DE60126051T2 - Vorrichtung und Verfahren zur örtlichen Kühlung der Wände von Gasturbinenleitapparaten - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur örtlichen Kühlung der Wände von Gasturbinenleitapparaten Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem geschlossenen Kühlkreislauf für einen oder mehrere Leitapparatstufen und betrifft insbesondere eine Gasturbine, die einen geschlossenen Kühlkreislauf mit örtlicher Kühlung von Leitapparatwandabschnitten aufweist.
  • Gasturbinenleitapparate sind häufig mit offenen und/oder geschlossenen Kühlkreisläufen ausgestattet. In einem offenen System, beispielsweise einem luftgekühlten Leitapparat, wird gewöhnlich der Leitapparatschaufel Verdichterausstoßluft zugeführt und in den Heißgasstrom entlassen. Lokale Luftfilmkühlung ist vorgesehen, um in örtlichen Bereichen der Schaufel nach Wunsch oder Bedarf eine verbesserte Kühlung zu ermöglichen. In geschlossenen Leitapparatkühlungssystemen strömt ein Kühlmedium, z.B. Dampf, gewöhnlich von dem Außenband aus durch in der Leitschaufel vorhandene vielfältige Hohlräume, durch das innere Band und kehrt über Rückkehrkanäle durch die in der Leitschaufel vorhandenen Hohlräume und das Außenband zu einem Dampfauslass zurück. Der Dampf kühlt die Leitapparatwände durch Aufprallkühlung. Ein Beispiel eines mittels geschlossenem Kreislauf dampfgekühlten Leitapparats für eine Gasturbine ist in der US-Patentschrift 5 743 708 offenbart, die dem Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Dieses System verwendet ebenfalls ein offenes Luftkühlungssystem zum Kühlen der Hinterkante der Leitschaufel.
  • US 2 847 185 offenbart für Turbinen oder Kompressoren eine hohle Beschaufelung, die Mittel zum Zuführen von Fluid in das Innere der Beschaufelung aufweist.
  • Im Falle eines Kühlsystems mit geschlossenem Kreislauf ist es allerdings klar, dass sich die wirkungsvolle Kühlung unterschiedlicher Oberflächen gegen das Ende des geschlossenen Kreislaufs hin verringert. Dies ist hauptsächlich auf ein geringeres Aufpralldruckverhältnis und eine erhöhte Kühlmediumtemperatur längs jener lokalen Oberflächen zurückzuführen. Beispielsweise lassen sich die Wände der zu dem Kühlmediumauslass ins Freie gegenüber dem Kühlmediumauslass benachbarten Hohlräume nur schwer kühlen, da sie sich am Ende des Kühlkreislaufs befinden. Das Kühlmedium hat eine beträchtliche Wärmemenge aufgenommen, und das Druckverhältnis ist so stark vermindert, dass die örtliche Aufprallkühlung nicht mehr in befriedigendem Maße wirkungsvoll ist. Als Folge hiervon ist die Außenwandtemperatur der Leitschaufel an solchen Stellen verhältnismäßig hoch, was dort zu einer Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl führt. Dementsprechend besteht ein Bedarf, Leitapparatwände gegen das Ende des geschlossenen Kreislaufs hin wirkungsvoll zu kühlen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind Einrichtungen und Verfahren für eine wirkungsvolle Kühlung örtlicher Oberflächen der benachbart zu dem Ende des geschlossen Kühlkreislaufs angeordneten Leitapparatwand geschaffen, um die Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl zu verbessern oder die Lebensdauer zu steigern. Um dies zu erreichen, wird ein Teil des zu Beginn des geschlossen Kühlkreislaufs zugeführten Kühlmediums, d.h. ein Teil des Kühlmediums, der unter Einlassbedingungen steht, zu einem oder mehreren in einem Hohlraum der Leitschaufel angeordneten sekundären Einsätzen umgeleitet, um die örtlichen Bereiche zu kühlen, die sich andernfalls am Ende des geschlossenen Kühlkreislauf nur schwer wirkungsvoll kühlen lassen. Insbesondere ist ein mit Aufprallöffnungen ausgebildeter sekundärer Ein satz in einem Leitapparathohlraum benachbart zu einer örtlichen Fläche, d.h. einem Überhitzungspunkt, angeordnet, der eine örtliche Kühlung erfordert und dem Kühlmedium, z.B. Dampf, zugeführt wird, das weder Wärme von der Leitschaufel aufgenommen noch Druck verloren hat. Der sekundäre Einsatz nutzt den über dem gesamten Kühlkreislauf vorhandenen Druckabfall, um das Kühlmedium durch seine Aufprallöffnungen zu treiben, um den örtlichen Bereich durch Aufprall zu kühlen. Dies wirkt gegen die Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl in dem durch Aufprall gekühlten örtlichen Bereich, da kühlerer Dampf mit einem erheblich höheren Druckverhältnis aufgebracht wird, was eine wesentlich bessere Kühlung erbringt, als es andernfalls unter Verwendung eines am Ende des geschlossenen Kühlkreislaufs weitgehend verbrauchten Kühlungsdampfes der Fall ist. Es ist einsichtig, dass das Haupteinsatzelement in dem Leitschaufelhohlraum, wie in dem früheren oben erwähnten US-Patent veranschaulicht, von dem inneren Band das Kühlmedium, z.B. den Dampf, aufnimmt, um dieses durch das Einsatzelement strömen zu lassen, um die benachbart zu dem Haupteinsatzelement angeordneten Leitschaufelwände durch Aufprall zu kühlen. Der sekundäre Einsatz ist benachbart zu einem örtlichen Überhitzungspunkt anstelle einer Aufprallkühlung durch das Haupteinsatzelement an einem solchen örtlichen Bereich angeordnet, um kühleren Dampf mit einem höheren Druckverhältnis zuzuführen und folglich eine solche örtliche Fläche wirkungsvoller zu kühlen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einem Gasturbinenleitapparat mit inneren und äußeren Bändern und einer sich zwischen ihnen erstreckenden Leitschaufel, die zwischen Seitenwänden der Leitschaufel wenigstens einen Hohlraum aufweist, ein in dem Hohlraum angeordneter Einsatz, der sich von dem äußeren Band ausgehend und längs einer der Leitschaufelseitenwände und beabstandet von dieser erstreckt und kurz vor der Hälfte der Länge der Leitschaufel in dem Hohlraum endet, wobei der Einsatz einen Durchlasskanal bildet, um ein Kühlmedium aufzunehmen, und Öffnungen aufweist, die durch eine seiner Wände ausgebildet sind, um das Kühlmedium hindurchströmen zu lassen, um die eine Seite der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen, und ein Durchlasskanal geschaffen, der dazu dient, verbrauchtes Aufprallkühlmittel aus dem Leitschaufelhohlraum zu entlassen.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Gasturbine mit inneren und äußeren Bändern und einer sich dazwischen erstreckenden Leitschaufel, die wenigstens einen Hohlraum zwischen Seitenwänden der Leitschaufel aufweist, ein erster Einsatz in dem einen Hohlraum, um ein Kühlmedium aufzunehmen, wobei das Einsatzelement von den Seitenwänden beabstandete seitliche Wände und mehrere hindurch führende Öffnungen aufweist, um ein Kühlmedium durch die Öffnungen strömen zu lassen, um die Seitenwände der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen, und ein in dem einen Hohlraum angeordneter zweiter Einsatz geschaffen, der eine von einer der Seitenwände gegenüberliegend beabstandete seitliche Wand mit einer Anzahl von hindurch führenden Öffnungen aufweist, um ein Kühlmedium hindurch strömen zu lassen, um einen Abschnitt der einen Seitenwand durch Aufprall zu kühlen.
  • In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Gasturbine mit inneren und äußeren Bändern, einer sich dazwischen erstreckenden Leitschaufel, die zwischen Seitenwänden der Leitschaufel wenigstens einen Hohlraum aufweist, und einem Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf, um ein Kühlmedium durch die Leitschaufel strömen zu lassen, um die Leitschaufel zu kühlen, ein Verfahren zum Kühlen einer örtlichen Fläche längs der Leitschaufelwand geschaffen, mit den Schritten: Strömenlassen eines ersten Teils des Kühlmediums durch einen ersten Einsatz in dem einen Hohlraum, um einen ersten Abschnitt der Seitenwände der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen; Strömenlassen eines zweiten Teils des Kühlmediums durch einen in dem einen Hohlraum angeordneten zweiten Einsatz, um die örtliche Fläche der Leitschaufelwand zu kühlen, und Liefern des zweiten Teils des Kühlmediums zu dem zweiten Einsatz bei einer Temperatur, die geringer ist als die Temperatur des dem ersten Einsatz zugeführten ersten Teils des Kühlmediums.
  • In noch einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer Gasturbine mit inneren und äußeren Bändern, einer sich dazwischen erstreckenden Leitschaufel, die zwischen Seitenwänden der Leitschaufel wenigstens einen Hohlraum aufweist, und einem Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf, um ein Kühlmedium durch die Leitschaufel strömen zu lassen, um die Leitschaufel zu kühlen, ein Verfahren zum Kühlen einer örtlichen Fläche längs der Leitschaufelwand geschaffen, mit den Schritten: Strömenlassen eines ersten Teils des Kühlmediums durch einen ersten Einsatz in dem einen Hohlraum, um einen ersten Abschnitt der Seitenwände der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen; Strömenlassen eines zweiten Teils des Kühlmediums durch einen zweiten Einsatz in dem einen Hohlraum, um die örtliche Fläche der Leitschaufelwand zu kühlen, und einschließend den Schritt des Lieferns des zweiten Teils des Kühlmediums zu dem zweiten Einsatz bei einem Druck, der höher ist als der Druck des dem ersten Einsatz zugeführten ersten Teils des Kühlmediums.
  • Im Folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen exemplarisch beschrieben:
  • 1 zeigt in einem vergrößerten Querschnitt eine Leitapparatschaufel der ersten Stufe aus dem Stand der Technik;
  • 2 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht das Leitapparatsegment nach 3 nach der Fertigung und dem Zusammenbau;
  • 3 veranschaulicht in einer perspektivischen Explosionszeichnung eines Leitapparatsegments mit einer Leitschaufel den Zusammenbau von Haupt- und sekundären Einsätzen, eines Auslasskamins, einer Aufprallplatte, einer Abdeckung und eines Auslassanschlusskanals zu dem Außenbandabschnitt des Segments, gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 veranschaulicht in einer vergrößerten fragmentarischen Schnittansicht die Haupt- und sekundären Einsätze in dem zweiten Hohlraum der Leitschaufel zusammen mit dem Auslasskamin und Abschnitten des Außenbandkühlsystems;
  • 5 veranschaulicht in einer perspektivischen Explosionszeichnung den Leitapparatauslasskamin und den sekundären Einsatz; und
  • 6 zeigt in einer schematischen Ansicht, durch den Auslasskamin der Leitschaufel hindurch gesehen, den Ort des Haupt- und des sekundären Einschubs.
  • Wie zuvor erörtert, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere geschlossene Kühlkreisläufe für Leitapparatstu fen einer Turbine, vorzugsweise für einen Leitapparat der ersten Stufe, wobei zur Offenbarung vielfältiger sonstiger Aspekte der Turbine, ihrer Konstruktion und ihres Betriebsverfahrens auf das zuvor bezeichnete Patent Bezug genommen wird. Indem nun auf 1 eingegangen wird, ist in einem schematischen Querschnitt eine Leitschaufel 10 veranschaulicht, die eines aus einer Anzahl von kreisförmig angeordneten Segmenten 11 eines Leitapparats der ersten Stufe einer Gasturbine aufweist. Es ist einsichtig, dass die Segmente 11 miteinander verbunden sind, um eine ringförmige Reihe von Segmenten zu bilden, die den durch den Leitapparat der ersten Stufe der Turbine führenden Heißgaspfad definieren. Jedes Segment enthält radial beabstandete äußere und innere Bänder 12 bzw. 14, wobei sich zwischen den äußeren und inneren Bändern eine oder mehrere der Leitschaufeln 10 erstrecken. Die Segmente sind rund um das (nicht gezeigte) innere Gehäuse der Turbine abgestützt, wobei benachbarte Segmente gegeneinander abgedichtet sind. Zu Zwecken der vorliegenden Beschreibung wird die Leitschaufel 10 als die einzige Leitschaufel eines Segments bildend beschrieben, wobei jedes Segment 11 selbstverständlich zwei oder mehr Leitschaufeln enthalten kann. Wie zu sehen, weist die Leitschaufel 10 eine Vorderkante 18 und eine Hinterkante 20 auf.
  • Der herkömmliche Kühlkreislauf für das veranschaulichte Segment der Leitapparatschaufel der ersten Stufe nach 1 weist einen Kühldampfeinlass 22 zu dem Außenband 12 auf. Ein Rückkehrdampfauslass 24 befindet sich ebenfalls in strömungsmäßiger Verbindung mit dem Leitapparatsegment. Das Außenband 12 weist eine äußere Seitenschiene 26, eine vordere Schiene 28 und eine hintere Schiene 30 auf, die einen Sammelraum 32 mit einer oberen Abdeckung 34 und einer in dem Außenband 12 angeordneten Aufprallplatte 36 definieren. (Die Begriffe au ßen und innen oder äußere und innere beziehen sich auf eine im Wesentlichen radiale Richtung). Zwischen der Aufprallplatte 36 und der inneren Wand 38 des Außenbands 12 sind mehrere strukturelle Rippen 40 angeordnet, die sich zwischen den Seitenwänden 26, der vorderen Wand 28 und der hinteren Wand 30 erstrecken. Die Aufprallplatte 36 liegt über die gesamte Weite des Sammelraums 32 über den Rippen 40. Folglich strömt ein durch den Einlass 22 in den Sammelraum 32 eintretender Dampf durch die Öffnungen in der Aufprallplatte 36, um die äußere Wand 38 des Außenbands 12 durch Aufprall zu kühlen, wobei das Außenband an einander gegenüber liegenden Seiten der Aufprallplatte daher erste und zweite Kammern 39 und 41 aufweist.
  • Die Leitapparatschaufel der ersten Stufe 10 weist ebenfalls eine Vielzahl von Hohlräumen auf, beispielsweise den Vorderkantenhohlraum 42, einen hinteren Hohlraum 44, drei intermediäre Rückkehrkammern 46, 48 und 50 und eine Hinterkantenkammer 52. Diese Hohlräume sind durch sich in Querrichtung erstreckende Rippen definiert, die zwischen entgegengesetzten Seitenwänden der Leitschaufel verlaufen. Es können ein oder mehrere zusätzliche Hohlräume oder auch weniger Hohlräume vorgesehen sein.
  • Der Vorderkantenhohlraum 42 und der hintere Hohlraum 44 weisen jeweils einen Einsatz 54 bzw. 56 auf, während die intermediären Hohlräume 46, 48 und 50 jeweils ähnliche Einsätze 58, 60 bzw. 62 aufweisen, wobei sämtliche solcher Einsätze in der allgemeinen Form hohler Büchsen gestaltet sind. Die Einsätze können so geformt sein, dass sie jeweils der Gestalt des speziellen Hohlraums entsprechen, für den sie vorgesehen sind. Die Seitenwände der Büchsen sind längs Abschnitten des Einsatzelements, die sich gegenüberliegend zu den Wände der durch Aufprall zu kühlenden Leitschaufel befinden, mit einer Anzahl von Aufprallkühlungsöffnungen ausgebildet. Beispielsweise ist die Vorderkante des Einsatzelements 54 in dem Vorderkantenhohlraum 42 bogenförmig, und die Form der Seitenwände entspricht im Wesentlichen den Seitenwänden des Hohlraums 42, wobei sämtliche solcher Einsatzelementwände Aufprallöffnungen aufweisen. Die Rückseite der Büchse oder des Einsatzes 54, die der Rippe 64 gegenüberliegt, die den Hohlraum 42 von dem Hohlraum 46 trennt, weist jedoch keine Aufprallöffnungen auf. In dem hinteren Hohlraum 44 weisen andererseits nur die Seitenwände der Einsatzhülse 56 Aufprallöffnungen auf; wobei die vordere und hintere Wand der Einsatzhülse 56 auf einem kompakten nicht mit Löchern ausgebildeten Material basiert.
  • Es ist einsichtig, dass die in den Hohlräumen 42, 44, 46, 48 und 50 aufgenommenen Einsatzelemente von den Wänden der Hohlräume beabstandet sind, um einem Kühlmedium, z.B. Dampf, zu ermöglichen, durch die Aufprallöffnungen zu strömen, um gegen die Innenwandoberflächen der Hohlräume aufzuprallen, um auf diese Weise die Wandoberflächen zu kühlen. Wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, sind die Einsätze 54 und 56 an ihren radial inneren Enden geschlossen, während die Einsätze 58, 60 und 62 an ihren radial äußeren Enden geschlossen sind.
  • Wie in 1 zu sehen, strömt der die äußere Wand 38 kühlende Aufprallkühlungsdampf danach in die offenen äußeren Enden der Einsätze 54 und 56, um die Leitschaufelwände, die über die gesamte Länge der Leitschaufel den Aufprallöffnungen in den Einsatzelementen gegenüberliegen, durch Aufprall zu kühlen. Der Dampf strömt anschließend in einen in dem inneren Band 14 angesammelten Sammelraum 66, der durch eine innere Abdeckplatte 68 geschlossen ist. Strukturelle Verstärkungs rippen 70 sind einstückig mit der inneren Wand 69 des Bands 14 gegossen. Radial innen gegenüber den Rippen 70 ist eine Aufprallplatte 72 angeordnet. Damit ergibt sich offensichtlich, dass der aus den Hohlräumen 42 und 44 strömende verbrauchte Aufprallkühlungsdampf in den Sammelraum 66 und durch die Aufprallöffnungen der Aufprallplatte 72 strömt, um die innere Wand 69 durch Aufprall zu kühlen. Der verbrauchte Kühlungsdampf strömt gelenkt durch die Rippen 70 in Richtung von (im Einzelnen nicht gezeigten) Öffnungen in den Rippen 70, um durch die Hohlräume 46, 48 und 50 zu dem Dampfauslass 24 zurückzuströmen. Insbesondere sind die Einsätze 58, 60 und 62 in den Hohlräume 46, 48 und 50 mit Abstand zu den Seitenwänden und Rippen angeordnet, die die entsprechenden Hohlräume definieren. Die Aufprallöffnungen der Einsätze 58, 60 und 62 befinden sich längs deren entgegengesetzten Seiten gegenüberliegend zu den Leitschaufelwänden. Auf diese Weise strömt der verbrauchte Kühlungsdampf durch die offenen inneren Enden der Einsatzelemente 58, 60 und 62 und durch die Aufprallöffnungen, um die benachbarten Seitenwände der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen. Der verbrauchte Kühlungsdampf entströmt anschließend dem Auslass 24, um beispielsweise zu der Dampfzufuhrquelle zurückzukehren.
  • Der Luftkühlkreislauf der Hinterkantenkammer der kombinierten Dampf- und Luftkühlkreisläufe der in 1 veranschaulichten Leitschaufel entspricht im Wesentlichen dem in dem '708-Patent offenbarten Kühlkreislauf. Auf eine detaillierte Erörterung desselben wird daher hier verzichtet.
  • Wie oben erwähnt, werden in einer Konstruktion eines Leitapparats mit geschlossenem Kreislauf örtliche Bereiche der Leitschaufel, insbesondere gegen das Ende des geschlossenen Kreislaufs hin, möglicherweise nicht in gewünschtem Maße wirkungsvoll gekühlt. Wie im Falle des Standes der Technik nach 1 wird beispielsweise eine benachbart zu der vorderen konvexen Seitenwand der Leitschaufel angeordnete örtliche Fläche in Nachbarschaft zu dem Auslass des geschlossenen Kühlsystems unter Verwendung von verbrauchtem Kühlungsdampf einer Aufprallkühlung unterworfen. Die Temperaturdifferenz des verbrauchten Kühlungsdampfes gegenüber der zu kühlenden Flächen ist minimal, und das Druckverhältnis, das den verbrauchten Kühlungsdampf durch die Aufprallöffnungen treibt, ist ebenfalls minimal. Die vorliegende Erfindung ermöglicht allerdings eine verbesserte örtliche Kühlung von an dem Ende des geschlossenen Kühlsystems angeordneten Flächen.
  • Mit Bezugnahme auf 3 und 4 ist ein verbesserter geschlossener Kühlkreislauf insbesondere für den zweiten Hohlraum 46 veranschaulicht, obwohl der verbesserte Kühlkreislauf für andere Hohlräume verwendet werden kann, wobei der Hohlraum 46 ein repräsentatives Beispiel ist. Wie zu sehen, ist das Einsatzelement in dem Hohlraum 46 modifiziert. Ein solcher modifizierter Einsatz basiert auf einem in 3, 4 und 6 gezeigten ersten oder Haupteinsatzelement. Der Einsatz 80 weist ähnlich wie das Einsatzelement 58 entgegengesetzte Seitenwände auf, die mit hindurch führenden Aufprallöffnungen 82 ausgebildet sind, um die Seitenwände der Leitschaufel benachbart zu dem Einsatzelement 80 durch Aufprall zu kühlen. In Nachbarschaft zu dem Außenband und auf der konvexen Seite der Leitschaufel ist das Einsatzelement jedoch nach innen abgestuft und weist eine Wand 84 auf, die nicht mit Aufprallöffnungen ausgebildet ist. Aus diesem Grund sorgt das an seinem äußeren Ende geschlossene Einsatzelement 80, wie auch am besten in 4 veranschaulicht, für eine Aufprallkühlung der entgegengesetzten Wände der Leitschaufel mit Ausnahme des zu der örtlichen Fläche 86 benachbarten Wandabschnitts, der kei ne Aufprallkühlung von dem in dem Einsatz 80 strömenden Kühldampf empfängt. Wie in 4 zu sehen, entweicht der gegen die Seitenwände der Leitschaufel gelenkte Aufprallkühlungsdampf aus dem Hohlraum 46 durch einen Auslasskamin 88 und gelangt in den Dampfauslass 24.
  • Um die örtliche Fläche 86 auf der konvexen Seite der Leitschaufel 10 wirkungsvoll zu kühlen, ist ein sekundärer oder zweiter Einsatz 90 vorgesehen. Dieser sekundäre Einsatz 90 basiert im Wesentlichen auf einem sehr kleinen Einsatzelement in Gestalt einer rechtwinkligen Tasche 92, deren eine Seitenstirnfläche mit hindurchführenden Aufprallöffnungen 94 ausgebildet ist. Der sekundäre Einsatz 90 ragt lediglich um eine sehr geringe Distanz in die Leitschaufel 10, beispielsweise weniger als die Hälfte der Länge des Haupteinsatzelements 80, und endet an seinem inneren Ende kurz vor dem inneren Ende des Haupteinsatzelements 80. Die Tasche 92 ist mit Ausnahme eines Dampfeinlasskanals 96, das sich benachbart zu ihrem äußeren Ende öffnet, im Wesentlichen geschlossen. Der sekundäre Einsatz 90 ist in einem Schlitz 98 gesichert (3), der in dem Flansch 100 des Auslasskamins 88 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das äußere Ende des sekundären Einsatzes 90 mit dem Flansch 100 hartverlötet. Wie in 4 zu sehen, befindet sich der Einlasskanal 96 zu dem sekundären Einsatz 90 in strömungsmäßiger Verbindung mit der äußeren oder ersten Kammer 39 des Außenbandsammelraums 32. Folglich wird dem Haupteinsatzelement 80 und dem sekundären Einsatz 90 aus einer gemeinsamen Quelle, d.h. dem Sammelraum 32, unter Einlassbedingungen stehendes Kühlmedium, z.B. Dampf, zugeführt, wobei das dem Einsatz 90 zugeführte Kühlmedium dazu genutzt wird, um die örtliche Fläche 86 auf der konvexen Seite der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen. Lediglich ein sehr kleiner Teil des Einlassdampfes wird dem sekundären Einsatz 90 zugeführt, während der Hauptteil des Einlassdampfs dem Kühlkreislauf zugeführt wird, der zuvor anhand von 1 beschriebenen wurde. Das aus den Aufprallöffnungen 94 des sekundären Einsatzes 90 austretende verbrauchte Aufprallkühlungsmedium vereinigt sich mit dem aus den Öffnungen 82 des Haupteinsatzelements 80 austretenden und damit vermischten verbrauchten Kühlmedium, um durch den Auslasskamin 88 und den Auslass 24 zu strömen. Dementsprechend ist eine verbesserte örtliche Kühlung für eine andernfalls nicht ausreichend gekühlte Fläche der Leitschaufel geschaffen, wodurch eine geringere Ermüdung bei niedriger Lastspielzahl erreicht wird.

Claims (9)

  1. Gasturbinenleitapparat, zu dem gehören: innere und äußere Bänder (14, 12) und eine sich zwischen ihnen erstreckende Leitschaufel (10), die zwischen Seitenwänden der Leitschaufel wenigstens einen Hohlraum (46) aufweist, ein in dem Hohlraum angeordneter kurzer Einsatz (90), der sich von dem äußeren Band ausgehend und längs einer der Leitschaufelseitenwände und beabstandet von dieser erstreckt und kurz vor der Hälfte der Länge der Leitschaufel in dem Hohlraum endet, wobei der Einsatz einen Durchlasskanal (96) bildet, um ein Kühlmedium aufzunehmen, und Öffnungen (94) aufweist, die durch eine seiner Wände ausgebildet sind, um das Kühlmedium hindurchströmen zu lassen, um die eine Seite der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen, und ein Durchlasskanal (24), der dazu dient, verbrauchtes Aufprallkühlmittel aus dem Leitschaufelhohlraum zu entlassen, wobei das äußere Band einen Sammelraum (32) aufweist, um das Kühlmedium aufzunehmen, wobei der Einsatz mit dem Sammelraum in strömungsmäßig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass: eine von einer Wand des äußeren Bandes beabstandete Aufprallplatte (36) in dem Sammelraum einen Teil eines Heißgaspfads durch die Turbine hindurch bildet, die Aufprallplatte den Sammelraum an einander gegenüber liegenden Seiten der Aufprallplatte in erste und zweite Kammern (39, 41) unterteilt, die Aufprallplatte mit einer Anzahl von hindurch führenden Öffnungen ausgebildet ist, um das Kühlmedium aus der ersten Kammer durch die Öffnungen in die zweite Kammer strömen zu lassen, um die Wand des äußeren Bandes durch Aufprall zu kühlen, und der Einsatz mit der ersten Kammer strömungsmäßig verbunden ist, um einen Teil des Kühlmediums aus der ersten Kammer aufzunehmen.
  2. Gasturbinenleitapparat nach Anspruch 1, zu dem ferner ein zusätzlicher, längeren Einsatz (80) in dem Hohlraum (46) gehört, um das Kühlmedium aus der zweiten Kammer (41) aufzunehmen, wobei dieser zusätzliche Einsatz von den Seitenwänden beabstandete seitliche Wände und eine Anzahl von hindurch führenden Öffnungen (82) aufweist, um ein Kühlmedium durch die Öffnungen strömen zu lassen, um die Seitenwände der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen, wobei der längere und der kürzere Einschub (80) und (90) in dem einen Hohlraum eine seitliche Wand aufweisen, die zu einer weiteren der Seitenwände in Abstand gegenüberliegend angeordnet ist und mit einer Anzahl von hindurch führenden Öffnungen (94) ausgebildet ist, um ein Kühlmedium hindurch strömen zu lassen, um einen kürzeren Abschnitt einer Seitenwand durch Aufprall zu kühlen.
  3. Gasturbinenleitapparat nach Anspruch 2, wobei der kürzere Einsatz von benachbart des äußeren Bandes ausgehend sich um eine Strecke bis kurz vor einem inneren Ende des längeren Einsatzes in die Leitschaufel hinein erstreckt.
  4. Gasturbinenleitapparat nach Anspruch 2, wobei der längere Einsatz sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Leitschaufel erstreckt.
  5. Gasturbinenleitapparat nach Anspruch 2, wobei das dem kürzeren Einsatz zugeführte Kühlmedium eine geringere Temperatur aufweist als das dem längeren Einsatz zugeführte Kühlmedium.
  6. Gasturbinenleitapparat nach Anspruch 2, wobei der längere Einsatz einen Wandabschnitt (84) aufweist, der keine Aufprallöffnungen aufweist.
  7. Verfahren zum Kühlen einer örtlichen Fläche längs einer Leitschaufelwand in eines Gasturbinenleitapparats, der innere und äußere Bänder (14, 12) und eine sich dazwischen erstreckende Leitschaufel (10) und ein Kühlsystem mit geschlossenem Kreislauf aufweist, um ein Kühlmedium zum Kühlen der Leitschaufel durch die Leitschaufel strömen zu lassen, wobei das äußere Band einen Sammelraum (32) zur Aufnahme des Kühlmediums und in dem Sammelraum eine von einer Wand des äußeren Bandes beabstandet Aufprallplatte (36) aufweist, die einen Teil eines Heißgaspfades durch die Turbine bildet, wobei die Aufprallplatte den Sammelraum an einander gegenüber liegenden Seiten davon in erste und zweite Kammern (39, 41) unterteilt und eine Anzahl von hindurch führenden Öffnungen aufweist, um Kühlmedium aus der ersten Kammer durch die Öffnung in die zweite Kammer strömen zu lassen, um die Wand des äußeren Bandes durch Aufprall zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt aufweist: einen ersten Teil des Kühlmediums durch ein Einsatzelement (90) in den einen Hohlraum strömen zu lassen, um die örtliche Fläche der Leitschaufelwand durch Aufprall zu kühlen, wobei der Einsatz mit der ersten Kammer strömungsmäßig verbunden ist, um einen Teil des Kühlmediums aus der ersten Kammer aufzunehmen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der eine Hohlraum (46) einen zusätzlichen längeren Einsatz (80) in dem Hohlraum (46) enthält, wobei zu dem Verfahren ferner der Schritt gehört: einen zweiten Teil des Kühlmediums durch den längeren Einsatz strömen zu lassen, um einen sich von dem kürzeren Einsatz unterscheidenden längeren Abschnitt der Seitenwand der Leitschaufel durch Aufprall zu kühlen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kühlmedium in dem kürzeren Einsatz kühler ist als das Kühlmedium in dem längeren Einsatz.
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