DE102016123525A1

DE102016123525A1 - Gegenstand und Verfahren zum Kühlen eines Gegenstands

Info

Publication number: DE102016123525A1
Application number: DE102016123525.3A
Authority: DE
Inventors: Gary Michael Itzel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2017-06-14
Also published as: JP2017106463A; CN107013252B; JP7005135B2; CN107013252A; US10024171B2; US20170167269A1

Abstract

Es werden ein Gegenstand (100) und ein Verfahren zum Kühlen eines Gegenstands (100) bereitgestellt. Der Gegenstand (100) schließt einen Körper (201), eine Vielzahl von Trennwänden (210) innerhalb des Körpers (201) und wenigstens eine Öffnung (220) in jeder der Trennwände (210) ein, wobei die wenigstens eine Öffnung (220) angeordnet und eingerichtet ist, Fluid auf eine innere Oberfläche (205) des Körpers (201) zu richten. Die Vielzahl von Trennwänden (210) bilden wenigstens einen Durchlasshohlraum (211) und wenigstens einen Wiederverwendungshohlraum (213), der angeordnet und eingerichtet ist, das Fluid von der wenigstens einen Öffnung (220) in einer der Trennwände (210) zu erhalten. Das Verfahren schließt das Bereitstellen des Gegenstands (100) mit einer Durchlasstrennwand und einer Wiederverwendungstrennwand, das Erzeugen eines ersten Fluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung (220) in der Durchlasstrennwand, das Erhalten eines Nachaufprallfluids innerhalb des Wiederverwendungshohlraums (213) und das Erzeugen eines Wiederverwendungsfluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung (220) in der Wiederverwendungstrennwand ein, wobei der Wiederverwendungsfluidfluss aus dem Nach-Aufprall-Fluid erzeugt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf einen Gegenstand und ein Verfahren zum Kühlen eines Gegenstands gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf einen gekühlten Gegenstand und auf ein Verfahren zum Kühlen eines gekühlten Gegenstands gerichtet.
Hintergrund der Erfindung
Turbinensysteme werden fortwährend modifiziert, um die Effizienz zu vergrößern und die Kosten zu vermindern. Ein Verfahren zur Vergrößerung der Effizienz eines Turbinensystems schließt das Vergrößern der Betriebstemperatur des Turbinensystems ein. Um die Temperatur zu vergrößern, muss das Turbinensystem aus Materialien konstruiert sein, die solchen Temperaturen während der fortgesetzten Nutzung widerstehen können.
Zusätzlich zur Modifizierung von Komponentenmaterialien und Beschichtungen schließt ein übliches Verfahren zur Vergrößerung einer Temperaturbefähigung einer Turbinenkomponente die Verwendung von Kühleinrichtungen ein. Beispielsweise schließen viele Turbinenkomponenten Prallhülsen oder Prallplatten ein, die innerhalb eines internen Hohlraums davon positioniert sind. Die Prallhülsen oder Platten schließen eine Vielzahl von Kühlkanälen ein, die ein Kühlfluid auf eine innere Oberfläche der Turbinenkomponente unter der Bereitstellung von Prallkühlung der Turbinenkomponente richten. Allerdings erhöht das Bilden von separaten, individuellen Prallhülsen zur Positionierung innerhalb der Turbinenkomponente die Herstellungszeit und die Kosten. Außerdem erzeugen Prallhülsen typischerweise bedeutende Querströme zwischen der Prallhülse und der Turbinenkomponente, und erfordern ausreichendes Kühlfluid, um Fluidfluss durch jeden der Kühlkanäle gleichzeitig bereitzustellen, wobei dies beides die Effizienz des Systems vermindert.
Ein anderes Verfahren zur Kühlung von Turbinenkomponenten schließt die Verwendung von Schlangenkühlung ein. Schlangenkühlung schließt das Durchlaufen eines Kühlfluids durch eine Passage innerhalb der Turbinenkomponente ein, um sowohl die Druck- als auch die Sogseitenwände der Komponente gleichzeitig zu kühlen. Die gleichzeitige Kühlung beider Wände kann eine Wand überkühlen um die andere Wand ausreichend zu kühlen. Das Überkühlen einer Wand führt zu Temparaturgradienten und unnötiger Wärmeaufnahme, von denen beide die Effizienz stromabwärtiger Kühlung und die Kühleffizienz vermindern.
Kurze Beschreibung der Erfindung
In einer Ausführungsform schließt ein Gegenstand einen Körper mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche einen inneren Bereich festlegt, eine Vielzahl von Trennwänden innerhalb des Körpers, wobei sich jede der Trennwände durch den inneren Bereich erstreckt, und wenigstens einer Öffnung in jeder der Vielzahl von Trennwänden ein, wobei wenigstens eine Öffnung angeordnet und eingerichtet ist, Fluid auf die innere Oberfläche des Körpers zu richten. Die Vielzahl von Trennwänden bilden wenigstens einen Durchlasshohlraum und wenigstens einen Wiederverwendungshohlraum, wobei der wenigstens eine Wiederverwendungshohlraum angeordnet und eingerichtet ist, das Fluid von der wenigstens einen Öffnung in einer der Trennwände zu erhalten.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann die Vielzahl von Trennwänden in vorteilhafter Weise eine Durchlasstrennwand aufweisen, die wenigstens einen Durchlasshohlraum festlegt.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann der wenigstens eine Durchlasshohlraum in vorteilhafter Weise eine erste Durchlasskavität und eine zweite Durchlasskavität aufweisen.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann jeder der wenigstens einen Durchlasshohlräume in vorteilhafter Weise angeordnet und dazu eingerichtet sein, Fluid von außerhalb des Gegenstands zu erhalten.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann die Vielzahl von Trennwänden in vorteilhafter Weise außerdem wenigstens eine Wiederverwendungstrennwand aufweisen, wobei jede der wenigstens einen Wiederverwendungstrennwand einen der wenigstens einen Wiederverwendungshohlräume festlegt.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann der Gegenstand in vorteilhafter Weise außerdem einen ersten Wiederverwendungshohlraum aufweisen, der angeordnet und eingerichtet ist, das Fluid zu empfangen, das durch die Durchlasstrennwand tritt.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands können die wenigstens eine Öffnung in der Durchlasstrennwand in vorteilhafter Weise angeordnet und eingerichtet sein, um einen Prallfluidfluss zu erzeugen, und der erste Wiederverwendungshohlraum angeordnet und eingerichtet sein, ein Nach-Prall-Fluid zu erhalten, das aus dem Prallfluidfluss gebildet ist.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann der Gegenstand in vorteilhafter Weise außerdem wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungshohlraum aufweisen, der angeordnet und eingerichtet ist, das Fluid zu empfangen, das durch eine der wenigstens einen Wiederverwendungstrennwände tritt.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann die wenigstens eine Öffnung in jeder der Wiederverwendungstrennwände in vorteilhafter Weise einen Prallfluidfluss erzeugen und jeder der zusätzlichen Wiederverwendungshohlräume angeordnet und eingerichtet sein, ein Nach-Prall-Fluid zu empfangen, das aus dem Prallfluidfluss gebildet ist.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann der erste Wiederverwendungshohlraum und der wenigstens eine zusätzliche Wiederverwendungshohlraum in vorteilhafter Weise eine Reihenprallkühlung des Gegenstands bereitstellen.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann der Gegenstand in vorteilhafter Weise außerdem eine Öffnung aufweisen, die sich zwischen der inneren Oberfläche und der äußeren Oberfläche erstreckt, wobei die Öffnung einen Fluidfluss durch den Körper bereitstellt.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann die wenigstens eine der Vielzahl von Trennwänden in vorteilhafter Weise eine Vielzahl von Öffnungen einschließen, wobei die Vielzahl von Öffnungen den Fluss auf eine Druckseite und eine Sogseite des Gegenstands richtet.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann die Vielzahl von Öffnungen in vorteilhafter Weise angeordnet und eingerichtet sein, eine erhöhte Menge an Fluid auf die Druckseite oder auf die Saugseite des Gegenstands zu richten.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann das Richten der erhöhten Menge des Fluids auf die Druckseite des Gegenstands in vorteilhafter Weise erhöhte Prallkühlung der Druckseite bereitstellen und kann das Richten der erhöhten Menge des Fluids auf die Sogseite des Gegenstands in vorteilhafter Weise erhöhte Prallkühlung der Sogseite bereitstellen.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann eine Menge von Öffnungen in einer der Vielzahl von Trennwänden in vorteilhafter Weise von einer Menge von Öffnungen gebildet in wenigstens einer anderen Trennwand abweichen.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann eine Menge von Öffnungen, die in jeder der Vielzahl von Trennwänden gebildet ist, in vorteilhafter Weise ausgewählt sein, einen gewünschten Filmbereitstellungsdruck bereitzustellen.
In jeder Ausführungsform des Gegenstands kann die Menge von Öffnungen, die in jeder der Vielzahl von Trennwänden gebildet ist, in vorteilhafter Weise ausgewählt sein, eine gewünschte Wandtemperaturverteilung bereitzustellen.
In einer anderen Ausführungsform schließt ein Gegenstand einen Körper mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche einen inneren Bereich festlegt, eine Vielzahl von integralen Trennwänden, die sich jeweils durch den inneren Bereich von einer Druckseitenwand zu einer Sogseitenwand des Gegenstands erstrecken, wobei die integralen Trennwände einen Durchlasshohlraum und wenigstens einen Wiederverwendungshohlraum innerhalb des inneren Bereichs bilden, und wenigstens eine Öffnung, gebildet in jeder der integralen Trennwände, ein, wobei die wenigstens eine Öffnung angeordnet und eingerichtet ist, Fluss auf die innere Oberfläche des Körpers zu richten. Der Durchlasshohlraum ist angeordnet und eingerichtet, einen Fluss von außerhalb des Gegenstands zu erhalten, und jeder der wenigstens einen Wiederverwendungshohlräume ist angeordnet und eingerichtet, einen Nach-Prall-Fluss von der wenigstens einen Öffnung in einer der Trennwände zu erhalten.
In einer anderen Ausführungsform schließt ein Verfahren zum Kühlen eines Gegenstands das Bereitstellen des Gegenstands, aufweisend einen Körper mit einer inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche einen inneren Bereich festlegt, eine Durchlasstrennwand, die sich durch den inneren Bereich erstreckt, wobei die Durchlasstrennwand einen Durchlasshohlraum innerhalb des inneren Bereichs bildet, eine Wiederverwendungstrennwand, die sich durch den inneren Bereich erstreckt, wobei die Wiederverwendungstrennwand einen Wiederverwendungshohlraum innerhalb des inneren Bereichs bildet, und wenigstens eine Öffnung, die in jeder der Durchlasstrennwände und der Wiederverwendungstrennwände gebildet ist, wobei die wenigstens eine Öffnung angeordnet und eingerichtet ist, um einen Fluss auf die innere Oberfläche des Körpers zu richten, Richten eines Flusses in den Durchlasshohlraum, Erzeugen eines ersten Fluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung in der Durchlasstrennwand, Kontaktieren der inneren Oberfläche des Körpers mit dem ersten Fluidfluss, wobei das Kontaktieren der inneren Oberfläche die innere Oberfläche kühlt und ein erstes Nach-Prall-Fluid erzeugt, Empfangen des ersten Nach-Prall-Fluids innerhalb des Wiederverwendungshohlraums, Erzeugen eines Wiederverwendungsfluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung in der Wiederverwendungstrennwand und Kontaktieren der inneren Oberfläche des Körpers mit dem Wiederverwendungsfluidfluss ein, wobei das Kontaktieren der inneren Oberfläche die innere Oberfläche kühlt und ein Wiederverwendungs-Nach-Prall-Fluid bildet. Der Wiederverwendungsfluidfluss wird aus dem ersten Nach-Prall-Fluss erzeugt, das innerhalb des wenigstens einen Wiederverwendungshohlraums erhalten wird.
In jeder Ausführungsform des Verfahrens kann wenigstens eine zusätzliche Wiederverwendungstrennwand in vorteilhafter Weise bereitgestellt werden, die sich durch den inneren Bereich erstreckt, wobei jede der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwand einen zusätzlichen Wiederverwendungshohlraum innerhalb des inneren Bereichs bildet und wenigstens eine darin gebildete Öffnung einschließt. Es ist bevorzugt, der Reihe nach das Wiederverwendungsnachprallfluid innerhalb jeder der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwände zu erhalten, den Wiederverwendungsfluidfluss durch die wenigstens eine Öffnung in jeder der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwand zu erzeugen und die innere Oberfläche des Körpers mit dem Wiederverwendungsfluidfluss von jedem der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungshohlräume zu kontaktieren. Es wird bevorzugt, dass der Wiederverwendungsfluidfluss durch die wenigstens eine Öffnung in jeder der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwand aus dem Wiederverwendungsnachaufprallfluid erzeugt wird, der innerhalb des zusätzlichen Wiederverwendungshohlraums erhalten wird. Es ist bevorzugt, dass das, der Reihe nach, Erhalten des Wiederverwendungsnachaufprallfluids, Erzeugen des Wiederverwendungsfluidflusses und Kontaktieren der inneren Oberfläche des Körpers mit dem Wiederverwendungsfluid Reihenprallkühlung des Gegenstands bereitstellt.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierteren Beschreibung zusammengenommen mit den beigefügten Zeichnungen offenbar, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht von vorne eines Gegenstands nach einer Ausführungsform der Offenbarung.
2 ist eine Schnittansicht des Gegenstands der 1 entlang der Linie 2-2 nach einer Ausführungsform der Offenbarung.
3 zeigt die Schnittansicht von 2 mit entfernten Trennwänden.
4 ist eine schematische Ansicht eines Flussprofils innerhalb des Gegenstands der 2 nach einer Ausführungsform der Offenbarung.
5 ist eine Schnittansicht des Gegenstands der 1 entlang der Linie 2-2 nach einer alternativen Ausführungsform der Offenbarung.
Wo immer möglich, werden dieselben Bezugsnummern in den gesamten Zeichnungen verwendet werden, um dieselben Teile zu zeigen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es werden ein Gegenstand und ein Verfahren zum Kühlen eines Gegenstands bereitgestellt. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, beispielsweise im Vergleich zu Konzepten, die eine oder mehrere der Merkmale, die hierin offenbart sind, nicht einschließen, vermindern das Überkühlen von Gegenständen, vermindern Temperaturerhöhungen von Kühlfluid durch Überkühlung eines Gegenstands, vergrößern die Kühleffizienz, vermindern die Bildung eines Temperaturgradienten, erhöhen flussabwärtige Kühlungseffektivität, ermöglichen die Wiederverwendung von Kühlfluid, ermöglichen die verbesserte Kontrolle von Kühlflussverteilung, stellen eine größere Stabilität von Gegenstandstemperaturen bereit, reduzieren Querströmung, reduzieren Querströmungsdegradierung, erhöhen die Gegenstandlebensdauer, ermöglichen die Verwendung von erhöhten Systemtemperaturen, erhöhen die Systemeffizienz, stellen eine verbesserte Kontrolle des Filmbereitstellungsdrucks bereit, oder eine Kombination davon.
Bezugnehmend auf 1 schließt der Gegenstand 100 in einer Ausführungsform eine Turbinenschaufel 101 oder ein Turbinenblatt ein, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Turbinenschaufel 101 hat einen Fußteil 103, eine Plattform 105 und einen Profilteil 107. Der Fußteil 103 ist dazu eingerichtet, die Turbinenschaufel 101 innerhalb des Turbinensystems wie z.B. an einem Rotorrad zu befestigen. Zusätzlich ist der Fußteil 103 dazu eingerichtet, ein Fluid von dem Turbinensystem zu erhalten und das Fluid in den Profilteil 107 zu leiten. Obwohl hierin mit Bezug auf eine Turbinenschaufel beschrieben, wird von einem Fachmann geschätzt werden, dass der Gegenstand 100 nicht derart beschränkt ist und jeden anderen Gegenstand einschließen kann, der geeignet ist, ein Kühlfluid zu enthalten, z.B. eine hohle Komponente, eine Heißgaspfadkomponente, ein Deckband, eine Düse, eine Leitschaufel oder eine Kombination davon.
Wie in 2 veranschaulicht, die einen Querschnitt des Profilteils 107 zeigt, schließt der Gegenstand 100 einen Körper 201 mit einer äußeren Oberfläche 203, einer inneren Oberfläche 205 und einer oder mehreren Trennwänden 210, die darin gebildet sind, ein. Jede der einen oder mehreren Trennwände 210 erstreckt sich durch den inneren Bereich 207 von einer ersten Seite des Gegenstands 100 zu einer zweiten Seite des Gegenstands 100 und schließt wenigstens eine Öffnung 220 ein, die dort hindurch ausgebildet ist. Z.B. erstreckt sich in einer Ausführungsform jede der Trennwände 210 von der inneren Oberfläche 205 auf einer Saugseite 208 des Profilteils 107 zu der inneren Oberfläche 205 auf einer Druckseite 209 des Profilteils 107. Um die innere Oberfläche 205 und einen inneren Bereich 207, der durch die innere Oberfläche 205 festgelegt ist, klarer zu veranschaulichen, zeigt 3 den Profilteil 107 der 2 mit entfernten Trennwänden 210.
Wieder bezugnehmend auf 2 können die einen oder mehreren Trennwände 210 integral mit dem Körper 201 und/oder separat von dem Körper 201 gebildet sein. In einer Ausführungsform vermindert oder beseitigt das Bilden der einen oder mehreren Trennwände 210 integral mit dem Körper 201 den Durchtritt von Fluid zwischen den einen oder mehreren Trennwänden 210 und dem Körper 201 verglichen mit einer oder mehreren gesondert von dem Körper 201 gebildeten und dann an dem Körper 201 befestigten Trennwänden 210. In einer anderen Ausführungsform vermindert oder beseitigt das Bilden der einen oder mehreren Trennwände 210 integral mit dem Körper 201 Entweichen zum Nachaufprall verglichen mit den einen oder mehreren gesondert von dem Körper 201 gebildeten und dann an dem Körper 201 befestigten Trennwänden 210. Geeignete Verfahren zur Bildung des Körpers 201 und/oder der einen oder mehreren Trennwände 210 schließen Direktmetalllaserschmelzen (direct metal laser melting, DMLM), Direktmetallasersintern (direct metal laser sintering, DMLS), Selektives Laserschmelzen (selective laser melting, SLM), Selektives Lasersintern (selective laser sintering, SLS), Schmelzschichtung (fused deposition modeling, FDM) oder jede andere additive Herstellungstechnik oder eine Kombination davon ein, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die einen oder mehreren Trennwände 210 bilden wenigstens einen Durchlasshohlraum 211 und wenigstens einen Wiederverwendungshohlraum 213. Der wenigstens eine Durchlasshohlraum 211 ist angeordnet, um ein Fluid von außerhalb des Gegenstands 100 zu erhalten, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, das Fluid, das von dem Fußteil 103 in den Profilteil 107 geleitet wird. Jeder der Wiederverwendungshohlräume 213 ist dazu eingerichtet, das Fluid zu erhalten, das durch die Öffnung(en) 220 in den einen oder mehreren Trennwänden 210 tritt, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, das Fluid, das durch die Öffnung(en) 220 in der Trennwand 210 tritt, die den Durchlasshohlraum 211 und/oder jeden anderen Wiederverwendungshohlraum 213 zwischen dem Durchlasshohlraum 211 und dem Wiederverwendungshohlraum 213 bildet. Beispielsweise, wie in 2 dargestellt, tritt das Fluid von außerhalb des Gegenstand 100 der Reihe nach von dem wenigstens einen Durchlasshohlraum 211 durch jeden der einen oder mehreren Wiederverwendungshohlräume 213, die zwischen dem wenigstens einen Durchlasshohlraum 211 und einer Vorderkante 240 und/oder Hinterkante 250 des Gegenstands 100 gebildet sind.
In einer Ausführungsform schließt der Gegenstand 100 zwei der Durchlasshohlräume 211 ein, die durch eine der Trennwände 210 innerhalb des inneren Bereichs 207 gebildet sind. In einer anderen Ausführungsform erstreckt sich einer der Durchlasshohlräume 211 zu der Vorderkante 240 und der andere Durchlasshohlraum 211 erstreckt sich zu der Hinterkante 250. Der Durchlasshohlraum 211, der sich zu der Vorderkante 240 erstreckt, sowie jeder Wiederverwendungshohlraum 213, der zwischen dem Durchlasshohlraum 211 und der Vorderkante 240 gebildet ist, legen einen Vorderkantenpfad 241 fest. Der Durchlasshohlraum 211, der sich zu der Hinterkante 250 erstreckt, sowie jeder Wiederverwendungshohlraum 213, der zwischen dem Durchlasshohlraum 211 und der Hinterkante 250 gebildet ist, legen einen Hinterkantenpfad 251 fest.
Der Vorderkantenpfad 241 und der Hinterkantenpfad 251 schließen jeweils eine geeignete Anzahl von Wiederverwendungshohlräumen 213 ein. Beispielsweise, wie in den 2 und 4 veranschaulicht, schließen sowohl der Vorderkantenpfad 241 als auch der Hinterkantenpfad 251 zwei der Wiederverwendungshohlräume 213 ein. In einem anderen Beispiel, wie in 5 veranschaulicht, schließt der Vorderkantenpfad 241 drei der Wiederverwendungshohlräume 213 und der Hinterkantenpfad 251 schließt zwei der Wiederverwendungshohlräume 213 ein. Es wird durch den Fachmann anerkannt werden, dass der Gegenstand 100 nicht auf die obigen Beispiele beschränkt ist und jede andere geeignete Anzahl von Durchlasshohlräumen 211 und/oder Wiederverwendungshohlräumen 213 einschließen kann, wobei der Vorderkantenpfad 241 und der Hinterkantenpfad 251 dieselbe oder eine verschiedene Anzahl von Hohlräumen aufweist.
Bezugnehmend auf die 2, 4 und 5 stellt die wenigstens eine Öffnung 220, die in jeder der einen oder mehreren Trennwände 210 gebildet ist, Fluidfluss dadurch bereit. In einer Ausführungsform stellt die wenigstens eine Öffnung 220 in der Trennwand 210, die den Durchlasshohlraum 211 bildet, Fluidfluss von dem Durchlasshohlraum 211 zu einer oder mehreren der Wiederverwendungshohlräume 213 bereit. In einer anderen Ausführungsform stellt die wenigstens eine Öffnung 220 in der Trennwand 210, die jeden der Wiederverwendungshohlräume 213 bildet, Fluidfluss von dem Wiederverwendungshohlraum 213 zu einem oder mehreren anderen Wiederverwendungshohlräumen 213 bereit. In einer weiteren Ausführungsform schließt der Körper 201 eine oder mehrere darin gebildete Öffnungen 230 ein, wobei jede der Öffnungen 230 dazu eingerichtet ist, das Fluid von einem der Durchlasshohlräume 211 und/oder einem der Wiederverwendungshohlräume 213 zu der äußeren Oberfläche 203 zu leiten.
Zusätzlich zur Bereitstellung von Fluidfluss durch diese hindurch sind eine oder mehrere der Öffnungen 220 in jeder der Trennwände 210 dazu eingerichtet, das Fluid auf die innere Oberfläche 205 des Körpers 201 zu leiten. Bspw. kann jede der Öffnungen 220 dazu eingerichtet sein, einen auf die innere Oberfläche 205 gerichteten Prallfluidfluss zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ ist jede der einen oder mehreren Öffnungen 230 dazu eingerichtet, aus dem durch diese hindurchtretenden Fluid einen Filmfluss zu erzeugen. Geeignete Formen und/oder Geometrien der einen oder mehreren Öffnungen 220 und/oder der einen oder mehreren Öffnungen 230 schließen gerade, gekrümmt, kreisförmig, im Wesentlichen kreisförmig, halbkreisförmig, winkelförmig, quadratisch, dreieckförmig, sternförmig, unregelmäßig oder eine Kombination davon ein, ohne darauf beschränkt zu sein.
In einer Ausführungsform ist die Öffnung 220 oder sind die Öffnungen 220 dazu eingerichtet, eine gewünschte Wandtemperaturverteilung bereitzustellen. Beispielsweise können die Trennwände 210 eine relativ vergrößerte Anzahl von entweder auf die Saugseite 208 oder auf die Druckseite 209 gerichteten Öffnungen 220 einschließen, wobei die vergleichsweise vergrößerte Anzahl von Öffnungen 220, die auf eine Seite gerichtet ist, eine erhöhte Kühlung dieser Seite bereitstellt. Zusätzlich oder alternativ kann eine erhöhte Anzahl der Öffnungen 220 in einer der Trennwände 210 verglichen mit einer anderen Trennwand 210 gebildet sein, wobei die Trennwand 210 mit der vergrößerten Anzahl von Öffnungen 220 erhöhte Kühlung eines entsprechenden Abschnitts des Gegenstands 100 bereitstellt. Die gewünschte Wandtemperatur, die durch die Konfiguration der Öffnung(en) 220 bereitgestellt wird, vermindert das Überkühlen des Gegenstands 100, erhöht die stromabwärtige Kühleffizienz, erhöht die Systemleistung, vermindert unnötige Wärmeaufnahme in das Fluid vor der Ausbildung des Filmkühlungsflusses durch Nicht-Überkühlen von Bereichen der Komponente, erhöht die Lebensdauer des Gegenstands, vermindert Fluktuationen von Wandtemperaturen, erhöht die Gleichmäßigkeit von Wandtemperaturen, oder eine Kombination davon.
In bestimmten Ausführungsformen ist jeder der Wiederverwendungshohlräume 213 dazu eingerichtet, Nachaufprallfluid von der Öffnung 220 oder von den Öffnungen 220 in der Trennwand 210, die den Durchlasshohlraumn 211 und/oder den Wiederverwendungshohlraum 213 bildet, zu erhalten. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Nachaufprallfluid“ auf auf die innere Oberfläche 205 des Körpers 201 geleitetes Fluid und schließt sowohl das Fluid, das die innere Oberfläche 205 berührt als auch das Fluid, das auf dieser auftrifft und das Fluid, das durch die eine oder die mehreren Öffnungen 220 geleitet ist, aber die innere Oberfläche 205 nicht berührt, ein. Beispielsweise können zwei Wiederverwendungshohlräume 213 des Profilteils 107, veranschaulicht in 2, einen ersten Wiederverwendungshohlraum und einen zweiten Wiederverwendungshohlraum bilden. Der erste Wiederverwendungshohlraum, der zwischen dem Durchlasshohlraum 211 und dem zweiten Wiederverwendungshohlraum ist, ist dazu eingerichtet, Nachaufprallfluid von dem Aufprallfluidfluss zu erhalten, der durch die Öffnung(en) 220 des Durchlasshohlraums 211 erzeugt wird. Der zweite Wiederverwendungshohlraum, der zwischen dem ersten Wiederverwendungshohlraum und der Vorderkante 240 des Profilteils 107 angeordnet ist, ist so eingerichtet, Nachaufprallfluid von dem Aufprallfluidfluss zu erhalten, der durch die Öffnung(en) 220 des ersten Wiederverwendungshohlraums erzeugt wird. Der Gegenstand 100 kann auch einen oder mehrere zusätzliche Wiederverwendungshohlräume einschließen, wobei jeder der zusätzlichen Wiederverwendungshohlräume dazu eingerichtet ist, Nachaufprallfluid von der Öffnung 220 oder den Öffnungen 220 in der Trennwand 210 zu erhalten, die jeden stromaufwärtigen Hohlraum bildet, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, des Durchlasshohlraums 211 und/oder des Wiederverwendungshohlraums 213, der zwischen dem Durchlasshohlraum 211 und dem zusätzlichen Wiederverwendungshohlraum angeordnet ist.
Entsprechend einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen besteht der durch die Öffnung(en) 220 in der Trennwand 210 jedes Wiederverwendungshohlraums 213 erzeugte Prallkühlungsfluss oder besteht dieser im Wesentlichen aus Nachaufprallfluid, empfangen von dem Wiederverwendungshohlraum 213. Beispielsweise ist der erste Wiederverwendungshohlraum in dem Vorderkantenpfad 241 des Gegenstands, der in den 2, 4 und 5 veranschaulicht ist, dazu eingerichtet, den Prallkühlungsfluss durch die Öffnung(en) 220 davon zu erzeugen, der aus dem Nachaufprallfluid, erhalten von dem Durchlasshohlraum 211, besteht oder im Wesentlichen besteht. Der zweite Wiederverwendungshohlraum ist dazu eingerichtet, den Filmkühlungsfluss durch die Öffnung(en) 230 davon zu erzeugen (siehe 2, 4 und 5) und/oder den Prallkühlungsfluss durch die Öffnung(en) 220 davon zu erzeugen (siehe 5), der aus dem Nachaufprallfluid, aus dem ersten Wiederverwendungshohlraum besteht oder im Wesentlichen besteht. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „im Wesentlichen besteht“ auf den Prallkühlungsfluss, der aus wenigstens 90% Nachaufprallfluid zusammengesetzt ist.
Durch das Erzeugen eines Prallkühlungsflusses bestehend aus oder bestehend im Wesentlichen aus Nachaufprallfluid stellen die Wiederverwendungshohlräume 213 Reihenprallkühlung des Gegenstands 100 bereit. Die Reihenprallkühlung des Gegenstands 100 schließt einen oder mehrere Flusspfade ein, die im Wesentlichen oder vollständig durch das von dem wenigstens einen Durchlasshohlraum 211 erhaltene Fluid gespeist sind, wobei dies die Kühleffizienz des Gegenstands 100 erhöht, eine Menge von auf den Gegenstand 100 gerichtetes Fluid vermindert, Nachaufprallfluidfluss vermindert, Querflussdegradierung vermindert, Filmkühlungseffizienz verbessert durch die Bereitstellung erhöhter Kontrolle über das Film-Loch-Druckverhältnis und/oder Bereitstellung erhöhter Kontrolle über das Film-Reihen-Blas-Verhältnis.
Während die Erfindung mit Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen gemacht werden können und Äquivalente für Elemente davon ausgetauscht werden können, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen gemacht werden, um eine bestimmte Gegebenheit oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Bereich davon abzuweichen. Deshalb ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform, die als die beste Ausführungsform zur Ausführung dieser Erfindung erachtet offenbart ist, beschränkt wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschließen wird, die in den Bereich der angehängten Ansprüche fallen. Zusätzlich sollen alle numerischen Werte, die in der detaillierten Beschreibung kenntlich gemacht sind, verstanden werden, als ob die genauen und die ungefähren Werte beide ausdrücklich kenntlich gemacht sind.
Ein Gegenstand 100 und ein Verfahren zum Kühlen eines Gegenstands 100 werden bereitgestellt. Der Gegenstand 100 schließt einen Körper 201, eine Vielzahl von Trennwänden 210 innerhalb des Körpers 201 und wenigstens eine Öffnung 220 in jeder der Trennwände 210 ein, wobei die wenigstens eine Öffnung 220 angeordnet und eingerichtet ist, das Fluid auf eine innere Oberfläche 205 des Körpers 201 zu richten. Die Vielzahl von Trennwänden 210 bilden einen Durchlasshohlraum 211 und wenigstens einen Wiederverwendungshohlraum 213, der angeordnet und eingerichtet ist, Fluid von der wenigstens einen Öffnung 220 in einer der Trennwände 210 zu empfangen. Das Verfahren schließt das Bereitstellen des Gegenstands 100 mit einer Durchlasstrennwand und einer Wiederverwendungstrennwand, das Erzeugen eines ersten Fluidflusses durch wenigstens eine Öffnung 220 in der Durchlasstrennwand, das Erhalten eines Nachaufprallfluids innerhalb des Wiederverwendungshohlraums 213 und das Erzeugen eines Wiederverwendungsfluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung 220 in dem Wiederverwendungshohlraum ein, wobei der Wiederverwendungsfluidfluss aus dem Nachaufprallfluid erzeugt ist.
Bezugszeichenliste

100: Gegenstand
101: Turbinenschaufel
103: Fußteil
105: Plattform
107: Profilteil
201: Körper
203: äußere Oberfläche
205: innere Oberfläche
207: innerer Bereich
208: Saugseite
209: Druckseite
210: Trennwände
211: Durchlasshohlraum
213: Wiederverwendungshohlraum
220: Öffnung
230: Öffnungen
240: Vorderkante
241: Vorderkantenpfad
250: Hinterkante
251: Hinterkantenpfad

Claims

Gegenstand (100), aufweisend: einen Körper (201) mit einer inneren Oberfläche (205) und einer äußeren Oberfläche (203), wobei die innere Oberfläche (205) einen inneren Bereich festlegt; eine Vielzahl von Trennwänden (210) innerhalb des Körpers (201), wobei jede der Trennwände (210) sich über den inneren Bereich erstreckt; und wenigstens eine Öffnung (220) in jeder der Vielzahl von Trennwänden (210), wobei die wenigstens eine Öffnung (220) angeordnet und eingerichtet ist, Fluid auf die innere Oberfläche (205) des Körpers (201) zu richten; wobei die Vielzahl von Trennwänden (210) wenigstens einen Durchlasshohlraum (211) und wenigstens einen Wiederverwendungshohlraum (213) bilden, wobei der wenigstens eine Wiederverwendungshohlraum angeordnet und eingerichtet ist, das Fluid von der wenigstens einen Öffnung (220) in einer der Trennwände (210) zu erhalten.
Gegenstand (100) nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Trennwänden (210) eine Durchlasstrennwand aufweist, die wenigstens einen Durchlasshohlraum (211) festlegt.
Gegenstand (100) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Durchlasshohlraum (211) einen ersten Durchlasshohlraum (211) und einen zweiten Durchlasshohlraum (211) aufweist, und/oder wobei jeder des wenigstens einen Durchlasshohlraums angeordnet und eingerichtet ist, Fluid von außerhalb des Gegenstands (100) zu erhalten; und/oder wobei die Vielzahl von Trennwänden (210) außerdem wenigstens eine Wiederverwendungstrennwand aufweist, wobei jede der wenigstens einen Wiederverwendungstrennwände (210) einen der wenigstens einen Wiederverwendungshohlräume festlegt.
Gegenstand (100) nach Anspruch 3, weiter aufweisend wenigstens eine Wiederverwendungshohlraum (213), der angeordnet und eingerichtet ist, dass durch die Durchlasstrennwand tretende Fluid zu erhalten.
Gegenstand (100) nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Öffnung (220) in der Durchlasstrennwand angeordnet und eingerichtet ist, einen Prallfluidfluss zu erzeugen, und wobei der wenigstens eine Wiederverwendungshohlraum (213) angeordnet und eingerichtet ist, ein Nachaufprallfluid zu empfangen, das aus dem Prallfluidfluss gebildet ist.
Gegenstand (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine der Vielzahl von Trennwänden (210) eine Vielzahl von Öffnungen (220) einschließt, wobei die Vielzahl von Öffnungen (220) das Fluid zu einer Druckseite (209) und/oder einer Saugseite (208) des Gegenstands (100) leitet.
Gegenstand (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl von Öffnungen (220), die in einer der Vielzahl von Trennwänden (210) gebildet sind, sich von einer Anzahl von Öffnungen (220) unterscheidet, die in wenigstens einer anderen Trennwand gebildet sind.
Gegenstand (100) nach Anspruch 7, wobei die Anzahl von Öffnungen (220), die in jeder der Vielzahl von Trennwänden (210) gebildet sind, ausgewählt ist, um: einen gewünschten Filmspeisedruck bereitzustellen und/oder eine gewünschte Wandtemperaturverteilung bereitzustellen.
Gegenstand (100), aufweisend: einen Körper (201) mit einer inneren Oberfläche (205) und einer äußeren Oberfläche (203), wobei die innere Oberfläche (205) einen inneren Bereich festlegt; eine Vielzahl von integralen Trennwänden (210), von denen sich jede durch den inneren Bereich von einer Druckseitenwand (209) zu einer Saugseitenwand des Gegenstands (100) erstreckt, wobei die integralen Trennwände (210) einen Durchlasshohlraum (211) und wenigstens einen Wiederverwendungshohlraum (213) innerhalb des inneren Bereichs bilden; und wenigstens eine Öffnung (220), die in jeder der integralen Trennwände (210) gebildet ist, wobei die wenigstens eine Öffnung (220) angeordnet und eingerichtet ist, um Fluid auf die innere Oberfläche (205) des Körpers (201) zu richten, wobei der Durchlasshohlraum (211) angeordnet und eingerichtet ist, ein Fluid von außerhalb des Gegenstands (100) zu empfangen; und wobei jeder des wenigstens einen Wiederverwendungshohlräume angeordnet und eingerichtet ist, ein Nachaufprallfluid von der wenigstens einen Öffnung (220) in einer der Trennwände (210) zu empfangen.
Verfahren zum Kühlen eines Gegenstands (100), wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen des Gegenstands (100), aufweisend: einen Körper (201) mit einer inneren Oberfläche (205) und einer äußeren Oberfläche (203), wobei die innere Oberfläche (205) einen inneren Bereich festlegt; eine Durchgangstrennwand, die sich durch den inneren Bereich erstreckt, wobei die Durchlasstrennwand einen Durchlasshohlraum (211) innerhalb des inneren Bereichs bildet; eine Wiederverwendungstrennwand, die sich durch den inneren Bereich erstreckt, wobei die Wiederverwendungstrennwand einen Wiederverwendungshohlraum (213) innerhalb des inneren Bereichs bildet; und wenigstens eine Öffnung (220), die in jeder der Durchlasstrennwand und der Wiederverwendungstrennwand gebildet ist, wobei die wenigstens eine Öffnung (220) angeordnet und eingerichtet ist, ein Fluid auf die innere Oberfläche (205) des Körpers (201) zu richten; Leiten eines Fluids in den Durchlasshohlraum (211); Erzeugen eines ersten Fluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung (220) in der Durchlasstrennwand; Berühren der inneren Oberfläche (205) des Körpers (201) mit dem ersten Fluidfluss, wobei das Berühren der inneren Oberfläche (205) die innere Oberfläche (205) kühlt und Bilden eines ersten Nachaufprallfluids; Empfangen des ersten Nachaufprallfluids innerhalb des Wiederverwendungshohlraums (213); Erzeugen eines Wiederverwendungsfluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung (220) in der Wiederverwendungstrennwand; und Berühren der inneren Oberfläche (205) des Körpers (201) mit dem Wiederverwendungsfluidfluss, wobei das Kontaktieren der inneren Oberfläche (205) die innere Oberfläche (205) kühlt und Bilden eines Wiederverwendungsnachaufprallfluids; wobei der Wiederverwendungsfluidfluss aus dem ersten Nachaufprallfluidfluss erhalten innerhalb des wenigstens einen Wiederverwendungshohlraums (213) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, weiter aufweisend: Bereitstellen wenigstens einer zusätzlichen Wiederverwendungstrennwand, die sich durch den inneren Bereich erstreckt, wobei jede der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwand (210) einen zusätzlichen Wiederverwendungshohlraum (230) innerhalb des inneren Bereichs bildet und wenigstens eine Öffnung (220), die darin gebildet ist, einschließt; und nacheinander Empfangen des Wiederverwendungsnachaufprallfluids innerhalb jeder der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwand (210), Erzeugen des Wiederverwendungsfluidflusses durch die wenigstens eine Öffnung (220) in jeder der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwände (210) und Berühren der inneren Oberfläche (205) des Körpers (201) mit dem Wiederverwendungsfluidfluss von jedem der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungshohlräume; wobei der Wiederverwendungsfluidfluss durch die wenigstens eine Öffnung (220) in jeder der wenigstens einen zusätzlichen Wiederverwendungstrennwand (210) aus dem Wiederverwendungsnachaufprallfluid erzeugt wird, das innerhalb des zusätzlichen Wiederverwendungshohlraums (213) erhalten wird; und wobei das aufeinanderfolgende Empfangen des Wiederverwendungsnachaufprallfluids, das Erzeugen des Wiederverwendungsfluidflusses und das Berühren der inneren Oberfläche (205) des Körpers (201) mit dem Wiederverwendungsfluid Reihenprallkühlung des Gegenstands (100) bereitstellt.