DE102016123522A1

DE102016123522A1 - Segmentierter Mikrokanal für einen verbesserten Durchfuss

Info

Publication number: DE102016123522A1
Application number: DE102016123522.9A
Authority: DE
Inventors: Marc Lionel Benjamin; Benjamin Paul Lacy; Luis Alfonso Gonzalez; Michael Scott Soden
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2017-06-22
Also published as: IT201600127570A1; CN106907194A; JP6916613B2; US10378380B2; US20170175575A1; JP2017110643A; CN106907194B

Abstract

Ein System enthält ein Mantelsegment zur Verwendung in einer Turbine und enthält einen Körper (42), der einen vorderen und einen hinteren Rand (44, 46), einen ersten und einen zweiten Seitenrand (48, 50) und ein Paar von gegenüberliegenden lateralen Seiten (52, 54) zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand (44, 46) und dem ersten und zweiten Seitenrand (48, 50) aufweist. Eine erste laterale Seite (52) ist mit einem Hohlraum verbunden, der ein Kühlfluid aufweist. Ein erster Kanal (86) enthält einen ersten und zweiten Endabschnitt (82). Ein zweiter Kanal (88) enthält einen dritten Endabschnitt (83) und einen vierten Endabschnitt (85). Der erste und der zweite Kanal (86, 88) nehmen das Kühlfluid aus dem Hohlraum (56) auf, um den Körper (42) zu kühlen. Der zweite Endabschnitt (82) enthält einen ersten segmentierten Kanal mit einem ersten Dosiermerkmal (98), und der dritte Endabschnitt (83) enthält einen zweiten segmentierten Kanal mit einem zweiten Austrittsmerkmal (106). Das erste und zweite Austrittsmerkmal (106) dosieren einen Fluss des Kühlfluids innerhalb des ersten und des zweiten Kanals (86, 88).

Description

HINTERGRUND
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Gasturbinen und insbesondere Turbinenmäntel für Gasturbinen.
Eine Turbomaschine, z.B. eine Gasturbine, kann einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine enthalten. Gase werden in dem Verdichter komprimiert, mit Brennstoff vermischt und dann in die Brennkammer geleitet, in der das Gas-Brennstoff-Gemisch verbrannt wird. Die Abgasfluide hoher Temperatur und hoher Energie werden entlang eines Heißgaspfads der Turbine zugeführt, in der die Energie der Fluide in mechanische Energie umgesetzt wird. Hohe Temperaturen entlang des Heißgaspfads können Turbinenkomponenten (z.B. einen Turbinenmantel) erhitzen, wodurch sie eine Verschlechterung von Komponenten verursachen.
KURZBESCHREIBUNG
Bestimmte Ausführungsformen entsprechend dem Umfang des ursprünglich beanspruchten Anspruchsgegenstandes sind nachstehend kurz zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Schutzumfang des Anspruchsgegenstandes nicht beschränken, sondern sind vielmehr lediglich dazu vorgesehen, eine kurze Zusammenfassung möglicher Ausführungsformen zu liefern. In der Tat kann die Erfindung vielfältige Formen einnehmen, die den nachstehend erläuterten Ausführungsformen ähnlich sein oder sich von diesen unterscheiden können.
In einem ersten Aspekt enthält ein System ein Mantelsegment zur Verwendung in einem Turbinenabschnitt einer Gasturbine. Das System enthält einen Körper, der einen vorderen Rand, einen hinteren Rand, einen ersten Seitenrand, einen zweiten Seitenrand und ein Paar gegenüberliegender lateraler Seiten zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand und dem ersten und dem zweiten Seitenrand enthält. Eine erste laterale Seite des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten ist eingerichtet, um mit einem Hohlraum, der ein Kühlfluid aufweist, verbunden zu sein. Eine zweite laterale Seite des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten ist in Richtung eines Heißgasströmungspfades ausgerichtet. Das System enthält einen ersten Kanal, der innerhalb des Körpers angeordnet ist, wobei der erste Kanal einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweist und der erste Endabschnitt zu dem ersten Seitenrand benachbart angeordnet ist. Das System enthält einen zweiten Kanal, der innerhalb des Körpers angeordnet ist, wobei der zweite Kanal einen dritten Endabschnitt und einen vierten Endabschnitt aufweist, wobei der dritte Endabschnitt zu dem ersten Seitenrand benachbart angeordnet ist und der vierte Endabschnitt zu dem zweiten Seitenrand benachbart angeordnet ist. Der erste und der zweite Kanal sind eingerichtet, um das Kühlfluid aus dem Hohlraum aufnehmen, um den Körper zu kühlen. Der zweite Endabschnitt enthält einen ersten segmentierten Kanal, der ein erstes Austrittsmerkmal aufweist, und der dritte Endabschnitt weist einen zweiten segmentierten Kanal auf, der ein zweites Austrittsmerkmal aufweist. Das erste und das zweite Austrittsmerkmal sind eingerichtet, um eine Blockade innerhalb des ersten bzw. des zweiten Kanals zu reduzieren.
In dem zuvor erwähnten Mantelsegment kann der zweite Endabschnitt einen ersten Abschnitt, der benachbart zu und stromaufwärts von dem ersten Austrittsmerkmal angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt aufweisen, der benachbart zu und stromabwärts von dem zweiten Austrittsmerkmal angeordnet ist, und der dritte Endabschnitt kann einen dritten Abschnitt, der benachbart zu und stromaufwärts von dem zweiten Austrittsmerkmal angeordnet ist, und einen vierten Abschnitt aufweisen, der benachbart zu und stromabwärts von dem zweiten Austrittsmerkmal angeordnet ist. Der erste und der dritte Abschnitt können eine erste Weite in einer ersten Richtung von dem ersten Seitenrand zu dem zweiten Seitenrand aufweisen, während der zweite und der vierte Abschnitt eine zweite Weite in der ersten Richtung aufweisen können und die zweite Weite größer als die erste Weite sein kann.
Ferner kann das erste Austrittsmerkmal einen ersten Körperabschnitt aufweisen, der sich über den zweiten Endabschnitt des ersten Kanals in der ersten Richtung erstreckt, und das zweite Austrittsmerkmal kann einen zweiten Körperabschnitt aufweisen, der sich über den dritten Endabschnitt des zweiten Kanals in der ersten Richtung erstreckt.
Noch ferner können sich der erste Körperabschnitt und der zweite Körperabschnitt in einer radialen Richtung zu der zweiten lateralen Seite hin erstrecken.
In der zuletzt erwähnten Ausführungsform können der zweite Endabschnitt und der erste Körperabschnitt einen ersten Durchgang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des zweiten Endabschnitts definieren, der dritte Endabschnitt und der zweite Körperabschnitt können einen zweiten Durchgang zwischen dem zweiten und dem vierten Abschnitt des dritten Endabschnitts definieren, und der erste und der zweite Durchgang können eine dritte Weite in einer dritten Richtung aufweisen, die geringer als sowohl die erste als auch die zweite Weite ist.
Zusätzlich kann das Mantelsegment eine vorgesinterte Vorformschicht aufweisen, die auf der zweiten lateralen Seite aaufgelötet ist, wobei die vorgesinterte Vorformschicht eine erste Oberfläche, die eingerichtet ist, um mit dem Heißgasströmungspfad verbunden zu sein, und eine zweite Oberfläche aufweisen kann, die gemeinsam mit dem Körper den ersten und zweiten Kanal definiert.
Weiter zusätzlich können der erste und der zweite Abschnitt des zweiten Endabschnitts und der dritte und der vierte Abschnitt des dritten Endabschnitts in den Körper hinein maschinell funkenerodiert sein, bevor die vorgesinterte Vorformschicht auf der zweiten lateralen Seite aufgelötet wird.
Insbesondere können der erste und der zweite Durchgang im Anschluss an das Auflöten der vorgesinterten Vorformschicht auf der zweiten lateralen Seite über einen eine Öffnung hervorholenden Arbeitsgang in den Körper maschinell funkenerodiert werden.
In einigen Ausführungsformen eines jeden beliebigen vorstehend erwähnten Mantelsegments können der erste Endabschnitt und der vierte Endabschnitt jeweils einen hakenförmigen Abschnitt mit einem freien Ende aufweisen.
Außerdem kann das Mantelsegment einen jeweiligen Einlassdurchgang aufweisen, der mit jedem freien Ende gekoppelt ist und sich in einer radialen Richtung von dem freien Ende zu der ersten lateralen Seite erstreckt, wobei jeder jeweilige Einlassdurchgang eingerichtet sein kann, um das Kühlfluid aus dem Hohlraum dem jeweiligen Kanal zuzuführen.
In einem zweiten Aspekt enthält ein System eine Gasturbine, die einen Verdichter, ein Verbrennungssystem und einen Turbinenabschnitt enthält. Der Turbinenabschnitt enthält ein Gehäuse, ein Mantelsegment, das mit dem Außengehäuse gekoppelt ist, und einen Hohlraum, der eingerichtet ist, um von dem Verdichter ein Kühlfluid aufzunehmen. Das Mantelsegment enthält einen Körper, der einen vorderen Rand, einen hinteren Rand, einen ersten Seitenrand, einen zweiten Seitenrand und ein Paar gegenüberliegender lateraler Seiten zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand und dem ersten und dem zweiten Seitenrand enthält. Eine erste laterale Seite des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten ist eingerichtet, um mit dem Hohlraum verbunden zu sein, und eine zweite laterale Seite des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten ist in Richtung eines Heißgasströmungspfads ausgerichtet. Mehrere Kanäle sind innerhalb des Körpers angeordnet und erstrecken sich von der Nachbarschaft zu dem ersten Seitenrand bis zu der Nachbarschaft zu dem zweiten Seitenrand. Jeder Kanal der mehreren Kanäle enthält einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt. Die mehreren Kanäle sind eingerichtet, um das Kühlfluid aus dem Hohlraum aufzunehmen, um den Körper zu kühlen. Die jeweiligen zweiten Endabschnitte weisen jeweils einen segmentierten Kanal auf, der ein Austrittsmerkmal aufweist, und die jeweiligen Austrittsmerkmale sind eingerichtet, um eine Blockade innerhalb der jeweiligen Kanäle der mehreren Kanäle zu reduzieren. Stellt auch ein Ziel zur Vervollständigung der Kanäle bis zu den Schlitzflächen in [...] bereit
In der zuvor erwähnten Gasturbine kann der zweite Endabschnitt einen ersten Abschnitt, der benachbart zu und stromaufwärts von einem ersten Austrittsmerkmal angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt aufweisen, der benachbart zu und stromabwärts von einem zweiten Austrittsmerkmal angeordnet ist.
Ferner kann das erste Austrittsmerkmal einen ersten Körperabschnitt aufweisen, der sich über den zweiten Endabschnitt eines ersten Kanals in der ersten Richtung erstreckt.
Noch ferner kann sich der erste Körperabschnitt in einer radialen Richtung in Richtung der zweiten lateralen Seite erstrecken.
Noch weiter kann die Gasturbine eine vorgesinterte Vorformschicht aufweisen, die auf der zweiten lateralen Seite aufgelötet ist, wobei die vorgesinterte Vorformschicht eine erste Oberfläche, die eingerichtet ist, um mit dem Heißgasströmungspfad verbunden zu sein, und eine zweite Oberfläche aufweist, die gemeinsam mit dem Körper die mehreren Kanäle definiert.
In jeder beliebigen vorstehend erwähnten Gasturbine können die mehreren Kanäle im Anschluss an das Auflöten der vorgesinterten Vorformschicht auf die zweite laterale Seite über einen eine Öffnung hervorholenden Arbeitsgang in den Körper maschinell eingearbeitet werden.
In einem dritten Aspekt enthält ein Verfahren zur Herstellung eines inneren Mantelsegmentes zur Verwendung in einem Turbinenabschnitt einer Gasturbine ein Bereitstellen eines Körpers des inneren Mantelsegmentes, wobei der Körper einen vorderen Rand, einen hinteren Rand, einen ersten Seitenrand, einen zweiten Seitenrand und ein Paar gegenüberliegender lateraler Seiten zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand und dem ersten und zweiten Seitenrand enthält. Eine erste laterale Seite des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten ist eingerichtet, um mit einem Hohlraum verbunden zu sein, der durch das innere Mantelsegment definiert ist, das mit einem äußeren Mantelsegment gekoppelt ist. Eine zweite laterale Seite des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten ist in Richtung eines Heißgasströmungspfads ausgerichtet. Das Verfahren enthält ein Erzeugen mehrerer Kanäle innerhalb des Körpers, die sich von der Nachbarschaft zu dem ersten Seitenrand bis zu der Nachbarschaft zu dem zweiten Seitenrand erstrecken, mittels einer maschinellen Funkenerodierbearbeitung oder anderer geeigneter Verfahren, z.B. mittels Fräsen. Jeder Kanal der mehreren Kanäle weist einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt auf, und die jeweiligen Endabschnitte weisen jeweils einen segmentierten Kanal auf. Das Verfahren enthält ein Formen von Zielmerkmalen entlang des ersten und des zweiten Seitenrandes, die mit den zweiten Endabschnitten der mehreren Kanäle ausgerichtet sind, mittels einer maschinellen Funkenerodierbearbeitung oder anderer geeigneter Verfahren z.B. mittels Fräsen. Das Verfahren enthält im Anschluss an das Formen der Zielmerkmale ein Auflöten einer vorgesinterten Vorformschicht auf die zweite laterale Seite, wobei die vorgesinterte Vorformschicht eine erste Oberfläche, die eingerichtet ist, um mit dem Heißgasströmungspfad verbunden zu sein, und eine zweite Oberfläche aufweist, die gemeinsam mit dem Körper die mehreren Kanäle definiert. Das Verfahren enthält im Anschluss an das Auflöten der vorgesinterten Vorformschicht auf der zweiten lateralen Seite ein Formen eines jeweiligen Austrittsmerkmals von mehreren Austrittsmerkmalen innerhalb jedes zweiten Endabschnitts der mehreren Kanäle mittels einer maschinellen Funkenerodierbearbeitung über einen eine Öffnung hervorholenden Arbeitsgang, der eine Elektrode verwendet.
Das zuvor erwähnte Verfahren kann ein Dosieren eines Kühlfluidstroms innerhalb der zweiten Endabschnitte der mehreren Kanäle und der Austrittsmerkmale aufweisen.
Ferner kann das Verfahren ein Formen der mehreren Austrittsmerkmale aufweisen, um einen ersten Abschnitt stromaufwärts der Austrittsmerkmale und einen zweiten Abschnitt stromabwärts des Austrittsmerkmals zu erhalten, wobei der erste Abschnitt eine erste Weite in einer ersten Richtung aufweisen kann und der zweite Abschnitt eine zweite Weite in der ersten Richtung aufweisen kann und wobei die zweite Weite größer als die erste Weite sein kann.
Jedes vorstehend erwähnte Verfahren kann ein Erzeugen eines ersten Körperabschnitts aufweisen, der sich über den zweiten Endabschnitt in der ersten Richtung erstreckt, um sich in einer radialen Richtung zu der zweiten lateralen Seite hin zu erstrecken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile des vorliegenden Gegenstands werden verständlicher, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Zeichnungen gleiche Teile kennzeichnen, worin:
1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Turbinensystems ist, das einen Turbinenmantel mit Kühlkanälen aufweist;
2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines inneren Turbinenmantelsegmentes ist, der mit einem äußeren Turbinenmantelsegment gekoppelt ist;
3 eine Ansicht von unten (z.B. eine Ansicht der lateralen Seite, die an einen Heißgasströmungspfad angrenzt) einer Ausführungsform eines inneren Turbinenmantelsegments ist;
4 eine Draufsicht (z.B. eine Ansicht der lateralen Seite, die an einen Hohlraum angrenzt) einer Ausführungsform eines inneren Turbinenmantelsegmentes ist;
5 eine perspektivische Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Abschnitts des inneren Turbinenmantelsegments gemäß 4 ist, die entlang der Linie 5-5 geschnitten ist (wobei Einlassdurchgänge und Kanäle mit Strichlinien veranschaulicht sind);
6 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Abschnitts eines inneren Turbinenmantelsegmentes ist;
7 eine Ausführungsform darstellt, die die Endabschnitte der segmentierten Kanäle zeigt;
8 eine Ausführungsform darstellt, die die Abmessungen der Endabschnitte der segmentierten Kanäle zeigt;
9 eine Elektrode darstellt, die verwendet wird, um die Austrittsmerkmale innerhalb der Kühlkanäle zu erzeugen; und
10 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines inneren Turbinenmantelsegments ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden ein oder mehrere spezielle Aspekte/ Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bemühen, eine kurzgefasste Beschreibung dieser Aspekte/ Ausführungsformen vorzulegen, sind möglicherweise nicht sämtliche Merkmale einer tatsächlichen Verwirklichung in der Beschreibung beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen Verwirklichung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche anwendungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um spezielle Ziele der Entwickler zu erreichen, wie z.B. Vereinbarkeit mit systembezogenen und unternehmensbezogenen Beschränkungen, die von einer Verwirklichung zur anderen unterschiedlich sein können. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass ein solcher Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitaufwändig sein könnte, jedoch nichtsdestoweniger für die Fachleute, die über den Vorteil dieser Beschreibung verfügen, eine Routinemaßnahme bei der Entwicklung, Fertigung und Herstellung sein würde.
Wenn Elemente vielfältiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein(e)“, „der", „die“ und „das“ ebenfalls beinhalten, dass ein oder mehrere der Elements vorhanden sind. Die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“ und „haben“ sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass möglicherweise zusätzliche Elemente vorhanden sind, die sich von den aufgeführten Elementen unterscheiden.
Wie nachstehend im Detail beschrieben, reduzieren bestimmte Ausführungsformen von zu Gasturbinen zugehörigen Turbinenmänteln die Heißgasleckagen zwischen der Druckseite und der Saugseite einer Turbinenlaufschaufel. Die Turbinenmäntel führen der Turbinenlaufschaufel ferner Kühlströmungen (z.B. Luft) zu, um einen vorzeitigen Ausfall der Laufschaufel und zugehöriger Laufschaufelkomponenten zu reduzieren. Die Turbinenmäntel, wie sie hierin beschrieben sind, verwenden mehrere Kühlkanäle. Die Kühlkanäle enthalten zumindest einen ersten und einen zweiten Kühlkanal. Der erste Kühlkanal enthält einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt. Der zweite Kühlkanal enthält einen dritten Endabschnitt und einen vierten Endabschnitt. Der erste Endabschnitt und der dritte Endabschnitt sind zu einem ersten Seitenrand des Mantelkörpers benachbart angeordnet. Der zweite Endabschnitt und der vierte Endabschnitt sind zu einem zweiten Seitenrand des Mantelkörpers benachbart angeordnet.
Der erste und der zweite Kanal sind eingerichtet, um ein Kühlfluid (z.B. Luft) aus einem Hohlraum aufnehmen, der durch ein inneres Mantelsegment gebildet ist, das mit einem äußeren Mantelsegment gekoppelt ist. Der zweite Endabschnitt enthält einen ersten segmentierten Kanal, der ein erstes Austrittsmerkmal aufweist, und der dritte Endabschnitt enthält einen zweiten segmentierten Kanal, der ein zweites Austrittsmerkmal aufweist. Die Austrittsmerkmale reduzieren die Blockade des Kanals während des Beschichtungsvorgangs (der Beschichtungsvorgänge), indem bis nach der Beendigung des Beschichtungsvorgangs verhindert wird, dass der Kanal der Schlitzfläche (Seitenfläche) ausgesetzt wird. Die Austrittsmerkmale können auch als eine Dosiereinrichtung dienen, um einen Fluss des Kühlfluids innerhalb des Kanals zu regulieren. Der erste und zweite Kühlkanal und das erste und zweite Austrittsmerkmal können durch einen geeigneten Prozess, z.B. ein maschinelles Funkenerodieren, erzeugt werden. Beispielsweise können der erste und der zweite Kühlkanal innerhalb des Mantelkörpers, der sich von der ersten Seite, die zu dem Mantelkörper benachbart ist, bis zu einer zweiten Seite, die zu einem zweiten Seitenrand des Mantelkörpers benachbart ist, erstreckt, durch eine Funkenerodierbearbeitung erzeugt werden. Die Austrittsmerkmale (z.B. ein Brückenabschnitt) entlang des ersten und des zweiten Seitenrandes können durch jeden geeigneten Prozess, z.B. maschinelles Funkenerodieren, erzeugt werden. Die Austrittsmerkmale werden innerhalb der Endabschnitte (z.B. des zweiten Endabschnitts) der Kanäle mittels eines geeigneten Prozesses, z.B. mittels maschinellen Funkenerodierens, erzeugt. Ein eine Öffnung hervorholender Arbeitsgang kann dann verwendet werden, um ein Austrittsmerkmal und Kühldurchgänge für das Durchleiten eines Kühlfluids durch die Austrittsmerkmale und die Kühldurchgänge zu erzeugen, um die Kühlung des Turbinenmantels zu verbessern.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Turbinensystems 10. Wie nachstehend detailliert beschrieben, kann das offenbarte Turbinensystem 10 (z.B. eine Gasturbine) einen Turbinenmantel oder andere Komponenten mit Kühlkanälen verwenden, die nachstehend beschrieben sind, welche die Beanspruchungsarten in den Heißgasströmungspfadkomponenten reduzieren und die Effizienz des Turbinensystems 10 verbessern können. Das Turbinensystem 10 kann Flüssig- oder Gasbrennstoff, wie z.B. Erdgas und/oder ein wasserstoffreiches Synthesegas, nutzen, um das Turbinensystem 10 anzutreiben. Gemäß Darstellung nehmen Brennstoffdüsen 12 eine Brennstoffzufuhr 14 auf, vermischen den Brennstoff mit einer Oxidationsmittel, z.B. Luft, Sauerstoff, Sauerstoff angereicherter Luft, Sauerstoff reduzierter Luft oder einer beliebige Kombination davon. Obwohl sich die folgende Beschreibung auf das Oxidationsmittel als Luft bezieht, können beliebige geeignete Oxidationsmittel bei den offenbarten Ausführungsformen verwendet werden. Nachdem der Brennstoff und die Luft vermischt wurden, verteilen die Brennstoffdüsen 12 das Brennstoff-Luft-Gemisch in eine Brennkammer 16 in einem geeigneten Verhältnis für optimale Verbrennung, Emissionen, Brennstoffverbrauch und Leistungsabgabe. Das Turbinensystem 10 kann eine oder mehrere Brennstoffdüsen 12 enthalten, die innerhalb von einer oder mehreren Brennkammer(n) 16 angeordnet sind. Das Brennstoff-Luft-Gemisch verbrennt in einer Kammer innerhalb der Brennkammer 16, wodurch heiße unter Druck stehende Abgase erzeugt werden. Die Brennkammer 16 leitet die Abgase (z.B. heißes unter Druck stehendes Gas) durch ein Übergangsstück in einen Turbinenleitapparat (oder „Leitapparat der ersten Stufe“) und andere Stufen von Laufschaufeln (oder Schaufeln) und Düsen, die eine Drehung einer Turbine 18 innerhalb eines Turbinengehäuses 19 (z.B. eines Außengehäuses) bewirken. Die Abgase strömen in Richtung eines Abgasauslasses 20. Während die Abgase die Turbine 18 passieren, zwingen die Gase die Turbinenschaufeln (oder -laufschaufeln) zum Drehen einer Welle 22 an einer Achse des Turbinensystems 10. Gemäß der Darstellung kann die Welle 22 mit verschiedenen Komponenten des Turbinensystems 10, einschließlich eines Verdichters 24, verbunden sein. Der Verdichter 24 enthält auch mit der Welle 24 verbundene Schaufeln. Während sich die Welle 22 dreht, drehen sich auch die Schaufeln in dem Verdichter und verdichten dadurch Luft aus einem Lufteinlass 26 durch den Verdichter 24 hindurch und in die Brennstoffdüsen 12 und/oder die Brennkammer 16 hinein. Ein Teil der verdichteten Luft (z.B. Ausstoßluft) aus dem Verdichter 24 kann zu der Turbine 18 oder ihren Komponenten umgeleitet werden, ohne dass sie die Brennkammer 16 passiert. Die Ausstoßluft (z.B. ein Kühlfluid) kann verwendet werden, um Turbinenkomponenten, z.B. Mäntel und Leitapparate an dem Stator, zusammen mit Laufschaufeln, Laufscheiben und Abstandshaltern an dem Rotor zu kühlen. Die Welle 22 kann ferner mit einer Last 28 verbunden sein, welche ein Fahrzeug oder eine stationäre Last, wie z.B. ein elektrischer Generator in einem Kraftwerk oder ein Propeller in einem Flugzeug, sein kann. Die Last 28 kann jede beliebige geeignete Vorrichtung enthalten, die durch die Drehleistungsabgabe des Turbinensystems 10 angetrieben werden kann. Das Turbinensystem 10 kann sich entlang einer axialen Achse oder Richtung 30, einer radialen Richtung 32 in Richtung oder weg von der Achse 30 und in eine Umfangsrichtung 34 um die Achse 30 herum erstrecken. In einer Ausführungsform sind Heißgaskomponenten (z.B. Turbinenmantel, Leitapparat, usw.) in der Turbine 18 angeordnet, wo heiße Gase über die Komponenten strömen und Kriechen, Oxidation, Abnutzung und thermische Ermüdung der Turbinenkomponenten verursachen. Die Turbine 18 kann ein oder mehrere Turbinenmantelsegmente (z.B. innere Turbinenmantelsegmente) mit Kühldurchgängen (z.B. oberflächennahen Mikrokanälen) enthalten, um eine Steuerung der Temperatur der Heißgaspfadkomponenten zu ermöglichen (z.B. indem sie weniger Kühlluft als typische Kühlsysteme für Mäntel verwenden), um die Beanspruchungsarten in den Komponenten zu reduzieren, um die Betriebsdauer der Komponenten zu verlängern (während sie ihre beabsichtigten Funktionen erfüllen), mit dem Betrieb des Turbinensystems 10 einhergehende Kosten zu reduzieren und den Wirkungsgrad des Gasturbinensystems 10 zu verbessern.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines inneren Turbinenmantelsegmentes 36, das mit einem äußeren Turbinenmantelsegment 38 gekoppelt ist, um ein Turbinenmantelsegment 40 zu bilden. Die Turbine 18 enthält mehrere Turbinenmantelsegmente 40, die zusammen einen jeweiligen Ring um jeweilige Turbinenstufen herum bilden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Turbine 18 für jedes Turbinenmantelsegment 40, das in der Umfangsrichtung 34 um eine Drehachse der Turbine 18 (und eine Turbinenstufe) herum angeordnet ist, mehrere innere Turbinenmantelsegmente 36 enthalten, die mit jeweiligen äußeren Turbinenmantelsegmenten 38 gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen kann die Turbine 18 mehrere innere Turbinenmantelsegmente 36 enthalten, die mit dem äußeren Turbinenmantelsegment 38 gekoppelt sind, um das Turbinenmantelsegment 40 zu bilden.
Wie dargestellt, enthält das innere Turbinenmantelsegment 40 einen Körper 42 mit einem stromaufwärtigen oder vorderen Rand 44 und einem stromabwärtigen oder hinteren Rand 46, die beide mit dem Heißgasströmungspfad 47 eine Grenz- bzw. Verbindungsstelle bilden. Der Körper 42 enthält ferner einen ersten Seitenrand 48 (z.B. eine erste Schlitzfläche) und einen zweiten Seitenrand 50 (z.B. zweite Schlitzfläche), der dem ersten Seitenrand 48 gegenüberliegend angeordnet ist, wobei sich beide zwischen dem vorderen Rand 44 und dem hinteren Rand 46 erstrecken. Der Körper 42 enthält ferner ein Paar gegenüberliegender lateraler Seiten 52, 54, die sich zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand 44, 46 und dem ersten und zweiten Seitenrand 48, 50 erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen kann der Körper 42 (insbesondere können die lateralen Seiten 52, 54) in der Umfangsrichtung 34 zwischen dem ersten und dem zweiten Seitenrand 48, 50 und/oder in der axialen Richtung 30 zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand 44, 46 bogenförmig gestaltet sein. Die laterale Seite 52 ist eingerichtet, um eine Grenz- bzw. Verbindungsstelle mit einem Hohlraum 56 zu bilden, der zwischen dem inneren Turbinenmantelsegment 36 und dem äußeren Turbinenmantelsegment 38 definiert ist. Die laterale Seite 54 ist eingerichtet, um innerhalb der Turbine 18 zu dem Heißgasströmungspfad 47 hin ausgerichtet zu sein.
Wie detaillierter nachstehend beschrieben, kann der Körper 42 mehrere Kanäle (z.B. Kühlkanäle oder Mikrokanäle) enthalten, die innerhalb der lateralen Seite 54 angeordnet sind, um zu helfen, die Heißgasströmungspfadkomponenten (z.B. den Turbinenmantel 40, das innere Turbinenmantelsegment 36, usw.) zu kühlen. Eine vorgesinterte Vorform(PSP)-Schicht 58 kann an der lateralen Seite 54 angeordnet (z.B. darauf aufgelötet) sein, so dass eine erste Oberfläche 60 der PSP-Schicht 58 gemeinsam mit dem Körper 42 die Kanäle definiert (z.B. umschließt) und eine zweite Oberfläche 62 der PSP-Schicht 58 mit dem Heißgasströmungspfad 47 verbunden ist. Die PSP-Schicht 58 kann aus Superlegierungen und Hartlötmaterial ausgebildet sein. In bestimmten Ausführungsformen kann eine Wärmeschutzbeschichtung (TBC) auf der PSP-Schicht 54 angeordnet sein. Die TBC kann aus einem Wärmeschutzmaterial, z.B. aus Keramik (z.B. mit Yttriumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid) und/oder aus hitzebeständigen Oxiden (z.B. Oxiden, die aus den Elementen der Gruppen IV, V und VI gebildet sind, Oxiden, die durch Elemente der Gruppe der Lathanide, wie z.B. La, Nd, Gd, Yb, usw. modifiziert sind), erzeugt sein. In bestimmten Ausführungsformen kann als eine Alternative zu der PSP-Schicht 58 ein Nicht-PSP-Metallblech an der lateralen Seite 54 angeordnet sein, das gemeinsam mit dem Körper 42 die Kanäle definiert. In bestimmten Ausführungsformen können die Kanäle vollständig innerhalb des Körpers 42 nahe der lateralen Seite 54 gegossen sein. In bestimmten Ausführungsformen kann, als eine Alternative zu der PSP-Schicht 58, eine Schutzbeschichtung oder TBC-Brücke verwendet werden, um die Kanäle innerhalb des Körpers 42 zu umschließen.
Der Körper 42 enthält Hakenabschnitte 64, 66, um eine Kopplung des inneren Turbinensegmentes 36 des Turbinenmantels mit dem äußeren Turbinenmantelsegment 38 zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Hakenabschnitt 64 (zu dem vorderen Rand 44 benachbart angeordnet) in eine Aussparung 68 des äußeren Turbinenmantelsegmentes 38 passen. Der Hakenabschnitt 66 kann an einem Hakenabschnitt 70 des äußeren Turbinenmantelsegmentes 38 anliegen, und sie sind mittels einer Haltevorrichtung 72 miteinander gekoppelt. Wie vorstehend beschrieben, definieren die laterale Seite 52 des inneren Turbinenmantelsegmentês 36 und das äußere Turbinenmantelsegment 38 den Hohlraum 56. Das äußere Turbinenmantelsegment 38 befindet sich in der Turbine 18 im Wesentlichen in der Nähe eines relativ kühlen Fluids oder einer relativ kühlen Luft (d.h., kühler als die Temperatur in dem Heißgasströmungspfad 47) aus dem Verdichter 24. Das äußere Turbinenmantelsegment 38 enthält einen (nicht gezeigten) Durchgang, um das Kühlfluid oder die Luft aus dem Verdichter 24, der dem Hohlraum 56 das Kühlfluid zuführt, aufzunehmen. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, strömt das Kühlfluid zu den Kanälen innerhalb des Körpers 42 des inneren Turbinenmantelsegmentes 36 über Einlassdurchgänge, die innerhalb des Körpers 42 angeordnet sind und sich von der lateralen Seite 52 bis zu den Kanälen erstrecken. Jeder Kanal enthält einen ersten Endabschnitt, der einen hakenförmigen Abschnitt mit einem freien Ende und einen zweiten Endabschnitt enthält. Der zweite Endabschnitt kann ein Austrittsmerkmal (z.B. einen Abschnitt des Körpers 42, der sich in den Kanal hinein erstreckt) enthalten, um die Blockade des Kanals 74 während des Beschichtungsvorgangs (der Beschichtungsvorgänge) zu reduzieren, indem bis nach der Beendigung des Beschichtungsvorgangs verhindert wird, dass der Kanal 74 der Schlitzfläche (Seitenfläche) ausgesetzt wird. Das Austrittsmerkmal könnte auch als eine Dosiereinrichtung dienen, um eine Strömung des Kühlfluids innerhalb des Kanals 74 zu regulieren. In bestimmten Ausführungsformen dient jeder Kanal selbst (den zweiten Endabschnitt ausschließend) als eine Dosiereinrichtung (z.B. enthält einen Abschnitt des Körpers 42, der sich in den Kanal hinein erstreckt). In anderen Ausführungsformen können mit dem hakenförmigen Abschnitt gekoppelte Einlassdurchgänge ein Dosiermerkmal (z.B. einen Abschnitt des Körpers 42, der sich in den Einlassdurchgang hinein erstreckt) enthalten. In bestimmten Ausführungsformen enthält der Kanal selbst, der zweite Endabschnitt oder der Einlassdurchgang oder eine Kombination von diesen ein Dosiermerkmal. Außerdem tritt das Kühlfluid aus den Kanälen (und dem Körper 42) über die zweiten Endabschnitte an dem erster Seitenrand 48 und/oder dem zweiten Seitenrand 50 aus. In bestimmten Ausführungsformen können die Kanäle in einem abwechselnden Muster angeordnet sein, wobei ein Kanal den ersten Endabschnitt aufweist, welcher zu dem ersten Seitenrand 48 benachbart angeordnet ist, und der zweite Endabschnitt zu dem zweiten Seitenrand 50 benachbart angeordnet ist, während ein benachbarter Kanal die entgegengesetzte Ausrichtung aufweist (d.h., der erste Endabschnitt ist zu dem zweiten Seitenrand 50 benachbart angeordnet, und der zweite Endabschnitt ist zu dem ersten Seitenrand 48 benachbart angeordnet). Die hakenförmigen Abschnitte der Kanäle stellen einen größeren Kühlbereich (z.B. größer als typische Kühlsysteme für Turbinenmäntel) bereit, indem sie eine Länge des Kühlkanals benachbart zu den Schlitzflächen vergrößern, während sie den Fluss auf einem Minimum halten. Außerdem ermöglicht der hakenförmige Abschnitt eine bessere Beabstandung der geraden Abschnitte der Kanäle. Die Form der Kanäle ist ebenfalls optimiert, um eine adäquate Kühlung im Falle verstopfter Kanäle zu erzielen. Die offenbarten Ausführungsformen des inneren Turbinenmantelsegments können eine Kühlung des inneren Turbinenmantelsegmentes mit weniger Luft (z.B. als typische Kühlsysteme für Turbinenmäntel) ermöglichen, was reduzierte Kosten, die mit der zur Kühlung verwendeten anrechenbaren Luft einhergehen, zur Folge hat.
3 ist eine Ansicht von unten (z.B. eine Ansicht der lateralen Seite 54 des Körpers 42, die in Richtung des Heißgasströmungspfads gerichtet ist) einer Ausführungsform des inneren Turbinenmantelsegmentes 36 ohne die PSP-Schicht 58. Wie dargestellt, enthält der Körper 42 mehrere Kanäle 74 (z.B. Kühlkanäle oder Mikrokanäle), die innerhalb der lateralen Seite 54 angeordnet sind. Der Körper 42 kann 2 bis 40 oder mehr Kanäle 74 enthalten (der Körper 42 enthält, wie dargestellt, 23 Kanäle 74). Jeder Kanal 74 ist eingerichtet, um ein Kühlfluid aus dem Hohlraum 56 aufzunehmen. Jeder Kanal 74 enthält einen ersten Endabschnitt 76, der einen hakenförmigen Abschnitt 78 mit einem freien Ende 80 enthält. Jeder hakenförmige Abschnitt 78 weist einen Hakenbiegeradius im Bereich von ungefähr 0,05 bis 4 mm, 0,1 bis 3 Millimeter (mm), 1,14 bis 2,5 mm und allen Unterbereichen dazwischen auf. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, ist das freie Ende 80 jedes hakenförmigen Abschnitts 78 mit Einlassdurchgängen gekoppelt, die die Kanäle 74 befähigen, das Kühlfluid aus dem Hohlraum 56 aufzunehmen. Die Krümmung des hakenförmigen Abschnitts 78 ermöglicht die Anordnung mehrerer Kanäle 74 innerhalb der lateralen Seite 54. Außerdem ergibt der hakenförmige Abschnitt 78 einen größeren Kühlbereich (z.B. größer als typische Kühlsysteme für Turbinenmäntel), indem er eine Länge des Kühlkanals 74 benachbart zu den Seitenrändern 48, 50 erhöht, während er den Fluss auf einem Minimum hält. Außerdem ermöglicht der hakenförmige Abschnitt 78 eine bessere Beabstandung der geraden Abschnitte der Kanäle 74. Ferner ermöglicht die Umkehr des hakenförmigen Abschnitts 78, dass die geraden Abschnitte der Kanäle von einem benachbarten Kanal gleichmäßig entfernt sind, um den Hauptabschnitt des Körpers 42 des Mantelsegments 36 zu schaffen. In bestimmten Ausführungsformen könnte der hakenförmige Abschnitt 78 angepasst werden, um zu ermöglichen, dass die Beabstandung der geraden Abschnitte der Kanäle 74 für Bereiche mit höherer Wärmelast enger gepackt ist. Im Großen und Ganzen ist die Form der Kanäle 74 ebenfalls optimiert, um eine adäquate Kühlung im Falle, dass Kanäle 74 verstopften, zu erzielen. Jeder Kanal 74 enthält ferner einen zweiten Endabschnitt 82, der es ermöglicht, dass das verbrauchte Kühlfluid aus dem Körper 42 über die Seitenränder 48, 50 über Austrittslöcher austritt, wie durch die Pfeile 84 angezeigt. In bestimmten Ausführungsformen enthält der zweite Endabschnitt 82 ein Dosiermerkmal, das eingerichtet ist, um einen Fluss des Kühlfluids innerhalb des jeweiligen Kanals 74 zu regulieren (z.B. zu dosieren). In bestimmten Ausführungsformen kann jeder Kanal 74 an dem zweiten Endabschnitt 82 einen segmentierten Kanal bilden. Insbesondere kann sich innerhalb des zweiten Endabschnitts 82 ein Brückenabschnitt des Körpers 42 über jeden Kanal 74 erstrecken (z.B. in einer Richtung von dem vorderen Rand 44 zu dem hinteren Rand 46), wobei sich ein Abschnitt des Kanals 74 stromaufwärts des Brückenabschnitts und ein Abschnitt des Kanals 74 stromabwärts des Brückenabschnitts befinden. Ein Durchgang kann sich unterhalb des Brückenabschnitts erstrecken, wobei er die Abschnitte des Kanals 74 stromaufwärts und stromabwärts des Brückenabschnitts miteinander strömungsmäßig verbindet. In bestimmten Ausführungsformen dient jeder Kanal 74 selbst (den zweiten Endabschnitt 82 ausschließend) als eine Dosiereinrichtung (z.B. enthält einen Abschnitt des Körpers 42, der sich in den Kanal hinein erstreckt). In anderen Ausführungsformen können mit dem hakenförmigen Abschnitt 78 gekoppelte Einlassdurchgänge ein Dosiermerkmal enthalten (z.B. einen Abschnitt des Körpers 42, der sich in den Einlassdurchgang hinein erstreckt). In bestimmten Ausführungsformen enthält der Kanal 74 selbst, der zweite Endabschnitt 82 oder der Einlassdurchgang oder eine Kombination von diesen ein Dosiermerkmal.
Wie dargestellt, enthalten einige der Kanäle 74 (z.B. der Kanal 86) den hakenförmigen Abschnitt 78 des ersten Endabschnitts 76, der zu dem Seitenrand 50 benachbart angeordnet ist, und den zweiten Endabschnitt 82, der zu dem Seitenrand 48 benachbart angeordnet ist, während einige der Kanäle 74 (z.B. der Kanal 88) den hakenförmigen Abschnitt 78 des ersten Endabschnitts 76, der zu dem Seitenrand 48 benachbart angeordnet ist, und des zweiten Endabschnitts 82 enthalten, der zu dem Seitenrand 50 benachbart angeordnet ist. In bestimmten Ausführungsformen sind die Kanäle 74 in einem abwechselnden Muster (z.B. die Kanäle 86, 88) angeordnet, wobei ein einzelner Kanal 74 den hakenförmigen Abschnitt 78, der zu einem Seitenrand 48 oder 50 benachbart angeordnet ist, und den zweiten Endabschnitt 82 (z.B. in bestimmten Ausführungsformen mit dem Dosiermerkmal) aufweist, der zu dem gegenüberliegenden Seitenrand 48 oder 50 benachbart angeordnet ist, wobei der benachbarte Kanal 74 die entgegengesetzte Ausrichtung aufweist. Wie dargestellt, erstrecken sich die Kanäle 74 zwischen den Seitenrändern 48, 50 von der Nachbarschaft zu dem vorderen Rand 44 bis zu der Nachbarschaft zu dem hinteren Rand 46. In bestimmten Ausführungsformen können sich die Kanäle 74 zwischen den Seitenrändern 48, 50 erstrecken, wodurch sie ungefähr 50 bis 90 Prozent, 50 bis 70 Prozent, 70 bis 90 Prozent und alle darin liegenden Unterbereiche einer Länge 90 des Körpers 42 zwischen dem vorderen Rand 44 und dem hinteren Rand 46 abdecken. Die Kanäle 74 können sich beispielsweise zwischen den Seitenrändern 48, 50 erstrecken, wobei sie ungefähr 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85 oder 90 Prozent der Länge 90 abdecken. Dies ermöglicht eine Kühlung entlang sowohl der Seitenränder 48, 50 als auch eine Kühlung über einen wesentlichen Abschnitt des Körpers 42 hinweg (insbesondere die laterale Seite 54, die in Richtung des Heißgasströmungspfads 47 ausgerichtet ist) zwischen sowohl dem vorderen Rand 44 und dem hinteren Rand 46 als auch den Seitenrändern 48, 50.
4 ist eine Draufsicht (z.B. eine Ansicht der lateralen Seite 52, die mit dem Hohlraum 56 verbunden ist) einer Ausführungsform des inneren Turbinenmantelsegmentes 36. Wie dargestellt, enthält der Körper mehrere Öffnungen oder Durchlässe 92, die es dem Kühlfluid ermöglichen, aus dem Hohlraum 56 über Einlassdurchgänge in die Kanäle 74 hinein zu strömen. 5 ist eine perspektivische Querschnittansicht einer Ausführungsform des inneren Turbinenmantelsegmentes 36 gemäß 4, die entlang der Linie 5-5 geschnitten ist. Wie dargestellt, erstrecken sich die Einlassdurchgänge 94 (dargestellt als Strichlinien) im Wesentlichen in der radialen Richtung 32 von den freien Enden 80 der hakenförmigen Abschnitte 78 der Kanäle 74 aus bis zu der lateralen Seite 52, um es dem Kühlfluid zu ermöglichen, in die Kanäle 74 hinein zu strömen. In bestimmten Ausführungsformen können die Einlassdurchgänge 94 bezüglich der lateralen Seite 54 gewinkelt sein. Ein Winkel der Einlassdurchgänge 94 kann beispielsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 45 und 90 Grad, 45 und 70 Grad, 70 und [...] Grad, und in allen darin befindlichen Unterbereichen liegen.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform des inneren Turbinenmantelsegmentes 36 (z.B. ohne die PSP-Schicht 58), die einen segmentierten Kanal 96 für den zweiten Endabschnitt 82 des Kanals 74 veranschaulicht. In bestimmten Ausführungsformen enthält der zweite Endabschnitt 82 ein Dosiermerkmal (z.B. einen Brückenabschnitt 98), das eingerichtet ist, um einen Fluss eines Kühlfluids innerhalb des jeweiligen Kanals 74 zu regulieren (z.B. zu dosieren). Insbesondere kann sich der Brückenabschnitt 98 des Körpers 42 über jeden Kanal 74 (z.B. in eine Richtung (z.B. in die axiale Richtung 30) von dem vorderen Rand 44 zu dem hinteren Rand 46) innerhalb des zweiten Endabschnitts 82 erstrecken, um den segmentierten Kanal 96 mit einem Abschnitt 100 des Kanals 74 stromaufwärts des Brückenabschnitts 98 und einem Abschnitt 102 des Kanals 74 stromabwärts des Brückenabschnitts 98 zu bilden. Der Brückenabschnitt 98 kann sich auch teilweise in den Kanal 74 hinein in der radialen Richtung 32 erstrecken. Ein Durchgang 104 kann sich unterhalb des Brückenabschnitts 98 erstrecken, wobei er die Abschnitte 100, 102 des Kanals 74 stromaufwärts und stromabwärts des Kanals 74 miteinander strömungsmäßig verbindet, um es dem Kühlfluid zu ermöglichen, über die Austrittslöcher 105 auszutreten. In bestimmten Ausführungsformen dient jeder Kanal 74 selbst (den zweiten Endabschnitt 82 ausschließend) als eine Dosiereinrichtung (z.B. enthält einen Abschnitt des Körpers 42, der sich in den Kanal hinein erstreckt). In anderen Ausführungsformen können die mit dem hakenförmigen Abschnitt 78 gekoppelten Einlassdurchgänge 94 ein Dosiermerkmal (z.B. einen Abschnitt des Körpers 42, der sich in den Einlassdurchgang hinein erstreckt) enthalten. In bestimmten Ausführungsformen enthält der Kanal 74 selbst, der zweite Endabschnitt 82 oder der Einlassdurchgang 94 oder eine Kombination derselben ein Dosiermerkmal.
7 stellt eine Ausführungsform dar, die die Endabschnitte 81 (z.B. den zweiten Endabschnitt 82, den dritten Endabschnitt 83) der segmentierten Kühlkanäle 74 zeigt. In der dargestellten Ausführungsform enthalten die Endabschnitte 81 segmentierte Kühlkanäle (z.B. einen ersten segmentierten Kühlkanal 96, einen zweiten segmentierten Kanal 108), die ein Austrittsmerkmal 106 (z.B. den Brückenabschnitt 98) aufweisen. Die Austrittsmerkmale 106 werden (wie detailliert unter Bezugnahme auf 9 beschrieben) durch eine Elektrode erzeugt. In einigen Ausführungsformen regulieren oder dosieren die Austrittsmerkmale 106 einen Fluss eines Kühlfluids, z.B. Luft, innerhalb des ersten Kanals 86 bzw. des zweiten Kanals 88.
8 stellt eine Ausführungsform dar, die die Abmessungen der Endabschnitte 81 der segmentierten Kühlkanäle 74 zeigt. Der Endabschnitt 81 kann einen ersten Abschnitt 112, der benachbart zu und stromaufwärts 75 von dem Austrittsmerkmal 106 angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt 114 enthalten, der benachbart zu und stromabwärts 77 von dem Austrittsmerkmal 106 angeordnet ist. In der dargestellten Ausführungsform weist der erste Abschnitt 112 eine erste Weite 120 in einer ersten Richtung 122 (z.B. der axialen Richtung 30) auf. Der zweite Abschnitt 114 weist eine zweite Weite 122 in der ersten Richtung (z.B. der axialen Richtung 30) auf, und die zweite Weite 122 ist größer als die erste Weite 120. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Weite 122 das wenigstens 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder Mehrfache der Weite der ersten Weite 120 betragen.
In der dargestellten Ausführungsform kann das Austrittsmerkmal 106 in den Mantelkörper 42 maschinell funkenerodiert sein. Das Austrittsmerkmal 106 enthält Körperabschnitte, die sich über die Endabschnitte 81 der Kanäle 74 in der ersten Richtung (z.B. der axialen Richtung 30) erstrecken. Das innere Mantelsegment 36 enthält Körperabschnitte, die sich in Richtung der zweiten lateralen Seite 54 in einer radialen Richtung 32 erstrecken (z.B. den äußeren Abschnitt in Fluidverbindung mit einem Heißgasströmungspfad).
In der dargestellten Ausführungsform enthält das innere Mantelsegment 36 einen ersten Durchgang 86 und einen zweiten Durchgang 88. Der erste und der zweite Durchgang 86, 88 weisen eine dritte Weite, die durch den Pfeil 124 dargestellt ist, in einer dritten Richtung (z.B. der radialen Richtung 32) auf, welche enger sein kann als sowohl die erste Weite 120 als auch die zweite Weite 122. Der zweite Endabschnitt 82 und der erste Körperabschnitt 126 definieren den ersten Durchgang 86 zwischen dem ersten 112 und dem zweiten 114 Abschnitt des zweiten Endabschnitts 82.
9 stellt eine Form dar, die durch eine Elektrode erzeugt wird, um die Austrittsmerkmale 106 und den segmentierten Kühldurchgang 74 zu bilden. Die Elektrode wird verwendet, um die segmentierten Kühlkanäle 74 und die Austrittsmerkmale 106 zu erzeugen. Der Körper 42 kann eine Körperhöhe 109 in der radialen Richtung 32 aufweisen. Eine Kanalhöhe 111 kann innerhalb des Körpers 42 durch die Elektrode dort gebildet sein, wo die Kühlkanäle 74 und die Austrittsmerkmale 106 ausgebildet sind. Die Kanalhöhe 111 kann 10 bis 75%, 25 bis 60%, 30 bis 50% und alle Unterbereiche dazwischen der Größe der Körperhöhe 109 betragen.
Wie ferner unter Bezugnahme auf 10 beschrieben, können der erste und der zweite Abschnitt 112, 114 des zweiten Endabschnitts 82 und der dritte und vierte Abschnitt 116, 118 des dritten Endabschnitts 83 in den Mantelkörper 42 hinein durch jeden beliebigen geeigneten Herstellungsprozess, z.B. durch Funkenerodierbearbeitung, maschinell eingearbeitet werden. Der erste und der zweite Abschnitt 112, 114 des zweiten Endabschnitts 82 und der dritte und vierte Abschnitt 116, 118 des dritten Endabschnitts 83 können erzeugt werden, bevor die vorgesinterte Vorformschicht 58 auf der zweiten lateralen Seite 54 aufgelötet oder mit dieser verschmolzen wird. Der erste und zweite Durchgang 86, 88 können in den Mantelkörper 42 hinein durch einen „eine Öffnung hervorholenden Arbeitsgang“ der Kühlkanäle 74 maschinell funkenerodiert werden, um die segmentierten Kühlkanäle 86, 88 zu erzeugen. Der erster und zweite Durchgang 86, 88 können in den Mantelkörper 42 hinein durch einen eine Öffnung hervorholenden Arbeitsgang maschinell funkenerodiert werden, nachdem die vorgesinterte Vorformschicht 58 auf der zweiten lateralen Seite 54 aufgelötet oder mit dieser verschmolzen wurde. In der dargestellten Ausführungsform enthalten der erste Endabschnitt und der vierte Endabschnitt 76, 85 einen hakenförmigen Abschnitt 70 mit einem freien Ende 80. Die freien Enden 80 bilden jeweilige Einlassdurchgänge (z.B. Kühldurchgänge 74), die mit jedem freien Ende 80 gekoppelt sind. Die freien Enden 80 erstrecken sich in der radialen Richtung 32 zu der ersten laterale Seite 52 des Mantelkörpers 42. Die jeweiligen Einlassdurchgänge (z.B. Kühlkanäle 52, Kühldurchgänge) führen ein Kühlfluid, z.B. Luft, aus dem Hohlraum jedem der jeweiligen Kühlkanäle 74 zu.
10 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 130 zur Herstellung des inneren Turbinenmantelsegmentes 36. Das Verfahren 130 enthält das Gießen des Körpers 42 (Block 132). Das Verfahren 130 enthält ferner ein Schleifen einer Gaspfadoberfläche auf dem Körper 42 (Block 134). Insbesondere kann die laterale Seite 54, die eingerichtet ist, um in Richtung des Heißgasströmungspfads 47 gerichtet zu sein, zu einer bogenförmigen Gestalt in der Umfangsrichtung 34 zwischen dem ersten und dem zweiten Seitenrand 48, 50 und/oder in der axialen Richtung 30 zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand 44, 46 geschliffen werden. Das Verfahren 130 enthält ferner ein maschinelles Funkenerodieren der Kanäle 74 in die laterale Seite 54 des Körpers 42 (Block 136). Das Verfahren 130 enthält noch ferner das Erzeugen (z.B. maschinelle Fertigung, Funkenerodieren, usw.) der Austrittsmerkmale oder Austrittmarkierungsmerkmale (z.B. des Brückenabschnitts 102), die anzeigen, wo Austrittslöcher 105 in dem zweiten Endabschnitt 82 der Kanäle 74 gebohrt oder funkenerodiert werden sollten (Block 138). Das Verfahren 130 enthält noch ferner das Erzeugen (z.B. maschinelle Fertigung, Funkenerodieren, etc.) der Einlassdurchgänge 94 von den lateralen 52 bis zu den freien Enden 80 der hakenförmigen Abschnitte 78 der ersten Endabschnitte 76 der Kanäle 74 (Block 140). Das Verfahren 130 enthält ein Maskieren der Öffnungen oder Durchlässe 92 der Einlassdurchgänge 94 (Block 142), um Schmutz daran zu hindern, während der Herstellung des inneren Turbinenmantelsegmentes 36 in die Kanäle 74 hinein zu gelangen. Das Verfahren 130 enthält ein Auflöten der PSP-Schicht 58 auf die laterale Seite 54 (Block 144), so dass die erste Oberfläche 60 der PSP-Schicht 58 gemeinsam mit dem Körper 42 die Kanäle 74 definiert (z.B. umschließt) und die zweite Oberfläche 62 der PSP-Schicht 58 mit dem Heißgasströmungspfad 47 verbunden ist. In bestimmten Ausführungsformen kann als eine Alternative zu der PSP-Schicht 58 ein Nicht-PSP-Metallblech an der lateralen Seite 54 angeordnet werden, die gemeinsam mit dem Körper 42 die Kanäle 74 definiert. In bestimmten Ausführungsformen kann als eine Alternative zu der PSP-Schicht 58 eine Schutzbeschichtung oder TBC-Brücke verwendet werden, um die Kanäle 74 innerhalb des Körpers 42 zu umschließen. Das Verfahren 130 enthält ferner ein Überprüfen der Anlötung der PSP-Schicht 58 an dem Körper 42 (Block 146). Das Verfahren 130 enthält noch ferner eine maschinelle Fertigung der Schlitzflächen (z.B. der Seitenränder 48, 50) (Block 148). Das Verfahren 130 enthält noch ferner das Entfernen der Maskierung aus den Öffnungen 92 der Einlassdurchgänge 94 (Block 150). Das Verfahren 130 enthält sogar noch ferner ein Formen (z.B. maschinelle Fertigung, Funkenerodieren, etc.) der Austrittsdosierlöcher 105 der zweiten Endabschnitte 82 der Kanäle 74, um es dem Kühlfluid zu ermöglichen, aus den Seitenrändern 48, 50 auszutreten (Block 152). In bestimmten Ausführungsformen können die Kanäle 74, die Dosiermerkmale und die Einlassdurchgänge 94 innerhalb des Körpers 42 gegossen sein.
Technische Effekte der offenbarten Ausführungsformen enthalten die Verwendung mehrerer Kühlkanäle, um Bereiche eines Turbinenmantels zu kühlen. Die Kühlkanäle enthalten zumindest einen ersten Kühlkanal mit einem ersten und einem zweiten Endabschnitt und einen zweiten Kühlkanal mit einem dritten und einem vierten Endabschnitt. Der zweite Endabschnitt enthält einen ersten segmentierten Kanal mit einem ersten Austrittsmerkmal, und der dritte Endabschnitt enthält einen zweiten segmentierten Kanal mit einem zweiten Austrittsmerkmal. Die Austrittsmerkmale reduzieren die Blockade des Kanals während des Beschichtungsvorgangs (z.B. indem sie verhindern, dass der Kanal den Schlitzflächen (Seitenflächen) ausgesetzt ist, bis der Beschichtungsvorgang beendet ist). Das Austrittsmerkmal kann auch als ein Dosiermerkmal wirken, um einen Fluss des Kühlfluids innerhalb des Kanals zu regulieren. Der erste und der zweite Kühlkanal und das erste und das zweite Austrittsmerkmal können durch einen geeigneten Prozess, z.B. maschinelle Funkenerosionsbearbeitung, erzeugt werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um den Gegenstand, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, einschließlich beliebige Vorrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang des Gegenstands ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Ein System enthält ein Mantelsegment zur Verwendung in einer Turbine und enthält einen Körper 42, der einen vorderen und einen hinteren Rand 44, 46, einen ersten und einen zweiten Seitenrand 48, 50 und ein Paar von gegenüberliegenden lateralen Seiten 52, 54 zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand 44, 46 und dem ersten und zweiten Seitenrand 48, 50 aufweist. Eine erste laterale Seite 52 ist mit einem Hohlraum verbunden, der ein Kühlfluid aufweist. Ein erster Kanal 86 enthält einen ersten und zweiten Endabschnitt 82. Ein zweiter Kanal 88 enthält einen dritten Endabschnitt 83 und einen vierten Endabschnitt 85. Der erste und der zweite Kanal 86, 88 nehmen das Kühlfluid aus dem Hohlraum 56 auf, um den Körper 42 zu kühlen. Der zweite Endabschnitt 82 enthält einen ersten segmentierten Kanal mit einem ersten Dosiermerkmal 98, und der dritte Endabschnitt 83 enthält einen zweiten segmentierten Kanal mit einem zweiten Austrittsmerkmal 106. Das erste und zweite Austrittsmerkmal 106 dosieren einen Fluss des Kühlfluids innerhalb des ersten und des zweiten Kanals 86, 88.

Claims

Mantelsegment zur Verwendung in einem Turbinenabschnitt (18) einer Gasturbine, das aufweist: einen Körper (42), der einen vorderen Rand (44), einen hinteren Rand (46), einen ersten Seitenrand (48), einen zweiten Seitenrand (50) und ein Paar gegenüberliegender lateraler Seiten (52, 54) zwischen dem vorderen und dem hinteren Rand und dem ersten und zweiten Seitenrand enthält, wobei eine erste laterale Seite (52) des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten (52, 54) eingerichtet ist, um mit einem Hohlraum verbunden zu sein, der ein Kühlfluid aufweist, und eine zweite laterale Seite (54) des Paars gegenüberliegender lateraler Seiten (52, 54) in Richtung eines Heißgasströmungspfads ausgerichtet ist; einen ersten Kanal (86), der innerhalb des Körpers (42) angeordnet ist, wobei der erste Kanal (86) einen ersten Endabschnitt (76) und einen zweiten Endabschnitt (82) aufweist, wobei der erste Endabschnitt (76) zu dem ersten Seitenrand (48) benachbart angeordnet ist und der zweite Endabschnitt (82) zu dem zweiten Seitenrand (50) benachbart angeordnet ist; und einen zweiten Kanal (88), der innerhalb des Körpers (42) angeordnet ist, wobei der zweite Kanal (88) einen dritten Endabschnitt (83) und einen vierten Endabschnitt (85) aufweist, wobei der dritte Endabschnitt (83) zu dem ersten Seitenrand (48) benachbart angeordnet ist und der vierte Endabschnitt (85) zu dem zweiten Seitenrand (50) benachbart angeordnet ist; und wobei der erste und der zweite Kanal eingerichtet sind, um das Kühlfluid aus dem Hohlraum aufnehmen, um den Körper (42) zu kühlen, und wobei der zweite Endabschnitt (82) einen ersten segmentierten Kanal aufweist, der ein erstes Austrittsmerkmal (106) aufweist, und der dritte Endabschnitt (83) einen zweiten segmentierten Kanal aufweist, der ein zweites Austrittsmerkmal (106) aufweist, und wobei das erste und das zweite Austrittsmerkmal eingerichtet sind, um eine Blockade innerhalb des ersten bzw. des zweiten Kanals (86, 88) zu reduzieren.
Mantelsegment gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Endabschnitt (82) einen ersten Abschnitt (112), der benachbart zu und stromaufwärts (75) von dem ersten Austrittsmerkmal (106) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (114) aufweist, der benachbart zu und stromabwärts von dem zweiten Austrittsmerkmal angeordnet ist, und wobei der dritte Endabschnitt (83) einen dritten Abschnitt, der benachbart zu und stromaufwärts (75) von dem zweiten Austrittsmerkmal (106) angeordnet ist und einen vierten Abschnitt aufweist, der benachbart zu und stromabwärts von dem zweiten Austrittsmerkmal (106) angeordnet ist, und wobei der erste und der dritte Abschnitt eine erste Weite (120) in einer ersten Richtung (30) von dem ersten Seitenrand (48) zu dem zweiten Seitenrand (50) aufweisen, der zweite und der vierte Abschnitt eine zweite Weite in der ersten Richtung aufweisen und die zweite Weite größer als die erste Weite ist.
Mantelsegment gemäß Anspruch 2, wobei das erste Austrittsmerkmal (106) einen ersten Körperabschnitt (126) aufweist, der sich über den zweiten Endabschnitt (82) des ersten Kanals (86) in der ersten Richtung erstreckt, und wobei das zweite Austrittsmerkmal (106) einen zweiten Körperabschnitt aufweist, der sich über den dritten Endabschnitt (83) des zweiten Kanals (88) in der ersten Richtung erstreckt.
Mantelsegment gemäß Anspruch 3, wobei sich der erste Körperabschnitt (126) und der zweite Körperabschnitt in einer radialen Richtung zu der zweiten lateralen Seite (54) hin erstrecken.
Mantelsegment gemäß Anspruch 4, wobei der zweite Endabschnitt (82) und der erste Körperabschnitt (126) einen ersten Durchgang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (112, 114) des zweiten Endabschnitts (82) definieren, der dritte Endabschnitt (83) und der zweite Körperabschnitt einen zweiten Durchgang zwischen dem zweiten und dem vierten Abschnitt des dritten Endabschnitts (83) definieren und der erste und der zweite Durchgang eine dritte Weite in einer dritten Richtung (32) aufweisen, die kleiner als sowohl die erste als auch die zweite Weite (120, 122) ist.
Mantelsegment gemäß Anspruch 5, das eine vorgesinterte Vorformschicht aufweist, die auf der zweiten lateralen Seite (54) aufgelötet ist, wobei die vorgesinterte Vorformschicht eine erste Oberfläche (60), die eingerichtet ist, um mit dem Heißgasströmungspfad verbunden zu sein, und eine zweite Oberfläche aufweist, die gemeinsam mit dem Körper (42) den ersten und zweiten Kanal (86, 88) definiert.
Mantelsegment gemäß Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Abschnitt (112, 114) des zweiten Endabschnitts (82) und der dritte und vierte Abschnitt des dritten Endabschnitts (83) in den Körper (42) hinein maschinell funkenerodiert werden, bevor die vorgesinterte Vorformschicht auf der zweiten lateralen Seite (54) aufgelötet wird.
Mantelsegment gemäß Anspruch 7, wobei der erste und der zweite Durchgang (86, 88) im Anschluss an das Auflöten der vorgesinterten Vorformschicht auf der zweiten lateralen Seite (54) in den Körper (42) hinein über einen eine Öffnung hervorholenden Arbeitsgang maschinell funkenerodiert werden.
Mantelsegment gemäß einem beliebigen der vorgenannten Ansprüche, wobei der erste Endabschnitt (76) und der vierte Endabschnitt (85) jeweils einen hakenförmigen Abschnitt (78) mit einem freien Ende (80) aufweisen.
Mantelsegment gemäß Anspruch 9, das einen jeweiligen Einlassdurchgang aufweist, der mit jedem freien Ende (80) gekoppelt ist und sich in einer radialen Richtung (32) von dem freien Ende (80) zu den ersten lateralen Seiten (52) erstreckt, wobei jeder jeweilige Einlassdurchgang eingerichtet ist, um das Kühlfluid aus dem Hohlraum (56) dem jeweiligen Kanal zuzuführen.