DE102018131044A1

DE102018131044A1 - Turbinenkomponente mit einem Spitzenleistenkühlkanal

Info

Publication number: DE102018131044A1
Application number: DE102018131044.7A
Authority: DE
Inventors: Nicholas William Rathay; Gary Michael Itzel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2019-06-06
Also published as: KR102682175B1; KR20190067108A; US20190169999A1; JP2019116893A; JP7163156B2; US10570750B2

Abstract

Eine Turbinenkomponente enthält ein Schaufelblatt (124, 215) mit einer Schaufelblattkammer (174), die im Innern des Schaufelblattes (124, 215) angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer (174) eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt (124, 215) hindurch zu liefern. Die Spitze des Schaufelblattes (124, 215) enthält eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte (148) radial erstreckt, wobei die Leiste eine innere Leistenfläche (157), die eine Spitzentasche (155) darin definiert, eine äußere Leistenfläche (159) und eine radial nach außen weisende Leistenfläche (160) zwischen der inneren Leistenfläche (157) und der äußeren Leistenfläche (159) enthält. Ein Spitzenleistenhohlraum (172) befindet sich im Innern der Leiste und umgrenzt diese teilweise, wobei der Spitzenleistenhohlraum (172) eine Kühlmittelströmung (226) empfängt. Ein Spitzenleistenkühlkanal (170) enthält einen Einlass (176, 224), der mit dem Spitzenleistenhohlraum (172) strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke (178), die mit dem Einlass (176, 224) strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste teilweise umgrenzt, ein Dosierelement (180), das mit der Kanalstrecke (178) strömungsmäßig verbunden ist und einen Auslass (182), der mit dem Dosierelement (180) strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche (160) erstreckt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist mit der US-Anmeldung (GE-Aktenzeichen 322976-1 ) verwandt, die gleichzeitig eingereicht wurde und derzeit anhängig ist.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Offenbarung betrifft allgemein Turbinenkomponenten und insbesondere eine Turbinenkomponente, die einen Spitzenleistenkühlkanal enthält.
Es ist allgemein bekannt, dass in einer Gasturbine Luft in einem Verdichter mit Druck beaufschlagt und dazu verwendet wird, einen Brennstoff in einer Brennkammer zu verbrennen, um eine Strömung heißer Verbrennungsgase zu erzeugen, woraufhin derartige Gase stromabwärts durch eine oder mehrere Turbinen strömen, so dass Energie daraus extrahiert werden kann. Gemäß einer derartigen Turbine erstrecken sich im Allgemeinen Reihen von in Umfangsrichtung beabstandeten Turbinenlaufschaufeln von einer tragenden Rotorlaufscheibe aus radial nach außen. Jede Laufschaufel enthält gewöhnlich einen Schwalbenschwanz, der eine Montage und Demontage der Laufschaufel in einer entsprechenden Schwalbenschwanznut in der Laufscheibe ermöglicht, sowie ein Schaufelblatt, das sich von dem Schwalbenschwanz aus radial nach außen erstreckt.
Das Schaufelblatt weist eine im Wesentlichen konkave Druckseitenwand und eine im Wesentlichen konvexe Saugseitenwand auf, die sich in Axialrichtung zwischen entsprechender Vorder- und Hinterkante und in Radialrichtung zwischen einer Wurzel und einer Spitze erstrecken. Es wird verstanden, dass die Laufschaufelspitze zu einem radial äußeren Turbinenmantel dicht beabstandet ist, um eine Leckage der Verbrennungsgase, die stromabwärts zwischen den Turbinenlaufschaufeln strömen, dazwischen zu minimieren. Ein maximaler Wirkungsgrad der Gasturbine wird erhalten, indem der Spitzenabstand oder -spalt minimiert wird, so dass eine Leckage verhindert wird, wobei diese Strategie durch die unterschiedlichen thermischen und mechanischen Ausdehnungs- und Kontraktionsraten zwischen den Turbinenlaufschaufeln und dem Turbinenmantel und den Beweggrund, ein unerwünschtes Szenario eines übermäßigen Spitzenanreibens gegen den Mantel während des Betriebs zu vermeiden, etwas eingeschränkt ist.
Weil Turbinenlaufschaufel von heißen Verbrennungsgasen durchflutet sind, ist außerdem eine effektive Kühlung zur Sicherstellung einer Teilenutzungslebensdauer erforderlich. Gewöhnlich sind die Laufschaufelblätter hohl und mit dem Verdichter derart in Strömungsverbindung angeordnet, dass ein Teil der aus diesem abgezapften Druckluft empfangen wird, um bei der Kühlung der Schaufelblätter als ein Kühlmittel verwendet zu werden. Eine Schaufelblattkühlung ist ziemlich aufwendig und kann unter Verwendung verschiedener Formen von inneren Kühlkanälen und Einrichtungen sowie Kühllöchern durch die Außenwände des Schaufelblatts zur Ausgabe der Kühlluft eingesetzt werden. Nichtsdestoweniger sind Schaufelblattspitzen besonders schwierig zu kühlen, weil sie unmittelbar benachbart zu dem Turbinenmantel angeordnet sind und durch die heißen Verbrennungsgase erhitzt werden, die durch den Spitzenspalt hindurchströmen. Entsprechend wird ein Teil der im Innern des Schaufelblattes der Laufschaufel geleiteten Luft gewöhnlich durch die Spitze hindurch zur Kühlung derselben ausgegeben.
Es wird erkannt, dass herkömmliche Laufschaufelspitzen mehrere unterschiedliche Geometrien und Konfigurationen umfassen, die dazu bestimmt sind, eine Leckage zu verhindern und die Kühleffektivität zu erhöhen. Herkömmliche Laufschaufelspitzen weisen jedoch alle bestimmte Unzulänglichkeiten, einschließlich eines allgemeinen Unvermögens auf, eine Leckage hinreichend zu reduzieren und/oder eine effiziente Spitzenkühlung zu ermöglichen, die die Verwendung der Effizienz raubenden Verdichterbypassluft minimiert. Eine Methode, die als eine „Squealer-Spitzen“- („Anstreifspitzen“-) Anordnung bezeichnet wird, sieht eine sich radial erstreckende Leiste vor, die an dem Spitzenmantel reiben kann. Die Leiste reduziert die Leckage und erhöht folglich den Wirkungsgrad der Turbinen.
Jedoch ist die Leiste der Squealer-Spitze einer hohen Wärmebelastung ausgesetzt, und sie lässt sich schwer effektiv kühlen - es ist häufig einer der heißesten Bereiche in der Laufschaufel. Eine Spitzenleistenaufprallkühlung liefert ein Kühlmittel durch die Oberseite der Leiste, und es konnte nachgewiesen werden, dass es ein effektives Verfahren zur Leistenkühlung ist. Jedoch sind zahlreiche Herausforderungen mit der Ausgabe eines Kühlmittels durch die Oberseite der Leiste verbunden. Zum Beispiel ist es schwierig, mit dieser Anordnung (insbesondere an der Druckseitenwand dort, wo Löcher vorhanden sind, die mit Nieder- und Hochdruckbereichen verbunden sind - der oberen Wand bzw. Druckseitenwand der Leiste) Rückströmdruckdifferenzanforderungen zu genügen. Somit ist es eine Herausforderung, in dem Spitzenkanal Verluste zu erzeugen, um die Kühlmittelströmung unter Gegendruck zu setzen, und gleichzeitig die Leiste hinreichend zu kühlen, weil Verluste die Menge an Kühlfluid, die in diesem Bereich verwendet wird, reduzieren. Ferner müssen die Auslasslöcher eine Reibtoleranz aufweisen und dennoch eine hinreichende Kühlung an den Leisten schaffen. Zum Beispiel müssen die Auslasslöcher tolerant für das Reiben der Spitze, jedoch auch hinreichend groß sein, so dass Staub sie nicht zusetzen kann.
Idealerweise sind die Leistenkühlkanäle auch in der Lage, unter Verwendung additiver Fertigung gebildet zu werden, was weitere Herausforderungen darstellt. Eine additive Fertigung (AM, additive manufacturing) umfasst sehr vielfältige Prozesse zur Erzeugung einer Komponente durch die aufeinanderfolgende Schichtung eines Materials anstatt durch das Entfernen von Material. An sich kann additive Fertigung komplexe Geometrien ohne die Verwendung irgendeiner Art von Werkzeugen, Formen oder Spanneinrichtungen und mit wenig oder ohne Abfallmaterial erzeugen. Anstatt Komponenten aus festen Materialblöcken spanabhebend herzustellen, von denen ein Großteil weggeschnitten und weggeworfen wird, ist das einzige Material, das bei der additiven Fertigung verwendet wird, dasjenige, das zur Formung der Komponente erforderlich ist. In Bezug auf die Spitzenleistenkühlkanäle sind herkömmliche kreisförmige Kühllöcher innerhalb der Leiste unter Verwendung der additiven Fertigung (senkrecht zu der nominalen Aufbaurichtung) sehr schwer zu bauen, und sie verformen sich stark oder stürzen ein während der Herstellung.
Eine weitere Herausforderung bei der Spitzenkühlung ist die Aufnahme der unterschiedlichen Temperaturen, die in verschiedenen Bereichen der Spitzenleiste beobachtet werden. Zum Beispiel sind die Leiste an der Druckseitenwand und dem hinteren Bereich der Saugseitenwand gewöhnlich heißer als andere Bereiche.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der Offenbarung ergibt eine Turbinenkomponente, die enthält: ein Schaufelblatt, das aufweist: eine Basis, eine der Basis gegenüberliegend angeordnete Spitze und eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand, die sich zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante von dieser erstrecken; eine Schaufelblattkammer, die im Innern des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt zu liefern; und eine Spitzenplatte an der Spitze und eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte radial erstreckt, wobei die Leiste in der Nähe oder an einem Umfang der Spitzenplatte angeordnet ist, wobei die Leiste eine innere Leistenfläche, eine äußere Leistenfläche und eine radial nach außen weisende Leistenfläche zwischen der inneren Leistenfläche und der äußeren Leistenfläche enthält; einen Hohlraum im Innern der Leiste und diese teilweise umgrenzend, wobei der Hohlraum eine Kühlmittelströmung aufnimmt; und einen Spitzenleistenkühlkanal, der einen Einlass, der mit dem Hohlraum strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke, die mit dem Einlass strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste teilweise umgrenzt, ein Dosierelement, das mit der Kanalstrecke strömungsmäßig verbunden ist, und einen Auslass enthält, der mit dem Dosierelement strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche erstreckt.
In der zuvor erwähnten Turbinenkomponente kann der Einlass abgewinkelt sein, um die Kühlmittelströmung in eine Richtung zu leiten, die zu derjenigen der Kanalstrecke entgegengesetzt ist, wodurch ein Druckverlust in der Kühlmittelströmung erzeugt wird.
In jeder beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenkomponente kann die Kanalstrecke eine erste Querschnittsfläche aufweisen, und das Dosierelement kann eine zweite Querschnittsfläche aufweisen, die kleiner ist als die erste Querschnittsfläche.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Dosierelement eine radiale Höhe aufweisen, die größer ist als dessen Umfangsbreite.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenkomponente kann die Kanalstrecke einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, und das Dosierelement kann einen elliptischen Querschnitt aufweisen.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann der Auslass einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenkomponente kann der Auslass eine größere Querschnittsfläche als das Dosierelement und die Kanalstrecke aufweisen.
In jeder beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenkomponente kann das Schaufelblatt additiv gefertigt sein.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann die Leiste eine einstückige Struktur sein, und der Einlass, die Kanalstrecke und das Dosierelement des Spitzenleistenkühlkanals können im Innern der inneren Leistenfläche, der äußeren Leistenfläche und der radial nach außen weisenden Leistenfläche der Leiste angeordnet sein.
Jede beliebige vorstehend erwähnte Turbinenkomponente kann ferner mehrere Paare der Hohlräume und Spitzenleistenkühlkanäle, die im Innern der Leiste voneinander beabstandet sind, aufweisen.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenkomponente kann die Kanalstrecke parallel zu einem Abschnitt der radial nach außen weisenden Leistenfläche verlaufen.
In einigen Ausführungsformen einer beliebigen vorstehend erwähnten Turbinenkomponente kann das Dosierelement an einem stromabwärtigen Ende der Kanalstrecke angeordnet sein.
In bevorzugten Ausführungsformen kann jede beliebige vorstehend erwähnte Turbinenkomponente ferner einen Spitzenplattenkühlkanal aufweisen, der sich von einem Abschnitt der Schaufelblattkammer durch die Spitzenplatte hindurch in eine Spitzenleistentasche hinein erstreckt, die innerhalb der inneren Leistenfläche definiert ist.
Ein zweiter Aspekt der Offenbarung ergibt eine Turbinenlaufschaufel für eine Gasturbine, wobei die Turbinenlaufschaufel enthält: ein Schaufelblatt, das aufweist: eine Basis, eine der Basis entgegengesetzt angeordnete Spitze und eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand, die sich zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante von dieser erstrecken; eine Schaufelblattkammer, die im Innern des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt zu liefern; eine Spitzenplatte an der Spitze und eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte radial erstreckt, wobei die Leiste in der Nähe oder an einem Umfang der Spitzenplatte angeordnet ist, wobei die Leiste eine innere Leistenfläche, eine äußere Leistenfläche und eine radial nach außen weisende Leistenfläche zwischen der inneren Leistenfläche und der äußeren Leistenfläche aufweist; einen Hohlraum im Innern der Leiste und diese teilweise umgrenzend, wobei der Hohlraum eine Kühlmittelströmung aufnimmt; und einen Spitzenleistenkühlkanal, der einen Einlass, der mit dem Hohlraum strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke, die mit dem Einlass strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste teilweise umgrenzt, ein Dosierelement, das mit der Kanalstrecke strömungsmäßig verbunden ist, und einen Auslass enthält, der mit dem Dosierelement strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche erstreckt.
Die Turbinenlaufschaufel für eine Gasturbine gemäß dem zweiten Aspekt kann eine beliebige der vorstehend erwähnten Ausführungsformen der Turbinenkomponente gemäß dem ersten Aspekt enthalten.
Ein dritter Aspekt ergibt eine Turbinenkomponente, die enthält: ein Schaufelblatt, das aufweist: eine Basis, eine der Basis gegenüberliegend angeordnete Spitze und eine Druckseitenwand sowie eine Saugseitenwand, die sich zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante von dieser erstrecken; eine Schaufelblattkammer, die im Innern des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt zu liefern; eine Spitzenplatte an der Spitze zwischen der Druckseitenwand und der Saugseitenwand; eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte radial erstreckt, wobei die Leiste in der Nähe der Spitzenplatte oder an einem Umfang von dieser angeordnet ist, wobei die Leiste wenigstens eine Spitzenleistenkühlstruktur wenigstens teilweise darin enthält; eine Leistenkühlmittelleitkammer, die in Radialrichtung zwischen der Schaufelblattkammer und der Spitzenplatte im Innern des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei die Leistenkühlmittelleitkammer einen Einlass enthält, der mit der Schaufelblattkammer strömungsmäßig verbunden ist, um eine Kühlmittelströmung aufzunehmen, die wenigstens einen Teil des Kühlmittels aus der Schaufelblattkammer enthält; mehrere Auslässe aus der Leistenkühlmittelleitkammer, die die Kühlmittelströmung zu der wenigstens einen Spitzenleistenkühlstruktur der Leiste führen; und wenigstens eine Leitwand innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer, wobei die wenigstens eine Leitwand positioniert ist, um die Kühlmittelströmung in Richtung auf einen oder mehrere der mehreren Auslässe zu richten, die entlang der Druckseitenwand und/oder eines hinteren Bereiches der Saugseitenwand vor anderen Auslässen angeordnet sind.
Ein vierter Aspekt betrifft eine Turbinenlaufschaufel für eine Gasturbine, wobei die Turbinenlaufschaufel enthält: ein Schaufelblatt, das eine Basis, eine Spitze, die der Basis gegenüberliegend angeordnet ist, und eine Druckseitenwand und eine Saugseitenwand aufweist, die sich zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante von dieser erstrecken; eine Schaufelblattkammer, die im Innern des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt hindurch zu liefern; eine Spitzenplatte an der Spitze zwischen der Druckseitenwand und der Saugseitenwand; eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte radial erstreckt, wobei die Leiste in der Nähe oder an einem Umfang der Spitzenplatte angeordnet ist, wobei die Leiste wenigstens eine Spitzenleistenkühlstruktur enthält, die wenigstens teilweise darin enthalten ist; eine Leistenkühlmittelleitkammer, die in Radialrichtung zwischen der Schaufelblattkammer und der Spitzenplatte im Innern des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei die Leistenkühlmittelleitkammer einen Einlass enthält, der mit der Schaufelblattkammer strömungsmäßig verbunden ist, um eine Kühlmittelströmung aufzunehmen, die wenigstens einen Teil des Kühlmittels aus der Schaufelblattkammer enthält; mehrere Auslässe aus der Leistenkühlmittelleitkammer, die die Kühlmittelströmung zu der wenigstens einen Spitzenleistenkühlstruktur der Leiste leiten; und wenigstens eine Leitwand innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer, wobei die wenigstens eine Leitwand positioniert ist, um die Kühlmittelströmung in Richtung auf einen oder mehrere der mehreren Auslässe zu richten, die entlang der Druckseitenwand und/oder eines hinteren Bereiches der Saugseitenwand vor den anderen Auslässen angeordnet sind.
Die beispielhaften Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind dazu bestimmt, die hierin beschriebenen Probleme und/oder andere, nicht erläuterte Probleme zu lösen.
Figurenliste
Diese und weitere Merkmale dieser Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verstanden, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung zeigen, worin:

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Turbomaschinensystems.
2 zeigt eine Perspektivansicht einer beispielhaften Turbinenkomponente in Form einer Turbinenlaufschaufelanordnung, die eine Laufscheibe, eine Turbinenschaufel und einen stationären Mantel enthält.
3 zeigt eine vergrößerte, feste Perspektivansicht der Spitze einer Turbinenkomponente in Form einer Turbinenlaufschaufel, in der Ausführungsformen der Offenbarung verwenden werden können.
4 zeigt eine transparente Perspektivansicht der Spitze einer Turbinenkomponente in Form einer Turbinenlaufschaufel, in der Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden können.
5 zeigt eine Perspektivansicht einer beispielhaften Gestalt eines Spitzenleistenkühlkanals (d.h. Luftraums) gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Spitzenleiste entlang der Linie 6-6 in 5 unter Veranschaulichung eines Querschnitts einer Kanalstrecke.
7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Spitzenleiste entlang der Linie 7-7 in 5 unter Veranschaulichung eines Querschnitts eines Dosierelementes.
8 zeigt eine transparente Perspektivansicht der Spitze einer Turbinenkomponente in Form einer Turbinenlaufschaufel, in der Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden können.
9 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitze entlang der Linie 9-9 in 8 unter Veranschaulichung eines Querschnitts der Spitze und einer Leistenkühlmittelleitkammer gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
10 zeigt eine Perspektivansicht einer Leistenkühlmittelleitkammer gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
11 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitze entlang der Linie 11-11 in 9 unter Veranschaulichung eines ersten Querschnitts der Leistenkühlmittelleitkammer.
12 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitze entlang der Linie 12-12 in 9 unter Veranschaulichung eines zweiten Querschnitts der Leistenkühlmittelleitkammer.
13 zeigt eine Querschnittansicht einer Leistenkühlmittelleitkammer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
14 zeigt eine Querschnittsansicht einer Leistenkühlmittelleitkammer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
15 zeigt eine Querschnittsansicht einer Leistenkühlmittelleitkammer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
16 zeigt eine Querschnittsansicht einer Leistenkühlmittelleitkammer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
17 zeigt eine Querschnittsansicht einer Leistenkühlmittelleitkammer gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung.
18 zeigt eine transparente Perspektivansicht einer Spitze einer Turbinenkomponente in Form einer Turbinenlaufschaufel, in der alternative Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden können.
19 zeigt eine Querschnittsansicht einer Spitze und einer Leistenkühlmittelleitkammer entlang der Linie 19-19 in 18 gemäß alternativen Ausführungsformen der Offenbarung.
20 zeigt eine transparente Perspektivansicht einer Spitze einer Turbinenkomponente in Form einer Turbinenlaufschaufel, in der alternative Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden können.
21 zeigt eine Querschnittsansicht einer Spitze und einer Leistenkühlmittelleitkammer entlang der Linie 21-21 in 20 gemäß weiteren alternativen Ausführungsformen der Offenbarung.

Es sei erwähnt, dass die Zeichnungen der Offenbarung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Offenbarung darstellen und sollten folglich nicht in einem den Schutzumfang der Offenbarung beschränkenden Sinne betrachtet werden. In den Zeichnungen repräsentieren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente unter den Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Als eine anfängliche Angelegenheit wird es, um den momentanen Offenbarungsgegenstand deutlich zu beschreiben, erforderlich, eine bestimmte Terminologie zu wählen, wenn auf relevante Maschinenkomponenten innerhalb eines Turbomaschinensystems Bezug genommen wird und diese beschrieben werden sowie in Bezug auf eine Turbinenkomponente. Dabei wird, falls möglich, branchenübliche Terminologie verwendet und in einer mit deren akzeptierter Bedeutung übereinstimmenden Weise eingesetzt. Sofern nichts anderes angegeben ist, sollte derartige Terminologie in weitem Sinne in Übereinstimmung mit dem Kontext der vorliegenden Anmeldung und dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche interpretiert werden. Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass häufig eine bestimmte Komponente unter Verwendung mehrerer verschiedener oder überlappender Begriffe bezeichnet werden kann. Was hierin als ein Einzelteil beschrieben sein kann, kann in einem anderen Kontext mehrere Komponenten umfassen und als aus mehreren Komponenten bestehend bezeichnet werden. Alternativ kann das, was hierin als mehrere Komponenten umfassend beschrieben sein kann, anderswo als ein Einzelteil bezeichnet werden.
Außerdem können verschiedene beschreibende Begriffe regelmäßig hierin verwendet werden, und es sollte sich als hilfreich erweisen, diese Begriffe zu Beginn dieses Abschnitts zu definieren. Diese Begriffe und ihre Definitionen sind, sofern nichts anderes angegeben ist, wie folgt. In dem hierin verwendeten Sinne sind „stromabwärts“ und „stromaufwärts“ Begriffe, die eine Richtung in Bezug auf die Strömung eines Arbeitsfluids, wie etwa der Verbrennungsgase durch die Turbine oder zum Beispiel die Strömung der Luft durch die Brennkammer oder eines Kühlmittels durch die oder über den Turbinenkomponenten, anzeigen. Der Begriff „stromabwärts“ entspricht der Richtung der Strömung des Fluids, und der Begriff „stromaufwärts“ bezieht sich auf die zu der Strömung entgegengesetzte Richtung. Der Begriff „vorne“ bzw. „vordere“ und „hintere“ bzw. „hinten“, ohne weitere Spezifität, beziehen sich auf Richtungen, wobei „vordere“ bzw. „vorne“ sich auf einen stromaufwärtigen Abschnitt des Teils, auf den Bezug genommen wird, d.h. nahe an dem Verdichter, bezieht und „hintere“ bzw. „hinten“ sich auf einen stromabwärtigen Abschnitt des Teils, auf den Bezug genommen wird, d.h. am weitesten von dem Verdichter entfernt, bezieht. Es ist häufig erforderlich, Teile zu beschreiben, die sich an verschiedenen radialen Positionen in Bezug auf eine Mittelachse befinden. Der Ausdruck „radial“ bezieht sich auf eine Bewegung oder Position senkrecht zu einer Achse. In Fällen wie diesen wird in dem Fall, dass sich eine erste Komponente näher an der Achse befindet als eine zweite Komponente, hierin angegeben, dass sich die erste Komponente „radial innen“ oder „innenliegend“ von der zweiten Komponente befindet. Falls sich die erste Komponente andererseits von der Achse weiter entfernt als die zweite Komponente befindet, kann hierin angegeben sein, dass sich die erste Komponente „radial außen“ oder „außenliegend“ von der zweiten Komponente befindet. Der Begriff „axial“ bezieht sich auf eine Bewegung oder Position parallel zu einer Achse. Schließlich bezieht sich der Begriff „Umfangs-“ bzw. „in Umfangsrichtung“ auf eine Bewegung oder Position um eine Achse herum. Es wird erkannt, dass derartige Begriffe in Bezug auf die Mittelachse der Turbine angewandt werden können.
Wenn ein Element oder eine Schicht derart bezeichnet wird, dass es oder sie sich „an“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindet, mit diesem bzw. dieser „in Eingriff steht“, „außer Eingriff steht“, „verbunden ist“ oder „gekoppelt ist“, kann es bzw. sie an dem anderen Element oder der anderen Schicht direkt angeordnet sein, mit diesem oder dieser direkt in Eingriff stehen, verbunden sein oder gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Unterschied hierzu kann es dann, wenn ein Element derart bezeichnet wird, dass es sich „direkt an“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht befindet, mit diesem oder dieser „direkt in Eingriff steht“, „direkt verbunden ist“ oder „direkt gekoppelt ist“, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten geben. Andere Worte, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in einer ähnlichen Weise interpretiert werden (zum Beispiel „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „angrenzend“ gegenüber „direkt angrenzend“, etc.). In dem hierin verwendeten Sinne umfasst der Ausdruck „und/oder“ ein beliebiges/beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente.
Wie vorstehend angegeben, ergeben Ausführungsformen der Offenbarung eine Turbinenkomponente oder eine Turbinenlaufschaufel, die eine Vielfalt von einem Leistenkühlkanal und/oder einer Leistenkühlmittelleitkammer enthält. Die Turbinenkomponente enthält ein Schaufelblatt mit einer Schaufelblattkammer, die im Innern des Schaufelblattes angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt hindurch zuzuführen. Die Spitze des Schaufelblattes enthält eine Spitzenplatte an der Spitze, die ein nach außen weisendes Spitzenende zwischen der Druckseitenwand und der Saugseitenwand definiert. Eine Leiste kann sich in Radialrichtung von der Spitzenplatte aus erstrecken. Die Leiste kann eine innere Leistenfläche, die eine Spitzenleistentasche darin definiert, eine äußere Leistenfläche und eine radial nach außen weisende Leistenfläche zwischen der inneren Leistenfläche und der äußeren Leistenfläche enthalten.
In Ausführungsformen kann eine „Leistenkühlstruktur“ einen Spitzenleistenkühlmittelkanal mit einem Spitzenleistenhohlraum oder nur einen Spitzenleistenhohlraum enthalten, wobei jeder von diesen im Innern der Leiste angeordnet sein und diese teilweise umgrenzen kann. Der Spitzenleistenhohlraum empfängt eine Kühlmittelströmung, zum Beispiel von der Schaufelblattkammer oder der Leistenkühlmittelleitkammer. Ein Spitzenleistenkühlkanal kann einen Einlass, der mit dem Spitzenleistenhohlraum strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke, die mit dem Einlass strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste teilweise umgrenzt, ein Dosierelement, das mit der Kanalstrecke strömungsmäßig verbunden ist, und einen Auslass enthalten, der mit dem Dosierelement strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche erstreckt. Der Spitzenleistenkühlkanal ermöglicht eine verbesserte Kühlung der Leiste, während ein Kühlmittel durch diese hindurch dosiert wird.
In Ausführungsformen kann eine Leistenkühlmittelleitkammer radial außen von der Schaufelblattkammer und radial innen von der Spitzenplatte positioniert sein. Die Leistenkühlmittelleitkammer kann einen Einlass enthalten, der mit der Schaufelblattkammer strömungsmäßig verbunden ist, um eine Kühlmittelströmung aufzunehmen, die wenigstens einen Teil des Kühlmittels aus der Schaufelblattkammer enthält. Mehrere Auslässe aus der Leistenkühlmittelleitkammer richten die Kühlmittelströmung zu der wenigstens einen Leistenkühlstruktur in der Leiste, zum Beispiel einem Spitzenleistenhohlraum und anschließend einem Spitzenleistenkühlkanal oder nur einem Spitzenleistenhohlraum. Eine oder mehrere Leitwände im Innern der Leistenkühlmittelleitkammer sind positioniert, um die Kühlmittelströmung in Richtung auf einen oder mehrere der mehreren Auslässe zu richten, die entlang wenigstens einer bzw. eines von der Druckseitenwand und einem hinteren Bereich der Saugseitenwand vor anderen Auslässen angeordnet sind. Die Leistenkühlmittelleitkammer liefert eine kühlere Kühlmittelströmung zu denjenigen Bereichen der Spitze und/oder der Leiste, zum Beispiel der Saugseite, deren hinterem Abschnitt, die im Vergleich zu anderen Teilen der Spitze eine zusätzliche Kühlung erfordern.
Die Spitzenleistenkühlstruktur und/oder Leistenkühlmittelleitkammer ermöglichen eine additive Fertigung. Der Spitzenleistenkühlkanal bewältigt auch ein Zusetzen mit Staub. Eine additive Fertigung (AM) umfasst vielfältige Prozesse zur Erzeugung einer Komponente durch die aufeinanderfolgende Schichtung eines Materials anstatt durch das Entfernen von Material. Additive Fertigungstechniken umfassen gewöhnlich das Verwenden einer dreidimensionalen computergestützten Entwurfs (CAD, computer aided design)-Datei der zu bildenden Komponente, ein elektronisches Aufschneiden der Komponente in Schichten mit einer Dicke von zum Beispiel 18-102 Mikrometern und die Erzeugung einer Datei mit einem zweidimensionalen Bild jeder Schicht, die Vektoren, Bilder oder Koordinaten enthält. Die Datei kann anschließend in ein Vorbereitungssoftwaresystem geladen werden, das die Datei interpretiert, so dass die Komponenten durch verschiedene Arten von additiven Fertigungssystem gebaut werden kann. In Formen der additiven Fertigung wie dem 3D-Druck, Rapid Prototyping (RP, schnelle Prototypherstellung) und Direct Digital Manufacturing (DDM, direkte digitale Herstellung) werden Materialschichten gezielt ausgegeben, gesintert, gebildet, aufgetragen, etc., um die Komponente zu erzeugen. In metallpulverbasierten additiven Fertigungstechniken, wie etwa dem direkten Metall-Laser-Schmelzen (DMLM) (das auch als selektives Laserschmelzen (SLM) bezeichnet wird), werden Metallpulverschichten aufeinanderfolgend miteinander verschmolzen, um die Komponente zu bilden. Insbesondere werden feine Metallpulverschichten aufeinanderfolgend aufgeschmolzen, nachdem sie unter Verwendung eines Applikators auf einem Metallpulverbett gleichmäßig verteilt worden sind. Jeder Applikator enthält ein Applikatorelement in Form einer Lippe, Bürste, Klinge oder eine Rolle, die aus Metall, Kunststoff, Keramik, Kohlefasern oder Gummi hergestellt ist und die das Metallpulver gleichmäßig über die Bauplattform verteilt. Das Metallpulverbett kann in einer vertikalen Achse bewegt werden. Der Prozess findet in einer Verarbeitungskammer statt, die eine genau kontrollierte Atmosphäre aufweist. Sobald jede Schicht erzeugt ist, kann jede zweidimensionale Scheibe der Objektgeometrie durch gezieltes Aufschmelzen des Metallpulvers verschmolzen werden. Das Aufschmelzen kann mittels eines leistungsstarken Schmelzstrahls, wie etwa eines 100 Watt Ytterbium-Lasers durchgeführt werden, um das Metallpulver vollständig zu verschweißen (verschmelzen), um ein festes Metall zu bilden. Der Schmelzstrahl bewegt sich in der X-Y-Richtung unter Verwendung von Scanspiegeln und weist eine Intensität auf, die ausreicht, um das Metallpulver vollständig zu verschweißen (verschmelzen), um ein festes Metall zu bilden. Das Metallpulverbett kann für jede nachfolgende zweidimensionale Schicht abgesenkt werden, und der Prozess wiederholt sich, bis das Objekt vollständig gebildet ist.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Turbomaschinensystems, wie etwa eines Gasturbinensystems 100. Das System 100 enthält einen Verdichter 102, eine Brennkammer 104, eine Turbine 106, eine Welle 108 und eine Brennstoffdüse 110. In einer Ausführungsform kann das System 100 mehrere Verdichter 102, Brennkammern 104, Turbinen 106, Wellen 108 und Brennstoffdüsen 110 enthalten. Der Verdichter 102 und die Turbine 106 sind durch die Welle 108 miteinander verbunden. Die Welle 108 kann eine Einzelwelle oder mehrere Wellensegmente sein, die miteinander gekoppelt sind, um die Welle 108 zu bilden.
In einem Aspekt verwendet die Brennkammer 104 flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff, wie etwa Erdgas oder ein wasserstoffreiches Synthesegas, um die Turbine zu betreiben. Zum Beispiel stehen Brennstoffdüsen 110 mit einer Luftversorgung und einer Brennstoffversorgung 112 in Strömungsverbindung. Die Brennstoffdüsen 110 erzeugten ein Luft-Brennstoff-Gemisch und geben das Luft-Brennstoff-Gemisch in die Brennkammer 104 aus, wodurch eine Verbrennung herbeigeführt wird, die ein heißes unter Druck stehendes Abgas erzeugt. Die Brennkammer 104 leitet das heiße unter Druck stehende Gas durch ein Übergangsstück hindurch in einen Turbinenleitapparat (oder „einen Leitapparat der ersten Stufe“) und andere Stufen von Laufschaufeln und Leitschaufeln hinein, wodurch eine Drehung der Turbine 106 bewirkt wird. Die Drehung der Turbine 106 veranlasst die Welle 108 umzulaufen, wodurch die Luft verdichtet wird, während sie in den Verdichter 102 einströmt. In einer Ausführungsform sind Heißgaspfadkomponenten, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Mäntel oder Bänder, Leitapparate, Leitschaufeln, Laufschaufeln und Übergangsstücke gehören, in der Turbine 106 angeordnet, wobei eine Heißgasströmung über den Komponenten ein Kriechen, Oxidation, Verschleiß und eine Wärmeermüdung von Turbinenteilen hervorruft. Eine Steuerung der Temperatur der Heißgaspfadkomponenten kann Belastungsmodi in den Komponenten reduzieren. Die Effizienz der Gasturbine steigt mit einer Erhöhung der Brenntemperatur in dem Turbinensystem 100. Wenn die Brenntemperatur steigt, müssen die Heißgaspfadkomponenten ordnungsgemäß gekühlt werden, um die Nutzungslebensdauer zu erfüllen. Komponenten mit verbesserten Anordnungen zur Kühlung von Bereichen in der Nähe des Heißgaspfades und Verfahren zur Herstellung derartiger Komponenten sind hierin im Einzelnen erläutert. Obwohl die folgende Beschreibung sich hauptsächlich mit Gasturbinen beschäftigt, sind die erläuterten Konzepte nicht auf Gasturbinen beschränkt.
2 zeigt eine Perspektivansicht einer beispielhaften herkömmlichen Turbinenkomponente, einer Turbinenlaufschaufel 115, die in einer Turbine einer Gasturbine oder Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Es wird erkannt, dass die Turbine stromabwärts von einer Brennkammer zur Aufnahme heißer Verbrennungsgase 116 von dieser montiert ist. Die Turbine, die um eine axiale Mittellinienachse herum achsensymmetrisch ist, enthält eine Laufscheibe 117 und mehrere in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Turbinenlaufschaufeln (von denen nur eine einzige dargestellt ist), die sich entlang einer radialen Achse von der Laufscheibe 117 aus radial nach außen erstrecken. Ein kreisringförmiger stationärer Turbinenmantel 120 ist mit einem stationären Statorgehäuse (nicht veranschaulicht) geeignet verbunden und umgibt die Turbinenlaufschaufeln 115, so dass ein relativ kleiner Abstand oder Spalt dazwischen verbleibt, der eine Leckage von Verbrennungsgasen während eines Betriebs begrenzt.
Jede Turbinenlaufschaufel 115 enthält allgemein eine Basis 122 (die auch als eine Wurzel oder ein Schwalbenschwanz bezeichnet wird), die eine beliebige herkömmliche Form, wie etwa die eines axialen Schwalbenschwanzes aufweisen kann, der eingerichtet ist, um in einer einsprechenden Schwalbenschwanznut in dem Umfang der Laufscheibe 117 montiert zu werden. Ein hohles Schaufelblatt 124 ist mit der Basis 122 integral verbunden und erstreckt sich von dieser in Radialrichtung oder in Längsrichtung nach außen. Die Turbinenlaufschaufel 115 enthält ferner eine integrale Plattform 126, die an der Verbindung zwischen dem Schaufelblatt 124 und der Basis 122 angeordnet ist, um einen Abschnitt des radial inneren Strömungspfades für die Verbrennungsgase 116 zu definieren. Es wird erkannt, dass die Turbinenlaufschaufel 115 in einer beliebigen herkömmlichen Weise gebildet werden kann, und sie ist gewöhnlich ein einteiliges Gussstück, ein additiv gefertigtes Teil oder eine additiv gefertigte Spitze, die mit einem gegossenen Laufschaufelbasisabschnitt verbunden ist. Es ist zu ersehen, dass das Schaufelblatt 124 vorzugsweise eine im Wesentlichen konkave Druckseitenwand 128 und eine in Umfangsrichtung oder in Seitenrichtung gegenüberliegende, im Wesentlichen konvexe Saugseitenwand 130 enthält, die sich in Axialrichtung zwischen einer Vorder- und einer entgegengesetzten Hinterkante 132 bzw. 134 erstrecken. Die Seitenwände 128 und 130 erstrecken sich auch in der Radialrichtung von der Plattform 126 zu einer radial äußeren Schaufelspitze oder einfach Spitze 137.
3 zeigt eine vergrößerte Perspektivansicht einer beispielhaften Turbinenlaufschaufelspitze 137, an der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Allgemein ist die Schaufelspitze 137 der Basis 122 (2) entgegengesetzt angeordnet, und sie enthält eine Spitzenplatte 148, die ein nach außen weisendes Spitzenende 151 zwischen der Druckseitenwand 128 und der Saugseitenwand 130 definiert. Die Spitzenplatte 148 begrenzt gewöhnlich innere Kühlkanäle (die hierin einfach als eine „Schaufelblattkammer“ 174 (4, siehe auch 9) bezeichnet werden), die im Innern des Schaufelblattes 124 angeordnet und zwischen der Druckseitenwand 128 und der Saugseitenwand 130 des Schaufelblattes 124 definiert sind. Die Schaufelblattkammer ist eingerichtet, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt 124 hindurch, zum Beispiel in einer Radialrichtung, zu liefern. D.h., ein Kühlmittel, wie etwa Druckluft, die aus dem Verdichter abgezapft wird, kann während eines Betriebs durch die Schaufelblattkammer umgewälzt werden. Die Schaufelblattkammer kann beliebige heutzutage bekannte oder künftig entwickelte Kühlmittel führende Kanäle oder Kreisläufe enthalten, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, gehören: Kühlkanäle (siehe 9 und 19), Prallhülsen oder -elemente, Verbindungsdurchgänge, Hohlräume, Sockel, etc. Die Spitzenplatte 148 kann mit der Turbinenlaufschaufel 115 integral sein, oder sie kann an ihrer Stelle angeschweißt/angelötet werden, nachdem die Schaufel gegossen ist.
Aufgrund bestimmter Leistungsvorteile, wie etwa reduzierte Leckageströmung, enthalten Laufschaufelspitzen 137 häufig eine Spitzenleiste oder einfach Leiste 150. Indem sie mit der Druckseitenwand 128 und der Saugseitenwand 130 zusammenfällt, kann die Leiste 150 derart beschrieben werden, dass sie eine Druckseitenwandleiste 152 bzw. eine Saugseitenwandleiste 154 enthält. Allgemein erstreckt sich die Druckseitenwandleiste 152 von der Spitzenplatte 148 aus radial nach außen, und sie erstreckt sich von der Vorderkante 132 zu der Hinterkante 134 des Schaufelblattes 124. Wie veranschaulicht, verläuft die Bahn der Druckseitenwandleiste 152 angrenzend an den oder in der Nähe des äußeren radialen Randes der Druckseitenwand 128 (d.h. an oder in der Nähe des Umfangs der Spitzenplatte 148, so dass sie mit dem äußeren radialen Rand der Druckseitenwand 128 ausgerichtet ist). Ebenso erstreckt sich die Saugseitenwandleiste 154, wie veranschaulicht, von der Spitzenplatte 148 radial nach außen, und sie erstreckt sich von der Vorderkante 132 zu der Hinterkante 134 des Schaufelblattes 124. Die Bahn der Saugseitenwandleiste 154 verläuft angrenzend an den oder in der Nähe des äußeren radialen Randes der Saugseitenwand 130 (d.h. an dem oder in der Nähe des Umfangs der Spitzenplatte 148, so dass sie mit dem äußeren radialen Rand der Saugseitenwand 130 ausgerichtet ist). Sowohl die Druckseitenwandleiste 152 als auch die Saugseitenwandleiste 154 können derart beschrieben werden, dass sie eine innere Leistenfläche 157, eine äußere Leistenfläche 159 und eine radial nach außen weisende Leistenfläche 160 zwischen der inneren Leistenfläche 157 und der äußeren Leistenfläche 159 aufweisen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Leiste(n) gegebenenfalls nicht notwendigerweise der Druck- bzw. Saugseitenwandleiste folgen muss (müssen). D.h., in alternativen Bauarten von Spitzen, in denen die vorliegende Offenbarung verwendet werden kann, können die Spitzenleisten 150 von den Rändern der Spitzenplatte 128 entfernt angeordnet werden und können sich nicht bis zu der Hinterkante 134 erstrecken.
Es wird erkannt, dass die auf diese Weise gebildete Spitzenleiste 150 eine Spitzentasche 155 an der Spitze 137 der Turbinenlaufschaufel 115 definiert. Wie ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen wird, wird eine auf diese Weise eingerichtete Spitze 137, d.h. eine, die diese Art einer Spitzentasche 155 aufweist, häufig als eine „Squealer-Spitze“ („Anstreifspitze“) oder eine Spitze mit einer „Squealer-Tasche oder -kavität“ bezeichnet. Die Höhe oder Breite der Druckseitenwandleiste 152 und/oder der Saugseitenwandleiste 154 (und somit die Tiefe der Spitzentasche 155) kann/können in Abhängigkeit von der besten Leistung und der Größe der gesamten Turbinenanordnung variiert werden. Es wird erkannt, dass die Spitzenplatte 148 den Boden der Spitzentasche 155 (d.h. die innere radiale Begrenzung des Hohlraums) bildet, wobei die Spitzenleiste 150 die Seitenwände der Spitzentasche 155 bildet und die Spitzentasche 155 durch eine äußere radiale Fläche offen bleibt, die, wenn sie in einer Turbinenmaschine eingebaut ist, durch einen kreisringförmigen stationären Turbinenmantel 120 (siehe 2) eng begrenzt ist, der zu ihr geringfügig radial versetzt ist. Die radial nach außen weisende Leistenfläche 160 der Leiste 150 kann an dem kreisringförmigen, stationären Turbinenmantel 120 reiben.
Bezug nehmend auf die 4-7 sind Ausführungsformen einer Spitzenleistenkühlstruktur 168 (4) in Form eines Spitzenleistenkühlkanals 170 nachstehend beschrieben. 4 zeigt eine transparente Perspektivansicht der Spitze 137 der Turbinenkomponente in Form der Turbinenlaufschaufel 115, in der Ausführungsformen des Spitzenleistenkühlkanals 170 verwendet werden können, und 5 zeigt eine Perspektivansicht einer beispielhaften Gestalt des Spitzenleistenkühlkanals 170 (d.h. Luftraums) gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Wie in 4 veranschaulicht, ist ein Spitzenleistenhohlraum 172 wenigstens teilweise (radial) im Innern der Leiste 150 angeordnet und umgrenzt diese teilweise. Der Spitzenleistenhohlraum 172 kann eine beliebige Form einer Öffnung in der Leiste 150 enthalten, die eine Kühlmittelströmung aufnimmt. Der Spitzenleistenhohlraum 172 kann eine Kühlmittelströmung aus der Schaufelblattkammer 174 (4) oder als ein Teil derselben oder von einer Leistenkühlmittelleitkammer 200 (zum Beispiel 8, 9 und 18) empfangen, wobei die letztere in größeren Einzelheiten hierin beschrieben ist. In einem Beispiel, das in 4 veranschaulicht ist, empfängt der Spitzenleistenhohlraum 172 eine Kühlmittelströmung nach einer Aufprallkühlung von inneren Oberflächen der Druck- und Saugseitenwand 128, 130, d.h. es ist ein Nachaufprallhohlraum, über mehrere Auslässe 222 von der Schaufelblattkammer 174. Der Spitzenleistenhohlraum 172 kann sich über eine beliebige Länge erstrecken, um innerhalb der Leiste 150 zu verlaufen, d.h. die Krümmung der Leiste 150 zu umschreiben. Der Spitzenleistenhohlraum 172 kann darin eine beliebige Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme der Kühlmittelströmung von der Schaufelblattkammer 174 oder der Leistenkühlmittelleitkammer 220 (wie hierin beschrieben) enthalten. Der Spitzenleistenhohlraum 172 kann eine beliebige gewünschte Querschnittsgestalt aufweisen.
Gemäß Ausführungsformen der Offenbarung ist der Spitzenleistenkühlkanal 170 mit dem Spitzenleistenhohlraum 172 strömungsmäßig verbunden. Wie am besten in 5 veranschaulicht, kann der Spitzenleistenkühlkanal 170 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung einen Einlass 176, der mit dem Spitzenleistenhohlraum 172 strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke 178, die mit dem Einlass 176 strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste 150 teilweise umgrenzt, ein Dosierelement 180, das mit der Kanalstrecke 178 strömungsmäßig verbunden ist, und einen Auslass 182 enthalten, der mit dem Dosierelement 180 strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche 160 (4) hindurch erstreckt. Der Einlass 176 kann mit dem Spitzenleistenhohlraum 172 auf eine beliebige Weise und an einer beliebigen Stelle entlang des Spitzenleistenhohlraums 172 strömungsmäßig verbunden sein, so dass eine Kühlmittelströmung im Innern des Spitzenleistenhohlraums 172 in den Einlass 176 gelangt. In einer Ausführungsform kann der Einlass 176 gewinkelt sein, um eine Kühlmittelströmung in eine Richtung zu lenken, die zu derjenigen der Kanalstrecke 178 entgegengesetzt ist. In einer Ausführungsform kann der Einlass 176 unter einem Winkel α im Bereich von 20-90° in Bezug auf die Kanalstrecke 178 angeordnet sein. Während die Kühlmittelströmung durch den gewinkelten Einlass 176 und an diesem vorbei strömt, trennt sich die Kühlmittelströmung von den gewinkelten Rändern ab und erzeugt dabei einen Druckverlust in dem Kühlmittel und einem Bereich hoher Wärmeübertragung (im Vergleich zu anderen Strömungsbereichen).
Wie in 4 veranschaulicht, verläuft die Kanalstrecke 178 parallel zu einem Abschnitt der radial nach außen weisenden Leistenfläche 160. Demzufolge kann der Spitzenleistenkühlkanal 170 eine Strecke der Leiste 150 kühlen, während ferner Kühlmittel aus der radial nach außen weisenden Leistenfläche 160 entlassen wird. Die Kanalstrecke 178 kann eine beliebige gewünschte Länge aufweisen.
6 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitzenleiste 150 entlang der Linie 6-6 in 5, die einen Querschnitt der Kanalstrecke 178 veranschaulicht, und 7 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitzenleiste 150 entlang der Linie 7-7 in 5, die einen Querschnitt eines Dosierelementes 180 veranschaulicht. Das Dosierelement 180 ist mit der Kanalstrecke 178 strömungsmäßig verbunden, zum Beispiel an einem stromabwärtigen Ende (an der rechten Seite in 5) der Kanalstrecke 178 angeordnet. Wie von 5 betrachtet, und durch Vergleich von 6 mit 7, kann die Kanalstrecke 178 eine erste Querschnittsfläche aufweisen, und das Dosierelement 180 kann eine zweite Querschnittsfläche aufweisen, die kleiner ist als die erste Querschnittsfläche. In einer Ausführungsform kann das Dosierelement 180 einfach wenigstens einen Abschnitt von ihm mit einem kleineren Durchmesser als derjenige der Kanalstrecke 178, zum Beispiel 0,0533 Zentimeter (cm) (0,025 Zoll) im Vergleich zu 0,0635 cm (0,021 Zoll) für die Kanalstrecke 178 aufweisen. In einer anderen Ausführungsform kann die Kanalstrecke 178 einen kreisförmigen Querschnitt (6) aufweisen, und das Dosierelement 180 kann einen elliptischen Querschnitt (7) aufweisen. D.h., das Dosierelement 180 kann eine radiale (vertikale) Höhe (H) aufweisen, die größer ist als seine Umfangsbreite (horizontale Breite) (W) oder umgekehrt. In einer weiteren Ausführungsform kann die Kanalstrecke 178 einen quadratischen Querschnitt aufweisen, und das Dosierelement 180 kann einen rechteckigen Querschnitt mit einer Umfangsbreite aufweisen, die kleiner ist als diejenige der Kanalstrecke 178. Es können andere polygonale Anordnungen, in denen das Dosierelement 180 eine kleinere Querschnittsfläche als die Durchgangslänge aufweist, ebenfalls verwendet werden. In jedem Fall kann das Dosierelement 180, wie in 4 veranschaulicht, eine Stirnfläche 190 aufweisen, die der Kanalstrecke 178 zugewandt ist und die zu einer Wärmeübertragung von der hindurchströmenden Kühlmittelströmung beitragen kann. Das Dosierelement 180, das elliptisch ist, bewältigt Wärmeübertragungs- und additive Fertigungsbedingungen. Zum Beispiel gibt derzeitige Praxis eine minimale Lochgröße (D1), um ein Zusetzen mit Staub zu verhindern, und eine gesonderte Lochgröße (D2) für additiv gefertigte Löcher vor, um zum Beispiel deren Einstürzen während der Herstellung zu verhindern. Die minimale Größe für die additive Fertigung ist größer; jedoch gilt die Herstellungsbeschränkung nur senkrecht zu der Aufbauebene, die in diesem Fall die radiale (vertikale) Richtung ist. Somit kann ein elliptisches Dosierelement 180 in diesem Beispiel eine Größe D1 in der Umfangsbreite (W) und eine Größe D2 in der radialen Höhe (H) aufweisen. Folglich kann das elliptische Dosierelement 180 in diesem Beispiel eine Größe D1 in der Umfangsbreite (W) und eine Größe D2 in der radialen Höhe (H) aufweisen. In jedem Fall dient das Dosierelement 180 dazu, die Kühlmittelströmung durch dieses hindurch zu dosieren. Das Dosierelement 180 weist somit eine kleinere Querschnittsfläche als die Kanalstrecke 178 auf, was eine Vergrößerung der Wärmeübertragung ergibt, Beschränkungen der additiven Herstellung erfüllt, die Menge an Kühlmittelströmung regelt und Anforderungen bezüglich der Rückströmungsdruckdifferenz erfüllt.
Der Auslass 182 (5) ist mit dem Dosierelement 180 strömungsmäßig verbunden und erstreckt sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche 160 hindurch. Der Auslass 182 kann eine beliebige Vielfalt von Querschnittsgestalten aufweisen. In einer veranschaulichten Ausführungsform weist er einen kreisförmigen Querschnitt auf. In alternativen Ausführungsformen könnte er quadratisch oder rechteckig sein. Der Auslass 182 kann in Radialrichtung ausgerichtet sein, was anzeigt, dass sich der Auslass 182 im Wesentlichen in eine radiale Richtung erstreckt; er kann geringfügig radial gewinkelt sein, zum Beispiel um +/-10°. Der Auslass 182 bietet einen Wärmeübertragungsvorteil, der damit verbunden ist, dass die Kühlmittelströmung, die aus dem Dosierelement 180 ausgestoßen wird, gegen eine innere Oberfläche des Auslasses prallt und eine größere Öffnung bereitstellt, die eine geringere Gefahr birgt, dass sie durch Anstreifen der Schaufelspitze verschlossen wird, zum Beispiel indem die nach außen weisende Leistenfläche 160 über Kühllöcher streicht. Der Auslass 182 kann eine beliebige Größe aufweisen, die erforderlich ist, um einen Verschluss der Kühllöcher zu verhindern. In einem Beispiel kann der Auslass 182 einen Durchmesser aufweisen, der doppelt so groß ist wie derjenige des Dosierelementes 180.
Das Schaufelblatt 124 und insbesondere die Spitze 137 kann unter Verwendung eines beliebigen heutzutage bekannten oder künftig entwickelten Prozesses, wie etwa durch Gießen und additive Fertigung, hergestellt werden. Es sei jedoch erwähnt, dass sich der Spitzenleistenkühlkanal 170 insbesondere für die additive Fertigung eignet. In diesem Fall kann die Leiste 150 im Unterschied zu herkömmlichen Spitzen eine unitäre Struktur, d.h. ein einstückiges Teil, mit dem Spitzenleistenkühlkanal 170 darin sein. Ferner sind, wie am besten in 4 zu sehen, der Einlass 176, die Kanalstrecke 178 und das Dosierelement 180 des Spitzenleistenkühlkanals 170 im Innern der inneren Leistenfläche 157, der äußeren Leistenfläche 159 und der radial nach außen weisenden Leistenfläche 160 der Leiste 150 angeordnet. Es besteht keine Notwendigkeit, Abschnitte des Spitzenleistenkühlkanals mit einer Abdeckung zu erzeugen oder offene Durchgänge mit anderen Elementen zu verschließen. Die Art der additiven Fertigung, die verwendet wird, kann variieren. In einem Beispiel kann die additive Fertigung direktes Metall-Laserschmelzen umfassen.
Wie in 4 veranschaulicht, können, obwohl ein einziger Spitzenleistenhohlraum 172 und ein einziger Spitzenleistenkühlkanal 170 hierin beschrieben worden sind, mehrere Paare von Hohlräumen und Spitzenleistenkühlkanälen im Innern der Leiste 150 voneinander beabstandet sein. Das Maß, in dem der Spitzenleistenhohlraum 172 und/oder der Spitzenleistenkühlkanal 170 die Leiste umgrenzt oder sich in dieser erstreckt, kann in Abhängigkeit von einer beliebigen Anzahl von Faktoren abhängen, wie etwa, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Spitzengröße, Leistenlänge, Wärmebedingungen, Kühlmittelbedingungen, etc. In einigen Fällen kann die Spitzenplatte 148 einen Spitzenplattenkühlmittelkanal 149 enthalten, der sich von einem Abschnitt der Schaufelblattkammer 174 aus durch die Spitzenplatte 148 hindurch in die Spitzentasche 155 hinein erstreckt. Der Spitzenplattenkühlmittelkanal 149 kann für eine Filmkühlung an der Spitzenplatte 148 sorgen.
Der Spitzenleistenkühlkanal 170 stellt den gewinkelten Einlass 176 und große Oberflächenbereiche entlang der Kanalstrecke 178 sowie eine innere Fläche des Auslasses 182 bereit, um eine wesentliche Wärmeübertragung zu ermöglichen. Das Dosierelement 180 erzeugt eine Rückströmungsgrenze für die Kühlmittelströmung in dem Spitzenleistenhohlraum 172 (und weiter stromaufwärts) unabhängig von der Position der Leiste 150. Der große Auslass 182 reduziert die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich das Loch aufgrund eines Anreibens der Spitze verschließt, und stellt eine weitere Wärmeübertragungsfläche in Verbindung mit dem Dosierelement 180 bereit. Die Spitzenleistenkühlkanäle 170 können den Spitzenkühlmittelfluss im Vergleich zu derzeitigen Anordnungen reduzieren, was einen erhöhten Wirkungsgrad des kombinierten Zyklus für Gasturbinen ergibt. Ferner können die Kanäle 170 die Teilelanglebigkeit erhöhen.
Bezug nehmend auf die 8-21 sind Ausführungsformen einer Turbinenkomponente, einer Turbinenlaufschaufel 115 (nur 9, der Übersichtlichkeit wegen) mit einer Leistenkühlmittelleitkammer 220 nachstehend beschrieben. 8 zeigt eine transparente Perspektivansicht der Spitze 137 mit der Leistenkühlmittelleitkammer 220, und 9 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitze 137 entlang der Linie 9-9 in 8. In dieser Ausführungsform kann die Spitze 137 anstatt der in 4 veranschaulichten Struktur mit nur der Schaufelblattkammer 174 die Leistenkühlmittelleitkammer 220 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung umfassen. 10 zeigt eine Perspektivansicht der Leistenkühlmittelleitkammer 220 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Wie in Bezug auf 4 beschrieben und in 8 erneut veranschaulicht, ist die Schaufelblattkammer 174 im Innern des Schaufelblattes 215 angeordnet, wobei die Schaufelblattkammer 174 eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt hindurch, zum Beispiel von dem Verdichter 102 (1) zu liefern. Die Turbinenkomponente kann auch die Spitzenplatte 148 an der Spitze 137 zwischen der Druckseitenwand 128 und der Saugseitenwand 130 enthalten, die sich zwischen der Vorderkante 132 und der Hinterkante 134 erstreckt. Die Leiste 150 erstreckt sich radial von der Spitzenplatte 148 und ist in der Nähe eines oder an einem Umfang der Spitzenplatte 148 angeordnet. Die Leiste 150 kann wenigstens eine Spitzenleistenkühlstruktur 168 wenigstens teilweise darin enthalten. In der Ausführungsform nach 9 enthält die Spitzenleistenkühlstruktur 168 den Spitzenleistenhohlraum 172 und den Spitzenleistenkühlkanal 170 darin, und, wie nachstehend in Bezug auf die Ausführungsformen der 18 und 19 beschrieben, kann die Spitzenleistenkühlstruktur 168 nur den Spitzenleistenhohlraum 172 enthalten. Jede Spitzenleistenkühlstruktur 168 kann sich wenigstens teilweise radial im Innern der Leiste 150 befinden. Die Leiste 150 kann eine Druckseitenwandleiste 152 und eine Saugseitenwandleiste 154 enthalten. Die Leiste 150 kann bedarfsweise Unterbrechungen in ihr aufweisen.
Die Leistenkühlmittelleitkammer 220 kann in Radialrichtung zwischen der Schaufelblattkammer 174 und der Spitzenplatte 148 im Innern des Schaufelblattes 215 angeordnet sein. Die Leistenkühlmittelleitkammer 220 kann für eine gewisse Kühlung an Teilen des Schaufelblattes 215 sorgen, die einer Kühlmittelströmung 226 darin ausgesetzt ist, dient jedoch auch dazu, die Kühlmittelströmung 226 von der Schaufelblattkammer 174 zu Bereichen zu leiten, in denen eine kühlere Kühlmittelströmung 226 für die Leiste 150 gewünscht ist, zum Beispiel entlang der Druckseitenwand 128 und in einem hinteren Bereich 250 der Saugseitenwand 130. Wie hierin nachstehend beschrieben ist, können Auslässe 222 der Leistenkühlmittelleitkammer 220 mit der Spitzenleistenkühlstruktur 168, wie etwa einem oder mehreren Spitzenleistenhohlräumen 172, die einen oder mehrere Spitzenleistenkühlkanäle 170 speisen, in Strömungsverbindung stehen, oder sie können mit dem oder den Spitzenleistenkühlkanälen 170 in direkter Strömungsverbindung stehen - wenn die Hohlräume 172 weggelassen sind, vgl. zum Beispiel 20.
Fortfahrend mit 10 kann die Leistenkühlmittelleitkammer 220 einen Einlass 224 enthalten, der mit der Schaufelblattkammer 174 strömungsmäßig verbunden ist, um eine Kühlmittelströmung 226 zu empfangen, die wenigstens einen Teil des Kühlmittels aus der Schaufelblattkammer 174 enthält. Der Einlass 224 kann die Kühlmittelströmung 226 aus jeder beliebigen gewünschten Stelle entlang der Schaufelblattkammer 174, zum Beispiel einer Nachaufprallkühlung, an einem obersten Schwenk eines Kühlkreislaufs (9), etc., ziehen. Die Stelle, an der der Einlass 224 die Kühlmittelströmung 226 bezieht, kann von einer Anzahl von Faktoren abhängen, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, gehören: gewünschter Kühlmitteldruck, gewünschte Kühlmitteltemperatur oder Kühlmittelströmungsrate; Schaufelblattanwendung; vorgesehene Leistentemperaturen; Schaufelblattmaterial; etc.
Mehrere Auslässe 222 aus der Leistenkühlmittelleitkammer 220 leiten die Kühlmittelströmung 226 zu wenigstens einer Spitzenleistenkühlstruktur 168. Die Spitzenleistenkühlstruktur 168 kann eine beliebige heutzutage bekannte oder künftig entwickelte Kühleinrichtung für die Leiste 150 enthalten. In der beispielhaften Ausführungsform nach 9 enthält die Spitzenleistenkühlstruktur 168 den Spitzenleistenkühlkanal 170 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung in der Leiste 150, und sie enthält ferner einen oder mehrere Spitzenleistenhohlräume 172. In der beispielhaften Ausführungsform gemäß den 18 und 19 enthält die Spitzenleistenkühlstruktur 168 nur einen oder mehrere Spitzenleistenhohlräume 172, die eine weitere Struktur, wie etwa, jedoch nicht darauf beschränkt, die Spitzentasche 155 über Öffnungen 223 speisen kann bzw. können. In der beispielhaften Ausführungsform gemäß den 20 und 21 enthält die Spitzenleistenkühlstruktur 168 nur einen oder mehrere Spitzenleistenkühlkanäle 170 in direkter Übertragungsverbindung mit der Leistenkühlmittelleitkammer 220. 18-21 sind nachstehend in größeren Einzelheiten hierin beschrieben. Die Auslässe 222 können in einer radialen Decke 228 (9) entlang eines Außenumfangs der Leistenkühlmittelleitkammer 220, d.h. nur innerhalb der Druck- und Saugseitenwand, in einer derartigen Weise angeordnet sein, dass die Kühlmittelströmung 226 in die Spitzenleistenkühlstruktur 168, zum Beispiel den Spitzenleistenhohlraum 172 ( 9, 18 und 19) oder den Spitzenleistenkühlkanal 170 ( 20-21), eintreten kann. Die Auslässe 222 sind in 10 mit Phantomlinien überlagert worden, um die Lage in Bezug auf die Seitenwände 128, 130 zu veranschaulichen. Es kann eine beliebige Anzahl der Auslässe 222 vorgesehen sein, und sie können in der erforderlichen Weise beabstandet oder gewinkelt sein, um die gewünschte Kühlung zu erzielen.
Die Leistenkühlmittelleitkammer 220 kann auch wenigstens eine Leitwand 230 mit ihr enthalten. Die Leitwand (Leitwände) 230 ist (sind) positioniert, um die Kühlmittelströmung 226 in Richtung eines oder mehrerer der mehreren Auslässe 222 zu richten, die entlang wenigstens entweder der Druckseitenwand 128 und/oder eines hinteren Bereiches 250 der Saugseitenwand 130 vor anderen Auslässen, d.h. Auslässen, die keine Kühlmittelströmung diesen Bereichen zuführen, angeordnet sind. Es ist festgestellt worden, dass die Leiste 150 heißere Temperaturen in diesen Bereichen aufweist und somit eine zusätzliche Leistenkühlung von Vorteil ist. Wie nachstehend beschrieben ist, kann (können) die Leitwand (Leitwände) 230 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung vielfältige Formen annehmen.
10-16 zeigen eine Reihe von Ausführungsformen, in denen die Leitwand (Leitwände) 230 eine Trennwand 240 innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer 220 enthält (enthalten). 11 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitze entlang der Linie 11-11 in 9 unter Veranschaulichung eines ersten Querschnitts der Leistenkühlmittelleitkammer 220; und 12 zeigt eine Querschnittsansicht der Spitze entlang der Linie 12-12 (radial außen von der Linie 11-11) in 9 unter Veranschaulichung eines zweiten Querschnitts der Leistenkühlmittelleitkammer. (13-17 zeigen Querschnitte ähnlich der 12.)
In den in den 9-16 veranschaulichten Ausführungsformen erzeugt die Trennwand 240 einen Durchgang 242 (hierin als „stromaufwärtiger Durchgang“ bezeichnet) für die Kühlmittelströmung 226 in Fluidkontakt mit einer Innenfläche 244 der Druckseitenwand 128 und einem hinteren Bereich 250 einer Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130. Die Trennwand 240 erzeugt ferner einen Durchgang 260 (hierin als „stromabwärtiger Durchgang“ bezeichnet) für die Kühlmittelströmung 226, der mit einer Innenfläche 262 der Saugseitenwand 130, zum Beispiel an anderen Bereichen von dieser, wie etwa einem vorderen Bereich 264 stromaufwärts des hinteren Bereiches 250, in Fluidkontakt steht. Der hintere Bereich 250 kann als ein Abschnitt der Saugseitenwand 130 definiert sein, der höhere Temperaturen als der vordere Bereich 264 erfährt, d.h. aufgrund seiner Position dort, wo heiße Gase sich tiefgreifender auf die Temperatur über der Saugseitenwand 130 und der saugseitigen inneren Leistenfläche 157 auswirken. Der vordere Bereich 264 kann sich von der Vorderkante 132 zu dem hinteren Bereich 250 erstrecken. In dem hierin verwendeten Sinne zeigt ein „Fluidkontakt“ an, dass die Kühlmittelströmung 226 in direkter Strömungsverbindung mit der angegebenen Fläche der bestimmten Seitenwand steht. Eine „Innenfläche“ zeigt die äußerste nach innen weisende Fläche der bestimmten Seitenwand an. In den 10-16 mündet der Einlass 224 in die Leistenkühlmittelleitkammer 220 hinein benachbart zu der Vorderkante 132, d.h. unmittelbar in dieser oder in der Nähe derselben, und er mündet in den stromaufwärtigen Durchgang 242, aber nicht in den stromabwärtigen Durchgang 260. Die Kühlmittelströmung 226 tritt in den stromabärtigen Durchgang 260 hinein und strömt durch diesen, nachdem sie den oberen Durchgang 242 durchlaufen hat.
10-13 zeigen eine oder mehrere Leitwände 230, die wenigstens eine Kühlmittelleitwand 270 enthalten, die den stromaufwärtigen Durchgang 242 in mehrere gesonderte Durchgänge 272 trennt. Die Leitwand (Leitwände) 270 und die gesonderten Durchgänge 272 können zum Beispiel dazu verwendet werden, die Kühlmittelströmung 226 gleichmäßig durch die Leistenkühlmittelleitkammer 220 zu verteilen, um zum Beispiel eine gewisse Kühlung an den Wänden und der Kammer zu erzielen, die Kühlmittelströmung 226 nach Bedarf zu leiten, die Kühlmittelströmung 226 gleichmäßiger zu verteilen und einen Halt für die Spitzenplatte 128 während der Herstellung und darüber hinaus zu bieten. Der Abstand zwischen den Wänden 270 kann basierend auf etlichen Faktoren, wie etwa, jedoch nicht darauf beschränkt, den gewünschten Strömungsparametern auf der Festigkeit, die erforderlich ist, um die Spitzenplatte 148 zu tragen, definiert sein. In den 10-12 sind vier Kühlmittelleitwände 270 veranschaulicht, und in 23 sind drei Kühlmittelleitwände 270 veranschaulicht. Jedoch sei betont, dass eine beliebige Anzahl der Kühlmittelleitwände 270 verwendet werden kann. Demgegenüber stellt 14 nur die Trennwand 240 mit einzelnen Stützen 300 in dem stromabwärtigen Durchgang 260 und in der Nähe des hinteren Bereiches 250 bereit.
Wie in den 15 und 16 veranschaulicht, kann die eine oder können die mehreren Leitwände 230 auch wenigstens eine Kühlmittelleitwand 274 enthalten, die den stromabwärtigen Durchgang 260 in mehrere gesonderte Durchgänge 276 trennt. Die eine oder mehreren Kühlmittelleitwände 274 und die gesonderten Durchgänge 276 können aus ähnlichen Gründen wie diejenigen, die vorstehend für die eine oder mehreren Kühlmittelleitwände 270 und die Durchgänge 272 angegeben sind, verwendet werden. Ferner kann die eine oder können die mehreren Kühlmittelleitwände 274 die Kühlmittelströmung 276 in unterschiedliche stromaufwärtige und stromabwärtige Richtungen in Bezug auf den vorderen Bereich 264 der Saugseitenwand 130 leiten. Zum Beispiel, und wie in den 15 und 16 veranschaulicht, kann eine Kühlmittelleitwand 274 oder können zwei Kühlmittelleitwände 274 jeweils verwendet werden, um einen mittleren Abschnitt 284 der Leistenkühlmittelleitkammer 220 mit der Kühlmittelströmung 226 zu beaufschlagen, bevor der vordere Bereich 264 beaufschlagt wird. In 15 dient eine einzige Kühlmittelleitwand 274 dazu, die Kühlmittelströmung 226 stromabwärts entlang des vorderen Bereiches 264 der Saugseitenwand 130 zu leiten, während in 16 zwei Kühlmittelleitwände 274 dazu dienen, die Kühlmittelströmung 226 stromaufwärts entlang des vorderen Bereiches 264 zu leiten. Es kann eine beliebige Anzahl der Kühlmittelleitwände 274 verwendet werden, um zum Beispiel die Kühlmittelströmung 226 durch die Leistenkühlmittelleitkammer 220 gleichmäßig auszubreiten, um zum Beispiel eine gewissen Kühlung an den Wänden und der Kammer zu erzielen, die Kühlmittelströmung 226 nach Bedarf zu leiten, die Kühlmittelströmung 226 gleichmäßiger zu verteilen und einen Halt für die Spitzenplatte 148 während der additiven Fertigung und darüber hinaus zu bieten. Der Abstand zwischen den Kühlmittelleitwänden 274 kann basierend auf einer beliebigen Anzahl von Faktoren, wie etwa, jedoch nicht darauf beschränkt, den gewünschten Strömungsparametern und der Festigkeit, die erforderlich ist, um die Spitzenplatte 148 zu tragen, definiert werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 15 kann die eine oder können die mehreren Leitwände 230 einen Kanal enthalten, der die Wand 280 innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer 220 trennt. Die Kanaltrennwand 280 erzeugt einen stromaufwärtigen Durchgang 242 über einen kanalisierten Durchgang 282 zu einem Mittelabschnitt 284 der Leistenkühlmittelleitkammer 220 und einen nachfolgenden Durchgang 286, der mit der Innenfläche 244 der Druckseitenwand 128 in Fluidkontakt steht und zu einem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 führt. Es können mehrere Übergangsöffnungen 290 vorgesehen sein, die der Druckseitenwand 128 in der Kanaltrennwand 280 gegenüberliegen, um eine Kühlmittelströmung 226 durch sie hindurch zu leiten. Eine Kühlmittelleitwand 274 kann sich von dem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 nach vorne erstrecken. Die Kühlmittelleitwand 274 erzeugt einen gesonderten Durchgang 292, der sich von dem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 aus stromaufwärts in Richtung auf die Vorderkante 132 erstreckt, und einen damit zusammenhängenden Durchgang 294, der sich entlang des vorderen Bereiches 264 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 stromabwärts erstreckt.
Wie am besten in den 10, 12, 13, 15 und 17 veranschaulicht, kann wenigstens eine Leitwand 230, zum Beispiel die Trennwand 240 und/oder die Kühlmittelleitwände 270, 274 mehrere Übergangsöffnungen 290 darin enthalten, die einem Teil der Kühlmittelströmung 226 ermöglichen, durch die jeweilige Wand hindurchzutreten. Die Übergangsöffnungen 290 ermöglichen somit eine größere Kontrolle über die Richtung und das Strömungsvolumen der Kühlmittelströmung 226. Die Übergangsöffnungen 290 können in einer beliebigen Weise, zum Beispiel gleichmäßig oder ungleichmäßig, innerhalb jeder Wand beabstandet sein und können eine beliebige gewünschte Größe oder Gestalt aufweisen.
Es können diskrete Stützen 300 innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer 220 an einer beliebigen Position vorgesehen sein, die erforderlich ist, um einen Halt für die Spitzenplatte 148, zum Beispiel während der additiven Fertigung und darüber hinaus, zu schaffen. Jede einzelne Stütze 300 kann eine beliebige vertikale Form annehmen, um zum Beispiel für eine gewünschte lokale Wärmeübertragung und/oder Abstützung der Spitzenplatte 148 darüber zu sorgen, zum Beispiel die Form eines Pfostens mit einem beliebigen Querschnitt, eine Gitterstruktur, etc. Diskrete Stützen können praktisch an einer beliebigen Stelle in der Leistenkühlmittelleitkammer 220 positioniert sein. Zum Beispiel können unter Bezugnahme auf 16 mehrere diskrete Stützen 300 innerhalb wenigstens des stromabwärtigen Durchgangs 260 angeordnet sein. Jedoch können in anderen Ausführungsformen mehrere diskrete Stützen 300 an vielfältigen Stellen positioniert sein. Erneut stellt 14 nur die Trennwand 240 mit den diskreten Stützen 300 in dem stromabwärtigen Durchgang 260 und in der Nähe des hinteren Bereiches 250 bereit. Es kann eine beliebige Anzahl der diskreten Stützen 300 vorgesehen sein, und sie können in einer beliebigen erforderlichen Weise verteilt sein.
Unter Bezugnahme auf 17 kann der Einlass 324 in anderen Ausführungsformen in die Leistenkühlmittelleitkammer 220 benachbart zu dem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 münden. Es sei ferner erwähnt, dass der Einlass 224 an praktisch jeder beliebigen Stelle innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer 220 mit einer oder mehreren Leitwänden 230 positioniert sein kann, die die Kühlmittelströmung 226 zu der Druckseitenwand 128 und dem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130, vor anderen Bereichen leiten, so dass die Auslässe 222 (zum Beispiel 9) darin die Kühlmittelströmung 226 vor anderen Auslässen erhalten. In 17 kann die eine oder können die mehreren Leitwände 230 eine Kanaltrennwand 310 innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer 220 enthalten, die den stromaufwärtigen Durchgang 242 erzeugt, der einen Durchgang 312 zu einem Mittelabschnitt 314 der Leistenkühlmittelleitkammer 220 und einen weiteren Durchgang 316 enthält, der mit der Innenfläche 244 der Druckseitenwand 128 in Kontakt steht und zu dem vorderen Bereich 264 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 führt. Die Kanaltrennwand 310 kann mehrere Übergangsöffnungen 290 innerhalb der Wand zur Leitung der Kühlmittelströmung 226 durch diese enthalten. Die eine oder mehreren Kühlmittelleitwände 318 können auch vorgesehen sein, um den Durchgang 312 in mehrere gesonderte Durchgänge 320 zu trennen. Jeder der gesonderten Durchgänge 320 kann über Übergangsöffnungen 290 den Durchgang 316 speisen.
Zurückkehrend zu 9 veranschaulicht ein Querschnitt eine oder mehrere Leitwände 230 innerhalb der Leistenkühlmittelleitkammer 220, die zwei oder mehrere Durchgänge erzeugen. Wie veranschaulicht, kann der eine oder können die mehreren Durchgänge für die Zwecke der additiven Fertigung eine mit Spitzen versehene Decke 330 innerhalb der Spitzenplatte 148 enthalten, um den Squealer-Boden zu tragen. Verständlicherweise ermöglichen die spitz zulaufenden Decken eine hinreichende Unterstützung der Decken während der additiven Fertigung, um ein Einstürzen einer allzu horizontalen Oberfläche zu verhindern. Es wird auch beobachtet, dass die äußersten Leitwände 340 in der Nähe des Bodens der Spitzenplatte 148 unter einem Winkel nach außen verlaufen können, um die Auslässe 222 zu stützen oder um einen Kühlmittelzugang zu den Auslässen 222 zu schaffen. Die diskreten Stützen 300 können ähnliche aufgeweitete obere Enden aufweisen, um die additive Fertigung zu ermöglichen. 9 veranschaulicht ferner, dass, wenn sie additiv gefertigt werden, die Spitzenplatte 148, die Schiene 150 und die eine oder mehreren Leitwände 230 eine unitäre Struktur bilden, d.h. sie bilden ein einziges integrales Materialstück. 9 zeigt ferner, dass dort, wo die Leistenkühlmittelleitkammer 220 vorgesehen ist, der eine oder die mehreren Spitzenplattenkühlmittelkanäle 149 sich in anderen Ausführungsformen anstatt von der Schaufelblattkammer 174 von der Leistenkühlmittelleitkammer 220 aus durch die Spitzenplatte 148 hindurch erstrecken kann bzw. können.
Wie in einem Beispiel in 10 veranschaulicht, kann jede der einen oder mehreren Leitwände 230, der Druckseitenwand 148 und/oder der Saugseitenwand 130 ein oder mehrere beliebige heutzutage bekannte oder künftig entwickelte Verwirbelungselemente 332 daran, d.h. an deren Innenfläche, enthalten, um eine turbulente Strömung in der Kühlmittelströmung 226 zu erzeugen, um die Wärmeübertragung zu steigern. Die Verwirbelungselemente 332 können umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein: Wirbelgeneratoren, Vertiefungen, Wellen, Rauheiten, etc., und sie können an einer beliebigen Stelle, an der eine turbulente Strömung gewünscht ist, positioniert sein.
Zurückkehrend zu den 11 und 12 tritt die Kühlmittelströmung 226 im Betrieb, und wie durch die Pfeile veranschaulicht, in die Leistenkühlmittelleitkammer 220 über den Einlass 224 ein, und sie tritt in den stromaufwärtigen Durchgang 242 ein. In den in den 11 und 12 veranschaulichten Ausführungsformen enthält der stromaufwärtige Durchgang 242 eine Anzahl von Leitwänden 270, die den Durchgang trennen und die Kühlmittelströmung verteilen. Während die Kühlmittelströmung 226 zunächst entlang der Innenfläche 244 der Druckseitenwand 128 verläuft, trifft sie auf Auslässe 222 zu der Spitzenleistenkühlstruktur 168 (zum Beispiel 10) der Leiste 150, womit kühlere Kühlmittelströmung 226 zu diesen, vor anderen Auslässen 222, zum Beispiel in dem vorderen Bereich 264 der Saugseitenwand 130 geleitet wird. Ein Großteil der Kühlmittelströmung 226 wird von der Innenfläche 262 des vorderen Bereiches 264 der Saugseitenwand 130 und den Auslässen 222 darüber durch die Trennwand 240 abgesperrt. Wie in 12 veranschaulicht, kann in einigen Ausführungsformen eine begrenzte Menge an Kühlmittelströmung 226 durch Übergangsöffnungen 290 zu dem vorderen Bereich 264 hindurchtreten. Der Teil der Kühlmittelströmung 226, der durch die Übergangsöffnungen 290 hindurchtritt, kühlt die Kühlmittelströmung darin, ist jedoch weiterhin heißer als der Großteil der Kühlmittelströmung 226 in dem stromaufwärtigen Durchgang 242. Nachdem der kühlere Anteil der Kühlmittelströmung 226 in dem stromaufwärtigen Durchgang 242 auf die Auslässe 222 entlang der Druckseitenwand 128 trifft, trifft er als nächstes auf die Auslässe 222 in dem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130. Auf diese Weise empfängt die Leiste 140 über dem hinteren Bereich 250 der Saugseitenwand ebenfalls kühlere Kühlmittelströmung als andere Auslässe, zum Beispiel diejenigen in dem vorderen Bereich 264. Nach dem hinteren Bereich 250 tritt die Kühlmittelströmung 226 in den stromabwärtigen Durchgang 260 ein, wo sie auf die Auslässe 222 in dem vorderen Bereich 264 trifft und zu der Spitzenleistenkühlstruktur 168 (zum Beispiel 10) der Leiste 150 gelangt. Wie erwähnt, kann ein Teil der kühleren Kühlmittelströmung 226 durch die Übergangsöffnungen 290 hindurchtreten, um sich mit dieser nun heißeren Kühlmittelströmung 226 in dem stromabwärtigen Durchgang 260 zu vermischen.
Weitere Ausführungsformen arbeiten in ähnlicher Weise wie in den 11 und 12. Die Kühlmittelströmung 226 tritt zunächst durch den stromaufwärtigen Durchgang 242 hindurch, wo sie aus den Auslässen 222 zu der Spitzenleistenkühlstruktur 168 (9, 19 und 21) der Leiste 150 in der Nähe der Innenfläche 244 er Druckseitenwand 128 und dem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 vor anderen Auslässen 222 austritt. 13 zeigt zusätzliche Übergangsöffnungen 290 in den Leitwänden 270 darin. 14 stellt nur die Trennwand 240 mit den diskreten Stützen 300 in dem stromabwärtigen Durchgang 260 und in der Nähe des hinteren Bereiches 250 bereit. 15 zeigt die Kanaltrennwand 280 und die Leitwand 274, um einen serpentinenartigen Pfad in der Leistenkühlmittelleitkammer 220 und eine stromabwärtige Kühlmittelströmung entlang des vorderen Bereiches 264 der Saugseitenwand 130 zu schaffen. 16 enthält eine Anzahl von Leitwänden 274, um einen längeren serpentinenförmigen Pfad durch die Leistenkühlmittelleitkammer 220 hindurch zu erzeugen. 17 weist den Einlass 324 in der Nähe des hinteren Bereiches 250 und eine gekrümmte Kanaltrennwand 310 auf. Jede Ausführungsform stellt einzigartige Leitwände 230 und Durchgänge 260, 272 bereit, die, obwohl sie in jeder Ausführungsform in einzelnen Formen veranschaulicht sind, über verschiedene Ausführungsformen hinweg verwendet werden können.
18 und 19 zeigen eine transparente Perspektivansicht bzw. einen Teilquerschnitt (ähnlich 9) der Spitzenleistenkühlstruktur 168, die nur einen oder mehrere Spitzenleistenhohlräume 172 enthält. Hier können die Spitzenleistenhohlräume 172 eine weitere Struktur, wie etwa, jedoch nicht darauf beschränkt, die Spitzentasche 155 über die Öffnungen 223 speisen. Der Leistenkühlkanal 170 ist weggelassen. 20 und 21 zeigen eine transparente Perspektivansicht bzw. einen Teilquerschnitt (ähnlich 9) der Spitzenleistenkühlstruktur 168, die nur einen oder mehrere Spitzenleistenkühlkanäle 170 in direkter Übertragungsverbindung mit der Leistenkühlmittelleitkammer 220 enthält. Hier treten die Auslässe 222 der Leistenkühlmittelleitkammer 220 in den Einlass 176 des Spitzenleistenkühlkanals 170 ein. Wie veranschaulicht, können Ausführungsformen des Spitzenleistenkühlkanals 170 und der Leistenkühlmittelleitkammer 220 gesondert oder gemeinsam verwendet werden.
Ausführungsformen der Leistenkühlmittelleitkammer 220 ergeben eine effektive Kühlung der Leiste 150 von Squealer-Laufschaufelspitzen in Gasturbinen. Die Leistenkühlmittelleitkammer 220 stellt eine einen geringen Druckabfall aufweisende serpentinenartige innere Kühlanordnung bereit, bei der die kälteste Kühlmittelströmung 226 zunächst zu den Auslässen 222 (10) für die Leiste 150 in der Innenfläche 244 der Druckseitenwand 128 und dem hinteren Bereich 250 der Innenfläche 252 der Saugseitenwand 130 geleitet wird, wo sei am meisten benötigt wird. Im Unterschied zu Bereichen der Schaufelblattkammer 174, die Austrittsöffnungen durch die Seitenwände 128, 130 enthalten können, können die Druckseitenwand 128 und die Saugseitenwand 130 frei von Kühlmitteldurchgangsöffnungen durch diese sein, d.h. die Kammer 220 dient nur zur Leitung des Kühlmittels und zur inneren Kühlung. Außerdem enthält die Leistenkühlmittelleitkammer 220 Merkmale, die verwendet werden, um die Spitzenplatte 148 während der additiven Fertigung zu stützen, wie etwa die Leitwände 230, die dicht beabstandet sind, sowie Wände und diskrete Stützen 300, die in der Nähe des Bodens der Spitzenplatte 148 unter einem Winkel nach außen schräg verlaufen.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll für die Offenbarung nicht beschränkend sein. In dem hierin verwendeten Sinne sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“ bzw. „das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern aus dem Kontext nicht deutlich etwas anderes hervorgeht. Es wird ferner verstanden, dass die Begriffe „aufweist“ und/ oder „aufweisen“, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, jedoch die Gegenwart oder Aufnahme einer/eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen nicht ausschließen. „Optional“ oder „wahlweise“ bedeutet, dass das nachfolgend beschriebene Ereignis oder der nachfolgend beschriebene Umstand eintreten kann oder nicht und dass die Beschreibung Fälle umfasst, in denen das Ereignis eintritt, sowie Fälle, in denen es nicht eintritt.
Eine Näherungssprache, wie sie hierin in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewandt werden, um jede quantitative Darstellung zu modifizieren, die in zulässiger Weise variieren könnte, ohne zu einer Veränderung der Grundfunktion, mit der sie in Beziehung steht, zu führen. Demgemäß soll ein Wert, der durch einen Ausdruck oder durch Ausdrücke, wie „etwa“, „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt sein. In wenigstens einigen Fällen kann die Näherungssprache der Genauigkeit eines Instrumentes zur Messung des Wertes entsprechen. Hier und in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen können Bereichsgrenzen miteinander kombiniert und/oder gegeneinander getauscht werden, wobei derartige Bereiche identifiziert sind und all die darin enthaltenen Teilbereiche umfassen, sofern aus dem Kontext oder der Formulierung nicht etwas anderes hervorgeht. „Ungefähr“ bzw. „näherungsweise“, wenn es auf einen bestimmten Wert eines Bereiches angewandt wird, gilt für beide Werte, und sofern es nicht ansonsten von der Genauigkeit des den Wert messenden Instrumentes abhängt, kann es +/-10% der (des) angegebenen Werte(s) anzeigen.
Die entsprechenden Strukturen, Materialien, Handlungen und Äquivalente aller Mittel- oder Schritt-plus-FunktionsElemente in den nachstehenden Ansprüchen sollen eine beliebige Struktur, ein beliebiges Material oder eine beliebige Handlung zur Durchführung der Funktion in Kombination mit anderen beanspruchten Elementen, wie sie speziell beansprucht sind, umfassen. Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist für die Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt worden, soll jedoch nicht erschöpfend oder auf die Offenbarung in der offenbarten Form beschränkt sein. Es werden sich viele Modifikationen und Veränderungen Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet erschließen, ohne dass von dem Umfang und Rahmen der Offenbarung abgewichen wird. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Offenbarung und die praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und andere Durchschnittsfachleute zu befähigen, die Offenbarung für verschiedene Ausführungsformen mit verschiedenen Modifikationen, wie sie für die spezielle vorgesehene Verwendung geeignet sind, zu verstehen.
Eine Turbinenkomponente enthält ein Schaufelblatt 124, 215 mit einer Schaufelblattkammer 174, die im Innern des Schaufelblattes 124, 215 angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer 174 eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt 124, 215 hindurch zu liefern. Die Spitze des Schaufelblattes 124, 215 enthält eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte 148 radial erstreckt, wobei die Leiste eine innere Leistenfläche 157, die eine Spitzentasche 155 darin definiert, eine äußere Leistenfläche 159 und eine radial nach außen weisende Leistenfläche 160 zwischen der inneren Leistenfläche 157 und der äußeren Leistenfläche 159 enthält. Ein Spitzenleistenhohlraum 172 befindet sich im Innern der Leiste und umgrenzt diese teilweise, wobei der Spitzenleistenhohlraum 172 eine Kühlmittelströmung 226 empfängt. Ein Spitzenleistenkühlkanal 170 enthält einen Einlass 176, 224, der mit dem Spitzenleistenhohlraum 172 strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke 178, die mit dem Einlass 176, 224 strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste teilweise umgrenzt, ein Dosierelement 180, das mit der Kanalstrecke 178 strömungsmäßig verbunden ist, und einen Auslass 182, der mit dem Dosierelement 180 strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche 160 erstreckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3229761 [0001]

Claims

Turbinenkomponente, die aufweist: ein Schaufelblatt (124, 215), das aufweist: eine Basis (122), eine der Basis (122) gegenüberliegend angeordnete Spitze und eine Druckseitenwand (128) und eine Saugseitenwand (130), die sich zwischen einer Vorderkante (132) und einer Hinterkante von diesem erstrecken; eine Schaufelblattkammer (174), die im Innern des Schaufelblattes (124, 215) angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer (174) eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt (124, 215) zu liefern; eine Spitzenplatte (148) an der Spitze und eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte (148) radial erstreckt, wobei die Leiste in der Nähe und an einem Umfang der Spitzenplatte (148) angeordnet ist, wobei die Leiste eine innere Leistenfläche (157), eine äußere Leistenfläche (159) und eine radial nach außen weisende Leistenfläche (160) zwischen der inneren Leistenfläche (157) und der äußeren Leistenfläche (159) enthält; einen Spitzenleistenhohlraum (172) im Innern der Leiste und diese teilweise umgrenzend, wobei der Spitzenleistenhohlraum (172) eine Kühlmittelströmung (226) empfängt; und einen Spitzenleistenkühlkanal (170), der einen Einlass (176, 224), der mit dem Spitzenleistenhohlraum (172) strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke (178), die mit dem Einlass (176, 224) strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste teilweise umgrenzt, ein Dosierelement (180), das mit der Kanalstrecke (178) strömungsmäßig verbunden ist, und einen Auslass (182) enthält, der mit dem Dosierelement (180) strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche (160) erstreckt.
Turbinenkomponente nach Anspruch 1, wobei der Einlass (176, 224) gewinkelt ist, um die Kühlmittelströmung (226) in eine Richtung zu leiten, die zu derjenigen der Kanalstrecke (178) entgegengesetzt ist, wobei ein Druckverlust in der Kühlmittelströmung (226) erzeugt wird.
Turbinenkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kanalstrecke (178) eine erste Querschnittsfläche aufweist und das Dosierelement (180) eine zweite Querschnittsfläche aufweist, die kleiner ist als die erste Querschnittsfläche; und/oder wobei das Dosierelement (180) eine radiale Höhe aufweist, die größer ist als eine Umfangsbreite von ihm.
Turbinenkomponente nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanalstrecke (178) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und das Dosierelement (180) einen elliptischen Querschnitt aufweist; und/oder wobei der Auslass (182) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Turbinenkomponente nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslass (182) eine größere Querschnittsfläche als das Dosierelement (180) und die Kanalstrecke (178) aufweist.
Turbinenkomponente nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schaufelblatt (124, 215) additiv gefertigt ist; und/oder wobei die Leiste eine unitäre Struktur ist und der Einlass (176, 224), die Kanalstrecke (178) und das Dosierelement (180) des Spitzenleistenkühlkanals (170) im Inneren der inneren Leistenfläche (157), der äußeren Leistenfläche (159) und der radial nach außen weisenden Leistenfläche (160) der Leiste angeordnet sind.
Turbinenkomponente nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mehrere Paare der Hohlräume und Spitzenleistenkühlkanäle (170), die im Innern der Leiste voneinander beabstandet sind, aufweist.
Turbinenkomponente nach einem belieben der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kanalstrecke (178) zu einem Abschnitt der radial nach außen weisenden Leistenfläche (160) parallel verläuft; und/oder wobei das Dosierelement (180) an einem stromabwärtigen Ende der Kanalstrecke (178) angeordnet ist.
Turbinenkomponente nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, die ferner einen Kühlkanal der Spitzenplatte (148) aufweist, der sich von einem Abschnitt der Kammer des Schaufelblattes (124, 215) durch die Spitzenplatte (148) hindurch in eine Spitzenleistentasche hinein erstreckt, die innerhalb der inneren Leistenfläche (157) definiert ist.
Turbinenlaufschaufel (115) für eine Gasturbine, wobei die Turbinenlaufschaufel (115) aufweist: ein Schaufelblatt (124, 215), das aufweist: eine Basis (122), eine der Basis (122) gegenüberliegend angeordnete Spitze und eine Druckseitenwand (128) und eine Saugseitenwand (130), die sich zwischen einer Vorderkante (132) und einer Hinterkante von diesem erstrecken; eine Schaufelblattkammer (174), die im Innern des Schaufelblattes (124, 215) angeordnet ist, wobei die Schaufelblattkammer (174) eingerichtet ist, um ein Kühlmittel durch das Schaufelblatt (124, 215) zu liefern; eine Spitzenplatte (148) an der Spitze und eine Leiste, die sich von der Spitzenplatte (148) in Radialrichtung erstreckt, wobei die Leiste in der Nähe oder an einem Umfang der Spitzenplatte (148) angeordnet ist, wobei die Leiste eine innere Leistenfläche (157), eine äußere Leistenfläche (159) und eine radial nach außen weisende Leistenfläche (160) zwischen der inneren Leistenfläche (157) und der äußeren Leistenfläche (159) enthält; einen Spitzenleistenhohlraum (172) im Innern der Leiste und diese teilweise umgrenzend, wobei der Spitzenleistenhohlraum (172) eine Kühlmittelströmung (226) empfängt; und einen Spitzenleistenkühlkanal (170), der einen Einlass (176, 224), der mit dem Spitzenleistenhohlraum (172) strömungsmäßig verbunden ist, eine Kanalstrecke (178), die mit dem Einlass (176, 224) strömungsmäßig verbunden ist und die Leiste teilweise umgrenzt, ein Dosierelement (180), das mit der Kanalstrecke (178) strömungsmäßig verbunden ist, und einen Auslass (182) enthält, der mit dem Dosierelement (180) strömungsmäßig verbunden ist und sich durch die radial nach außen weisende Leistenfläche (160) erstreckt.