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HINTERGRUND
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Gebiet
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Vorrichtungen und Verfahren, die mit beispielhaften Ausführungsformen im Einklang sind, beziehen sich auf eine Turbinenschaufel, ein Turbinenrotorblatt und eine Gasturbine, die diese enthält.
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Beschreibung des verwandten Gebiets
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Turbinen sind Maschinen, die durch eine Triebkraft oder eine Reaktionskraft unter Verwendung eines Stroms eines Druckfluids wie z. B. Dampf oder Gas eine Drehkraft beziehen und eine Dampfturbine, die Dampf verwendet, eine Gasturbine, die Hochtemperaturverbrennungsgas verwendet, usw. enthalten.
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Die Gasturbine enthält einen Kompressor, eine Verbrennungsvorrichtung und eine Turbine. Der Kompressor enthält einen Lufteinlass, in den Luft eingeleitet wird, und mehrere Verdichterschaufeln und mehrere Verdichterrotorblätter, die in einem Verdichtergehäuse abwechselnd vorgesehen sind.
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Die Verbrennungsvorrichtung ist konfiguriert, der Luft, die durch den Kompressor verdichtet wurde, Brennstoff zuzuführen und das Brennstoffgemisch unter Verwendung eines Brenners zu zünden, um Hochdruck- und Hochtemperaturverbrennungsgas zu erzeugen.
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Die Turbine enthält mehrere Turbinenschaufeln und mehrere Turbinenrotorblätter, die in einem Turbinengehäuse abwechselnd angeordnet sind. Darüber hinaus ist ein Rotor derart angeordnet, dass er durch zentrale Abschnitte des Kompressors, die Verbrennungsvorrichtung, die Turbine und eine Abgaskammer verläuft.
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Der Rotor wird an seinen beiden Enden durch Lager drehbar getragen. Am Rotor sind mehrere Scheiben befestigt und die mehreren Rotorblätter sind jeweils an entsprechende Scheiben gekoppelt. Eine Antriebswelle eines Generators ist an ein Ende des Rotors, das an die Abgaskammer angrenzt, gekoppelt.
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Eine Gasturbine besitzt keine hin und her beweglichen Komponente wie z. B. einen Kolben, der üblicherweise in einer Viertaktkraftmaschine vorgesehen ist. Das heißt, die Gasturbine besitzt keine gegenseitigen Reibungsteile wie z. B. einen Kolben und einen Zylinder, wodurch sie die Vorteile besitzt, dass ein geringer Verbrauch von Schmiermittel vorliegt und eine Amplitude einer Schwingung im Gegensatz zu einer Kolbenmaschine, die Hochamplitudeneigenschaften aufweist, deutlich verringert ist. Deshalb ist ein Antreiben der Gasturbine mit hoher Geschwindigkeit möglich.
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Eine Kurzbeschreibung des Betriebs der Gasturbine ist wie folgt. Luft, die durch den Kompressor verdichtet worden ist, wird mit einem Brennstoff gemischt, der Brennstoff wird verbrannt, um ein Hochtemperaturverbrennungsgas zu erzeugen, und das erzeugte Verbrennungsgas wird zur Turbine abgegeben. Das abgegebene Verbrennungsgas durchläuft die Turbinenschaufeln und die Turbinenrotorblätter und erzeugt eine Drehkraft, durch die der Rotor gedreht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Aspekte einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen schaffen eine Turbinenschaufel, ein Turbinenrotorblatt und eine Gasturbine, die diese enthält, in der Kühlfluid in einen Vorderteil eines unteren Endes einer Vorderkante ausreichend angesaugt werden kann, wodurch die Kühlleistung verbessert werden kann.
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Zusätzliche Aspekte werden zum Teil in der Beschreibung, die folgt, dargelegt und werden zum Teil aus der Beschreibung deutlich werden oder können durch Umsetzen der beispielhaften Ausführungsformen in die Praxis gelernt werden.
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Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Turbinenschaufel geschaffen, die Folgendes enthält: eine Seitenwand, die konfiguriert ist, ein Schaufelblatt zu bilden, und eine Vorderkante und eine Hinterkante enthält; eine Trennwand, die konfiguriert ist, einen Innenraum der Seitenwand abzutrennen, um mehrere Kühlkanäle zu bilden; und eine Dosierplatte, die konfiguriert ist, Einlassteile der mehreren Kühlkanäle zu blockieren, und Kühlöffnungen, die mit entsprechenden Kühlkanälen kommunizieren, enthält, wobei die Dosierplatte eine erste Kühlöffnung, die im Einlassteil jedes der mehreren Kühlkanäle gebildet ist, und eine zweite Kühlöffnung, die an einer Position in der Nähe der Vorderkante im Einlassteil des Kühlkanals unter den mehreren Kühlkanälen, der an die Vorderkante angrenzt, gebildet ist, enthält.
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Kühlluft, die durch die zweite Kühlöffnung angesaugt wird, kann einen Vorderkantenbereich der Seitenwand kühlen.
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Die erste Kühlöffnung kann eine rechteckige Form aufweisen und die zweite Kühlöffnung kann eine kreisförmige Form aufweisen.
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Die erste Kühlöffnung kann eine kreisförmige oder eine elliptische Form aufweisen und die zweite Kühlöffnung kann eine kreisförmige oder eine elliptische Form aufweisen.
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Die erste Kühlöffnung kann eine rechteckige Form aufweisen und die zweite Kühlöffnung kann eine rechteckige Form aufweisen.
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Die Dosierplatte kann ferner eine Stromführung enthalten, die an einer Oberseite einer Vorderkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung definiert, vorgesehen ist und konfiguriert ist, einen Vorderkantenbereich über eine Leitung unter Verwendung von Kühlluft zu kühlen.
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Die zweite Kühlöffnung kann derart gebildet sein, dass sie zur Vorderkante geneigt ist.
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Die Dosierplatte kann ferner eine Führung enthalten, die an einer Oberseite einer Vorderkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung definiert, vorgesehen ist und konfiguriert ist, Kühlfluid zu einem Vorderkantenbereich zu leiten.
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Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Turbinenrotorblatt geschaffen, das Folgendes enthält: eine Seitenwand, die konfiguriert ist, ein Schaufelblatt zu bilden, und eine Vorderkante und eine Hinterkante enthält; eine Trennwand, die konfiguriert ist, einen Innenraum der Seitenwand abzutrennen, um mehrere Kühlkanäle zu bilden; und eine Dosierplatte, die konfiguriert ist, Einlassteile der mehreren Kühlkanäle zu blockieren, und Kühlöffnungen, die mit entsprechenden Kühlkanälen kommunizieren, enthält, wobei die Dosierplatte eine erste Kühlöffnung, die im Einlassteil jedes der mehreren Kühlkanäle gebildet ist, und eine zweite Kühlöffnung, die an einer Position in der Nähe der Vorderkante im Einlassteil des Kühlkanals unter den mehreren Kühlkanälen, der an die Vorderkante angrenzt, gebildet ist, enthält.
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Kühlluft, die durch die zweite Kühlöffnung angesaugt wird, einen Vorderkantenbereich der Seitenwand kühlt.
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Die erste Kühlöffnung kann eine rechteckige Form aufweisen und die zweite Kühlöffnung kann eine kreisförmige Form aufweisen.
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Die erste Kühlöffnung kann eine kreisförmige oder eine elliptische Form oder eine rechteckige Form aufweisen und die zweite Kühlöffnung kann eine kreisförmige oder eine elliptische Form oder eine rechteckige Form aufweisen.
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Die Dosierplatte kann ferner eine Stromführung enthalten, die an einer Oberseite einer Vorderkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung definiert, vorgesehen ist und konfiguriert ist, einen Vorderkantenbereich über eine Leitung unter Verwendung von Kühlluft zu kühlen.
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Die zweite Kühlöffnung kann derart gebildet sein, dass sie zur Vorderkante geneigt ist.
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Die Dosierplatte umfasst ferner eine Führung, die an einer Oberseite einer Vorderkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung definiert, vorgesehen ist und konfiguriert ist, Kühlfluid zu einem Vorderkantenbereich zu leiten.
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Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Gasturbine geschaffen, die Folgendes enthält: einen Kompressor, der konfiguriert ist, Umgebungsluft einzusaugen und die Luft zu verdichten; eine Verbrennungsvorrichtung, die konfiguriert ist, die Luft, die durch den Kompressor verdichtet wurde, mit einem Brennstoff zu mischen und ein Gemisch des Brennstoffs und der Luft zu verbrennen; und eine Turbine, die konfiguriert ist, ein Turbinenrotorblatt und eine Turbinenschaufel zu enthalten, die derart in der Turbine montiert sind, dass das Turbinenrotorblatt durch Verbrennungsgas, das aus der Verbrennungsvorrichtung abgegeben wird, gedreht wird, wobei die Turbinenschaufel Folgendes enthält: eine Seitenwand, die konfiguriert ist, ein Schaufelblatt zu bilden, und eine Vorderkante und eine Hinterkante enthält; eine Trennwand, die konfiguriert ist, einen Innenraum der Seitenwand abzutrennen, um mehrere Kühlkanäle zu bilden; und eine Dosierplatte, die konfiguriert ist, Einlassteile der mehreren Kühlkanäle zu blockieren, und Kühlöffnungen, die mit entsprechenden Kühlkanälen kommunizieren, enthält, wobei die Dosierplatte eine erste Kühlöffnung, die im Einlassteil jedes der mehreren Kühlkanäle gebildet ist, und eine zweite Kühlöffnung, die an einer Position in der Nähe der Vorderkante im Einlassteil des Kühlkanals unter den mehreren Kühlkanälen, der an die Vorderkante angrenzt, gebildet ist, enthält.
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Kühlluft, die durch die zweite Kühlöffnung angesaugt wird, kann einen Vorderkantenbereich der Seitenwand kühlen.
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Die Dosierplatte kann ferner eine Stromführung enthalten, die an einer Oberseite einer Vorderkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung definiert, vorgesehen ist und konfiguriert ist, einen Vorderkantenbereich über eine Leitung unter Verwendung von Kühlluft zu kühlen.
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Die Dosierplatte kann ferner eine Führung enthalten, die an einer Oberseite einer Vorderkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung definiert, vorgesehen ist und konfiguriert ist, Kühlfluid zu einem Vorderkantenbereich zu leiten.
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Gemäß einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen kann Kühlfluid in einen Vorderteil eines unteren Endes einer Vorderkante ausreichend angesaugt werden kann, wobei die Kühlleistung verbessert werden kann.
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Es versteht sich, dass sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende genaue Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen beispielhaft und erläuternd sind und eine weitere Erklärung der beanspruchten Offenlegung liefern sollen.
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Figurenliste
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Der oben beschriebenen und weitere Aspekte werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher werden; es zeigen:
- 1 eine perspektivische Teilexplosionszeichnung einer Gasturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 eine Schnittansicht, die eine schematische Struktur der Gasturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 3 eine perspektivische Explosionszeichnung, die eine Turbinenrotorscheibe von 2 darstellt;
- 4A und 4B Schnittansichten, die eine Turbinenschaufel oder ein Turbinenrotorblatt des verwandten Gebiets darstellen;
- 5A und 5B Schnittansichten, die eine Turbinenschaufel oder ein Turbinenrotorblatt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellen;
- 6A, 6B und 6C Schnittansichten, die beispielhafte Ausführungsformen einer Dosierplatte darstellen; und
- 7 bis 9 Diagramme, die beispielhafte Ausführungsformen einer Turbinenschaufel oder eines Turbinenrotorblatts darstellen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Verschiedene Modifikationen und verschiedene Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genau beschrieben, derart, dass Fachleute die Offenlegung leicht ausführen können. Es sollte allerdings festgehalten werden, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht dazu bestimmt sind, den Umfang der Offenlegung auf die bestimmte Ausführungsform zu beschränken, sondern sie derart interpretiert werden sollen, dass sie alle Änderungen, Entsprechungen und Alternativen der Ausführungsformen, die im Geist und Umfang, der hier offenbart wird, enthalten sind, enthalten.
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Die hier verwendete Terminologie dient lediglich zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dazu bestimmt, den Umfang der Offenlegung zu beschränken. Es ist beabsichtigt, dass die Ausdrücke „ein“, „eine“ und „der/die/das“ im Singular die Ausdrücke im Plural ebenfalls enthalten, sofern der Kontext nicht klar etwas anderes andeutet. In der Offenlegung sollen Begriffe wie z. B. „umfassen“, „enthalten“, „aufweisen“ derart ausgelegt werden, dass sie festlegen, dass derartige Merkmale, ganze Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Kombinationen davon vorliegen, nicht um die Anwesenheit oder die Möglichkeit des Hinzufügens eines oder mehrerer weiterer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und oder Kombinationen davon auszuschließen.
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genau beschrieben. Nun sollte auf die Zeichnungen verwiesen werden, wobei dieselben Bezugszeichen überall in den verschiedenen Zeichnungen verwendet werden, um dieselben oder ähnliche Komponenten zu bezeichnen. Details bekannter Konfigurationen und Funktionen können ausgelassen werden, um ein unnötiges Verschleiern des Hauptinhalts der vorliegenden Offenlegung zu vermeiden. Aus demselben Grund werden in den begleitenden Zeichnungen einige Elemente vergrößert, ausgelassen oder schematisch beschrieben.
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1 ist eine perspektivische Teilexplosionszeichnung einer Gasturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 2 ist eine Schnittansicht, die eine schematische Struktur der Gasturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt. 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung, die eine Turbinenrotorscheibe von 2 darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 1 kann die Gasturbine 1000 einen Kompressor 1100, eine Verbrennungsvorrichtung 1200 und eine Turbine 1300 enthalten. Der Kompressor 1100, der mehrere Rotorblätter 1110, die radial installiert sind, enthält, dreht die Rotorblätter 1110 und Luft wird verdichtet und durch die Drehung der Rotorblätter 1110 bewegt. Eine Größe und ein Installationswinkel jedes der Rotorblätter 1110 können abhängig von ihrer Installationsposition geändert werden. Der Kompressor 1100 ist mit der Turbine 1300 direkt oder indirekt gekoppelt und kann einen Teil der Leistung, die von der Turbine 1300 erzeugt wird, empfangen und die empfangene Leistung verwenden, um die Rotorblätter 1110 zu drehen.
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Luft, die durch den Kompressor 1100 verdichtet wird, kann durch die Verbrennungsvorrichtung 1200 bewegt werden. Die Verbrennungsvorrichtung 1200 kann mehrere Brennkammern 1210 und mehrere Brennstoffdüsenmodule 1220, die in einer ringförmigen Form angeordnet sind, enthalten.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann die Gasturbine 1000 ein Gehäuse 1010 und einen Diffusor 1400, der hinter dem Gehäuse 1010 vorgesehen ist, um das Verbrennungsgas, das die Turbine 1300 durchläuft, auszustoßen, enthalten. Die Verbrennungsvorrichtung 1200 ist vor dem Diffusor 1400 angeordnet, um die verdichtete Luft, die ihr zugeführt wird, zu verbrennen.
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Auf der Grundlage einer Strömungsrichtung der Luft ist der Kompressor 1100 stromaufseitig angeordnet und ist die Turbine 1300 stromabseitig angeordnet. Zusätzlich ist ein Torsionsrohr 1500, das als ein Drehmomentübertragungselement zum Übertragen eines Drehmoments, das von der Turbine 1300 erzeugt wird, zum Kompressor 1100 dient, zwischen dem Kompressor 1100 und der Turbine 1300 angeordnet.
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Der Kompressor 1100 enthält mehrere Verdichterrotorscheiben 1120, die jeweils durch eine Zugstange 1600 befestigt sind, um eine axiale Trennung in einer Axialrichtung der Zugstange 1600 zu verhindern.
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Zum Beispiel sind die Verdichterrotorscheiben 1120 in einer Axialrichtung aufeinander ausgerichtet, derart, dass die Zugstange 1600, die eine Drehwelle bildet, durch zentrale Abschnitte der Verdichterrotorscheiben 1120 verläuft. Hier sind benachbarte Verdichterrotorscheiben 1120 derart angeordnet, dass ihre einander zugewandten Oberflächen in engem Kontakt miteinander sind, indem sie durch die Zugstange 1600 zusammengedrückt werden. Die benachbarten Verdichterrotorscheiben 1120 können sich aufgrund dieser Anordnung nicht relativ zueinander drehen.
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Mehrere Rotorblätter 1110 sind an eine Außenumfangsfläche jeder der Verdichterrotorscheiben 1120 radial gekoppelt. Jedes der Rotorblätter 1110 enthält einen Schwalbenschwanzteil 1112, durch den das Rotorblatt 1110 an die Verdichterrotorscheibe 1120 gekoppelt ist.
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Mehrere Verdichterschaufeln sind zwischen sämtlichen Verdichterrotorscheiben 1120 im Gehäuse 1010 fest angeordnet. Während die Verdichterrotorscheiben 1120 sich mit einer Drehung der Zugstange 1600 gemeinsam drehen, drehen sich die Verdichterschaufeln, die am Gehäuse 1010 befestigt sind, nicht. Die Verdichterschaufeln leiten den Strom verdichteter Luft, der von vorderen Verdichterrotorblättern 1110 zu hinteren Verdichterrotorblättern 1110 bewegt wird.
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Ein Kopplungsschema des Schwalbenschwanzteils 1112 ist in einen Tangentialtyp und einen Axialtyp klassifiziert. Dieses kann abhängig von einer Struktur der zu verwendenden Gasturbine gewählt werden und kann eine Schwalbenschwanzform oder eine Tannenbaumform besitzen. In einigen Fällen kann das Verdichterrotorblatt 1110 unter Verwendung weiterer Typen von Kopplungsvorrichtungen wie z. B. einem Keil oder einem Bolzen an die Verdichterrotorscheibe 1120 gekoppelt sein.
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Die Zugstange 1600 ist durch zentrale Abschnitte der mehreren Verdichterrotorscheiben 1120 und mehrerer Turbinenrotorscheiben 1320 verlaufend angeordnet. Die Zugstange 1600 kann eine Einzel- oder Mehrfach-Zugstangenstruktur sein. Ein Ende der Zugstange 1600 ist an die Verdichterrotorscheibe 1120, die am weitesten stromaufseitig angeordnet ist, gekoppelt und ihr anderes Ende ist an eine Befestigungsmutter 1450 gekoppelt.
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Es versteht sich, dass die Form der Zugstange 1600 nicht auf das Beispiel, das in 2 dargestellt ist, beschränkt ist und gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen geändert werden oder variieren kann. Zum Beispiel kann eine einzelne Zugstange durch die zentralen Abschnitte der Rotorscheiben verlaufend angeordnet sein, mehrere Zugstangen können in einer Umfangsrichtung angeordnet sein oder eine Kombination davon ist auch möglich.
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Außerdem kann eine Schaufel, die als eine Leitschaufel wirkt, bei der hinteren Stufe des Diffusors des Kompressors 1100 installiert sein, um einen Ist-Strömungswinkel eines Fluids, das in einen Einlass der Verbrennungsvorrichtung eintritt, anzupassen und den Druck des Fluids zu erhöhen. Diese Schaufel wird als ein Entwirbler bezeichnet.
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Die Verbrennungsvorrichtung 1200 mischt eingeleitete verdichtete Luft mit Brennstoff, verbrennt das Brennstoffgemisch, um Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas, das eine hohe Energie besitzt, zu erzeugen, und erhöht über einen isobaren Verbrennungsvorgang die Temperatur des Verbrennungsgases zu einer Temperatur, bei der die Verbrennungsvorrichtung und die Turbine bestehen können.
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Mehrere Verbrennungsvorrichtungen, die die Verbrennungsvorrichtung 1200 bilden, können in einem Gehäuse in Form einer Zelle angeordnet sein. Jede der Verbrennungsvorrichtungen enthält einen Brenner, der eine Brennstoffeinspritzdüse usw. enthält, eine Verbrennungsvorrichtungsauskleidung, die eine Brennkammer bildet, und ein Übergangsstück, das als ein Verbinder zwischen der Verbrennungsvorrichtung und der Turbine dient.
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Die Verbrennungsvorrichtungsauskleidung schafft einen Verbrennungsraum, in dem Brennstoff, der aus der Brennstoffeinspritzdüse ausgestoßen wird, mit verdichteter Luft, die vom Kompressor zugeführt wird, gemischt und verbrannt wird. Die Verbrennungsvorrichtungsauskleidung kann ein Flammrohr zum Bereitstellen des Verbrennungsraums, in dem der Brennstoff, der mit Luft gemischt ist, verbrannt wird, und eine Strömungshülse zum Bilden eines ringförmigen Raums, der das Flammrohr einschließt, enthalten. Die Brennstoffeinspritzdüse ist an ein vorderes Ende der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung gekoppelt und eine Zündkerze ist an eine Seitenwand der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung gekoppelt.
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Das Übergangsstück ist mit einer Rückseite der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung verbunden, um Verbrennungsgas, das durch die Zündkerze verbrannt wurde, zur Turbine zu übertragen. Eine Außenwand des Übergangsstücks wird durch verdichtete Luft, die vom Kompressor zugeführt wird, gekühlt, um zu verhindern, dass das Übergangsstück durch Hochtemperaturverbrennungsgas beschädigt wird.
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Zu diesem Zweck besitzt das Übergangsstück Kühlöffnungen, durch die die verdichtete Luft eingespeist werden kann. Verdichtete Luft kühlt das Innere des Übergangsstücks durch die Kühlöffnungen und strömt dann zur Verbrennungsvorrichtungsauskleidung.
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Die verdichtete Luft, die das Übergangsstück gekühlt hat, kann in einen ringförmigen Raum der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung strömen und kann als eine Kühlluft von der Außenseite der Strömungshülse durch die Kühlöffnungen, die in der Strömungshülse gebildet sind, zu einer Außenwand der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung geliefert werden.
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Das Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas, das aus der Verbrennungsvorrichtung 1200 ausgestoßen wird, wird der Turbine 1300 zugeführt. Das zugeführte Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas dehnt sich aus und übt eine Auftreff- oder Reaktionskraft auf die Turbinenrotorblätter aus, um ein Drehmoment zu erzeugen. Ein Teil des Drehmoments wird über das Torsionsrohr zum Kompressor 1100 übertragen und der verbleibende Teil, der das überschüssige Drehmoment ist, wird verwendet, um den Generator oder dergleichen anzutreiben.
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Die Turbine 1300 besitzt im Wesentlichen eine Struktur, die der des Kompressors 1100 ähnlich ist. Das heißt, die Turbine 1300 kann mehrere Turbinenrotorscheiben 1320 enthalten, die den Verdichterrotorscheiben 1120 des Kompressors 1100 ähnlich sind. Jede Turbinenrotorscheibe 1320 enthält mehrere Turbinenrotorblätter 1340, die radial angeordnet sind. Jedes Turbinenrotorblatt 1340 kann in einer Schwalbenschwanzkopplungsweise an die Turbinenrotorscheibe 1320 gekoppelt sein. Zusätzlich sind Turbinenschaufeln, die am Gehäuse 1010 befestigt sind, zwischen den Turbinenrotorblättern 1340 der Turbinenrotorscheibe 1320 vorgesehen, um eine Strömungsrichtung von Verbrennungsgas, das die Turbinenrotorblätter 1340 durchläuft, zu leiten.
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Unter Bezugnahme auf 3 besitzt die Turbinenrotorscheibe 1320 eine etwa kreisförmige Plattenform und enthält mehrere Kopplungsschlitze 1322, die in ihrer Außenumfangsfläche gebildet sind. Jeder Kopplungsschlitz 1322 besitzt eine tannenbaumförmige geriffelte Oberfläche.
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Das Turbinenrotorblatt 1340 ist an den Kopplungsschlitz 1322 gekoppelt und enthält in seinem etwa zentralen Abschnitt einen Plattformteil 1341, der eine ebene Form besitzt. Der Plattformteil 1341 besitzt eine Seitenfläche, die mit einer Seitenfläche des Plattformteils 1341 eines benachbarten Turbinenrotorblatts in Kontakt gelangt, um ein Intervall zwischen den benachbarten Blättern zu erhalten.
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Ein Wurzelteil 1342 ist unter einer Unterseite des Plattformteils 1341 vorgesehen. Der Wurzelteil 1342 besitzt eine Struktur des Axialtyps, derart, dass der Wurzelteil 1342 in den Kopplungsschlitz 1322 der Rotorscheibe 1320 in einer Axialrichtung der Rotorscheibe 1320 eingesetzt ist.
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Der Wurzelteil 1342 besitzt einen etwa tannenbaumförmigen geriffelten Abschnitt, der der tannenbaumförmigen geriffelten Oberfläche, die im Kopplungsschlitz 1322 gebildet ist, entspricht. Es versteht sich, dass die Kopplungsstruktur des Wurzelteils 1342 nicht auf eine Tannenbaumform beschränkt ist und derart gebildet sein kann, dass sie eine Schwalbenschwanzstruktur besitzt.
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Ein Rotorblattteil 1343 ist auf einer Oberseite des Plattformteils 1331 derart gebildet, dass er eine optimierte Schaufelblattform gemäß Spezifikationen der Gasturbine besitzt. Der Rotorblattteil 1343 enthält eine Vorderkante, die stromaufseitig in Bezug auf die Strömungsrichtung des Verbrennungsgases angeordnet ist, und eine Hinterkante, die stromabseitig angeordnet ist.
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Das Turbinenrotorblatt 1340 gelangt mit einem Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas in Kontakt. Weil das Verbrennungsgas eine hohe Temperatur besitzt, die 1700 °C erreicht, ist eine Kühleinheit erforderlich. Zu diesem Zweck enthält die Gasturbine einen Kühldurchgang, durch den ein Teil der verdichteten Luft aus einigen Abschnitten des Kompressors abgesaugt wird und den Turbinenrotorblättern zugeführt wird.
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Der Kühldurchgang kann außerhalb des Gehäuses verlaufen (d. h. ein außenliegender Durchgang) oder durch den Innenraum der Rotorscheibe verlaufen (d. h. ein innenliegender Durchgang) oder sowohl der außenliegende Durchgang als auch der innenliegende Durchgang können verwendet werden. Mehrere Schichtkühlungslöcher 1344 sind in einer Oberfläche des Rotorblattteils 1343 gebildet. Die Schichtkühlungslöcher 1344 kommunizieren mit einem Kühldurchgang, der im Rotorblattteil 1343 gebildet ist, um der Oberfläche des Rotorblattteils 1343 Kühlluft zuzuführen.
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Der Rotorblattteil 1343 wird durch Verbrennungsgas im Gehäuse gedreht. Ein Spalt ist zwischen einem Ende des Rotorblattteils 1343 und der Innenfläche des Gehäuses gebildet, derart, dass der Rotorblattteil 1343 sich reibungslos drehen kann. Weil allerdings das Verbrennungsgas durch den Spalt entweichen kann, ist eine Dichtungseinheit erforderlich, um den Austritt von Verbrennungsgas zu verhindern.
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Jede der Turbinenschaufeln und jedes der Turbinenrotorblätter, die bzw. das eine Schaufelblattform besitzt, enthält eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine Sogseite und eine Druckseite. Eine Innenstruktur der Turbinenschaufel und des Turbinenrotorblatts besitzt eine komplexe Labyrinthstruktur, die ein Kühlsystem bildet. Eine Kühlschaltung in der Turbinenschaufel und dem Turbinenrotorblatt nimmt ein Kühlfluid z. B. Luft vom Kompressor auf und das Fluid verläuft durch die Enden der Schaufel und des Rotorblatts. Die Kühlschaltung enthält mehrere Strömungsdurchgänge, um die Temperaturen aller Oberflächen der Turbinenschaufel und des Turbinenrotorblatts konstant zu halten. Mindestens ein Teil des Fluids, das die Kühlschaltung durchläuft, wird über die Vorderkante, die Hinterkante, die Sogseite und die Druckseite der Turbinenschaufel gefördert.
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Mehrere Kühlkanäle, die die Kühlschaltung bilden, sind in der Turbinenschaufel und dem Turbinenrotorblatt vorgesehen. Eine Dosierplatte ist bei einem Einlass der mehreren Kühlkanäle vorgesehen. Kühlöffnungen, die jeweiligen Einlässen der Kühlkanäle entsprechen, sind in der Dosierplatte gebildet.
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Hier bildet ein Kühlfluid starke Strahlen, während es die Kühlöffnungen der Dosierplatte durchläuft. Weil ein Stromstagnationsbereich in einem Vorderteil eines unteren Endes der Vorderkante auftritt, liegt das Problem vor, dass die Leistungsfähigkeit des Kühlens des Vorderteils des unteren Endes der Vorderkante verringert wird.
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4A und 4B sind Schnittansichten, die eine Turbinenschaufel oder ein Turbinenrotorblatt des verwandten Gebiets darstellen. 5A und 5B sind Schnittansichten, die eine Turbinenschaufel oder ein Turbinenrotorblatt gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellen.
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4A ist eine Längsschnittansicht, die einen unteren Teil der Turbinenschaufel oder des Turbinenrotorblatts darstellt. 4B ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie A-A von 4A, die durch eine Dosierplatte 140 verläuft, genommen wurde.
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Unter Bezugnahme auf 4A und 4B enthält eine Turbinenschaufel oder ein Turbinenrotorblatt 100 eine Seitenwand 101, eine Trennwand 106 und eine Dosierplatte 140. Die Seitenwand 101 bildet ein Schaufelblatt, das eine Vorderkante 102 und eine Hinterkante 104 enthält. Die Trennwand 106 teilt einen Innenraum der Seitenwand 101, um mehrere Kühlkanäle 110 und 120 zu bilden. Die Dosierplatte 140 blockiert Einlassteile der mehreren Kühlkanäle 110 und 120 und kommuniziert mit jedem der Kühlkanäle 110 und 120.
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Zum Beispiel bezieht sich eine konkave Oberfläche des Schaufelblatts, die durch die Seitenwand gebildet wird, auf eine Druckoberfläche und eine konvexe Oberfläche bezieht sich auf eine Sogoberfläche.
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Obwohl 4 und 5 ein Beispiel darstellen, in dem der Kühlkanal, der im Innenraum der Seitenwand 101 gebildet ist, durch die einzelne Trennwand 106 in zwei Kanäle, die einen ersten Kanal 110 und einen zweiten Kanal 120 enthalten, getrennt ist, kann der Kühlkanal in verschiedenen Formen gebildet sein und die Anzahl von Kühlkanälen kann zu verschiedenen Werten z. B. drei bis zehn geändert werden.
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Die Dosierplatte 140 ist an die Einlassteile der mehreren Kühlkanäle 110 und 120 gekoppelt und Kühlöffnungen 142, die den entsprechenden Kühlkanälen entsprechen, sind in der Dosierplatte 140 gebildet.
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Der Strom des Kühlfluids im ersten Kanal 110, der an die Vorderkante 102 angrenzt, ist durch Pfeile in 4A gezeigt. Im verwandten Gebiet wird Kühlfluid einem Vorderteil eines unteren Endes der Vorderkante 102, d. h. einem Abschnitt „C“, nicht ordnungsgemäß zugeführt. Somit kann ein Problem vorliegen, dahingehend, dass der Abschnitt „C“ nicht ausreichend gekühlt wird.
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Andererseits enthält die Dosierplatte 150 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die in 5A und 5B dargestellt ist, eine erste Kühlöffnung 152, die im Einlassteil jedes der mehreren Kühlkanäle 110 und 120 gebildet ist, und eine zweite Kühlöffnung 154, die im Einlassteil des Kühlkanals 110, der an die Vorderkante 102 angrenzt, unter den mehreren Kühlkanälen, bei einer Position in der Nähe der Vorderkante, gebildet ist.
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5A ist eine Längsschnittansicht, die einen unteren Teil der Turbinenschaufel oder des Turbinenrotorblatts darstellt. 5B ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie B-B von 5A, die durch eine Dosierplatte 150 verläuft, genommen wurde.
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Obwohl 5A ein Beispiel darstellt, das den ersten Kanal 110 und den zweiten Kanal 120 enthält, kann die Anzahl von Kühlkanälen geändert werden.
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Unter Bezugnahme auf 5A enthält der Einlassteil des zweiten Kanals 120 die einzelne Kühlöffnung 152 und enthält der Einlassteil des ersten Kanals 110 die ersten Kühlöffnung 152, die im Einlassteil gebildet ist, und die zweite Kühlöffnung 154, die bei einer Position, die an die Vorderkante 102 des Kühlkanals 110 angrenzt, gebildet ist.
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Die erste Kühlöffnung 152 des ersten Kanals 110 besitzt dieselbe Größe wie die Kühlöffnung 152 des zweiten Kanals 120 und kann in einem zentralen Abschnitt des Einlassteils eines entsprechenden Kanals gebildet sein. Darüberhinaus kann die ersten Kühlöffnung 152 des ersten Kanals 110 bei einer Position, die im Vergleich zur Kühlöffnung 152 des zweiten Kanals 120 etwas nach rechts d. h. zur Hinterkante 104 bewegt ist, gebildet sein. Die erste Kühlöffnung 152 kann etwas kleiner als die zweite Kühlöffnung 152 sein.
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Weil die zweite Kühlöffnung 154 in der Dosierplatte 150 bei einer Position in der Nähe einer Innenseitenfläche der Vorderkante 102 gebildet ist, kann Kühlluft, die durch die zweite Kühlöffnung 154 gesaugt wird, einen unteren Teil der Vorderkante 102 der Seitenwand 101 kühlen.
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Unter Bezugnahme auf 5B kann die erste Kühlöffnung 152 eine rechteckige Form besitzen und kann die zweite Kühlöffnung 154 eine kreisförmige Form besitzen.
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Sowohl der ersten Kanal 110 als auch der zweite Kanal 120 besitzt einen langgestreckten, rechteckigen horizontalen Gesamtquerschnitt. Vor diesem Hintergrund kann die erste Kühlöffnung 152, die im Einlassteil jedes Kanals gebildet ist, eine rechteckige Form aufweisen.
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Unter Berücksichtigung, dass die Innenseitenfläche der Vorderkante 102 eine konkav gekrümmte Oberfläche besitzt, kann die zweite Kühlöffnung 154 eine kreisförmige Form aufweisen.
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6A, 6B und 6C stellen eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der Dosierplatte 150 dar.
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Unter Bezugnahme auf 6A kann eine erste Kühlöffnung 152 eine rechteckige Form aufweisen und kann eine zweite Kühlöffnung 155 eine elliptische Form aufweisen.
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Die Hauptachse der zweiten Kühlöffnung 155 kann in einer Richtung parallel zu einer kurzen Seiten der ersten Kühlöffnung 152 angeordnet sein.
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Hier kann der Begriff „Ellipse“ eine Form enthalten, in der ein Halbkreis einteilig mit jeder der gegenüberliegenden kurzen Seiten des Rechtecks verbunden ist.
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Unter Bezugnahme auf 6B kann eine erste Kühlöffnung 153 eine elliptische Form aufweisen und eine zweite Kühlöffnung 155 kann auch eine elliptische Form aufweisen.
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Zum Beispiel kann jede Ecke in der Seitenwand 101 und der Trennwand 106 mit einem vorgegebenen Krümmungsradius abgerundet sein.
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Darüber hinaus kann ein Umfangsquerschnitt der Turbinenschaufel oder des Turbinenrotorblatts 100 eine Schaufelblattform aufweisen, die in einem Bereich zu seinem Ende gegenüber der Dosierplatte 150 allmählich verringert wird.
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Weil die zweite Kühlöffnung 155 und die erste Kühlöffnung 153 eine elliptische Form aufweisen können, kann die Hauptachse der zweiten Kühlöffnung 155 dieselbe wie die Hauptachse der ersten Kühlöffnung 153 sein.
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Unter Bezugnahme auf 6C kann eine erste Kühlöffnung 152 eine rechteckige Form aufweisen und kann eine zweite Kühlöffnung 156 auch eine rechteckige Form aufweisen.
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Eine lange Seite der zweiten Kühlöffnung 156 kann dieselbe Länge wie eine kurze Seite der ersten Kühlöffnung 152 besitzen.
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7 bis 9 stellen eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen einer Turbinenschaufel oder eines Turbinenrotorblatts dar.
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Unter Bezugnahme auf 7 kann die Dosierplatte 150 ferner eine Stromführung 160 enthalten, die auf einer Oberseite einer Vorderkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung 154 definiert, vorgesehen ist, um den Vorderkantenbereich über Leitung unter Verwendung von Kühlluft zu kühlen.
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Die Stromführung160 erstreckt sich auf der Oberseite der Dosierplatte 150 von einer Vorderkantenseite der zweiten Kühlöffnung 154 zu einem unteren Ende der Innenfläche der Vorderkante 102.
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Die Stromführung160 kann einen Querschnitt in Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisen und kann unter Verwendung von Metall einteilig mit der Dosierplatte 150 gebildet sein. Eine Oberseite der Stromführung 160 kann eine gekrümmte Oberfläche besitzen, die nach oben konkav ist.
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Aufgrund der Stromführung 160 kann ein Kühlfluid d. h. Kühlluft, die durch die zweite Kühlöffnung 154 angesaugt wird, reibungsloser zur Vorderkante 102 übertragen werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 8 kann die zweite Kühlöffnung 157 derart gebildet sein, dass sie zur Vorderkante 102 geneigt ist.
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Weil die Dosierplatte 150 eine vorgegebene Dicke besitzt, kann die zweite Kühlöffnung 157 in der Dosierplatte 150 bei einem Winkel, der zur Vorderkante 102 geneigt ist, gebildet sein. Kühlfluid, das durch die zweite Kühlöffnung 157 angesaugt wird, kann zum unteren Ende der Innenseitenfläche der Vorderkante 102 übertragen werden.
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Deshalb kann, im Vergleich zur zweiten Kühlöffnung 154 von 5, die in einer Vertikalrichtung durchdringt, die zweite Kühlöffnung 157 von 8 Kühlfluid am unteren Ende der Innenseitenfläche der Vorderkante 102 konzentrieren, wodurch die Wirkung des Kühlens des unteren Endes der Vorderkante 102 weiter verbessert werden kann.
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Unter Bezugnahme auf 9 kann die Dosierplatte 150 ferner eine Führung 170 enthalten, die auf einer Oberseite einer Hinterkantenseite eines Abschnitts, der die zweite Kühlöffnung 154 definiert, vorgesehen ist, um Kühlfluid zur Vorderkante 102 zu leiten.
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Die Führung 170 kann auf der Oberseite der Dosierplatte 150 angeordnet sein und sich von einer rechten Seite der zweiten Kühlöffnung 154 nach links und aufwärts erstrecken.
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Die Führung 170 leitet Kühlfluid, das über die zweite Kühlöffnung 154 angesaugt wird, zum unteren Ende der Innenseitenfläche der Vorderkante 102, wodurch die Wirkung des Kühlens des unteren Endes der Vorderkante 102 verbessert wird.
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Die Führung 170 von 9 kann außerdem auf die beispielhafte Ausführungsform von 7 oder 8 angewendet werden. Darüber hinaus können die Stromführung 160 von 7 und die geneigte zweite Kühlöffnung 157 von 8 gemeinsam verwendet werden. Die Form jeder der Dosierplatten 150 von 7 bis 9 kann außerdem auf die beispielhaften Ausführungsformen von 5A bis 6C angewendet werden.
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In Übereinstimmung mit einer Turbinenschaufel oder einem Turbinenrotorblatt der beispielhaften Ausführungsformen kann ein Kühlfluid zufriedenstellend in einen Vorderteil eines unteren Endes einer Vorderkante angesaugt werden, wodurch die Kühlleistungsfähigkeit verbessert werden kann.
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Während eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden sind, versteht es sich für Fachleute, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen der Form und von Details darin vorgenommen werden können, ohne vom Umfang, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Deshalb sollte die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen lediglich in einem beschreibenden Sinne ausgelegt werden und nicht, um den Umfang der Ansprüche zu beschränken, und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen werden für Fachleute deutlich werden.
