DE112020000728T5 - Hochtemperaturkomponente, herstellungsverfahren für hochtemperaturkomponente und strömungsratensteuerverfahren - Google Patents

Hochtemperaturkomponente, herstellungsverfahren für hochtemperaturkomponente und strömungsratensteuerverfahren Download PDF

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Ryuta Ito
Koichiro Iida
Yoshinori Wakita
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Abstract

Eine Hochtemperaturkomponente gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Hochtemperaturkomponente, die für eine Turbomaschine verwendet wird und durch ein Kühlmedium gekühlt werden muss, wobei die Komponente aufweist: eine Vielzahl von Kühlkanälen, durch die das Kühlmedium strömen kann; ein Kopfstück, das mit jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbunden ist; und einen oder mehrere Auslasskanäle zum Ausstoßen des in das Kopfstück strömenden Kühlmediums an die Außenseite des Kopfstücks. Der eine oder die mehreren Auslasskanäle liegen in geringerer Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen vor. Jeweilige minimale Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle sind nicht kleiner als jeweilige Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in einer Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen. Eine Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle ist kleiner als eine Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperaturkomponente, ein Herstellungsverfahren für die Hochtemperaturkomponente und ein Strömungsratensteuerverfahren.
  • HINTERGRUND
  • Beispielsweise umfassen Komponenten in einer Maschine, wie etwa einer Gasturbine, in der ein Hochtemperaturarbeitsgas strömt, die die Maschine ausbilden, eine Hochtemperaturkomponente, die durch ein Kühlmedium gekühlt werden muss. Als eine Kühlstruktur der Hochtemperaturkomponente ist eine Struktur bekannt, in der die Hochtemperaturkomponente gekühlt wird, indem bewirkt wird, dass Kühlluft durch eine Vielzahl von Transportkanälen (Kühlkanälen) strömt, die zulassen, dass die Kühlluft in der Komponente strömt (s. z.B. Patentschrift 1).
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
  • Patentschrift 1: JP 2015-48848 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Technisches Problem
  • In einer Maschine, wie etwa einer Gasturbine, die durch ein Hochtemperaturarbeitsgas betrieben wird, führt ein Wärmeverlust durch Kühlung im Allgemeinen zu einer Verringerung der thermischen Effizienz der Maschine. Somit ist es wünschenswert, dass eine Temperaturkomponente mit so wenig Kühlmedien wie möglich effizient gekühlt wird. Deshalb es vorzuziehen, dass eine Strömungskanal-Querschnittsfläche in einem Kühlkanal nicht größer als erforderlich ist.
  • Falls allerdings die Strömungskanal-Querschnittsfläche klein ist, neigt die Dimensionsgenauigkeit des Kühlkanals dazu, sich aufgrund einer Herstellungsbeschränkung der Hochtemperaturkomponente zu verringern, wodurch die Genauigkeit der Strömungsrate von Kühlluft in dem Kühlkanal verringert werden kann.
  • Falls die Genauigkeit der Strömungsrate der Kühlluft in dem Kühlkanal verringert wird, und die Strömungsrate der Kühlluft größer als eine erstellte Strömungsrate ist, wird Wärme durch die Kühlluft mehr als erforderlich entzogen, wodurch die thermische Effizienz der Maschine verringert werden kann. Falls außerdem die Strömungsrate der Kühlluft kleiner als die erstellte Strömungsrate ist, kann die Hochtemperaturkomponente durch fehlerhafte Kühlung beschädigt werden.
  • In Anbetracht des vorstehenden besteht eine Aufgabe von zumindest einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darin, die Hochtemperaturkomponente bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Mangel in der Kühlkapazität zu vermeiden, während eine übermäßige Kühlung unterdrückt wird.
  • Lösung des Problems
  • (1) Eine Hochtemperaturkomponente gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Hochtemperaturkomponente, die für eine Turbomaschine verwendet wird und durch ein Kühlmedium gekühlt werden muss, wobei die Komponente aufweist: eine Vielzahl von Kühlkanälen, durch die das Kühlmedium strömen kann; ein Kopfstück, das mit jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbunden ist; und einen oder mehrere Auslasskanäle zum Ausstoßen des in das Kopfstück strömenden Kühlmediums an die Außenseite des Kopfstücks. Der eine oder die mehreren Auslasskanäle liegen in geringerer Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen vor. Jeweilige minimale Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle sind nicht kleiner als jeweilige Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in einer Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen. Eine Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle ist kleiner als eine Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen.
  • Für den Fall, dass die Strömungsrate des Kühlmediums, das durch jeden der Vielzahl von Kühlkanälen strömt, durch jede der Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen bestimmt wird, falls die Strömungskanal-Querschnittsfläche klein ist, neigt die Dimensionsgenauigkeit der Kühlkanäle dazu, sich aufgrund einer Herstellungsbeschränkung der Hochtemperaturkomponente wie vorstehend beschrieben zu verringern, wodurch die Genauigkeit der Strömungsrate des Kühlmediums in den Kühlkanälen verringert werden kann.
  • Im Gegensatz dazu ist es mit der vorstehenden Konfiguration (1) möglich, die Strömungsrate des Kühlmediums in der Vielzahl von Kühlkanälen durch die minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Kühlkanäle zu definieren, da die Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle kleiner als die Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen ist. Somit muss in jedem der Vielzahl von Kühlkanälen die Strömungskanal-Querschnittsfläche nicht mehr als erforderlich verringert werden, um die Strömungsrate des Kühlmediums zu steuern, wodurch die Dimensionsgenauigkeit der Kühlkanäle verbessert wird, und ermöglicht wird, eine Änderung der Strömungsrate des Kühlmediums unter der Vielzahl von Kühlkanälen zu unterdrücken. Deshalb ist es möglich, einen Mangel der Kühlkapazität zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • Da ferner mit der vorstehenden Konfiguration (1) die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen sind, wird eine Dimensionsgenauigkeit des Auslasskanals leicht gewährleistet, und eine Verstopfung in dem Auslasskanal durch eine Fremdsubstanz tritt kaum auf.
  • Da außerdem mit der vorstehenden Konfiguration (1) der eine oder die mehreren Auslasskanäle in geringer Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen vorliegen, ist es hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate des Kühlmediums möglich, einen Abschnitt zu verringern, in dem eine Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll, und Herstellungskosten der Hochtemperaturkomponente zu unterdrücken.
  • (2) In einigen Ausführungsbeispielen der vorstehenden Konfiguration (1) ist ein Separationsabstand zwischen einer stromaufwärtigen Innenwand und einer stromabwärtigen Innenwand des Kopfstücks mindestens einmal und höchstens dreimal größer als ein äquivalenter Durchmesser eines Gebiets, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals minimal ist.
  • Falls die stromaufwärtige Innenwand, d.h. Verbindungspositionen zwischen dem Kopfstück und den jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen und die stromabwärtige Innenwand, d.h. Verbindungspositionen zwischen dem Kopfstück und jeweiligen stromaufwärtigen Enden des einen oder der mehreren Auslasskanäle zu nah beieinander sind, nimmt eine Differenz der Strömungsrate des Kühlmediums zwischen dem Kühlkanal, dessen Entfernung zwischen dem stromabwärtigen Ende des Kühlkanals und dem stromaufwärtigen Ende des Auslasskanals klein ist, und dem Kühlkanal, dessen Entfernung zwischen dem stromabwärtigen Ende und dem stromaufwärtigen Ende groß ist, zu.
  • Im Gegensatz dazu, ist es mit der vorstehenden Konfiguration (2) möglich, die Änderung der Strömungsrate des Kühlmediums unter der Vielzahl von Kühlkanälen zu unterdrücken, da die stromaufwärtige Innenwand, d.h. die Verbindungspositionen zwischen dem Kopfstück und den jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen, und die stromabwärtige Innenwand, d.h. die Verbindungspositionen zwischen dem Kopfstück und den jeweiligen stromaufwärtigen Enden des einen oder der mehreren Auslasskanäle, voneinander um einen Abstand, der mindestens einmal größer als der vorstehend beschriebene äquivalente Durchmesser ist, getrennt sind.
  • Da außerdem die jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen mit dem Kopfstück verbunden sind, nimmt ein Raumvolumen in dem Kopfstück zu, und die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums in dem Kopfstück nimmt ab, wodurch ein Wärmetransferkoeffizient zu dem Kühlmedium verringert wird. Folglich kann die Kühlkapazität in dem Kopfstück verringert werden, und somit ist es vorzuziehen, dass der Separationsabstand zwischen der stromaufwärtigen Innenwand und der stromabwärtigen Innenwand nicht groß ist.
  • In dieser Hinsicht ist es mit der vorstehenden Konfiguration (2) möglich, das Auftreten eines Gebiets, in dem die Kühlkapazität in der Hochtemperaturkomponente fehlerhaft ist, zu unterdrücken, da der Separationsabstand zwischen der stromaufwärtigen Innenwand und der stromabwärtigen Innenwand höchstens dreimal größer als der vorstehend beschriebene äquivalente Durchmesser ist.
  • (3) In einigen Ausführungsbeispielen umfassen der eine oder die mehreren Auslasskanäle in der vorstehenden Konfiguration (1) oder (2) jeweils einen verringerten Abschnitt der Strömungskanal-Querschnittsfläche, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals in Richtung einer stromabwärtigen Seite graduell verringert ist.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration (3) wird eine Größe in einer Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung des Auslasskanals von einer stromabwärtigen Seite des verringerten Abschnitts der Strömungskanal-Querschnittsfläche eingestellt, wodurch die minimale Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals leicht eingestellt wird. Deshalb ist es möglich, die Strömungsrate des Kühlmediums so lange zu verwalten, wie die Dimension in der Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung des Auslasskanals stromabwärts des Auslasskanals verwaltet wird, wodurch ermöglicht wird, das Gebiet einzugrenzen, in dem eine Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. eine Dimensionsgenauigkeit des Kanals gewährleistet werden soll, und die Herstellungskosten der Hochtemperaturkomponente zu unterdrücken.
  • (4) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (3) weist der eine oder die mehreren Auslasskanäle jeweils eine Innenwandfläche auf, deren Mittellinien-Durchschnittsrauigkeit Ra nicht größer als 10 µm in einem Gebiet ist, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals minimal ist, und die Vielzahl von Kühlkanälen weist jeweils eine Innenwandfläche auf, deren Mittellinien-Durchschnittsrauigkeit Ra nicht kleiner als 10 µm und nicht größer als 20 µm ist.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration (4) ist es möglich, die Kühlleistung in den Kühlkanälen zu verbessern, da die jeweiligen Innenwandflächen der Vielzahl von Kühlkanälen die vorstehend beschriebene Rauigkeit aufweisen. Außerdem ist es mit der vorstehenden Konfiguration (4) möglich, die Änderung des Druckverlustes in dem Auslasskanal zu unterdrücken, und dass die Fremdsubstanz leicht durch den Auslasskanal verläuft, da eine Innenwandfläche des Auslasskanals in dem Gebiet, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals minimal ist, die vorstehend beschriebene Rauigkeit aufweist, wodurch es möglich ist, ein Verstopfungsrisiko des Auslasskanals zu verringern.
  • (5) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (4) weisen Wände, die jeweils die Vielzahl von Kühlkanälen ausbilden, an stromabwärtigen Enden der Kühlkanäle abgeschrägte Ecken auf.
  • Die Wände, die jeweils die Vielzahl von Kühlkanälen ausbilden, können jeweils so dünne Wanddicken wie möglich aufweisen, so wie es hinsichtlich einer Verbesserung der Wärmetransferleistung erforderlich ist. Falls in diesem Fall die Ecke eine Form aufweist, die nicht an dem stromabwärtigen Ende des Kühlkanals abgeschrägt ist, kann die Form der Ecke verloren sein, wenn die Hochtemperaturkomponente beispielsweise durch das Präzisionsgussverfahren oder das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls ausgebildet wird, und wenn eine nachfolgende Wärmebehandlung durchgeführt wird. Falls die Form der Ecke verloren ist, wirkt ein negativer Effekt auf die Strömung des Kühlmediums, das durch den Kühlkanal strömt, wodurch die Kühlleistung verringert werden kann.
  • Im Gegensatz dazu ist es mit der vorstehenden Konfiguration (5) möglich, den negativen Effekt zu unterdrücken, der durch den vorstehend beschriebenen Verlust der Form der Ecke bewirkt wird.
  • (6) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (5) ist die Anzahl an Auslasskanälen eins.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate des Kühlmediums wünschenswert, den Abschnitt zu verringern, in dem eine Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. eine Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll. In dieser Hinsicht ist es mit der vorstehenden Konfiguration (6) möglich, den Abschnitt zu verringern, in dem eine Dimensionsgenauigkeit des Kanals gewährleistet werden soll, und die Herstellungskosten der Hochtemperaturkomponente zu unterdrücken, da die Anzahl an Auslasskanälen eins ist.
  • (7) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (6) stellt die Hochtemperaturkomponente Ringsegmente einer Gasturbine dar, die jeweils aus einer Vielzahl von Segmentkörpern bestehen, die entlang einer Umfangsrichtung ringförmig ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Segmentkörpern jeweils eine Innenfläche aufweisen, die einem Brenngas-Strömungspfad zugewandt ist, durch den ein Brenngas strömt, wobei die Vielzahl von Kühlkanälen jeweils in der Vielzahl von Segmentkörpern ausgebildet sind, und wobei der eine oder die mehreren Auslasskanäle an jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Segmentkörpern in einer Axialrichtung in dem Brenngas geöffnet sind.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration (7) ist die Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle kleiner als die Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen, da die Ringsegmente der Gasturbine eine der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (6) aufweisen. Somit ist es möglich, die Strömungsrate des Kühlmediums in der Vielzahl von Kühlkanälen durch die minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Kühlkanäle zu definieren. Somit muss in jedem der Vielzahl von Kühlkanälen die Strömungskanal-Querschnittsfläche nicht mehr als erforderlich verringert werden, um die Strömungsrate des Kühlmediums zu steuern, wodurch die Dimensionsgenauigkeit der Kühlkanäle verbessert wird, und ermöglicht wird, eine Änderung der Strömungsrate des Kühlmediums unter der Vielzahl von Kühlkanälen zu unterdrücken. Deshalb ist es möglich, einen Mangel in der Kühlkapazität zu vermeiden, während ein übermäßiges kühlen in den Ringsegmenten unterdrückt wird.
  • Ferner wird mit der vorstehenden Konfiguration (7) eine Dimensionsgenauigkeit des Auslasskanals in den Ringsegmenten leicht gewährleistet und eine Verstopfung in dem Auslasskanals durch eine Fremdsubstanz tritt kaum auf, da die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen sind.
  • Außerdem ist es mit der vorstehenden Konfiguration (7) möglich, den Abschnitt zu verringern, in dem eine Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. eine Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll, und Herstellungskosten der Ringssegmente zu unterdrücken, da der eine oder die mehreren Auslasskanäle in geringerer Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate des Kühlmediums vorliegen.
  • (8) Ein Herstellungsverfahren für eine Hochtemperaturkomponente gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Herstellungsverfahren für eine Hochtemperaturkomponente, die für eine Turbomaschine verwendet wird und durch ein Kühlmedium gekühlt werden muss, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt zum Ausbilden einer Vielzahl von Kühlkanälen, durch die das Kühlmedium strömen kann; einen Schritt zum Ausbilden eines Kopfstücks, das mit jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbunden ist; und einen Schritt zum Ausbilden eines oder mehrerer Auslasskanäle zum Ausstoßen des Kühlmediums, das in das Kopfstück strömt, an die Außenseite des Kopfstücks. Der eine oder die mehreren Auslasskanäle liegen in geringerer Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen vor. Jeweilige minimale Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle sind nicht kleiner als jeweilige Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in einer Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen. Eine Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle ist kleiner als eine Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen.
  • Mit dem vorstehenden Verfahren (8) ist es möglich, die Strömungsrate des Kühlmediums in der Vielzahl von Kühlkanälen durch die minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Kühlkanäle zu definieren, da die Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle kleiner als die Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen ist. Somit muss in jedem der Vielzahl von Kühlkanälen die Strömungskanal-Querschnittsfläche nicht mehr als erforderlich verringert werden, um die Strömungsrate des Kühlmediums zu steuern, wodurch die Dimensionsgenauigkeit der Kühlkanäle verbessert wird, und ermöglicht wird, eine Änderung der Strömungsrate des Kühlmediums unter der Vielzahl von Kühlkanälen zu unterdrücken. Deshalb ist es möglich, einen Mangel in der Kühlkapazität zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • Ferner wird mit dem vorstehenden Verfahren (8) die Dimensionsgenauigkeit des Auslasskanals leicht gewährleistet, und eine Verstopfung in dem Auslasskanal durch eine Fremdsubstanz tritt kaum auf, da die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen sein können.
  • Außerdem ist es mit dem vorstehenden Verfahren (8) möglich, den Abschnitt zu verringern, in dem die Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll, und Herstellungskosten der Hochtemperaturkomponente zu unterdrücken, da der eine oder die mehreren Auslasskanäle eine geringere Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate des Kühlmediums darstellen.
  • (9) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß dem vorstehenden Verfahren (8) umfasst der Schritt zum Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle ein Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle, damit jeder einen verringerten Abschnitt einer Strömungskanal-Querschnittsfläche umfasst, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals in Richtung einer stromabwärtigen Seite graduell verringert ist.
  • Mit dem vorstehenden Verfahren (9) ist es lediglich erforderlich, die Dimensionsgenauigkeit des am meisten stromabwärts gelegenen Gebiets in dem verringerten Abschnitt einer Strömungskanal-Querschnittsfläche zu verwalten, da der Auslasskanal derart ausgebildet ist, dass der verringerte Abschnitt der Strömungskanal-Querschnittsfläche die minimale Strömungskanal-Querschnittsfläche in dem Auslasskanal hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate des Kühlmediums aufweist. Somit ist es möglich, das Gebiet einzugrenzen, in dem die Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll, und die Herstellungskosten der Hochtemperaturkomponente zu unterdrücken.
  • (10) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß dem vorstehenden Verfahren (8) oder (9) umfasst der Schritt zum Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle ein Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder ein Präzisionsgussverfahren, und das Verfahren weist ferner einen Schritt zum Durchführen einer Bearbeitung von zumindest einem Teil einer Innenwandfläche von jedem des einen oder der mehreren Auslasskanäle auf.
  • Mit dem vorstehenden Verfahren (10) ist es möglich, die Herstellungskosten der Hochtemperaturkomponente im Vergleich zu dem Fall zu unterdrücken, in dem der Auslasskanal durch alleinige Bearbeitung ausgebildet wird. Außerdem ist es mit dem vorstehenden Verfahren (10) möglich, die Dimensionsgenauigkeit der Innenwandfläche des Auslasskanals zu verbessern, und die Steuergenauigkeit der Strömungsrate des Kühlmediums im Vergleich zu dem Fall zu verbessern, in dem der Auslasskanal durch das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder das Präzisionsgussverfahren allein ausgebildet wird. Außerdem ist es mit dem vorstehenden Verfahren (10) möglich, die Dimension der Innenwandfläche des Auslasskanals einzustellen, während die Strömungsrate des Kühlmediums geprüft wird, wodurch ermöglicht wird, einen Überschuss oder einen Mangel der Strömungsrate des Kühlmediums zu unterdrücken.
  • (11) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß dem vorstehenden Verfahren (10) umfasst der Schritt zum Durchführen einer Bearbeitung ein Schneiden des einen oder der mehreren Auslasskanäle mit einem Bohrer.
  • Da es mit dem vorstehenden Verfahren (11) möglich ist, die Dimension der Innenwandfläche des Auslasskanals durch den Durchmesser des Bohrers zu definieren, wird die Hochtemperaturkomponente leicht hergestellt.
  • (12) Ein Strömungsratensteuerverfahren gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Strömungsratensteuerverfahren für ein Kühlmedium, das in einer Hochtemperaturkomponente strömt, die für eine Turbomaschine verwendet wird und durch das Kühlmedium gekühlt werden muss, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt zum Ausbilden einer Vielzahl von Kühlkanälen, durch die das Kühlmedium strömen kann; einen Schritt zum Ausbilden eines Kopfstücks, das mit jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbunden ist; und einen Schritt zum Ausbilden eines oder mehrerer Auslasskanäle zum Ausstoßen des Kühlmediums, das in das Kopfstück strömt, an die Außenseite des Kopfstücks, durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder ein Präzisionsgussverfahren; und einen Schritt zum Schneiden des einen oder der mehreren Auslasskanäle mit einem Bohrer.
  • Da es mit dem vorstehenden Verfahren (12) möglich ist, die Dimension der Innenwandfläche des Auslasskanals durch den Durchmesser des Bohrers zu definieren, wird die Strömungsrate des Kühlmediums leicht gesteuert. Deshalb ist es möglich, einen Mangel in der Kühlkapazität leicht zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • (13) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß dem vorstehenden Verfahren (12) umfasst die Hochtemperaturkomponente eine Vielzahl von Kühlkanalgruppen, die jeweils das eine Kopfstück, zumindest zwei der mit jeweiligen stromabwärtigen Enden mit dem Kopfstück verbundenen Kühlkanälen und den einen oder die mehreren mit dem Kopfstück verbundenen Auslasskanäle umfasst, wobei der Schritt zum Ausbilden der Vielzahl von Kühlkanälen ein Ausbilden der in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Kühlkanälen umfasst, wobei der Schritt zum Ausbilden des Kopfstücks ein Ausbilden des in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Kopfstücks umfasst, wobei der Schritt zum Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle ein Ausbilden der in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Auslasskanäle umfasst, und wobei der Schritt zum Schneiden des einen oder der mehreren Auslasskanäle mit dem Bohrer ein Schneiden mit dem Bohrer der in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Auslasskanäle umfasst.
  • Da es mit dem vorstehenden Verfahren (13) möglich ist, die Dimension der Innenwandfläche von jedem Auslasskanal durch den Durchmesser des Bohrers zu definieren, wird die Änderung der Strömungsrate des Kühlmediums unter der Vielzahl von Kühlkanalgruppen leicht unterdrückt.
  • Vorteilhafte Effekte
  • Gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Hochtemperaturkomponente bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Mangel der Kühlkapazität zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration einer Gasturbine zeigt.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Gasströmungspfad einer Turbine zeigt.
    • 3 zeigt eine schematische Draufsicht eines Segmentkörpers bei Betrachtung von einer Außenseite in der Radialrichtung, und eine schematische Seitenansicht des Segmentkörpers bei Betrachtung von einer stromabwärtigen Seite in einer Rotationsrichtung des Rotors in Richtung einer stromaufwärtigen Seite in der Rotationsrichtung entlang der Umfangsrichtung gemäß einigen Ausführungsbeispielen.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A4-A4 in 3.
    • 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung eines Kopfstücks in 4.
    • 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Erzeugungsprozedur für den Fall zeigt, dass der Segmentkörper durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls gemäß einigen Ausführungsbeispielen erzeugt wird.
    • 7 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Auslasskanal-Schneideschritts.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist allerdings beabsichtigt, dass Dimensionen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Zeichnungen als Ausführungsbeispiele beschrieben oder gezeigt werden, nur als illustrativ zu verstehen sind und nicht dazu dienen, den Umfang der vorliegenden Erfindung zu begrenzen, sofern sie nicht besonders gekennzeichnet sind.
  • So ist beispielsweise ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne bezeichnet, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem die Anordnung um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, dieselbe Funktion zu erzielen.
  • So ist beispielsweise ein Ausdruck für einen gleichen Zustand wie „derselbe/dieselbe/dasselbe“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so auszulegen, dass er nur den Zustand bezeichnet, in dem das Merkmal strikt gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, durch den dennoch dieselbe Funktion erzielt werden kann.
  • Ferner ist z.B. ein Ausdruck einer Form wie eine rechteckige Form oder eine röhrenförmige Form nicht nur als die geometrisch strenge Form auszulegen, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem dieselbe Wirkung erzielt werden kann.
  • Andererseits sind die Ausdrücke „aufweisend“, „umfassend“, „mit“, „enthaltend“ und „konstituierend“ für eine Bestandteilskomponente keine ausschließenden Ausdrücke, die das Vorhandensein anderer Bestandteilskomponenten ausschließen.
  • Eine Hochtemperaturkomponente gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird nachstehend unter Berücksichtigung einer Hochtemperaturkomponente, die für eine Gasturbine verwendet wird, als ein Beispiel beschrieben.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Gasturbine zeigt. 2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Gasströmungspfad einer Turbine zeigt.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Gasturbine 10 derart konfiguriert, wie in 1 gezeigt, dass ein Verdichter 11, eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13 koaxial durch einen Rotor 14 angeordnet sind, und der Rotor 14 an einem Ende mit einem Generator 15 gekoppelt ist. In der nachstehenden Beschreibung wird eine Richtung, in der sich die Achse des Rotors 14 erstreckt, als eine Axialrichtung Da bezeichnet, eine auf der Achse des Rotors 14 zentrierte Umfangsrichtung wird als eine Umfangsrichtung Dc bezeichnet, und eine Richtung senkrecht zu einer Achse Ax des Rotors 14 wird als eine Radialrichtung Dr bezeichnet. Außerdem wird aus der Umfangsrichtung Dc eine Rotationsrichtung des Rotors 14 als eine Rotationsrichtung R bezeichnet.
  • Der Verdichter 11 erzeugt eine Hochtemperatur-/Hochdruck-verdichtete Luft AC, indem bewirkt wird, dass aus einem Lufteinlass entnommene Luft AI durch eine Vielzahl von Leitschaufeln und Rotorblättern verläuft, um verdichtet zu werden. Der Verdichter 12 erzeugt ein Hochtemperatur-/Hochdruck-Brenngas FG, indem ein vorbestimmter Brennstoff FL der verdichteten Luft AC zugeführt wird, um verbrannt zu werden. Die Turbine 13 rotiert den Rotor 14 antreibend, indem bewirkt wird, dass das durch die Brennkammer 12 erzeugte Hochtemperatur-/Hochdruck-Brenngas FG durch die Vielzahl von Leitschaufeln und Rotorschaufeln verläuft, und treibt den mit dem Rotor 14 gekoppelten Generator 15 an.
  • Außerdem sind in der Turbine 13, wie in 2 gezeigt, Turbinenleitschaufeln (Leitschaufeln) 21 derart konfiguriert, dass Tragflächen 23 jeweils an Nabenseiten mit Innenwanten 25 fixiert sind und an Spitzenseiten mit Außenwanten 27 fixiert sind. Turbinenrotorblätter (Rotorblätter) 41 sind derart konfiguriert, dass Basen von Tragflächen 43 jeweils mit Plattformen 45 fixiert sind. Dann werden die Außenwanten 27 und Ringsegmente 50, die an Spitzenseiten der Rotorblätter 41 angeordnet sind, jeweils durch ein Gehäuse (Turbinengehäuse) 30 über wärmeisolierende Ringe 35 getragen, und die Innenwanten 25 werden durch Trageringe 31 getragen. Somit wird ein Brenngas-Strömungspfad 32, durch den das Brenngas FG verläuft, entlang der Axialrichtung Da als ein Raum ausgebildet, der durch die Innenwanten 25, die Außenwanten 27, die Plattformen 45 und die Ringsegmente 50 umgeben ist.
  • Die Innenwanten 25, die Außenwanten 27 und die Ringsegmente 50 fungieren jeweils als Gaspfadflächen-Ausbildungselemente. Die Gaspfadflächen-Ausbildungselemente teilen den Brenngas-Strömungspfad 32 und weisen eine Gaspfadfläche auf, an der das Brenngas FG kontaktiert.
  • Die Brennkammer 12, die Rotorblätter 41 (beispielsweise die Plattformen 45), die Leitschaufeln 21 (beispielsweise die Innenwanten 25 und die Außenwanten 27), die Ringsegmente 50 und dergleichen stellen Hochtemperaturkomponenten dar, die unter einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden, in der das Brenngas FG kontaktiert, und durch ein Kühlmedium gekühlt werden müssen. In der folgenden Beschreibung wird eine Kühlstruktur des Ringsegments 50 als ein Beispiel einer Kühlstruktur der Hochtemperaturkomponente beschrieben.
  • 3 zeigt eine schematische Draufsicht von einem von Segmentkörpern 51, die ein korrespondierendes der Ringsegmente 50 bei Betrachtung von einer Außenseite in der Radialrichtung Dr bilden, und eine schematische Seitenansicht des Segmentkörpers 51 bei Betrachtung von einer stromabwärtigen Seite in der Rotationsrichtung R des Rotors 14 in Richtung einer stromaufwärtigen Seite in der Rotationsrichtung R entlang der Umfangsrichtung Dc gemäß einigen Ausführungsbeispielen. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A4-A4 in 3. 3 stellt in einfacher Form die Struktur des Segmentkörpers 51 dar. Deshalb verzichtet 3 beispielsweise auf die Beschreibung eines Hakens oder dergleichen zum Anbringen des Segmentkörpers 51 auf dem Wärmeisolationsring 35.
  • Die Ringssegmente 50 gemäß einigen Ausführungsbeispielen werden jeweils durch die Vielzahl von Segmentkörpern 51 gebildet, die in der Umfangsrichtung Dc ringförmig ausgebildet sind. Jeder Segmentkörper 51 umfasst als eine Hauptkomponente einen Körper 52, der intern die Kühlungsströmungspfade ausbildet. Wie in 2 gezeigt, ist der Segmentkörper 51 derart angeordnet, dass eine Innenfläche 52a in der Radialrichtung Dr dem Brenngas-Strömungspfad 32, in dem das Brenngas FG strömt, zugewandt ist. An der Innenseite der Segmentkörper 51 in der Radialrichtung Dr sind die Rotorblätter 51, die um den Rotor 14 rotieren, an regulären Intervallen angeordnet. Zur Verhinderung eines thermischen Schadens durch das Hochtemperatur-Brenngas FG ist eine Vielzahl von Axialkanälen (Kühlkanälen) 60, die sich in der Axialrichtung Da erstrecken, in dem Segmentkörper 51 ausgebildet.
  • Die Vielzahl von Kühlkanälen 60 ist in der Umfangsrichtung Dc parallel angeordnet.
  • In einigen Ausführungsbeispielen wird die Umfangsrichtung Dc in den Kühlkanälen 60 als eine Breiterichtung der Kühlkanäle 60 bezeichnet. Außerdem wird in einigen Ausführungsbeispielen die Radialrichtung Dr orthogonal zu der Breiterichtung in den Kühlkanälen 60 als eine Höherichtung der Kühlkanäle 60 bezeichnet.
  • Obwohl nicht dargestellt, ist die Gasturbine 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel derart konfiguriert, dass Kühlluft CA jedem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen von der Seite einer Außenfläche 52b zugeführt wird. Die dem Segmentkörper 51 zugeführte Kühlluft CA konvektionskühlt den Körper 52 des Segmentkörpers 51 in dem Prozess eines Strömens durch die Kühlkanäle 60 und eines Ausstoßens in das Brenngas FG.
  • Nachstehend wird die Kühlstruktur des Segmentkörpers 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • Jeder der Kühlkanäle 60 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist an einem stromaufwärtigen Ende mit einem Kühlluftverteiler 55 verbunden. Jeder der Kühlkanäle 60 gemäß einigen Ausführungsbeispielen bildet intern eine Trennwand 70 aus, um den Kühlkanal 60 in eine Vielzahl von Verteilerströmungskanälen 63 aus der Mitte aufzuteilen. In einigen Ausführungsbeispielen teilt die Trennwand 70 den Kühlkanal 60 in ein Paar von Verteilerströmungskanälen 63 aus der Mitte in der Breiterichtung des Kühlkanals 60 auf.
  • In dem Kühlkanal 60 gemäß einigen Ausführungsbeispielen, d.h. ein Abschnitt stromaufwärts der Trennwand 70 und der Verteilerströmungskanäle 63 kann eine Strömungskanal-Querschnittsform des Kühlkanals 60 bei Betrachtung von der Erstreckungsrichtung des Kühlkanals 60 eine rechteckige Form sein, kann eine kreisförmige Form sein, kann eine polygonale, von der rechteckigen Form verschiedene Form sein, oder kann eine ovale Form sein. Außerdem können die Typen der Strömungskanal-Querschnittsformen zwischen dem Verteilerströmungskanal 63 und dem Abschnitt stromaufwärts der Trennwand 70 in dem Kühlkanal 60 verschieden sein. D.h., die Strömungskanal-Querschnittsform in dem Abschnitt stromaufwärts der Trennwand 70 kann die rechteckige Form sein, und die Strömungskanal-Querschnittsform in jedem Verteilerströmungskanal 63 kann die kreisförmige Form sein. Außerdem kann die Strömungskanal-Querschnittsform in jedem Verteilerströmungskanal 63 eine Form sein, die durch Teilen eines Kreises oder eines Ovals in Hälften durch eine korrespondierende Trennwand 70 erhalten wird.
  • Der Kühlkanal 60 kühlt den Segmentkörper 51, indem eine Innenwandfläche des Kühlkanals 60 gekühlt wird. Somit weist der Kühlkanal 60 eine Länge auf, die zumindest fünfmal größer als der äquivalente Durchmesser des Kühlkanals 60 ist. Der äquivalente Durchmesser des Kühlkanals 60 ist ein Durchmesser eines Strömungspfads, wenn der Kühlkanal 60 mit einem kreisförmigen Strömungspfad ersetzt wird, der hinsichtlich eines Flusses der Kühlluft CA äquivalent ist, falls die Querschnittsform des Kühlkanals 60 eine von der kreisförmigen Form verschiedene Form ist.
  • Jeder der Vielzahl von Verteilerströmungskanälen 63 ist an einem stromabwärtigen Ende 65 mit einem Kopfstück 80 verbunden. In einigen Ausführungsbeispielen sind beispielsweise die jeweiligen stromabwärtigen Enden 65 der sechs Verteilerströmungskanäle 63 in den drei Kühlkanälen 60, die nebeneinanderliegen, mit einer stromaufwärtigen Innenwand 81 des einen Kopfstücks 80 verbunden. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Vielzahl von Kopfstücken 80 in dem Segmentkörper 51 ausgebildet.
  • Jedes Kopfstück 80 ist ein quaderförmiger Raum, der durch die stromaufwärtige Innenwand 81 und eine stromabwärtige Innenwand 82, die ein Paar an in der Axialrichtung Da zugewandten Wänden darstellen, laterale Innenwände 83, 84, die ein Paar an in der Umfangsrichtung Dc zugewandten Wänden darstellen, und Innenwänden (nicht gezeigt), die ein Paar an in der Radialrichtung Dr zugewandten Wänden darstellen, umgeben.
  • In der stromabwärtigen Innenwand 82 von jedem Kopfstück 80 ist zumindest ein Auslasskanal 110 zum Ausstoßen der in das Kopfstück 80 strömenden Kühlluft CA an die Außenseite des Kopfstücks 80, d.h. die Außenseite des Segmentkörpers 51, ausgebildet. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in jedem Kopfstück 80 der eine Auslasskanal 110 in der Umgebung des Zentrums der stromabwärtigen Innenwand 82 in der Umfangsrichtung Dc ausgebildet. Der Auslasskanal 110 öffnet sich in das Brenngas FG an einem stromabwärtigen Ende 53 des Segmentkörpers 51 in der Axialrichtung Da.
  • In einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Segmentkörper 51 eine Vielzahl von Kühlkanalgruppen 60, die jeweils das eine Kopfstück 80, die drei Kühlkanäle 60, die an den jeweiligen stromabwärtigen Enden mit dem Kopfstück 80 verbunden sind, und den einen Auslasskanal 110, der mit dem Kopfstück 80 verbunden ist, umfassen.
  • Die von der Außenseite des Segmentkörpers 51 dem Segmentkörper 51 zugeführte Kühlluft CA wird dem Kühlluftverteiler 55 zugeführt und dann an jeden Kühlkanal 60 von dem Kühlluftverteiler 55 verteilt. Die an jeden Kühlkanal 60 verteilte Kühlluft CA wird durch die Trennwand 70 aufgeteilt und strömt in die jeweiligen Verteilerströmungskanäle 63. Die in die jeweiligen Verteilerströmungskanäle 63 strömende Kühlluft CA wird in jedem Kopfstück 80 gesammelt und aus dem Auslasskanal 110 an die Außenseite des Segmentkörpers 51 ausgestoßen.
  • In einer Maschine, wie etwa der Gasturbine 10, die durch ein Hochtemperatur-Arbeitsgas betrieben wird, führt ein Wärmeverlust durch Kühlung allgemein zu einer Verringerung der thermischen Effizienz der Maschine. Somit ist es wünschenswert, dass eine Hochtemperaturkomponente mit so wenig Kühlmedien wie möglich effizient gekühlt wird. Deshalb ist es vorzuziehen, dass eine Strömungskanal-Querschnittsfläche in dem Kühlkanal 60 nicht größer als erforderlich ist.
  • Falls allerdings die Strömungskanal-Querschnittsfläche klein ist, tendiert die Dimensionsgenauigkeit des Kühlkanals 60 dazu, sich aufgrund einer Herstellungsbeschränkung des Segmentkörpers 51, der als die Hochtemperaturkomponente dient, zu verringern, wodurch die Genauigkeit der Strömungsrate der Kühlluft CA in dem Kühlkanal 60 verringert werden kann.
  • Falls die Genauigkeit der Strömungsrate der Kühlluft CA in dem Kühlkanal 60 verringert wird und die Strömungsrate der Kühlluft CA größer als eine erstellte Strömungsrate ist, wird mehr Wärme als erforderlich durch die Kühlluft CA entzogen, wodurch die thermische Effizienz der Gasturbine 10 verringert werden kann. Falls außerdem die Strömungsrate der Kühlluft CA kleiner als die erstellte Strömungsrate ist, kann der Segmentkörper 51 durch fehlerhafte Kühlung beschädigt werden.
  • In Anbetracht des vorstehenden besteht eine Aufgabe von zumindest einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darin, die Hochtemperaturkomponente bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Mangel in der Kühlkapazität zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • Somit wird in einigen Ausführungsbeispielen der Mangel in der Kühlkapazität vermieden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird, indem die nachstehend beschriebene Kühlstruktur in dem Segmentkörper 51 konfiguriert wird.
  • 5 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung des Kopfstücks 80 in 4.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist in dem Segmentkörper 51, wie in 3-5 gezeigt, die Anzahl an Auslasskanälen 110, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, kleiner als die Anzahl einer Vielzahl von Kühlkanälen 60, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind. Beispielsweise sind in einigen Ausführungsbeispielen die sechs Kühlkanäle 60 (sechs Verteilerströmungskanäle 63), wie in 3-5 gezeigt, die durch die Trennwände 70 und den einen Auslasskanal 110 aufgeteilt sind, jeweils mit dem einen Kopfstück 80 verbunden.
  • In einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Auslasskanal 110, wie in 5 gezeigt, ein stromaufwärtiges Gebiet 111 und ein stromabwärtiges Gebiet 115. In dem stromaufwärtigen Gebiet 111 ist ein verringerter Abschnitt einer Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 ausgebildet, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche in Richtung einer stromabwärtigen Seite graduell verringert ist. In dem stromabwärtigen Gebiet 115 ist ein minimaler Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitt 117 ausgebildet, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche minimal ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist die Strömungskanal-Querschnittsform des Auslasskanals 110 bei Betrachtung aus der Erstreckungsrichtung des Auslasskanals 110 eine kreisförmige Form in dem stromaufwärtigen Gebiet 111 und dem stromabwärtigen Gebiet 115. Allerdings kann die Strömungskanal-Querschnittsform des Auslasskanals 110 eine rechteckige Form sein, kann eine von der rechteckigen Form verschiedene polygonale Form sein, oder kann eine ovale Form in dem stromaufwärtigen Gebiet 111 und dem stromabwärtigen Gebiet 115 sein. Außerdem können die Typen von Strömungskanal-Querschnittsformen zwischen dem stromaufwärtigen Gebiet 111 und dem stromabwärtigen Gebiet 115 verschieden sein. D.h., die Strömungskanal-Querschnittsform in dem stromaufwärtigen Gebiet 111 kann die rechteckige Form sein, und die Strömungskanal-Querschnittsform in dem stromabwärtigen Gebiet 115 kann die kreisförmige Form sein.
  • Auch unter Berücksichtigung des Falles, in dem die Strömungskanal-Querschnittsform in dem stromabwärtigen Gebiet 115 die von der kreisförmigen Form verschiedene Form ist, wird die folgende Beschreibung durch den äquivalenten Durchmesser des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117 gemacht, wenn die Größe des Strömungspfads in dem stromabwärtigen Gebiet 115 erwähnt wird (minimaler Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitt 117).
  • Der äquivalente Durchmesser des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117 ist ein Durchmesser des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117, wenn der Strömungspfad mit einem kreisförmigen Strömungspfad, der hinsichtlich des Flusses der Kühlluft CA äquivalent ist, ersetzt wird, falls die Querschnittsform des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117 eine von der kreisförmigen Form verschiedene Form ist. Falls die Querschnittsform des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117 die kreisförmige Form ist, ist der äquivalente Durchmesser des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117 der Durchmesser des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind in dem Segmentkörper 51 jeweilige minimale Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 113 nicht kleiner als jeweilige Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 (Verteilerströmungskanäle 63) in einer Verbindung 67 zwischen dem Kopfstück 80 und den Kühlkanälen 60.
  • In einigen Ausführungsbeispielen sind in dem Segmentkörper 51, wie in 3-5 gezeigt, die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin kleiner als eine Summe ΣSA der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 (Verteilerströmungskanäle 63), die mit dem einen Kopfstück 80 in der Verbindung 67 verbunden sind.
  • Falls nicht weniger als zwei Auslasskanäle 110 mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, sind die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 110, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in der Verbindung 67.
  • Falls außerdem nicht weniger als zwei Auslasskanäle 110 mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, ist eine Summe ΣSBmin der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 110, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, kleiner als die Summe ΣSA der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60, die mit dem einen Kopfstück 80 in der Verbindung 67 verbunden sind.
  • Wie nachstehend beschrieben wird, kann der Segmentkörper 51 beispielsweise durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder ein Präzisionsgussverfahren ausgebildet werden. Somit neigt die Dimensionsgenauigkeit des Kühlkanals 60 dazu, sich aufgrund einer Herstellungsbeschränkung des Segmentkörpers 51 zu verringern, falls die Strömungskanal-Querschnittsfläche SA des Kühlkanals 60 klein ist.
  • Für den Fall, dass die Strömungsrate der Kühlluft CA, die durch jeden der Vielzahl von Kühlkanälen 60 strömt, durch jede der Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 bestimmt wird, falls die Strömungskanal-Querschnittsfläche SA klein ist, wird die Dimensionsgenauigkeit der Kühlkanäle 60 wie vorstehend beschrieben verringert, wodurch die Genauigkeit der Strömungsrate der Kühlluft CA in den Kühlkanälen 60 verringert werden kann.
  • Im Gegensatz dazu ist es mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, die Strömungsrate der Kühlluft CA in der Vielzahl von Kühlkanälen 60 durch die minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 110 zu definieren, da die Summe ΣSBmin der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin des einen oder der mehreren Auslasskanäle 110 kleiner als die Summe ΣSA der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in der Verbindung 67 ist. Somit muss die Strömungskanal-Querschnittsfläche SA in jedem der Vielzahl von Kühlkanälen 60 nicht mehr als erforderlich verringert werden, um die Strömungsrate der Kühlluft CA zu steuern, wodurch die Dimensionsgenauigkeit der Kühlkanäle 60 verbessert wird, und ermöglicht wird, eine Änderung der Strömungsrate der Kühlluft CA unter der Vielzahl von Kühlkanälen 60 zu unterdrücken. Deshalb ist es möglich, einen Mangel der Kühlkapazität zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • Ferner wird mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen die Dimensionsgenauigkeit des Auslasskanals 110 in der Radialrichtung leicht gewährleistet, und eine Verstopfung in dem Auslasskanal 110 durch eine Fremdsubstanz tritt kaum auf, da die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin des einen oder der mehreren Auslasskanäle 110 nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in der Verbindung 67 sind.
  • Außerdem ist es mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, einen Abschnitt zu verringern, in dem eine Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals gewährleistet werden soll, und Herstellungskosten des Segmentkörpers 51 zu unterdrücken, da der eine oder die mehreren Auslasskanäle 110 eine geringere Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen 60 hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate der Kühlluft CA darstellen.
  • In einigen Ausführungsbeispielen ist in dem Segmentkörper 51, wie in 5 gezeigt, ein Separationsabstand Ld zwischen der stromaufwärtigen Innenwand 81 und der stromabwärtigen Innenwand 82 des Kopfstücks 80, d.h. eine Länge zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende des Kopfstücks 80 mindestens einmal und höchstens dreimal größer als ein äquivalenter Durchmesser DBmin des stromabwärtigen Gebiets 115, das ein Gebiet ist, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals 110 minimal ist.
  • Falls die stromaufwärtige Innenwand 81, d.h. Verbindungspositionen zwischen dem Kopfstück 80 und den jeweiligen stromabwärtigen Enden 65 der Vielzahl von Kühlkanälen 60, und die stromabwärtige Innenwand 82, d.h. eine Verbindungsposition zwischen dem Kopfstück 80 und einem stromaufwärtigen Ende 110a des Auslasskanals 110 zu nah beieinander sind, nimmt eine Differenz der Strömungsrate der Kühlluft CA zwischen dem Kühlkanal 60, dessen Entfernung zwischen dem stromabwärtigen Ende 65 des Kühlkanals 60 und dem stromaufwärtigen Ende 110a des Auslasskanals 110 klein ist, und dem Kühlkanal 60, dessen Entfernung zwischen dem stromabwärtigen Ende 65 und dem stromaufwärtigen Ende 110a groß ist, zu.
  • Im Gegensatz dazu ist es mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, die Änderung der Strömungsrate der Kühlluft CA unter der Vielzahl von Kühlkanälen 60 zu unterdrücken, da die stromaufwärtige Innenwand 81 und die stromabwärtige Innenwand 82 durch einen Abstand, der mindestens einmal größer als der vorstehend beschriebene äquivalente Durchmesser DBmin ist, getrennt voneinander sind.
  • Da außerdem die jeweiligen stromabwärtigen Enden 65 der Vielzahl von Kühlkanälen 60 mit dem Kopfstück 80 verbunden sind, nimmt ein Raumvolumen in dem Kopfstück 80 zu, und die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft CA in dem Kopfstück 80 nimmt ab, wodurch ein Wärmetransferkoeffizient zu der Kühlluft CA abnimmt. Folglich kann die Kühlkapazität in dem Kopfstück 80 verringert werden, und somit ist es vorzuziehen, dass der Separationsabstand Ld zwischen der stromaufwärtigen Innenwand 81 und der stromabwärtigen Innenwand 82 nicht groß ist.
  • In dieser Hinsicht ist es mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, das Auftreten eines Gebiets zu unterdrücken, in dem die Kühlkapazität in dem Segmentkörper 51 fehlerhaft ist, da der Separationsabstand Ld zwischen der stromaufwärtigen Innenwand 81 und der stromabwärtigen Innenwand 82 höchstens dreimal größer als der vorstehend beschriebene äquivalente Durchmesser DBmin ist.
  • Außerdem ist es möglich, eine Verringerung der Stärke des Segmentkörpers 51 zu unterdrücken, indem das Volumen des Kopfstücks 80, d.h. das Volumen eines Innenraums des Segmentkörpers 51, unterdrückt wird, falls der Separationsabstand Ld zwischen der stromaufwärtigen Innenwand 81 und der stromabwärtigen Innenwand 82 höchstens dreimal größer als der vorstehend beschriebene äquivalente Durchmesser DBmin ist.
  • In dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Auslasskanal 110 den verringerten Abschnitt einer Strömungskanal-Querschnittsfläche 113, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals 110 in Richtung der stromabwärtigen Seite graduell verringert ist.
  • Somit wird durch Einstellen einer Größe in einer Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung des Auslasskanals 110 von der stromabwärtigen Seite des verringerten Abschnitts der Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 die minimale Strömungskanal-Querschnittsfläche SBmin des Auslasskanals 110 leicht eingestellt. Deshalb ist es möglich, die Strömungsrate der Kühlluft CA so lange zu verwalten, wie die Dimension in der Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung des Auslasskanals 110 stromabwärts des Auslasskanals 110 verwaltet wird, wodurch ermöglicht wird, einen Bereich einzugrenzen, in dem die Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll, und die Herstellungskosten des Segmentkörpers 51 zu unterdrücken.
  • Da der verringerte Abschnitt der Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 in dem stromaufwärtigen Gebiet 111 ausgebildet wird, wie nachstehend beschrieben, wird der Innendurchmesser eines Teilabschnitts, der zu der stromaufwärtigen Seite von dem stromabwärtigen Ende 110b zurückführt, konstant, indem eine Bearbeitung an dem Auslasskanal 110 mit einem Dreiecksbohrer von dem stromabwärtigen Ende 110b in Richtung des stromaufwärtigen Endes 110a des Auslasskanals 110 durchgeführt wird, und der Abschnitt wird zu dem stromabwärtigen Gebiet 115. Deshalb ist es möglich, den minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitt 117 in dem stromabwärtigen Gebiet 115 leicht auszubilden.
  • In dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Rauigkeit einer Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 nicht größer als die Rauigkeit von jeweiligen Innenwandflächen 60a der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in einem Gebiet, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals 110 minimal ist. D.h., in dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist die Rauigkeit einer Innenwandfläche 115a in dem stromabwärtigen Gebiet 115 nicht größer als die Rauigkeit der jeweiligen Innenwandflächen 60a der Vielzahl von Kühlkanälen 60.
  • Da die Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 die vorstehend beschriebene Rauigkeit aufweist, ist eine Änderung des Druckverlusts in dem Auslasskanal 110 klein, wodurch es möglich ist, die Steuergenauigkeit der Strömungsrate der Kühlluft CA zu verbessern. Da außerdem die Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 die vorstehend beschriebene Rauigkeit aufweist, verläuft eine Fremdsubstanz leicht durch den Auslasskanal 110, wodurch es möglich wird, ein Verstopfungsrisiko des Auslasskanals 110 zu verringern.
  • In dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen muss die Rauigkeit einer Innenwandfläche lila in dem stromaufwärtigen Gebiet 111 nicht kleiner als, oder gleich zu der Rauigkeit der jeweiligen Innenwandflächen 60a der Vielzahl von Kühlkanälen 60 sein.
  • Beispielsweise weist die Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 in einigen Ausführungsbeispielen eine Mittellinien-Durchschnittsrauigkeit auf, die nicht größer als 10 µm in dem stromabwärtigen Gebiet 115 ist. Außerdem weisen die Innenwandflächen 60a der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in einigen Ausführungsbeispielen jeweils die Mittellinien-Durchschnittsrauigkeit Ra auf, die nicht kleiner als 10 µm und nicht größer als 20 µm ist.
  • Mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Kühlleistung in den Kühlkanälen 60 zu verbessern, da die Innenwandflächen 60c der Vielzahl von Kühlkanälen 60 jeweils die vorstehend beschriebene Rauigkeit aufweisen. Außerdem ist es mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, die Änderung des Druckverlusts in dem Auslasskanal 110 zu unterdrücken, und dass die Fremdsubstanz leicht durch den Auslasskanal 110 verläuft, wodurch ermöglicht wird, das Verstopfungsrisiko des Auslasskanals 110 zu verringern, da eine Innenwandfläche 115c des stromabwärtigen Gebiets 115 in dem Auslasskanal 110 die vorstehend beschriebene Rauigkeit aufweist.
  • In dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen weisen jeweils die Wände, die die Vielzahl von Kühlkanälen 60 ausbilden, d.h. die Trennwände 70, abgeschrägte Ecken 75 an den stromabwärtigen Enden 65 der Kühlkanäle 60 auf.
  • Die Trennwände 70, die auch jeweils als die Wände dienen, die die Vielzahl von Kühlkanälen 60 (Verteilerströmungskanäle 63) ausbilden, können jeweils eine so geringe Wanddicke, d.h. Dimension der Trennwand 70 in der Umfangsrichtung Dc, wie möglich aufweisen, wie es hinsichtlich einer Verbesserung der Wärmetransferleistung erforderlich ist. In diesem Fall kann die Form der Ecke verloren werden, wenn der Segmentkörper 51 durch beispielsweise das Präzisionsgussverfahren oder das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls ausgebildet wird, und wenn eine anschließende Wärmebehandlung durchgeführt wird, falls die Ecke 75 eine Form aufweist, die nicht an dem stromabwärtigen Ende 65 des Kühlkanals 60 (Verteilerströmungskanal 63) abgeschrägt ist. Falls die Form der Ecke verloren ist, wird ein negativer Effekt auf die Strömung der Kühlluft CA übertragen, die durch den Kühlkanal 60 strömt, wodurch die Kühlleistung verringert werden kann.
  • Im Gegensatz dazu ist es mit dem Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, den durch den vorstehend beschriebenen Verlust der Form der Ecke 75 bewirkten negativen Effekt zu unterdrücken, da die Ecke 75 an dem stromabwärtigen Ende 65 des Kühlkanals 60 abgeschrägt ist.
  • Beispielsweise ist der eine Auslasskanal 110 in einigen Ausführungsbeispielen, wie in 3-5 gezeigt, mit dem einen Kopfstück 80 verbunden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate der Kühlluft CA wünschenswert, den Abschnitt zu verringern, in dem die Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll. In dieser Hinsicht ist es gemäß einigen in 3-5 gezeigten Ausführungsbeispielen möglich, den Abschnitt zu verringern, in dem die Dimensionsgenauigkeit des Kanals gewährleistet werden soll, und die Herstellungskosten des Segmentkörpers 51 zu unterdrücken, da der eine Auslasskanal 110 mit dem einen Kopfstück 80 verbunden ist.
  • (Herstellungsverfahren für Segmentkörper 51)
  • Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren für den vorstehend beschriebenen Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen beschrieben. Der Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise durch das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder das Präzisionsgussverfahren hergestellt werden. 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Erzeugungsprozedur für den Fall zeigt, dass der Segmentkörper 51 durch das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls gemäß einigen Ausführungsbeispielen erzeugt wird. Das Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst einen Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10, einen Kopfstück-Ausbildungsschritt S20, einen Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 und einen Auslasskanal-Schneideschritt S40.
  • Ein Ausbildungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise das Pulverbettschmelzen, die Metallabscheidung, das Bindemittelaufspritzen oder ein anderes Verfahren als die vorstehend beschriebenen Verfahren sein. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall beschrieben, in dem das Ausbildungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen z. B. das Pulverbettschmelzen oder die Metallabscheidung ist.
  • Der Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10 ist ein Schritt zum Ausbilden der Vielzahl von Kühlkanälen 60, durch die die Kühlluft CA strömen kann. Der Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10 umfasst beispielsweise ein Ausbilden des Segmentkörpers 51 bis zu den jeweiligen stromabwärtigen Enden 65 der Kühlkanäle 60 durch Laminieren des Basispulvers von der stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung Da in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Axialrichtung Da.
  • Der Kopfstück-Ausbildungsschritt S20 ist ein Schritt zum Ausbilden des mit den jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbundenen Kopfstücks. Gefolgt von dem Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10 umfasst der Kopfstück-Ausbildungsschritt S20 ein Ausbilden des Segmentkörpers 51 bis zu der stromabwärtigen Innenwand 82 des Kopfstücks 80 durch Laminieren des Basispulvers von der stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung Da in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Axialrichtung Da.
  • Der Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 ist ein Schritt zum Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle 110 zum Ausstoßen der Kühlluft CA, die in dem Kopfstück 80 strömt, an die Außenseite des Kopfstücks 80. Gefolgt von dem Kopfstück-Ausbildungsschritt S20, umfasst der Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 ein Ausbilden des Segmentkörpers 51 bis zu dem stromabwärtigen Ende 110b des Auslasskanals 110 durch Laminieren des Basispulvers von der stromaufwärtigen Seite in der Axialrichtung Da in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Axialrichtung Da.
  • Der Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 umfasst ein Ausbilden des Auslasskanals 110, um den verringerten Abschnitt der Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 zu umfassen, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals 110 in Richtung der stromabwärtigen Seite graduell verringert wird.
  • 7 ist eine Ansicht zum Beschreiben des nachstehend beschriebenen Auslasskanal-Schneideschritts S40. 7 zeigt durch doppelt gepunktete Kettenlinien eine stromabwärtige Form des Auslasskanals 110, bevor sie mit einem Dreiecksbohrer 19 in dem Auslasskanal-Schneideschritt S40 geschnitten wird, und den Dreiecksbohrer 19.
  • Der Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst ein Ausbilden der stromabwärtigen Seite des Auslasskanals 110 derart, dass eine Dimension in der Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung des Auslasskanals 110 an der stromabwärtigen Seite des Auslasskanals 110 kleiner als ein Durchmesser Dd des Dreiecksbohrers 19 ist. D.h., der Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst ein Ausbilden des verringerten Abschnitts der Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 derart, dass eine Dimension M in der Richtung orthogonal zu der Erstreckungsrichtung des Auslasskanals 110 an der am weitesten stromabwärts gelegenen Seite des verringerten Abschnitts der Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 kleiner als der Durchmesser Dd des Dreiecksbohrer 19 ist.
  • Der Auslasskanal-Schneideschritt S40 ist ein Schritt zum Durchführen einer Bearbeitung von zumindest einem Teil der Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110. Insbesondere ist der Auslasskanal-Schneideschritt S40 ein Schritt zum Schneiden des Auslasskanals 110 mit dem Dreiecksbohrer 19. Der Auslasskanal-Schneideschritt S40 umfasst ein Durchführen einer Bearbeitung an dem Auslasskanal 110 von dem stromabwärtigen Ende 110b in Richtung des stromaufwärtigen Endes 110a des Auslasskanals 110 mit dem Dreiecksbohrer 19. Folglich wird der Innendurchmesser des Teilabschnitts, der zu der stromaufwärtigen Seite von dem stromabwärtigen Ende 110b zurückführt, konstant, und der Abschnitt wird das stromabwärtige Gebiet 115.
  • Der Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10 und der Kopfstück-Ausbildungsschritt S20 müssen nicht notwendigerweise durch das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls, sondern können auch durch das Präzisionsgussverfahren durchgeführt werden. Dann kann der Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 durch das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls durchgeführt werden. Zusätzlich kann der Prozess von dem Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10 zu dem Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 durch das Präzisionsgussverfahren durchgeführt werden.
  • In dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird der Segmentkörper 51 derart ausgebildet, dass die Anzahl an Auslasskanälen 110, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, kleiner als die Anzahl einer Vielzahl von Kühlkanälen 60 ist, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind.
  • Außerdem ist der Segmentkörper 51 in dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen derart ausgebildet, dass die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin des Auslasskanals 110 nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 (Verteilerströmungskanäle 63) in der Verbindung 67 zwischen dem Kopfstück 80 und den Kühlkanälen 60 sind.
  • Außerdem wird der Segmentkörper 51 in dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen derart ausgebildet, dass die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 110 kleiner sind als die Summe ΣSA der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 (Verteilerströmungskanäle 63), die mit dem einen Kopfstück 80 in der Verbindung 67 verbunden sind.
  • Falls der Segmentkörper 51 derart ausgebildet wird, dass nicht weniger als zwei Auslasskanäle 110 mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, wird der Segmentkörper 51 derart ausgebildet, dass die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 110, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in der Verbindung 67 sind.
  • Falls außerdem der Segmentkörper 51 derart ausgebildet wird, dass nicht weniger als zwei Auslasskanäle 110 mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, wird der Segmentkörper 51 derart ausgebildet, dass die Summe ΣSBmin der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 110, die mit dem einen Kopfstück 80 verbunden sind, kleiner sind als die Summe ΣSA der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60, die mit dem einen Kopfstück 80 in der Verbindung 67 verbunden sind.
  • Mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Strömungsrate der Kühlluft CA in der Vielzahl von Kühlkanälen 60 durch die minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin der Auslasskanäle 110 zu definieren, da die Summe ΣSBmin der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin des einen oder der mehreren Auslasskanäle 110 kleiner als die Summe ΣSA der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in der Verbindung 67 ist. Somit muss in jedem der Vielzahl von Kühlkanälen 60 die Strömungskanal-Querschnittsfläche nicht mehr als erforderlich verringert werden, um die Strömungsrate der Kühlluft CA zu steuern, wodurch die Dimensionsgenauigkeit der Kühlkanäle 60 verbessert wird, und ermöglicht wird, die Änderung der Strömungsrate der Kühlluft CA unter der Vielzahl von Kühlkanälen 60 zu unterdrücken. Deshalb ist es möglich, einen Mangel der Kühlkapazität zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • Ferner wird mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen die Dimensionsgenauigkeit des Auslasskanals 110 leicht gewährleistet, und eine Verstopfung in dem Auslasskanal 110 durch die Fremdsubstanz tritt kaum auf, da die jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen SBmin des einen oder der mehreren Auslasskanäle 110 nicht kleiner als die jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen SA der Vielzahl von Kühlkanälen 60 in der Verbindung 67 sein können.
  • Außerdem ist es mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, den Abschnitt zu verringern, in dem die Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll, und die Herstellungskosten des Segmentskörpers 51 zu verringern, da der eine oder die mehreren Auslasskanäle 110 eine geringere Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen 60 hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate der Kühlluft CA aufweisen.
  • Mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist es nur erforderlich, die Dimensionsgenauigkeit des am weitesten stromabwärts gelegenen Gebiets in dem verringerten Abschnitt der Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 zu verwalten, da der Auslasskanal 110 derart ausgebildet ist, dass der verringerte Abschnitt der Strömungskanal-Querschnittsfläche 113 die minimale Strömungskanal-Querschnittsfläche in dem Auslasskanal 110 hinsichtlich der Verwaltung der Strömungsrate der Kühlluft CA aufweist. Somit ist es möglich, den Bereich einzugrenzen, in dem die Genauigkeit der Strömungskanal-Querschnittsfläche, d.h. die Dimensionsgenauigkeit des Kanals, gewährleistet werden soll, und die Herstellungskosten des Segmentkörpers 51 zu unterdrücken.
  • Mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Herstellungskosten des Segmentkörpers 51 im Vergleich zu dem Fall zu unterdrücken, in dem der Auslasskanal 110 durch alleinige Bearbeitung ausgebildet wird. Außerdem ist es mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, die Dimensionsgenauigkeit der Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 zu verbessern, und die Steuergenauigkeit der Strömungsrate der Kühlluft CA im Vergleich zu dem Fall zu verbessern, in dem der Auslasskanal 110 durch das Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder das Präzisionsgussverfahren allein ausgebildet wird. Außerdem ist es mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen möglich, die Dimension der Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 einzustellen, während die Strömungsrate der Kühlluft CA überprüft wird, wodurch ermöglicht wird, einen Überschuss oder einen Mangel der Strömungsrate der Kühlluft CA zu unterdrücken.
  • Mit dem Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird der Segmentkörper 51 leicht hergestellt, da es möglich ist, die Dimension der Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 zu definieren, oder insbesondere einen Innendurchmesser Di des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117 durch den Durchmesser Dd des Dreiecksbohrer 19.
  • Indem das Herstellungsverfahren für den Segmentkörper 51 gemäß einigen Ausführungsbeispielen durchgeführt wird, ist es möglich, die Strömungsrate der Kühlluft CA in dem Segmentkörper 51 zu steuern. D.h., ein Strömungsraten-Steuerverfahren für die Kühlluft CA in dem Segmentkörper 51 gemäß einigen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen umfasst den Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10, den Kopfstück-Ausbildungsschritt S20, den Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 und den Auslasskanal-Schneideschritt S40.
  • Mit dem Strömungsraten-Steuerverfahren für die Kühlluft CA gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird die Strömungsrate der Kühlluft CA leicht gesteuert, da es möglich ist, die Dimension der Innenwandfläche 110c des Auslasskanals 110 (der Innendurchmesser Di des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117) durch den Durchmesser Dd des Dreiecksbohrers 19 zu definieren. Deshalb ist es möglich, den Mangel der Kühlkapazität leicht zu vermeiden, während ein übermäßiges Kühlen unterdrückt wird.
  • In dem Strömungsraten-Steuerverfahren für die Kühlluft CA gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Kühlkanal-Ausbildungsschritt S10 ein Ausbilden der Kühlkanäle 60, die in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen 6 enthalten sind.
  • Außerdem umfasst der Kopfstück-Ausbildungsschritt S20 in dem Strömungsraten-Steuerverfahren für die Kühlluft CA gemäß einigen Ausführungsbeispielen ein Ausbilden der Kopfstücke 80, die in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen 6 enthalten sind.
  • In dem Strömungsraten-Steuerverfahren für die Kühlluft CA gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Auslasskanal-Ausbildungsschritt S30 ein Ausbilden der Auslasskanäle 110, die in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen 6 enthalten sind.
  • In dem Strömungsraten-Steuerverfahren für die Kühlluft CA gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Auslasskanal-Schneideschritt S40 ein Schneiden der Auslasskanäle 110, die in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen 6 enthalten sind, mit dem Dreiecksbohrer 19.
  • Somit ist es möglich, die Dimension der Innenwandfläche 110c von jedem Auslasskanal 110 (der Innendurchmesser Di des minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitts 117) durch den Durchmesser Dd des Dreiecksbohrers 19 zu definieren, wodurch die Änderung der Strömungsrate der Kühlluft CA unter der Vielzahl von Kühlkanalgruppen 6 leicht unterdrückt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt und umfasst auch ein Ausführungsbeispiel, das durch Modifizieren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele erhalten wird, und ein Ausführungsbeispiel, das durch geeignetes Kombinieren dieser Ausführungsbeispiele erhalten wird.
  • Beispielsweise ist in einigen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Beschreibung gemacht worden, indem das Ringsegment 50 als ein Beispiel der Hochtemperaturkomponente genommen wurde, die durch das Kühlmedium gekühlt werden muss. Allerdings ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt, sondern ist auch anwendbar auf die anderen Hochtemperaturkomponenten, wie etwa die Brennkammer 12, das Rotorblatt 41 (wie etwa die Plattform 45), die Leitschaufel 21 (wie etwa die Innenwanten 25 und die Außenwanten 27) und dergleichen. Außerdem ist die auf die vorliegende Erfindung anwendbare Hochtemperaturkomponente nicht auf die Bestandteilskomponenten in der Gasturbine 10 begrenzt, sondern kann auch Bestandteilskomponenten in einer von der Gasturbine 10 verschiedenen Turbomaschine darstellen.
  • Bezugszeichenliste
    • 6
    Kühlkanalgruppe
    10
    Gasturbine
    12
    Brennkammer
    13
    Turbine
    21
    Turbinenleitschaufel (Leitschaufel)
    41
    Turbinenrotorblatt (Rotorblatt)
    50
    Ringsegment
    51
    Segmentkörper
    52
    Körper
    52b
    Außenfläche (zu erwärmende Fläche)
    60
    Axialkanal (Kühlkanal)
    63
    Verteilerströmungskanal
    65
    Stromabwärtiges Ende
    67
    Verbindung
    70
    Trennwand
    80
    Kopfstück
    81
    Stromaufwärtige Innenwand
    82
    Stromabwärtige Innenwand
    110
    Auslasskanal
    111
    Stromaufwärtiges Gebiet
    113
    Verringerter Abschnitt einer Strömungskanal-Querschnittsfläche
    115
    Stromabwärtiges Gebiet
    117
    Minimaler Strömungskanal-Querschnittsflächenabschnitt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 201548848 A [0003]

Claims (13)

  1. Eine Hochtemperaturkomponente, die für eine Turbomaschine verwendet wird und durch ein Kühlmedium gekühlt werden muss, wobei die Komponente aufweist: eine Vielzahl von Kühlkanälen, durch die das Kühlmedium strömen kann; ein Kopfstück, das mit jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbunden ist; und einen oder mehrere Auslasskanäle zum Ausstoßen des in das Kopfstück strömenden Kühlmediums an die Außenseite des Kopfstücks, wobei der eine oder die mehreren Auslasskanäle in geringerer Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen vorliegen, wobei jeweilige minimale Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle nicht kleiner als jeweilige Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in einer Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen sind, und wobei eine Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle kleiner als eine Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen ist.
  2. Die Hochtemperaturkomponente nach Anspruch 1, wobei ein Separationsabstand zwischen einer stromaufwärtigen Innenwand und einer stromabwärtigen Innenwand des Kopfstücks mindestens einmal und höchstens dreimal größer als ein äquivalenter Durchmesser eines Gebiets ist, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals minimal ist.
  3. Die Hochtemperaturkomponente nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Auslasskanäle jeweils einen verringerten Abschnitt der Strömungskanal-Querschnittsfläche umfassen, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals in Richtung einer stromabwärtigen Seite graduell verringert ist.
  4. Die Hochtemperaturkomponente nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der eine oder die mehreren Auslasskanäle jeweils eine Innenwandfläche aufweisen, deren Mittellinien-Durchschnittsrauigkeit Ra nicht größer als 10 µm in einem Gebiet ist, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals minimal ist, und wobei die Vielzahl von Kühlkanälen jeweils eine Innenwandfläche aufweisen, deren Mittellinien-Durchschnittsrauigkeit Ra nicht kleiner als 10 µm und nicht größer als 20 µm ist.
  5. Die Hochtemperaturkomponente nach einem der Ansprüche 1-4, wobei Wände, die jeweils die Vielzahl von Kühlkanälen ausbilden, an stromabwärtigen Enden der Kühlkanäle abgeschrägte Ecken aufweisen.
  6. Die Hochtemperaturkomponente nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Anzahl an Auslasskanälen eins ist.
  7. Die Hochtemperaturkomponente nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Hochtemperaturkomponente Ringsegmente einer Gasturbine darstellt, die jeweils aus einer Vielzahl von Segmentkörpern besteht, die entlang einer Umfangsrichtung ringförmig ausgebildet sind, wobei die Vielzahl von Segmentkörpern jeweils eine Innenfläche aufweisen, die einem Brenngas-Strömungspfad zugewandt ist, durch den ein Brenngas strömt, wobei die Vielzahl von Kühlkanälen jeweils in der Vielzahl von Segmentkörpern ausgebildet sind, und wobei der eine oder die mehreren Auslasskanäle an jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Segmentkörpern in einer Axialrichtung in dem Brenngas geöffnet sind.
  8. Ein Herstellungsverfahren für eine Hochtemperaturkomponente, die für eine Turbomaschine verwendet wird und durch ein Kühlmedium gekühlt werden muss, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt zum Ausbilden einer Vielzahl von Kühlkanälen, durch die das Kühlmedium strömen kann; einen Schritt zum Ausbilden eines Kopfstücks, das mit jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbunden ist; und einen Schritt zum Ausbilden eines oder mehrerer Auslasskanäle zum Ausstoßen des Kühlmediums, das in das Kopfstück strömt, an die Außenseite des Kopfstücks, wobei der eine oder die mehreren Auslasskanäle in geringerer Anzahl als die Vielzahl von Kühlkanälen vorliegen, wobei jeweilige minimale Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle nicht kleiner als jeweilige Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in einer Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen sind, und wobei eine Summe der jeweiligen minimalen Strömungskanal-Querschnittsflächen des einen oder der mehreren Auslasskanäle kleiner als eine Summe der jeweiligen Strömungskanal-Querschnittsflächen der Vielzahl von Kühlkanälen in der Verbindung zwischen dem Kopfstück und den Kühlkanälen ist.
  9. Das Herstellungsverfahren für die Hochtemperaturkomponente nach Anspruch 8, wobei der Schritt zum Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle ein Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle umfasst, damit jeder einen verringerten Abschnitt einer Strömungskanal-Querschnittsfläche umfasst, in dem die Strömungskanal-Querschnittsfläche des Auslasskanals in Richtung einer stromabwärtigen Seite graduell verringert ist.
  10. Das Herstellungsverfahren für die Hochtemperaturkomponente nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt zum Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle ein Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder ein Präzisionsgussverfahren umfasst, und wobei das Verfahren ferner einen Schritt zum Durchführen einer Bearbeitung von zumindest einem Teil einer Innenwandfläche von jedem des einen oder der mehreren Auslasskanäle aufweist.
  11. Das Herstellungsverfahren für die Hochtemperaturkomponente nach Anspruch 10, wobei der Schritt zum Durchführen einer Bearbeitung ein Schneiden des einen oder der mehreren Auslasskanäle mit einem Bohrer umfasst.
  12. Ein Strömungsratensteuerverfahren für ein Kühlmedium, das in einer Hochtemperaturkomponente strömt, die für eine Turbomaschine verwendet wird und durch das Kühlmedium gekühlt werden muss, wobei das Verfahren aufweist: einen Schritt zum Ausbilden einer Vielzahl von Kühlkanälen, durch die das Kühlmedium strömen kann; einen Schritt zum Ausbilden eines Kopfstücks, das mit jeweiligen stromabwärtigen Enden der Vielzahl von Kühlkanälen verbunden ist; einen Schritt zum Ausbilden eines oder mehrerer Auslasskanäle zum Ausstoßen des Kühlmediums, das in das Kopfstück strömt, an die Außenseite des Kopfstücks, durch ein Verfahren zur additiven Herstellung eines Metalls oder ein Präzisionsgussverfahren; und einen Schritt zum Schneiden des einen oder der mehreren Auslasskanäle mit einem Bohrer.
  13. Das Strömungsratensteuerverfahren nach Anspruch 12, wobei die Hochtemperaturkomponente eine Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfasst, die jeweils das eine Kopfstück, zumindest zwei der mit jeweiligen stromabwärtigen Enden mit dem Kopfstück verbundenen Kühlkanäle und den einen oder die mehreren mit dem Kopfstück verbundenen Auslasskanäle umfasst, wobei der Schritt zum Ausbilden der Vielzahl von Kühlkanälen ein Ausbilden der in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Kühlkanälen umfasst, wobei der Schritt zum Ausbilden des Kopfstücks ein Ausbilden des in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Kopfstücks umfasst, wobei der Schritt zum Ausbilden des einen oder der mehreren Auslasskanäle ein Ausbilden der in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Auslasskanäle umfasst, und wobei der Schritt zum Schneiden des einen oder der mehreren Auslasskanäle mit dem Bohrer ein Schneiden mit dem Bohrer der in jeder der Vielzahl von Kühlkanalgruppen umfassten Auslasskanäle umfasst.
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