Quellen stammen.
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Ein zweiter Aspekt der Offenbarung stellt eine stationäre Schaufel bereit, umfassend: ein Profil mit einem Prallkühleinsatz in einer Kernöffnung davon, wobei der Prallkühleinsatz mehrere Prallkühlbohrungen durch eine Seitenwand davon und einen Einsatzkanal an einem Ende davon aufweist; sowie eine Kühlstruktur in der Endwand des Profils, wobei die Kühlstruktur aufweist: eine erste Kammer in der Endwand der stationären Schaufel, die ein erstes Kühlfluid von dem Profil zu einem ersten Kühlkreislauf leitet; und eine zweite Kammer in der Endwand der stationären Schaufel, die ein zweites Kühlfluid von dem Profil zu einem zweiten Kühlkreislauf leitet, der sich von dem ersten Kühlkreislauf unterscheidet, wobei das erste Kühlfluid durch das Profil strömt, ohne durch die mehreren Prallkühlbohrungen zu strömen, und das zweite Kühlfluid durch die mehreren Prallkühlbohrungen strömt, um das Profil zu kühlen, so dass das erste Kühlfluid eine niedrigere Temperatur aufweist als das zweite Kühlfluid.
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Ein dritter Aspekt der Offenbarung stellt eine Kühlstruktur für eine stationäre Schaufel bereit, die ein Profil mit einem gewundenen Profilkühlkreislauf darin aufweist, umfassend: eine erste Kammer in einer Endwand der stationären Schaufel, die ein erstes Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem ersten Kühlkreislauf leitet; eine zweite Kammer in der Endwand der stationären Schaufel, die ein zweites Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem zweiten Kühlkreislauf leitet, der sich von dem ersten Kühlkreislauf unterscheidet, wobei das erste Kühlfluid aus dem gewundenen Profilkühlkreislauf an einer ersten Stelle entnommen wird und das zweite Kühlfluid aus dem gewundenen Profilkühlkreislauf an einer zweiten Stelle entnommen wird, wobei sich die zweite Stelle stromabwärts der ersten Stelle befindet, so dass das erste Kühlfluid die niedrigere Temperatur als das zweite Kühlfluid aufweist; einen ersten Kühlfluidkanal in einer Endwand der stationären Schaufel, der von der ersten Kammer zu dem ersten Kühlkreislauf verläuft, und einen zweiten Kühlfluidkanal in der Endwand der stationären Schaufel, der von der zweiten Kammer zu dem zweiten Kühlkreislauf verläuft.
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Die veranschaulichenden Aspekte der vorliegenden Offenbarung sollen die hier beschriebenen Aufgaben und/oder weitere nicht erörterte Aufgaben lösen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale dieser Offenbarung sind anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, einfacher zu verstehen, in denen:
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1 eine vereinfachte Querschnittdarstellung einer Ausführungsform einer stationären Schaufel, einschließlich einer Kühlstruktur, gemäß der Offenbarung zeigt.
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2 eine perspektivische und durchsichtige Darstellung eines Endes der stationären Schaufel von 1 radial nach außen zeigt.
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3 eine Querschnittdarstellung einer Anordnung mit zwei stationären Schaufeln radial nach außen zeigt.
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4 eine vereinfachte Querschnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer Endwandkernöffnung zeigt.
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5 eine vereinfachte Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer stationären Schaufel, einschließlich einer Kühlstruktur, zeigt.
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6 eine vereinfachte Querschnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer stationären Schaufel, einschließlich einer Kühlstruktur, zeigt.
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7 eine vereinfachte Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer stationären Schaufel mit einem gewundenen Profilkühlkreislauf und einer Kühlstruktur zeigt.
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8 eine vereinfachte Querschnittdarstellung einer alternativen Ausführungsform einer stationären Schaufel mit einem gewundenen Profilkühlkreislauf und einer Kühlstruktur zeigt.
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9 und 10 vereinfachte Querschnittdarstellungen von alternativen Ausführungsformen einer Endwandkernöffnung zeigen.
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Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Offenbarung darstellen und sollten deshalb nicht als den Geltungsbereich der Offenbarung einschränkend betrachtet werden. In den Zeichnungen stehen gleiche Ziffern für gleiche Elemente in den Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie zuvor angegeben ist, stellt die Offenbarung eine Kühlstruktur für eine stationäre Schaufel bereit. Die Kühlstruktur kann unterschiedlich geformt sein, wie hier beschrieben wird. In einer Ausführungsform kann die Kühlstruktur eine erste Kammer in einer Endwand der stationären Schaufel, die ein erstes Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem ersten Kühlkreislauf leitet, und eine zweite Kammer in der Endwand der stationären Schaufel aufweisen, die ein zweites Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem zweiten Kühlkreislauf leitet, der sich vom ersten Kühlkreislauf unterscheidet. Das erste Kühlfluid weist eine niedrigere Temperatur auf als das zweite Kühlfluid. Da jede Kammer bezogen auf die Endwand innen liegt und insbesondere innerhalb einer Endwandkernöffnung, die während des Gießens der Schaufel erzeugt wird, ist bei der Offenbarung keine relativ große und undichte druckbeaufschlagte Zwischenwand notwendig. Jede Kammer kann geformt werden, indem der Raum der Endwandkernöffnung, den die Profilgießkerne hinterlassen, nachdem sie entfernt wurden, mit einem Verschluss versehen wird (z.B. über geschweißte Blechelemente). Wenn ein Prallkühleinsatz verwendet wird, kann bei der Kühlstruktur ein Kühlfluid nach dem Prallkühleinsatz des Profils und/oder frisches Kühlfluid vor dem Prallkühleinsatz verwendet werden, das aus dem Profil strömt. Auf diese Weise ermöglicht die Kühlstruktur den Gebrauch von kühlerem Kühlfluid vor dem Aufprall (mit höherer Kühlleistung) nur dann, wenn es notwendig ist, und gegebenenfalls von dem wärmeren Kühlfluid nach dem Aufprall (mit geringerer Kühlleistung), und sorgt bei der jeweiligen Anwendung insgesamt für Einsparungen beim Direktkühlungsstrom. Ähnliche Vorteile können für eine stationäre Schaufel erreicht werden, bei der ein gewundener Profilkühlkreislauf verwendet wird, indem Kühlfluid von verschiedenen Stellen des Profilkühlkreislaufs angesaugt wird.
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Unter Bezug auf 1 bis 3 ist eine Kühlstruktur 100 für eine stationäre Schaufel 102 in einem vereinfachten Querschnitt veranschaulicht. Die stationäre Schaufel 102 weist ein äußeres radiales Ende 104 auf, das an einer stationären Struktur wie einem (nicht dargestellten) Gehäuse einer Turbine befestigt sein kann. Ein inneres radiales Ende 106 der stationären Schaufel 102 kann auf herkömmliche Weise an einem (nicht dargestellten) Rotor abgedichtet sein. Die stationäre Schaufel 102 kann jedes derzeit bekannte oder später entwickelte Material enthalten, das für die Anwendung, bei der es verwendet wird, geeignet ist, z.B. einen Hochtemperaturstahl, und kann mittels Gießen geformt werden. Die stationäre Schaufel 102 weist ein Profil 108 auf, das mit einer Endwand 110 verbunden ist. Das Profil 108 dient dazu, einen Arbeitsfluidstrom in Richtung von mehreren (nicht dargestellten) sich drehenden Schaufeln zu leiten, die an einem (nicht dargestellten) Rotor montiert sind und angrenzend an die stationäre Schaufel 102 liegen. Wie zu Beschreibungszwecken veranschaulicht ist, weist die Endwand 110 einen vergrößerten Bereich an einem inneren radialen Ende der stationären Schaufel 102 auf, der mehrere Kühlkreisläufe 112 in einem Abschnitt des Kerns 113 davon aufweist. Es sei betont, dass eine ähnliche Endwand auch an dem äußeren radialen Ende 104 der stationären Schaufel 102 platziert sein kann; die Lehren der Offenbarung gelten gleichermaßen für eine Endwand, die an dem äußeren radialen Ende 104 platziert ist.
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Unter Bezug auf 2 und 3 sind mehrere beispielhafte Kühlkreisläufe 112 veranschaulicht. 2 zeigt eine einzelne stationäre Schaufel 102 mit verschiedenen Kühlkreisläufen 112 darin und 3 zeigt ein Paar stationärer Schaufeln 102, die eine gemeinsame Endwand 110 und verschiedene Kühlkreisläufe 112 darin aufweisen. Die Kühlkreisläufe 112 können durch jeden beliebigen Abschnitt der Endwand 110 und eventuell in Abschnitte des Profils 108 oder einen Radzwischenraum 120 (1) angrenzend an die stationäre Schaufel 102 hinein verlaufen. Wie im Fachgebiet bekannt ist und am besten in 2 dargestellt ist, kann jeder Kühlkreislauf 112 gewunden durch einen bestimmten Abschnitt der Endwand 110 verlaufen, z.B. ein Vorderkantenabschnitt 110LE, ein Hinterkantenabschnitt 110TE, ein Druckseitenabschnitt 110PS und/oder ein Saugseitenabschnitt 110SS. Alternativ können, wie in 3 dargestellt ist, bei jedem Kühlkreislauf 112 verschiedene Kühlstrukturen 114 aus Stiften und Sockeln verwendet werden, die in einem bestimmten Abschnitt der Endwand 110 platziert sind, z.B. ein Vorderkantenabschnitt 110LE, ein Hinterkantenabschnitt 110TE, ein Druckseitenabschnitt 110PS und/oder ein Saugseitenabschnitt 110SS. Auf Wunsch können gewundene Verläufe und Strukturen aus Stiften und Sockeln auch gemeinsam verwendet werden, wie in 2 dargestellt ist. Zusätzlich zu den Kühlkreisläufen 112 in der Endwand 110 kann das Profil 108 auch einen Profilkühlkreislauf 121 darin aufweisen, der unterschiedlich geformt sein kann, wie hier beschrieben wird.
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In Bezug auf 1 können in einer Ausführungsform bei dem Profilkühlkreislauf 121 eine oder mehrere Prallkühleinsätze 126 (auch als Prallkühl-Leitelement bekannt) verwendet werden. Insbesondere wird in einer Ausführungsform, wenn die stationäre Schaufel 102 gegossen wird, ein (nicht dargestellter) entfernbarer Kern bereitgestellt, der eine Kernöffnung 122 durch das Profil 108 davon und eine Endwandkernöffnung 124 in der Endwand 110 davon erzeugt. In der Ausführungsform von 1 bis 3 ist ein einzelner Prallkühleinsatz 126 in der Kernöffnung 122 platziert. Der Prallkühleinsatz 126 weist mehrere Prallkühlbohrungen 128 auf, die durch eine Seitenwand 130 davon verlaufen. Ein radial äußeres Ende 127 des Prallkühleinsatzes 126 ist offen und nimmt so erstes Kühlfluid 140 auf. Der Prallkühleinsatz 126 kann auch einen Einsatzkanal 132 an einem Ende davon angrenzend an die Endwand 110 aufweisen. Wie dargestellt ist, verläuft der Einsatzkanal 132 in die Endwandkernöffnung 124 hinein, jedoch ist dies möglicherweise nicht in jedem Fall erforderlich. Der Prallkühleinsatz 126 kann eine Querschnittsform aufweisen, die seine Platzierung in der Kernöffnung 122 ermöglicht, so dass ein Profilkanal 145 zwischen einer Außenfläche davon und einer Innenfläche der Kernöffnung 108 entsteht. Der Einsatz 126 kann (im Querschnitt und längs) auch derart geformt sein, dass er im Wesentlichen den Innenraum der Kernöffnung 122 nachformt.
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Während des Betriebs strömt ein erstes Kühlfluid 140 von einer Kühlfluidquelle aus in den Prallkühleinsatz 126. Bei der Quelle kann es sich um jede derzeit bekannte oder später entwickelte Art der Bereitstellung eines Kühlfluids für die stationäre Schaufel 102 handeln, z.B. eine Entnahme aus einem (nicht dargestellten) Verdichter, Entnahme aus einem Gehäuse oder einem anderen Teil der Turbine usw. Das Kühlfluid kann jedes geeignete Material wie Luft, Dampf und weitere Gase enthalten, die in der jeweiligen Turbinenanwendung üblicherweise zum Kühlen verwendet werden. Es ist zwar eine Quelle 140 dargestellt worden, jedoch wird betont, dass das Kühlfluid 140 in mehreren Strömen bereitgestellt werden kann, d.h. mit mehreren Kühlfluiden mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Temperatur, Druck, Volumenstrom usw. Jedes Kühlfluid 140 kann bezogen auf den Prallkühleinsatz 126 über verschiedene Kanäle und Kammern in dem Ende 104 der stationären Schaufel 102 geleitet werden, wie im Fachgebiet bekannt ist, z.B. in einer radial äußeren Endwand der Schaufel. Ein Teil des ersten Kühlfluids 140 strömt in jedem Fall durch die mehreren Prallkühlbohrungen 128 zwecks Kühlung des Profils 108, d.h. durch Aufprallen des Kühlfluids 140 auf eine Innenfläche der Kernöffnung 122 des Profils 108. Dabei wird ein zweites Kühlfluid 144 (gestrichelte Pfeile auf jeder Seite des Einsatzes 126) erzeugt, das eine höhere Temperatur aufweist als das erste Kühlfluid 140, d.h. durch Aufnahme von Wärme von dem Profil 108. Das zweite Kühlfluid 144 strömt durch den Profilkanal 145 zwischen dem Prallkühleinsatz 126 und der Profilkernöffnung 122. Ein übriger Teil 146 des ersten Kühlfluids 140 strömt durch den Einsatzkanal 132 in der Endwandkernöffnung 124, ohne durch die mehreren Prallkühlbohrungen 128 zu strömen und behält so eine niedrigere Temperatur bei als die des zweiten Kühlfluids 144. Der Einsatzkanal 132 führt also das kühlere erste Kühlfluid 140 der Endwandkernöffnung 124 zu. Das erste Kühlfluid 140 (146) kann als Kühlfluid “vor dem Aufprallen” bezeichnet werden und das zweite Kühlfluid kann als Kühlfluid “nach dem Aufprallen" bezeichnet werden, je nach der Wechselwirkung zwischen ihnen und den Prallkühlbohrungen 128.
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In herkömmlichen Systemen würden beide Kühlfluide 142, 144 in einer mit Druck beaufschlagten Zwischenwand aufgenommen werden, die sich bezogen zu der Endwand 110 radial innen befindet, und anschließend wieder zurück zu den Kühlkreisläufen 112 geleitet werden. Im Gegensatz dazu weist die Kühlstruktur 100 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung eine erste Kammer 150 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 auf, die das erste Kühlfluid 140 von der stationären Schaufel 102 zu einem ersten Kühlkreislauf (z.B. 112LE) leitet; und eine zweite Kammer 152 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102, die das zweite Kühlfluid 144 von der stationären Schaufel 102 zu einem zweiten Kühlkreislauf (z.B. 112TE) leitet, der sich von dem ersten Kühlkreislauf 112LE unterscheidet. Wie zuvor angegeben ist, weist das erste Kühlfluid 140 eine niedrigere Temperatur auf als das zweite Kühlfluid 144. Durch die Verwendung der Kammern 150, 152 können das erste Kühlfluid 140 mit der höheren Kühlleistung für einen entsprechenden höheren Kühlbedarf und das zweite Kühlfluid 144 mit der niedrigeren Kühlleistung für einen niedrigeren Kühlbedarf verwendet werden. In dem dargestellten Beispiel befindet sich der erste Kühlkreislauf 112LE in einem Vorderkantenabschnitt 110LE (2 bis 3) der Endwand 110, und der zweite Kühlkreislauf 112TE befindet sich in einem Hinterkantenabschnitt 110TE (2 bis 3) der Endwand 110. Auf diese Weise nimmt der erste Kühlkreislauf 112LE, der möglicherweise eine stärkere Kühlung benötigt als der zweite Kühlkreislauf 112TE an einer Hinterkante der Endwand 110, das erste Kühlfluid 140 mit der höheren Kühlleistung auf. Ebenso nehmen Abschnitte, die möglicherweise kein Kühlfluid mit einer derart hohen Kühlleistung benötigen, Kühlfluid mit einer geringeren Kühlleistung auf. Insgesamt wird damit bewirkt, dass die vorhandenen Kühlfluide wirkungsvoll eingesetzt werden und somit der Gesamtwirkungsgrad der Turbine erhöht wird. Betont sei, dass obwohl dargestellt ist, dass sich der erste und der zweite Kühlkreislauf 112LE und 112TE in einer Vorderkante beziehungsweise Hinterkante der Endwand 110 befinden, sie sich auch in anderen Abschnitten der Endwand 110 befinden oder dort hinein erstrecken können.
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Jede Kammer 150, 152 kann auf jede beliebige Weise mit einem jeweiligen Kühlkreislauf 112 fluidmäßig verbunden sein. In einer Ausführungsform kann jede Kammer 150, 152 einfach zu einem jeweiligen Kühlkreislauf hin offen sein, d.h. als Teil des Kreislaufs betrachtet werden. In anderen Ausführungsformen können Kühlfluidkanäle zum fluidmäßigen Verbinden der Kammern 150, 152 mit jeweiligen Kühlkreisläufen erforderlich sein. So verläuft zum Beispiel in der Ausführungsform von 1 ein erster Kühlfluidkanal 160 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 von der ersten Kammer 150 zu dem ersten Kühlkreislauf 112LE, und ein zweiter Kühlfluidkanal 162 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 verläuft von der zweiten Kammer 152 zu dem zweiten Kühlkreislauf 112TE. Auch wenn zwei Kanäle dargestellt worden sind, versteht es sich, dass jede beliebige Anzahl von Kanälen vorgesehen sein kann, damit das jeweilige Kühlfluid zu jedem beliebigen Kühlkreislauf befördert wird. Siehe z.B. die linksseitige stationäre Schaufel 102 in 3, in der drei Kanäle 160, 162 von einer oder mehreren Kammern (nicht nummeriert) aus verlaufen. Des Weiteren muss jeder Kanal nicht unbedingt von einer Kammer aus in der in 1 veranschaulichten Richtung verlaufen, d.h. in Richtung einer Vorderkante und einer Hinterkante. So zeigen beispielsweise 2 und 3 die Kanäle 160, 162, die in Richtung verschiedener Seiten der Endwand 110 verlaufen.
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Jeder Kanal 160, 162 kann auf jede bekannte Weise geformt werden, beispielsweise durch maschinelle Bearbeitung oder Gießen an Ort und Stelle. In einer besonderen Ausführungsform gemäß der Offenbarung, die in 4 veranschaulicht ist, weisen der erste und/oder zweite Kühlfluidkanal 160, 162 einen zweiteiligen Kanal auf, der einen ersten Kanal 164, der von der ersten beziehungsweise zweiten Kammer 150, 152 aus seitlich verläuft, und einen zweiten Kanal 168 aufweist, der den ersten Kanal 164 schneidet und von einem offenen Ende an einer Außenfläche 732 der Endwand 110 zu dem ersten Kühlkreislauf 112TE beziehungsweise zweiten Kühlkreislauf 112LE verläuft. Sowohl der erste als auch der zweite Kanal 164, 168 können ohne Weiteres unter Verwendung jedes beliebigen Aufweitungsvorgangs geformt werden, z.B. durch Bohren usw. Das offene Ende des zweiten Kanals 166 kann über einen Stopfen 168 und/oder ein Abdeckelement 170 (in 4 beide dargestellt, lediglich eins erforderlich) verschlossen sein, wodurch der jeweilige Kühlfluidkanal 160, 162 geformt wird. Wie dargestellt ist, kann das Abdeckelement 170 Teil eines Blechelements sein, das zum Formen der Kammer(n) 150, 152 verwendet wird, wie in diesem Dokument ausführlicher beschrieben wird, oder es könnte ein separates Element sein.
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Die erste und zweite Kammer 150, 152 können auf mehrere Arten geformt werden. In einer Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, kann ein Verschluss 174 der ersten Kammer mit zumindest der Endwandkernöffnung 124 verbunden sein, so dass die erste Kammer 150 entsteht. Wie hier angemerkt ist, steht die erste Kammer 150 über ein Fluid mit dem Einsatzkanal 132 in dem Prallkühleinsatz 126 in Verbindung, so dass das erste Kühlfluid 140 (Teil 146) in die erste Kammer 150 strömen kann. Zusätzlich kann ein Verschluss 176 der zweiten Kammer mit zumindest der Endwandkernöffnung 124 verbunden sein, so dass die zweite Kammer 152 entsteht. Wie hier angemerkt ist, steht die zweite Kammer 152 über ein Fluid mit dem Profilkanal 145 in dem Profil 108 in Verbindung und führt so das zweite Kühlfluid 144 zu. Bei diesem Beispiel kann, wie am besten in 3 zu erkennen ist, der Verschluss 174 der ersten Kammer ein Element in Form eines geformten Blechelements oder eines anderen Elements zum Kapseln der Endwandkernöffnung 124 aufweisen. Das bedeutet, dass der Verschluss 174 der ersten Kammer ein Element aufweist, das die Endwandkernöffnung 124 verschließt, so dass die erste Kammer 150 mit dem Element entsteht. Wie in 3 dargestellt ist, kann der Verschluss 174 der ersten Kammer zum Beispiel tränenförmig sein. Bei diesem Beispiel kann der Verschluss 176 der zweiten Kammer ebenfalls ein Element in Form von beispielsweise einem geformten Blechelement aufweisen, das die Endwandkernöffnung 124 (d.h. in einer bezogen auf den Verschluss 174 radial außen befindlichen Position) kapselt und ermöglicht, dass der Einsatzkanal 132 dort hindurch verläuft. Wenn der Einsatzkanal 132 über einen Abschnitt von einem Ende des Prallkühleinsatzes 126 aus verläuft, weist der Verschluss 176 der zweiten Kammer also ein Element auf, das mit dem Abschnitt des Einsatzkanals 132 und einer Innenfläche der Endwandkernöffnung 124 verbunden ist, so dass die zweite Kammer 152 entsteht. Wenn der Einsatzkanal 132 nicht in die Endwandkernöffnung 124 hinein verläuft, kann der Verschluss 176 einfach mit dem Kanal 132 verbunden werden. 2 veranschaulicht die erste Kammer 150, bei der der Verschluss 174 der ersten Kammer (1 und 3) abgenommen ist, so dass der Verschluss 176 der zweiten Kammer und seine Wechselwirkung mit der Endwandkernöffnung 124 und dem Einsatzkanal 132 zu erkennen sind. Der Verschluss 176 der zweiten Kammer kann hier ebenfalls eine in etwa tränenförmige äußere Form aufweisen. Jeder Verschluss 174, 176 kann aus einem Material gefertigt sein, das fest an der Endwandkernöffnung 124 befestigt werden kann, z.B. durch Schweißen – siehe Schweißpunkte.
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5 veranschaulicht in einer weiteren Ausführungsform, wie eine erste beziehungsweise zweite Kammer 250, 252 geformt werden können. Die Ausführungsform von 5 ähnelt der von 1, außer dass der Verschluss der ersten Kammer und der Verschluss der zweiten Kammer gemeinsam aufweisen: ein erstes Element 280, das einen Raum der Endwandkernöffnung 124 in einen ersten Bereich 282, der erstes Kühlfluid 140 (Teil 146, der nicht durch den Prallkühleinsatz 126 strömt) von dem Einsatzkanal 132 in dem Prallkühleinsatz 126 aufnimmt, und einen zweiten Bereich 284 unterteilt, der zweites Kühlfluid 144 von dem Profilkanal 145 in dem Profil 108 aufnimmt. Das erste Element 280 kann vor Ort mit dem Profil 108 und der Endwand 110 gegossen werden oder kann später hinzugefügt werden, beispielsweise mittels Schweißen. Ein zweites Element 286 hindert den Strom des zweiten Kühlfluids 144 daran, von dem Profilkanal 145 in dem Profil 108 aus in den ersten Bereich 282 zu strömen. Des Weiteren ist ein drittes Element 288 mit dem ersten Element 280 verbunden und verschließt die Endwandkernöffnung 124, so dass die erste Kammer 250 im ersten Bereich 282 und die zweite Kammer 252 im zweiten Bereich 284 entstehen. Jedes Element 286, 288 kann ein Blechelement aufweisen und jede beliebige Form aufweisen, die notwendig ist, damit es an seinen Platz passt und es mit der umgebenden Konstruktion verbunden werden kann. Das Element 286 kann beispielsweise teilweise tränenförmig mit einer Öffnung darin für den Einsatzkanal 132 sein, und das Element 288 kann in etwa tränenförmig ähnlich dem Verschluss 176 (3) sein. Jedes Element 286, 288 kann aus einem Material gefertigt sein, das fest an der Endwandkernöffnung 124 befestigt werden kann, z.B. durch Schweißen – siehe Schweißpunkte.
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Die bisher beschriebene Kühlstruktur weist zwei Kammern zum Leiten von Kühlfluiden mit unterschiedlichen Temperaturen zu entsprechenden Kühlkreisläufen auf. Bezogen auf 6 kann eine Kühlstruktur 100 gemäß der Offenbarung in einer weiteren Ausführungsform auch eine dritte Kammer 350 und eine vierte Kammer 352 aufweisen, wobei jede Kammer zum Leiten eines Kühlfluids mit unterschiedlichen Temperaturen zu unterschiedlichen Kühlkreisläufen bestimmt ist. Das bedeutet, dass eine dritte Kammer 350 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 ein drittes Kühlfluid 340 (Teil 346) von der stationären Schaufel 102 zu einem dritten Kühlkreislauf 312X leitet, der sich von dem ersten und zweiten Kühlkreislauf, z.B. 112LE, 112X, unterscheidet. Der zweite Kühlkreislauf 112X und der dritte Kühlkreislauf 312X sind als gestrichelte Kreise dargestellt, da sie zu mehreren Punkten in die Seitenebene hinein oder aus ihr heraus verlaufen können, z.B. in den Saugseitenabschnitt 110SS der Endwand, wie in 3 dargestellt ist. Des Weiteren leitet eine vierte Kammer 352 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 ein viertes Kühlfluid 344 von der stationären Schaufel 102 zu einem vierten Kühlkreislauf 312TE, der sich von dem ersten (z.B. 112LE), zweiten (z.B. 112X) und dritten Kühlkreislauf 312X unterscheidet. Es ist zwar dargestellt, dass sich der erste und vierte Kühlkreislauf 112LE und 312TE in einer Vorderkante beziehungsweise Hinterkante der Endwand 110 befinden, jedoch versteht es sich, dass sie sich auch in anderen Abschnitten der Endwand 110 befinden oder dort hinein erstrecken können.
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In dieser Ausführungsform ähnelt ein Vorderkantenabschnitt des Profils 108 (linke Seite von 6) im Wesentlichen dem von 1, jedoch kann das Profil 108 auch eine zusätzliche Kernöffnung 322 aufweisen, d.h. zusätzlich zur Kernöffnung 122. Ein Trennelement 390 kann in dem Profil 108 zum Trennen jeder Kernöffnung 122, 322 vorgesehen sein. Das Trennelement 390 kann mit der stationären Schaufel 102 gegossen oder nach dem Gießen hinzugefügt werden. Der Profilkühlkreislauf 321 kann ferner einen zweiten Prallkühleinsatz 326 in der zweiten Kernöffnung 322 des Profils 108 aufweisen. Der zweite Prallkühleinsatz 326 weist mehrere zweite Prallkühlbohrungen 328 auf, die durch eine Seitenwand 330 davon verlaufen, und einen zweiten Einsatzkanal 332 an einem Ende davon angrenzend an die Endwand 110. Ein Teil des dritten Kühlfluids 340 strömt durch die mehreren zweiten Prallkühlbohrungen 328, damit das Profil 108 gekühlt und das vierte Kühlfluid 344 (gestrichelte Pfeile, rechte Seite im Profilkanal 345) erzeugt wird, und ein übriger Teil 346 des dritten Kühlfluids 340 strömt durch den zweiten Einsatzkanal 332, ohne durch die mehreren zweiten Prallkühlbohrungen 328 zu strömen. Das erste Kühlfluid 140 und das dritte Kühlfluid 340 können aus unterschiedlichen Quellen stammen, z.B. Entnahme aus einem Verdichter und Entnahme aus einem Gehäuse, und unterschiedliche Temperaturen aufweisen. In diesem Fall kann das erste Kühlfluid 140 eine niedrigere Temperatur aufweisen als das dritte Kühlfluid 340. Das zweite Kühlfluid 144 kann wärmer oder kälter als das dritte Kühlfluid 340 sein und das vierte Kühlfluid 344 kann wärmer oder kälter als das zweite Kühlfluid 144 sein. Wie in 6 zu erkennen ist, kann das Trennelement 390 die Endwandkernöffnung 124 in zwei Bereiche unterteilen, die mit zwei Gruppen von Verschlüssen 174, 176 beziehungsweise 374, 376 der ersten und zweiten Kammer in Abschnitte geteilt werden können. Jeder Verschluss kann ein Element in Form eines Blechelements aufweisen, das so geformt ist, dass es einen jeweiligen Abschnitt der Endwandkernöffnung kapselt, z.B. mit dem Trennelement 390, dem ersten Einsatzkanal 132 und/oder dem zweiten Einsatzkanal 332. Der Verschluss 174, 374 der ersten Kammer kann aus zwei Elementen geformt sein oder kann ein einzelnes Element sein.
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Unter Bezug auf 7 und 8 ist eine alternative Ausführungsform eines Profilkühlkreislaufs 421 für eine stationäre Schaufel 102 dargestellt, bei der eine Kühlstruktur 100 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung ausgeführt ist. In dieser Ausführungsform weist, wie in 7 dargestellt ist, ein Profilkühlkreislauf 421 statt einem Prallkühleinsatz/Prallkühleinsätzen einen einzelnen Kühlfluidweg 492 auf. In den dargestellten Ausführungsformen weist der Profilkühlkreislauf 421 einen herkömmlichen gewundenen Kühlkreislauf auf, d.h. einen, der in dem Profil 108 auf entgegengesetzten Wegen verläuft. Es sei jedoch angemerkt, dass andere Verläufe als gewundene Verläufe möglich sein können. Ein Kühlfluid 428 wird hier in ein erstes Ende des Profilkühlkreislaufs 421 geleitet und wird den Weg 492 entlang geleitet und kühlt so während des Weiterströmens das Profil 108. Während das Kühlfluid 428 weiter durch den Weg 492 strömt, wird es folglich wärmer. Die Kühlstruktur 100 weist hier, wie in vorherigen Ausführungsformen, die erste Kammer 450 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102, die ein erstes Kühlfluid 440 von der stationären Schaufel 102 zu einem ersten Kühlkreislauf (z.B. 112LE über den Kanal 160) leitet, und die zweite Kammer 452 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 auf, die ein zweites Kühlfluid 444 von der stationären Schaufel 102 zu einem zweiten Kühlkreislauf (z.B. 112TE über den Kanal 162) leitet, der sich von dem ersten Kühlkreislauf unterscheidet. Ein erster Kühlfluidkanal 160 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 verläuft von der ersten Kammer 450 zu dem ersten Kühlkreislauf (z.B. 112LE), und ein zweiter Kühlfluidkanal 152 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 verläuft von der zweiten Kammer 452 zu dem zweiten Kühlkreislauf (z.B. 112TE). Jede Kammer 450, 452 ist in der Endwandkernöffnung 124 geformt und entsteht, nachdem ein Gießkern aus der Endwand 110 entfernt wird. Das erste Kühlfluid 440 wird hier jedoch aus dem Profilkühlkreislauf 421 an einer ersten Stelle 432 entnommen, und das zweite Kühlfluid 444 wird aus dem Profilkühlkreislauf 421 an einer zweiten Stelle 434 stromabwärts der ersten Stelle 432 entnommen, so dass das erste Kühlfluid 440 die niedrigere Temperatur als das zweite Kühlfluid 444 aufweist. Die Kammern 450, 452 können, wie hier beschrieben ist, von einem Verschluss oder mehreren Verschlüssen 474, 476 geformt werden, eventuell unter Verwendung eines Kernöffnung-Trennelements 480, das die Endwandkernöffnung 124 in zwei Bereiche unterteilt. Ein Verschluss 474 kann sich über die gesamte Endwandkernöffnung 124 erstrecken und kann, z.B. mittels Schweißen, so befestigt sein, dass die Kammern 450, 452 entstehen, eventuell mit Schweißnähten an dem Trennelement 480, oder es können mehrere Verschlüsse 474, 476 verwendet werden. Der Verschluss/die Verschlüsse 474, 476 können Blechelemente aufweisen. Das Trennelement 480 kann mit dem Profil 108 gegossen oder später hinzugefügt werden, z.B. mittels Schweißen. Jede Entnahmestelle 432, 434 kann geformt werden, indem eine Öffnung von dem Weg 492 zu einer jeweiligen Kammer in der Endwandkernöffnung 124 erzeugt wird.
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Bezogen auf 8 kann eine dritte Kammer 454 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 vorgesehen sein, die ein drittes Kühlfluid 446 von der stationären Schaufel zu einem dritten Kühlkreislauf (z.B. 112TE über den Kanal 162) leitet, der sich sowohl von dem ersten als auch zweiten Kühlkreislauf unterscheidet. Die zweite Kammer 452 in der Endwand 110 der stationären Schaufel 102 kann hier das zweite Kühlfluid 444 über einen Kanal 165 von der stationären Schaufel 102 zu einem zweiten (nicht dargestellten) Kühlkreislauf in die Seitenebene hinein oder aus ihr heraus leiten. Wie in 3 dargestellt ist, könnte sich der dritte Kühlkreislauf auf einer Saugseite (z.B. 110SS) der stationären Schaufel 102 befinden. Die dritte Kammer 454 kann geformt werden, wie bezogen auf die erste und zweite Kammer 450, 452 beschrieben wurde. Dazu wird also ein Verschluss oder werden mehrere Verschlüsse 474, 476, 478, eventuell unter Verwendung von einem oder mehreren Kernöffnung-Trennelementen 480, 482, die die Endwandkernöffnung 124 in drei Bereiche aufteilen, verwendet. Es kann sich also ein Verschluss 474 über die gesamte Endwandkernöffnung 124 erstrecken und, z.B. mittels Schweißen, so befestigt sein, dass die Kammern 450, 452, 454 entstehen, eventuell mit Schweißnähten an den Trennelementen 480, 482, oder es können mehrere Verschlüsse 474, 476, 478 verwendet werden. Das Element/die Elemente 474, 476, 478 können Blechelemente aufweisen. Die Trennelemente 480, 482 können mit dem Profil 108 gegossen oder später hinzugefügt werden, z.B. mittels Schweißen. In der Ausführungsform von 8 kann die zweite Kammer 452 den Kanal 165 zu dem zweiten Kühlkreislauf aufweisen.
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Bisher ist jede Endwandkernöffnung 124 dargestellt worden, wie sie eine Seitenwand mit einer geraden Innenfläche aufweist. 9 und 10 zeigen vereinfachte Querschnittdarstellungen alternativer Ausführungsformen einer Endwandkernöffnung 624 beziehungsweise 724, die in jeder beliebigen der hier beschriebenen Ausführungsformen der Kühlstruktur 100 verwendet werden kann. In 9 weist die Endwandkernöffnung 624 eine Innenfläche 630 auf, die stufenförmig ist, und in 10 weist die Endwandkernöffnung 724 eine Innenfläche 730 auf, die bezogen auf eine Außenfläche 732 der Endwand 110 abgewinkelt ist. Jede der verschiedenen Flächen kann gegebenenfalls verwendet werden, damit für einen entsprechenden Zugang gesorgt wird, z.B. Kanäle zu Kühlkreisläufen hergestellt werden, und/oder damit die Platzierung eines beliebigen Verschlusses sichergestellt wird, z.B. mittels Schweißen, Einpassen, Verkeilen usw. Jede der Flächen kann während des Gießens durch entsprechende Formung des Gießkerns, der für die Endwand 110 verwendet wird, und/oder durch entsprechende maschinelle Bearbeitung erzeugt werden.
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Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen mehrere alternative Strukturen aufweisen können, damit zusätzliche Steigerungen des Wirkungsgrads erreicht werden. In einem Beispiel, das in 1 gestrichelt dargestellt ist, kann mindestens einer der Kühlkreisläufe (dargestellt ist 112LE) einen Zuführungskanal 500 zu einem Radzwischenraum 120 angrenzend an die stationäre Schaufel 102 aufweisen. Der Zuführungskanal 500 kann sich an jedem gewünschten Ort innerhalb jedes beliebigen der Kühlkreisläufe 112 befinden und kann in jeder beliebigen Ausführungsform verwendet werden. Es ist zwar beschrieben worden, dass die meisten der Kühlfluide entweder von einer einzigen Ursprungsquelle stammen oder davon abgezweigt sind, jedoch sei zusätzlich betont, dass unterschiedliche Kühlfluide aus unterschiedlichen Quellen stammen können. In der Ausführungsform von 6 mit den beiden Prallkühleinsätzen ist zum Beispiel beschrieben worden, dass der Kühlfluidstrom 140 und 340 möglicherweise aus unterschiedlichen Quellen stammt, z.B. Entnahme aus einem Verdichter und Entnahme aus einem Gehäuse. Derartige Anordnungen mit mehreren Quellen sind ebenfalls auf die anderen Ausführungsformen anwendbar. Wenn beispielsweise zwei gewundene Profilkühlkreisläufe in einem Profil 108 verwendet werden, können zwei Quellen zum Erzeugen der Kühlfluide mit unterschiedlicher Temperatur verwendet werden, eine für jeden Weg, und eine Kammer kann so angeordnet sein, dass sie von jedem jeweiligen Weg aus ansaugt.
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Die Lehre der Offenbarung ist in diesem Dokument zwar bezogen auf die Endwand 110 beschrieben worden, bei der es sich um eine innere Endwand handelt, jedoch wird betont, dass die Lehre der Offenbarung ebenso auf eine äußere Endwand am Ende 104 (1) anwendbar ist. Kanäle aus bestimmten Kammern sind zwar so dargestellt worden, dass sie ein Kühlfluid zu einem bestimmten Kühlkreislauf leiten, jedoch wird ferner betont, dass Kanäle aus einer bestimmten Kammer zu praktisch jedem beliebigen Kühlkreislauf der stationären Schaufel 102 und/oder dem Radzwischenraum 120 geführt werden können. Jeder Kanal aus einer Kammer kann maschinell bearbeitet und/oder gegossen sein. Hinsichtlich der letztgenannten Methode können die Seitenwandkerne und/oder der Profilkern um Elemente ergänzt werden, damit maschinelle Bearbeitungsvorgänge nach dem Gießen, bei denen die Kühlkreisläufe und Kammern verbunden werden, besser reproduzierbar und kostengünstiger gestaltet werden. Es können beispielsweise Laschen an einem oder mehreren der Kerne hergestellt werden, die sich auf eine gewisse Weise überdecken und einen einfacheren Bohrvorgang zum Öffnen des jeweiligen Kühlkreislaufs ermöglichen.
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Die hier verwendeten Begriffe dienen lediglich der Beschreibung besonderer Ausführungsformen und sollen die Offenbarung nicht einschränken. Die hier verwendeten Singularformen "ein", "eine", "der", "die" und "das" sollen auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nicht eindeutig auf etwas Anderes hinweist. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe "umfasst" und/oder "umfassend", wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein genannter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bestandteile angeben, nicht jedoch das Vorhandensein oder Hinzufügen von ein oder mehreren weiteren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bestandteilen und/oder Gruppen davon ausschließen.
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Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Entsprechungen sämtlicher Mittel- oder Schritt-plus-Funktion-Elemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen sämtliche Strukturen, Materialien oder Handlungen zum Ausführen der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen beinhalten, wie ausdrücklich beansprucht. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist zur Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt worden, soll jedoch nicht umfassend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Für den Fachmann sind ohne Abweichung vom Umfang und Geist der Offenbarung viele Abwandlungen und Varianten ersichtlich. Die Ausführungsform wurde ausgewählt und beschrieben, um die Grundgedanken der Offenbarung und die praktische Anwendung am besten zu erläutern und um anderen Fachleuten die Offenbarung verständlich zu machen, für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Abwandlungen, die für die konkrete betrachtete Verwendung geeignet sind.
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Es ist eine Kühlstruktur für eine stationäre Schaufel bereitgestellt. Die Kühlstruktur kann eine erste Kammer in einer Endwand der stationären Schaufel, die ein erstes Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem ersten Kühlkreislauf leitet, und eine zweite Kammer in der Endwand der stationären Schaufel aufweisen, die ein zweites Kühlfluid von der stationären Schaufel zu einem zweiten Kühlkreislauf leitet, der sich von dem ersten Kühlkreislauf unterscheidet. Das erste Kühlfluid weist eine niedrigere Temperatur auf als das zweite Kühlfluid.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kühlstruktur
- 102
- stationäre Schaufel
- 104
- äußeres radiales Ende
- 106
- inneres radiales Ende
- 108
- Profil
- 110
- Endwand
- 112
- Kühlkreisläufe
- 113
- Kern
- 114
- Kühlstrukturen
- 121
- Profilkühlkreislauf
- 120
- Radzwischenraum
- 122, 124
- Kernöffnung
- 126
- Prallkühleinsätze
- 127
- äußeres Ende
- 128
- Prallkühlbohrungen
- 132
- Einsatzkanal
- 140
- erstes Kühlfluid
- 144
- zweites Kühlfluid
- 145
- Profilkanal
- 146
- übriger Teil
- 150, 152
- Kammern
- 160
- erster Kühlfluidkanal
- 162
- zweiter Kühlfluidkanal
- 164
- erster Kanal
- 168
- zweiter Kanal
- 174
- Verschluss 174 der ersten Kammer
- 176
- Verschluss 176 der zweiten Kammer
- 250, 252
- erste und zweite Kammer
- 276
- Element
- 280
- erstes Element
- 282
- erster Bereich
- 284
- zweiter Bereich
- 286
- zweites Element
- 288
- drittes Element
- 312
- vierter Kühlkreislauf
- 321
- Profilkühlkreislauf
- 322
- Kernöffnung
- 326
- zweites Prallkühleinsatz
- 328
- Prallkühlbohrungen
- 330
- Seitenwand
- 332
- zweiter Einsatzkanal
- 340
- drittes Kühlfluid
- 344
- viertes Kühlfluid
- 345
- Profilkanal
- 346
- übriger Teil
- 350
- dritte Kammer
- 352
- vierte Kammer
- 390
- Trennelement
- 421
- Profilkühlkreislauf
- 428
- Kühlfluid
- 432, 434
- Entnahmestelle
- 440
- erstes Kühlfluid
- 444
- zweites Kühlfluid
- 446
- drittes Kühlfluid
- 450
- erste Kammer
- 452
- zweite Kammer
- 454
- dritte Kammer
- 474, 476, 478
- Verschluss/Verschlüsse
- 480, 482
- Kernöffnung-Teilelemente
- 492
- Kühlfluidweg
- 500
- Zuführungskanal
- 624, 724
- Endwandkernöffnung
- 630
- Innenfläche
- 730
- Innenfläche
- 732
- Außenfläche
