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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen und insbesondere auf das Kühlen von Schaufelblättern von Gasturbinen.
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Strömungsmaschinen enthalten verschiedene Strömungsmaschinenkomponenten, die von einem Kühlen, das in einer erhöhten Lebensdauer der Komponenten resultiert, profitieren. Durch Kühlen von Strömungsmaschinenkomponenten wird auch eine Zunahme des Wirkungsgrads der Strömungsmaschine realisiert.
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Bestimmte Strömungsmaschinenkomponenten besitzen ein Schaufelblatt, z. B. ein Rotorblatt oder eine Schaufel. Die Schaufelblätter umschließen Innenräume und werden intern oder von innerhalb gekühlt, indem ein Kühlluftdurchfluss durch den Innenraum des Schaufelblatts oder durch einen oder mehrere Kühlkanäle, die im Innenraum des Schaufelblatts gebildet sind, bewirkt wird.
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Die Strömungsmaschinenkomponente - die im Folgenden auch als das Rotorblatt oder die Schaufel bezeichnet wird - besteht im Allgemeinen aus dem Schaufelblatt (das auch als ein Tragflügel bezeichnet wird), das in einer Längsrichtung des Schaufelblatts, das sich von einer Plattform vorsteht, erstreckt. Während des Betriebs der Gasturbine werden das Schaufelblatt des Rotorblatts oder der Schaufel des Turbinenabschnitts der Gasturbine im Heißgaspfad positioniert und werden sehr hohen Temperaturen unterworfen. Die Schaufelblätter enthalten Druckseiten und Sogseiten, die bei einer Vorderkante und einer Hinterkante aufeinanderstoßen und den Innenraum des Schaufelblatts definieren. Das Schaufelblatt enthält außerdem einen oder mehrere Stege, die von der Druckseite zur Sogseite verlaufen und dadurch die Druckseite und die Sogseite mechanisch verstärken. Der Steg unterteilt abhängig von der Anzahl von Stegen den Innenraum des Schaufelblatts in einen oder mehrere Kühlkanäle, die in der Längsrichtung des Schaufelblatts verlaufen. Kühlluft strömt im Allgemeinen in der Längsrichtung des Schaufelblatts in derartige Kühlkanäle, nachdem sie in das Schaufelblatt eingeleitet wurde. Eine Verbesserung einer derartigen Innenkühlung des Schaufelblatts wird eine vorteilhafte Wirkung auf den Wirkungsgrad der Gasturbine und/oder auf die strukturelle Integrität des Schaufelblatts aufweisen.
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Es ist allgemein bekannt, eine Prallkühlung einer Innenfläche des Schaufelblatts, z. B. unter Verwendung von Pralleinsätzen in den Kühlkanälen, zu verwenden. Die Pralleinsätze unterteilen den Kühlkanal der Länge nach, um im Kühlkanal einen Hauptströmungskanal und einen Peripherieströmungskanal zu definieren. Der Hauptströmungskanal dient zum Leiten eines Kühlluftdurchflusses in einer Längsrichtung des Schaufelblatts und der Peripherieströmungskanal dient zum Aufnehmen von Prallstrahlen, die aus dem Hauptströmungskanal über Pralllöcher der Pralleinsätze ausgestoßen werden. Die Prallstrahlen sind auf die Schaufelblattwand gerichtet, allerdings erfahren die Prallstrahlen erhebliche Querströme, die sich im Peripherieströmungskanal entwickeln, wodurch der Kühlwirkungsgrad der Zieloberfläche verringert wird.
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Darüber hinaus wird zum Kühlen von Komponenten der Gasturbine ein Teil der Luft aus dem Kompressorabschnitt der Gasturbine entnommen und als Kühlluft verwendet und wird veranlasst, zu verschiedenen Abschnitten der Gasturbine, die sich in verschiedenen Entfernungen befinden können, zu strömen. Zum Erreichen eines geeigneten Kühlluftdurchflusses muss der Kühlluftdurchfluss in verschiedenen Bereichen der Strömungsmaschine und auch in verschiedenen Bereichen von Strömungsmaschinenkomponenten bei optimalen Drücken gehalten werden. Außerdem ist das Aufrechterhalten von optimalen Drücken zur wirksamen Prallkühlung wichtig, im Wesentlichen, um den Prallstrahlen genug Druck bereitzustellen, damit sie in der Lage sind, auf die Zieloberfläche einzuwirken, wobei sie benachbarten Querströmen entgegenwirken. Allerdings resultiert eine Erhöhung der Luftmenge, die aus dem Kompressor zum Kühlen entnommen wird, in einer Abnahme der Luftmenge, die zur Verbrennung verfügbar ist, was den Wirkungsgrad der Gasturbine negativ beeinträchtigen kann. Deshalb wäre es vorteilhaft, wenn Kühlluft, die einmal verwendet wurde, z. B. zur Prallkühlung einer ersten Oberfläche, zum Kühlen einer weiteren Oberfläche, beispielsweise einer zweiten Oberfläche, wiederverwendet wird, indem sie z. B. wiederverwendet wird, um Prallstrahlen zu bilden, die auf die zweite Oberfläche einwirken können.
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Deshalb ist es vorteilhaft, eine Innenkühlung des Schaufelblatts zu verbessern.
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Die oben genannten Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, bevorzugt durch eine Strömungsmaschinenkomponente für eine Gasturbine. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Technik sind in den abhängigen Ansprüchen vorgesehen.
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Derartige Strömungsmaschinenkomponenten, die ein Schaufelblatt enthalten, werden im Folgenden durch eine Schaufel veranschaulicht, allerdings ist die Beschreibung auch auf weitere Strömungsmaschinenkomponenten, die ein Schaufelblatt wie z. B. ein Rotorblatt enthalten, anwendbar, sofern es nicht anders angegeben ist.
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In einem ersten Aspekt der vorliegenden Technik wird eine Strömungsmaschinenkomponente für eine Gasturbine präsentiert.
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Die Strömungsmaschinenkomponente enthält ein Schaufelblatt, das eine Schaufelblattwand umfasst. Die Schaufelblattwand definiert einen Innenraum des Schaufelblatts. Das Schaufelblatt enthält ferner einen ersten Kühlkanal und einen zweiten Kühlkanal - die im Innenraum des Schaufelblatts definiert sind.
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Die Strömungsmaschinenkomponente enthält einen ersten Pralleinsatz, der in den ersten Kühlkanal eingesetzt ist. Der erste Pralleinsatz definiert im ersten Kühlkanal einen ersten Hauptströmungskanal und mindestens einen ersten Peripherieströmungskanal. Der erste Hauptströmungskanal dient zum Leiten eines Kühlluftdurchflusses in einer Längsrichtung des Schaufelblatts. Der mindestens eine erste Peripherieströmungskanal dient zum Aufnehmen von Prallstrahlen, die aus dem ersten Hauptströmungskanal über Pralllöcher des ersten Pralleinsatzes ausgestoßen werden. Die Prallstrahlen können auf die Schaufelblattwand gerichtet sein.
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Die Strömungsmaschinenkomponente enthält einen zweiten Pralleinsatz, der in den zweiten Kühlkanal eingesetzt ist. Der zweite Pralleinsatz definiert im zweiten Kühlkanal einen zweiten Hauptströmungskanal und mindestens einen zweiten Peripherieströmungskanal. Der zweite Hauptströmungskanal dient zum Leiten eines Kühlluftdurchflusses in der Längsrichtung des Schaufelblatts. Der mindestens eine zweite Peripherieströmungskanal dient zum Aufnehmen von Prallstrahlen, die aus dem zweiten Hauptströmungskanal über Pralllöcher des zweiten Pralleinsatzes ausgestoßen werden.
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Die Strömungsmaschinenkomponente enthält eine Kanalverbindungsleitung, die konfiguriert ist, einen Kühlluftdurchfluss vom ersten Kühlkanal zum zweiten Kühlkanal zu leiten. Die Kanalverbindungsleitung enthält einen Einlass, der mit einem Auslass des ersten Kühlkanals verbunden ist. Die Kanalverbindungsleitung enthält ein Auslass, der mit einem Einlass des zweiten Kühlkanals verbunden ist.
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Die Kanalverbindungsleitung ist ein getrennter Teil und ist im Allgemeinen nicht Teil der Schaufelblattwände und ist insbesondere nicht Teil der Schaufelblattwände, der Außenwand oder der Primärwand oder der Innenwand oder der Wand der Stege, die die Kühlkanäle definieren. Die Kanalverbindungsleitung ist ein getrennter Teil und ist auch nicht Teil der Pralleinsätze.
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Der Einlass der Kanalverbindungsleitung kann lediglich einen Auslass des ersten Peripherieströmungskanals umfassen, d. h. ohne einen Auslass des ersten Hauptströmungskanals zu umfassen. Mit anderen Worten strömt die Kühlluft, die aus dem Auslass des ersten Peripherieströmungskanals strömt, in den Einlass der Kanalverbindungsleitung, jedoch kann die, die aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals strömt, in den Einlass der Kanalverbindungsleitung strömen oder nicht.
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Ein Auslass des ersten Hauptströmungskanals kann abgedichtet, z. B. vollständig abgedichtet, sein, um den Kühlluftdurchfluss aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals in die Kanalverbindungsleitung vollständig zu stoppen. Das Abdichten kann durch eine Verschlusskappe erreicht werden. Die Verschlusskappe kann innerhalb des ersten Hauptströmungskanals oder beim Auslass des ersten Hauptströmungskanals innerhalb oder außerhalb des ersten Hauptströmungskanals angeordnet sein.
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Ein Auslass des ersten Hauptströmungskanals kann abgedichtet, z. B. teilweise abgedichtet, sein, um den Kühlluftdurchfluss aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals in die Kanalverbindungsleitung teilweise zu stoppen. Das teilweise Abdichten kann durch eine Verschlusskappe erreicht werden, die den ersten Hauptströmungskanal teilweise blockiert. Die Verschlusskappe kann innerhalb des ersten Hauptströmungskanals oder beim Auslass des ersten Hauptströmungskanals innerhalb oder außerhalb des ersten Hauptströmungskanals angeordnet sein.
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Ein Auslass des ersten Hauptströmungskanals kann abgedichtet, z. B. teilweise abgedichtet, sein, um den Kühlluftdurchfluss aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals in die Kanalverbindungsleitung teilweise zu stoppen. Das teilweise Abdichten kann durch eine Verschlusskappe erreicht werden, die ein oder mehrere Durchgangslöcher umfasst. Die Verschlusskappe kann innerhalb des ersten Hauptströmungskanals oder beim Auslass des ersten Hauptströmungskanals innerhalb oder außerhalb des ersten Hauptströmungskanals angeordnet sein. Das eine oder die mehreren Durchgangslöcher ermöglichen einen Kühlluftdurchfluss des ersten Hauptströmungskanals in die Kanalverbindungsleitung.
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Die Verschlusskappe wirkt mit oder ohne die Durchgangslöcher derart, dass sie Druck innerhalb des ersten Hauptströmungskanals aufbaut, um die Bildung der Prallstrahlen, die aus dem ersten Hauptströmungskanal über Pralllöcher des ersten Pralleinsatzes ausgestoßen werden, zu erleichtern.
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Der Einlass der Kanalverbindungsleitung kann jeden eines Auslasses des ersten Hauptströmungskanals und eines Auslasses des ersten Peripherieströmungskanals umfassen oder erfassen. Mit anderen Worten strömt die Kühlluft, die aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals und dem Auslass des ersten Peripherieströmungskanals strömt, in den Einlass der Kanalverbindungsleitung.
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Der Auslass der Kanalverbindungsleitung kann einen Einlass des zweiten Hauptströmungskanals umfassen, ohne einen Einlass des zweiten Peripherieströmungskanals zu umfassen. Mit anderen Worten kann die Kühlluft, die aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals und dem Auslass des ersten Peripherieströmungskanals in den Einlass der Kanalverbindungsleitung strömt, über die Kanalverbindungsleitung lediglich in den Einlass des zweiten Hauptströmungskanals strömen.
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Zur weiteren Erläuterung muss die Kühlluft, die aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals und dem Auslass des ersten Peripherieströmungskanals in den Einlass der Kanalverbindungsleitung strömt, nicht über die Kanalverbindungsleitung in den Einlass des zweiten Peripherieströmungskanals strömen.
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Es lässt sich auch derart verstehen, dass der Einlass der Kanalverbindungsleitung sowohl mit dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals als auch dem Auslass des ersten Peripherieströmungskanals verbunden sein kann, um die Kühlluft sowohl vom ersten Hauptströmungskanal als auch vom ersten Peripherieströmungskanal zu empfangen, allerdings kann der Auslass der Kanalverbindungsleitung lediglich mit dem Einlass des zweiten Hauptströmungskanals verbunden sein, um die Kühlluft, die sowohl vom ersten Hauptströmungskanal als auch vom ersten Peripherieströmungskanal empfangen wird, lediglich in den zweiten Hauptströmungskanal und nicht in den zweiten Peripherieströmungskanal zu übermitteln oder zu liefern.
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Der Einlass des zweiten Peripherieströmungskanals kann abgedichtet sein. Zum Beispiel kann ein Flansch, der aus einer Außenfläche des zweiten Pralleinsatzes vorsteht, konfiguriert sein, den Einlass des zweiten Peripherieströmungskanals zu schließen oder abzudichten.
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Die Schaufelblattwand kann eine Druckseite und eine Sogseite enthalten, die sich bei einer Vorderkante und einer Hinterkante treffen und einen Innenraum des Schaufelblatts definieren.
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Das Schaufelblatt kann mindestens einen Steg enthalten, der im Innenraum des Schaufelblatts angeordnet ist und sich zwischen der Druckseite und der Sogseite erstreckt.
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Der erste Kühlkanal und/oder der zweite Kühlkanal können durch den mindestens einen Steg und die Druckseite und/oder die Sogseite definiert sein.
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Die Strömungsmaschinenkomponente kann eine Plattform enthalten, von der sich das Schaufelblatt erstreckt. Der Einlass und der Auslass der Kanalverbindungsleitung, der Auslass des ersten Kühlkanals und der Einlass des zweiten Kühlkanals sind bei der Plattform angeordnet.
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Die Strömungsmaschinenkomponente kann einen Dichtungsring enthalten, der konfiguriert ist, zwischen dem Einlass der Kanalverbindungsleitung und dem Auslass des ersten Kühlkanals positioniert zu sein.
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Die Kanalverbindungsleitung kann einen gebogenen Abschnitt enthalten, der zwischen dem Einlass und dem Auslass der Kanalverbindungsleitung eine U-Form besitzt. Die Kühlluft, die in den Einlass der Kanalverbindungsleitung aufgenommen wird, kann lediglich aus dem Auslass der Kanalverbindungsleitung strömen.
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Die Kanalverbindungsleitung kann einen Erweiterungsabschnitt enthalten, der sich aus dem Auslass der Kanalverbindungsleitung in einer dem Einlass der Kanalverbindungsleitung entgegengesetzten Richtung horizontal erstreckt. Der zweite Pralleinsatz kann einen Aufnahmeabschnitt enthalten. Der Aufnahmeabschnitt kann eine Form besitzen, die dem Erweiterungsabschnitt entspricht oder zu ihm komplementär ist. Der Aufnahmeabschnitt und der Erweiterungsabschnitt sind konfiguriert, mechanisch aneinander gekoppelt zu sein.
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Der zweite Kühlkanal kann sich bei der Hinterkante des Schaufelblatts befinden.
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Der erste Kühlkanal kann sich zwischen der Vorderkante des Schaufelblatts und der Hinterkante des Schaufelblatts in Bezug auf eine Profilmittellinie des Schaufelblatts befinden.
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Die Strömungsmaschinenkomponente kann eine Schaufel einer Gasturbine sein.
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Die Strömungsmaschinenkomponente kann ein Rotorblatt einer Gasturbine sein.
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In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Technik wird eine Strömungsmaschinenanordnung präsentiert. Die Strömungsmaschinenanordnung kann unter mehreren Strömungsmaschinenkomponenten mindestens eine Strömungsmaschinenkomponente gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Technik, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, enthalten. Ein Beispiel der Strömungsmaschinenanordnung kann eine Schaufelanordnung oder eine Schaufelstufe sein. Die Schaufelanordnung oder die Schaufelstufe kann im Turbinenabschnitt der Gasturbine angeordnet sein.
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In einem dritten Aspekt der vorliegenden Technik wird eine Gasturbine präsentiert. Die Gasturbine enthält eine Strömungsmaschinenanordnung. Die Strömungsmaschinenanordnung kann gemäß dem oben beschriebenen zweiten Aspekt der vorliegenden Technik sein.
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Die Strömungsmaschinenanordnung kann in einem Turbinenabschnitt der Gasturbine positioniert sein.
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Der Turbinenabschnitt kann ein Innengehäuse und ein Außengehäuse enthalten, die zwischen sich mindestens einen Abschnitt eines Heißgaspfads definieren. Der Heißgaspfad kann im Allgemeinen eine ringförmige Form aufweisen. Das Innengehäuse kann radial nach innen vom Außengehäuse angeordnet sein.
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Die Strömungsmaschinenkomponente kann eine Schaufel sein, die mit dem Innen- und dem Außengehäuse verbunden oder bei ihm angeordnet ist. Das Schaufelblatt der Schaufel kann in dem Abschnitt des Heißgaspfads angeordnet sein.
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Der Auslass des ersten Kühlkanals, der Einlass des zweiten Kühlkanals und die Kanalverbindungsleitung können beim Innengehäuse vom Schaufelblatt radial nach innen positioniert sein.
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Alternativ können der Auslass des ersten Kühlkanals, der Einlass des zweiten Kühlkanals und die Kanalverbindungsleitung beim Außengehäuse vom Schaufelblatt radial nach außen positioniert sein.
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Alternativ kann die Gasturbine mindestens zwei Kanalverbindungsleitungen besitzen. Eine der mindestens zwei Kanalverbindungsleitungen, z. B. eine erste Kanalverbindungsleitung, kann zusammen mit dem Auslass des ersten Kühlkanals und dem Einlass des zweiten Kühlkanals, mit dem die erste Kanalverbindungsleitung verbunden ist, beim Innengehäuse vom Schaufelblatt radial nach innen positioniert sein; und eine weitere der mindestens zwei Kanalverbindungsleitungen, z. B. eine zweite Kanalverbindungsleitung, kann zusammen mit dem Auslass des ersten Kühlkanals und dem Einlass des zweiten Kühlkanals, mit dem die zweite Kanalverbindungsleitung verbunden ist, beim Außengehäuse vom Schaufelblatt radial nach außen positioniert sein.
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Es kann erwähnt werden, dass in der vorliegenden Technik ‚Einlass‘ und ‚Auslass‘ in Bezug auf den Kühlluftdurchfluss verwendet werden, d. h. Einlass bedeutet Einlass für Kühlluft und Auslass bedeutet Auslass für Kühlluft, sofern es nicht anders angegeben ist.
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Durch Verwendung im zweiten Kühlkanal wird die Kühlluft, die im ersten Peripherieströmungskanal bereits verwendet worden ist, um Prallstrahlen zu bilden, wiederverwendet, was zum Kühlen sowie zum Erhöhen des Wirkungsgrads der Gasturbine vorteilhaft ist.
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Darüber hinaus wird dann, wenn die Kühlluft, die aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals und dem Auslass des ersten Peripherieströmungskanals in den Einlass der Kanalverbindungsleitung strömt, lediglich über die Kanalverbindungsleitung in den Einlass des zweiten Hauptströmungskanals strömen kann, die Kühlluft wiederverwendet, um Prallstrahlen über die Pralllöcher des zweiten Pralleinsatzes zu bilden. Außerdem können stärkere Prallstrahlen über die Pralllöcher des zweiten Pralleinsatzes ausgestoßen werden, die im Allgemeinen den Kühlwirkungsgrad erhöhen und die auch der Wirkung von umgebenden Querströmen im zweiten Peripherieströmungskanal begegnen.
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Außerdem wird, da die Kühlluft, die aus dem Auslass des ersten Hauptströmungskanals und dem Auslass des ersten Peripherieströmungskanals in den Einlass der Kanalverbindungsleitung strömt, nicht über die Kanalverbindungsleitung in den Einlass des zweiten Peripherieströmungskanals strömen muss, die Wirkung eines Querstroms, der aufgrund der Kühlluft, die in den zweiten Peripherieströmungskanal bei seinem Einlass eintritt, entstehen kann, vermieden.
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Die oben erwähnten Eigenschaften und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Technik und der Weise, sie zu erreichen, werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Technik in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher werden und die vorliegende Technik selbst wird besser verstanden werden; es zeigen:
- 1 einen Teil einer Gasturbine, in den eine Strömungsmaschinenkomponente der vorliegenden Technik aufgenommen ist, in einer Schnittansicht;
- 2A eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte Ausführungsform einer Strömungsmaschinenkomponente gemäß der vorliegenden Technik, die durch eine Schaufel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technik veranschaulicht wird, veranschaulicht;
- 2B eine Querschnittansicht entlang der Linie I-I in 2A;
- 3A schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der Strömungsmaschinenkomponente gemäß der vorliegenden Technik;
- 3B schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Strömungsmaschinenkomponente gemäß der vorliegenden Technik;
- 4A schematisch eine Kanalverbindungsleitung gemäß der vorliegenden Technik;
- 4B schematisch eine vergrößerte Ansicht der Kanalverbindungsleitung gemäß der vorliegenden Technik;
- 5A schematisch eine Beziehung zwischen einem Einlass und einem Auslass der Kanalverbindungsleitung mit einem ersten und einem zweiten Kühlkanal gemäß der vorliegenden Technik;
- 5B eine weitere schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Einlass und dem Auslass der Kanalverbindungsleitung mit dem ersten und dem zweiten Kühlkanal gemäß der vorliegenden Technik darstellt;
- 6 schematisch den Betrieb der vorliegenden Technik;
- 7 schematisch weitere Aspekte beispielhafter Ausführungsformen der Strömungsmaschinenkomponente der vorliegenden Technik und außerdem schematisch eine beispielhafte Ausführungsform, die ein Verfahren zum Zusammensetzen der Kanalverbindungsleitung mit dem ersten und dem zweiten Kühlkanal zeigt;
- 8 schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der Strömungsmaschinenkomponente gemäß der vorliegenden Technik, wobei ein Auslass des ersten Hauptströmungskanals vollständig abgedichtet ist; und
- 9 schematisch eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Strömungsmaschinenkomponente gemäß der vorliegenden Technik, wobei ein Auslass des ersten Hauptströmungskanals teilweise abgedichtet ist; in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Technik.
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Im Folgenden werden oben erwähnte und weitere Merkmale der vorliegenden Technik genau beschrieben. Verschiedene Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobei im Verlauf ähnliche Bezugszeichen verwendet werden, um auf ähnliche Elemente Bezug zu nehmen. In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein genaues Verständnis einer oder mehrerer Ausführungsformen zu schaffen. Es kann festgehalten werden, dass die veranschaulichten Ausführungsformen vorgesehen sind, um die Erfindung zu erläutern, und nicht, um sie zu beschränken. Es kann offensichtlich sein, dass derartige Ausführungsformen ohne diese spezifischen Details praktiziert werden können.
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1 zeigt ein Beispiel einer Gasturbine 10 in einer Schnittansicht. Die Gasturbine 10 kann in der Durchflussfolge einen Einlass 12, einen Kompressor oder einen Kompressorabschnitt 14, einen Verbrennungsvorrichtungsabschnitt 16 und einen Turbinenabschnitt 18 umfassen, die im Allgemeinen in der Durchflussfolge und im Allgemeinen um und in Richtung einer Längs- oder Drehachse 20 angeordnet sind. Die Gasturbine 10 kann ferner eine Welle 22 umfassen, die um die Drehachse 20 drehbar ist und die sich der Länge nach durch die Gasturbine 10 erstreckt. Die Welle 22 kann den Turbinenabschnitt 18 mit dem Kompressorabschnitt 14 antreibend verbinden.
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Im Betrieb der Gasturbine 10 wird Luft 24, die durch den Lufteinlass 12 aufgenommen wird, durch den Kompressorabschnitt 14 komprimiert und zu dem Verbrennungsabschnitt oder dem Brennerabschnitt 16 übermittelt. Der Brennerabschnitt 16 kann einen Brennerraum 26, eine oder mehrere Brennkammern 28 und mindestens einen Brenner 30, der an jeder Brennkammer 28 befestigt ist, umfassen. Die Brennkammern 28 und die Brenner 30 können sich im Brennerraum 26 befinden. Die Druckluft, die den Kompressor 14 durchläuft, kann in einen Diffusor 32 eintreten und kann aus dem Diffusor 32 in den Brennerraum 26 ausgestoßen werden, von wo ein Teil der Luft in den Brenner 30 eintreten kann und mit einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff gemischt wird. Das Luft/Brennstoff-Gemisch wird dann verbrannt und das Verbrennungsgas 34 oder das Arbeitsgas aus der Verbrennung wird über einen Übergangskanal 17 durch die Brennkammer 28 zum Turbinenabschnitt 18 geleitet.
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Diese beispielhafte Gasturbine 10 kann eine rohrförmige Verbrennungsvorrichtungsabschnittanordnung 16 besitzen, die durch eine ringförmige Anordnung von Verbrennungsvorrichtungsrohren 19, die jeweils den Brenner 30 und die Brennkammer 28 besitzen, gebildet ist, wobei der Übergangskanal 17 einen im Allgemeinen kreisförmigen Einlass, der an die Brennkammer 28 koppelt, und einen Auslass in Form eines ringförmigen Segments besitzt. Eine ringförmige Anordnung von Übergangskanalauslässen kann einen Ringraum zum Leiten der Verbrennungsgase zur Turbine 18 bilden.
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Der Turbinenabschnitt 18 kann mehrere Rotorblattträgerscheiben 36 umfassen, die an der Welle 22 angebracht sind. Im vorliegenden Beispiel werden zwei Scheiben 36, die jeweils eine ringförmige Anordnung von Turbinenschaufeln 38 tragen, dargestellt. Allerdings kann die Anzahl von Rotorblattträgerscheiben verschieden, d. h. lediglich eine Scheibe oder mehr als zwei Scheiben sein. Zusätzlich können Leitschaufeln 40, die an einem Stator 42 der Gasturbine 10 befestigt sind, zwischen den Stufen von ringförmigen Anordnungen von Turbinenschaufeln 38 angeordnet sein. Zwischen dem Ausgang der Brennkammer 28 und den vorlaufenden Turbinenschaufeln 38 können Einlassleitschaufeln 44 vorgesehen sein und den Strom des Arbeitsgases auf die Turbinenschaufeln 38 umlenken.
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Das Verbrennungsgas aus der Brennkammer 28 tritt in den Turbinenabschnitt 18 ein und steuert die Turbinenschaufeln 38, die wiederum die Welle 22 drehen, an. Die Leitschaufeln 40, 44 dienen dazu, den Winkel des Verbrennungs- oder Arbeitsgases an den Turbinenschaufeln 38 zu optimieren.
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Der Turbinenabschnitt 18 steuert den Kompressorabschnitt 14 an. Der Kompressorabschnitt 14 umfasst eine axiale Reihe von Schaufelstufen 46 und Rotorblattstufen 48. Der Rotorblattstufen 48 können eine Rotorscheibe umfassen, die eine ringförmige Anordnung von Rotorblättern trägt. Der Kompressorabschnitt 14 kann auch ein Gehäuse 50 umfassen, das die Rotorstufen umgibt und die Schaufelstufen 48 trägt. Die Leitschaufelstufen können eine ringförmige Anordnung von radial verlaufenden Schaufeln, die am Gehäuse 50 montiert sind, enthalten. Die Schaufeln sind vorgesehen, um einen Gasdurchfluss in einem optimalen Winkel für die Rotorblätter bei einem gegebenen Gasturbinenbetriebspunkt zu präsentieren. Einige der Leitschaufelstufen können veränderbare Schaufeln besitzen, wobei der Winkel der Schaufeln um ihre eigene Längsachse für Winkel gemäß Luftdurchflusseigenschaften, die bei verschiedenen Gasturbinenbetriebsbedingungen auftreten können, angepasst werden kann. Das Gehäuse 50 kann eine radiale Außenfläche 52 des Durchgangs 56 des Kompressors 14 definieren. Eine radiale Innenfläche 54 des Durchgangs 56 kann mindestens teilweise durch eine Rotortrommel 53 des Rotors, der teilweise durch die ringförmige Anordnung von Rotorblättern 48 definiert sein kann, definiert werden.
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Die vorliegende Technik wird unter Bezugnahme auf die oben beschriebene beispielhafte Gasturbine, die eine einzelne Welle oder Spule besitzt, die einen einzelnen mehrstufigen Kompressor und eine einzelne ein- oder mehrstufige Turbine verbindet, beschrieben. Allerdings ist zu bedenken, dass die vorliegende Technik auf Gasturbinen mit zwei oder drei Wellen ebenso anwendbar ist und für Industrie-, Luftfahrt- oder Marine-Anwendungen verwendet werden kann.
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Die Ausdrücke stromaufwärts und stromabwärts beziehen sich auf die Strömungsrichtung des Luftdurchflusses und/oder des Arbeitsgasdurchflusses durch die Gasturbine, sofern es nicht anders angegeben ist. Die Ausdrücke vorwärts und rückwärts beziehen sich auf den allgemeinen Durchfluss von Gas durch die Gasturbine. Die Ausdrücke axial, radial und in Umfangsrichtung werden unter Bezugnahme auf die Drehachse 20 der Gasturbine verwendet, sofern es nicht anders angegeben ist.
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In der vorliegenden Technik wird eine Strömungsmaschinenkomponente 1 präsentiert, die ein Schaufelblatt 100 enthält - wie z. B. in 2A und 2B gezeigt ist. Die Strömungsmaschinenkomponente 1 der vorliegenden Technik kann die Schaufel 40,44 der Gasturbine 10 sein, die im Vorhergehenden beschrieben ist, sofern es nicht anders angegeben ist. Die Strömungsmaschinenkomponente 1 der vorliegenden Technik kann das Rotorblatt 38 der Gasturbine 10 sein, das im Vorhergehenden beschrieben ist, sofern es nicht anders angegeben ist. Im Folgenden wurde aus Gründen der Einfachheit und der Kürze und nicht dazu bestimmt, eine Einschränkung zu sein, sofern es nicht anders angegeben ist, die Strömungsmaschinenkomponente 1 veranschaulicht und auch als eine Schaufel der Gasturbine bezeichnet, allerdings kann erwähnt werden, dass die Strömungsmaschinenkomponente 1 gemäß der vorliegenden Technik auch eine weitere Strömungsmaschinenkomponente 1, die ein Schaufelblatt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Technik enthält, sein kann.
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2A und 2B stellen schematisch ein Beispiel einer Strömungsmaschinenkomponente 1, die durch eine Schaufel 40, 44 der Gasturbine veranschaulicht wird, dar.
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Die Strömungsmaschinenkomponente 1 kann eine Plattform 201, d. h. eine erste Plattform 201, eine weitere Plattform 202, d. h. eine zweite Plattform 201, und ein Schaufelblatt 100, das sich zwischen den Plattformen 201 und 202 erstreckt, enthalten. Die Plattformen 201, 202 können umlaufend verlaufen, wenn sie in der Gasturbine 10 installiert sind.
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Das Schaufelblatt 100 enthält eine Schaufelblattwand 101. Die Schaufelblattwand 101 kann eine Druckseite 102 (die auch als Druckfläche oder konkave Oberfläche/Seite bezeichnet wird) und eine Sogseite 104 (die auch als Sogseite oder konvexe Oberfläche/Seite bezeichnet wird) enthalten. Die Druckseite 102 und die Sogseite 104 treffen einander bei einer Vorderkante 106 und einer Hinterkante 108 des Schaufelblatts 100.
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Eine Erstreckungsrichtung des Schaufelblatts 100 zwischen den Plattformen 201 und 202 kann eine Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 repräsentieren. Im Allgemeinen kann die Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 als Spannweitenrichtung des Schaufelblatts 100 verstanden werden.
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Die Schaufelblattwand 101 definiert einen Innenraum 100s des Schaufelblatts 100. Genauer definieren die Druckseite 102, die Sogseite 104, die Vorderkante 106 und die Hinterkante 108 ein Innenraum 100s des Schaufelblatts 100. Der Innenraum 100s des Schaufelblatts 100 kann ferner durch die Plattformen 201, 202 beschränkt sein.
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Im Innenraum 100s des Schaufelblatts 100 kann mindestens ein Steg 60 angeordnet sein. Der Steg 60 kann zwischen der Druckseite 102 und der Sogseite 104 verlaufen. Genauer kann jeder Steg 60 zwischen einer Innenfläche der Schaufelblattwand 101 bei der Druckseite 102 des Schaufelblatts 100 und einer Innenfläche der Schaufelblattwand 101 bei der Sogseite 104 des Schaufelblatts 100 verlaufen. Es kann erwähnt werden, dass, obwohl das Beispiel von 2A und 2B beispielhaft zwei derartige Stege 60 zeigt, das Schaufelblatt 100 1 oder 3 oder mehr Stege 60 besitzen kann. Jeder Steg 60 kann mit der Druckseite 102 und der Sogseite 104 verbunden sein. Genauer kann jeder Steg 60 mit der Innenfläche des Druckseitenabschnitts der Schaufelblattwand 101 und der Innenfläche des Sogseitenabschnitts der Schaufelblattwand 101 verbunden sein.
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Die Wand des Schaufelblatts 100, das die Druckseite 102 und die Sogseite 104 enthält und die Vorderkante 106 und die Hinterkante 108 definiert, kann auch als die außenliegende Wand des Schaufelblatts 100 oder als die Primärwand des Schaufelblatts 100 bezeichnet werden und wurde in der vorliegenden Technik als die Schaufelblattwand 101 bezeichnet. Die Primärwand des Schaufelblatts 100 definiert die äußere Erscheinungsform des Schaufelblatts oder definiert mit anderen Worten die Schaufelblattform.
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Jeder Steg 60 kann auch derart verstanden werden, dass er durch eine Wand gebildet ist, allerdings ist die Wand, die den Steg 60 bildet, von der Primärwand verschieden, d. h. ist von der Schaufelblattwand 101 verschieden und kann als die Innenwand oder die Sekundärwand des Schaufelblatts 100 bezeichnet werden. Der Steg 60 kann derart verstanden werden, dass er die Schaufelblattwand 101 des Schaufelblatts 100 vollständig umgibt.
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Wie in den Beispielen von 2A und 2B gezeigt ist, kann der Innenraum 100s des Schaufelblatts 100 mehrere Kühlkanäle 70, 71, 72 enthalten, um einen Kühlluftdurchfluss 5 durch sie zu ermöglichen - z. B. einen ersten Kühlkanal 71 und einen zweiten Kühlkanal 72, die einander benachbart angeordnet sein können. Die Kühlkanäle 70, 71, 72 können als Unterteilungen des Innenraums 100s des Schaufelblatts 100, die durch die Stege 60 geschaffen werden, verstanden werden.
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Es kann erwähnt werden, dass, obwohl das Beispiel von 2B beispielhaft drei derartige Kühlkanäle 70, 71, 72 zeigt, das Schaufelblatt 100 1 oder 2 oder 4 oder mehr Kühlkanäle besitzen kann. Die Kühlluft 5 kann in einem oder mehreren Kühlkanälen 70, 71 von außerhalb des Schaufelblatts 100 z. B. durch Kühlluftströmungswege (die nicht gezeigt sind), die durch die Plattformen 201, 202 gebildet sind, vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich zum oben Beschriebenen kann die Kühlluft 5 in den Kühlkanal, z. B. in den zweiten Kühlkanal 72, von einem weiteren Kühlkanal 71, d. h. dem ersten Kühlkanal 71 des Schaufelblatts 100 geliefert werden. Kurz gesagt kann Kühlluft 5 über einen Einlass des ersten Kühlkanals 71 in den ersten Kühlkanal 71 eintreten, dann im Wesentlichen in der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 in den ersten Kühlkanal 71 strömen und dann eine Kehrtwende vornehmen und dann in den zweiten Kühlkanal 72 eintreten und dann im Wesentlichen in der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 in den zweiten Kühlkanal 71 strömen. Es kann erwähnt werden, dass in einem derartigen Durchflussschema eine Strömungsrichtung der Kühlluft, die im ersten Kühlkanal 71 im Wesentlichen in der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 strömt, einer Strömungsrichtung der Kühlluft, die im zweiten Kühlkanal 72 im Wesentlichen in der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 strömt, entgegengesetzt sein kann.
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Die Kühlkanäle können in der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100 verlaufen, wie in den Beispielen von 2A gezeigt ist. Wie im Beispiel von 2A und 2B gezeigt ist, kann jeder Kühlkanal 70, 71, 72 durch einen oder mehrere Stege 60 und die Druckseite 102 und die Sogseite 104 definiert sein. Das Beispiel von 2A und 2B zeigt einen Vorderkantenkühlkanal 70, der durch einen Steg 60, einen Abschnitt der Druckseite 102, einen Abschnitt der Sogseite 104 und die Vorderkante 106 definiert ist. Das Beispiel von 2B zeigt außerdem einen zweiten Kühlkanal 72, der durch einen Steg 60, einen Abschnitt der Druckseite 102, einen Abschnitt der Sogseite 104 und die Hinterkante 108 definiert ist. Darüber hinaus zeigt das Beispiel von 2B einen ersten Kühlkanal 71, der durch zwei benachbarte Stege 60, die einander zugewandt sind, einen Abschnitt der Druckseite 102 und einen Abschnitt der Sogseite 104 definiert ist.
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Wie im Beispiel von 2B, das einen Querschnitt der Strömungsmaschinenkomponente 1 entlang der Linie I-I in 2A schematisch repräsentiert, gezeigt ist, kann das Schaufelblatt 100 ferner mehrere Pralleinsätze 80, 81, 82 (die im Folgenden auch als Einsätze bezeichnet werden), die jeweils in die Kühlkanäle 70, 71, 72 eingesetzt sind, enthalten, obwohl das im Beispiel von 2A nicht dargestellt ist. Wie in 2B gezeigt ist, kann jeder Pralleinsatz 80, 81, 82 ein oder mehrere Pralllöcher 85 zum Ausstoßen von Prallstrahlen 86 (die in 3A und 3B gezeigt sind) von Kühlluft 5 zu der Druckseite 102 und/oder der Sogseite 104 des Schaufelblatts 100 und/oder zu der Vorderkante 106 und/oder zu der Hinterkante 108 des Schaufelblatts 100 zum Zweck des Kühlens enthalten.
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Die Pralleinsätze können im Allgemeinen als eine Komponente verstanden werden, die in den Kühlkanal eingesetzt ist und ein oder mehrere Pralllöcher enthält, um Prallstrahlen von Kühlluft zur Innenfläche der Schaufelblattwand, bevorzugt zu der Druckseite 102 und/oder der Sogseite 104 des Schaufelblatts 100 und/oder zu der Vorderkante 106 und/oder der Hinterkante 108 des Schaufelblatts 100 zum Zweck des Auftreffen auf die Innenfläche des Schaufelblatts 100 auszustoßen, um eine Kühlung der Innenfläche des Schaufelblatts 100 bereitzustellen.
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Wie in 2B und auch in 3A und 3B gezeigt ist, enthält die Strömungsmaschinenkomponente 1 einen ersten Pralleinsatz 81 (der im Folgenden auch als der erste Einsatz 81 bezeichnet wird), der in den ersten Kühlkanal 71 eingesetzt ist. Der erste Einsatz 81 definiert im ersten Kühlkanal 71 einen ersten Hauptströmungskanal 71m und mindestens einen ersten Peripherieströmungskanal 71p. Mit anderen Worten unterteilt der erste Einsatz 81 den ersten Kühlkanal 71 in einen ersten Hauptströmungskanal 71m und mindestens einen ersten Peripherieströmungskanal 71p. Der eine erste Peripherieströmungskanal 71p wird durch eine von der Druckseite 102 und/oder der Sogseite 104 beabstandete Positionierung des ersten Einsatzes 81 erstellt, wodurch der erste Peripherieströmungskanals 71p dazwischen erstellt wird.
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Die Anzahl von Peripherie- und/oder Hauptströmungskanälen kann sich abhängig von der Anzahl und/oder der Anordnung der Einsätze, die in einen gegebenen Kühlkanal eingesetzt sind, unterscheiden. Zum Beispiel wird, wie in 3B gezeigt ist, der erste Einsatz 81 derart positioniert, dass er von der Druckseite 102, der Sogseite 104 und den Stegen 60 beabstandet ist, wodurch er einen ersten Hauptströmungskanal 71m und einen ersten Peripherieströmungskanal 71p, der peripher um den ersten Hauptströmungskanal 71m angeordnet ist, definiert. Eine oder beide Seiten des ersten Einsatzes 81, die den Stegen 60 zugewandt sind, können auch Pralllöcher enthalten. Alternativ wird, wie in 2B und 3A gezeigt ist, der erste Einsatz 81 derart positioniert, dass er von der Druckseite 102 und der Sogseite 104 beabstandet ist, allerdings in Kontakt mit den Stegen 60 ist, wodurch ein erster Hauptströmungskanal 71m und zwei erste Peripherieströmungskanäle 71p, die peripher um den ersten Hauptströmungskanal 71m angeordnet sind, definiert werden.
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Der erste Hauptströmungskanal 71m leitet den Kühlluftdurchfluss 5 in der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100. Der mindestens eine erste Peripherieströmungskanal 71p nimmt Prallstrahlen 86 auf, die aus dem ersten Hauptströmungskanal 71m über die Pralllöcher 85 des ersten Pralleinsatzes 81 ausgestoßen werden. Die Prallstrahlen 86 können auf die Schaufelblattwand 101 gerichtet sein.
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Die Strömungsmaschinenkomponente 1 kann einen zweiten Pralleinsatz 82 (der im Folgenden auch als der zweite Einsatz 82 bezeichnet wird), der in den zweiten Kühlkanal 72 eingesetzt ist, enthalten. Der zweite Pralleinsatz 82 definiert im zweiten Kühlkanal 72 einen zweiten Hauptströmungskanal 72m und mindestens einen zweiten Peripherieströmungskanal 72p. Mit anderen Worten unterteilt der zweite Pralleinsatz 82 den zweiten Kühlkanal 72 in einen zweiten Hauptströmungskanal 72m und mindestens einen zweiten Peripherieströmungskanal 72p. Der eine zweite Peripherieströmungskanal 72p wird durch Positionieren des zweiten Einsatzes 82 beabstandet von der Druckseite 102 und/oder der Sogseite 104 erstellt, wodurch der zweite Peripherieströmungskanal 72p dazwischen erstellt wird.
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Abhängig von der Anzahl und/oder der Anordnung der Einsätze, die in einen gegebenen Kühlkanal eingesetzt sind, kann sich die Anzahl von Peripherie- und/oder Hauptströmungskanälen unterscheiden. Zum Beispiel wird, wie in 3B gezeigt ist, der zweite Einsatz 82 derart positioniert, dass er von der Druckseite 102, der Sogseite 104, dem Steg 60 und der Hinterkante 108 beabstandet ist, wodurch ein zweiter Hauptströmungskanal 72m und ein zweiter Peripherieströmungskanal 72p, der peripher um den zweiten Hauptströmungskanal 72m angeordnet ist, definiert wird. Die Seite des zweiten Einsatzes 82, die dem Steg 60 zugewandt ist, und/oder die Seite des zweiten Einsatzes 82, die der Hinterkante 108 zugewandt ist, können außerdem Pralllöcher enthalten. Alternativ ist, wie in 2B und 3A gezeigt ist, der zweite Einsatz 82 derart positioniert, dass er von der Druckseite 102 und der Sogseite 104 beabstandet ist, allerdings mit dem Steg 60 und der Hinterkante 108 in Kontakt ist, wodurch ein zweiter Hauptströmungskanal 72m und zwei zweite Peripherieströmungskanäle 72p, die peripher um den zweiten Hauptströmungskanal 72m angeordnet sind, definiert werden.
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Der zweite Hauptströmungskanal 72m leitet den Kühlluftdurchfluss 5 in der Längsrichtung A des Schaufelblatts 100. Der mindestens eine zweite Peripherieströmungskanal 72p nimmt Prallstrahlen 86 auf, die aus dem zweiten Hauptströmungskanal 72m über Pralllöcher 85 des zweiten Pralleinsatzes 82 ausgestoßen werden. Die Prallstrahlen 86 können auf die Schaufelblattwand 101 gerichtet sein.
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Wie in 4A und 4B gezeigt ist, enthält die Strömungsmaschinenkomponente 1 eine Kanalverbindungsleitung 90, die konfiguriert ist, einen Kühlluftdurchfluss 5 vom ersten Kühlkanal 71 zum zweiten Kühlkanal 72 zu leiten. Die Kanalverbindungsleitung 90 enthält einen Einlass 90a, der mit einem Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 verbunden ist. Die Kanalverbindungsleitung 90 enthält einen Auslass 90b, der mit einem Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72 verbunden ist. Ein Einlass (der nicht gezeigt ist) des ersten Kühlkanals 71 und ein Auslass (der nicht gezeigt ist) des zweiten Kühlkanals 72 können sich auf der weiteren Seite des Schaufelblatts in der Richtung A befinden. Dies ermöglicht ein Wiederverwenden von Kühlluft, die im ersten Kühlkanal 71 verwendet wurde, im zweiten Kühlkanal 72.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 5A und 5B ein weiterer Aspekt der vorliegenden Technik erläutert.
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Wie in 5A und 5B gezeigt ist, kann der erste Hauptströmungskanal 71m bei einer Innenseite des ersten Pralleinsatzes 81 angeordnet sein. Der erste Hauptströmungskanal 71m kann einen ersten Hauptströmungskanalauslass 71mb enthalten. Der erste Hauptströmungskanal 71m kann einen Einlass (der nicht gezeigt ist), der auf einer weiteren Seite (in Richtung A) des Schaufelblatts gebildet ist, enthalten. Die Kühlluft tritt durch den Einlass in den ersten Hauptströmungskanal 71m ein und strömt im Wesentlichen entlang Richtung A zum ersten Hauptströmungskanalauslass 71mb. Während des Strömens vom Einlass des ersten Hauptströmungskanals 71m zum ersten Hauptströmungskanalauslass 71mb im ersten Hauptströmungskanal 71m kommt die Kühlluft mit den Pralllöchern 85 in Berührung und ein Teil der Kühlluft, d. h. ein Anteil der Kühlluft, wird aus den Pralllöchern 85 über die Pralllöcher 85 in Form von Prallstrahlen 86 in den ersten Peripherieströmungskanal 71p ausgestoßen. Die verbleibende Kühlluft, d. h. die Kühlluft, die nicht als Prallstrahlen ausgestoßen wurde, läuft weiter und erreicht den ersten Hauptströmungskanalauslass 71mb.
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Wie in 5A und 5B gezeigt ist, enthält der mindestens eine erste Peripherieströmungskanal 71p einen ersten Peripherieströmungskanalauslass 71pb. Die Kühlluft, die von den Prallstrahlen in den ersten Peripherieströmungskanal 71p ausgestoßen wird, strömt in den ersten Peripherieströmungskanal 71p zum ersten Peripherieströmungskanalauslass 71pb. Der erste Peripherieströmungskanalauslass 71pb kann zum Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 angeordnet sein. Der erste Peripherieströmungskanal 71p kann einen Einlass (der nicht gezeigt ist) auf einer weiteren Seite (in Richtung A) des Schaufelblatts enthalten. Alternativ kann der Einlass des ersten Peripherieströmungskanals 71p derart geschlossen oder abgedichtet sein, dass der einzige Weg von Kühlluft, die in den ersten Peripherieströmungskanal 71p strömt, durch Prallstrahlen 86 ist. Mit anderen Worten kann der erste Peripherieströmungskanal 71p lediglich eine Öffnung außer den Pralllöchern 85, die mit einer Außenseite des ersten Peripherieströmungskanals 71p fluidtechnisch verbunden sind, besitzen - diese eine Öffnung kann der erste Peripherieströmungskanalauslass 71pb sein.
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Die Kühlluft im ersten Peripherieströmungskanal 71p, die z. B. von den Prallstrahlen 86 in den ersten Peripherieströmungskanal 71p ausgestoßen wird, strömt in den ersten Peripherieströmungskanal 71p zum ersten Peripherieströmungskanalauslass 71pb.
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Wie in 5A und 5B (mit Hilfe gepunkteter Linien) schematisch dargestellt ist, kann der Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 jeden des Auslasses 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m und des Auslasses 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p umfassen oder erfassen. Mit anderen Worten strömt die Kühlluft 5, die aus dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m und dem Auslass 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p strömt, in den Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90. 6 Abschnitt M zeigt die Kühlluft 5p1, die im ersten Peripherieströmungskanal 71p strömt und aus dem Auslass 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p strömt, sowie die Kühlluft 5m1, die im ersten Hauptströmungskanal 71m strömt und aus dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m strömt - sowohl die Kühlluft 5pl als auch die Kühlluft 5m1 strömen in den Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90.
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Gemäß der vorliegenden Technik und wie in 5A und 5B dargestellt ist, kann der Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90 einen Einlass 72ma des zweiten Hauptströmungskanals 72m umfassen, ohne einen Einlass 72pa des zweiten Peripherieströmungskanals 72p zu umfassen, wie auch in 6 Abschnitt N gezeigt ist. Mit anderen Worten kann, wie in 6 Abschnitt N gezeigt ist, die Kühlluft 5, die aus dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m und dem Auslass 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p in den Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 strömt, über die Kanalverbindungsleitung 90 in Form von Kühlluft 5c lediglich in den Einlass 72ma des zweiten Hauptströmungskanals 72m strömen.
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Wie in 6 Abschnitt N gezeigt ist, muss die Kühlluft 5, die aus dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m und dem Auslass 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p in den Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 strömt, nicht über die Kanalverbindungsleitung 90 in den Einlass 72pa des zweiten Peripherieströmungskanals 72p strömen.
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Wie in 6 Abschnitt M (in 6 ist der Abschnitt, der mit ‚M‘ markiert ist, ein Querschnitt bei der Linie M-M, die im Schaufelblatt im oberen Abschnitt von 6 gezeigt ist) und 6 Abschnitt N (in 6 ist der Abschnitt, der mit ‚N‘ markiert ist, ein Querschnitt bei der Linie N-N, die im Schaufelblatt im oberen Abschnitt von 6 gezeigt ist) gezeigt ist, kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Technik der Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 sowohl mit dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m als auch mit dem Auslass 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p verbunden sein, um die Kühlluft 5m1 und 5pl sowohl vom ersten Hauptströmungskanal 71m als auch vom ersten Peripherieströmungskanal 71p zu empfangen, allerdings kann der Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90 lediglich mit dem Einlass 72ma des zweiten Hauptströmungskanals 72m verbunden sein, um die Kühlluft 5c, die sowohl vom ersten Hauptströmungskanal 71m als auch vom ersten Peripherieströmungskanals 71p aufgenommen wird, lediglich in den zweiten Hauptströmungskanal 72m und nicht in den zweiten Peripherieströmungskanal 72p zu übermitteln oder zuzuführen.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 ein weiterer Aspekt der vorliegenden Technik erläutert.
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Wie in 8, gezeigt ist, kann der Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m zum vollständigen Stoppen des Kühlluftdurchflusses 5m1 aus dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m in der Kanalverbindungsleitung 90 abgedichtet, z. B. vollständig abgedichtet, sein. Das Abdichten kann durch eine Verschlusskappe 81c erreicht werden. In einer Ausführungsform (die nicht gezeigt ist), kann die Verschlusskappe 81c innerhalb des ersten Hauptströmungskanals 71m angeordnet sein. Alternativ kann, wie in 8 gezeigt ist, die Verschlusskappe 81c beim Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m innerhalb oder außerhalb des ersten Hauptströmungskanals 71m angeordnet sein.
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Alternativ (was nicht gezeigt ist) kann der Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals teilweise abgedichtet sein, um den Kühlluftdurchfluss 5m1 aus dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m in die Kanalverbindungsleitung 90 teilweise zu stoppen. Das teilweise Abdichten kann durch eine Verschlusskappe (die nicht gezeigt ist), die den ersten Hauptströmungskanal 71mb teilweise blockiert, erreicht werden. Die Verschlusskappe kann innerhalb des ersten Hauptströmungskanals 71m oder beim Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m innerhalb oder außerhalb des ersten Hauptströmungskanals 71m angeordnet sein.
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Wie in 9 gezeigt ist, kann der Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m abgedichtet, z. B. teilweise abgedichtet, sein, um den Kühlluftdurchfluss 5m1 aus dem Auslass 71mb des ersten Hauptströmungskanals 71m in der Kanalverbindungsleitung 90 teilweise zu stoppen. Das teilweise Abdichten kann durch eine Verschlusskappe erreicht werden 81c, die ein oder mehrere Durchgangslöcher 81h umfasst. Die Verschlusskappe 81c kann innerhalb des ersten Hauptströmungskanals 71m oder beim Auslass des ersten Hauptströmungskanals 71mb innerhalb oder außerhalb des ersten Hauptströmungskanals 71m angeordnet sein. Das eine oder die mehreren Durchgangslöcher 81h ermöglichen einen Kühlluftdurchfluss 5m1 des ersten Hauptströmungskanals 71m in die Kanalverbindungsleitung 90.
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Die Verschlusskappe 81c wirkt mit oder ohne die Durchgangslöcher 81h derart, dass sie Druck innerhalb des ersten Hauptströmungskanals 71m aufbaut, um eine Bildung der Prallstrahlen, die aus dem ersten Hauptströmungskanal 71m über Pralllöcher des ersten Pralleinsatzes ausgestoßen werden, zu erleichtern.
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Als Ergebnis des Abdichtens wird, wie in 8 dargestellt ist, die gesamte Kühlluft, die in den ersten Hauptströmungskanal 71m eintritt, aus den Pralllöchern 85 in Form von Prallstrahlen 86 über die Pralllöcher 85 in den ersten Peripherieströmungskanal 71p ausgestoßen. Dann strömt die gesamte Kühlluft über den Auslass 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p in die Kanalverbindungsleitung 90 und wird dann in den zweiten Peripherieströmungskanal 72p eingeleitet.
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Als Ergebnis des Abdichtens wird, wie in 9 dargestellt ist, ein Teil der Kühlluft, die in den ersten Hauptströmungskanal 71m eintritt, aus den Pralllöchern 85 in Form von Prallstrahlen 86 über die Pralllöcher 85 in den ersten Peripherieströmungskanal 71p ausgestoßen und wird der verbleibende Teil der Kühlluft aus dem einen oder den mehreren Durchgangslöchern 81h ausgestoßen. Dann strömt die Kühlluft über den Auslass 71pb des ersten Peripherieströmungskanals 71p und über das eine oder die mehreren Durchgangslöcher 81h der Verschlusskappe 81c in die Kanalverbindungsleitung 90 und wird dann in den zweiten Peripherieströmungskanal 72p eingeleitet.
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Der Einlass 72pa des zweiten Peripherieströmungskanals 72p kann abgedichtet sein. Zum Beispiel kann, wie in 7 gezeigt ist, ein Flansch 82p, der aus einer Außenfläche des zweiten Pralleinsatzes 82 vorsteht, konfiguriert sein, den Einlass 72pa des zweiten Peripherieströmungskanals 72p zu schließen oder abzudichten.
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Wie in 4A gezeigt ist, können in der Strömungsmaschinenkomponente 1 der Einlass 90a und der Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90, der Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 und der Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72 bei der Plattform 201 angeordnet sein. Alternativ (was nicht dargestellt ist) können in der Strömungsmaschinenkomponente 1 der Einlass 90a und der Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90, der Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 und der Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72 bei der Plattform 202 (die in 2A gezeigt ist) angeordnet sein. Wahlweise kann die Strömungsmaschinenkomponente 1 zwei Kanalverbindungsleitungen 90 besitzen - jeweils eine bei der Plattform 201 und der Plattform 202.
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Wie in 7 gezeigt ist, kann die Strömungsmaschinenkomponente 1 einen Dichtungsring 92 enthalten, der konfiguriert ist, zwischen dem Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 und dem Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 positioniert zu werden. Der Dichtungsring 92 kann eine Dichtung sein, die das Koppeln zwischen dem Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 und dem Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 luftdicht gestaltet, um jegliche Verluste von Luft zu vermeiden oder zu verringern. Alternativ oder zusätzlich zum oben Erläuterten kann die Strömungsmaschinenkomponente 1 einen weiteren Dichtungsring (der nicht gezeigt ist) enthalten, der konfiguriert ist, zwischen dem Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90 und dem Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72 positioniert zu werden. Der Dichtungsring kann eine Dichtung sein, die das Koppeln zwischen dem Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72 und dem Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90 luftdicht gestaltet, um jegliche Verluste von Luft zu vermeiden oder zu verringern.
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Wie in 4A, 4B und 7 gezeigt ist, kann die Kanalverbindungsleitung 90 einen gebogenen Abschnitt 94 enthalten, der zwischen dem Einlass 90a und dem Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90 eine U-Form besitzt. Die Kühlluft 5, die in den Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 aufgenommen wird, kann lediglich aus dem Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90 strömen, d. h. es müssen keine Umgehungskanäle im gebogenen Abschnitt 94 gebildet sein. Das Innenvolumen des gebogenen Abschnitts 94 kann vom Einlass 90a zum Auslass 90b allmählich abnehmen (d. h. eine Querschnittfläche des Luftströmungswegs, der in der Kanalverbindungsleitung 90 definiert ist, nimmt allmählich ab). Der gebogene Abschnitt 94 kann glattere Biegekanten, d. h. gekrümmte Teile, die eine Änderung der Strömungsrichtung der Luft in der Kanalverbindungsleitung 90 implementieren, besitzen.
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Wie in 7 gezeigt ist, kann die Kanalverbindungsleitung 90 einen Erweiterungsabschnitt 96 enthalten, der sich vom Auslass 90b der Kanalverbindungsleitung 90 in einer dem Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 entgegengesetzten Richtung horizontal erstreckt. Der zweite Pralleinsatz 82 kann einen Aufnahmeabschnitt 82e enthalten. Der Aufnahmeabschnitt 82e kann eine Form besitzen, die dem Erweiterungsabschnitt 96 entspricht oder zu ihm komplementär ist. Der Aufnahmeabschnitt 82e und der Erweiterungsabschnitt 96 können z. B. durch Hartlöten mechanisch aneinandergekoppelt sein.
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Der Erweiterungsabschnitt 82e und der Flansch 82p können einteilig gebildet sein, d. h. eine Oberfläche des Flanschs 82p kann wirken, um den Einlass 72pa abzudichten, wohingegen die weitere Oberfläche wirken kann, um den Erweiterungsabschnitt 96 mechanisch zu koppeln.
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Wie in 2A bis 7 gezeigt ist, kann sich der zweite Kühlkanal 72 bei der Hinterkante 108 des Schaufelblatts 100 befinden. Der erste Kühlkanal 71 kann sich in Bezug auf eine Profilmittellinie (die nicht dargestellt ist) des Schaufelblatts 100 zwischen der Vorderkante 106 des Schaufelblatts 100 und der Hinterkante 108 des Schaufelblatts 100 befinden.
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7 stellt außerdem ein Verfahren des Zusammenbauens der Strömungsmaschinenkomponente 1 der vorliegenden Technik dar.
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Wie in 7 gezeigt ist, kann der Erweiterungsabschnitt 96 der Kanalverbindungsleitung 90 an den Aufnahmeabschnitt 82e des zweiten Einsatzes 82 mechanisch gekoppelt, z. B. hartgelötet, werden, während ein Teil des zweiten Einsatzes 82 im zweiten Kühlkanal 72 positioniert ist und ein Teil, der den Aufnahmeabschnitt 82e enthält, außerhalb des zweiten Kühlkanals 72 liegt. Dies hilft, den zweiten Einsatz in Position zu halten, während das Koppeln durchgeführt wird. Alternativ kann der Erweiterungsabschnitt 96 der Kanalverbindungsleitung 90 an den Aufnahmeabschnitt 82e des zweiten Einsatzes 82 mechanisch gekoppelt, z. B. hartgelötet, werden, während der zweite Einsatz 82 außerhalb des zweiten Kühlkanals 72 positioniert ist, und dann wird der zweite Einsatz 82 in den zweiten Kühlkanal 72 eingesetzt.
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In jedem Fall wird die Kanalverbindungsleitung 90, die an den zweiten Einsatz 82 gekoppelt ist, zum Schaufelblatt 100 gedrückt und der erste Einsatz 81 wird von der weiteren Seite des Schaufelblatts in den ersten Kühlkanal 71 gedrückt, um die Kanalverbindungsleitung 90 an den ersten Einsatz 81 zu koppeln. Der Dichtungsring 92 kann zwischen dem Einlass 90a der Kanalverbindungsleitung 90 und dem Auslass 71b angeordnet sein, während der erste Einsatz 81 und die Kanalverbindungsleitung 90 ineinander gedrückt werden.
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Die Strömungsmaschinenkomponente 1 kann eine Schaufel 40, 44 einer Gasturbine 10 sein, wie in 1 gezeigt ist.
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Die Strömungsmaschinenkomponente 1 kann ein Rotorblatt 38 einer Gasturbine 10 sein, wie in 1 gezeigt ist.
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Die vorliegende Technik vergegenwärtigt auch eine Strömungsmaschinenanordnung. Die Strömungsmaschinenanordnung kann mindestens eine Strömungsmaschinenkomponente 1 gemäß der vorliegenden Technik enthalten, wie im Vorhergehenden in Bezug auf 2A bis 7 beschrieben ist. Ein Beispiel der Strömungsmaschinenanordnung kann eine Schaufelanordnung oder eine Schaufelstufe sein. Die Schaufelanordnung oder die Schaufelstufe kann im Turbinenabschnitt 18 der Gasturbine 10 angeordnet sein, wie z. B. in 1 gezeigt ist.
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Der Turbinenabschnitt 18 kann ein Innengehäuse und ein Außengehäuse enthalten, die zwischen sich mindestens einen Abschnitt eines Heißgaspfads definieren. Der Heißgaspfad kann im Allgemeinen eine ringförmige Form aufweisen. Das Innengehäuse kann vom Außengehäuse radial nach innen angeordnet sein.
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Die Strömungsmaschinenkomponente 1 kann eine Schaufel sein 40,44, die mit dem Innen- und dem Außengehäuse verbunden oder bei ihnen angeordnet ist. Das Schaufelblatt 100 der Schaufel kann im Abschnitt des Heißgaspfads angeordnet sein.
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Der Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71, der Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72 und die Kanalverbindungsleitung 90 können beim Innengehäuse vom Schaufelblatt 100 radial nach innen positioniert sein.
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Alternativ können der Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71, der Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72 und die Kanalverbindungsleitung 90 beim Außengehäuse vom Schaufelblatt 100 radial nach außen positioniert sein.
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Alternativ kann die Gasturbine mindestens zwei Kanalverbindungsleitungen 90 besitzen. Eine, z. B. eine erste Kanalverbindungsleitung 90, der mindestens zwei Kanalverbindungsleitungen 90 kann zusammen mit dem Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 und dem Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72, mit dem die erste Kanalverbindungsleitung 90 verbunden ist, beim Innengehäuse vom Schaufelblatt 100 radial nach innen positioniert sein; und eine weitere, z. B. eine zweite Kanalverbindungsleitung 90, der mindestens zwei Kanalverbindungsleitungen 90 kann zusammen mit dem Auslass 71b des ersten Kühlkanals 71 und dem Einlass 72a des zweiten Kühlkanals 72, mit dem die zweite Kanalverbindungsleitung 90 verbunden ist, beim Außengehäuse vom Schaufelblatt 100 radial nach außen positioniert sein.
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Während die vorliegende Technik unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen genau beschrieben wurde, ist zu bedenken, dass die vorliegende Technik nicht auf diese konkreten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr würden sich im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung, die beispielhafte Modi zum Praktizieren der Erfindung beschreibt, viele Modifikationen und Variationen für Fachleute selbst darstellen, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Der Umfang der Erfindung ist deshalb statt durch die vorhergehende Beschreibung durch die folgenden Ansprüche angegeben. Alle Änderungen, Modifikationen und Schwankungen, die in die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen als in ihrem Umfang betrachtet werden.
