DE102016124147A1

DE102016124147A1 - Innenkühlkonfigurationen in Turbinenrotorschaufeln

Info

Publication number: DE102016124147A1
Application number: DE102016124147.4A
Authority: DE
Inventors: Shashwat Swami Jaiswal; Rohit Chouhan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-13
Publication date: 2017-06-22
Also published as: US20170175536A1; CN106968721B; US10247013B2; IT201600127727A1; JP2017110656A; JP6873673B2; CN106968721A

Abstract

Eine Turbinenrotorschaufel, die ein Schaufelblatt aufweist, das zwischen einer konkaven Druckfläche und einer seitlich entgegengesetzten konvexen Saugfläche gebildet ist und eine Kühlkonfiguration, die einen Kühlkanal zur Aufnahme und zum Leiten eines Kühlmittels durch ein Inneres der Rotorschaufel aufweist. Der Kühlkanal kann fluidisch verbundene Segmente aufweisen, bei denen: sich ein Zufuhrsegment radial durch das Schaufelblatt erstreckt; ein Auslasssegment, das Kühlmittel von der Rotorschaufel unter einem flachen Winkel relativ zu der Strömungsrichtung eines Strömungsfluides durch die Turbine abgibt; und ein Kniesegment, das das Zufuhrsegment und das Auslasssegment verbindet und benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes positioniert ist. Das Kniesegment kann ausgebildet sein, um eine Richtungsänderung zwischen dem Zufuhrsegment und dem Auslasssegment zu beinhalten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Innenkühlkanäle und Innenkühlkonfigurationen von Schaufeln in Gasturbinen. Genauer, aber nicht beschränkend, bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf Innenkühlkanäle und strukturelle Konfigurationen, die nahe der äußeren radialen Spitze von Turbinenrotorschaufeln gebildet sind.
Es wird verstanden werden, dass Verbrennungs- oder Gasturbinenantriebe („Gasturbinen“) einen Kompressorabschnitt und einen Turbinenabschnitt aufweisen, in denen Reihen von Schaufeln axial in Stufen angeordnet sind. Jede Stufe enthält eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Statorschaufeln, die feststehend sind, und eine Reihe von Rotorschaufeln, die um eine zentrale Turbinenachse oder Turbinenwelle rotieren. Im Betrieb rotieren die Kompressorrotorschaufeln allgemein um die Welle und, gemeinsam wirkend mit den Statorschaufeln, komprimieren eine Luftströmung. Die Zufuhr von komprimierter Luft wird dann in einer Brennkammer verwendet, um eine Zufuhr von Brennstoff zu verbrennen. Die resultierende Strömung von heißen, sich ausdehnenden Gasen von der Verbrennung, d.h. das Arbeitsfluid, wird durch den Turbinenabschnitt des Antriebs aufgeweitet. Die Strömung des Arbeitsfluids durch die Turbine ist durch die Statorschaufeln auf die Rotorschaufeln umgelenkt, um eine Rotation zu veranlassen. Die Rotorschaufeln sind mit einer zentralen Welle verbunden, so dass die Rotation der Rotorschaufeln die Welle rotiert. Auf diese Weise wird die in dem Brennstoff enthaltene Energie in die mechanische Energie der rotierenden Welle umgewandelt, die z.B. verwendet werden kann, um die Rotorschaufeln des Kompressors zu rotieren, so dass die Zufuhr von komprimierter Luft erzeugt wird, die für die Verbrennung benötigt wird, und die Spulen eines Generators, so dass elektrische Leistung erzeugt wird. Während des Betriebs, wegen der extremen Temperaturen des Heißgaspfades, der Geschwindigkeit des Arbeitsfluids und der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebs, werden die Schaufeln innerhalb der Turbine stark beansprucht mit extremen mechanischen und thermischen Belastungen.
Das Entwickeln von effizienten und wirtschaftlichen Gasturbinen ist ein anhaltendes und signifikantes Ziel. Während einige Strategien zur Erhöhung der Effizienz von Gasturbinen bekannt sind, bleibt es ein herausforderndes Ziel, weil solche Alternativen – wie z.B. das Erhöhen der Größe des Antriebs, das Erhöhen der Temperaturen durch den Heißgaspfad und das Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeiten der Rotorschaufeln beinhalten – allgemein zusätzliche Belastungen auf die Schaufeln und andere Heißgaspfadkomponententeile bewirken, die ohnehin stark beansprucht sind. Als eine Folge verbleiben verbesserte Vorrichtungen, Verfahren und Systeme, die die Betriebsbelastungen reduzieren, die auf die Turbinenschaufeln aufgebracht werden oder die den Turbinenschaufeln ermöglichen, diesen Belastungen besser Stand zu halten, so dass die Antriebe effizienter arbeiten können, verbleiben ein signifikantes Feld für technische Verbesserungen.
Eine Strategie zur Minderung der Belastungen auf die Schaufeln ist, diese während des Betriebs aktiv zu kühlen. Eine solche Kühlung kann es den Schaufeln erlauben, höheren Zündtemperaturen und mechanischen Belastungen besser zu widerstehen, was die Lebensdauer der Schaufeln verlängern kann und allgemein den Antrieb wirtschaftlicher und im Betrieb effizienter machen kann. Eine Möglichkeit zur Kühlung der Schaufeln während des Betriebs ist durch die Verwendung von inneren Kühlkanälen oder Kühlkreisläufen. Allgemein beinhaltet dies das Hindurchleiten einer relativ kühlen Zufuhr von komprimierter Luft, die von dem Kompressor abgeleitet wird, durch innere Kühlkanäle. Aus einer Reihe von Gründen, die zu verstehen sein werden, ist große Sorgfalt erforderlich beim Konstruieren und Herstellen dieser Innenkühlkanäle.
Erstens reduziert die Verwendung von Kühlluft die Effizienz des Antriebs. Insbesondere ist Luft von dem Kompressor, die zu Kühlzwecken abgeleitet wird, Luft, die ansonsten im Verbrennungsprozess verwendet werden könnte. Als Folge davon verringert die Verwendung von solcher Luft notwendigerweise die Luftverfügbarkeit für die Verbrennung und verringert dadurch die Gesamteffizienz. Dies macht es zwingend erforderlich, dass die Kühlkanäle hocheffizient sind, so dass die Luftverwendung zum Kühlen minimiert ist. Zweitens fordern neuere Turbinenschaufelkonstruktionen zu aggressiv geformten aerodynamischen Konfigurationen auf, die dünner und stärker gekrümmt oder gewunden sind. Diese neuen Schaufelkonfigurationen erlegen eine zusätzliche Anforderung auf kompakte und effiziente Kanäle auf. Die neuen Konstruktionen erzeugen auch räumliche Bedingungen, die die Herstellung von traditionellen Kühlkanalkonfigurationen unter Verwendung von konventionellen Vorgehensweisen behindern oder beschränken. Drittens müssen Innenkühlkanäle ausgebildet sein, um Leichtbaurotorschaufeln zu begünstigen, während sie noch ausreichend robuste Strukturen bereitstellen, um den extremen Belastungen Stand zu halten. Das heißt, während die Kühlkanalkonstruktion ein effektiver Weg zur Reduzierung des Gesamtgewichts der Schaufel ist – die die Effizienz begünstigt und mechanische Lasten reduziert – müssen die Schaufeln noch sehr belastbar bleiben. Kühlkanäle müssen daher konstruiert werden, um sowohl Material und Gewicht zu entfernen, während sie die strukturelle Belastbarkeit noch begünstigen. Innere Anordnungen müssen auch Belastungskonzentrationen oder ungenügend gekühlte Bereiche (oder „heiße Stellen“) vermeiden, die sich negativ auf die Bauteillebensdauer auswirken können. Viertens müssen Kühlkonfigurationen auch konstruiert sein, so dass abgegebenes Kühlmittel die Oberflächenkühlung und einen effizienten, aerodynamischen Betrieb ermöglicht. Insbesondere, weil Kühlkanäle typischerweise Kühlmittel in den Arbeitsfluidströmungsweg nach dem Zirkulieren durch die Innenkühlkanäle abgeben, betrifft eine weitere Konstruktionsüberlegung die Verwendung von abgegebenem Kühlmittel zur Oberflächenkühlung sowie zur Minimierung der aerodynamischen Verluste, die damit verknüpft sind. Auf das abgegebene Kühlmittel wird sich oft verlassen, um das Kühlen äußere Oberflächen oder Regionen der Schaufeln nach seiner Freigabe bereitzustellen und dies muss sowohl mit internen Kühlstrategien abgestimmt sein, als auch die aerodynamische Leistungsfähigkeit in Betracht ziehen.
Wie es verstanden werden wird, weist die Konstruktion von Innenkühlkonfigurationen innerhalb von Turbinenschaufeln entsprechend dieser und weiterer Kriterien viele komplexe, häufig im Wettbewerb zueinander stehende Anforderungen auf. Neue Konstruktionen, die diese auf eine Weise in eine Balance bringen, die eine oder mehrere gewünschte Leistungskriterien optimiert oder verbessert – während die strukturelle Robustheit, die Bauteillanglebigkeit, der wirtschaftliche Antriebsbetrieb und die effiziente Verwendung von Kühlmittel noch ausreichend begünstigt werden – stellen signifikante technologische Vorteile dar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Anmeldung beschreibt daher eine Turbinenrotorschaufel, die ein Schaufelblatt zwischen einer konkaven Druckfläche und einer seitlich entgegengesetzten konvexen Saugfläche bildet, und eine Kühlkonfiguration, die einen Kühlkanal zur Aufnahme und Leitung eines Kühlmittels durch ein Inneres der Rotorschaufel aufweist. Der Kühlkanal kann fluidisch verbundene Segmente aufweisen, in denen: ein Zufuhrsegment sich radial durch das Schaufelblatt erstreckt; ein Auslasssegment, das Kühlmittel von der Rotorschaufeln unter einem flachen Winkel relativ zu der Strömungsrichtung eines Arbeitsfluids durch die Turbine abgibt; und ein Kniesegment, das das Zufuhrsegment und das Auslasssegment verbindet und in der Nähe der äußeren Spitze des Schaufelblatts angeordnet ist. Das Kniesegment kann dazu eingerichtet sein, eine Richtungsänderung zwischen dem Zufuhrsegment und dem Auslasssegment zu beinhalten.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass ein Spitzenabdeckband mit der äußeren Spitze des Schaufelblattes verbunden ist, wobei das Spitzenabdeckband eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende im Wesentlichen ebene Komponente aufweist, die durch die äußere Spitze des Schaufelblattes getragen wird; wobei das Auslasssegment sich zwischen einem stromaufwärtsseitigen Ende, das mit dem Kniesegment verbunden ist, und einem stromabwärtsseitigen Ende, an dem ein Auslassanschluss an einer äußeren Oberfläche der Rotorschaufel gebildet ist, erstreckt. Es ist auch vorteilhaft, dass der Auslassanschluss von jedem der Kühlkanäle eine Stelle aufweist, die benachbart ist zu und innenliegend von dem Spitzenabdeckband. Es ist auch vorteilhaft, dass eine hintere Hälfte des Schaufelblattes als ein Schaufelblattabschnitt ausgebildet ist, der hinter einer axialen Mitte des Schaufelblattes ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Auslassanschluss von jedem der Kühlkanäle durch einen Zieloberflächenbereich der Rotorschaufel gebildet ist. Es ist auch vorteilhaft, dass das Kniesegment von jedem der Kühlkanäle angeordnet ist, um durch einen Zielinnenbereich der Rotorschaufel zu verlaufen. Es ist auch vorteilhaft, dass es außerdem einen Innenkehlbereich aufweist, der dazu eingerichtet ist, einen ebenen Übergang zwischen einer Oberfläche des Schaufelblatts und einer inneren Oberfläche des Spitzenabdeckbandes zu bilden, wobei der Innenkehlbereich einen Druckflächeninnenkehlbereich und einen Saugflächeninnenkehlbereich aufweist, die jeweils der Druckfläche und der Saugfläche des Schaufelblattes entsprechen.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Zieloberflächenbereich des Auslasssegmentes die Druckfläche des Schaufelblattes benachbart zur äußeren Spitze des Schaufelblattes aufweist. Es ist auch vorteilhaft, dass der Zielinnenbereich einen Innenbereich des Schaufelblattes benachbart zur Saugfläche des Schaufelblattes aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Zieloberflächenbereich des Auslasssegments eine hintere Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes aufweist. Es ist auch vorteilhaft, dass der Zielinnenbereich einen Innenbereich des Schaufelblattes benachbart zu der hinteren Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Zieloberflächenbereich des Auslasssegments einen Oberflächenbereich aufweist, der dem Saugflächeninnenkehlbereich entspricht. Es ist auch vorteilhaft, dass der Zielinnenbereich den Saugflächeninnenkehlbereich aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Zieloberflächenbereich des Auslasssegments eine hintere Hälfte eines Oberflächenbereichs aufweist, der der dem Saugflächeninnenkehlbereich entspricht. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Zielinnenbereich eine hintere Hälfte des Saugflächeninnenkehlbereich aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Zieloberflächenbereich des Auslasssegments aufweist: eine hintere Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes und/oder eine hintere Hälfte des Oberflächenbereichs, der dem Saugflächeninnenkehlbereich entspricht. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Zielinnenbereich aufweist: einem Innenbereich des Schaufelblattes benachbart zu der hinteren Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zur äußeren Spitze des Schaufelblattes und/oder eine hintere Hälfte des Saugflächeninnenkehlbereichs.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass das Zufuhrsegment von jedem der Kühlkanäle ein stromaufwärtsseitiges Ende aufweist, das durch die Wurzel der Rotorschaufel hindurch gebildet ist, an dem das Zufuhrsegment fluidisch mit einer Kühlmittelquelle verbunden ist, sowie ein stromabwärtsseitiges Ende, das fluidisch mit dem Knieabschnitt verbunden ist; und wobei das Zufuhrsegment einen radial ausgerichteten linearen Durchgang aufweist, der durch das Schaufelblatt hindurch ausgebildet ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass relativ zu einer erwarteten Strömungsrichtung des Kühlmittels innerhalb von jedem der Kühlkanäle das Zufuhrsegment stromaufwärts relativ zu dem Kniesegment und das Kniesegment stromaufwärts relativ zu dem Auslasssegment ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Richtungswechsel durch das Kniesegment zwischen 60 und 120 Grad beträgt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Richtungswechsel durch das Kniesegment zwischen 80 und 100 Grad beträgt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass der Richtungswechsel durch das Kniesegment 90 Grad beträgt.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass ein Krümmungsradius entlang einer Länge des Kniesegments zumindest größer ist als das Doppelte eines Durchmessers einer Querschnittsströmungsfläche durch den Kniesegments.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass die Zufuhrsegmente der Kühlkanäle sich in etwa parallel zueinander in einer radialen Richtung durch das Schaufelblatt erstrecken und innerhalb der hinteren Hälfte des Schaufelblattes gruppiert sind. Es ist auch vorteilhaft, dass die Auslassanschlüsse eine Reihe aufweisen, die gebildet ist entlang der hinteren Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zur äußeren Spitze des Schaufelblattes und/oder der hinteren Hälfte des Oberflächenbereichs, der dem Saugflächeninnenkehlbereich entspricht.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass die Zufuhrsegmente der Kühlkanäle regelmäßig beabstandet entlang der Wölbungslinie des Schaufelblattes sind. Es ist auch vorteilhaft, dass die Reihe der Auslassanschlüsse in etwa parallel zu dem Spitzenabdeckband ist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass eine Richtungsänderung für jedes der Auslasssegmente eine Richtung aufweist, in die ein Fluid strömt, das davon abgegeben wird. Es ist auch vorteilhaft, dass eine axiale Bezugslinie eine Bezugslinie aufweist, die parallel zu einer zentralen Achse der Turbine ist und in Richtung der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch die Turbine weist. Es ist auch vorteilhaft, dass ein Auslasswinkel der Bezugswinkel ist, der zwischen der Auslassrichtung von jedem der Auslasssegmente und der axialen Bezugslinie gebildet ist, wobei der Auslasswinkel einen tangentialen Auslasswinkel aufweist, der eine axiale Neigung zwischen der Auslassrichtung und der axialen Bezugslinie beschreibt, und einen radialen Auslasswinkel, der eine radiale Neigung zwischen der Auslassrichtung und der axialen Bezugslinie beschreibt. Es ist auch vorteilhaft, dass für jedes der Auslasssegmente: der tangentiale Auslasswinkel einen Bereich von zwischen +/–30 Grad aufweist; und/oder der radiale Auslasswinkel einen Bereich zwischen +/–30 Grad aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass für jedes der Auslasssegmente: der tangentiale Auslasswinkel einen Bereich von zwischen +/–10 Grad aufweist; und/oder der radiale Auslasswinkel einen Bereich zwischen +/–10 Grad aufweist.
Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Turbinenrotorschaufel kann es vorteilhaft sein, dass eine Auslassrichtung für jedes der Auslasssegmente eine Richtung aufweist, in der ein Fluid strömt, das davon abgegeben wird. Es ist auch vorteilhaft, dass eine axiale Bezugslinie eine Bezugslinie aufweist, die parallel zu einer zentralen Achse der Turbine ist und zu der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids durch die Turbine weist. Es ist auch vorteilhaft, dass für jedes der Auslasssegmente die Auslassrichtung im Wesentlichen parallel zu der axialen Bezugslinie ist.
Ein anderer Aspekt der Offenbarung beschreibt eine Gasturbine mit einer Reihe von Rotorschaufeln in einer Turbine, wobei die Reihe von Rotorschaufeln eine Mehrzahl von Rotorschaufelblättern aufweist, die jeweils aufweisen: ein Schaufelblatt, das zwischen einer konkaven Druckfläche und einer seitlich entgegengesetzten konvexen Saugfläche gebildet ist, wobei die Druckfläche und die Saugfläche sich axial zwischen einer vorderen und einer hinteren Kante, die sich entgegengesetzt zueinander erstrecken und radial zwischen einer äußeren Spitze und einem inneren Ende erstrecken, das mit einer Wurzel verbunden ist, dazu eingerichtet ist, die Rotorschaufel mit einer Rotorscheibe zu verbinden; ein Spitzenabdeckband, das mit der äußeren Spitze des Schaufelblattes verbunden ist, wobei das Spitzenabdeckband eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende im Wesentlichen ebene Komponente aufweist, die durch die äußere Spitze des Schaufelblattes getragen wird; eine Kühlkonfiguration, die mehrere Kühlkanäle zum Aufnehmen und Leiten eines Kühlmittels durch ein Inneres der Rotorschaufel aufweist, wobei die Kühlkanäle jeweils fluidisch verbundene, aufeinanderfolgende Segmente aufweisen, in denen: ein Zufuhrsegment sich radial durch das Schaufelblatt erstreckt; ein Auslasssegment, das Kühlmittel von der Rotorschaufel im Wesentlichen parallel zu einer Strömungsrichtung eines Arbeitsfluids durch die Turbine abgibt, wobei jedes der Auslasssegmente sich durch einen Innenkehlbereich erstreckt, der zwischen der Druckfläche des Schaufelblattes und dem Spitzenabdeckband gebildet ist; und ein Kniesegment, das das Zufuhrsegment und das Auslasssegment verbindet und benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei das Kniesegment dazu eingerichtet ist, einen Richtungswechsel zwischen dem Zufuhrsegment und dem Auslasssegment zwischen 80 und 100 Grad zu beinhalten.
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Anmeldung werden beim Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbar werden, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen genommen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden vollständiger verstanden und anerkannt werden durch sorgfältiges Studium der nachfolgenden detaillierteren Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung genommen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Gasturbine ist, die Turbinenschaufeln entsprechend Aspekten und Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweisen kann;
2 eine Schnittbildansicht des Kompressorabschnitts der Gasturbine aus 1 ist;
3 eine Schnittbildansicht des Kompressorabschnitts der Gasturbine aus 1 ist;
4 eine Seitenansicht einer beispielhaften Turbinenrotorschaufel ist, die eine Innenkühlkonfiguration und eine strukturelle Anordnung entsprechend Aspekten und Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweisen kann;
5 eine Schnittbildansicht entlang der Sichtlinie 5-5 aus 4 ist;
6 eine Schnittbildansicht entlang der Sichtlinie 6-6 aus 4 ist;
7 eine Schnittbildansicht entlang der Sichtlinie 7-7 aus 4 ist;
8 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Turbinenrotorschaufel ist, die ein Spitzenabdeckband und einer Konfiguration entsprechend Aspekten und Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweisen kann;
9 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Spitzenabdeckbandes aus 8 ist;
10 eine Außenansicht einer installierten Anordnung von Turbinenrotorschaufeln ist, die Spitzenabdeckbänder und Konfigurationen entsprechend Aspekten und Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweisen können;
11 ein Außenprofil eines Spitzenabdeckbandes ist, das eine Konfiguration entsprechend Aspekten und Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweisen kann;
12 eine perspektivische Ansicht mit einer Teiltransparenz von einem Spitzenabdeckband und einem Schaufelblatt ist, das eine Innenkühlkonfiguration entsprechend Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweist;
13 eine Perspektive der Auslassanschlüsse der Kühlkonfiguration aus 12 ist;
14 eine Außenansicht mit teilweiser Transparenz eines Spitzenabdeckbandes und eines Schaufelblattes ist, das eine Innenkühlkonfiguration entsprechend Aspekten und Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweist; und
15 eine Seitenansicht mit teilweiser Transparenz eines Spitzenabdeckbandes und eines Schaufelblattes ist, das eine Innenkühlkonfiguration entsprechend Ausführungsbeispielen der vorliegenden Anmeldung aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Anmeldung werden nachfolgend in der folgenden Beschreibung ausgeführt oder können von der Beschreibung offenbar werden oder können durch das Ausüben der Erfindung erlernt werden. Es wird nun Bezug genommen im Detail auf vorliegende Ausführungsbeispiele der Erfindung, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet numerische Bezugszeichen, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug zu nehmen. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen und in der Beschreibung können verwendet werden, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Ausführungsbeispiele der Erfindung hinzuweisen. Wie es verstanden werden wird, ist jedes Beispiel zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung und nicht zur Beschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich wird es Fachleuten offenbar werden, dass Modifikationen und Variationen bei der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne von dem Bereich oder dem Gedanken davon abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil von einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um noch zu einem weiteren Ausführungsbeispiel zu führen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen umfasst, die innerhalb des Bereichs der beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente liegen. Es versteht sich, dass Bereiche und Grenzwerte, die hierin erwähnt sind, alle Unterbereiche umfassen, die innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte, inklusive der Grenzwerte selbst umfassen, solange nichts anderes angegeben ist. Außerdem wurden bestimmte Begriffe ausgewählt, um die vorliegende Erfindung und ihre Komponenten-Untersysteme und Teile zu erläutern. Soweit möglich wurden diese Begriffe ausgewählt basierend auf der Terminologie, die in dem technischen Gebiet üblich ist. Es versteht sich, dass solche Begriffe noch häufig unterschiedliche Interpretationen unterworfen sind. Zum Beispiel was hierin als eine einzige Komponente bezeichnet wird, kann woanders als aus mehreren Komponenten bestehend bezeichnet werden oder was hierin als mehrere Komponenten aufweisend bezeichnet wird, kann anderswo als eine einzige Komponente bezeichnet werden. Im Verständnis des Bereichs der vorliegenden Erfindung sollte nicht nur der bestimmten verwendeten Terminologie Beachtung geschenkt werden, sondern auch zu der beigefügten Beschreibung und dem Kontext, sowie auch der Struktur, Ausgestaltung, Funktion und/oder Verwendung der bezeichneten und beschriebenen Komponente, einschließlich der Weise, in welcher sich der Begriff auf die verschiedenen Figuren bezieht, sowie selbstverständlich auch der präzisen Verwendung der Terminologie in den beigefügten Ansprüchen. Außerdem, während die nachfolgenden Beispiele in Bezug auf bestimmte Arten von Gasturbinen oder Turbinenantriebe dargestellt werden, kann die Technologie der vorliegenden Anmeldung auch auf andere Kategorien von Turbinenantrieben anwendbar sein, ohne Beschränkung, wie es durch eine Person mit durchschnittlichen Fähigkeiten auf dem relevanten Technologiegebiet verstanden wird. Entsprechend sollte es verstanden werden, dass solange nichts anderes angegeben ist, die Verwendung des Begriffs „Gasturbine“ hierin weit gemeint ist und mit Beschränkung auf die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf die verschiedenen Arten von Turbinenantrieben.
Mit der gegebenen Art, wie Gasturbinen arbeiten, haben einige Begriffe sich als insbesondere brauchbar erwiesen, um bestimmte Aspekte ihrer Funktion zu beschreiben. Diese Begriffe und ihre Definitionen sind, solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, wie folgt. Wie es verstanden werden wird können solche Begriffe sowohl zum Beschreiben oder Beanspruchen der Gasturbine oder eines ihrer primären Subsysteme – d.h. des Kompressors, der Brennkammer oder der Turbine – sowie auch zur Beschreibung oder Beanspruchung von Komponenten oder Subkomponenten zur Verwendung darin verwendet werden. In dem letzteren Fall sollte die Terminologie als diese Komponenten beschreibend verstanden werden, als ob sie korrekt installiert sind und/oder funktionieren innerhalb des Gasturbinenantriebs oder primärerer Subsysteme.
Entsprechend beziehen sich die Begriffe „vorne“ und „hinten“ auf Richtungen relativ zu der Ausrichtung der Gasturbine und genauer die relative Positionierung des Kompressorabschnitts und Turbinenabschnitts des Antriebs. Daher, wie es hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „vorne“ auf das Kompressorende, während sich der Begriff „hinten“ auf das Turbinenende bezieht. Es wird verstanden werden, dass jeder dieser Begriffe verwendet werden kann, um die Bewegungsrichtung oder relative Position entlang der zentralen Achse des Antriebs anzugeben. Wie vorstehend angegeben, können diese Begriffe verwendet werden, um Attribute der Gasturbine oder eines ihrer primären Subsysteme zu beschreiben, sowie für Komponenten oder Subkomponenten, die darin angeordnet sind. Daher, wenn z.B. eine Komponente, wie etwa eine Rotorschaufel, beschrieben oder beansprucht wird als eine „vordere Fläche“ aufweisend, kann es verstanden werden als bezugnehmend auf eine Fläche, die in der vorderen Richtung ausgerichtet ist, wie sie durch die Ausrichtung der Gasturbine definiert ist (d.h. die Positionierung der Brennkammer- und Turbinen-Subsysteme). Solange nichts anderes angegeben ist, gilt diese Annahme für die nachfolgenden beschreibenden Begriffe ebenso.
Die Begriffe „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ sind hierin verwendet, um die Position innerhalb einer spezifizierten Leitung oder eines Strömungswegs relativ zu der Richtung der Strömung (nachfolgend „Strömungsrichtung“) anzugeben, die dadurch strömt. Daher bezieht sich der Begriff „stromabwärts“ auf die Richtung, in die das Fluid durch die spezifizierte Leitung fließt, während „stromaufwärts“ bezieht sich auf die Richtung entgegengesetzt dazu bezieht. Diese Begriffe können ausgelegt werden als sich beziehend auf was durch den Fachmann als Strömungsrichtung durch die Leitung verstanden wird, ein normaler oder erwarteter Betrieb vorausgesetzt. Wie es verstanden werden wird, wird das Arbeitsfluid innerhalb des Kompressorabschnitts und des Turbinenabschnitts der Gasturbine stromabwärts geleitet und durch einen ringförmig gestalteten Arbeitsfluidströmungspfad, der typischerweise um die zentrale und gemeinsame Achse der Gasturbine gebildet ist. Als solches, bezieht sich der Begriff „Strömungsrichtung“, wie er hierin verwendet wird, innerhalb des Kompressorabschnitts und des Turbinenabschnitts des Antriebs auf eine Bezugsrichtung, die eine idealisierte oder verallgemeinerte Richtung der Strömung des Arbeitsfluides durch den Arbeitsfluidströmungspfad des Antriebs während eines erwarteten oder normalen Betriebszustandes darstellt. Daher bezieht sich die „Strömungsrichtung“-Terminologie innerhalb des Kompressor- und Turbinenabschnitts auf eine Strömung, die parallel zu der zentralen Achse der Gasturbine ist und in eine stromabwärtsseitige oder hintere Richtung ausgerichtet ist.
Entsprechend kann die Strömung des Arbeitsfluides durch den Arbeitsfluidströmungspfad der Gasturbine beschrieben werden als beginnend als unter Druck stehende Luft durch den Kompressor für die Strömungsrichtung, die Verbrennungsgase in der Brennkammer werden, nachdem sie mit einem Brennstoff verbrannt wurden und schließlich in der Strömungsrichtung ausgedehnt werden, wenn sie durch die Turbine hindurch gehen. Gleichermaßen kann die Strömung von Arbeitsfluid beschrieben werden als beginnend an einer vorderen oder stromaufwärts angeordneten Stelle zu einem vorderen oder stromaufwärtsseitigen Ende der Gasturbine hin, der sich allgemein in einer Stromabwärtsrichtung oder hinteren Richtung bewegt und schließlich an einer hinteren oder stromabwärtsseitigen Stelle zu einem hinteren oder stromabwärtsseitigen Ende der Gasturbine hin endet.
Da viele Komponenten der Gasturbine während des Betriebs rotieren, wie etwa Kompressor- und Turbinenrotorschaufeln, können die Begriffe in Rotationsrichtung vorne und in Rotationsrichtung hinten verwendet werden, um relative Positionierungen von Subkomponenten oder Subbereichen in die erwartete Rotationsrichtung innerhalb des Antriebs zu beschreiben. Daher, wie es verstanden werden wird, können diese Begriffe Positionen bezüglich der Richtung der Rotation (nachfolgend „Rotationsrichtung“) innerhalb des Kompressors oder der Turbine unterscheiden. Wie es hierin verwendet wird, kann eine solche Rotationsrichtung verstanden werden als die erwartete Richtung der Rotation einer Komponente, einen normalen oder erwarteten Betrieb der Gasturbine vorausgesetzt.
Außerdem können bei der gegebenen Konfiguration von Gasturbinen, insbesondere der Anordnung von dem Kompressor- nd dem Turbinenabschnitt um eine gemeinsame Welle oder Rotor, sowie die zylindrische Konfiguration, die vielen Brennkammerarten gemein ist, Begriffe, die die Position relativ zu einer Achse beschreiben, regelmäßig hier verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird es verstanden werden, dass der Begriff „radial“ sich auf eine Bewegung oder Position rechtwinklig zu einer Achse bezieht. Verbunden damit kann es erforderlich sein, eine relative Distanz von der zentralen Achse zu beschreiben. In solchen Fällen wird, wenn eine erste Komponente näher an der zentralen Achse angeordnet ist als eine zweite Komponente, die erste Komponente beschrieben werden als „radial innen“ oder „innen“ von der zweiten Komponente. Wenn sich andererseits die erste Komponente weiter weg von der zentralen Achse befindet, wird die erste Komponente beschrieben werden als entweder „radial außen“ oder „außen“ von der zweiten Komponente. Wie es hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „axial“ auf eine Bewegung oder eine Position parallel zu einer Achse, während der Begriff „den Umfang betreffend“ sich auf eine Bewegung oder Position um die Achse herum bezieht. Solange es nicht anders angegeben oder aus dem Kontext klar offensichtlich ist, sollten diese Begriffe ausgelegt werden als sich auf die zentrale Achse des Kompressorabschnitts und/oder des Turbinenabschnitts der Gasturbine beziehend, wie sie durch den Rotor definiert ist, der sich durch jeden davon erstreckt, auch wenn die Begriffe Attribute von nicht-integralen Komponenten beschreiben oder beanspruchen – wie etwa Rotor- oder Statorschaufelblätter – die darin arbeiten. Wenn es anders angegeben ist, können diese Begriffe bezogen auf die Längsachse von bestimmten Komponenten oder Subsystemen innerhalb der Gasturbine verwendet werden, wie etwa z.B. die Längsachse, um welche eine konventionelle zylindrische oder „Rohr“-Brennkammer typischerweise angeordnet ist.
Ist der Begriff „Rotorschaufel“ ohne weitere Spezifizierung eine Bezugnahme auf die rotierenden Schaufelblätter entweder von dem Kompressor oder der Turbine, und kann so sowohl Kompressorrotorschaufeln als auch Turbinennrotorschaufeln umfassen. Der Begriff „Statorschaufel“ ist ohne weitere Spezifizierung eine Bezugnahme auf die stationären Schaufeln von entweder dem Kompressor oder der Turbine und kann so sowohl Kompressorstatorschaufeln als auch Turbinenstatorschaufeln umfassen. Der Begriff „Schaufelblatt“ kann verwendet werden, um allgemein auf irgendeine Art von Schaufelblatt Bezug zu nehmen. Daher ist der Begriff „Schaufelblatt“ ohne nähere Spezifikation inklusiv für alle Arten von Turbinenschaufeln, einschl. Kompressorrotorschaufeln, Kompressorstatorschaufeln, Turbinenrotorschaufeln, Turbinenstatorschaufeln und dergleichen.
Als Hintergrund, nunmehr bezugnehmend spezifisch auf die Figuren, veranschaulichen die 1–3 eine beispielhafte Gasturbine in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung oder innerhalb der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Es wird durch die Fachleute verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Art von Verwendung beschränkt ist. Wie angegeben kann die vorliegende Erfindung in Gasturbinen, wie etwa Antrieben verwendet werden, die bei der Energieerzeugung und in Flugzeugen verwendet wird, in Dampfturbinenantrieben, sowie anderen Arten von rotierenden Antrieben, wie es durch einen Durchschnittsfachmann verstanden wird. Die bereitgestellten Beispiele sind daher nicht bestimmt beschränkend zu sein, solange nichts anderes angegeben ist. 1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine 10. Allgemein arbeiten Gasturbinen durch das Entnehmen von Energie aus einer unter Druck stehenden Strömung von heißem Gas, das durch die Verbrennung eines Brennstoffs in einer Strömung von komprimierter Luft erzeugt wird. Wie es in 1 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine 10 mit einem axialen Kompressor 11 ausgeführt sein, der mechanisch durch eine gemeinsame Welle oder einen gemeinsamen Rotor mit einem stromabwärtsseitigen Turbinenabschnitt oder Turbine 12 verbunden ist sowie einer Brennkammer 13, die zwischen dem Kompressor 11 und der Turbine 12 angeordnet ist. Wie es in 1 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine um eine gemeinsame zentrale Achse 19 angeordnet sein.
2 veranschaulicht eine Ansicht eines beispielhaften mehrstufigen axialen Kompressors 11, der in der Gasturbine aus 1 verwendet werden kann. Wie veranschaulicht, kann der Kompressor 11 eine Mehrzahl von Stufen aufweisen, von denen jede eine Reihe von Kompressorrotorschaufeln 14 und eine Reihe von Kompressorstatorschaufeln 15 aufweist. Daher kann eine erste Stufe eine Reihe von Kompressorrotorschaufeln 14 aufweisen, die um eine zentrale Welle rotieren, gefolgt von einer Reihe von Kompressorstatorschaufeln 15, die während des Betriebs stationär bleiben. 3 veranschaulicht eine Teilansicht eines beispielhaften Turbinenabschnitts oder einer Turbine 12, die in der Gasturbine aus 1 verwendet werden kann. Die Turbine 12 kann auch eine Mehrzahl von Stufen aufweisen. Drei beispielhafte Stufen sind veranschaulicht, aber mehr oder weniger Stufen können vorhanden sein. Jede Stufe kann eine Mehrzahl von Turbinenleitapparaten oder Statorschaufeln 17 aufweisen, die während des Betriebs stationär bleiben, gefolgt von einer Mehrzahl von Turbinenlaufschaufeln oder Rotorschaufeln 16, die während des Betriebs um die Welle rotieren. Die Turbinenstatorschaufeln 17 sind allgemein in Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet und um die Rotationsachse an einem äußeren Gehäuse befestigt. Die Turbinenrotorschaufeln 16 können an einem Turbinenrad oder an einer Rotorscheibe (nicht gezeigt) zur Rotation um eine zentrale Achse montiert sein. Es wird verstanden werden, dass die Turbinenstatorschaufeln 17 und die Turbinenrotorschaufeln 16 in dem Heißgaspfad oder Arbeitsfluidströmungspfad durch die Turbine 12 liegen. Die Richtung der Strömung der Verbrennungsgase oder des Arbeitsfluides innerhalb des Arbeitsfluidströmungspfades ist durch den Pfeil angegeben.
Bei einem Beispiel des Betriebs der Gasturbine 10 kann die Rotation der Kompressorrotorschaufeln 14 innerhalb des axialen Kompressors 11 eine Strömung von Luft komprimieren. In der Brennkammer 13 kann Energie freigesetzt werden, wenn die komprimierte Luft mit einem Brennstoff gemischt und gezündet wird. Die resultierende Strömung von heißen Gasen oder Arbeitsfluid von der Brennkammer 13 wird dann über die Turbinenrotorschaufeln 16 gelenkt, was die Rotation der Turbinenrotorschaufeln 16 um die Welle auslöst. Auf diese Weise wird die Energie der Strömung des Arbeitsfluides in mechanische Energie der rotierenden Schaufeln und unter der Voraussetzung der Verbindung zwischen den Rotorschaufeln und der Welle der rotierenden Welle umgewandelt. Die mechanische Energie der Welle kann dann verwendet werden, um dann die Rotation der Kompressorrotorschaufeln 14 anzutreiben, so dass die notwendige Zufuhr von komprimierter Luft erzeugt wird, und auch z.B. um einen Generator anzutreiben, um Elektrizität zu erzeugen.
Zum Zwecke der Hintergrundinformation stellen die 4–7 Ansichten einer Turbinenrotorschaufel 16 in Übereinstimmung mit oder innerhalb von denen Aspekte der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können. Wie es verstanden werden wird, sind diese Figuren zur Veranschaulichung von herkömmlichen Konfigurationen von Rotorschaufeln bereitgestellt und beschreiben räumliche Beziehungen zwischen Komponenten und Bereichen innerhalb solcher Schaufelblätter zur späteren Bezugnahme, während auch die geometrischen Beschränkungen und andere Kriterien beschrieben werden, die das innere und äußere Design davon betreffen. Während das Schaufelblatt dieses Beispiels ein Rotorblatt ist, wird es verstanden werden, dass solange nichts anderes angegeben ist, die vorliegende Erfindung auch für andere Arten von Schaufelblättern innerhalb der Gasturbine angewandt werden kann. Wie es oben angegeben ist, kann die Beschreibung von solchen Komponenten Begriffe enthalten, die ihre Bedeutung basierend auf der Ausrichtung und der Funktion der Gasturbine ableiten und genauer dem Arbeitsfluidströmungspfad und daher in diesem Kontext verstanden werden sollten, d.h. dass eine solche Beschreibung annimmt, dass die Rotorschaufel korrekt installiert ist und unter erwarteten oder normalen Bedingungen innerhalb des Antriebs arbeitet.
Die Rotorschaufel 16 kann wie veranschaulicht eine Wurzel 21 aufweisen, die zur Befestigung einer Rotorscheibe eingerichtet ist. Die Wurzel 21 kann z.B. einen Schwalbenschwanz 22 aufweisen, der zum Anbringen in einem entsprechenden Schwalbenschwanzschlitz im Umfang einer Rotorscheibe eingerichtet ist. Die Wurzel 21 kann außerdem einen Schaft 23 aufweisen, der sich zwischen dem Schwalbenschwanz 22 und einer Plattform 24 erstreckt. Die Plattform 24 bildet allgemein, wie veranschaulicht, die Verbindung zwischen der Wurzel 21 und dem Schaufelblatt 25, das die aktive Komponente der Rotorschaufel 16 ist, die die Strömung des Arbeitsfluides durch die Turbine 12 unterbricht und die gewünschte Rotation aufweist. Die Plattform 24 kann das innere Ende des Schaufelblattes 25 bilden. Die Plattform kann auch einen Abschnitt der inneren Grenze des Arbeitsfluidströmungswegs durch die Turbine 12 bilden.
Das Schaufelblatt 25 der Rotorschaufel kann typischerweise eine konkave Druckfläche 26 und eine in Umfangsrichtung oder seitlich entgegengesetzte konvexe Saugfläche 27 aufweisen. Die Druckfläche 26 und die Saugfläche 27 können sich axial zwischen einander jeweils entgegengesetzten vorderen und hinteren Kante 28, 29 und in der Radialrichtung zwischen einem inneren Ende, das an der Verbindung mit der Plattform 24 gebildet sein kann, und einer äußeren Spitze 31 erstrecken. Das Schaufelblatt 25 kann eine gekrümmte oder konturierte Gestalt aufweisen, die ausgestaltet ist, um eine gewünschte aerodynamische Leistungsfähigkeit zu fordern. Wie es in den 4 und 5 veranschaulicht ist, kann sich die Gestalt des Schaufelblattes 25 bei der Erstreckung zwischen der Plattform 24 und der äußeren Spitze 31 sukzessive verjüngen. Die Verjüngung kann eine axiale Verjüngung aufweisen, die den Abstand zwischen der vorderen Kante 28 und der hinteren Kante 29 des Schaufelblattes 25 schmälert, wie es in 4 veranschaulicht ist, sowie auch eine Verjüngung in Umfangsrichtung, die die Dicke des Schaufelblattes 25 reduziert, wie sie zwischen der Saugfläche 26 und der Druckfläche 27 definiert ist, wie es in 5 veranschaulicht ist. Wie es in den 6 und 7 gezeigt ist, kann die konturierte Gestalt des Schaufelblattes 25 außerdem eine Verdrehung um die Längsachse des Schaufelblattes 25 aufweisen, wie es sich von der Plattform 24 weg erstreckt. Es wird verstanden werden, dass die Verdrehung vorhanden sein kann, um einen Staffelungswinkel für das Schaufelblatt 25 sukzessive zwischen dem inneren Ende und der äußeren Spitze 31 zu variieren.
Für beschreibende Zwecke, wie es in 4 gezeigt ist, kann das Schaufelblatt 25 der Rotorschaufel 16 außerdem beschrieben werden als einen vorderen Kantenbereich oder vordere Hälfte und einen hinteren Kantenbereich oder hintere Hälfte aufweisend, die auf jeder Seite von einer axialen Mittellinie 32 gebildet sind. Die axiale Mittellinie 32 kann, ihrer Verwendung hierin entsprechend, durch Verbinden der Mittelpunkte 34 der Wölbungslinien 35 des Schaufelblattes 25 zwischen der Plattform 24 und der äußeren Spitze 31 gebildet werden. Außerdem kann das Schaufelblatt 25 beschrieben werden als zwei radial gestufte Abschnitte aufweisend, die innen und außen von einer radialen Mittellinie 33 des Schaufelblattes 25 gebildet sind. Daher, wie es hierin verwendet wird, erstreckt sich ein innerer Abschnitt oder eine innere Hälfte des Schaufelblattes 25 zwischen der Plattform 24 und der radialen Mittellinie 33, während sich ein äußerer Abschnitt oder eine äußere Hälfte zwischen der radialen Mittellinie 33 und der äußeren Spitze 31 erstreckt. Schließlich kann das Schaufelblatt 25 beschrieben werden als einen Druckflächenabschnitt oder eine Druckflächenhälfte und einen Saugflächenabschnitt oder eine Saugflächenhälfte aufweisend, die, wie es verstanden werden wird, gebildet sind auf jeder Seite der Wölbungslinie 35 des Schaufelblattes 25 und den entsprechenden Seiten 26, 27 des Schaufelblattes 25.
Die Rotorschaufel 16 kann außerdem eine Innenkühlkonfiguration 36 aufweisen, mit einem oder mehreren Kühlkanälen 37, durch welche ein Kühlmittel während des Betriebs zirkuliert. Solche Kühlkanäle 37 können sich radial außen von einer Verbindung zu einer Zufuhrquelle erstrecken, die durch die Wurzel 21 der Rotorschaufel 16 hindurch gebildet ist. Die Kühlkanäle 37 können linear, gekrümmt oder eine Kombination davon sein und können eine oder mehrere Auslässe oder Oberflächenanschlüsse aufweisen, durch welche das Kühlmittel von der Rotorschaufel 16 und in den Arbeitsfluidströmungspfad abgegeben wird.
Die 8–11 veranschaulichen eine Turbinenrotorschaufel 16 mit einem Spitzenabdeckband 41 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung oder innerhalb der die vorliegende Erfindung verwendet werden kann. Wie es verstanden werden wird, ist 8 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Turbinenrotorschaufel 16, die ein Spitzenabdeckband 41 aufweist, während 9 eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts des Spitzenabdeckbandes 41 ist. 10 stellt ein Profil von einer Außenperspektive einer beispielhaft installierten Anordnung von Rotorschaufeln 16 bereit, die mit einem Spitzenabdeckband versehen sind. Schließlich stellt 11 eine vergrößerte Außenansicht eines Spitzenabdeckbandes 41 bereit, die verwendet werden kann, um die verschiedenen Bereiche innerhalb von Spitzenabdeckbändern in der nachfolgenden Erläuterung anzugeben.
Wie gezeigt kann das Spitzenabdeckband 41 benachbart oder an dem äußeren Ende des Schaufelblattes 25 positioniert sein. Das Spitzenabdeckband 41 kann eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende flache Platte oder eine flache Komponente aufweisen, die zu ihrer Mitte hin durch das Schaufelblatt 25 getragen wird. Zu beschreibenden Zwecken kann das Spitzenabdeckband 41 eine Innenfläche 45, eine Außenfläche 44 und eine Kante 46 aufweisen. Wie veranschaulicht ist die Innenfläche 45 entgegengesetzt zu der Außenfläche 44 bezüglich der schmalen radialen Dicke des Spitzenabdeckbandes 41, während die Kante 46 die Innenfläche 45 mit der Außenfläche 44 verbindet und bildet, wie es hierin verwendet wird, ein Umfangs- oder Außenprofil des Spitzenabdeckbandes 41.
Eine Dichtschiene 42 kann entlang der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 angeordnet sein. Allgemein, wie veranschaulicht, ist die Dichtschiene 42 ein flossenähnlicher Vorsprung, der sich radial nach außen von der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 erstreckt. Die Dichtschiene 42 kann sich in Umfangsrichtung zwischen entgegengesetzten Enden des Spitzenabdeckbandes 41 in einer Richtung der Rotation oder „Rotationsrichtung“ der Rotorschaufel 16 erstrecken. Wie es verstanden werden wird, kann die Dichtschiene 42 verwendet werden, um eine Leckage des Arbeitsfluides durch den radialen Spalt zu verhindern, der typischerweise zwischen dem Spitzenabdeckband 41 und den umgebenden stationären Komponenten vorhanden ist, die die äußere Grenze des Arbeitsfluidströmungspfades durch die Turbine bilden. Entsprechend konventioneller Ausführungen kann sich die Dichtschiene 42 radial in eine abreibbare stationäre Wabendichtung erstrecken, die ihr durch diesen Spalt gegenüberliegt. Die Dichtschiene 42 kann sich im Wesentlichen über ihre gesamte Umfangslänge der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 erstrecken. Wie es hierin verwendet wird, ist die Umfangslänge des Spitzenabdeckbandes 41 die Länge des Spitzenabdeckbandes 41 in der Rotationsrichtung 50. Für beschreibende Zwecke kann die Dichtschiene 42 entgegengesetzte Schienenflächen aufweisen, bei denen eine vordere Fläche 56 der vorderen Richtung der Gasturbine entspricht und eine hintere Fläche 57 der hinteren Richtung entspricht. Wie es verstanden werden wird, ist die vordere Fläche 56 daher zu der oder in die Strömungsrichtung des Arbeitsfluides gewandt, während die hintere Fläche 57 davon abgewandt ist. Sowohl die vordere Fläche 56 als auch die hintere Fläche 57 der Dichtschiene 42 können so angeordnet sein, dass sie einen steilen Winkel bezogen auf die Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 bilden.
Obwohl andere Konfigurationen möglich sind, kann die Dichtschiene 42 ein in etwa rechteckförmiges Profil aufweisen. Die vordere Seite 56 und die hintere Seite 57 der Dichtschiene 42 können entlang schmaler Umfangskanten verbunden sein, die, wie es hierin verwendet wird, aufweisen: entgegengesetzte und im Wesentlichen parallele äußere und innere Kanten und entgegengesetzt und im Wesentlichen parallele in Rotationsrichtung vordere und in Rotationsrichtung hintere Kanten. Insbesondere kann die innere Kante der Dichtschiene 42 als Schnittstelle zwischen der Dichtschiene 42 und der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 ausgebildet sein. Wie es verstanden werden wird, ist die innere Kante etwas verdeckt wegen der Kehlbereiche, die für strukturelle Zwecke zwischen der Dichtschiene 42 und dem Spitzenabdeckband 41 gebildet sind, und daher nicht durch eine numerische Identifizierung speziell benannt. Die äußere Kante 59 der Dichtschiene 42 ist radial von der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 versetzt. Dieser radiale Versatz stellt allgemein die radiale Höhe der Dichtschiene 42 dar, wie es verstanden werden wird. Wie angegeben steht eine in Rotationsrichtung vordere Kante 62 der Dichtschiene 42 radial von der Kante 46 des Spitzenabdeckbandes 41 vor, die die Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 überhängt. Darum ist die in Rotationsrichtung vordere Kante 62 die Komponente, die die Dichtschiene 42 „führt“, wenn die Rotorschaufel 16 während des Betriebs rotiert. An dem entgegengesetzten Ende der Dichtschiene 42 steht eine in Rotationsrichtung hintere Kante 63 von der Kante 46 des Spitzenabdeckbandes 41 vor, das die Druckfläche 26 des Schaufelblattes 25 überhängt. Diese Anordnung vorausgesetzt ist die in Rotationsrichtung hintere Kante 63 die Komponente, die der Dichtschiene 42 „folgt“, wenn die Rotorschaufel 16 während des Betriebs rotiert.
Ein Schneidzahn 43 kann an der Dichtschiene 42 vorhanden sein. Wie es verstanden werden wird, kann der Schneidzahn 43 vorgesehen sein, um eine Nut in der abreibbaren Beschichtung oder Wabe des stationären Dichtbandes zu schneiden, die etwas weiter ist als die Breite der Dichtschiene 42. Wie es verstanden werden wird, kann die Wabe bereitgestellt werden, um die Dichtstabilität zu verbessern und die Verwendung des Schneidzahns 43 kann einen Überlauf und ein Reiben zwischen stationären und rotierenden Teilen verringern durch Ausräumen des breiteren Pfads. Der Schneidzahn 43 ist allgemein ein Bereich mit vergrößerter Breite entlang der Umfangslänge der Dichtschiene 42. Genauer kann der Schneidzahn 43 einen Umfangsabschnitt der Dichtschiene 42 aufweisen, der axial aufgeweitet ist. Dieser axial aufgeweitete Bereich kann sich radial zwischen der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 und der äußeren Kante der Dichtschiene 42 erstrecken. Der Schneidzahn 43 kann benachbart zu der Mitte oder dem mittleren Abschnitt der Dichtschiene 42 angeordnet sein. Wie es nachfolgend bereitgestellt ist, kann der Schneidzahn 43 innerhalb des Schaufelblattabschnitts der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 angeordnet sein. Der Schneidzahn 43 kann ein im Wesentlichen rechteckförmiges Profil haben, obwohl andere Profile auch möglich sind.
Das Spitzenabdeckband 41 kann Kehlabschnitte 48, 49 aufweisen, die dazu eingerichtet sind, glatte Oberflächenübergänge zwischen den divergierenden Oberflächen des Spitzenabdeckbandes 41 und des Schaufelblattes 25 bereitzustellen sowie solche zwischen dem Spitzenabdeckband 41 und der Dichtschiene 42. Als solche, können Konfigurationen des Spitzenabdeckbandes 41 einen äußeren Kehlabschnitt 48 aufweisen, der zwischen der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 und der vorderen Fläche 56 und der hinteren Fläche 57 der Dichtschiene 42 gebildet ist. Das Spitzenabdeckband 41 kann außerdem einen inneren Kehlabschnitt 49 aufweisen, der zwischen der inneren Fläche 45 des Spitzenabdeckbandes 41 und der Druck- und Saugfläche 26, 27 des Schaufelblattes 25 gebildet ist. Es wird verstanden werden, dass der innere Kehlabschnitt 49 genauer beschrieben werden kann als aufweisend: einen Druckinnenkehlabschnitt, der der Abschnitt ist, der zwischen der Druckfläche 26 des Schaufelblattes 25 und der Innenfläche 45 des Spitzenabdeckbandes 41 gebildet ist; und einen Sauginnenkehlabschnitt, der der Abschnitt ist, der zwischen der Saugfläche 26 des Schaufelblattes 25 und der Innenfläche 45 des Spitzenabdeckbandes 41 gebildet ist. Der äußere Kehlbereich 48 kann genauer beschrieben werden als enthaltend: einen vorderen Außenkehlabschnitt, der der Abschnitt ist, der zwischen der vorderen Seite 56 der Dichtschiene 42 und der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 gebildet ist; und einen hinteren Außenkehlabschnitt, der der Abschnitt ist, der zwischen der hinteren Fläche 57 der Sichtschiene 42 und der Außenfläche 44 des Spitzenabdeckbandes 41 gebildet ist. Wie veranschaulicht kann jeder dieser Kehlbereiche 49, 48 eingerichtet sein, um glatte gekrümmte Übergänge zwischen den mehreren ebenen Flächen bereitzustellen, die abrupte oder Übergänge mit steilen Winkeln bilden. Es wird verstanden werden, dass solche Kehlabschnitte die aerodynamische Leistungsfähigkeit sowie verteilte Belastungskonzentrationen verbessern können, die ansonsten in diesen Bereichen auftreten würden. Auch so bleiben diese Bereiche stark beansprucht aufgrund der überhängenden oder auskragenden Belastung des Spitzenabdeckbandes 41 und der Drehzahl des Antriebs. Wie es verstanden werden wird, sind die Belastungen in diesen Bereichen ohne angemessene Kühlung eine signifikante Begrenzung der Verwendungsdauer der Komponente.
Mit besonderer Bezugnahme nunmehr auf die 10, können Spitzenabdeckbänder eingerichtet sein, um eine Kontaktschnittstelle aufzuweisen, in der Kontaktflächen oder Kontaktkanten während des Betriebs entsprechende Oberflächen oder Kanten beaufschlagen, die an Spitzenabdeckbändern 41 von benachbarten Rotorschaufeln gebildet sind. Wie es verstanden werden wird kann dies z.B. gemacht werden, um Leckage oder schädliche Vibrationen zu reduzieren. 10 stellt eine Außenansicht von Spitzenabdeckbändern 41 auf Turbinenrotorschaufeln bereit, wie sie in einem montierten Zustand auftreten kann. Wie angegeben, kann die Kante 46 des Spitzenabdeckbandes 41 bezogen auf die Rotationsrichtung 50, zu beschreibenden Zwecken, eine in Rotationsrichtung vordere Kontaktkante 52 und eine in Rotationsrichtung hintere Kontaktkante 53 aufweisen. Daher kann das Spitzenabdeckband 41, wie gezeigt, in einer in Rotationsrichtung vorderen Position dazu eingerichtet sein, mit einer in Rotationsrichtung hinteren Kontaktkante 53 ausgebildet zu sein, die in Kontakt steht mit oder in die Nähe der in Rotationsrichtung vorderen Kontaktkante 52 des Spitzenabdeckbandes 41 kommt, das sich relativ dazu in einer in Rotationsrichtung hinteren Position befindet. Während dieser Bereich des Kontakts zwischen den benachbarten Spitzenabdeckbändern 41 allgemein als Kontaktschnittstelle bezeichnet werden kann, das Profil der beispielhaften Konfiguration vorausgesetzt, kann es auch als eine „Z-Nut“-Schnittstelle bezeichnet werden. Andere Konfigurationen sind auch möglich. Durch Ausbilden der Kontaktschnittstelle kann die Kante 46 des Spitzenabdeckbandes mit einem genuteten Abschnitt ausgeführt sein, der dazu bestimmt ist, zusammenwirkend ein benachbartes und gleichermaßen konfiguriertes Spitzenabdeckband 41 in einer vorherbestimmten Weise zu kontaktieren oder zu beaufschlagen.
Nunmehr besonders bezugnehmend auf die 11, kann das Außenprofil des Spitzenabdeckbandes 41 eine Muschelform aufweisen. Obwohl andere Konfigurationen möglich sind, ist die beispielhafte Muschelform eine, die gute Leistungen in Bezug auf das Reduzieren von Leckagen bringt, während auch Gewicht minimiert wird. Wie auch immer das Profil ist, wird es verstanden werden, dass Bereiche oder Abschnitte, die das Spitzenabdeckband 41 bilden, beschrieben werden können unter Angabe ihrer Position relativ zu der Dichtschiene 42 und/oder dem Profil des darunterliegenden Schaufelblattes 25. Daher, wie es hierin verwendet wird, ist ein Schaufelblattabschnitt 65 des Spitzenabdeckbandes 41 der Abschnitt, der innerhalb eines Profils des Schaufelblattes 25 gebildet ist, das radial durch das Spitzenabdeckband 41 hindurch projiziert wird. Ein Druckabschnitt 66 des Spitzenabdeckbandes 41 ist der Abschnitt, der weg ragt von und die Druckfläche 26 des Schaufelblattes 25 überhängt, während ein Saugabschnitt 67 des Spitzenabdeckbandes 41 der Abschnitt ist, der weg ragt von und die Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 überhängt. Schließlich ist ein vorderer Abschnitt 68 des Spitzenabdeckbandes 41 der Abschnitt, der sich in einer vorderen Richtung von der Dichtschiene 42 erstreckt, um die vordere Kante 28 des Schaufelblattes 25 zu überhängen, während ein hinterer Abschnitt 69 des Spitzenabdeckbandes 41 der Abschnitt ist, der sich in einer hinteren Richtung von der Dichtschiene 42 erstreckt, um die hintere Kante 29 des Schaufelblattes 25 zu überhängen.
Bezugnehmend nunmehr auf die 12–15, sind mehrere Innenkühlkonfigurationen in Übereinstimmung mit Aspekten und beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie es verstanden werden wird, sind diese Beispiele mit Bezug auf und im Lichte von Systemen, Komponenten und verbundenen Konzepten beschrieben, die hierin bereits bereitgestellt wurden, insbesondere solche, die in Bezug auf die vorhergehenden Figuren erläutert wurden.
Wie veranschaulicht, kann die vorliegende Erfindung Innenkühlkonfigurationen für Gasturbinenrotorschaufeln aufweisen. Wie es erkannt wird, können solche Kühlkonfigurationen einen oder mehrere Innenkühlkanäle zur Aufnahme und zum Leiten eines Kühlmittels, wie etwa von dem Kompressor abgezapfte komprimierte Luft, durch das Innere der Rotorschaufeln aufweisen. Entsprechend der vorliegenden Konfigurationen ist eine Innenkühlkonfiguration 46 bereitgestellt, die einen oder mehrere der Kühlkanäle hat, die innerhalb der Rotorschaufel ausgebildet sind, von denen jeder fluidisch verbundene und aufeinanderfolgende Abschnitte oder Segmente aufweisen kann, die sich durch die Wurzel, das Schaufelblatt und/oder Abschnitte des Spitzenabdeckbandes erstrecken. Wie es nachfolgend bereitgestellt wird und mit Bezug auf die verschiedenen Figuren, können diese Segmente ein Zufuhrsegment 72, ein Kniesegment 73 und ein Auslasssegment 74 aufweisen.
Wie veranschaulicht, kann das Zufuhrsegment 72 das stromaufwärtsseitige Ende des Kühlkanals bilden und kann sich daher durch die Wurzel 21 der Rotorschaufel 16 erstrecken, um die Kühlkonfiguration 36 mit einer Kühlmittelquelle zu verbinden. Die Kühlkonfiguration 36 kann mehrere der Kühlkanäle aufweisen und jeder von diesen kann ein diskretes und separates Zufuhrsegment 72 aufweisen, das sich radial nach außen durch das Schaufelblatt 25 erstreckt. Entsprechend beispielhafter Konfigurationen, wie es in den 12–15 veranschaulicht ist, kann jedes der Zufuhrsegmente 72 als ein radial ausgerichteter Kühlmitteldurchgang ausgebildet sein, der durch das Innere des Schaufelblattes 25 gebildet ist. Das Zufuhrsegment 72 kann linear sein, obwohl andere Konfigurationen auch möglich sind. An einem stromabwärtsseitigen Ende kann jedes der Zufuhrsegmente 72 fluidisch mit einem von den Kniesegmenten 73 verbunden sein.
Das Kniesegment 73 ist entsprechend der vorliegenden Konfigurationen der Abschnitt des Kühlkanals, durch den eine abrupte Änderung der Richtung erreicht ist. Das Kniesegment 73 kann, wie veranschaulicht, das Zufuhrsegment 72 mit dem Auslasssegment 74 verbinden, während es die Richtungsänderung beinhaltet, die dazwischen auftritt. Wie veranschaulicht kann diese Richtungsänderung eine abrupte oder scharfe sein. Entsprechend beispielhafter Ausführungsformen kann die Richtungsänderung, die durch das Kniesegment 73 auftritt, einen Winkel von etwa 90 Grad enthalten. Allgemeiner kann entsprechend anderer Ausführungsbeispiele die Richtungsänderung durch das Kniesegment 73 einen Winkel in einem Wertebereich aufweisen. Zum Beispiel kann das Kniesegment 73 eine Richtungsänderung von zwischen 60 und 120 Grad aufweisen. Entsprechend anderer Ausführungsbeispiele ist das Kniesegment dazu eingerichtet, eine Richtungsänderung von zwischen 80 und 100 Grad zu bewirken. Durch das Ausführen dieser Richtungsänderung kann das Kniesegment 73 ausgebildet sein, so dass die Krümmung scharf ist anstelle von graduell. Wie es verstanden werden wird, kann die scharfe Krümmung des Kniesegmentes 73 beschrieben werden mittels Bezugnahme des Radius der Krümmung entlang der Länge des Kniesegments 73 zu dem Durchmesser der Querschnittsströmungsfläche des Kniesegments 73. Entsprechend bevorzugter Ausführungsbeispiele ist der Krümmungsradius zumindest größer als das Zweifache des Durchmessers der Querschnittsströmungsfläche.
Wie es erläutert wird, kann das Kniesegment 73 eingerichtet sein, um sich innerhalb eines Zielinnenbereichs der Rotorschaufel 16 zu befinden. Der Zielinnenbereich kann einer sein, der mittels des Kühlmittels, das durch das Kniesegment 73 strömt, konvektiv gekühlt sein soll. Wie es verstanden werden wird, kann die Richtungsänderung durch das Kniesegment 73 eine turbulente Strömung der Kühlmittelströmung auslösen, was die Effektivität erhöhen kann. Entsprechend bestimmter bevorzugter Ausführungsbeispiele weist der Zielinnenbereich, innerhalb dem sich das Kniesegment 73 befindet, entweder den Innenbereich des Schaufelblattes 25 auf, der benachbart ist zu dem Spitzenabdeckband 41 oder den Innenkehlabschnitt 49 zwischen dem Schaufelblatt 25 und dem Spitzenabdeckband 41. Entsprechend anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Zielinnenbereich der Saugflächeninnenkehlabschnitt 49. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Zielinnenbereich auf die hintere Hälfte des Schaufelblattes 25 beschränkt. Noch weiter bevorzugt weist der Zielinnenbereich die hintere Hälfte des Saugflächeninnenkehlabschnitt 49 auf.
Das Auslasssegment 74, wie es in den 12–15 veranschaulicht ist, ist der Abschnitt des Kühlkanals, der sich zwischen dem Kniesegment 73 und dem Auslassanschluss 75 befindet, der an der äußeren Oberfläche der Rotorschaufel 16 gebildet ist. Daher ist das Auslasssegment 74 der Abschnitt, durch welchen das innerhalb der Kühlkanäle strömende Kühlmittel in den Arbeitsfluidströmungspfad abgegeben wird. Das Auslasssegment 74 kann ein stromaufwärtsseitiges Ende aufweisen, das mit dem Kniesegment 73 verbunden ist, und ein stromabwärtsseitiges Ende, das als der Ausgangsanschluss 75 ausgebildet ist. Wie es veranschaulicht ist, kann sich das Auslasssegment 74 zwischen dem Kniesegment 73 und dem Auslassanschluss 75 entlang eines linearen Pfades erstrecken, obwohl andere Konfigurationen auch möglich sind. Innerhalb irgendeinem der Kühlkanäle kann die Querschnittsströmungsfläche des Auslasssegments 74 und des Kniesegments 73, sowie des Zufuhrsegments 72 in etwa dieselbe sein, obwohl andere Konfigurationen auch möglich sind. Wie es verstanden werden wird, ermöglicht das Auslasssegment 74 des Kühlkanals der vorliegenden Erfindung die fluidische Verbindung mit dem Arbeitsfluidströmungspfad durch die Turbine 12, weil der Auslassanschluss 75 an einer äußeren Oberfläche der Rotorschaufel 16 gebildet ist.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen können die Auslassanschlüsse 75 der Auslasssegmente 74 an vorherbestimmten Zieloberflächenbereichen gebildet sein. Die Zieloberflächenbereiche können allgemein irgendwelche von mehreren Oberflächenbereichen des Schaufelblattes 25 und/oder des Spitzenabdeckbandes 41 sein, die hierin bereits erläutert wurden. In Übereinstimmung mit beispielhaften Ausführungsformen können die Zieloberflächenbereiche für die Kühlkonfiguration 36 daher einen oder mehreren von den folgenden aufweisen: die Druckfläche 26 des Schaufelblattes 25; die Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25; der Oberflächenbereich, der der Innenkehlregion 49 entspricht; der Oberflächenbereich, der der Außenkehlregion 48 entspricht; die Innenfläche 45 des Spitzenabdeckbandes 41; und die Kante 46 des Spitzenabdeckbandes 41. Entsprechend bevorzugter Ausführungsbeispiele sind die Auslassanschlüsse 75 gerade innen zu dem Spitzenabdeckband 41 und an der Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 ausgebildet. Wie es veranschaulicht ist, kann die bevorzugte Stelle außerdem einen äußeren Oberflächenbereich des Innenkehlabschnitts 49 und/oder einen äußeren Bereich der Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 aufweisen (d.h. des Abschnitts der Saugfläche 27 benachbart zum Spitzenabdeckband 41). Wie es veranschaulicht ist, können die Auslassanschlüsse 75 entsprechend bevorzugter Ausführungsbeispiele in einer Reihe entlang des hinteren Abschnitts des Innenkehlabschnitts 49 der Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 aufgereiht sein. Die Reihe von Auslassanschlüssen 75 kann unmittelbar innen und ungefähr parallel zu dem Spitzenabdeckband 41 sein.
Entsprechend anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann das Kniesegment 73 so geformt sein, dass es vor ausgewählte Zielinnenabschnitte halbiert oder sich hindurch erstreckt. Diese Zielinnenabschnitte können den Außenabschnitt des Schaufelblattes 25 benachbart oder in Kontakt zum Spitzenabdeckband 41 und den Innenkehlabschnitt 49 sein. Das heißt, dass entsprechend bevorzugter Ausführungsbeispiele, das Kniesegment unmittelbar innen von dem Spitzenabdeckband 41 gebildet ist. Wie es verstanden werden wird, bei der Positionierung an dieser Stelle, kann der Zielinnenabschnitt den Saugkehlinnenabschnitt 49 und/oder den äußeren Innenabschnitt der Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 enthalten.
Die Kühlkonfigurationen 36 der vorliegenden Erfindung können mehrere der Kühlkanäle enthalten, die sich durch die Rotorschaufel 16 erstrecken. Diese können innerhalb des Schaufelblattes 25 zentriert sein oder können zu der Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 versetzt sein. Die Kühlkanäle können auch in der hinteren axialen Hälfte des Schaufelblattes 25 gruppiert sein, die, wie es hierin verwendet wird, hinter der axialen Mittellinie 32 des Schaufelblattes 25 ist. Entsprechend bevorzugter Ausführungsbeispiele kann eine Mehrzahl von Zufuhrsegmenten 72 vorhanden sein und diese können, wie veranschaulicht, in etwa parallel relativ zueinander in einer Radialrichtung durch das Schaufelblatt 25 verlaufen. Wie es gezeigt ist, können diese Zufuhrsegmente 72 innerhalb der hinteren Hälfte des Schaufelblattes 25 positioniert sein. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Zufuhrsegmente 72 regelmäßig entlang der Krümmungslinie 35 des Schaufelblattes 25 beabstandet sein. Außerdem können die Querschnittsströmungsflächen der Zufuhrsegmente 72 sowie die der angeschlossenen Knie- und Auslasssegmente 73, 74 abnehmen, mit näherer Positionierung der Kühlkanäle zu der hinteren Kante 79 des Schaufelblattes 25. Es wird verstanden werden, dass das Verengen unter den Kühlkanälen proportional übereinstimmen kann mit der Verengung des Schaufelblattes 25, wenn es sich zu der hinteren Kante 29 erstreckt.
Wie angegeben können sich die Zufuhrsegmente 72 von jedem der Kühlkanäle radial zu einer Position in dem Schaufelblatt 25 erstrecken, die benachbart oder in unmittelbarer Nähe zu dem Spitzenabdeckband 41 oder dem äußeren radialen Ende des Schaufelblattes 25 ist. Jedes der Zufuhrsegmente 72 kann mit einem entsprechenden der Kniesegmente 73 verbunden sein, dass die Strömungsrichtung durch den Kühlkanal um etwa 90 Grad biegt, wie es angegeben ist. Wie veranschaulicht kann das Kniesegment 73 dazu eingerichtet sein, den Kühlkanal abzuwiegen, so dass die Strömungsrichtung durch die Auslasssegmente 74 sich in etwa mit der Strömungsrichtung des Arbeitsfluides durch die Turbine 12 ausrichtet. Es wird verstanden werden, dass die Strömungsrichtung durch die Turbine 12 im Allgemeinen rechtwinklig relativ zu der Längsachse der Dichtschiene 42 und ausgerichtet, so dass die Druckfläche 26 die Stromaufwärtsfläche des Schaufelblattes 25 ist. Vom Kniesegment 73 kann jeder Kühlkanal ein Auslasssegment 74 aufweisen, das diesen mit einem der Auslassanschlüsse 75 verbindet. Entsprechend bevorzugter Ausführungsbeispiele kann der Auslassanschluss 75 an der Saugfläche 27 des Schaufelblattes 25 oder dem Saugflächeninnenkehlabschnitt 49 zwischen dem Schaufelblatt 25 und dem Spitzenabdeckband 41 gebildet sein. Wie es am deutlichsten in 13 veranschaulicht ist, kann die Kühlkonfiguration 36 die Auslassanschlüsse 25 aufweisen, die als eine beabstandete Reihe entlang der hinteren Hälfte der Saugfläche 27 angeordnet ist.
Die Auslassanschlüsse 75 können, wie angegeben, dazu dienen, Kühlmittel, das durch jeden der Kühlkanäle strömt, abzugeben. Entsprechend konventioneller Konstruktionen sind radial ausgerichtete Kühlkanäle typischerweise dazu ausgebildet, sich durch das Spitzenabdeckband zu erstrecken, um mit Auslassanschlüssen verbunden zu sein, die an der Außenfläche des Spitzenabdeckbandes angeordnet sind. Mit einer solchen Anordnung wird das Kühlmittel von den Auslassanschlüssen in einer Richtung abgegeben, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der Richtung der Strömung durch die Turbine ist. Wie es verstanden werden wird, verursacht das Abgeben von Kühlmittel auf diese Weise signifikante aerodynamische Mischverluste. Das heißt, dass das abgegebene Kühlmittel allgemein die Strömung des Arbeitsfluides durch den Strömungspfad der Turbine stört und unterbricht, was die aerodynamische Leistungsfähigkeit negativ beeinflusst und schließlich die Effizienz des Antriebs.
Entsprechend Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung liegen oder krümmen die enthaltenen Kniesegmente 73 jeden der Kühlkanäle wie beschrieben, so dass das Kühlmittel, das davon abgegeben ist, unter einem flachen oder kleinen Winkel relativ zu der Strömungsrichtung des Arbeitsfluides durch die Turbine 12 abgegeben wird oder in Übereinstimmung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen parallel dazu. Das heißt, dass das Kniesegment 73 entsprechend der bevorzugten Ausführungsbeispiele ausgebildet sein kann, so dass das Auslasssegment 24, das sich davon weg erstreckt, dieses in einer Richtung tut, die sich nahe ausrichtet zur oder innerhalb eines bevorzugten Winkelbereichs zur Richtung der Strömung durch die Turbine 12.
Um diese Winkelbeziehung genauer zu beschreiben kann es nützlich sein, mehrere Begriffe einzuführen (aufweisend „Abgaberichtung“, „axiale Bezugslinie“ und „Abgabewinkel“) und zu definieren, wie diese Begriffe hierin verwendet werden. Wie es in den 14 und 15 angegeben ist, stellt die Abgaberichtung 79 die Richtung dar, in welche das Auslasssegment 74 zielt, um das Kühlmittel abzugeben, das dort austritt. Die Abgaberichtung 79 ist daher die Richtung, in die Fluid, das von dem Auslasssegment 74 abgegeben wird, strömen würde, wenn darauf nicht auf andere Weise eingewirkt würde. Die Abgaberichtung 79 kann außerdem verstanden werden als durch eine Fortsetzung einer Bezugslinie angenähert, wobei diese Bezugslinie durch die Mittellängsachse des Auslasssegments 74 definiert ist. Die axiale Bezugslinie 80, wie sie hierin verwendet wird, ist eine Bezugslinie, die ausgerichtet ist entsprechend der und in der allgemeinen Richtung der Strömung des Arbeitsfluides durch die Turbine 13. Die axiale Bezugslinie 80 kann daher als eine angenommen werden, die im Wesentlichen parallel zu der zentralen Achse 19 durch die Turbine 12 ist und in die Stromabwärtsrichtung ausgerichtet ist. Schließlich ist der Abgabewinkel 81, 82, wie er hierin verwendet wird, der Bezugswinkel, der zwischen der Abgaberichtung 79 von einem der Auslasssegmente 74 und der axialen Bezugslinie 80 gebildet ist. Wie es verstanden werden wird, kann der Abgabewinkel 81, 82 sowohl tangential als auch radial definiert sein. Das heißt, dass der Abgabewinkel 81, 82 den Grad beschreiben kann, zudem die Abgaberichtung 79 tangential oder radial mit Bezug auf die axiale Bezugslinie 80 geneigt ist. Daher, wie es in 14 angegeben ist, beschreibt ein tangentialer Abgabewinkel 81 eine tangentiale Neigung oder einen tangentialen Winkel zwischen der Abgaberichtung 79 und der axialen Bezugslinie 80, während, wie es in 15 gezeigt ist, ein radialer Abgabewinkel 82 eine radiale Neigung oder einen radialen Winkel beschreibt, der zwischen der Abgaberichtung 79 und der axialen Bezugslinie 80 auftritt.
Die vorliegenden Kühlkonfigurationen 36 können, wie angegeben, ausgebildet sein, so dass die Abgabewinkel 81, 82 relativ flach sind. Wie es verstanden werden wird, kann die bestimmte Größe der Abgabewinkel 81, 82 variiert werden, da der optimale Winkelwert oder Winkelbereich von verschiedenen Faktoren abhängen kann, wie etwa der Konfiguration des Spitzenabdeckbandes oder des Schaufelblattes oder von anderen Konstruktionskriterien, wie etwa der dem Rotorschaufelkühlbedarf oder der Rotorschaufelkühlstrategie. Außerdem sollte es verstanden werden, dass während die Kühlleistungsfähigkeit der vorliegenden Konfigurationen bei spezifischen Werten oder innerhalb bestimmter bevorzugter Bereiche optimiert oder verbessert werden können, die Leistungsfähigkeitsverbesserungen über ein weites Spektrum von Werten für die Abgabewinkel 81, 82 erreicht werden können. Nachdem dies ausgesagt wurde, haben die Anmelder einige bevorzugte Ausführungsbeispiele ermittelt, die besonders vorteilhaft sind, wenn sie in Verbindung mit bekannten Rotorschaufelkonfigurationen verwendet werden und diese Ausführungsbeispiele werden jetzt offenbart. In Bezug auf den tangentialen Abgabewinkel 81, wie er in 14 angegeben ist, weisen beispielhafte Konfigurationen des Auslasssegments 74 einen tangentialen Abgabewinkel 81 auf, der innerhalb eines Bereichs von zwischen etwa +/–30 Grad relativ zu der axialen Bezugslinie 80 ist. Entsprechend bestimmter bevorzugter Ausführungsbeispiele sind die Auslasssegmente 74 derart ausgebildet, dass der tangentiale Abgabewinkel 81 innerhalb eines Bereichs von etwa +/–10 Grad relativ zu der axialen Bezugslinie 80 ist. Noch andere bevorzugte Ausführungsbeispiele enthalten Auslasssegmente 74, die einen tangentialen Abgabewinkel 81 haben, der sich 0 Grad annähert, d.h., dass die Abgaberichtung 79 näherungsweise parallel zu der axialen Bezugslinie 80 ist. In Bezug auf den radialen Abgabewinkel 82 – wie er in 15 dargestellt ist – enthalten beispielhafte Konfigurationen der Auslasssegmente 74 einen radialen Abgabewinkel 82, der innerhalb eines Bereichs von etwa +/–30 Grad relativ zu der axialen Bezugslinie 80 ist. Entsprechend bestimmter bevorzugter Ausführungsbeispiele sind die Auslasssegmente 74 derart ausgebildet, dass der radiale Abgabewinkel 82 innerhalb eines Bereichs von etwa +/–10 Grad relativ zu der axialen Bezugslinie 80 ist. Noch andere bevorzugte Ausführungsbeispiele enthalten Auslasssegmente 74 mit radialen Abgabewinkeln 82, die sich 0 Grad annähern, d.h. die Abgaberichtung 79 ist näherungsweise parallel zu der axialen Bezugslinie 80.
Wie es verstanden werden wird, kann das Abgeben von Kühlmittel unter solchen flachen Winkeln relativ zu der stromabwärtsseitigen Axialrichtung, wie es hierin beschrieben ist, aerodynamische Mischverluste reduzieren. Das resultiert aus der Tatsache, dass die Strömungsunterbrechung des Arbeitsfluides minimiert ist. Außerdem kann die Abgabe von Kühlmittel auf die hierin beschriebenen Arten die Stärke von sekundären Wirbeln reduzieren durch sanfteres Mischen des abgegebenen Kühlmittels mit der Strömung des Arbeitsfluides. Das kann die Gesamteffizienz und Leistungsfähigkeit verbessern. Zusätzlich können die Abgabewinkel 81, 82 und die vorgeschlagene Stelle der Kühlkanäle und der Auslassanschlüsse 75, die damit in Verbindung stehen (d.h. durch und an Schaufelblattbereichen, mit Bezug zu hinteren Abschnitten der Saugfläche 27 und in der Nähe des Spitzenabdeckbandes 41 und des Saugflächeninnenkehlbereich 49) Kühlanforderungen in einem Bereich berücksichtigen, der schwierig zu kühlen ist, während auch die Gesamttorsionskräfte verbessert oder reduziert werden, die auf diesen Bereich des Schaufelblattes 25 einwirken.
Wie es ein Durchschnittsfachmann verstehen wird, die vielen variierenden Merkmale und Konfigurationen, die vorstehend in Bezug auf die mehreren beispielhaften Ausführungsformen beschrieben sind, können weiter selektiv angewandt werden, um die anderen möglichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu bilden. Zum Zwecke der Kürze und die Fähigkeiten der Durchschnittsfachleute berücksichtigend, sind nicht alle der möglichen Iterationen bereitgestellt oder im Detail erläutert, obwohl alle Kombinationen und möglichen Ausführungsbeispiele, die durch die mehreren nachfolgenden Ansprüche oder auf andere Weise umfasst sind, sind dazu bestimmt, Teile der vorliegenden Anmeldung zu sein. Außerdem werden Fachleute von der vorstehenden Beschreibung der mehreren beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen erkennen. Solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen innerhalb des Durchschnittskönnens sind dazu bestimmt, durch die beigefügten Ansprüche umfasst zu sein. Außerdem sollte es offensichtlich sein, dass sich das Vorstehende nur auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bezieht und dass eine Reihe von Änderungen und Modifikationen hierin gemacht werden können, ohne von dem Gedanken und dem Bereich der Anmeldung abzuweichen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
Eine Turbinenrotorschaufel, die ein Schaufelblatt aufweist, das zwischen einer konkaven Druckfläche und einer seitlich entgegengesetzten konvexen Saugfläche gebildet ist und eine Kühlkonfiguration, die einen Kühlkanal zur Aufnahme und zum Leiten eines Kühlmittels durch ein Inneres der Rotorschaufel aufweist. Der Kühlkanal kann fluidisch verbundene Segmente aufweisen, bei denen: sich ein Zufuhrsegment radial durch das Schaufelblatt erstreckt; ein Auslasssegment, das Kühlmittel von der Rotorschaufel unter einem flachen Winkel relativ zu der Strömungsrichtung eines Strömungsfluides durch die Turbine abgibt; und ein Kniesegment, das das Zufuhrsegment und das Auslasssegment verbindet und benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes positioniert ist. Das Kniesegment kann ausgebildet sein, um eine Richtungsänderung zwischen dem Zufuhrsegment und dem Auslasssegment zu beinhalten.

Claims

Rotorschaufel zur Verwendung in einer Turbine einer Gasturbine, aufweisend: ein Schaufelblatt, das zwischen einer konkaven Druckfläche und einer seitlich entgegengesetzten konvexen Saugfläche gebildet ist, wobei sich die Druckfläche und die Saugfläche axial zwischen einer vorderen und einer hinteren Kante, die einander entgegengesetzt sind, erstrecken und sich radial zwischen einer äußeren Spitze und einem inneren Ende erstrecken, das mit einer Wurzel verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, die Rotorschaufel mit einer Rotorscheibe zu verbinden; eine Kühlkonfiguration, die mehrere Kühlkanäle zur Aufnahme und zum Lenken eines Kühlmittels durch ein Inneres der Rotorschaufel aufweist, wobei die Kühlkanäle jeweils fluidisch verbundene aufeinanderfolgende Segmente aufweisen, bei denen: ein Zufuhrsegment sich radial durch das Schaufelblatt erstreckt; ein Auslasssegment Kühlmittel von der Rotorschaufel unter einem flachen Winkel relativ zu einer Strömungsrichtung eines Arbeitsfluides durch die Turbine abgibt; und ein Kniesegment das Zufuhrsegment mit dem Auslasssegment verbindet und benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes positioniert ist, wobei das Kniesegment dazu eingerichtet ist, eine Richtungsänderung zwischen dem Zufuhrsegment und dem Auslasssegment zu beinhalten.
Die Rotorschaufel nach Anspruch 1, wobei das Spitzenabdeckband mit der äußeren Spitze des Schaufelblattes verbunden ist, wobei das Spitzenabdeckband eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende im Wesentlichen ebene Komponente aufweist, die durch die äußere Spitze des Schaufelblattes getragen wird; wobei sich das Auslasssegment zwischen einem stromaufwärtsseitigen Ende, das mit dem Kniesegment verbunden ist, und einem stromabwärtsseitigen Ende, an welchem der Auslassanschluss an einer äußeren Oberfläche der Rotorschaufel gebildet ist, erstreckt; wobei der Auslassanschluss von jedem der Kühlkanäle eine Stelle aufweist, die benachbart ist zu und innen von dem Spitzenabdeckband; und wobei eine hintere Hälfte des Schaufelblattes definiert ist als ein Schaufelblattabschnitt, der hinter einer axialen Mitte des Schaufelblattes ist.
Rotorschaufel nach Anspruch 2, wobei: der Auslassanschluss von jedem der Kühlkanäle durch einen Zieloberflächenbereich der Rotorschaufel gebildet ist; und das Kniesegment von jedem der Kühlkanäle angeordnet ist, so dass es sich durch einen Zielinnenbereich der Rotorschaufel erstreckt; außerdem aufweisend einen Innenkehlabschnitt, der dazu eingerichtet ist, zwischen einer Oberfläche des Schaufelblattes und einer Innenfläche des Spitzenabdeckbandes glatt überzugehen, wobei der Innenkehlabschnitt einen Druckflächeninnenkehlabschnitt und einen Saugflächeninnenkehlabschnitt aufweist, die der Druckfläche bzw. der Saugfläche des Schaufelblattes entsprechen.
Rotorschaufel nach Anspruch 3, wobei – der Zieloberflächenbereich der Auslasssegmente die Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes umfasst und wobei der Zielinnenbereich einen Innenbereich des Schaufelblattes benachbart zu der Saugfläche des Schaufelblattes aufweist; oder – wobei der Zieloberflächenbereich des Auslasssegments eine hintere Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes aufweist und wobei der Zielinnenbereich einen Innenbereich des Schaufelblattes benachbart zu der hinteren Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes aufweist; oder – wobei der Zieloberflächenbereich der Auslasssegmente einen Oberflächenbereich entsprechend dem Saugflächeninnenkehlabschnitt aufweist; und wobei der Zielinnenbereich den Saugflächeninnenkehlabschnitt aufweist; oder – wobei der Zieloberflächenbereich der Auslasssegmente eine hintere Hälfte eines Oberflächenbereichs aufweist, der dem Saugflächeninnenkehlabschnitt entspricht; und wobei der Zielinnenbereich eine hintere Hälfte des Saugflächeninnenkehlabschnittes aufweist.
Rotorschaufel nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Zieloberflächenbereich der Auslasssegmente aufweist: eine hintere Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes; und/oder eine hintere Hälfte eines Oberflächenbereichs entsprechend zu dem Saugflächeninnenkehlabschnitt; und wobei der Zielinnenbereich aufweist: einen Innenbereich des Schaufelblattes benachbart zu der hinteren Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes; und/oder eine hintere Hälfte des Saugflächeninnenkehlabschnitts.
Rotorschaufel nach Anspruch 5, wobei das Zufuhrsegment von jedem der Kühlkanäle ein stromaufwärtsseitiges Ende aufweist, das durch die Wurzel der Rotorschaufel gebildet ist, an dem das Zufuhrsegment fluidisch mit einer Kühlmittelquelle verbunden ist, und ein stromabwärtsseitiges Ende, das fluidisch mit dem Kniesegment verbunden ist; und wobei das Zufuhrsegment einen radial ausgerichteten linearen Durchgang aufweist, der durch das Schaufelblatt gebildet ist.
Rotorschaufel nach Anspruch 6, wobei relativ zu einer erwarteten Strömungsrichtung des Kühlmittels innerhalb von jedem der Kühlkanäle das Zufuhrsegment stromaufwärts relativ zu dem Kniesegment und das Kniesegment stromaufwärts relativ zu dem Auslasssegment angeordnet ist.
Rotorschaufel nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Zufuhrsegmente der Kühlkanäle in etwa parallel relativ zueinander in einer radialen Richtung durch das Schaufelblatt erstrecken und innerhalb der hinteren Hälfte des Schaufelblattes gruppiert sind; und wobei die Auslassanschlüsse eine Reihe aufweisen, die zumindest entlang von einer der folgenden gebildet ist: der hinteren Hälfte der Saugfläche des Schaufelblattes benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes; und der hinteren Hälfte des Oberflächenbereichs, der dem Saugflächeninnenkehlabschnitt entspricht.
Rotorschaufel nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: eine Abgaberichtung für jedes der Auslasssegmente eine Richtung aufweist, in die ein Fluid strömt, das davon abgegeben ist; eine axiale Bezugslinie eine Bezugslinie aufweist, die parallel zu einer zentralen Achse der Turbine ist und in Richtung der Strömungsrichtung des Arbeitsfluides der Turbine zielt; ein Abgabewinkel ein Referenzwinkel ist, der zwischen jeder Abgaberichtung der Auslasssegmente und der axialen Bezugslinie gebildet ist, wobei der Abgabewinkel einen tangentialen Abgabewinkel aufweist, der eine tangentiale Neigung zwischen der Abgaberichtung und der axialen Bezugslinie angibt und einen radialen Abgabewinkel aufweist, der eine radiale Neigung zwischen der Abgaberichtung und der axialen Bezugslinie angibt; und wobei für jedes der Auslasssegmente: der tangentiale Abgabewinkel einen Bereich von zwischen +/–30 Grad aufweist; und der radiale Abgabewinkel einen Bereich zwischen +/–30 Grad aufweist.
Gasturbine mit einer Reihe von Rotorschaufeln in einer Turbine, wobei die Reihe von Rotorschaufeln mehrere Rotorschaufeln aufweist, die jeweils aufweisen: ein Schaufelblatt, das zwischen einer konkaven Druckfläche und einer seitlich entgegengesetzten konvexen Saugfläche gebildet ist, wobei sich die Druckfläche und die Saugfläche axial zwischen einer vorderen und hinteren Kante, die einander entgegengesetzt sind, erstrecken und sich radial zwischen einer äußeren Spitze und einem inneren Ende erstrecken, das mit einer Wurzel verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, die Rotorschaufel mit einer Rotorscheibe zu verbinden; ein Spitzenabdeckband, das mit der äußeren Spitze des Schaufelblattes verbunden ist, wobei das Spitzenabdeckband eine sich axial und in Umfangsrichtung erstreckende im Wesentlichen ebenen Komponente aufweist, die durch die äußere Spitze des Schaufelblattes getragen wird; eine Kühlkonfiguration, die eine Mehrzahl von Kühlkanälen zum Aufnehmen und lenken eines Kühlmittels durch ein Inneres der Rotorschaufel aufweist, wobei die Kühlkanäle jeweils fluidisch verbundene, aufeinanderfolgende Segmente aufweisen, bei denen: ein Zufuhrsegment sich radial durch das Schaufelblatt erstreckt; ein Auslasssegment das Kühlmittel von der Rotorschaufel näherungsweise parallel zu einer Strömungsrichtung eines Arbeitsfluides durch die Turbine abgibt, wobei sich jedes der Auslasssegmente durch einen Innenkehlabschnitt erstreckt, der zwischen der Druckfläche des Schaufelblattes und dem Spitzenabdeckband gebildet ist; und ein Kniesegment das Zufuhrsegment und das Auslasssegment verbindet und benachbart zu der äußeren Spitze des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei das Kniesegment dazu eingerichtet ist, einen Richtungswechsel zwischen dem Zufuhrsegment und dem Auslasssegment von zwischen 80 und 100 Grad zu beinhalten.