DE102020100376A1

DE102020100376A1 - Einsatzsystem für ein schaufelblatt und verfahren zu dessen installation

Info

Publication number: DE102020100376A1
Application number: DE102020100376.5A
Authority: DE
Inventors: Jonathan Dwight Berry
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2020-07-16
Also published as: US10711620B1; JP2020115011A; CN111434894A; US20200224541A1; JP7486945B2

Abstract

Ein Einsatzsystem (300) für ein Schaufelblatt (202) wird bereitgestellt. Das Schaufelblatt (202) schließt ein Plenum (236) ein, das sich in einen hinteren Abschnitt (228) des Schaufelblatts (202) erstreckt. Das Plenum (236) schließt einen Plenumeinlass (234) ein, und eine Gesamtheit des Plenumeinlasses (234) wird in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt (228) bestimmt. Das Einsatzsystem (300) schließt einen ersten Einsatz (302) und einen zweiten Einsatz (304) ein. Der erste Einsatz (302) und der zweite Einsatz (304) schließen eine Vielzahl von darin bestimmten Prallöffnungen (374) ein. Der erste Einsatz (302) schließt einen ersten Halsabschnitt (312) ein. Der erste Einsatz (302) ist bemessen zum Einsetzen in das Plenum (236) in Radialrichtung durch den Plenumeinlass (234), und der erste Einsatz (302) ist innerhalb des Plenums (236) nach hinten in eine installierte Position derart beweglich, dass der erste Halsabschnitt (312) in dem Plenumeinlass (234) nach hinten positioniert ist. Der zweite Einsatz (304) ist bemessen zum Einsetzen in das Plenum (236) in Radialrichtung durch den Plenumeinlass (234) vor dem ersten Halsabschnitt (312) in der installierten Position.

Description

HINTERGRUND
Das Gebiet der Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Kühlen von Schaufelblättern und genauer auf Einsätze zur Prallkühlung von Rotationsmaschinenkomponenten.
Bei mindestens einigen bekannten Rotationsmaschinen wird aus einem Gasstrom in einer Turbine Energie entnommen, die eine mechanische Last antreibt. Während des Betriebs der Rotationsmaschine sind verschiedene heißgasbeaufschlagte Komponenten dem Hochtemperaturgasstrom ausgesetzt, was zu Verschleiß in den heißgasbeaufschlagten Komponenten führen kann. Beispielsweise wird Luft in einem Verdichter unter Druck gesetzt und in einer Brennkammer mit Brennstoff gemischt, um den Strom von Hochtemperaturgasen zu erzeugen. Im Allgemeinen erhöhen Gase mit höherer Temperatur die Leistung, den Wirkungsgrad und die Leistungsabgabe der Rotationsmaschine. Somit werden mindestens einige bekannte heißgasbeaufschlagte Komponenten gekühlt, um den Betrieb der Rotationsmaschine mit den erhöhten Hochtemperaturgasströmen zu fördern. Jedoch können Gase mit höherer Temperatur auch thermische Spannungen und/oder thermischen Qualitätsverlust der Rotationsmaschinenkomponenten erhöhen.
Einige bekannte heißgasbeaufschlagte Komponenten schließen ein Schaufelblatt mit einem internen Kühlsystem ein, wobei ein Kühlfluid, wie zum Beispiel aus einem Verdichter oder Dampf entnommene Zapfluft, durch innerhalb des Schaufelblatts bestimmte Plena gedrückt wird. Diese Zwangskühlung fördert den Betrieb der heißgasbeaufschlagten Komponenten in dem Hochtemperaturgasstrom. Mindestens einige bekannte Plena schließen eine Einlassöffnung und integrierte Komponenten oder Einsätze mit einer Vielzahl von Prallöffnungen ein. Diese Komponenten oder Einsätze ermöglichen, dass das durch die Plenumeinlassöffnung in das Plenum kanalisierte Kühlfluid durch die Prallöffnungen zum Aufprall auf die Innenoberflächen des Schaufelblatts gelenkt wird, wodurch die Kühlung der internen Komponenten des Schaufelblatts erhöht wird. Jedoch können mindestens einige bekannte integrierte Komponenten mit Prallöffnungen nicht leicht ausgetauscht werden, da der Ausbau und Austausch einiger bekannter integrierter Komponenten eine Demontage und/oder einen Austausch des gesamten Schaufelblatts erfordern würde. Außerdem weisen mindestens einige bekannte entfernbare Einsätze einen begrenzten Bereich für die Einsetztiefe in das Plenum auf, da sie durch die Abmessungen der Einlassöffnung des Plenums beschränkt sind. Daher stellen diese Einsätze möglicherweise keine wirksame Prallkühlung der Innenoberflächen einiger Abschnitte des Schaufelblatts bereit.
KURZBESCHREIBUNG
In einem Gesichtspunkt wird ein Einsatzsystem für ein Schaufelblatt bereitgestellt. Das Schaufelblatt schließt ein Plenum ein, das sich in einen hinteren Abschnitt des Schaufelblatts erstreckt. Das Plenum schließt einen Plenumeinlass ein. Eine Gesamtheit des Plenumeinlasses wird in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt bestimmt. Das Einsatzsystem schließt einen ersten Einsatz und einen zweiten Einsatz ein. Der erste Einsatz schließt einen ersten Halsabschnitt ein. Der erste Einsatz ist bemessen zum Einsetzen in das Plenum in Radialrichtung durch den Plenumeinlass, und der erste Einsatz ist innerhalb des Plenums nach hinten in eine installierte Position derart beweglich, dass der erste Halsabschnitt in dem Plenumeinlass nach hinten positioniert ist. Der zweite Einsatz ist bemessen zum Einsetzen in das Plenum in Radialrichtung durch den Plenumeinlass vor dem ersten Halsabschnitt in der installierten Position. Der erste Einsatz und der zweite Einsatz schließen ferner eine Vielzahl von darin bestimmten Prallöffnungen ein.
In einem anderen Gesichtspunkt wird ein Gasturbinensystem bereitgestellt. Das Gasturbinensystem schließt einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt ein. Das Verbrennungssystem ist in Strömungskommunikation mit dem Verdichterabschnitt gekoppelt. Der Turbinenabschnitt ist in Strömungskommunikation mit dem Verbrennungssystem gekoppelt. Der Turbinenabschnitt schließt ein Schaufelblatt, einen ersten Einsatz und einen zweiten Einsatz ein. Das Schaufelblatt schließt ein Plenum ein, das sich in einen hinteren Abschnitt des Schaufelblatts erstreckt. Das Plenum schließt einen Plenumeinlass ein. Eine Gesamtheit des Plenumeinlasses wird in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt bestimmt. Der erste Einsatz ist innerhalb des Plenums positioniert und schließt einen ersten Hauptkörperabschnitt, der sich in den hinteren Abschnitt erstreckt, und einen ersten Halsabschnitt, der in dem Plenumeinlass nach hinten positioniert ist, ein. Der zweite Einsatz ist innerhalb des Plenums vor dem ersten Einsatz positioniert und schließt einen zweiten Halsabschnitt ein, der in dem Plenumeinlass vor dem ersten Halsabschnitt positioniert ist. Der erste Einsatz und der zweite Einsatz schließen ferner eine Vielzahl von darin bestimmten Prallöffnungen ein.
In einem anderen Gesichtspunkt wird ein Verfahren zum Installieren eines Einsatzsystems in ein Schaufelblatt bereitgestellt. Das Schaufelblatt schließt ein Plenum ein, das sich in einen hinteren Abschnitt des Schaufelblatts erstreckt. Das Plenum schließt einen Plenumeinlass ein. Eine Gesamtheit des Plenumeinlasses wird in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt bestimmt. Das Verfahren schließt das Einsetzen eines ersten Einsatzes durch den Plenumeinlass in das Plenum ein. Der erste Einsatz schließt einen ersten Halsabschnitt und einen ersten Hauptkörperabschnitt ein. Das Verfahren schließt auch das Bewegen des ersten Einsatzes innerhalb des Plenums nach hinten in eine installierte Position derart ein, dass der erste Halsabschnitt in dem Plenumeinlass nach hinten positioniert ist und der erste Hauptkörperabschnitt sich in den hinteren Abschnitt erstreckt. Das Verfahren schließt ferner das Einsetzen eines zweiten Einsatzes in das Plenum in Radialrichtung durch den Plenumeinlass vor dem ersten Halsabschnitt ein. Der erste Einsatz und der zweite Einsatz schließen eine Vielzahl von darin bestimmten Prallöffnungen ein.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen gleiche Zeichen in allen Zeichnungen gleiche Teile darstellen, wobei:

1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Rotationsmaschine ist;
2 eine vergrößerte schematische Ansicht einer beispielhaften Turbinenstufe der in
1 gezeigten Rotationsmaschine ist;
3 eine Seitenansicht eines beispielhaften Einsatzsystems zur Verwendung mit einem stationären Schaufelblatt der in 2 gezeigten Turbinenstufe ist;
4 eine aufgeschnittene Ansicht eines beispielhaften stationären Schaufelblatts mit dem darin installierten Einsatzsystem von 3 entlang der in 2 veranschaulichten Linie 4-4 ist;
5 eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Einsatzsystems ist, das in einem stationären Schaufelblatt der in 2 gezeigten Turbinenstufe installiert ist;
6 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines beispielhaften stationären Schaufelblatts mit dem darin installierten Einsatzsystem von 3 entlang der in 2 veranschaulichten Linie 6-6 ist, und
7 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Installieren des Einsatzsystems von 3 oder 5 ist.

Sofern nicht anderweitig angegeben, sollen die hierin bereitgestellten Zeichnungen Merkmale der Offenbarung veranschaulichen. Es wird davon ausgegangen, dass diese Merkmale in einer großen Vielfalt von Systemen anwendbar sind, die eine oder mehrere Ausführungsformen der Offenbarung umfassen. Daher sind die Zeichnungen nicht dazu bestimmt, alle Fachleuten bekannte herkömmliche Merkmale zum Ausführen der hierin offenbarten Ausführungsformen einzuschließen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen wird auf eine Reihe von Begriffen Bezug genommen, die so definiert werden sollen, dass sie die folgenden Bedeutungen haben.
Die Singularformen „ein/eine/einer“, „eins“ und „der/die/das“ schließen die Pluralformen ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Sofern nicht anders angegeben, gibt eine Annäherungsformulierung, wie zum Beispiel „im Allgemeinen“, „im Wesentlichen“, und „ungefähr“, wie sie hierin verwendet wird, an, dass der derart modifizierte Begriff nur zu einem angenäherten Grad gelten kann, wie es für den Fachmann erkennbar ist, und nicht zu einem absoluten oder perfekten Grad. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „ungefähr“, „etwa“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den angegebenen genauen Wert zu beschränken. Mindestens in einigen Fällen kann die Annäherungsformulierung der Genauigkeit eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und durchgängig durch die Beschreibung und die Ansprüche können Bereichsbeschränkungen identifiziert sein. Solche Bereiche können kombiniert und/oder ausgetauscht werden und schließen alle darin enthaltenen Unterbereiche ein, sofern Kontext oder Formulierung nichts anderes angeben. Außerdem, sofern nicht anders angegeben, werden die Begriffe „erste/r/s“, „zweite/r/s“ usw. hierin lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sind nicht dazu bestimmt, Anforderungen in Bezug auf die Reihenfolge, Position oder Hierarchie auf die Elemente, auf die sich diese Begriffe beziehen, aufzuerlegen. Darüber hinaus erfordert zum Beispiel die Bezugnahme auf ein „zweites“ Element nicht oder schließt nicht aus, dass zum Beispiel ein „erstes“ oder niedriger nummeriertes Element oder ein „drittes“ oder höher nummeriertes Element vorhanden ist.
Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „axial“ und „in Axialrichtung“ auf Richtungen und Ausrichtungen, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse einer Rotationsmaschine erstrecken. Außerdem beziehen sich die Begriffe „radial“ und „in Radialrichtung“ auf Richtungen und Ausrichtungen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse der Rotationsmaschine erstrecken. Darüber hinaus beziehen sich, wie hierin verwendet, die Begriffe „umlaufend“ und „in Umfangsrichtung“ auf Richtungen und Ausrichtungen, die sich bogenförmig um die Längsachse der Rotationsmaschine erstrecken. Ferner bezieht sich, wie hierin verwendet, der Begriff „stromaufwärts“ auf ein vorderes oder Einlassende einer Rotationsmaschine, und der Begriff „stromabwärts“ bezieht sich auf ein hinteres oder Auslassende der Rotationsmaschine.
Die hierin beschriebenen Systeme beziehen sich auf das Kühlen von Komponenten einer Rotationsmaschine mittels eines Einsatzsystems und Verfahren zu dessen Installation. Insbesondere schließt die Komponente in der beispielhaften Ausführungsform ein Schaufelblatt ein. Das Schaufelblatt schließt ein Plenum ein, das sich in einen hinteren Abschnitt des Schaufelblatts erstreckt und eine Plenumeinlassöffnung einschließt. Die Plenumeinlassöffnung ist so konfiguriert, dass sie ein Kühlfluid zur inneren Kühlung des Schaufelblatts aufnimmt. Eine Gesamtheit der Plenumeinlassöffnung wird in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt bestimmt. Das Einsatzsystem schließt einen ersten Einsatz und einen zweiten Einsatz ein, die jeweils Prallöffnungen aufweisen, die dort hindurch bestimmt werden. Der erste Einsatz ist in Radialrichtung durch den Plenumeinlass in das Plenum einsetzbar und innerhalb des Plenums nach hinten derart beweglich, dass ein Abschnitt des ersten Einsatzes sich nach hinten in das Plenum zu dem hinteren Abschnitt des Schaufelblatts hin erstreckt. Der zweite Einsatz ist ebenfalls in Radialrichtung durch den Plenumeinlass in das Plenum einsetzbar, und wenn er eingesetzt ist, ist der zweite Einsatz vor dem ersten Einsatz in der installierten Position positioniert. Der erste und der zweite Einsatz weisen jeweils in Radialrichtung nach außen weisende Einlassöffnungen auf, die nach der Installation nebeneinander in dem Plenumeinlass positioniert sind. Im Betrieb wird ein erster Teil des zu dem Plenumeinlass des Schaufelblatts kanalisierten Kühlfluids durch die Einlassöffnung des ersten Einsatzes aufgenommen, und ein zweiter Teil des zu dem Plenumeinlass des Schaufelblatts kanalisierten Kühlfluids wird durch die Einlassöffnung des zweiten Einsatzes und in den Hohlraum aufgenommen. Die jeweiligen Teile des aufgenommenen Kühlfluids werden durch die Prallöffnungen der jeweiligen Einsätze, einschließlich der in Bezug auf den hinteren Abschnitt des Schaufelblatts positionierten Prallöffnungen des ersten Einsatzes, kanalisiert. Somit fördert das Einsatzsystem eine wirksame Prallkühlung des Abschnitts des Schaufelblatts, der sich hinter dem Plenum erstreckt. Außerdem fördert das Einsatzsystem eine leichte Installation in das Schaufelblatt und, in einigen Ausführungsformen, eine leichte Entfernung aus dem Schaufelblatt zur Reparatur und zum Austausch.
1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Rotationsmaschine 100, d. h. einer Turbomaschine, und genauer eines Turbinentriebwerks. In der beispielhaften Ausführungsform ist die Rotationsmaschine 100 ein Gasturbinentriebwerk. Als Alternative kann die Rotationsmaschine ein beliebiges anderes Turbinentriebwerk und/oder eine beliebige andere Rotationsmaschine sein, einschließlich, ohne Einschränkung, eines Dampfturbinentriebwerks, eines Gasturbofan-Flugzeugtriebwerks, eines anderen Flugzeugtriebwerks, einer Windturbine, eines Verdichters und einer Pumpe. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das Gasturbinentriebwerk 100 einen Ansaugabschnitt 102, einen Verdichterabschnitt 104, der stromabwärts von dem Ansaugabschnitt 102 gekoppelt ist, einen Brennkammerabschnitt 106, der stromabwärts von dem Verdichterabschnitt 104 gekoppelt ist, einen Turbinenabschnitt 108, der stromabwärts von dem Brennkammerabschnitt 106 gekoppelt ist, und einen Auslassabschnitt 110, der stromabwärts von dem Turbinenabschnitt 108 gekoppelt ist, ein. Der Turbinenabschnitt 108 ist über eine Rotorwelle 112 mit dem Verdichterabschnitt 104 gekoppelt. Es ist zu beachten, dass der Begriff „koppeln“, wie hierin verwendet, nicht auf eine direkte mechanische, thermische, elektrische und/oder Strömungs-Kommunikationsverbindung zwischen Komponenten beschränkt ist, sondern auch eine indirekte mechanische, thermische, elektrische und/oder Strömungs-Kommunikationsverbindung zwischen mehreren Komponenten einschließen kann. In der beispielhaften Ausführungsform schließt der Brennkammerabschnitt 106 eine Vielzahl von Brennkammern 114 ein. Der Brennkammerabschnitt 106 ist mit dem Verdichterabschnitt 104 derart gekoppelt, dass jede Brennkammer 114 in Strömungskommunikation mit dem Verdichterabschnitt 104 steht. Die Rotorwelle 112 ist ferner mit einer Last 116 wie, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einem elektrischen Generator und/oder einer mechanischen Antriebsanwendung gekoppelt. In der beispielhaften Ausführungsform schließt jeder von dem Verdichterabschnitt 104 und dem Turbinenabschnitt 108 mindestens eine Rotoranordnung 118 ein, die mit der Rotorwelle 112 gekoppelt ist.
Im Betrieb kanalisiert der Ansaugabschnitt 102 Luft 120 zu dem Verdichterabschnitt 104 hin. Der Verdichterabschnitt 104 verdichtet Einlassluft 120 zu höheren Drücken, bevor Druckluft 122 zu dem Brennkammerabschnitt 106 hin ausgestoßen wird. Die Druckluft 122 wird zu dem Brennkammerabschnitt 106 kanalisiert, wo sie mit Brennstoff (nicht gezeigt) vermischt und verbrannt wird, um Hochtemperaturverbrennungsgase 124 zu erzeugen. Die Verbrennungsgase 124 werden stromabwärts zu dem Turbinenabschnitt 108 hin kanalisiert und prallen auf Turbinenschaufeln (nicht gezeigt), wodurch Wärmeenergie in mechanische Rotationsenergie umgewandelt wird, die zum Antreiben der Rotoranordnung 118 um eine Längsachse 126 verwendet wird. Häufig werden der Brennkammerabschnitt 106 und der Turbinenabschnitt 108 als Heißgasabschnitt des Turbinentriebwerks 100 bezeichnet. Abgase 128 strömen dann durch den Auslassabschnitt 110 in die Umgebungsatmosphäre aus.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer beispielhaften Turbinenstufe 200 des Turbinentriebwerks 100 (gezeigt in 1). Stufe 200 schließt eine Vielzahl von sich in Radialrichtung erstreckenden, stationären Schaufelblättern 202, die in Umfangsrichtung um die Längsachse 126 beabstandet sind, und eine Vielzahl von sich in Radialrichtung erstreckenden, rotierenden Schaufelblättern 204 stromabwärts von den stationären Schaufelblättern 202 und in Umfangsrichtung um die Längsachse 126 beabstandet ein. Jedes rotierende Schaufelblatt 204 ist mit der Rotorwelle 112 (gezeigt in 1) über eine Scheibe 230 gekoppelt und erstreckt sich in Radialrichtung nach außen zu einem Gehäuse 208 hin.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt jedes stationäre Schaufelblatt 202 ein erstes Ende 216 ein, das mit dem Gehäuse 208 des Turbinenabschnitts 108 gekoppelt ist, und erstreckt sich in Radialrichtung nach innen zu einem zweiten Ende 214 entlang einer Radialrichtung 218. Beispielsweise ist das stationäre Schaufelblatt 202 mit dem Gehäuse 208 über einen hinteren Stützflansch oder eine hintere Stützaufhängung 226 gekoppelt. Außerdem erstreckt sich jedes stationäre Schaufelblatt 202 in Axialrichtung von einer Vorderkante 222 stromabwärts zu einer gegenüberliegenden Hinterkante 224. Während des Betriebs sind die stationären Schaufelblätter 202 und die rotierenden Schaufelblätter 204 innerhalb eines Heißgasströmungspfads 232 derart positioniert, dass ein Strom von Hochtemperaturverbrennungsgasen 124 dort hindurch kanalisiert wird, wodurch Außenoberflächen der stationären Schaufelblätter 202 und der rotierenden Schaufelblätter 204 hohen Temperaturen und potenziellen entsprechenden thermischen Spannungen und/oder potenziellem entsprechendem thermischem Qualitätsverlust ausgesetzt werden. Um solche thermischen Wirkungen zu mildern, wird ein innerer Hohlraum oder ein inneres Plenum 236 innerhalb des stationären Schaufelblatts 202, d. h. zwischen einer Druckseitenwand 210 und einer gegenüberliegenden Saugseitenwand 212 (gezeigt in 4) des stationären Schaufelblatts 202 bestimmt, um eine innere Prallkühlung einer Innenoberfläche der Außenwände zu fördern. Beispielsweise wird das Plenum 236 mindestens teilweise durch die Innenoberflächen der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 (gezeigt in 4) des stationären Schaufelblatts 202 bestimmt. Das Plenum 236 steht über einen Plenumeinlass 234, der in dem stationären Schaufelblatt 202 an dem ersten Ende 216 bestimmt wird, in Strömungskommunikation mit einem Kühlmittelzufuhrkanal 233. In der beispielhaften Ausführungsform kanalisiert der Kühlmittelzufuhrkanal 233 ein Kühlfluid 240, wie einen Strom von unter Druck stehender Zapfluft aus dem Verdichterabschnitt 104 (gezeigt in 1), zu dem Plenumeinlass 234 hin. Als Alternative ist das Kühlfluid 240 ein geeignetes anderes Fluid als Luft. Der Begriff Fluid, wie hierin verwendet, schließt ein beliebiges Medium oder Material ein, das strömt, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Luft und Dampf.
In der beispielhaften Ausführungsform ist die Stufe 200 eine erste Stufe des Turbinenabschnitts 108, und die stationären Schaufelblätter 202 bestimmen eine Turbinendüse der ersten Stufe unmittelbar stromabwärts von dem Brennkammerabschnitt 106 (gezeigt in 1). In alternativen Ausführungsformen ist die Stufe 200 eine beliebige geeignete Stufe des Turbinenabschnitts 108. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich das Plenum 236 in Axialrichtung nach hinten in einen hinteren Abschnitt 228 des stationären Schaufelblatts 202. Eine Gesamtheit des Plenumeinlasses 234 wird vor dem hinteren Abschnitt 228 bestimmt, d. h., der Plenumeinlass 234 erstreckt sich nicht in Axialrichtung über den hinteren Abschnitt 228, wodurch eine Fähigkeit bekannter Systeme begrenzt wird, Kühlfluid von dem Kühlmittelzufuhrkanal 233 zum wirksamen Aufprall auf die Innenoberfläche der Außenwände des hinteren Abschnitts 228 zu leiten. Beispielsweise erstreckt sich der hintere Abschnitt 228 über eine wesentliche Länge direkt unterhalb des Stützflansches 226 oder „hängt über“, wodurch ausgeschlossen ist, dass sich der Plenumeinlass 234 direkt über den hinteren Abschnitt 228 erstreckt. In einigen Ausführungsformen ist ein solcher Überhang für stationäre Schaufelblätter 202 erforderlich, um einen gewünschten Drehwinkel in einer ersten Stufe des Turbinenabschnitts 108 zu implementieren.
3 ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Einsatzsystems 300 zur Verwendung mit einem stationären Schaufelblatt 202. 4 ist eine aufgeschnittene Ansicht eines beispielhaften stationären Schaufelblatts 202 mit einem darin installierten Einsatzsystem 300 entlang der in 2 veranschaulichten Linie 4-4, das heißt an dem ersten Ende 216 des stationären Schaufelblatts 202. Unter Bezugnahme auf 3 und 4 schließt das Einsatzsystem 300 einen ersten Einsatz 302 und einen zweiten Einsatz 304 ein, die bemessen sind, um nacheinander durch den Plenumeinlass 234 in das Plenum 236 eingesetzt zu werden, und so konfiguriert sind, dass sie in axialer Reihe innerhalb des Plenums 236 gekoppelt sind. Genauer ist der erste Einsatz 302 bemessen zum Einsetzen in das Plenum 236 in Radialrichtung durch den Plenumeinlass 234 und ist dann innerhalb des Plenums 236 nach hinten in eine installierte Position beweglich, in der ein erster Halsabschnitt 312 in dem Plenumeinlass 234 nach hinten positioniert ist und in der sich der erste Einsatz 302 in den hinteren Abschnitt 228 des stationären Schaufelblatts 202 erstreckt. Der zweite Einsatz 304 ist bemessen zum Einsetzen in das Plenum 236 in Radialrichtung durch den Plenumeinlass 234 vor dem ersten Halsabschnitt 312 in der installierten Position. In der beispielhaften Ausführungsform sind der erste Einsatz 302 und der zweite Einsatz 304 jeweils dünnwandige Hohlkörper, die eine Vielzahl von darin bestimmten und sich dort hindurch erstreckenden Prallöffnungen 374 einschließen. In alternativen Ausführungsformen weisen der erste Einsatz 302 und der zweite Einsatz 304 eine beliebige geeignete Struktur auf, die ermöglicht, dass Prallöffnungen 374 darin bestimmt werden. Die Prallöffnungen 374 sind so ausgerichtet, dass sie durch den Plenumeinlass 234 zugeführtes Kühlfluid 240 zu den Innenoberflächen der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 des stationären Schaufelblatts 202 kanalisieren.
In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der erste Einsatz 302 von einem ersten Ende 301 in Radialrichtung nach innen zu einem zweiten Ende 303. Der erste Einsatz 302 schließt einen ersten Halsabschnitt 312 benachbart zu dem ersten Ende 301, einen Fußabschnitt 308 benachbart zu dem zweiten Ende 303 und einen ersten Hauptkörperabschnitt 310, der sich in Radialrichtung dazwischen erstreckt, ein. Der erste Hauptkörperabschnitt 310 erstreckt sich in Axialrichtung von einer ersten vorderen Wand 318 stromabwärts zu einer hinteren Kante 320 und bestimmt eine axiale Länge 316 des ersten Einsatzes dazwischen. In der beispielhaften Ausführungsform ist die axiale Länge 316 des ersten Einsatzes geringer als eine axiale Plenumeinlasslänge 242 des Plenumeinlasses 234, sodass der erste Einsatz 302 in Radialrichtung durch den Plenumeinlass 234 in das Plenum 236 einsetzbar und später daraus entfernbar ist. In alternativen Ausführungsformen ist die axiale Länge 316 des ersten Einsatzes eine beliebige geeignete Länge, die ermöglicht, dass das Einsatzsystem 300 wie hierin beschrieben funktioniert. Außerdem ist nach dem Einsetzen in das Plenum 236 durch den Plenumeinlass 234 der erste Einsatz 302 innerhalb des Plenums 236 nach hinten in die installierte Position derart beweglich, dass der erste Hauptkörperabschnitt 310 sich in den hinteren Abschnitt 228 des stationären Schaufelblatts 202 erstreckt. Beispielsweise kann in der veranschaulichten Ausführungsform nach dem Einsetzen der erste Einsatz 302 innerhalb des Plenums 236 nach hinten in die installierte Position geschoben werden.
In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der Fußabschnitt 308 in Axialrichtung von der ersten vorderen Wand 318 stromabwärts zu einer hinteren Kante 324 und bestimmt eine axiale Länge 322 dazwischen, die geringer ist als die axiale Länge 316 des ersten Einsatzes. In ähnlicher Weise erstreckt sich der erste Halsabschnitt 312 in Axialrichtung von der ersten vorderen Wand 318 stromabwärts zu einer hinteren Kante 332 und bestimmt eine axiale Länge 330 des ersten Halses dazwischen, die geringer ist als die axiale Länge 316 des ersten Einsatzes. Außerdem bestimmt der erste Halsabschnitt 312 eine Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes an dem ersten Ende 301. Die Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes ist so konfiguriert, dass sie Kühlfluid 240 aus dem Kühlmittelzufuhrkanal 233 (gezeigt in 2) in ein Inneres des ersten Einsatzes 302 kanalisiert.
In der beispielhaften Ausführungsform sind der erste Halsabschnitt 312, der Fußabschnitt 308 und der erste Hauptkörperabschnitt 310 im Allgemeinen kongruent zu einer Form eines entsprechenden ersten Abschnitts des Plenums 236 derart geformt, dass in dem ersten Einsatz 302 bestimmte Prallöffnungen 374 um einen vorher festgelegten Prallversatz 238 von den Innenoberflächen der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 beabstandet sind, wenn der erste Einsatz 302 sich in der installierten Position befindet. Insbesondere ist in der installierten Position der erste Halsabschnitt 312 so konfiguriert, dass er mit einem hinteren Abschnitt des Kühlmittelzufuhrkanals 233 (gezeigt in 2) fluchtet und Kühlfluid 240 daraus aufnimmt. Außerdem erstreckt sich in der installierten Position der erste Hauptkörperabschnitt 310 nach hinten über den ersten Halsabschnitt 312 hinaus in den hinteren Abschnitt 228 des stationären Schaufelblatts 202 und ist so konfiguriert, dass er Kühlfluid 240, das durch den ersten Halsabschnitt 312 aufgenommen wird, für eine wirksame Prallkühlung des hinteren Abschnitts 228 kanalisiert. Das Einsatzsystem 300 bietet somit einen Vorteil gegenüber bekannten Einsätzen zur Prallkühlung beim Kanalisieren von Kühlfluid von dem Plenumeinlass 234 zu dem hinteren Abschnitt 228, beispielsweise in Ausführungsformen, in denen der hintere Abschnitt 228 direkt unterhalb des hinteren Stützflansches 226 (gezeigt in 2) überhängt.
In einigen Ausführungsformen erleichtert der Fußabschnitt 308 die Positionierung des ersten Einsatzes 302 in Bezug auf das Plenum 236. Beispielsweise kann der Fußabschnitt 308 so konfiguriert sein, dass er in eine Innenoberfläche (nicht gezeigt) innerhalb des stationären Schaufelblatts 202 derart eingreift, dass eine weitere Bewegung des ersten Einsatzes 302 nach hinten und/oder radial über die installierte Position hinaus verhindert wird. In alternativen Ausführungsformen schließt der erste Einsatz 302 nicht den Fußabschnitt 308 ein. Beispielsweise wird das zweite Ende 303 des ersten Einsatzes 302 durch ein in Radialrichtung inneres Ende 328 des ersten Hauptkörperabschnitts 310 derart bestimmt, dass sich der zweite Einsatz 304 in Radialrichtung in höherem Maße nach innen erstreckt als der erste Einsatz 302.
In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der zweite Einsatz 304 von einem ersten Ende 305 in Radialrichtung nach innen zu einem zweiten Ende 307. Der zweite Einsatz 304 schließt einen zweiten Halsabschnitt 342 benachbart zu dem ersten Ende 305 und einen zweiten Hauptkörperabschnitt 340, der sich in Radialrichtung von dem zweiten Halsabschnitt 342 zu dem zweiten Ende 307 erstreckt, ein. Der zweite Hauptkörperabschnitt 340 erstreckt sich in Axialrichtung von einer hinteren Wand 348 stromaufwärts zu einer zweiten vorderen Wand 350 und bestimmt eine axiale Länge 352 des zweiten Einsatzes dazwischen. In der beispielhaften Ausführungsform ist die axiale Länge 352 des zweiten Einsatzes geringer als eine Differenz zwischen der axialen Plenumeinlasslänge 242 und der axialen Länge 330 des ersten Halses, sodass nach dem Schieben des ersten Einsatzes 302 in die installierte Position, in welcher der erste Halsabschnitt 312 in dem Plenumeinlass 234 nach hinten positioniert ist, der zweite Einsatz 304 in Radialrichtung durch den Plenumeinlass 234 vor dem ersten Halsabschnitt 312 in das Plenum 236 einsetzbar und später daraus entfernbar ist. In alternativen Ausführungsformen ist die axiale Länge 352 des zweiten Einsatzes eine beliebige geeignete Länge, die ermöglicht, dass das Einsatzsystem 300 wie hierin beschrieben funktioniert.
Der zweite Halsabschnitt 342 erstreckt sich in Axialrichtung von der hinteren Wand 348 stromaufwärts zu der zweiten vorderen Wand 350 und bestimmt eine axiale Länge 360 dazwischen. In der beispielhaften Ausführungsform ist die axiale Länge 360 geringer als die axiale Länge 352 des zweiten Einsatzes. In alternativen Ausführungsformen ist die axiale Länge 360 eine beliebige geeignete Länge, die ermöglicht, dass das Einsatzsystem 300 wie hierin beschrieben funktioniert. Der zweite Halsabschnitt 342 bestimmt eine Einlassöffnung 394 des zweiten Einsatzes an dem ersten Ende 305. Der zweite Halsabschnitt 342 ist so konfiguriert, dass er in dem Plenumeinlass 234 vor dem ersten Halsabschnitt 312 in der installierten Position positioniert ist. Die Einlassöffnung 394 des zweiten Einsatzes ist so konfiguriert, dass sie Kühlfluid 240 aus einem vorderen Abschnitt des Kühlmittelzufuhrkanals 233 (gezeigt in 2) in ein Inneres des zweiten Einsatzes 304 kanalisiert.
In der beispielhaften Ausführungsform sind der zweite Halsabschnitt 342 und der zweite Hauptkörperabschnitt 340 im Allgemeinen kongruent zu einer Form eines entsprechenden zweiten Abschnitts des Plenums 236 derart geformt, dass in dem zweiten Einsatz 304 bestimmte Prallöffnungen 374 wiederum um den vorher festgelegten Prallversatz 238 von den Innenoberflächen der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 beabstandet sind. Insbesondere ist der zweite Halsabschnitt 342 so konfiguriert, dass er mit einem vorderen Abschnitt des Kühlmittelzufuhrkanals 233 (gezeigt in 2) fluchtet und Kühlfluid 240 daraus aufnimmt.
In der beispielhaften Ausführungsform sind Prallöffnungen 374 über Abschnitte des ersten Einsatzes 302 und des zweiten Einsatzes 304 angeordnet, die der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 zugewandt sind. Beispielsweise sind Prallöffnungen 374 in sich in Radialrichtung erstreckenden Spalten 376 angeordnet, und Prallöffnungen in jeder Spalte 376 sind in Radialrichtung gegenüber Prallöffnungen 374 in benachbarten Spalten 376 versetzt oder „gestaffelt“. In alternativen Ausführungsformen sind die Prallöffnungen 374 in einer beliebigen geeigneten Weise angeordnet, die ermöglicht, dass das Einsatzsystem 300 wie hierin beschrieben funktioniert.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt das stationäre Schaufelblatt 202 ferner eine in Radialrichtung äußere Wand 402 ein, die zwischen der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 an dem ersten Ende 216 derart bestimmt wird, dass der Plenumeinlass 234 in der in Radialrichtung äußeren Wand 402 bestimmt wird und sich dort hindurch erstreckt. Außerdem schließt der erste Einsatz 302 einen ersten Flansch 314 ein, der so konfiguriert ist, dass er mit der in Radialrichtung äußeren Wand 402 in Verbindung steht. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der erste Flansch 314 von einem Umfang der Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes, quer zu der Radialrichtung 218, nach außen. Beispielsweise erstreckt sich in der veranschaulichten Ausführungsform der erste Flansch 314 von allen Abschnitten eines Umfangs der Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes mit Ausnahme eines durch die erste vordere Wand 318 bestimmten Abschnitts der Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes. Der erste Flansch 314 ist so konfiguriert, dass er an die in Radialrichtung äußere Wand 402 angrenzt, wenn der erste Einsatz 302 innerhalb des Plenums 236 richtig positioniert ist. Somit erleichtert der erste Flansch 314 die Installation des ersten Einsatzes 302. In alternativen Ausführungsformen schließt der erste Einsatz 302 nicht den ersten Flansch 314 ein.
In ähnlicher Weise schließt in der beispielhaften Ausführungsform der zweite Einsatz 304 einen zweiten Flansch 344 ein, der so konfiguriert ist, dass er mit der in Radialrichtung äußeren Wand 402 in Verbindung steht. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich der zweite Flansch 344 von einem Umfang der Einlassöffnung 394 des zweiten Einsatzes, quer zu der Radialrichtung 218, nach außen. Beispielsweise erstreckt sich in der veranschaulichten Ausführungsform der zweite Flansch 344 von allen Abschnitten eines Umfangs der Einlassöffnung 394 des zweiten Einsatzes mit Ausnahme eines durch die hintere Wand 348 bestimmten Abschnitts. Der zweite Flansch 344 ist so konfiguriert, dass er an die in Radialrichtung äußere Wand 402 angrenzt, wenn der zweite Einsatz 304 innerhalb des Plenums 236 richtig positioniert ist. Somit erleichtert der zweite Flansch 344 die Installation des zweiten Einsatzes 304. In alternativen Ausführungsformen schließt der zweite Einsatz 304 nicht den zweiten Flansch 344 ein.
In einigen Ausführungsformen wird, nachdem sich das Einsatzsystem 300 in der installierten Konfiguration befindet, ein Spalt 392 zwischen der hinteren Wand 348 des zweiten Einsatzes 304 und der ersten vorderen Wand 318 des ersten Einsatzes 302 bestimmt. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das Einsatzsystem 300 einen Dichtungsmechanismus 390 ein, der sich zwischen der hinteren Wand 348 und der ersten vorderen Wand 318 erstreckt und so konfiguriert ist, dass er den Spalt 392 gegen eine Querströmung innerhalb des Plenums 236 zwischen der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 abdichtet. Beispielsweise schließt der Dichtungsmechanismus 390 mindestens eine sich in Radialrichtung erstreckende Rippe oder Lippe ein, die an einer von der hinteren Wand 348 und der ersten vorderen Wand 318 befestigt ist. Die Rippe oder Lippe steht in Axialrichtung zur Angrenzung an die andere von der hinteren Wand 348 und der ersten vorderen Wand 318 vor. Bei einem anderen Beispiel schließt der Dichtungsmechanismus 390 mindestens ein sich in Radialrichtung erstreckendes elastisches Element ein, das zwischen der hinteren Wand 348 und der ersten vorderen Wand 318 komprimiert ist. In alternativen Ausführungsformen schließt das Einsatzsystem 300 nicht den Dichtungsmechanismus 390 ein. Beispielsweise grenzt die hintere Wand 348 nach der Installation des zweiten Einsatzes 304 direkt an die erste vordere Wand 318 an.
In der beispielhaften Ausführungsform schließen der erste Einsatz 302 und der zweite Einsatz 304 jeweils mindestens ein Stützelement 466 ein, das einen inneren Hohlraum des Einsatzes überspannt. Beispielsweise schließt jedes Stützelement 466 mindestens einen lang gestreckten Stab oder Träger ein, der so konfiguriert ist, dass er strukturelle Unterstützung für die dünnwandige Hohlstruktur bereitstellt. In der beispielhaften Ausführungsform erstreckt sich jedes Stützelement 466 zwischen gegenüberliegenden lateralen Seiten 410 des entsprechenden Einsatzes 302 oder 304. Beispielsweise schließt in der veranschaulichten Ausführungsform der erste Einsatz 302 ein Paar von Stützelementen 466 ein, die jeweils einen einzelnen Träger einschließen, der jeweils bei etwa 33 Prozent bzw. etwa 67 Prozent einer axialen Länge des ersten Einsatzes 302 positioniert ist. Bei einem anderen Beispiel schließt in der veranschaulichten Ausführungsform der zweite Einsatz 304 vier Stützelemente 466 ein, die jeweils ein Paar von zentral in einer „X“-Form verbundenen Trägern einschließen, die jeweils bei etwa 20 Prozent, etwa 40 Prozent, etwa 60 Prozent bzw. etwa 80 Prozent einer axialen Länge des zweiten Einsatzes 304 positioniert sind. In alternativen Ausführungsformen schließt jeder von dem ersten Einsatz 302 und dem zweiten Einsatz 304 eine beliebige geeignete Anzahl an Stützelementen 466 ein, und/oder jedes Stützelement 466 weist eine beliebige geeignete Form und Position auf, die ermöglicht, dass der erste Einsatz 302 und der zweite Einsatz 304 wie hierin beschrieben funktionieren. In anderen alternativen Ausführungsformen schließt mindestens einer von dem ersten Einsatz 302 und dem zweiten Einsatz 304 keine Stützelemente 466 ein.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform des in dem stationären Schaufelblatt 202 installierten Einsatzsystems 300. Die in 5 veranschaulichte Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich zu der in 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsform, außer wie nachstehend beschrieben, und gleiche Teile sind identisch nummeriert. In bestimmten Ausführungsformen ermöglicht eine Größe der Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes nicht von selbst einen ausreichenden Strom von Kühlfluid 240 (gezeigt in 2) in den ersten Einsatz 302. In solchen Ausführungsformen schließt das Einsatzsystem 300 ferner eine Bypass-Öffnung oder einen Bypass-Durchlass 500, die bzw. der in der hinteren Wand 348 und der ersten vorderen Wand 318 bestimmt wird und sich dort hindurch erstreckt, derart ein, dass ein Teil des durch die Einlassöffnung 394 des zweiten Einsatzes aufgenommenen Kühlfluids 240 in den ersten Einsatz 302 kanalisiert wird, um über die Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes aufgenommenes Kühlfluid 240 zu ergänzen. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Dichtungsmechanismus 390 (gezeigt in 3) in Radialrichtung zwischen der hinteren Wand 348 und der ersten vorderen Wand 318, wie vorstehend beschrieben, an anderen Stellen als der Bypass-Öffnung 500.
Beispielsweise wird in der in 5 veranschaulichten Ausführungsform die Bypass-Öffnung 500 durch eine erste Kerbe 502, die in der ersten vorderen Wand 318 bestimmt wird, und eine zweite Kerbe 504, die in der hinteren Wand 348 bestimmt wird, derart bestimmt, dass die zweite Kerbe 504 mit der ersten Kerbe 502 ausgerichtet ist, wenn das Einsatzsystem 300 installiert ist. In der beispielhaften Ausführungsform sind die erste Kerbe 502 und die zweite Kerbe 504 im Allgemeinen V-förmig und von dem ersten Ende 301 des ersten Einsatzes 302 bzw. dem ersten Ende 305 des zweiten Einsatzes 304 offen. In alternativen Ausführungsformen weist die Bypass-Öffnung 500 eine beliebige geeignete Form auf und/oder wird an beliebigen geeigneten ausgerichteten Stellen in der hinteren Wand 348 und der ersten vorderen Wand 318 bestimmt.
In einigen Ausführungsformen sind die hintere Wand 348 und die erste vordere Wand 318 so konfiguriert, dass sie in Verbindung stehen, um den ersten Einsatz 302 und den zweiten Einsatz 304 entlang eines Umfangs der Bypass-Öffnung 500 miteinander zu koppeln. Beispielsweise bestimmt in der beispielhaften Ausführungsform die erste vordere Wand 318 eine Kante 518 um die erste Kerbe 502, und der zweite Einsatz 304 schließt eine Lippe 546 ein, die von der hinteren Wand 348 um die zweite Kerbe 504 nach hinten vorsteht. Die Lippe 546 und die hintere Wand 348 wirken zusammen, um eine Nut 548 zu bestimmen, die so bemessen ist, dass sie die Kante 518 gleitend aufnimmt, wenn der zweite Einsatz 304 in Radialrichtung durch den Plenumeinlass 234 in seine Position benachbart zu dem ersten Einsatz 302 eingesetzt wird. Die Nut 548 und die Kante 518 stehen in Verbindung, um den ersten Einsatz 302 relativ zu dem zweiten Einsatz 304 entlang des Umfangs der Bypass-Öffnung 500 zu befestigen. In alternativen Ausführungsformen sind die hintere Wand 348 und die erste vordere Wand 318 so konfiguriert, dass sie in einer beliebigen geeigneten Weise, die ermöglicht, dass das Einsatzsystem 300 wie hierin beschrieben funktioniert, in Verbindung stehen. In anderen alternativen Ausführungsformen sind die hintere Wand 348 und die erste vordere Wand 318 nicht so konfiguriert, dass sie in Verbindung stehen.
6 ist eine Querschnittsansicht eines stationären Schaufelblatts 202 mit einem darin installierten Einsatzsystem 300 entlang der in 2 veranschaulichten Linie 6-6, das heißt an einer Stelle einer zentralen Spannweite entlang des stationären Schaufelblatts 202. Die in 6 veranschaulichte Ausführungsform ist im Wesentlichen ähnlich zu der in 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsform, und gleiche Teile sind identisch nummeriert. In der beispielhaften Ausführungsform besteht, da die Druckseitenwand 210 und die Saugseitenwand 212 zueinander hin so verjüngt sind, dass sie sich an einer Hinterkante 224 miteinander verbinden, ein unzureichender Raum für den ersten Einsatz 302, um sich innerhalb des Plenums 236 nach hinten zu erstrecken. Genauer schließt das Plenum 236 einen hinteren Plenumabschnitt 618 ein, der sich in Axialrichtung zwischen dem ersten Einsatz 302 und der Hinterkante 224 befindet. Im Betrieb wird Kühlfluid 240 (gezeigt in 2) in den ersten Einsatz 302 und den zweiten Einsatz 304 und durch die Vielzahl von Prallöffnungen 374 zum Aufprall auf die jeweilige Innenoberfläche der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 kanalisiert. Nach dem Aufprall wird mindestens ein Teil des Stroms von Kühlfluid 240 nach hinten zu einem hinteren Plenumabschnitt 618 kanalisiert.
In der beispielhaften Ausführungsform schließt das stationäre Schaufelblatt 202 eine hintere Stiftbank 624 ein. Die hintere Stiftbank 624 schließt eine Vielzahl von Stiften 626 ein, die sich zwischen der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 durch den hinteren Plenumabschnitt 618 erstrecken. In der beispielhaften Ausführungsform sind die Stifte 626 in Radialrichtung entlang des hinteren Plenumabschnitts 618 sowie in Axialrichtung verteilt und fördern den Wärmeaustausch zwischen dem Nachaufprall-Kühlfluid 240 und der Druckseitenwand 210 und der Saugseitenwand 212 nahe der Hinterkante 224. In alternativen Ausführungsformen sind die Stifte 626 in einer beliebigen geeigneten Weise verteilt, die ermöglicht, dass das stationäre Schaufelblatt 202 wie hierin beschrieben funktioniert. In anderen alternativen Ausführungsformen schließt das stationäre Schaufelblatt 202 nicht die hintere Stiftbank 624 ein. In der beispielhaften Ausführungsform wird das Nachaufprall-Kühlfluid 240 aus dem stationären Schaufelblatt 202 durch Austrittsöffnungen (nicht gezeigt) entlang der Hinterkante 224 ausgestoßen. In alternativen Ausführungsformen wird das Nachaufprall-Kühlfluid 240 in einer beliebigen geeigneten Weise, die ermöglicht, dass das stationäre Schaufelblatt 202 wie hierin beschrieben funktioniert, zu einer beliebigen anderen Stelle kanalisiert.
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 700 zum Installieren eines Einsatzsystems, wie des Einsatzsystems 300, in ein Schaufelblatt, wie das Schaufelblatt 202 (gezeigt in 2-5). Das Schaufelblatt schließt ein Plenum, wie das Plenum 236, ein, das sich in einen hinteren Abschnitt, wie den hinteren Abschnitt 228, des Schaufelblatts erstreckt. Das Plenum schließt einen Plenumeinlass, wie den Plenumeinlass 234, ein, und die Gesamtheit des Plenumeinlasses wird in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt bestimmt. In der beispielhaften Ausführungsform schließt das Verfahren 700 das Einsetzen 702 eines ersten Einsatzes, wie des ersten Einsatzes 302, in Radialrichtung durch den Plenumeinlass in das Plenum ein. Der erste Einsatz schließt einen ersten Halsabschnitt, wie den ersten Halsabschnitt 312, und einen ersten Hauptkörperabschnitt, wie den ersten Hauptkörperabschnitt 310, ein. Das Verfahren 700 schließt auch das Bewegen 704 des ersten Einsatzes innerhalb des Plenums nach hinten in eine installierte Position derart ein, dass der erste Halsabschnitt in dem Plenumeinlass nach hinten positioniert ist und der erste Hauptkörperabschnitt sich in den hinteren Abschnitt erstreckt. Das Verfahren 700 schließt ferner das Einsetzen 706 eines zweiten Einsatzes, wie des zweiten Einsatzes 304, in das Plenum in Radialrichtung durch den Plenumeinlass vor dem ersten Halsabschnitt ein. Der erste Einsatz und der zweite Einsatz schließen eine Vielzahl von darin bestimmten Prallöffnungen, wie die Prallöffnungen 374, ein.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren 700 ferner das Positionieren eines zweiten Halsabschnitts, wie des zweiten Halsabschnitts 342, des zweiten Einsatzes in dem Plenumeinlass vor dem ersten Halsabschnitt ein.
In bestimmten Ausführungsformen schließt das Schaufelblatt eine in Radialrichtung äußere Wand, wie die in Radialrichtung äußere Wand 402, ein, und der Plenumeinlass wird in der in Radialrichtung äußeren Wand bestimmt, der erste Halsabschnitt schließt eine Einlassöffnung des ersten Einsatzes, wie die Einlassöffnung 334 des ersten Einsatzes, ein, und der erste Einsatz schließt ferner einen ersten Flansch, wie den ersten Flansch 314, ein, der sich von einem Umfang der Einlassöffnung des ersten Einsatzes nach außen erstreckt. In einigen derartigen Ausführungsformen schließt das Verfahren 700 ferner das Verbinden des ersten Flansches mit der in Radialrichtung äußeren Wand des Schaufelblatts ein.
In einigen Ausführungsformen schließt der erste Einsatz ferner eine erste vordere Wand, wie die erste vordere Wand 318, ein, und der zweite Einsatz schließt ferner eine hintere Wand, wie die hintere Wand 348, ein. In einigen derartigen Ausführungsformen schließt das Verfahren 700 ferner das Positionieren eines Dichtungsmechanismus, wie des Dichtungsmechanismus 390, zwischen der hinteren Wand und der ersten vorderen Wand ein.
In einigen Ausführungsformen schließt der erste Einsatz ferner eine erste vordere Wand mit einer darin bestimmten ersten Kerbe, wie der ersten Kerbe 502, ein, und der zweite Einsatz schließt ferner eine hintere Wand mit einer darin bestimmten zweiten Kerbe, wie der zweiten Kerbe 504, ein. In einigen derartigen Ausführungsformen schließt das Einsetzen 706 des zweiten Einsatzes in das Plenum ferner das Ausrichten der zweiten Kerbe mit der ersten Kerbe ein.
Das vorstehend beschriebene Einsatzsystem zum Einsetzen durch eine Öffnung in einem Plenum fördert eine wirksame Prallkühlung eines hinteren Abschnitts eines Schaufelblatts, wodurch der mit anhaltend hoher Temperaturbelastung des hinteren Abschnitts verbundene Qualitätsverlust verringert und die Langlebigkeit des Schaufelblatts erhöht wird. Das Einsatzsystem kann besonders vorteilhaft bei Schaufelblättern sein, bei denen ein hinterer Abschnitt des Schaufelblatts direkt unterhalb eines Schaufelblatt-Stützflansches überhängt, wie Schaufelblätter mit einem größeren Umlenkabschnitt zum hinteren Ende hin. Das Zwei-Einsatz-System ermöglicht es, in einem einfachen Verfahren einen Pralleinsatz durch die bereits vorhandene Plenumöffnung des Schaufelblatts einzusetzen und dann nach hinten in einen Überhangsabschnitt des Schaufelblatts zu bewegen, wodurch dieser hintere Abschnitt eine wirksamere Prallkühlung empfangen kann. Ohne das Einsatzsystem der vorliegenden Offenbarung könnte eine Einsatzkonfiguration im Wesentlichen durch die Abmessungen der Öffnung in dem Plenum begrenzt sein.
Außerdem können in bestimmten hierin offenbarten Ausführungsformen die zwei Einsätze von einem einzigen Kühlfluidzufuhrkanal unter einem einzigen Druck versorgt werden. Daher weisen in diesen Ausführungsformen die zwei Einsätze einen im Wesentlichen gleichmäßigen Einlassdruck auf, der beispielsweise eine wirksamere und gleichbleibendere Prallkühlung von Oberflächen in der Nähe beider Einsätze ermöglichen kann. Ebenso kann dadurch die Notwendigkeit verringert werden, andere Komponenten der Rotationsmaschine so zu konfigurieren, dass sie Kühlfluid separat in die zwei unterschiedlichen Einsätze zuführen. Ferner ist das Einsatzsystem in einigen Ausführungsformen in einem einfachen Verfahren entfernbar, was eine einfache Reparatur und einen einfachen Austausch erleichtert.
Außerdem schließt eine beispielhafte technische Wirkung der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren mindestens eines von Folgendem ein: (a) Abführen von Wärme von einer Rotationsmaschinenkomponente, die ein Schaufelblatt einschließt, (b) Aufrechterhalten eines einheitlichen Temperaturgradienten mit dem Schaufelblatt, um den Komponentenwirkungsgrad zu verbessern; (c) Reduzieren der aus einem Verdichter entnommenen Menge an Kühlfluiden; (d) Erhöhen des Wirkungsgrads des Kühlmittelstroms innerhalb eines Komponentenbereichs, der normalerweise schwer zu kühlen ist; und (e) Erhöhen des Wirkungsgrads einer Rotationsmaschine.
Beispielhafte Ausführungsformen von Systemen und Verfahren zum Kühlen eines Schaufelblatts einer Rotationsmaschine werden vorstehend ausführlich beschrieben. Die Verfahren und Systeme sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt, vielmehr können Komponenten von Systemen und/oder Schritte der Verfahren unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten verwendet werden. Beispielsweise kann das Verfahren auch in Kombination mit anderen Turbinenkomponenten angewendet werden und ist nicht auf eine Anwendung nur mit den stationären Schaufelblättern des Gasturbinentriebwerks, wie hierin beschrieben, beschränkt. Vielmehr kann die beispielhafte Ausführungsform in Verbindung mit vielen anderen Rotationsmaschinenanwendungen implementiert und verwendet werden.
Obwohl spezifische Merkmale verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in einigen Zeichnungen und nicht in anderen gezeigt werden können, dient dies nur der Übersichtlichkeit. Gemäß den Grundsätzen von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann jedes Merkmal einer Zeichnung in Kombination mit jedem Merkmal einer anderen Zeichnung referenziert und/oder beansprucht werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu offenbaren, einschließlich der besten Verfahrensweise, und auch um einem Fachmann zu ermöglichen, Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung beliebiger Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung beliebiger eingeschlossener Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der hierin beschriebenen Ausführungsformen wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele einschließen, die Fachleuten ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.

Claims

Einsatzsystem (300) für ein Schaufelblatt (202), wobei das Schaufelblatt (202) ein Plenum (236) einschließt, das sich in einen hinteren Abschnitt (228) des Schaufelblatts (202) erstreckt, wobei das Plenum (236) einen Plenumeinlass (234) einschließt, und wobei eine Gesamtheit des Plenumeinlasses (234) in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt (228) bestimmt wird, wobei das Einsatzsystem (300) umfasst: einen ersten Einsatz (302), umfassend einen ersten Halsabschnitt (312), wobei der erste Einsatz (302) bemessen ist zum Einsetzen in das Plenum (236) in Radialrichtung durch den Plenumeinlass (234), wobei der erste Einsatz (302) innerhalb des Plenums (236) nach hinten in eine installierte Position derart beweglich ist, dass der erste Halsabschnitt (312) in dem Plenumeinlass (234) nach hinten positioniert ist; und einen zweiten Einsatz (304), der bemessen ist zum Einsetzen in das Plenum (236) in Radialrichtung durch den Plenumeinlass (234) vor dem ersten Halsabschnitt (312) in der installierten Position, wobei der erste Einsatz (302) und der zweite Einsatz (304) eine Vielzahl von darin bestimmten Prallöffnungen (374) umfassen.
Einsatzsystem (300) nach Anspruch 1, wobei der zweite Einsatz (304) einen zweiten Halsabschnitt (342) umfasst, der so konfiguriert ist, dass er in dem Plenumeinlass (234) vor dem ersten Halsabschnitt (312) in der installierten Position positioniert ist.
Einsatzsystem (300) nach Anspruch 1, wobei das Schaufelblatt (202) eine in Radialrichtung äußere Wand (402) einschließt und der Plenumeinlass (234) in der in Radialrichtung äußeren Wand (402) bestimmt wird, wobei der erste Halsabschnitt (312) eine Einlassöffnung (334) des ersten Einsatzes umfasst, und wobei der erste Einsatz (302) ferner einen ersten Flansch umfasst, der sich von einem Umfang der Einlassöffnung (334) des ersten Einsatzes nach außen erstreckt und so konfiguriert ist, dass er mit der in Radialrichtung äußeren Wand (402) des Schaufelblatts (202) in Verbindung steht.
Einsatzsystem (300) nach Anspruch 1, wobei der erste Einsatz (302) ferner eine erste vordere Wand (318) umfasst und der zweite Einsatz (304) ferner eine hintere Wand (348) umfasst, wobei das Einsatzsystem (300) ferner einen Dichtungsmechanismus (390) umfasst, der sich zwischen der hinteren Wand (348) und der ersten vorderen Wand (318) erstreckt.
Einsatzsystem (300) nach Anspruch 1, wobei mindestens einer von dem ersten Einsatz (302) und dem zweiten Einsatz (304) mindestens ein Stützelement (466) einschließt, das einen inneren Hohlraum des mindestens einen von dem ersten Einsatz (302) und dem zweiten Einsatz (304) überspannt.
Einsatzsystem (300) nach Anspruch 1, wobei der erste Einsatz (302) ferner eine erste vordere Wand (318) umfasst und der zweite Einsatz (304) ferner eine hintere Wand (348) umfasst, und wobei eine Bypass-Öffnung (500) in der hinteren Wand (348) und der ersten vorderen Wand (318) bestimmt wird und sich dort hindurch erstreckt.
Gasturbinensystem (100), umfassend: einen Verdichterabschnitt (104); ein Verbrennungssystem (106), das in Strömungskommunikation mit dem Verdichterabschnitt (104) gekoppelt ist; und einen Turbinenabschnitt (108), der in Strömungskommunikation mit dem Verbrennungssystem (106) gekoppelt ist, wobei der Turbinenabschnitt (108) umfasst: ein Schaufelblatt (202), umfassend ein Plenum (236), das sich in einen hinteren Abschnitt (228) des Schaufelblatts (202) erstreckt, wobei das Plenum (236) einen Plenumeinlass (234) einschließt, und wobei eine Gesamtheit des Plenumeinlasses (234) in Axialrichtung vor dem hinteren Abschnitt (228) bestimmt wird; einen ersten Einsatz (302), der innerhalb des Plenums (236) positioniert ist, wobei der erste Einsatz (302) einen ersten Hauptkörperabschnitt (310), der sich in den hinteren Abschnitt (228) erstreckt, und einen ersten Halsabschnitt (312), der in dem Plenumeinlass (234) nach hinten positioniert ist, umfasst; und einen zweiten Einsatz (304), der innerhalb des Plenums (236) vor dem ersten Einsatz (302) positioniert ist, wobei der zweite Einsatz (304) einen zweiten Halsabschnitt (342) umfasst, der in dem Plenumeinlass (234) vor dem ersten Halsabschnitt (312) positioniert ist, wobei der erste Einsatz (302) und der zweite Einsatz (304) eine Vielzahl von darin bestimmten Prallöffnungen (374) umfassen.
Gasturbinensystem (100) nach Anspruch 7, wobei das Gasturbinensystem (100) ferner ein Gehäuse (208) und einen hinteren Stützflansch (226), der zwischen das Gehäuse (208) und das Schaufelblatt (202) gekoppelt ist, umfasst, und wobei der hintere Abschnitt (228) sich direkt unterhalb des hinteren Stützflansches (226) erstreckt.
Gasturbinensystem (100) nach Anspruch 7, wobei das Gasturbinensystem (100) so konfiguriert ist, dass es einen Strom von unter Druck stehender Zapfluft (240) von dem Verdichterabschnitt (104) zu dem Plenumeinlass (234) kanalisiert.
Gasturbinensystem (100) nach Anspruch 7, wobei das Schaufelblatt (202) ferner eine Hinterkante (224) und eine hintere Stiftbank (624) umfasst und das Plenum (236) einen hinteren Plenumabschnitt (618) umfasst, der sich in Axialrichtung zwischen dem ersten Einsatz (302) und der Hinterkante (224) befindet, wobei die hintere Stiftbank (624) eine Vielzahl von Stiften (626) umfasst, die sich durch den hinteren Plenumabschnitt (618) erstrecken.