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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0117156 , eingereicht am 1. Oktober 2018.
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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 und insbesondere auf einen Turbinenschaufel, die eine Innenstruktur besitzt, die verbessert wurde, um einen Verlust von Kühlluft, die einem Kühlkanal zugeführt werden soll, zu minimieren.
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Beschreibung des verwandten Gebiets
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Eine Gasturbine ist eine Brennkraftmaschine, die Luft, die in einem Kompressor verdichtet worden ist, mit Brennstoff zur Verbrennung mischt und eine Turbine unter Verwendung von Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas, das durch die Verbrennung erzeugt wird, dreht.
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Die Turbine weist eine Konfiguration auf, in der mehrere Turbinenrotorscheiben, die jeweils mehrere Turbinenschaufeln an ihrer Außenumfangsfläche besitzen, in einer mehrstufigen Struktur angeordnet sind, um Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas durch die Turbinenschaufeln zu leiten.
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Allerdings wurde, weil die Temperatur eines Auslasses einer Verbrennungsvorrichtung gemäß einer Zunahme der Größe und des Wirkungsgrads von Gasturbinen allmählich zunimmt, eine Turbinenschaufelkühleinheit eingesetzt, um den Turbinenschaufeln zu ermöglichen, Hochtemperaturverbrennungsgas zu widerstehen.
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Zum Beispiel war weithin eine Konfiguration bekannt, in der ein vorgegebener Kühlkanal, durch den Kühlluft strömen kann, in einer Turbinenschaufel vorgesehen ist und verdichtete Luft, die von einem Verdichterrotor zugeführt wird, durch den Kühlkanal strömt, um die verdichtete Luft als Kühlluft zu verwenden.
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Die Gasturbine enthält einen Kompressor, eine Verbrennungsvorrichtung, eine Turbine und einen Rotor. Der Kompressor enthält mehrere Verdichterflügel und mehrere Verdichterschaufeln, die abwechselnd angeordnet sind.
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Die Verbrennungsvorrichtung ist konfiguriert, Luft, die durch den Kompressor verdichtet wurde, Brennstoff zuzuführen und das Brennstoffgemisch unter Verwendung eines Brenners zu zünden, wodurch Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas erzeugt wird.
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Die Turbine enthält mehrere Turbinenflügel und mehrere Turbinenschaufeln, die abwechselnd angeordnet sind. Der Rotor ist konfiguriert, zentrale Abschnitt des Kompressors, der Verbrennungsvorrichtung und der Turbine zu durchlaufen. Gegenüberliegende Enden des Rotors werden durch Lager drehbar getragen und eines seiner Enden ist an eine Antriebswelle eines Generators gekoppelt.
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Der Rotor enthält mehrere Verdichterrotorscheiben, die an die Verdichterschaufeln gekoppelt sind, mehrere Turbinenscheiben, die an die Turbinenschaufeln gekoppelt sind, und ein Torsionsrohr, das konfiguriert ist, eine Rotationskraft von den Turbinenscheiben zu den Verdichterscheiben zu übertragen.
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In der Gasturbine wird Luft, die durch den Kompressor verdichtet wurde, mit Brennstoff gemischt und in der Verbrennungsvorrichtung verbrannt und wird dann in
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Hochtemperaturverbrennungsgas umgewandelt, das zur Turbine abgegeben wird. Das abgegebene Verbrennungsgas verläuft durch die Turbinenschaufeln und erzeugt eine Rotationskraft, um den Rotor zu drehen.
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Die Gasturbine besitzt keine sich hin- und herbewegende Komponente wie z. B. ein Kolben in einer Viertaktkraftmaschine. Weil die Gasturbine keine gegenseitigen Reibungsteile wie z. B. ein Kolben und ein Zylinder besitzt, liegen Vorteile dahingehend vor, dass ein geringer Verbrauch von Schmiermittel vorliegt, eine Amplitude einer Schwingung als eine Charakteristik einer Kolbenmaschine deutlich verringert ist und ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb möglich ist.
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In der herkömmlichen Gasturbine ist ein Wurzelteil in einem unteren Abschnitt der Turbinenschaufel gebildet und ist ein Einlassteil, in den Kühlluft gesaugt wird, im Wurzelteil gebildet. In der Turbinenschaufel ist ein Kühlkanal gebildet, durch den Kühlluft entlang eines Innenbereichs, der durch eine Trennwand unterteilt ist, strömt.
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Der Einlasskanal besitzt eine hohlzylindrische Form mit einem konstanten Durchmesser und ist dahingehend problematisch, dass ein Durchflussmengenverlust auftritt, wenn Kühlluft durch eine Plattform verläuft. In der herkömmlichen Turbinenschaufel ist, weil Kühlluft durch den Einlasskanal in den Kühlkanal gesaugt wird, dann, wenn ein Durchflussmengenverlust im Einlasskanal auftritt, der Wirkungsgrad des Kühlens der Turbinenschaufel verringert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Aspekte einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen schaffen eine Turbinenschaufel, die Probleme, die aufgrund eines Durchflussmengenverlusts auftreten, durch Verbessern einer Struktur eines inneren Einlasskanals eines Wurzelteils, in den Kühlluft gesaugt wird, lösen kann.
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Aspekte einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen schaffen eine Turbinenschaufel, die Kühlluft in einen Kühlkanal derart zuführen kann, dass der Strom von Kühlluft durch den Kühlkanal stabil bleiben kann.
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Zusätzliche Aspekte werden teilweise in der Beschreibung, die folgt, dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung deutlich werden oder können durch Betreiben der beispielhaften Ausführungsformen gelernt werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Turbinenschaufel geschaffen, die Folgendes enthält: einen Kühlkanal, der konfiguriert ist, durch eine Trennwand definiert zu sein, die einen Innenbereich der Turbinenschaufel unterteilt; und einen Einlasskanal, der von einem Wurzelteil der Turbinenschaufel zu einem Plattformteil der Turbinenschaufel verläuft und konfiguriert ist, dem Kühlkanal Kühlluft zuzuführen, wobei ein geneigter Teil, der einen Durchmesser aufweist, der vom Wurzelteil zum Plattformteil abnimmt, im Einlasskanal gebildet sein kann.
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Die Turbinenschaufel kann ferner eine Vorderkante, die auf einer Stirnseite der Turbinenschaufel derart gebildet ist, dass die Vorderkante zuerst mit Heißgas in Kontakt kommt, und eine Hinterkante, die auf einer Rückseite der Turbinenschaufel gebildet ist, enthalten. Der Einlasskanal kann einen ersten Einlasskanal, der auf der Grundlage der Trennwand auf einer Seite in einer Querschnittsansicht des Wurzelteils gebildet ist, und einen zweiten Einlasskanal, der auf der anderen Seite der Trennwand gebildet ist, enthalten.
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Der Einlasskanal kann einen einzelnen ersten Einlasskanal und mehrere zweite Einlasskanäle enthalten.
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Der zweite Einlasskanal kann über eine Länge, die größer als eine Länge des ersten Einlasskanals ist, in einer Querrichtung verlaufen.
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Die mehreren zweiten Einlasskanäle können verschiedene Größen besitzen.
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Der Einlasskanal kann eine Breite (W), die in einer Horizontalrichtung verläuft, und eine Länge (L), die in einer Vertikalrichtung verläuft, besitzen und die Breite (W) kann größer als die Länge (L) sein.
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Der geneigte Teil kann in einem Winkel von 45° oder weniger geneigt sein.
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Ein Führungssteg, der nach außen vorsteht, kann am geneigten Teil vorgesehen sein, um der Kühlluft zu ermöglichen, Wirbel zu bilden, während sie sich in einer Durchflussrichtung bewegt.
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Der Führungssteg kann spiralförmig entlang einer Innenfläche des geneigten Teils gewunden sein.
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Ein Öffnungsloch, das zum Kühlkanal offen ist, kann im Führungssteg gebildet sein.
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Das Öffnungsloch kann eine Düsenform besitzen, die einen Durchmesser aufweist, der zum Kühlkanal abnimmt.
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Eine Länge, zu der der Führungssteg vom geneigten Teil vorsteht, kann in der Durchflussrichtung der Kühlluft zunehmen.
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Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Turbinenschaufel geschaffen, die Folgendes enthält: einen Kühlkanal, der konfiguriert ist, durch eine Trennwand definiert zu sein, die einen Innenbereich der Turbinenschaufel unterteilt; einen Einlasskanal, der von einem Wurzelteil der Turbinenschaufel zu einem Plattformteil der Turbinenschaufel verläuft und konfiguriert ist, dem Kühlkanal Kühlluft zuzuführen; und einen geneigten Teil, der konfiguriert ist, derart innerhalb bereitgestellt zu sein, dass sein Durchmesser vom Wurzelteil zum Plattformteil abnimmt, wobei ein Führungssteg am geneigten Teil gebildet ist, um der Kühlluft zu ermöglichen, Wirbel zu bilden, während sie sich in einer Durchflussrichtung bewegt, und ein Steg am Plattformteil vorgesehen sein kann, um eine Durchflussrichtung von Kühlluft, die den Einlasskanal durchlaufen hat, zu leiten.
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Der Steg kann in einer geradlinigen Form über eine vorgegebene Länge in einer Radialrichtung der Turbinenschaufel nach außen verlaufen.
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Der Steg kann in einer gekrümmten Form über eine vorgegebene Länge in einer Radialrichtung der Turbinenschaufel nach außen verlaufen.
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Der Steg kann einen ersten Steg, der über eine vorgegebene Länge verläuft, und einen zweiten Steg, der dem ersten Steg benachbart angeordnet ist, enthalten, wobei der erste Steg und der zweite Steg verschiedene Ausdehnungslängen besitzen.
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Der erste Steg kann geradlinig zum Kühlkanal verlaufen und der zweite Steg kann schräg zur Trennwand verlaufen.
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Der Einlasskanal kann einen ersten Einlasskanal, der auf der Grundlage der Trennwand auf einer Seite in einer Querschnittsansicht des Wurzelteils gebildet ist, und einen zweiten Einlasskanal, der auf der Grundlage der Trennwand auf der anderen Seite gebildet ist, enthalten, wobei sowohl der erste Einlasskanal als auch der zweite Einlasskanal einen einzelnen Einlasskanal enthalten kann.
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Der erste Einlasskanal und der zweite Einlasskanal können verschiedene Größen besitzen.
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Der Steg kann mehrere Stege enthalten, die jeweils bei einer Position einander zugewandt an einer inneren Unterseite und einer inneren Oberseite des Kühlkanals angeordnet sind.
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Figurenliste
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Der oben genannte und weitere Aspekte werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genauer verstanden werden; es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht, die eine Turbinenvorrichtung, die mit Turbinenschaufeln gemäß einer beispielhaften Ausführungsform versehen ist, darstellt;
- 2 eine Schnittansicht, die eine Turbinenschaufel gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 3 ein Diagramm, das einen Einlasskanal, der in der Turbinenschaufel vorgesehen ist, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 4 bis 6 Diagramme, die verschiedene Beispiele des Einlasskanals gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellen;
- 7 und 8 Diagramme, die Beispiele eines Führungsstegs, der im Einlasskanal vorgesehen ist, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellen;
- 9 ein Diagramm, das einen Einlasskanal, der in einer Turbinenschaufel vorgesehen ist, gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 10 ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Einlasskanals gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 11 bis 13 Diagramme, die verschiedene Beispiele eines Stegs gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellen; und
- 14 ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Einlasskanals, der in der Turbinenschaufel vorgesehen ist, gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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An den Ausführungsform der Offenlegung können verschiedene Änderungen vorgenommen werden und es können verschiedene Typen von Ausführungsformen vorliegen. Somit werden bestimmte Ausführungsformen in Zeichnungen dargestellt und werden Ausführungsformen in der Beschreibung genau beschrieben. Allerdings sollte festgehalten werden, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht ausgelegt sind, den Umfang der Offenlegung auf eine bestimmte Ausführungsform zu beschränken, sondern sie derart interpretiert werden sollen, dass sie alle Änderungen, Entsprechungen oder Alternativen der Ausführungsformen, die in den Konzepten und den technischen Umfängen, die hier offenbart werden, enthalten sind, enthalten. Währenddessen wird die genaue Erläuterung unterlassen, falls bestimmt wird, dass beim Beschreiben der Ausführungsformen eine genaue Erläuterung verwandter bekannter Technologien den Hauptinhalt der Offenlegung unnötig durcheinanderbringen würde.
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Um die Offenlegung in den Zeichnungen klar darzustellen, können einige der Elemente, die für das vollständige Verständnis nicht wesentlich sind, ausgelassen werden und ähnliche Bezugszeichen beziehen sich im Verlauf der Spezifikation auf ähnliche Elemente.
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Die hier verwendete Terminologie dient lediglich zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dazu vorgesehen, den Umfang der Offenlegung einzuschränken. Wie hierin verwendet, ist beabsichtigt, dass die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext nicht klar das Gegenteil anzeigt. Ferner sollen die Begriffe „umfasst“, „enthält“ oder „besitzen/besitzt“ derart ausgelegt werden, dass sie festlegen, dass solche Merkmale, Bereiche, ganze Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder eine Kombination davon in Spezifikation vorliegen, nicht um die Anwesenheit oder die Möglichkeit des Hinzufügens eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Bereiche, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Kombination davon auszuschließen.
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Ferner können die Begriffe wie z. B. „erste“, „zweite“ usw. verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, jedoch sollen diese Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden lediglich verwendet, um ein Element von einem weiteren Element zu unterscheiden. Die Verwendung derartiger Ordnungszahlen soll nicht als die Bedeutung des Begriffs einschränkend ausgelegt werden. Zum Beispiel sollen die Komponenten, die einer derartigen Ordnungszahl zugeordnet sind, nicht in der Reihenfolge der Verwendung, Anordnungsreihenfolge oder dergleichen eingeschränkt sein. Wenn nötig kann jede Ordnungszahl austauschbar verwendet werden.
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Zusätzlich sind die folgenden Ausführungsformen vorgesehen, damit diese Offenlegung gründlich und vollständig ist, und vermitteln Fachleuten das Konzept der Erfindung vollständig. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht und in einigen Fällen können Verhältnisse übertrieben worden sein, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen deutlich darzustellen.
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1 ist eine Schnittansicht, die eine Turbinenvorrichtung, die mit Turbinenschaufeln gemäß einer beispielhaften Ausführungsform versehen ist, darstellt. 2 ist eine Schnittansicht, die eine Turbinenschaufeln gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt. 3 ist ein Diagramm, das einen Einlasskanal, der in der Turbinenschaufel vorgesehen ist, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 kann eine Gasturbine ein Gehäuse 100, einen Rotor 600, einen Kompressor 200, eine Verbrennungsvorrichtung 400, eine Turbine, einen Generator und einen Diffusor enthalten. Der Rotor 600 ist im Gehäuse 100 drehbar vorgesehen. Der Kompressor 200 kann eine Rotationskraft vom Rotor 600 aufnehmen und Luft, die in das Gehäuse 100 gesaugt wird, verdichten. Die Verbrennungsvorrichtung 400 kann Brennstoff mit Luft, die durch den Kompressor 200 verdichtet wurde, mischen und das Brennstoffgemisch zünden, um Verbrennungsgas zu erzeugen. Die Turbine 500 kann eine Rotationskraft aus dem Verbrennungsgas, das von der Verbrennungsvorrichtung 400 erzeugt wird, erhalten und den Rotor 600 unter Verwendung der Rotationskraft drehen. Der Generator kann mit dem Rotor 600 ineinandergreifen, um Elektrizität zu erzeugen. Der Diffusor kann Verbrennungsgas, das die Turbine 500 durchlaufen hat, ausstoßen.
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Das Gehäuse 100 kann ein Kompressorgehäuse 110, in dem der Kompressor 200 untergebracht ist, ein Verbrennungsvorrichtungsgehäuse 120, in dem die Verbrennungsvorrichtung 400 untergebracht ist, und ein Turbinengehäuse 130, in dem die Turbine 500 untergebracht ist, enthalten.
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Das Kompressorgehäuse 110, das Verbrennungsvorrichtungsgehäuse 120 und das Turbinengehäuse 130 sind nacheinander in der Konfigurationsreihenfolge unter der Annahme, dass ein Fluid von links nach rechts strömt, angeordnet.
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Der Rotor 600 kann eine Verdichterscheibe 610, die im Verdichtergehäuse 110 untergebracht ist, eine Turbinenscheibe 630, die im Turbinengehäuse 130 untergebracht ist, und ein Torsionsrohr 620, das im Verbrennungsvorrichtungsgehäuse 120 untergebracht ist, um die Verdichterscheibe 610 und die Turbinenscheibe 630 zu koppeln, enthalten.
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Außerdem kann der Rotor 600 eine Zugstange 640 und eine Befestigungsmutter 650 enthalten, die vorgesehen sind, um die Verdichterscheibe 610, das Torsionsrohr 620 und die Turbinenscheibe 630 zu koppeln.
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Mehrere Verdichterscheiben 610 sind in einer Axialrichtung des Rotors 600 angeordnet. Mit anderen Worten bilden die Verdichterscheiben 610 eine mehrstufige Struktur.
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Jede der Verdichterscheiben 610 hat eine Scheibenform und weist in ihrer Außenumfangsfläche einen Verdichterscheibenschlitz auf, in den eine Verdichterschaufel 210 gekoppelt ist.
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Der Verdichterscheibenschlitz kann eine Tannenbaumform aufweisen, um zu verhindern, dass die Verdichterschaufel 210 aus dem Verdichterscheibenschlitz in einer radialen Drehrichtung des Rotors 600 unerwünscht entfernt wird.
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Die Verdichterscheibe 610 und die Verdichterschaufel 210 sind in einem Schema eines tangentialen Typs oder eines axialen Typs aneinandergekoppelt. In der beispielhaften Ausführungsform wird das Schema des axialen Typs verwendet.
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Mehrere Verdichterscheibenschlitze können radial gebildet und in einer Umfangsrichtung der Verdichterscheibe 610 angeordnet sein. Jeder der Verdichterscheibenschlitze kann in einer Rotationsachsenrichtung verlaufen.
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Die Turbinenscheibe 630 kann in einer Weise, die der der Verdichterscheibe 610 ähnlich ist, gebildet sein. Mehrere Turbinenscheiben 630 können in der Axialrichtung des Rotors 600 angeordnet sein und eine mehrstufige Struktur besitzen.
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Jede der Turbinenscheiben 630 hat eine Scheibenform und enthält in ihrer Außenumfangsfläche einen Turbinenscheibenschlitz, in den eine Turbinenschaufel 510 gekoppelt ist.
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Das Torsionsrohr 620 kann ein Drehmomentübertragungselement sein, das konfiguriert ist, die Rotationskraft der Turbinenscheiben 630 zu den Verdichterscheiben 610 zu übertragen. Ein Ende des Torsionsrohrs 620 kann an eine der mehreren Verdichterscheiben 610, die bei dem in Bezug auf eine Luftdurchflussrichtung am weitesten stromabwärts liegenden Ende angeordnet ist, gekoppelt sein. Das andere Ende des Torsionsrohrs 620 kann an eine der mehreren Turbinenscheiben 630, die bei dem in Bezug auf eine Verbrennungsgasdurchflussrichtung am weitesten stromaufwärts liegenden Ende angeordnet ist, gekoppelt sein.
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Ein Vorsprung kann an jedem Ende des Torsionsrohrs 620 vorgesehen sein. Eine Vertiefung, um mit dem entsprechenden Vorsprung in Eingriff zu sein, kann sowohl in der zugeordneten Verdichterscheibe 610 als auch der zugeordneten Turbinenscheibe 630 gebildet sein, derart, dass verhindert werden kann, dass das Torsionsrohr 620 sich relativ zur Verdichterscheibe 610 oder zur Turbinenscheibe 630 dreht.
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Das Torsionsrohr 620 kann eine hohlzylindrische Form aufweisen, um Luft, die vom Verdichter 200 zugeführt wird, zu ermöglichen, mittels des Torsionsrohrs in die Turbine 500 zu strömen.
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Das Torsionsrohr 620 kann derart gebildet sein, dass es einer Verformung, Verzerrung usw. widersteht, und ausgelegt sein, einfach montiert oder demontiert zu werden, um die Wartung zu erleichtern.
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Die Zugstange 640 kann derart vorgesehen sein, dass sie durch die mehreren Verdichterscheiben 610, das Torsionsrohr 620 und die mehreren Turbinenscheiben 630 verläuft. Ein Ende der Zugstange 640 kann in eine der mehreren Verdichterscheiben 610, die bei dem in Bezug auf die Luftdurchflussrichtung am weitesten stromaufwärts liegenden Ende angeordnet ist, gekoppelt sein. Das andere Ende der Zugstange 640 kann in einer Richtung, die auf der Grundlage einer der mehreren Turbinenscheiben 630, die bei dem in Bezug auf die Verbrennungsgasdurchflussrichtung am weitesten stromabwärts liegenden Ende angeordnet ist, dem Kompressor 200 gegenüberliegt, vorstehen und kann an die Befestigungsmutter 650 gekoppelt sein.
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Die Befestigungsmutter 650 kann die Turbinenscheibe 630, die bei dem am weitesten stromabwärts angeordneten Ende angeordnet ist, zum Kompressor 200 pressen, um einen Abstand zwischen der Verdichterscheibe 610, die bei dem am weitesten stromaufwärts liegenden Ende angeordnet ist, und der Turbinenscheibe 630, die bei dem am weitesten stromabwärts liegenden Ende angeordnet ist, zu verringern. In diesem Fall können die mehreren Verdichterscheiben 610, das Torsionsrohr 620 und die mehreren Turbinenscheiben 630 in der Axialrichtung des Rotors 600 zusammengepresst werden.
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Deshalb kann verhindert werden, dass sich die mehreren Verdichterscheiben 610, das Torsionsrohr 620 und die mehreren Turbinenscheiben 630 in der Axialrichtung bewegen oder relativ zueinander drehen.
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1 stellt einen Fall dar, in dem die einzelne Zugstange 640 derart vorgesehen ist, dass sie durch zentrale Abschnitte der mehreren Verdichterscheiben 610, des Torsionsrohrs 620 und der mehreren Turbinenscheiben 630 verläuft, es versteht sich jedoch, dass dies lediglich ein Beispiel ist und weitere beispielhafte Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind.
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Zum Beispiel können getrennte Zugstangen 640 jeweils im Kompressor 200 und in der Turbine 200 vorgesehen sein, können mehrere Zugstangen 640 in der Umfangsrichtung angeordnet sein oder ist auch einen Kombination davon möglich.
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Gemäß dieser Konfiguration können gegenüberliegende Enden des Rotors 600 durch Lager drehbar getragen werden und kann ein Ende davon an eine Antriebswelle des Generators gekoppelt sein.
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Der Kompressor 200 kann die Verdichterschaufel 210, die sich mit dem Rotor 600 dreht, und einen Verdichterflügel 220, der im Gehäuse 100 befestigt ist und konfiguriert ist, den Strom der Luft, die in den Verdichterschaufel 210 gesaugt werden soll, auszurichten, enthalten.
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Mehrere Verdichterschaufeln 210 können eine mehrstufige Struktur in der Axialrichtung des Rotors 600 bilden. Die mehreren Verdichterschaufeln 210 können in jeder Stufe vorgesehen sein und können radial gebildet und in einer Drehrichtung des Rotors 600 ausgerichtet sein.
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Jede Verdichterschaufel 210 kann einen ebenen Verdichterschaufelplattformteil, einen Verdichterschaufelwurzelteil und einen Verdichterschaufelblattteil enthalten. Der Verdichterschaufelwurzelteil verläuft vom Verdichterschaufelplattformteil zu einer zentralen Seite des Rotors 600 in Bezug auf die radiale Drehrichtung des Rotors 600. Der Verdichterschaufelblattteil verläuft vom Verdichterschaufelplattformteil zu einer Zentrifugalseite des Rotors 600 in Bezug auf die radiale Drehrichtung des Rotors 600.
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Der Verdichterschaufelplattformteil kann mit einem benachbarten Verdichterschaufelplattformteil in Kontakt sein und derart wirken, dass er einen Abstand zwischen den anagrenzenden Verdichterschaufelblattteilen erhält.
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Der Verdichterschaufelwurzelteil hat eine Form des Axialtyps, die in den Verdichterscheibenschlitz in der Axialrichtung des Rotors 600 eingesetzt ist.
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Der Verdichterschaufelwurzelteil kann eine Tannenbaumform besitzen, die dem Verdichterscheibenschlitz entspricht.
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Eine Größe des Verdichterscheibenschlitzes ist größer als die des Verdichterschaufelwurzelteils, um die Kopplung des Verdichterschaufelwurzelteils mit dem Verdichterscheibenschlitz zu ermöglichen. Im gekoppelten Zustand kann ein Zwischenraum zwischen dem Verdichterschaufelwurzelteil und dem Verdichterscheibenschlitz gebildet sein.
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Der Verdichterschaufelblattteil ist derart gebildet, dass er ein optimiertes Profil gemäß Spezifikationen der Turbinenvorrichtung aufweist. Der Verdichterschaufelblattteil enthält eine Verdichterschaufelvorderkante, die auf einer stromaufwärts liegenden Seite in Bezug auf die Luftdurchflussrichtung angeordnet ist, derart, dass Luft auf die Vorderkante einfällt, und eine Verdichterschaufelhinterkante, die auf einer stromabwärts liegenden Seite in Bezug auf die Luftdurchflussrichtung angeordnet ist, derart, dass Luft von der Hinterkante austritt.
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Mehrere Verdichterflügel 220 können eine mehrstufige Struktur in der Axialrichtung des Rotors 600 bilden.
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Die Verdichterflügel 220 und die Verdichterschaufeln 210 sind in der Luftdurchflussrichtung abwechselnd angeordnet. Mehrere Verdichterflügel 220 sind in jeder Stufe vorgesehen, radial gebildet und in der Drehrichtung des Rotors 600 angeordnet.
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Jeder Verdichterflügel 220 kann einen Verdichterflügelplattformteil, der in einer ringförmigen Form in der Drehrichtung des Rotors 600 gebildet ist, und einen Verdichterflügelblattteil, der vom Verdichterflügelplattformteil in der radialen Drehrichtung des Rotors 600 verläuft, enthalten.
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Die Verbrennungsvorrichtung 400 ist konfiguriert, Luft, die aus dem Kompressor 200 zugeführt wird, mit Brennstoff zu mischen und das Brennstoffgemisch zu verbrennen, um Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas, das eine hohe Energie aufweist, zu erzeugen und die Temperatur des Verbrennungsgases zu einem Wärmebeständigkeitsgrenzwert, innerhalb dessen die Verbrennungsvorrichtung 400 und die Turbine 500 der Hitze in einem isobaren Verbrennungsvorgang widerstehen können, zu erhöhen.
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Die Turbine 500 ist in einer Weise, die der des Kompressors 200 ähnlich ist, konfiguriert und enthält die Turbinenschaufel 510, die sich gemeinsam mit dem Rotor 600 dreht, und einen Turbinenflügel 530, der im Gehäuse 100 befestigt ist und konfiguriert ist, den Strom von Verbrennungsgas, der in die Turbinenschaufel 510 gesaugt werden soll, auszurichten.
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Mehrere Turbinenschaufeln 510 können eine mehrstufige Struktur in der Axialrichtung des Rotors 600 bilden. Mehrere Turbinenschaufeln 510 sind in jeder Stufe vorgesehen, sind radial gebildet und sind in der Drehrichtung des Rotors 600 angeordnet.
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Jede der Turbinenschaufeln 510 kann einen Kühlkanal 512 und 514, der durch eine Trennwand 511 definiert ist, die einen Innenbereich der Turbinenschaufel 510 unterteilt, und einen Einlasskanal 520, der von einem Wurzelteil 510a der Turbinenschaufel 510 zu einem Plattformteil 510b verläuft, um Kühlluft in den Kühlkanal 512 und 514 zuzuführen, enthalten. Ein geneigter Teil 521, dessen Durchmesser sich vom Wurzelteil 510a zum Plattformteil 510b verringert, ist im Einlasskanal 520 gebildet.
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In der beispielhaften Ausführungsform wird die Struktur des Einlasskanals 520, durch den Kühlluft dem Kühlkanal 512 und 514 zugeführt wird, verbessert, wodurch ein Durchflussmengenverlust der Kühlluft, die dem Kühlkanal 512 und 514 zugeführt wird, minimiert werden kann.
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Weil der Einlasskanal 520 einen Querschnitt aufweist, der in einer Düsenform in einer Durchflussrichtung der Kühlluft verläuft, kann die Kühlluft dem Kühlkanal 512 und 514 verlässlich ohne eine Druckverminderung zugeführt werden.
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Die Turbinenschaufel 510 kann ferner eine Vorderkante 510c, die zuerst in Kontakt mit Heißgas gelangt und in einer Vorderseite der Turbinenschaufel 510 gebildet ist, und eine Hinterkante 510d, die in einer Rückseite der Turbinenschaufel 510 gebildet ist, enthalten. Der Einlasskanal 520 kann einen ersten Einlasskanal 522, der auf der Grundlage der Trennwand 511 auf einer Seite in einer Querschnittsansicht des Wurzelteils 510a gebildet ist, und einen zweiten Einlasskanal 524, der auf der Grundlage der Trennwand 511 auf der anderen Seite gebildet ist, enthalten.
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Zum Beispiel kann ein erster Einlasskanal 522 gebildet sein und können mehrere zweite Einlasskanäle 524 gebildet sein. Die Anzahl erster und zweiter Einlasskanäle 522 oder 524 kann abhängig von der Innenstruktur oder Anordnung der Turbinenschaufel 510 geändert werden.
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Es versteht sich, dass die Anzahl erster oder zweiter Einlasskanäle 522 oder 524 nicht darauf beschränkt ist und erhöht oder geändert werden kann, um einem Bereich oder einer Position, die erforderlich sind, um die Turbinenschaufel 510 zu kühlen, Kühlluft zuzuführen.
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Obwohl der zweite Einlasskanal 524 eine Querlänge aufweist aufweist, die größer als die des ersten Einlasskanals 522 ist, kann dies auch abhängig von der Innenstruktur oder der Anordnung der Turbinenschaufel 510 geändert werden.
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Der zweite Einlasskanal 524 entspricht der Rückseite der Turbinenschaufel 510. Die Temperaturverteilung der Rückseite der Turbinenschaufel 510 kann aufgrund einer runden Oberflächenform der Turbinenschaufel 510 abhängig von der Position geändert werden.
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In der Turbinenschaufel 510 ist am stärksten bevorzugt, dass Kühlluft, die zur Innenkühlung zugeführt wird, mit einer minimierten Durchflussmenge oder Druckschwankung stabil zugeführt wird. In der beispielhaften Ausführungsform verläuft zu diesem Zweck der zweite Einlasskanal 524 über eine Querlänge, die größer als die des ersten Einlasskanals 522 ist.
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Deshalb kann Kühlluft, die durch den zweiten Einlasskanal 524 in die Turbinenschaufel 510 gesaugt wird, ohne eine Verringerung der Durchflussmenge unter Bedingungen einer minimierten Druckschwankung zugeführt werden und der Wirkungsgrad des Kühlens der Turbinenschaufel 510 kann verbessert werden.
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Der erste Einlasskanal 522 führt Kühlluft einer Position zu, die der Vorderkante 510c der Turbinenschaufel 510 benachbart ist, und der zweite Einlasskanal 524 führt Kühlluft einem Bereich zwischen der Trennwand 511 und der Hinterkante 510d zu.
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4 bis 6 sind Diagramme, die verschiedene Beispiele des Einlasskanals gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellen.
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Unter Bezugnahme auf 4 bis 6 besitzen dann, wenn der erste Einlasskanal 522 in mehrere Teile unterteilt ist, die mehreren Teile verschiedene Größen. Die Turbinenschaufel 510 hat eine komplexe Innenstruktur und Bereiche, die gekühlt werden müssen, variieren abhängig von der Position. Deshalb kann im Vergleich zu einer Struktur mit einem einzelnen ersten Einlasskanal in einer Struktur mit mehreren ersten Einlasskanälen Kühlluft einfach Positionen, die gekühlt werden müssen, zugeführt werden.
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4 bis 6 stellen Fälle dar, in denen zwei erste Einlasskanäle 522 vorgesehen sind, es versteht sich jedoch, dass dies lediglich ein Beispiel ist und weitere beispielhafte Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Die Anzahl erster Einlassdurchgänge 522 kann geändert werden und auch ihre Positionen können geändert werden.
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Zum Beispiel können der erste und der zweite Einlasskanal 522 und 524 derart angeordnet sein, dass ihre Öffnungsgrößen vom ersten Einlasskanal 522 zum zweiten Einlasskanal 524 zunehmen oder umgekehrt.
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7 und 8 sind Diagramme, die Beispiele eines Führungsstegs, der im Einlasskanal vorgesehen ist, gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darstellen.
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Unter Bezugnahme auf 7 ist der Einlasskanal 520 derart gebildet, dass eine Breite W, die in einer Horizontalrichtung verläuft, größer als eine Länge L, die in einer Vertikalrichtung verläuft, ist.
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In diesem Fall kann die Zufuhr einer großen Menge von Kühlluft in der Luftdurchflussrichtung ermöglicht werden. Das heißt, wenn die Länge L, die in der Vertikalrichtung verläuft, erhöht wird, können Wirbel aufgrund von Reibung mit einer Innenfläche des Einlasskanals auftreten. Deshalb ist bevorzugt, dass die Breite W, die in der Horizontalrichtung verläuft, länger als die Länge L ist.
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Obwohl die Breite W und die Länge L des Einlasskanals 520 beschrieben wurden, als hätten sie vorgegebene Werte, können die Breite W und die Länge L abhängig von Spezifikationen der Turbinenschaufel 510 geändert werden.
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Der geneigte Teil 521 ist in einem Winkel von 45° oder weniger geneigt. Der Winkel entspricht einem Winkel, der geeignet ist, zu erleichtern, die Durchflussrichtung von Kühlluft zu einer bestimmten Position zu leiten und ein Auftreten von Wirbeln aufgrund einer starken Winkelschwankung zu minimieren.
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Der geneigte Teil 521 hat eine zweiseitig symmetrische Struktur und ist im selben Winkel auf gegenüberliegenden Seiten davon geneigt. Deshalb kann Kühlluft zuverlässig in einer Richtung, die durch den Pfeil angegeben wird, bewegt werden, ohne auf eine bestimmte Position fokussiert zu sein.
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Der geneigte Teil 521 kann einen Führungssteg 521a enthalten, der nach außen vorsteht, um zu ermöglichen, dass die Kühlluft Wirbel bildet, während sie sich in der Durchflussrichtung bewegt.
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Der Führungssteg 521a ist um eine Innenfläche des Einlasskanals 520 in einem Abschnitt, der dem geneigten Teil 521 entspricht, spiralförmig gewickelt. Deshalb bildet ein Teil des Stroms von Kühlluft eine Strom von Kühlluft, der sich entlang der Innenfläche des geneigten Teils 521 bewegt, und der weitere Fluss von Kühlluft bildet einen Strom von Kühlluft, der sich entlang eines zentralen Abschnitts des Einlasskanals 520, der durch den Pfeil angezeigt wird, bewegt.
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Wenn sich Kühlluft in einer Spiralform bewegt, wird eine Rotationskraft erzeugt, wodurch ein Strom von Kühlluft, der in Kontakt mit der Innenfläche des geneigten Teils 521 gelangt, gebildet wird. Darüber hinaus kann, weil sich Kühlluft am geneigten Teil 521 bewegen kann, ohne vom geneigten Teil 521 getrennt zu sein, die Durchflussstabilität von Kühlluft verbessert werden.
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Der Führungssteg 521a kann ein Öffnungsloch 521b enthalten, das zum Kühlkanal 512 geöffnet ist. Das Öffnungsloch 521b hat eine Düsenform, deren Durchmesser zum Kühlkanal 512 abnimmt. Deshalb nehmen die Geschwindigkeit und der Druck der Kühlluft, die das Öffnungsloch 521b durchlaufen hat, zu.
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Die Geschwindigkeit der Kühlluft, die durch den Einlasskanal 520 strömt, nimmt von Zentrum der Breite W zum geneigten Teil 521 ab. Somit kann, falls die Geschwindigkeit der Kühlluft am geneigten Teil 521 durch das Öffnungsloch 521b zunimmt, ein Wirbelphänomen aufgrund einer Trennung des Stroms minimiert werden.
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Deshalb kann sich, wenn dem Kühlkanal 512 über den Einlasskanal 520 Kühlluft zugeführt wird, die Kühlluft ohne eine Verringerung der Geschwindigkeit oder eine große Verringerung des Drucks bewegen.
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Ein einzelnes Öffnungsloch 521b oder mehrere Öffnungslöcher 521b können gebildet sein. Die Richtung, in der das Öffnungsloch 521b geöffnet ist, kann dieselbe sein, wie die des Vorhergehenden.
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Unter Bezugnahme auf 8 kann ein Führungssteg 521a derart gebildet sein, dass die Länge L, zu der der Führungssteg 521a vom geneigten Teil 521 vorsteht, in der Richtung, in der sich die Kühlluft bewegt, zunimmt.
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Falls die Länge L, zu der der Führungssteg 521a vom geneigten Teil 521 vorsteht, in der Durchflussrichtung der Kühlluft zunimmt, kann sich die Kühlluft ohne Trennung des Stroms im Abschnitt, der dem geneigten Teil 521 entspricht, oder eine Verringerung der Geschwindigkeit oder des Drucks zum Kühlkanal 512 bewegen.
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Im Einlasskanal 520 steht der Führungssteg 521a in einer Weise vor, die von der der beispielhaften Ausführungsform von 7 verschieden ist, derart, dass ein Phänomen, in dem die Durchflussmenge von Kühlluft vom Zentrum des Einlasskanals 520 in der Breitenrichtung (W-Richtung) zum geneigten Teil 521 abnimmt, minimiert werden kann.
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Darüber hinaus kann, weil die Vorsprungslänge des Führungsstegs 521a derart zunimmt, dass der Strom von Kühlluft geändert wird und derart geleitet wird, dass er stabiler ist, Kühlluft einfach einer bestimmten Position zugeführt werden, die dringender gekühlt werden muss. Deshalb kann der Kühlungswirkungsgrad verbessert werden.
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9 ist ein Diagramm, das einen Einlasskanal, der in einer Turbinenschaufel vorgesehen ist, gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt. 10 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt eines Einlasskanals gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 9 und 10 kann die Turbinenschaufel 510 einen Kühlkanal 512 und 514, einen Einlasskanal 520 und einen geneigten Teil 521 enthalten. Der Kühlkanal 512 und 514 ist durch eine Trennwand 511, die einen Innenbereich der Turbinenschaufel 510 unterteilt, definiert. Der Einlasskanal 520 verläuft von einem Wurzelteil 510a der Turbinenschaufel 510 zu einem Plattformteil 510b und ist konfiguriert, dem Kühlkanal 512 und 514 Kühlluft zuzuführen. Der geneigte Teil 521 ist innerhalb derart gebildet, dass sein Durchmesser vom Wurzelteil 510a zum Plattformteil 510b abnimmt. Der geneigte Teil 521 ist mit einem Führungssteg an einer Innenfläche des geneigten Teils 521 versehen, um der Kühlluft zu ermöglichen, Wirbel zu bilden, während sie sich in einer Durchflussrichtung bewegt. Ein Steg 900 ist am Plattformteil 510b vorgesehen, um die Durchflussrichtung der Kühlluft, die den Einlasskanal 520 durchlaufen hat, zu leiten.
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In der zweiten beispielhaften Ausführungsform ist der Steg 900 im Plattformteil 510b vorgesehen, um die Bewegung von Kühlluft, die den Einlasskanal 520 durchlaufen hat, einmal mehr verlässlich zu leiten.
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In der Turbinenschaufel 510 wird Kühlluft, die den Einlasskanal 520 durchlaufen hat, in den Kühlkanal 512 und 514, der durch die Trennwand 511 definiert ist, gesaugt. Während die Kühlluft entlang des Kühlkanals 512 und 514 strömt und sich dann zur Hinterkante 510d bewegt, kühlt die Kühlluft die Turbinenschaufel 510.
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In der zweiten beispielhaften Ausführungsform werden, bevor die Kühlluft dem Kühlkanal 512 und 514 zugeführt wird, die Durchflussrichtung, die Geschwindigkeit und der Druck der Kühlluft zusätzlich angepasst, wodurch der Kühlwirkungsgrad, der von der Position der Turbinenschaufel 510 abhängt, verbessert werden kann.
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Zu diesem Zweck verläuft der Steg 900 in einer geradlinigen Form über eine vorgegebene Länge in einer Radialrichtung der Turbinenschaufel 510 nach außen.
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Es versteht sich, dass die Anzahl von Stegen 900 nicht auf 9 beschränkt ist und geändert werden kann. Die Länge und die Breite jedes Stegs 900 kann auch geändert werden. Darüber hinaus können die Stege 900 bei Positionen, die einander zugewandt sind, an einer inneren Unterseite 510e und an einer inneren Oberseite 510f des Plattformteils 510b vorgesehen sein.
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Zum Beispiel wird, falls die Stege 900 einander zugewandt angeordnet sind, der Strom von Kühlluft entlang der Stege 900 geleitet, unabhängig von der Position im Plattformteil 510b.
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Deshalb bewegt sich Kühlluft ohne eine Verringerung der Geschwindigkeit oder einen Verlust der Durchflussmenge zuverlässig zum Kühlkanal 512 und 514.
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11 bis 13 sind Diagramme, die verschiedene Beispiele eines Stegs gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellen.
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Unter Bezugnahme auf 11 verläuft der Steg 900 in einer gekrümmten Form über eine vorgegebene Länge in der Radialrichtung der Turbinenschaufel 510 nach außen.
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Weil die Krümmung und die Form des Stegs 900 auf verschiedene Arten geändert werden kann, kann die Strömungsstabilität von Kühlluft sichergestellt werden und eine Schwankung der Durchflussmenge und des Drucks von Kühlluft kann minimiert werden.
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Unter Bezugnahme auf 12 kann der Steg 900 einen ersten Steg 910, der über eine vorgegebene Länge verläuft, und einen zweiten Steg 920, der dem ersten Steg 910 benachbart angeordnet ist, enthalten. Der erste Steg 910 und der zweite Steg 920 besitzen verschiedene Längen.
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Es versteht sich, dass die Längen des ersten und des zweiten Stegs 910 und 920 nicht auf 12 beschränkt sind und auf verschiedene Arten geändert werden können.
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Die Längen, über die der erste Steg 910 und der zweite Steg 920 verlaufen, werden unter Berücksichtigung einer Innentemperaturverteilung des Kühlkanals 512 und 514 bestimmt. Der erste Steg 910 und der zweite Steg 920 können den Strom von Kühlluft in den Plattformteil 510b leiten, wodurch die Strömungsstabilität von Kühlluft sichergestellt und ein Verlust von Hydraulikdruck minimiert wird.
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Unter Bezugnahme auf 13 kann der erste Steg 910 geradlinig zum Kühlkanal 512 verlaufen und der zweite Steg 920 kann schräg zur Trennwand 511 verlaufen.
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Der erste Steg 910 leitet den Strom von Kühlluft in die 12 Uhr-Richtung und der zweite Steg 920 leitet den Strom von Kühlluft zur Trennwand 511. Somit kann der Strom von Kühlluft wirksam zu bestimmten Positionen geleitet werden, wodurch der Wirkungsgrad des Kühlens der Turbinenschaufel 510 verbessert wird.
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14 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Einlasskanals, der in der Turbinenschaufel vorgesehen ist, gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 14 kann der Einlasskanal 520 einen ersten Einlasskanal 522, der auf der Grundlage der Trennwand 511 auf einer Seite in einer Querschnittsansicht des Wurzelteils 510a gebildet ist, und einen zweiten Einlasskanal 524, der auf der Grundlage der Trennwand 511 auf der anderen Seite gebildet ist, enthalten. Hier sind ein einzelner erster Einlasskanal 522 und ein einzelner zweiter Einlasskanal 524 gebildet, um die Zweckmäßigkeit bei der Herstellung zu verbessern, eine stabile Durchflussmenge sicherzustellen und den Wirkungsgrad des Kühlens der Turbinenschaufel 510 zu verbessern.
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Der erste Einlasskanal 522 und der zweite Einlasskanal 524 können verschiedene Größen besitzen. Deshalb kann Kühlluft einem Bereich, der einen hohe Durchflussmenge aufweist, zuverlässig zugeführt werden.
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Deshalb kann Kühlluft einem Abschnitt der Turbinenschaufel 510, dessen Kühlung dringen erforderlich ist, wirksam zugeführt werden.
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Eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen können eine Turbinenschaufel schaffen, in der ein Einlasskanal in einem Wurzelteil derart gebildet ist, dass ein Durchflussmengenverlust in einem Plattformteil verringert wird, wodurch die Durchflussstabilität in der Turbinenschaufel verbessert werden kann.
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Darüber hinaus können eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen eine Turbinenschaufel schaffen, die einen Einlasskanal hat, der einen Verlust einer Durchflussmenge und eines Hydraulikdrucks von Kühlluft, die dem Inneren der Turbinenschaufel zugeführt wird, minimieren kann, derart, dass der Wirkungsgrad des Kühlens der Turbinenschaufel verbessert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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