DE69516950T2

DE69516950T2 - Kühlkreislauf des abströmendes einer Turbinenleitschaufel

Info

Publication number: DE69516950T2
Application number: DE69516950T
Authority: DE
Inventors: Francisco Jose Cunha; David A. Deangelis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2015-07-14
Also published as: EP0698724A3; EP0698724A2; EP0698724B1; CA2155375A1; US5464322A; DE69516950D1; JPH08177405A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlanordnung für die Hinterkante von einer Statorschaufeldüse und insbesondere auf eine Luftkühlanordnung für die Hinterkante von einer Leit- bzw. Statorschaufel, die stromabwärts von der ersten Stufe der Turbine verwendbar ist.

Hintergrund

Die traditionelle Lösung zum Kühlen von Turbinenschaufeln und Düsen besteht darin, Hochdruck-Kühlluft aus einer Quelle abzuziehen, indem beispielsweise Luft aus den mittleren und letzten Stufen von einem Turbinenverdichter abgezogen wird. In modernen Turbinenkonstruktionen ist erkannt worden, dass die Temperatur des heißen Gases, das an den Turbinenkomponenten entlangströmt, höher sein könnte als die Schmelztemperatur von dem Metall. Es ist deshalb notwendig, ein Kühlschema festzulegen, um im heißen Gasstrom liegende Komponenten während des Betriebs zu schützen. In Anlagen mit kombiniertem Zyklus kann Dampf das bevorzugte Kühlmedium sein. Zwar empfängt abgeleitete Kühlmittelluft, beispielsweise von dem Verdichter, nicht direkt Energie aus dem Brenner der Turbine und stellt einen parasitären Verlust für die Turbinenausgangsleistung dar, wodurch der Gesamtwirkungsgrad verschlechtert wird, aber es ist für nützlich befunden worden, Dampfkühlung und Luftkühlung in einer Düsenstufe der Turbine hinter der ersten Turbinenstufe zu kombinieren. Eine Prallluftkühlung von Statorschaufeln ist als solche bekannt. Jedoch wird die Pralluftkühlung schlechter, wenn Querströmung zunimmt. Es ist deshalb wünschenswert, die Größe der Kühlluftströmung, die zur Hinterkantenkühlung erforderlich ist, zu minimieren.
FR-A-2311176 zeigt ein Beispiel von einer Statorschaufel mit einer Innenkammer, die sich im allgemeinen radial entlang der Hinterkante der Statorschaufel für die Strömung von einem Kühlmedium erstreckt.
EP-A-0475658 zeigt ein Beispiel von einer Lauf- bzw. Rotorschaufel, die unterteilte Kühlkammer aufweist.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Statorschaufeln, vorzugsweise für die zweite Düsenstufe, jeweils mit mehreren im allgemeinen radial verlaufenden Hohlräumen bzw. Kammern zwischen gegenüberliegenden Enden der Schaufeln versehen. Die Hohlräume vor der Hinterkantenkammer führen vorzugsweise Dampf zum Kühlen der Statorschaufeln. Somit kühlt Dampf, der in zwei oder mehr dieser Hohlräume radial innen von dem radial äußersten Ende der Schaufel strömt, die Schaufel und kehrt durch einen anderen der Hohlräume zu einer Ausgangsleitung neben dem äußeren Ende der Schaufel zurück. Der hintere Hohlrum wird jedoch durch Prallluft gekühlt. Um die Verschlechterung der Kühlung zu minimieren, die durch Querströme in den Prallkühlluftströmen hervorgerufen wird, ist eine Kombination von Prallkühlung und Konvektionsluftkühlung in dem hinteren Hohlraum von der Hinterkante vorgesehen. Um dies zu erreichen und gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der radial verlaufende hintere Hohlraum neben der Hinterkante der Schaufel in erste und zweite Kammern unterteilt durch einen Teiler, beispielsweise eine Rippe oder eine Platte, der sich zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden der Schaufel erstreckt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Element eine Platte mit mehreren Löchern oder Öffnungen auf für eine Verbindung von Luft von der einen Seite der Platte zur gegenüberliegenden Seite. Die erste Kammer liegt in Verbindung mit einem Lufteinlass neben dem radial äußeren Ende der Schaufel. Der Einlass liefert auch Luft zu einem sekundären Einlass zwischen der Schaufel und der Hinterkante, wodurch die Platte den Hohlraum in erste und zweite Kammern unterteilt. Vorzugsweise ist die Platte innerhalb des Hohlraums schräg. Genauer gesagt, ist die Platte geneigt von dem radial äußeren Ende der Schaufel neben der Hinterkante zu einem Ort neben dem Vorderende des Hohlraums an dem radial inneren Ende der Schaufel. Infolgedessen liefert der Lufteinlass an dem radial äußeren Schaufelende Luft zu einer ersten Kammer für eine Strömung durch die Öffnungen in der Platte in die zweite Kammer und somit für eine Prallkühlströmung gegen die Hinterkante. Einlassluft wird auch zwischen dem radial äußeren Ende der geneigten Platte und der Hinterkante zugeführt, um eine Konvektionsströmung im allgemeinen radial innen entlang der Schaufel auszubilden. Die zweite Kammer nimmt in der volumetrischen Kapazität in einer Richtung radial nach innen zu aufgrund der Neigung der Platte. Wenn also die Strömung radial nach innen fortschreitet, erfolgt ein zusätzliches Mischen innerhalb des Hohlraumes benachbart zur Hinterkante, wodurch die Prallkühlung in einer Richtung radial nach innen schwächer wird, während die Konvektionskühlung in dieser Richtung zunimmt.
Die vorgenannte Luftkühlanordnung ist zwar zufriedenstellend, es ist aber zu erkennen, dass Prallkühlung im allgemeinen wirksamer ist als eine Zwangskonvektionskühlung ohne Prallkühlung. Um die Effizienz der Prallkühlung zu vergrößern und in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird deshalb ein Teiler, d. h. eine Rippe, vorgesehen, die den hinteren Hohlraum in vordere und hintere Abschnitte unterteilt. Eine Reihe von Kammern ist an im allgemeinen entsprechenden radialen Stellen in jedem der vorderen und hinteren Abschnitte vorgesehen, die voneinander durch im allgemeinen axial verlaufende Rippen getrennt sind. Die Rippe, die axial benachbarte Kammern trennt, weist mehrere Öffnungen auf, um Kühlluft von den vorderen Kammern in die hinteren Kammern zu leiten. Jede der hinteren Kammern hat einen Auslass durch die Rippe, um Kühlluft von der hinteren Kammer zu einer sukzessive weiter vorn liegenden Kammer in einer Richtung radial nach innen zu leiten. Luft wird in die vordere Kammer eingelassen und auch neben der Hinterkante in die zweite Kammer neben dem radial äußeren Schaufelende. Als eine Konsequenz dieser Anordnung strömt Kühlluft der Reihe nach vor und zurück zwischen den vorderen und hinteren Kammern in einer Richtung radial nach innen. Genauer gesagt, strömt Luft in die erste Kammer und durch die Öffnungen in der Rippe für eine Prallkühlung der Hinterkante. Die Prallkühlluft vereinigt sich mit der Konvektionsluft, die in die zweite Kammer eingelassen wird, für eine Strömung durch den Auslass in eine dritte Kammer, die mit der ersten Kammer radial ausgerichtet ist. Die Kühlluft in der dritten Kammer strömt dann durch die Prallöffnungen in die vierte Kammer in radialer Ausrichtung mit der zweiten Kammer für eine Prallkühlung der Hinterkante. Die Kühlluft strömt durch den Auslass in eine fünfte Kammer und in sukzessive folgende Kammern, wodurch deutlich wird, dass ein serieller Kühlluft-Strömungskreis ausgebildet wird. Ein Auslass ist neben den radial innersten Abschnitten von den Schaufeln vorgesehen, um die Luft in die Turbinenradhohlräume zu leiten.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine ähnliche Reihenströmung durch die vorderen und hinteren Abschnitte von dem hinteren Hohlraum beibehalten. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch der Auslass aus den zweiten, vierten, sechsten Kammern usw. vor der mit Öffnungen versehenen Rippe angeordnet und die Rippe ist näher an der Hinterkante angeordnet, um die Effizienz der Prallkühlung zu vergrößern.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Parallelströmungs-Kühlanordnung vorgesehen. In dieser Form ist der hintere Hohlraum durch eine Rippe geteilt, die einen vorderen Abschnitt bildet, der von einem Kühlluft- Einlassversorgungskanal gebildet ist, der sich von einem Kühllufteinlass an dem radial äußeren Schaufelende zu einem Kühlluftauslass neben dem radial inneren Schaufelende erstreckt.
Ein hinterer Abschnitt von dem Hohlraum ist zwischen der Hinterkante und der Rippe angeordnet. Ein Auslasskanal liegt auf der einen Seite von dem Einlasskanal vor dem hinteren Abschnitt und erstreckt sich in ähnlicher Weise zwischen den gegenüberliegenden Schaufelenden. Unabhängige Kühlöffnungen in den Rippen liefern Kühlluft von dem Einlasskanal in den hinteren Hohlraumabschnitt. Auslassöffnungen sind auch in der Rippe an der einen Seite von den Einlassöffnungen gebildet, wodurch Luft durch die Einlassöffnungen in den hinteren Hohlraumabschnitt strömt und durch die Ausgangsöffnungen in den Ausgangskanal abgegeben wird. Mehrere Kammern sind in dem hinteren Hohlraumabschnitt angeordnet und sind in radialer Richtung im Abstand zueinander angeordnet. Jede Kammer liegt in Verbindung mit dem Einlasskanal durch einen Satz von Prallkühlöffnungen. In ähnlicher Weise liegen diese zusätzlichen Kammern in Verbindung mit dem Ausgangskanal durch zusätzliche Öffnungen in der Rippe, die die Kammern in radialer Richtung voneinander trennen. Jede Kammer liegt in Verbindung mit dem Einlasskanal durch einen Satz der Prallkühlöffnungen. In ähnlicher Weise liegen diese zusätzlichen Kammern in Verbindung mit dem Auslasskanal durch zusätzlich Öffnungen in den Rippen, die die Kammern in radialer Richtung voneinander trennen. Infolgedessen strömt die Kühlluft in den Einlasskanal und in jede der Kammern durch die Einlassöffnungen zur Prallkühlung der Hinterkante. Die Kühlluft strömt dann durch die Auslassöffnungen in der Rippe in den Auslasskanal. Zusätzliche Konvektionskühlluft wird durch die Kanäle direkt zwischen den Hinterkammern geliefert. Um die Kühlluftströmung zu erleichtern, nimmt der Einlasskanal in seiner volumetrischen Kapazität in einer Richtung radial nach innen ab, während der Auslasskanal in seiner volumetrischen Kapazität in einer Richtung radial nach innen zunimmt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luftkühlkreis für die Hinterkante von einer Statorschaufel geschaffen, enthaltend einen stromlinienförmigen Statorschaufelkörper mit mehreren inneren Hohlräumen, die sich im wesentlichen zwischen gegenüberliegenden Enden des Körpers erstreckt, um ein Kühlmedium zu leiten, wobei einer der Hohlräume sich entlang der Hinterkante des Statorschaufelkörpers erstreckt, einen Teiler, der sich entlang dem einen Hohlraum erstreckt und den einen Hohlraum in entsprechende vordere und hintere Kanäle entlang gegenüberliegenden Seiten des Teilers unterteilt, wobei der Teiler mehrere Öffnungen aufweist, einen Einlass zu dem einen Hohlraum, um Kühlluft in die Kanäle zu leiten, und einen Auslass für den Hohlraum, um die Kühlluft abzugeben, wobei die Kühlluft, die von dem Einlass in den hinteren Kanal strömt, entlang der Hinterkante der Schaufel gerichtet wird und für eine Konvektionskühlung der Hinterkante der Schaufel sorgt, und die Kühlluft, die von dem Einlass in den vorderen Kanal strömt, durch die Öffnungen in dem Teiler gerichtet wird für eine Prallkühlung der Hinterkante der Schaufel.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung wird ein Luftkühlkreis für die Hinterkante von einer Statorschaufel geschaffen, enthaltend einen stromlinienförmigen Statorkörper mit mehreren inneren Hohlräumen, die sich im wesentlichen zwischen radial gegenüberliegenden Enden des Schaufelkörpers erstrecken, um ein Kühlmedium hindurchzuleiten, wobei einer der Hohlräume sich entlang der Hinterkante des Statorschaufelkörpers erstreckt und teilweise durch einen Teiler gebildet ist, der sich zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden des Schaufelkörpers erstreckt und den Statorschaufelkörper in erste und zweite Kammern unterteilt, wobei die zweite Kammer teilweise durch die Hinterkante und die erste Kammer gebildet ist, die davor liegt, einen Kühllufteinlass zu der ersten Kammer, wobei der Teiler mehrere hindurchführende Öffnungen aufweist, um Kühlluft von der ersten Kammer in die zweite Kammer zu leiten und für eine Prallkühlung der Hinterkante des Statorschaufelkörpers zu sorgen.
Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige und verbesserte Luftkühlanordnung für die Hinterkante von einer Statorschaufeldüse zu schaffen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine fragmentarische Seitenansicht von einem Abschnitt von einer Turbine ist und Turbinenschaufeln der ersten und zweiten Stufe und Statorschaufeln der ersten und zweiten Stufe darstellt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von der Statorschaufel der zweiten Stufe ist, die schematisch die Hohlräume für die Dampf- und Luftkühlung der Schaufel darstellt;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von einem Teil des Hinterkanten-Hohlraums ist;
Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 ist und ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 ist und noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 6a, 6b und 6c entsprechende Darstellungen von dem Querschnitt des hinteren Hohlraums entlang den Spitzen-, Mittel- und Fußabschnitten der Schaufel sind.

Bestes Ausführungsbeispiel zum Ausführen der Erfindung

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Abschnitt von einer Gasturbine dargestellt ist, die allgemein mit 10 bezeichnet ist und einen inneren Mantel 12 aufweist, der die verschiedenen Stufen der Turbine umgibt. Beispielsweise enthält die Turbine 10 eine Düse 14 der ersten Stufe, eine erste Stufe von Turbinenschaufeln 16, eine Düse 18 der zweiten Stufe und eine zweite Stufe von Turbinenschaufeln 20. Es wird deutlich, dass die Schaufeln 16 bzw. 20 auf Lagern 22 und 24 angebracht sind, die ihrerseits auf nicht gezeigten Turbinenrädern für eine Rotation um die Turbinenachse angebracht sind. Die Düse 18 der zweiten Stufe enthält mehrere radial verlaufende Schaufeln 26, die in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnet sind und sich im allgemeinen von einer äußeren Seitenwand 28 radial nach innen zu einer inneren Seitenwand 30 erstrecken, an der eine Blende 32 befestigt ist. Es wird deutlich, dass die heißen Verbrennungsgase aus dem Turbinenbrenner, nicht gezeigt, im allgemeinen in axialer Richtung strömen, beispielsweise von links nach rechts in Fig. 1, durch die Düsen 14 der ersten Stufe, um die erste Turbinenstufe der Turbinenschaufeln 16 anzutreiben, und die dann durch die feststehende zweite Stufe 18 strömen, um die zweite Stufe der Turbinenschaufeln 20 anzutreiben. Wie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, sind die Statorschaufeln 18 der zweiten Stufe in eine Anzahl von Hohlräumen bzw. Kammern 36, 38, 40 und 42 unterteilt. Die vorderen und dazwischen angeordneten Hohlräume 36 bzw. 38, 40 sorgen für eine Strömung von einem Kühlmedium, beispielsweise Dampf. Vorzugsweise strömt Kühldampf in radialer Richtung nach innen durch den vorderen Hohlraum 36 und den Zwischenhohlraum 40 für einen Rückstrom durch einen anderen Zwischenhohlraum 38.
In einem ersten Ausführungsbeispiel leitet der hintere Hohlraum 42 Kühlluft von einem Einlass 44 zu einem Auslass 46 an dem radial inneren Ende von der Schaufel. Ein Teiler, vorzugsweise eine ebene Platte 48, erstreckt sich zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Schaufel innerhalb des Hohlraums 42 und ist relativ zu der Hinterkante 50 geneigt. Somit ist die Platte 48 an dem radial äußeren Ende von der Schaufel eng benachbart zur Hinterkante 50 befestigt und im Abstand von der vorderen Wand 52 des Hohlraums angeordnet und erstreckt sich radial nach innen und verläuft schräg relativ zur Hinterkante 50 bis zu einer Stelle eng benachbart zur vorderen Wand 52 und ist im Abstand vor der Hinterkante 50 angeordnet. Die Platte 48 enthält eine Anzahl von Öffnungen 54. Als eine Folge ist der hintere Hohlraum 42 in erste und zweite Kammern 56 bzw. 58 auf gegenüberliegenden Seiten der Platte 48 geteilt. Kühlluft wird durch den Einlass 44 in beide Kammern 56 und 58 eingeführt, wobei der größere Teil der Luft in die erste Kammer 56 eingelassen wird. Die in die Kammer 56 strömende Luft strömt durch die Öffnungen 54 für eine Prallkühlung der Hinterkante 50. Der kleine Teil der Luft, der direkt in die hintere oder zweite Kammer 58 durch die Blendenöffnung 49 strömt, strömt radial nach innen für eine Konvektionskühlung der Hinterkante 50 und vereinigt sich mit der Prallluft für eine Strömung zum Auslass 46. Es wird jedoch deutlich, dass die Querströmungseffekte der Luft nach dem Aufprall, die in Richtung auf den Auslass 46 strömt, und auch die Konvektionsluftströmung die Wirksamkeit der Prallkühlung in Richtung auf das radial innere Ende der Schaufel verschlechtert. Somit wird die Kühlung neben dem radial inneren Ende der Schaufel weniger durch Prallkühlung und mehr durch Konvektionskühlung gebildet im Vergleich zu dem Kühleffekt an der Hinterkante neben dem radial äußeren Ende der Schaufel.
Um die Effizienz der Prallkühlung der Hinterkante zu vergrößern, wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo eine Reihenkühlanordnung ausgebildet ist. In Fig. 3 ist der hintere Hohlraum 42a in verschiedene Kammern unterteilt. Beispielsweise ist der Hohlraum durch einen zentralen Teiler, z. B. eine Rippe 60, geteilt, die sich zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Schaufel erstreckt und die Schaufel in vordere und hintere Abschnitte unterteilt, die jeweils radial im Abstand angeordnete Kammern aufweisen. Somit sind die ersten, dritten und folgenden Kammern relativ zueinander radial nach innen im Abstand angeordnet und durch Rippen 66 getrennt. Die zweiten, vierten und folgenden Kammern sind in einer Richtung radial nach innen in dem hinteren Abschnitt von dem hinteren Hohlraum 42 ausgebildet und durch Rippen 70 getrennt. Ein erster Satz von Öffnungen 72 sind in der Rippe 60 ausgebildet, um für eine Verbindung zwischen den ersten und zweiten Kammern 62 bzw. 67 zu sorgen. Ein zweiter Satz von Kühlöffnungen 74 sorgt für eine Verbindung zwischen der dritten Kammer 64 und der vierten Kammer 68. Zusätzliche Sätze von Öffnungen sind durch die Rippe 60 an radial weiter innen liegenden Stellen vorgesehen, um für eine Verbindung zwischen den zusätzlichen vorderen und hinteren Kammern zu sorgen. Ferner ist ein Auslass 76 zwischen der zweiten Kammer 67 und der dritten Kammer 64 vorgesehen, und ein Auslass 78 ist zwischen der vierten Kammer 68 und der fünften Kammer radial innen von der Kammer 64 ausgebildet. Zusätzliche Auslässe sind in ähnlicher Weise vorgesehen, wenn es erforderlich ist. Infolgedessen wird deutlich, dass Kühlluft, die zu dem vorderen Abschnitt von dem hinteren Hohlraum in die erste Kammer 62 eingelassen wird, durch Öffnungen 72 strömt für eine Prallkühlung der Hinterkante. Zusätzlich wird Konvektionskühlluft an einem Einlassabschnitt 88 für eine Mischung mit der Prallkühlluft geliefert. Die vereinigte Konvektions- und Prallkühlluft strömt in die dritte Kammer 64 durch die Auslassöffnung 76. Die Kühlluft strömt dann von der dritten Kammer 64 durch Öffnungen 74 in die vierte Kammer 68 für eine Prallkühlung der Hinterkante. Die Kühlluft strömt dann durch einen Auslass 78 in die fünfte Kammer und in ähnlicher Weise, wie es zuvor beschrieben wurde, in nachfolgende Kammern. Somit ist ersichtlich, dass die Kühlluft der Reihe nach zwischen den vorderen und hinteren Kammern in einer im allgemeinen serpentinenförmigen Art und Weise und im allgemeinen in einer Richtung radial nach innen strömt.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, in der eine weitere Form von einem Reihenkühlluftströmungskreis für die Hinterkante dargestellt ist. In diesem Kreis sind ähnliche Kammern vorgesehen wie die in dem Kreis gemäß Fig. 3. Somit liegen erste und dritte Kammern 62b und 64b und nachfolgende Kammern an radial im Abstand angeordneten Stellen relativ zueinander in dem vorderen Abschnitt von dem hinteren Hohlraum. Zweite und vierte Kammern 67b und 68b und nachfolgende Kammern radial innen davon sind neben der Hinterkante angeordnet. Die ersten und zweiten Kammern und die dritten und vierten Kammern und auch ähnlich angeordnete nachfolgende Kammern sind voneinander durch Teiler rippen 82, 84, z. B. radial verlaufende Rippen, getrennt, die näher zur Hinterkante der Schaufel als die Rippe 60 von dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel angeordnet sind. Die Rippe 82 hat eine axial Verlängerung 86, die eine Teilerwand zwischen den ersten und zweiten Kammern und auch zwischen den ersten und dritten Kammern bildet. In ähnlicher Weise hat die Rippe 84 eine axiale Verlängerung 87, die die zweiten und dritten Kammern und auch die zweiten und vierten Kammern trennt. Auslassöffnungen 76b in einem Wandabschnitt 89, der sich zwischen den Rippenverlängerungen 86 und 87 erstreckt, bildet eine Verbindung zwischen den zweiten und dritten Kammern, den vierten und fünften Kammern usw. Infolgedessen strömt Luft, die durch den Einlass 71 in die erste Kammer 62b eingeführt wird, durch die Öffnungen 72b in der Rippe 82 für eine Prallkühlung der Hinterkante in der Kammer 67b. Eine zusätzliche Konvektionsluftströmung wird durch einen Einlass 88 in die zweite Kammer 67b eingeführt. Die vereinigte Kühlluftströmung tritt durch einen Auslass 76b in die dritte Kammer 64b für eine Strömung durch Öffnungen 74b in die vierte Kammer 68b aus für eine Prallkühlung der Hinterkante. Die Post-Prall-Kühlströmung strömt dann durch den Auslass der vierten Kammer 68b in die fünfte Kammer usw. Somit strömt die Kühlluft der Reihe nach zwischen den Kammern, wobei die Prallkühlöffnungen eng benachbart zur Hinterkante liegen.
Es wird nun auf das Ausführungsbeispiel Bezug genommen, das in den Fig. 5 und 6a-c dargestellt ist; der hintere Hohlraum der Schaufel enthält vordere und hintere Abschnitte, die durch einen Teiler, z. B. eine Rippe 90, getrennt sind. Der vordere Abschnitt ist durch eine Rippe 92 geteilt, um Seite-an-Seite liegende Kühllufteinlass- und Auslasskanäle 94 bzw. 96 zu bilden. Der hintere Abschnitt enthält eine zweite Kammer 98, die mit Prallkühlluft durch Öffnungen 100 in der Rippe 90 versorgt wird, die eine Verbindung zwischen dem Einlasskanal 94 und der Kammer 98 herstellen. Die Kammer 98 steht ihrerseits mit dem Auslasskanal 96 über Öffnungen 102 durch die Rippe 90 hindurch in Verbindung. Eine axial verlaufende Rippe 104 trennt die Kammer 98 von einer radial innen benachbarten Kammer 106. Zusätzliche Kammern, z. B. 98a, 98b, sind radial innen von der Kammer 98 angeordnet, die durch zusätzliche Rippen, z. B. Rippen 104a und 104b, getrennt sind. Die Rippen 104, 104a und 104b, wie sie in den Fig. 6a, 6b und 6c dargestellt sind, sind entlang der einen Seite an einer Wand von der Schaufel befestigt, während die gegenüberliegende Seite im Abstand von der gegenüberliegenden Wand der Schaufel angeordnet ist. Somit sind die Kammern 68 und ähnlich angeordnete, radial innere Kammern in direkter Verbindung eine mit der anderen durch die Kanäle, die zwischen der Schaufelwand und den entsprechenden Rippen gebildet sind. Infolgedessen wird deutlich, dass Kühlluft dem Einlasskanal 94 zugeführt wird und durch Öffnungen 100 in jede der radial im Abstand angeordneten Kammern 98 strömt für eine Prallkühlung der Hinterkante. Konvektionsluft wird ebenfalls durch einen Einlass 110 in die Kammer 98 eingeführt für eine Vereinigung mit der Post-Prall-Kühlluft für eine Abgabe durch Öffnungen 102 in der Rippe 90 in dem Auslasskanal 96. In den Kammern 98a, 98b usw., radial innen von der Kammer 98, wird die Kühlluft in ähnlicher Weise durch Öffnungen 100 in der Rippe zugeführt und durch Öffnungen 102 in den Auslasskanal abgeführt. Somit wird die Kühlluftströmung im wesentlichen in einer parallelen Anordnung in jede der hinteren Kammern für eine Prallkühlung zugeführt, obwohl eine gewisse Konvektionskühlluft direkt zwischen die Kühlkammern strömt durch die Kanäle, die durch die Rippen 104, 104a, 104b usw. und die zweiten Wände der Schaufel gebildet sind.
Wie am besten in den Fig. 6a, 6b und 6c zu sehen ist, nehmen die Einlasskanäle 94 in ihrer volumetrischen Kapazität in einer Richtung radial nach innen ab. Umgekehrt nimmt der Auslasskanal 96 in seiner volumetrischen Kapazität in einer Richtung radial nach innen zu. Um dies zu erreichen, kann die Rippe 92 in einer Richtung radial nach innen in Richtung auf die Seitenwand geneigt sein, die teilweise den Kanal 94 begrenzt.
Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit dem beschrieben, was gegenwärtig als das praktischste und am stärksten bevorzugte Ausführungsbeispiel gehalten wird, es ist aber verständlich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt sein soll, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen einschließen soll, die von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche umfasst werden. Beispielsweise ist zwar das Kühlmedium hier dahingehend beschrieben worden, dass es Luft ist, aber in gewissen Anwendungen können andere Medien, wie beispielsweise Dampf, geeigneter sein.

Claims

1. Kühlanordnung für die Hinterkante von einer Statorschaufel (18), enthaltend:

eine Innenkammer (42), die sich im allgemeinen radial entlang der Hinterkante (50) der Statorschaufel (18) erstreckt, um ein Kühlmedium zu leiten,

einen Teiler (48), der die Kammer (42) in entsprechende vordere (56) und hintere (58) Kammern entlang gegenüberliegenden Seiten des Teilers (48) teilt, wobei der Teiler (48) mehrere Öffnungen aufweist,

einen Einlaß (44) zur Kammer (42) zum Leiten des Kühlmediums in die Kammern (56, 58) und

einen Auslaß (46) aus der Kammer (42) zum Abgeben des Kühlmediums, wobei das Kühlmedium, das von dem Einlaß (44) in die hintere Kammer (58) strömt, entlang der Hinterkante der Schaufel (18) gerichtet ist und für ihre Konvektionskühlung sorgt, und das Kühlmedium, das von dem Einlaß in die vordere Kammer (56) strömt, durch die Öffnungen in dem Teiler (48) gerichtet ist für eine Prallkühlung der Hinterkante (50) der Schaufel (18).

2. Kühlanordnung nach Anspruch 1, wobei der Teiler (48) in der Kammer (42) so angeordnet ist, daß das Volumen der hinteren und vorderen Kammern (56, 58) in der Strömungsrichtung des Kühlmediums vom Einlaß (44) zum Auslaß (46) größer bzw. kleiner wird.

3. Kühlanordnung nach Anspruch 1, wobei der Teiler (48) in der Kammer (42) mit zunehmendem Abstand von der Hinterkante (50) in einer Richtung von einem radial äusseren Ende der Schaufel (18) zu einem radial inneren Ende der Schaufel (18) angeordnet ist.

4. Kühlanordnung nach Anspruch 1, wobei der Teiler (48) eine im allgemeinen ebene Platte aufweist, die in der Kammer (42) so angeordnet ist, daß das Volumen der hinteren und vorderen Kammern (56, 58) in der Strömungsrichtung des Kühl mediums vom Einlaß (44) zum Auslaß (46) größer bzw. kleiner wird.

5. Kühlanordnung für die Hinterkante von einer Statorschaufel (18), enthaltend:

eine innere Kammer (42a), die sich im wesentlichen zwischen radial gegenüberliegenden Enden der Schaufel (18) erstreckt zum Hindurchleiten eines Kühlmediums, wobei sich die Kammer (42a) entlang der Hinterkante (50) der Schaufel (18) erstreckt und durch einen Teiler (60) gebildet ist, der sich zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Schaufel (18) erstreckt, wodurch die Schaufel in erste (62) und zweite (67) Kammern geteilt wird, wobei die zweite Kammer (67) zum Teil durch die Hinterkante (50) gebildet ist und die erste Kammer (62) axial davor liegt,

einen Kühlmediumeinlaß (44) zur ersten Kammer (62),

wobei der Teiler (60) eine erste Anzahl von hindurchführenden Öffnungen (72) hat zum Leiten des Kühlmediums von der ersten Kammer (62) in die zweite Kammer (67) und für eine Prallkühlung der Hinterkante der Schaufel (18).

6. Kühlanordnung nach Anspruch 5, enthaltend eine erste Rippe (70), die sich im allgemeinen axial zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden der Schaufel (18) erstreckt, um die zweite Kammer weiter zu begrenzen, eine zweite Rippe (66), die sich im allgemeinen axial zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Schaufel (18) erstreckt, um die erste Kammer (62) weiter zu begrenzen, einen Auslaß (76) für Kühlmedium aus der zweiten Kammer (67), der neben einem radial inneren Ende der zweiten Kammer (67) und radial innen von den Öffnungen (72) durch den Teiler (60) gebildet ist, wobei die zweite Rippe (66) den Teiler (60) an einer Stelle zwischen dem Auslaß (76) und den Öffnungen (72) verbindet und die erste Kammer (62) von Kühlmedium, das durch den Auslaß (76) strömt, absondert.

7. Kühlanordnung nach Anspruch 6, die dritte (64) und vierte (68) Kammern aufweist, wobei die vierte Kammer (68) zum Teil durch die Hinterkante begrenzt ist und radial innen von der zweiten Kammer (67) liegt, die dritte Kammer (64) vor der vierten Kammer (68) und radial innen von der ersten Kammer (62) liegt, der Auslaß (76) aus der zweiten Kammer (67) Kühlmedium von der zweiten Kammer (67) in die dritte Kammer (64) radial innen von der zweiten Rippe (66) leitet, der Teiler (60) eine zweite Anzahl von hindurchführenden Öffnungen (74) aufweist zum Leiten von Kühlmedium von der dritten Kammer (64) in die vierte Kammer (68) für eine Prallkühlung der Hinterkante der Schaufel (18), und einen Kühlmittelauslaß (78) aus der vierten Kammer (68).

8. Kühlanordnung nach Anspruch 5, enthaltend einen Konvektionskühlungsmediumeinlaß (88) zur zweiten Kammer (67) zum Leiter von Konvektionskühlungsmedium in die zweite Kammer (67).

9. Kühlanordnung nach Anspruch 5, enthaltend dritte (64b) und vierte (68b) Kammern, wobei die vierte Kammer (68b) zum Teil durch die Hinterkante begrenzt ist und radial innen von der zweiten Kammer (67b) liegt, die dritte Kammer (64b) vor der vierten Kammer (68b) und radial innen von der ersten Kammer (62b) liegt, einen Auslaß (76b) für die zweite Kammer (67b) zum Leiten von Kühlmedium von der zweiten Kammer (67b) in die dritte Kammer (64b), einen zweiten Teiler (84) zwischen den dritten (64b) und vierten Kammern (68b), der Teile davon weiter begrenzt, wobei der zweite Teiler (84) eine zweite Anzahl von hindurchführenden Öffnungen (74b) aufweist zum Leiten von Kühlmedium von der dritten Kammer (64b) in die vierte Kammer (68b) und für eine Prallkühlung der Hinterkante der Statorschaufel, wodurch das Kühlmedium der Reihe nach durch die ersten (62b), zweiten (67b), dritten (64b) und vierten (68b) Kammern strömt.

10. Kühlanordnung nach Anspruch 9, wobei der Auslaß (76b) zwischen der zweiten Kammer (67b) und der dritten Kammer (64b) in einem Wandabschnitt (89) angeordnet ist, der sich zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden der Statorschaufel (18) vor den ersten und zweiten Teilern erstreckt.

11. Kühlanordnung nach Anspruch 5, wobei sich die erste Kammer (62) im wesentlichen zwischen radial gegenüberliegenden Enden der Schaufel (18) erstreckt und durch eine Sehnenrippe (92) in einen Kühlmedium-Einlaßkanal (94) und einen Kühlmedium-Auslaßkanal (96) geteilt ist, wobei der Teiler (60) einen ersten Satz von Ausgangsöffnungen (102) hat zum Leiten von Kühlmedium von der zweiten Kammer (98) in den Auslaßkanal (96).

12. Kühlanordnung nach Anspruch 11, enthaltend eine dritte Kammer (106), die radial innen von der zweiten Kammer (98) und hinter den Einlaß- und Auslaßkanälen (94, 96) angeordnet ist, wobei der Teiler (90) eine zweite Anzahl von hindurchführenden Öffnungen (100) aufweist zum Leiten von Kühlmedium von dem Einlaßkanal (94) in die dritte Kammer (98) und einen zweiten Satz von Auslaßöffnungen (102) zum Leiten von Kühlmedium von der dritten Kammer (98) in den Auslaßkanal (96), wodurch das Kühlmedium parallel durch die zweiten (98) und dritten (106) Kammern strömt.

13. Kühlanordnung nach Anspruch 12, wobei der Einlaßkanal (94) in seiner volumetrischen Kapazität in einer Richtung radial nach innen von dem radial äussen Ende der Schaufel (18) abnimmt.

14. Kühlanordnung nach Anspruch 12, wobei der Auslaßkanal (96) in seiner volumetrischen Kapazität in einer Richtung radial nach innen von dem radial äusseren Ende der Schaufel (18) zunimmt.

15. Kühlanordnung nach Anspruch 12, enthaltend eine allgemein axial verlaufende Rippe (104) zwischen der zweiten Kammer (98) und der dritten Kammer (106), die die zweite Kammer (98) und die dritte Kammer (106) weiter begrenzt.