EP1456508B1 - Hot gas path subassembly of a gas turbine - Google Patents
Hot gas path subassembly of a gas turbine Download PDFInfo
- Publication number
- EP1456508B1 EP1456508B1 EP02805240A EP02805240A EP1456508B1 EP 1456508 B1 EP1456508 B1 EP 1456508B1 EP 02805240 A EP02805240 A EP 02805240A EP 02805240 A EP02805240 A EP 02805240A EP 1456508 B1 EP1456508 B1 EP 1456508B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- gas
- subassembly
- cooling
- permeable
- impermeable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
- F01D11/127—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with a deformable or crushable structure, e.g. honeycomb
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/10—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using sealing fluid, e.g. steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/612—Foam
Definitions
- the present invention relates to a hot gas path assembly for a turbomachine, in particular for a gas turbine, according to the preamble of claim 1. It further relates to a turbomachine in which an assembly according to the invention is used.
- JP 61149506 shows a similar configuration in which the honeycomb seals are carried by a layer of porous metal adjacent to a supply chamber for cooling air. Also in this embodiment, the cooling air is brought through the honeycomb seals to the blade tips.
- a problem with a variety of configurations is that when it comes to one by rubbing Damage to the gas-permeable elements comes or even an area is completely torn out, the Coolant pressure collapses, and it becomes one Overheating and finally failure of the whole Seal arrangement comes.
- the coolant flows around this area of the sealing element. Whose Cooling is no longer guaranteed, and it comes to local overheating. Due to overheating, the burning out affected area. By the way resulting large hole now flows the cooling air out, and the previously unaffected areas become no longer cooled. As a result, the Bautiel fails as a whole, on the entire circumference.
- a hot gas path assembly of the above specify the type mentioned, which the disadvantages of Prior art avoids.
- a Hot gas path assembly be designed such that the Cooling air is used as efficiently as possible, and that in a damaged area of the Sealing element, the cooling of not immediately affected areas are essentially unimpaired remains. In other words, a potential possible damage to the location of the primary be limited to a damage-causing event.
- the core of the invention is therefore on the one hand, in a cooling air path to two cooling points in series too switch, such that the flowing cooling air successively to fulfill two cooling tasks is used.
- the Invention is with the same cooling air flow of the stator a gas turbine once in the area Leitschaufelsch, as well as in the area of a Cooled bucket row, and at the same time are the Bucket tips or the bucket cover with the same cooling air applied. This way will achieves the maximum permissible cooling air heating and the Cooling potential of the cooling air is maximally utilized.
- the partition wall is such stated that the cooling air flow paths of individual in the circumferential direction of the machine next to each other arranged segments downstream of a baffle cooling element hermetically separated.
- One Impact cooling element is comparatively with a variety provided small openings over which a Cooling air flow at high speed on the Cooling side of the component to be cooled is directed.
- baffle plates are used. by virtue of this function cause the baffle elements a comparatively high pressure drop, and are the essential throttle in the respective Coolant path, which also essentially the Metering of the flowing coolant causes. at a corresponding distribution of pressure drops, wherein the pressure loss coefficient of the impingement cooling element greater is, preferably at least a factor of 2, than the Pressure loss coefficient arranged downstream thereof Flow cross sections, the total flow is in first approximation only by the impingement cooling element certainly.
- each segment at least a single gas permeable Arranged element.
- the assembly according to the invention is very special then on, when the gas-permeable element a Part of a non-contact seal of a Turbomachine, in particular between a vane and the rotor and especially between one Blade and the stator is.
- the gas impermeable element in the direction of Hot gas flow upstream of the gas permeable Element arranged. It is advantageous if the gas impermeable element has another, redundant, Has coolant opening on the hot gas side the module opens.
- the coolant opening is as possible executed that there emerging coolant as possible parallel to the hot gas side surface of the gas-permeable element flows, such that there a cooling film is created.
- the Flow cross-sections of the gas-permeable element and the coolant openings in design terms so are measured that the pressure loss of the Coolant opening is greater than that of the gas-permeable element, such that preferably less than 50%, and in particular less than 30% of the total coolant through the coolant hole, and the rest as Transpiration coolant through the gas permeable Element is passed. If its pressure loss due to the effects described above, the coolant moves into the coolant opening, and the proportion of film cooling increases. As above set out, while the entire remains Coolant mass flow to a first approximation constant, if the pressure loss over the impingement cooling bores predominates.
- the inventive assembly is suitable as already indicated, very special for use in Turbomachinery, the gas-permeable elements a circumferential ring for non-contact sealing form with an opposite blade ring. preferably also form the gas-impermeable elements a circumferential ring; This ring is preferred in Direction of Heisssgas slideströmung the Turbomachine upstream of the ring of arranged gas permeable elements.
- the gas impermeable Elements of impact-cooled heat discharge segments in a Another preferred embodiment of the wear impact-cooled gas-impermeable elements Turbine blades, in particular vanes.
- the assembly according to the invention arranged in the stator of the turbomachine.
- the assembly is part a turbomachine is a preferred Embodiment that the dividers or Partition walls for subdividing the segments parallel to the chords of in the flow channel, and in particular on the gas impermeable elements, arranged blades run.
- the assembly consists in one embodiment a number of lateral, in particular in the circumferential direction, juxtaposed subassemblies, which so are constructed that each subassembly one gas impermeable element and a gas permeable Element comprises.
- an impingement cooling element spaced apart, and opposite of the gas permeable element a cover element.
- Such subassembly at least one Subdivision wall for fluid-separating subdivision and / or delineation of the annular gap in lateral direction, in particular in the circumferential direction.
- annular assembly in Circumferential direction in at least four from each other Independently with cooling medium acted upon segments be divided.
- the reliability of cooling is added Damage to individual sections of the increased gas permeable elements.
- honeycombs including porous, for example, produced by foaming Structures of metal or ceramic materials in Question, or felts or fabrics of metallic or ceramic fibers, in question.
- the present device are further means for independent of each other at least some of the segments provided with coolant.
- This can be realized by a device that the Supply of cooling medium to the individual segments via the respective supply channels independently controls. In this way, an inhomogeneous Temperature distribution during operation of the Turbomachine over the circumference of the flow channel be compensated by individual segments. With supplied accordingly adjusted amounts of cooling medium become. This is still suitable for the realization a gap width control.
- Figure 1 shows a section of a Flow channel of a turbomachine, for example a turbine of a gas turbine group.
- the flow channel is from right to left of a hot gas flow 12 flows through.
- a vane foot 16 with one Guide vane 10 is arranged in the stator 13 . Downstream of the vane 10 is a blade 11 with a shroud 7 and Shroud tips 7a arranged.
- the shroud tips minimize in conjunction with opposite arranged suitable stator 2, the leakage gap and thus the hot gas leakage flow 12a.
- the opposite element 2 is the normal case comparatively soft touch-tolerant element.
- the inventive, fixed in the stator, Assembly further includes an upstream of the gas permeable element 2 arranged gas-impermeable, impact-cooled element 8, here a Heat shield. Coolant, in particular cooling air or steam, via a feed 14 in the housing 13th introduced.
- the coolant 4 is initially high Speed through openings or nozzles of a Impact cooling element 17 out, and hits with high Impulse on the cooling side of the element 8, this being is cooled by impingement cooling.
- the coolant 4 continues to flow through after completion of the impingement cooling gas-permeable element 2 as transpiration coolant in the hot gas flow, wherein in the present Configuration continues the bucket cover 7 and the Seal tip 7a to be cooled. From this Coolant guide results in the best possible Utilization of the coolant 4. As can be seen, is between the gas-permeable element 2, the gas impermeable element 8, an upstream Wall 22, a downstream wall 23, the Impact cooling element 17, and a cover element 21 a in principle annular or ring segment-shaped space or gap 5, 9 is formed. According to the invention this in the circumferential direction of the turbomachine divided as below in particular in connection with Figure 3 is explained in more detail.
- FIG. 2 Another embodiment of the invention is in Figure 2 shown. Essential elements are explained In the light of the explanation of Figure 1 by itself.
- This embodiment serves the gas-impermeable Crash-cooled element 8 at the same time as a blade root 16 of the vane 10.
- Analogous to Figure 1 is between the gas-permeable element 2, the gas-impermeable Element 8, the impingement cooling element 17, a cover element 21, and an upstream wall 22 and a downstream wall 23, a space 9 is formed, which in the circumferential direction not recognizable here is divided. Coolant passes through the Impact cooling element 17 in the space 9 a. Under undisturbed nominal conditions, the coolant 4 flows at least predominantly by the gas permeable Element 2 off.
- the gas impermeable Element 8 another, redundant coolant port 18th on, via the coolant 4 flow out of the room 9 can.
- This coolant opening opens on the Heisgasseite the assembly that exiting there Coolant as a cooling film on the hot gas side of the gas-permeable element flows.
- the redundant Coolant opening is preferably dimensioned such that under undisturbed nominal conditions less than that Half, in particular less than 30%, of the Coolant mass flow 4 through the redundant Coolant openings 18 flow. If it does, though for example due to pollution or a Grazing event to a significant increase in the Flow resistance of the gas-permeable element.
- FIG. 3 shows a schematic view of a inventive assembly in one Cross-sectional view.
- Essentially radial and axially extending webs or partition walls 24 divide the space 9 in the circumferential direction into segments 26.
- Each segment 26 is also its own redundant Coolant opening 18 is arranged; at least theirs Mouth is slot-shaped, in case of need a the largest possible distribution of film coolant to achieve.
- This is the entire coolant path at least downstream of the impingement cooling elements 17 through the Partition walls 24 in completely from each other divided into independent segments.
- the Subassembly a partition wall 24, which en a peripheral side of the subassembly or on a other circumferential position can be arranged.
- the Subdivision wall is designed so that they, as in In connection with FIG. 3, a fluid separation is explained between the two peripheral sides manufactures.
- FIG. 5 shows a schematic Top view of the subassembly from the radial outside, with "split" walls 22, 23, 24. It can be seen that in this preferred embodiment the in the Figure 5 is not explicitly marked, but for the One skilled in the light of the foregoing recognizable, space 9 in the circumferential direction of one Dividing wall 14 divided in the circumferential direction that is parallel to the dot-dash line drawn chord of the blade 10 extends.
- the partition wall 24 is directly at one Peripheral side of the subassembly arranged; she could but without further ado another Be arranged circumferential position.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Heissgaspfad-Baugruppe für eine Strömungsmaschine,
insbesondere für eine Gasturbine, gemäss dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Sie betrifft weiterhin eine Strömungsmaschine, in
welcher eine erfindungsgemässe Baugruppe verwendet
wird.The present invention relates to a hot gas path assembly for a turbomachine, in particular for a gas turbine, according to the preamble of
It further relates to a turbomachine in which an assembly according to the invention is used.
Der Wirkungsgrad einer axial durchströmten Gasturbine wird unter anderem durch Leckströme des komprimierten Gases beeinflusst, die zwischen rotierenden und nicht rotierenden Komponenten der Turbine auftreten. Der zwischen den Spitzen der Laufschaufeln und der die Laufschaufeln umgebenden Gehäusewand auftretende Spalt spielt hierbei eine wesentliche Rolle. Man ist daher bestrebt, die Spalte möglichst klein zu halten. Bei Abweichungen vom Auslegungspunkt kann es leicht zum Anstreifen der bewegten an den statischen Komponenten kommen. Aus diesem Grunde werden häufig anstreif- und/oder abriebtolerante Bauelemente, wie beispielsweise Wabendichtungen, "Honeycombs", oder auch poröse Keramik- oder Metallstrukturen oder -filze, eingesetzt, die als Gegenlaufflächen der Dichtspitzen der Laufschaufeln dienen, und teilweise während einer Einlaufphase von diesen eingeschnitten werden. Die Verwendung solcher anstreiftoleranter Dichtungselemente vermindert bei kleineren Anstreifereignissen schwerwiegende Maschinenhavarien, da das Anstreifen durch die weiche Struktur der Gegenlauffläche ohne Beschädigung der Schaufeln aufgenommen wird.The efficiency of an axially flowed through Gas turbine is among other things by leakage currents of the compressed gas affects between rotating and non-rotating components of the Turbine occur. The one between the tips of the Blades and the blades surrounding the blades Housing wall occurring gap plays this one essential role. One is therefore anxious to have the column keep as small as possible. In case of deviations from Design point can be easily used for scratching the moved to come to the static components. Out For this reason are often grazing and / or abrasion-tolerant components, such as Honeycombs, "honeycombs", or even porous Ceramic or metal structures or felts used, as the mating surfaces of the sealing tips of Serving blades, and partially during one Break-in phase of these are cut. The Use of such touch-tolerant sealing elements diminished at minor grazing incidents serious machine accidents as the rubbing due to the soft structure of the mating surface without Damage to the blades is recorded.
Sowohl die Spitzen der Lauf- oder Leitschaufeln als auch die eingesetzten Wabendichtungen sind im Heißgasbetrieb der Gasturbine sehr hohen Temperaturen ausgesetzt.Both the tips of the blades or vanes as well as the used honeycomb seals are in Hot gas operation of the gas turbine at very high temperatures exposed.
Daher ist beispielsweise aus der US 3,365,172
bekannt, die Dichtspitzen der Laufschaufeln durch
Wabendichtungen hindurch mit Kühlluft zu beaufschlagen.
Hierzu ist der Träger für die Wabendichtungen mit
kleinen Kühlluftbohrungen durchsetzt, die über eine
umlaufende Ringkammer mit Kühlluft versorgt werden.
Die JP 61149506 zeigt eine ähnliche Ausgestaltung,
bei der die Wabendichtungen von einer Schicht aus
porösem Metall getragen werden, die an eine Zufuhrkammer
für Kühlluft angrenzt. Auch bei dieser Ausgestaltung
wird die Kühlluft durch die Wabendichtungen
hindurch an die Schaufelspitzen herangebracht.It is therefore known, for example, from US Pat. No. 3,365,172, to apply cooling air to the sealing tips of the rotor blades through honeycomb seals. For this purpose, the support for the honeycomb seals with small cooling air holes is penetrated, which are supplied via a rotating annular chamber with cooling air.
JP 61149506 shows a similar configuration in which the honeycomb seals are carried by a layer of porous metal adjacent to a supply chamber for cooling air. Also in this embodiment, the cooling air is brought through the honeycomb seals to the blade tips.
Aus US 6,171,052 ist ebenfalls die Führung von Kühlluft durch poröse Dichtungslemente hindurch bekannt. Dabei werden die porösen Dichtungselemente beim Durchströmen mit der Kühlluft transpirationsgekühlt. US 4,013,376 offenbart eine Konfiguration, bei dem die Gegenlauffläche der Schaufeln sowohl prallgekühlt als auch transpirationsgekühlt ausgeführt ist. EP 1162346 offenbart eine Konfiguration, bei der die Kühlseite eines gasundurchlässigen Element prallgekühlt ist. Die US 3,728,039 offenbart ebenfalls transpirationsgekühlte poröse Ringe als Gegenlaufflächen von Schaufeln. Dabei ist die Anspeisung des Ringes mit Kühlluft segmentiert. Der Ring selbst ist einstückig ausgeführt.From US 6,171,052 is also the leadership of Cooling air through porous Dichtungslemente through known. This will be the porous sealing elements when flowing through with the cooling air transpirationsgekühlt. US 4,013,376 discloses a Configuration in which the mating surface of the Shovels both chilled and cooled Transpirationsgekühlt is executed. EP 1162346 discloses a configuration in which the Cooling side of a gas-impermeable element is cooled by impact. US 3,728,039 also discloses transpiration cooled porous rings as mating surfaces of blades. It is the Feed of the ring segmented with cooling air. Of the Ring itself is made in one piece.
Ein Problem bei einer Vielzahl von Konfigurationen ist, dass, wenn es durch Anstreifen zu einer Beschädigung der gasdurchlässigen Elemente kommt oder gar ein Bereich vollständig herausgerissen wird, der Kühlmitteldruck zusammenbricht, und es zu einem Überhitzen und schliesslich zum Versagen der gesamten Dichtungsanordnung kommt. Ebenso wird, wenn in einem Bereich die Porosität durch anstreifbedingtes Verformen oder auch durch Schmutz verstopft wird, das Kühlmittel diesen Bereich des Dichtungselementes umströmt. Dessen Kühlung ist nicht mehr gewährleistet, und es kommt zur lokalen Überhitzung. Durch die Überhitzung kann der betroffenen Bereich ausbrennen. Durch das derart entstandene grosse Loch strömt nunmehr die Kühlluft aus, und die vorher nicht betroffenen Bereiche werden nicht mehr gekühlt. In der Folge versagt das Bautiel als ganzes, am gesamten Umfang.A problem with a variety of configurations is that when it comes to one by rubbing Damage to the gas-permeable elements comes or even an area is completely torn out, the Coolant pressure collapses, and it becomes one Overheating and finally failure of the whole Seal arrangement comes. Likewise, if in one Range of porosity due to grazing deformation or is clogged by dirt, the coolant flows around this area of the sealing element. Whose Cooling is no longer guaranteed, and it comes to local overheating. Due to overheating, the burning out affected area. By the way resulting large hole now flows the cooling air out, and the previously unaffected areas become no longer cooled. As a result, the Bautiel fails as a whole, on the entire circumference.
Eine weitere Fragestellung ist ein möglichst effizienter Einsatz der zur Verfügung stehenden Kühlluft, da durch eine Kühllufteinsparung erhebliche Leistungs- und Wirkungsgradpotenziale erschliessbar sind. Another question is one possible efficient use of the available Cooling air, as by a cooling air saving considerable Performance and efficiency potentials can be tapped are.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nunmehr darin, eine Heissgaspfad-Baugruppe der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll eine Heissgaspfad-Baugruppe derart ausgeführt sein, dass die Kühlluft möglichst effizient genutzt wird, und, dass bei einer Beschädigung eines Bereiches der des Dichtungselementes die Kühlung der nicht unmittelbar betroffenen Bereiche im Wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt. Mit anderen Worten soll ein potenziell auftretender Schaden möglichst auf den Ort des primär schadensauslösenden Ereignisses beschränkt bleiben.The object of the present invention is now in it, a hot gas path assembly of the above specify the type mentioned, which the disadvantages of Prior art avoids. In particular, should a Hot gas path assembly be designed such that the Cooling air is used as efficiently as possible, and that in a damaged area of the Sealing element, the cooling of not immediately affected areas are essentially unimpaired remains. In other words, a potential possible damage to the location of the primary be limited to a damage-causing event.
Die Aufgabe wird mit der Heissgaspfad-Baugruppe
gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The task is with the hot gas path assembly
solved according to
Kern der Erfindung ist es also einerseits, in einem Kühlluftpfad zwei Kühlstellen in Serie zu schalten, derart, dass die strömende Kühlluft nacheinander zur Erfüllung zweier Kühlungsaufgaben herangezogen wird. In einer Ausführungsform der Erfindung wird mit dem selben Kühlluftstrom der Stator einer Gasturbine einmal im Bereich einer Leitschaufelreihe, sowie im Bereich einer Laufschaufelreihe gekühlt, und gleichzeitig werden die Laufschaufelspitzen oder das Laufschaufeldeckband mit der selben Kühlluft beaufschlagt. Auf diese Weise wird die maximal zulässige Kühllufterwärmung erzielt und das Kühlungspotenzial der Kühlluft wird maximal ausgenutzt. Andererseits ist die Unterteilungswand derart ausgeführt, dass die Kühlluft-Strömungspfade einzelner in Umfangsrichtung der Maschine nebeneinander angeordneter Segmente stromab einem Prallkühlelement hermetisch voneinander getrennt sind. Ein Prallkühlelement ist mit einer Vielzahl vergleichsweise kleiner Öffnungen versehen, über welche ein Kühlluftstrom mit hoher Geschwindigkeit auf die Kühlseite des zu kühlenden Bauteils gelenkt wird. Häufig kommen Prallkühlbleche zum Einsatz. Aufgrund dieser Funktion verursachen die Prallkühlelemente einen vergleichsweise hohen Druckverlust, und sind die wesentliche Drosselstelle in dem jeweiligen Kühlmittelpfad, welche auch im Wesentlichen die Zumessung des durchströmenden Kühlmittels bewirkt. Bei einer entsprechende Aufteilung der Druckabfälle, wobei der Druckverlustbeiwert des Prallkühlelementes grösser ist, bevorzugt wenigstens um einen Faktor 2, als der Druckverlustbeiwert der stromab davon angeordneten Strömungsquerschnitte, wird der gesamte Durchfluss in erster Näherung nur durch das Prallkühlelement bestimmt. Für die erfindungsgemässe Konfiguration bedeutet das, dass, wenn in einem Segment eine Beschädigung des gasdurchlässigen Elementes, insbesondere eines Dichtungselementes, eintritt, die Strömungsbedingungen des Kühlmittels nicht dramatisch verändert werden, und die nicht primär von dem Schadensereignis betroffenen Segmente noch hinreichend mit Kühlluft versorgt werden.The core of the invention is therefore on the one hand, in a cooling air path to two cooling points in series too switch, such that the flowing cooling air successively to fulfill two cooling tasks is used. In one embodiment of the Invention is with the same cooling air flow of the stator a gas turbine once in the area Leitschaufelreihe, as well as in the area of a Cooled bucket row, and at the same time are the Bucket tips or the bucket cover with the same cooling air applied. This way will achieves the maximum permissible cooling air heating and the Cooling potential of the cooling air is maximally utilized. On the other hand, the partition wall is such stated that the cooling air flow paths of individual in the circumferential direction of the machine next to each other arranged segments downstream of a baffle cooling element hermetically separated. One Impact cooling element is comparatively with a variety provided small openings over which a Cooling air flow at high speed on the Cooling side of the component to be cooled is directed. Frequently, baffle plates are used. by virtue of this function cause the baffle elements a comparatively high pressure drop, and are the essential throttle in the respective Coolant path, which also essentially the Metering of the flowing coolant causes. at a corresponding distribution of pressure drops, wherein the pressure loss coefficient of the impingement cooling element greater is, preferably at least a factor of 2, than the Pressure loss coefficient arranged downstream thereof Flow cross sections, the total flow is in first approximation only by the impingement cooling element certainly. For the configuration according to the invention does that mean that when in a segment a Damage to the gas-permeable element, in particular a sealing element, enters, the Flow conditions of the coolant are not dramatic be changed, and not primarily by the Damage event affected segments still sufficient be supplied with cooling air.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in Umfangsrichtung mehrere gasdurchlässige Elemente nebeneinander angeordnet. Durch die mehrstückige, lateral, insbesondere in Umfangsrichtung, segmentierte Ausführung des Dichtringes wird weiterhin gewährleistet, dass ein lokales Schadensereignis auch mechanisch auf das unmittelbar betroffene Segment beschränkt bleibt. Dies ist umso mehr erfüllt, wenn die einzelnen Dichtringsegmente so angeordnet und befestigt sind, dass eine möglichst weitgehende gegenseitige mechanische Entkopplung erreicht wird. Bevorzugt ist in jedem Segment wenigstens ein einzelnes gasdurchlässiges Element angeordnet. Wie bereits dargelegt wurde, bietet sich die erfindungsgemässe Baugruppe ganz besonders dann an, wenn das gasdurchlässige Element ein Bestandteil einer berührungslosen Dichtung einer Turbomaschine, insbesondere zwischen einer Leitschaufel und dem Rotor und ganz besonders zwischen einer Laufschaufel und dem Stator ist.In a preferred embodiment of the invention are in the circumferential direction several gas-permeable Elements arranged side by side. By the multi-piece, lateral, in particular in the circumferential direction, segmented design of the sealing ring will continue Ensures that a local damage event too mechanically on the directly affected segment remains limited. This is even more true when the individual sealing ring segments arranged and fixed are that as mutual as possible mechanical decoupling is achieved. Preferred is in each segment at least a single gas permeable Arranged element. As already stated, offers the assembly according to the invention is very special then on, when the gas-permeable element a Part of a non-contact seal of a Turbomachine, in particular between a vane and the rotor and especially between one Blade and the stator is.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das gasundurchlässige Element in Richtung der Heissgasströmung stromauf des gasdurchlässigen Elementes angeordnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn das gasundurchlässige Element eine weitere, redundante, Kühlmittelöffnung aufweist, die auf der Heissgasseite der Baugruppe mündet. Bevorzugt mündet die Kühlmittelöffnung stromauf des gasdurchlässigen Elementes, möglichst nahe an dem gasdurchlässigen Element. Dabei ist die Kühlmittelöffnung möglichst so ausgeführt, dass dort austretendes Kühlmittel möglichst parallel zur heissgasseitigen Oberfläche des gasdurchlässigen Elementes strömt, derart, dass dort ein Kühlfilm entsteht. Dies hat folgende grosse Vorteile: Wenn die Strömungsquerschnitte des gasdurchlässigen Elementes des jeweiligen Segmentes durch Verschmutzung oder Verformung keinen ungehinderten Durchfluss mehr zulassen, wird weiterhin einerseits eine Kühlmittelströmung durch die Prallkühlbohrungen oder Prallkühldüsen des Prallkühlelementes gewährleistet, und die Kühlung des gasundurchlässigen Elementes wird sichergestellt. Gleichzeitig legt sich die aus der Kühlmittelöffnung ausströmende Luft als Kühlfilm über das gasdurchlässige Element, und gewährleistet somit eine Mindestkühlung dieses Elementes, obwohl aufgrund der verminderten Durchströmung der Transpirationskühlungseffekt der das Element durchströmenden Luft verringert oder ganz ausgefallen ist. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Strömungsquerschnitte des gasdurchlässigen Elementes und der Kühlmittelöffnungen auslegungsmässig so bemessen sind, dass der Druckverlust der Kühlmittelöffnung grösser ist, als der des gasdurchlässigen Elementes, derart, dass auslegungsgemäss bevorzugt weniger als 50%, und insbesondere weniger als 30% des gesamten Kühlmittels durch die Kühlmittelöffnung strömen, und der Rest als Transpirationskühlmittel durch das gasdurchlässige Element geleitet wird. Wenn dessen Druckverlust aufgrund der oben beschriebenen Effekte zunimmt, verlagert sich das Kühlmittel in die Kühlmittelöffnung, und der Anteil der Filmkühlung nimmt zu. Wie oben dargelegt, bleibt dabei der gesamte Kühlmittelmassenstrom in erster Näherung konstant, wenn der Druckverlust über die Prallkühlbohrungen überwiegt.In one embodiment of the invention that is gas impermeable element in the direction of Hot gas flow upstream of the gas permeable Element arranged. It is advantageous if the gas impermeable element has another, redundant, Has coolant opening on the hot gas side the module opens. Preferably, the flows Coolant opening upstream of the gas permeable Elementes, as close to the gas-permeable Element. The coolant opening is as possible executed that there emerging coolant as possible parallel to the hot gas side surface of the gas-permeable element flows, such that there a cooling film is created. This has the following big Advantages: When the flow cross sections of the gas-permeable element of the respective segment due to contamination or deformation unrestricted flow will continue to allow more on the one hand, a coolant flow through the Impact cooling holes or impingement cooling nozzles of Ensures impingement cooling element, and the cooling of the gas impermeable element is ensured. At the same time, it settles out of the coolant opening outgoing air as a cooling film on the gas permeable Element, thus ensuring a minimum cooling of this element, though due to the diminished Flow through the transpiration cooling effect of the Element passing air reduced or completely has failed. It is advantageous if the Flow cross-sections of the gas-permeable element and the coolant openings in design terms so are measured that the pressure loss of the Coolant opening is greater than that of the gas-permeable element, such that preferably less than 50%, and in particular less than 30% of the total coolant through the coolant hole, and the rest as Transpiration coolant through the gas permeable Element is passed. If its pressure loss due to the effects described above, the coolant moves into the coolant opening, and the proportion of film cooling increases. As above set out, while the entire remains Coolant mass flow to a first approximation constant, if the pressure loss over the impingement cooling bores predominates.
Die erfindungsgemässe Baugruppe eignet sich, wie bereits angedeutet, ganz besondere zum Einsatz in Strömungsmaschinen, wobei die gasdurchlässigen Elemente einen umlaufenden Ring zur berührungslosen Abdichtung mit einem gegenüberliegenden Schaufelkranz bilden. bevorzugt bilden auch die gasundurchlässigen Elemente einen umlaufenden Ring; dieser Ring ist bevorzugt in Richtung der Heisssgasdurchströmung der Strömungsmaschine stromauf des Ringes der gasdurchlässigen Elemente angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die gasundurchlässigen Elemente prallgekühlte Wärmestausegmente. in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform tragen die prallgekühlten gasundurchlässigen Elemente Turbinenschaufeln, insbesondere Leitschaufeln. Insbesondere dann ist die erfindungsgemässe Baugruppe im Stator der Strömungsmaschine angeordnet.The inventive assembly is suitable as already indicated, very special for use in Turbomachinery, the gas-permeable elements a circumferential ring for non-contact sealing form with an opposite blade ring. preferably also form the gas-impermeable elements a circumferential ring; This ring is preferred in Direction of Heisssgasdurchströmung the Turbomachine upstream of the ring of arranged gas permeable elements. In a preferred embodiment are the gas impermeable Elements of impact-cooled heat discharge segments. in a Another preferred embodiment of the wear impact-cooled gas-impermeable elements Turbine blades, in particular vanes. In particular, then the assembly according to the invention arranged in the stator of the turbomachine.
Es ist, vor allem wenn die Baugruppe Bestandteil einer Strömungsmaschine ist, eine bevorzugte Ausführungsform, dass die Trennstege oder Unterteilungswände zur Unterteilung der Segmente parallel zu den Profilsehnen von im Strömungskanal, und insbesondere auf den gasundurchlässigen Elementen, angeordneten Schaufeln verlaufen.It is, especially if the assembly is part a turbomachine is a preferred Embodiment that the dividers or Partition walls for subdividing the segments parallel to the chords of in the flow channel, and in particular on the gas impermeable elements, arranged blades run.
Die Baugruppe besteht in einer Ausführungsform aus einer Anzahl lateral, insbesondere in Umfangsrichtung, nebeneinander angeordneter Unterbaugruppen, welche so aufgebaut sind, dass jede Unterbaugruppe ein gasundurchlässiges Element und ein gasdurchlässiges Element umfasst. Im Wesentlichen ist dann auf der Kühlseite der Unterbaugruppe gegenüberliegend des gasundurchlässigen Elementes ein Prallkühlelement beabstandet angeordnet, und gegenüberliegend des gasdurchlässigen Elementes ein Deckelement. Zwischen dem Deckelement und dem Prallkühlelement einerseits und dem gasdurchlässigen und gasundurchlässigen Element andererseits ist ein ringsegmentförmiger Raum oder ein im wesentlichen ringsegmentförmiger Spalt für das Kühlmittel ausgebildet. Erfindungsgemäss umfasst eine derartige Unterbaugruppe wenigstens eine Unterteilungswand zur fluidtrennenden Unterteilung und/oder Abgrenzung des ringförmigen Spaltes in lateraler Richtung, insbesondere in Umfangsrichtung. in einer Ausführungsform trägt die Unterbaugruppe wenigstens eine Turbinenschaufel; die Unterteilungswand verläuft dann bevorzugt parallel zur Profilsehne dieser Schaufel.The assembly consists in one embodiment a number of lateral, in particular in the circumferential direction, juxtaposed subassemblies, which so are constructed that each subassembly one gas impermeable element and a gas permeable Element comprises. In essence, then on the Cooling side of the subassembly opposite the gas impermeable element an impingement cooling element spaced apart, and opposite of the gas permeable element a cover element. Between the cover element and the impingement cooling element on the one hand and the gas-permeable and gas-impermeable element on the other hand, a ring segment-shaped space or a essentially annular segment-shaped gap for the Coolant formed. According to the invention comprises a Such subassembly at least one Subdivision wall for fluid-separating subdivision and / or delineation of the annular gap in lateral direction, in particular in the circumferential direction. in an embodiment carries the subassembly at least one turbine blade; the subdivision wall then runs preferably parallel to the chord this Shovel.
Vorzugsweise sollte eine ringförmige Baugruppe in Umfangsrichtung in zumindest vier voneinander unabhängig mit Kühlmedium beaufschlagbare Segmente unterteilt sein. Durch Ausbildung einer größeren Zahl von Segmenten wird die Zuverlässigkeit der Kühlung bei Beschädigungen einzelner Abschnitte der gasdurchlässigen Elemente erhöht.Preferably, an annular assembly in Circumferential direction in at least four from each other Independently with cooling medium acted upon segments be divided. By training a larger number of segments, the reliability of cooling is added Damage to individual sections of the increased gas permeable elements.
Als gasdurchlässige und dabei insbesondere anstreiftolerante Elemente kommen neben Wabenstrukturen, "Honeycombs", unter anderem poröse, beispielsweise durch Aufschäumen hergestellte Strukturen aus Metall- oder Keramikwerkstoffen in Frage, oder Filze oder Gewebe aus metallischen oder keramischen Fasern, in Frage.As gas-permeable and in particular touch-tolerant elements come alongside Honeycomb structures, "honeycombs", including porous, for example, produced by foaming Structures of metal or ceramic materials in Question, or felts or fabrics of metallic or ceramic fibers, in question.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung sind weiterhin Mittel zur voneinander unabhängigen Beaufschlagung zumindest einiger der Segmente mit Kühlmittel vorgesehen. Dies kann durch eine Einrichtung realisiert werden, die die Zufuhr von Kühlmedium zu den einzelnen Segmenten über die jeweiligen Zufuhrkanäle unabhängig voneinander steuert. Auf diese Weise kann eine inhomogene Temperaturverteilung während des Betriebes der Strömungsmaschine über den Umfang des Strömungskanals kompensiert werden, indem einzelne Segmente. mit entsprechend angepassten Mengen an Kühlmedium versorgt werden. Dies eignet sich weiterhin für die Realisierung einer Spaltweitenregelung.In an advantageous embodiment of the present device are further means for independent of each other at least some of the segments provided with coolant. This can be realized by a device that the Supply of cooling medium to the individual segments via the respective supply channels independently controls. In this way, an inhomogeneous Temperature distribution during operation of the Turbomachine over the circumference of the flow channel be compensated by individual segments. With supplied accordingly adjusted amounts of cooling medium become. This is still suitable for the realization a gap width control.
Auch wenn in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen von einer ringförmigen oder ringsegmentförmigen Ausgestaltung der Baugruppe, insbesondere in eine Strömungsmaschine, und ganz besonders in einer Gasturbine, ausgegangen wird, so erkennt der Fachmann ohne weiteres, dass die Erfindung beispielsweise auch auf ebene Geometrien anwendbar ist, wobei die Segmente dann nicht in Umfangsrichtung sondern lateral nebeneinander angeordnet sind.Even if in the following Embodiments of an annular or Ring segment-shaped design of the assembly, especially in a turbomachine, and quite especially in a gas turbine, is assumed, so the skilled artisan readily recognizes that the invention for example, is applicable to planar geometries, the segments then not in the circumferential direction but are arranged laterally side by side.
Die vorliegende Kühl- und Dichtungsanordnung wird
nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit den Figuren erläutert. Im Einzelnen
zeigen:
Für das Verständnis der Erfindung nicht notwendige Elemente sind weggelassen worden. Die Ausführungsbeispiele sind instruktiv zu verstehen, und sollen dem besseren Verständnis, nicht aber der Einschränkung der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung dienen.Not necessary for the understanding of the invention Elements have been omitted. The Embodiments are instructive to understand, and should better understand, but not the Restriction of the marked in the claims Serve invention.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem
Strömungskanal einer Strömungsmaschine, beispielsweise
einer Turbine einer Gasturbogruppe. Der Strömungskanal
wird von rechts nach links von einer Heissgasströmung
12 durchströmt. Im Stator 13 ist auf nicht dargestellte
und nicht erfindungsrelevante, dem Fachmann aber
geläufige Weise ein Leitschaufelfuss 16 mit einer
Leitschaufel 10 angeordnet. Stromab der Leitschaufel 10
ist eine Laufschaufel 11 mit einem Deckband 7 und
Deckbandspitzen 7a angeordnet. Die Deckbandspitzen
minimieren in Verbindung mit gegenüber angeordneten
geeigneten Statorelementen 2 den Leckagespalt und damit
die Heissgas-Leckageströmung 12a. Um den Leckagespalt
unter Nominalbedingungen klein halten zu können, ist
das gegenüberliegende Element 2 im Normalfalle ein
vergleichsweise weiches anstreiftolerantes Element.
Dies ist vorliegend als transpirationsgekühltes
gasdurchlässiges Wabenelement ausgeführt. Die
Ausströmung eines durchströmenden Kühlmittels in den
Leckagespalt im Kreuzstrom zu dem Leckagestrom ist
durchaus geeignet, die Leckageströmung weiter zu
vermindern. Das Element 2 ist in einem Träger 1
gehalten. Die erfindungsgemässe, im Stator befestigte,
Baugruppe umfasst weiterhin ein stromauf des
gasdurchlässigen Elementes 2 angeordnetes
gasundurchlässiges prallgekühltes Element 8, hier ein
Wärmestausegment. Kühlmittel, insbesondere Kühlluft
oder -dampf, wird über eine Zuführung 14 im Gehäuse 13
herangeführt. Das Kühlmittel 4 wird zunächst mit hoher
Geschwindigkeit durch Öffnungen oder Düsen eines
Prallkühlelementes 17 geführt, und trifft mit hohem
Impuls auf die Kühlseite des Elementes 8, wobei dieses
durch Prallkühlung gekühlt wird. Das Kühlmittel 4
strömt nach vollzogener Prallkühlung weiter durch das
gasdurchlässge Element 2 als Transpirationskühlmittel
in die Heissgasströmung aus, wobei bei der vorliegenden
Konfiguration weiterhin das Schaufeldeckband 7 und die
Dichtspitze 7a gekühlt werden. Aus dieser
Kühlmittelführung resultiert eine bestmögliche
Ausnutzung des Kühlmittels 4. Wie zu erkennen ist, ist
zwischen dem gasdurchlässigen Element 2, dem
gasundurchlässigen Element 8, einer stromaufwärtigen
Wand 22, einer stromabwärtigen Wand 23, dem
Prallkühlelement 17, und einem Deckelement 21 ein
prinzipiell ringförmiger oder ringsegmentförmiger Raum
oder Spalt 5, 9 ausgebildet. Erfindungsgemäss ist
dieser in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine
unterteilt, wie unten insbesondere im Zusammenhang mit
Figur 3 näher erläutert wird.Figure 1 shows a section of a
Flow channel of a turbomachine, for example
a turbine of a gas turbine group. The flow channel
is from right to left of a
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in
Figur 2 dargestellt. Wesentliche Elemente erklären sich
im Lichte der Erläuterungen zu Figur 1 von selbst. In
diesem Ausführungsbeispiel dient das gasundurchlässige
prallgekühlte Element 8 gleichzeitig als Schaufelfuss
16 der Leitschaufel 10. Analog zu Figur 1 ist zwischen
dem gasdurchlässigen Element 2, dem gasundurchlässigen
Element 8, dem Prallkühlelement 17, einem Deckelement
21, sowie einer stromaufwärtigen Wand 22 und einer
stromabwärtigen Wand 23 ein Raum 9 ausgebildet, welcher
in der hier nicht erkennbaren Umfangsrichtung
unterteilt ist. Kühlmittel tritt durch das
Prallkühlelement 17 in den Raum 9 ein. Unter
ungestörten Nominalbedingungen strömt das Kühlmittel 4
wenigstens überwiegend durch das gasdurchlässige
Element 2 ab. Weiterhin weist das gasundurchlässige
Element 8 eine weitere, redundante Kühlmittelöffnung 18
auf, über die Kühlmittel 4 aus dem Raum 9 abströmen
kann. Diese Kühlmittelöffnung mündet derart auf der
Heisgasseite der Baugruppe, dass dort austretendes
Kühlmittel als Kühlfilm über die Heissgasseite des
gasdurchlässigen Elementes strömt. Insbesondere mündet
die redundante Kühlmittelöffnung 18 im Wesentlichen
tangential zur heissgasseitigen Oberfläche des
gasdurchlässigen Elementes 2. Die redundante
Kühlmittelöffnung ist bevorzugt derart bemessen, dass
unter ungestörten Nominalbedingungen weniger als die
Hälfte, insbesondere weniger als 30%, des
Kühlmittelmassenstroms 4 durch die redundanten
Kühlmittelöffnungen 18 strömen. Wenn es allerdings
beispielsweise aufgrund von Verschmutzung oder eines
Anstreifereignisses zu einer signifikanten Erhöhung des
Strömungswiderstandes des gasdurchlässigen Elementes 2
kommt, verschiebt sich die Kühlmittelströmung in die
redundanten Kühlmittelöffnungen 18. Damit wird
einerseits die Strömung zur Kühlung des
gasundurchlässigen Elementes 8 aufrechterhalten, und
andererseits wird eine aufgrund abnehmender
Durchströmung mangelnde Transpirationskühlung
sukzessive durch Filmkühlung durch die Öffnungen 18
ersetzt.Another embodiment of the invention is in
Figure 2 shown. Essential elements are explained
In the light of the explanation of Figure 1 by itself. In
This embodiment serves the gas-impermeable
Crash-cooled
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht einer
erfindungsgemässen Baugruppe in einer
Querschnittsdarstellung. Im Wesentlichen radial und
axial verlaufende Stege oder Unterteilungswände 24
unterteilen den Raum 9 in Umfangsrichtung in Segmente
26. Je Segment 26 ist auch eine eigene redundante
Kühlmittelöffnung 18 angeordnet; wenigstens deren
Mündung ist langlochförmig, um im Bedarfsfalle eine
möglichst grossflächige Verteilung von Filmkühlmittel
zu erzielen. Damit ist der gesamte Kühlmittelpfad
wenigstens stromab der Prallkühlelemente 17 durch die
Unterteilungswände 24 in vollkommen voneinander
unabhängige Segmente unterteilt. Weiterhin ist noch je
Segment 26 ein einzelnes gasdurchlässiges Element 2
angeordnet. Kommt es nunmehr zu einem starken
Anstreifen einer hier nicht dargestellten
Schaufelspitze 7a, siehe diesbezüglich Figur 1 oder 2,
in einem Segment, so wird lediglich das unmittelbar
betroffene gasdurchlässige Element aus der Baugruppe
herausgerissen. Aufgrund der mechanischen Entkoppelung
der gasdurchlässigen Elemente 2 der unterschiedlichen
Segmente 26 bleibt das mechanische Schadensereignis auf
die unmittelbar betroffenen Segmente beschränkt.
Selbstverständlich bricht in dem Raum 9 des betroffenen
Segmentes der Kühlmitteldruck zusammen. Da aber die
Segmente voneinander getrennt sind, und der
massgebliche Druckverlust in den Prallkühlelementen 17
auftritt, bleibt der Kühlmitteldruck in den anderen
Segmenten wenigstens in guter Näherung konstant, und
das Schadensereignis wird vollständig lokal auf das
oder die betroffenen Segmente beschränkt. Auch die
Prallkühlung des gasundurchlässigen Elementes im
betroffenen Segment bleibt im Wesentlichen
uneingeschränkt funktionsfähig.FIG. 3 shows a schematic view of a
inventive assembly in one
Cross-sectional view. Essentially radial and
axially extending webs or
In einer real ausgeführten Strömungsmaschine wird
die erfindungsgemässe Baugruppe vorteilhaft aus einer
Mehrzahl in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneter
Unterbaugruppen aufgebaut, was die Handhabung der
Erfindung wesentlich vereinfacht. Eine solche
Unterbaugruppe ist beispielhaft in Figur 4 in einer
perspektivischen Ansicht dargestellt. Es handelt sich
um eine Unterbaugruppe der Baugruppe aus Figur 2, und
umfasst ein Umfangssegment mit einer Leitschaufel 10,
mitsamt deren prallgekühlten Schaufelfuss 16. Die
Unterbaugruppe umfasst weiterhin ein gasdurchlässiges
Element 2, ein Prallkühlelement 17, ein Deckelement 21,
sowie eine stromaufwärtige Wand 22 und eine
stromabwärtige Wand 23. Durch die dargestellte
Anordnung ist ein ringsegmentförmiger Spalt 9
ausgebildet, welcher in radialer und axialer Richtung
geschlossen und an den Umfangsseiten der Unterbaugruppe
an sich offen ist. Erfindungsgemäss umfasst die
Unterbaugruppe eine Unterteilungswand 24, welche en
einer Umfangsseite der Unterbaugruppe oder an einer
anderen Umfangsposition angeordnet sein kann. Die
Unterteilungswand ist so ausgeführt, dass sie, wie im
Zusammenhang mit Figur 3 erläutert, eine Fluidtrennung
zwischen den beiden Umfangsseiten herstellt.In a real running turbomachine is
the inventive assembly advantageously from a
Plural arranged side by side in the circumferential direction
Subassemblies built, which is the handling of
Invention significantly simplified. Such
Subassembly is exemplified in Figure 4 in a
shown in perspective view. It is about
to a subassembly of the assembly of Figure 2, and
comprises a circumferential segment with a
Die Figur 5 zeigt abschliessend eine schematische
Draufsicht auf die Unterbaugruppe von radial aussen,
mit "aufgetrennten" Wänden 22, 23, 24. Zu erkennen ist,
dass in dieser bevorzugten Ausführungsform der in der
Figur 5 nicht explizit gekennzeichnete , aber für den
Fachmann im Lichte der vorangehenden Ausführungen klar
erkennbare, Raum 9 in Umfangsrichtung von einer
Unterteilungswand 14 in Umfangsrichtung unterteilt
wird, die parallel zu der strichpunktiert
eingezeichneten Profilsehne der Schaufel 10 verläuft.
Die Unterteilungswand 24 ist dabei unmittelbar an einer
Umfangsseite der Unterbaugruppe angeordnet; sie könnte
aber ohne Weiteres auch an einer anderen
Umfangsposition angeordnet sein.Finally, FIG. 5 shows a schematic
Top view of the subassembly from the radial outside,
with "split"
Die hier gemachten Ausführungen für ringförmige oder ringsegmentförmige Geometrien vermag der interessierte Fachmann ohne Weiteres auf ebene Geometrien zu übertragen, wobei dann statt Umfangssegmente laterale Segmente nebeneinander angeordnet sind.The designs made here for annular or ring segment-shaped geometries can interested expert without further ado on level Transfer geometries, taking place then Circumferential segments lateral segments next to each other are arranged.
- 11
- Trägerelement support element
- 22
- gasdurchlässiges Elementgas-permeable element
- 44
- Kühlmittelcoolant
- 55
- Raum, SpaltSpace, gap
- 77
- SchaufeldeckbandBlade shroud
- 7a7a
- Dichtspitzesealing tip
- 88th
- gasundurchlässiges Elementgas impermeable element
- 99
- Kühlmittelkanal, SpaltCoolant channel, gap
- 1010
- Leitschaufelvane
- 1111
- Laufschaufelblade
- 1212
- HeissgasströmungHot gas flow
- 12a12a
- Leckageströmungleakage flow
- 1313
- Gehäusewandung, StatorHousing wall, stator
- 1414
- Zuführung für KühlmittelFeeder for coolant
- 1616
- Schaufelfussblade root
- 1717
- Prallkühlelement, Prallkühlblech, PrallkühleinsatzImpact cooling element, impingement cooling plate, impact cooling insert
- 1818
- redundante Kühlmittelöffnungredundant coolant opening
- 2121
- Deckelementcover element
- 2222
- stromaufwärtige Begrenzung, Wandupstream boundary, wall
- 2323
- stromabwärtige Begrenzung, Wanddownstream boundary, wall
- 2424
- Unterteilungswand, Umfangs- oder laterale UnterteilungswandSubdivision wall, circumferential or lateral Partition wall
- 2626
- Segmentsegment
Claims (14)
- Hot gas path subassembly for a turbomachine, in particular a gas turbine, which hot gas path subassembly has substantially an annular cross section or the cross section from a ring segment with a circumferential direction and which subassembly has a cooling side and a hot gas side over which hot gas (12) flows during operation, which hot gas path subassembly furthermore comprises at least one gas-permeable element (2) designed for transpiration cooling and at least one gas-impermeable element (8), the gas-permeable element and the gas-impermeable element being arranged in different positions in the hot gas flow direction, and the gas-impermeable element being designed to be impact-cooled, with an impact-cooling element (17) arranged, spaced apart from the gas-impermeable element on the cooling side, and, on the cooling side of the subassembly, a coolant path (9, 5) being formed, which leads from the impact-cooling insert (17) to the cooling side of the gas-permeable element (2), characterized in that the subassembly has at least one subdividing wall (24) which subdivides the coolant path in the circumferential direction into fluidically separated segments (26).
- Subassembly according to Claim 1, characterized in that a plurality of individual gas-permeable elements are arranged next to one another, in particular in the circumferential direction.
- Subassembly according to Claim 2, characterized in that at least one individual gas-permeable element is arranged in each segment (26).
- Subassembly according to one of the preceding claims, characterized in that the gas-permeable element is a sealing element of an arrangement for contactless sealing.
- Subassembly according to one of the preceding claims, characterized in that a vane blade (10) is arranged on the gas-impermeable element (8).
- Subassembly according to one of the preceding claims, characterized in that the gas-impermeable element (8) is arranged upstream of the gas-permeable element (2) in the hot gas flow direction (12).
- Subassembly according to Claim 5, characterized in that the subdividing walls (24) run essentially parallel to the profile chords of the vane blades (10) arranged on the subassembly.
- Subassembly according to one of the preceding claims, characterized in that a coolant orifice is arranged in the gas-impermeable element and issues on the hot gas side upstream of the gas-permeable element.
- Subassembly according to one of the preceding claims, characterized in that the subassembly consists of a number of subordinate subassemblies arranged next to one another in the circumferential direction.
- Turbomachine, in particular gas turbine, comprising at least one subassembly according to one of the preceding claims, characterized in that the gas-permeable elements (2) form a peripheral ring for contactless sealing relative to a blade ring (11, 7, 7a) arranged opposite.
- Turbomachine according to Claim 10, characterized in that the gas-impermeable elements (8) form a peripheral ring which is arranged upstream of the gas-permeable elements (2) in the flow direction of a hot gas flow (12).
- Turbomachine according to either one of Claims 10 and 11, characterized in that the gas-impermeable elements (8) are impact-cooled heat accumulation segments.
- Turbomachine according to one of Claims 10 to 12, characterized in that the gas-impermeable elements (8) carry vane blades (10).
- Turbomachine according to one of Claims 10 to 13, characterized in that the subassembly is arranged in the stator (13) of the turbomachine.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH227901 | 2001-12-13 | ||
CH22792001 | 2001-12-13 | ||
PCT/CH2002/000686 WO2003054360A1 (en) | 2001-12-13 | 2002-12-12 | Hot gas path subassembly of a gas turbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP1456508A1 EP1456508A1 (en) | 2004-09-15 |
EP1456508B1 true EP1456508B1 (en) | 2005-08-31 |
Family
ID=4568373
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP02805240A Expired - Fee Related EP1456508B1 (en) | 2001-12-13 | 2002-12-12 | Hot gas path subassembly of a gas turbine |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7104751B2 (en) |
EP (1) | EP1456508B1 (en) |
JP (1) | JP2005513330A (en) |
AU (1) | AU2002366846A1 (en) |
DE (1) | DE50204128D1 (en) |
WO (1) | WO2003054360A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014217832A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Cooling device and aircraft engine with cooling device |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1456507B1 (en) * | 2001-12-13 | 2013-05-01 | Alstom Technology Ltd | Sealing assembly for components of a turbo-engine |
US7871716B2 (en) * | 2003-04-25 | 2011-01-18 | Siemens Energy, Inc. | Damage tolerant gas turbine component |
DE10360164A1 (en) | 2003-12-20 | 2005-07-21 | Mtu Aero Engines Gmbh | Gas turbine component |
EP1591626A1 (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-02 | Alstom Technology Ltd | Blade for gas turbine |
US7147429B2 (en) * | 2004-09-16 | 2006-12-12 | General Electric Company | Turbine assembly and turbine shroud therefor |
US7770375B2 (en) * | 2006-02-09 | 2010-08-10 | United Technologies Corporation | Particle collector for gas turbine engine |
GB2447892A (en) * | 2007-03-24 | 2008-10-01 | Rolls Royce Plc | Sealing assembly |
US8128343B2 (en) * | 2007-09-21 | 2012-03-06 | Siemens Energy, Inc. | Ring segment coolant seal configuration |
JP4668976B2 (en) * | 2007-12-04 | 2011-04-13 | 株式会社日立製作所 | Steam turbine seal structure |
EP2083149A1 (en) * | 2008-01-28 | 2009-07-29 | ABB Turbo Systems AG | Exhaust gas turbine |
US8292573B2 (en) * | 2009-04-21 | 2012-10-23 | General Electric Company | Flange cooled turbine nozzle |
US20110110790A1 (en) * | 2009-11-10 | 2011-05-12 | General Electric Company | Heat shield |
FR2955891B1 (en) * | 2010-02-02 | 2012-11-16 | Snecma | TURBINE MACHINE RING SECTOR |
RU2547542C2 (en) * | 2010-11-29 | 2015-04-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Axial gas turbine |
RU2543101C2 (en) * | 2010-11-29 | 2015-02-27 | Альстом Текнолоджи Лтд | Axial gas turbine |
RU2547351C2 (en) * | 2010-11-29 | 2015-04-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Axial gas turbine |
RU2547541C2 (en) * | 2010-11-29 | 2015-04-10 | Альстом Текнолоджи Лтд | Axial gas turbine |
US8444372B2 (en) | 2011-02-07 | 2013-05-21 | General Electric Company | Passive cooling system for a turbomachine |
US9039350B2 (en) * | 2012-01-09 | 2015-05-26 | General Electric Company | Impingement cooling system for use with contoured surfaces |
US20130318996A1 (en) * | 2012-06-01 | 2013-12-05 | General Electric Company | Cooling assembly for a bucket of a turbine system and method of cooling |
US9422824B2 (en) | 2012-10-18 | 2016-08-23 | General Electric Company | Gas turbine thermal control and related method |
US9238971B2 (en) | 2012-10-18 | 2016-01-19 | General Electric Company | Gas turbine casing thermal control device |
US20160312654A1 (en) * | 2013-12-19 | 2016-10-27 | United Technologies Corporation | Turbine airfoil cooling |
FR3082872B1 (en) * | 2018-06-25 | 2021-06-04 | Safran Aircraft Engines | TURBOMACHINE CASE COOLING SYSTEM |
CN110469370B (en) * | 2019-09-10 | 2024-04-09 | 浙江工业大学 | Compliant foil honeycomb sealing structure with adjustable sealing gap |
US11834956B2 (en) * | 2021-12-20 | 2023-12-05 | Rolls-Royce Plc | Gas turbine engine components with metallic and ceramic foam for improved cooling |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3365172A (en) * | 1966-11-02 | 1968-01-23 | Gen Electric | Air cooled shroud seal |
US3728039A (en) * | 1966-11-02 | 1973-04-17 | Gen Electric | Fluid cooled porous stator structure |
US3825364A (en) * | 1972-06-09 | 1974-07-23 | Gen Electric | Porous abradable turbine shroud |
US3970319A (en) * | 1972-11-17 | 1976-07-20 | General Motors Corporation | Seal structure |
FR2280791A1 (en) * | 1974-07-31 | 1976-02-27 | Snecma | IMPROVEMENTS IN ADJUSTING THE CLEARANCE BETWEEN THE BLADES AND THE STATOR OF A TURBINE |
US4013376A (en) * | 1975-06-02 | 1977-03-22 | United Technologies Corporation | Coolable blade tip shroud |
US4311431A (en) * | 1978-11-08 | 1982-01-19 | Teledyne Industries, Inc. | Turbine engine with shroud cooling means |
FR2519374B1 (en) * | 1982-01-07 | 1986-01-24 | Snecma | DEVICE FOR COOLING THE HEELS OF MOBILE BLADES OF A TURBINE |
GB2125111B (en) * | 1982-03-23 | 1985-06-05 | Rolls Royce | Shroud assembly for a gas turbine engine |
JPS61149506A (en) | 1984-12-21 | 1986-07-08 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Seal device at turbine blade tip |
GB2245316B (en) * | 1990-06-21 | 1993-12-15 | Rolls Royce Plc | Improvements in shroud assemblies for turbine rotors |
DE19756734A1 (en) * | 1997-12-19 | 1999-06-24 | Bmw Rolls Royce Gmbh | Passive gap system of a gas turbine |
US5993150A (en) * | 1998-01-16 | 1999-11-30 | General Electric Company | Dual cooled shroud |
DE19821365C2 (en) | 1998-05-13 | 2001-09-13 | Man Turbomasch Ag Ghh Borsig | Cooling a honeycomb seal in the part of a gas turbine charged with hot gas |
DE50004728D1 (en) * | 1999-03-30 | 2004-01-22 | Siemens Ag | FLOWING MACHINE WITH A COOLABLE ARRANGEMENT OF WALL ELEMENTS AND METHOD FOR COOLING AN ARRANGEMENT OF WALL ELEMENTS |
EP1124039A1 (en) * | 2000-02-09 | 2001-08-16 | General Electric Company | Impingement cooling apparatus for a gas turbine shroud system |
US6340285B1 (en) * | 2000-06-08 | 2002-01-22 | General Electric Company | End rail cooling for combined high and low pressure turbine shroud |
-
2002
- 2002-12-12 WO PCT/CH2002/000686 patent/WO2003054360A1/en active IP Right Grant
- 2002-12-12 DE DE50204128T patent/DE50204128D1/en not_active Expired - Lifetime
- 2002-12-12 AU AU2002366846A patent/AU2002366846A1/en not_active Abandoned
- 2002-12-12 EP EP02805240A patent/EP1456508B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-12-12 JP JP2003555048A patent/JP2005513330A/en not_active Withdrawn
-
2004
- 2004-06-14 US US10/865,749 patent/US7104751B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014217832A1 (en) * | 2014-09-05 | 2016-03-10 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Cooling device and aircraft engine with cooling device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1456508A1 (en) | 2004-09-15 |
DE50204128D1 (en) | 2005-10-06 |
WO2003054360A1 (en) | 2003-07-03 |
US20040258517A1 (en) | 2004-12-23 |
US7104751B2 (en) | 2006-09-12 |
AU2002366846A1 (en) | 2003-07-09 |
JP2005513330A (en) | 2005-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1456508B1 (en) | Hot gas path subassembly of a gas turbine | |
DE2930949C2 (en) | ||
EP1260678B1 (en) | Segment arrangement for platforms | |
DE69915786T2 (en) | Turbine blade with cooled platform | |
DE3930324C2 (en) | Turbine rotor blade ring for an axial flow turbine | |
DE3028137C2 (en) | ||
DE60032419T2 (en) | Method for cooling a turbine blade | |
DE3143394C2 (en) | Wall structure for the combustion chamber of a gas turbine engine | |
DE60018817T2 (en) | Chilled gas turbine blade | |
EP1740797B1 (en) | Gas turbine | |
EP0906494B1 (en) | Turbine shaft and process for cooling it | |
DE3532636C2 (en) | Device for limiting the annular flow path for working gases of an axial turbine engine | |
DE2718661C2 (en) | Guide vane grille for a gas turbine with an axial flow | |
DE3711024C2 (en) | Turbine guide vane for a gas turbine engine | |
EP1320661B1 (en) | Gas turbine blade | |
DE60300418T2 (en) | Disc of an axial compressor of a turbomachine with centripetal blower | |
DE102004024683B4 (en) | Sealing system for horizontal joints of intermediate floors of steam turbines | |
DE69820544T2 (en) | ROTOR FOR GAS TURBINE WITH STEAM COOLING | |
EP1347153B1 (en) | Non- contact sealing of gaps in gas turbines | |
DE102004023879B4 (en) | axial flow steam turbine | |
DE3346809A1 (en) | AXIAL-SYMMETRICAL DISCHARGE NOZZLE WITH CHANGEABLE CROSS-SECTIONAL SURFACE | |
EP1111189B1 (en) | Cooling air path for the rotor of a gas turbine engine | |
DE3015653A1 (en) | AIR-COOLED BLADE REINFORCING TAPE OF A TURBINE ROTOR WITH BRACKETS | |
DE2844701A1 (en) | LIQUID-COOLED TURBINE ROTOR | |
DE69820572T2 (en) | CONFIGURATION OF THE COOLING CHANNELS FOR THE REAR EDGE OF A GAS TURBINE GUIDE BLADE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20040609 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SI SK TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL LT LV MK RO |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): DE GB |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: FG4D Free format text: NOT ENGLISH |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 50204128 Country of ref document: DE Date of ref document: 20051006 Kind code of ref document: P |
|
GBT | Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977) |
Effective date: 20051125 |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed |
Effective date: 20060601 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R082 Ref document number: 50204128 Country of ref document: DE Representative=s name: ROESLER, UWE, DIPL.-PHYS.UNIV., DE Ref country code: DE Ref legal event code: R081 Ref document number: 50204128 Country of ref document: DE Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH Ref country code: DE Ref legal event code: R081 Ref document number: 50204128 Country of ref document: DE Owner name: ANSALDO ENERGIA SWITZERLAND AG, CH Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20161213 Year of fee payment: 15 Ref country code: GB Payment date: 20161222 Year of fee payment: 15 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: 732E Free format text: REGISTERED BETWEEN 20170727 AND 20170802 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R082 Ref document number: 50204128 Country of ref document: DE Representative=s name: ROESLER, UWE, DIPL.-PHYS.UNIV., DE Ref country code: DE Ref legal event code: R081 Ref document number: 50204128 Country of ref document: DE Owner name: ANSALDO ENERGIA SWITZERLAND AG, CH Free format text: FORMER OWNER: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, BADEN, CH |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R119 Ref document number: 50204128 Country of ref document: DE |
|
GBPC | Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee |
Effective date: 20171212 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20180703 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20171212 |