WO2014131696A1 - Kühlkanalsegment, kühlkanal, turbomaschine und montageverfahren - Google Patents

Kühlkanalsegment, kühlkanal, turbomaschine und montageverfahren Download PDF

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WO2014131696A1
WO2014131696A1 PCT/EP2014/053385 EP2014053385W WO2014131696A1 WO 2014131696 A1 WO2014131696 A1 WO 2014131696A1 EP 2014053385 W EP2014053385 W EP 2014053385W WO 2014131696 A1 WO2014131696 A1 WO 2014131696A1
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cooling channel
cooling
segment
segments
vane
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PCT/EP2014/053385
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Fathi Ahmad
Nihal Kurt
Ralf Müsgen
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • 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
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    • F01D5/12—Blades
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    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F01D5/188—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall
    • F01D5/189—Convection cooling with an insert in the blade cavity to guide the cooling fluid, e.g. forming a separation wall the insert having a tubular cross-section, e.g. airfoil shape
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • Cooling channel segment Cooling channel segment, cooling channel, turbomachine and
  • the present invention relates to a cooling channel constructed of cooling channel, which is preferably integrated in a Leit ⁇ blade of a turbomachine, as well as a manufacturing process of this cooling channel.
  • US 8,322,988 Bl shows an air-cooled turbine shop ⁇ fel with sequential impingement cooling.
  • the impingement cooling provides a high degree of cooling with a small amount of cooling air.
  • the blade is formed from a spar and shell construction, the spar being formed from a series of alternating layers that form a cooling circuit with the shell forming a gap for the impingement cooling channels. Two different layers form the impact cooling channels with a third layer as a separating layer.
  • the impingement cooling circuit includes a first impingement cooling passage for cooling a front half of a pressure side wall, a second impingement cooling passage for cooling a rear half of the pressure side wall, a third impingement cooling passage for cooling a front portion a suction side wall, and a fourth impingement cooling passage for cooling a rear portion of the suction side wall.
  • US Pat. No. 8,043,057 B1 likewise discloses an air-cooled turbine blade with a multiple impingement cooling circuit for providing rear-side impact cooling of the leading edge region and of the pressure and suction side walls.
  • DE 603 07 070 T2 relates to a baffle tube in a hollow turbine blade.
  • DE 603 07 070 T2 sets
  • Turbine component having a hollow wing, a chordally extending rib, which is provided on the inner surface of the hollow wing at about the midpoint of its span, ready.
  • the impact tube is formed as two separate areas that extend over the span of the wing and have two opposite ends, both of which are located on the rib.
  • No. 6,193,465 B1 discloses a gas turbine blade which is produced by forming an inner retaining seat from two complementary blade parts. An insert is made for storage in the restraint seat. The two parts are assembled with the insert located in the restraint seat therebetween. The parts are then joined together to fix the insert to define the blade together.
  • the object of the present invention is to remedy this disadvantage and to provide a cooling channel which is improved with regard to mountability and a method for assembling this cooling channel.
  • the cooling channel segment according to the invention is provided for generating a cooling channel in the interior of a guide vane of a turbomachine.
  • the cooling channel segment includes a front end and a rear end opposite the front end and a through hole extending from the front end to the rear end and extending along a longitudinal axis. The through hole is open only to the front end and the rear end.
  • a cooling channel By a juxtaposition of these cooling channel segments, a cooling channel can be easily produced, which can be easily inserted into a guide vane of a turbomachine. Since the through hole is open only to the front and rear end, a passing cooling medium can not escape unintentionally.
  • this has a connecting element at least at the front end or at the rear end.
  • the supply connection elements can, for example, elements of a plug ⁇ connection, a clip connection or a screw connection to be.
  • Cooling channel segments are fixed to each other. Due to the connectability of the individual cooling channel segments, an improved tightness at the connection point to the environment is also achieved.
  • this has a guide element.
  • a positioning of the individualdekanalseg ⁇ ment in the vane take place more easily.
  • a rotation of the cooling channel segment can be prevented about its longitudinal axis, which is particularly at a screw connection between the cooling channel segments simplifies the joining of the individual cooling channel segments.
  • the cooling channel segment is made of a material which is suitable as a material for guide vanes.
  • a material which is suitable as a material for guide vanes.
  • Such materials are for example
  • Nickel-chromium-cobalt alloys such as
  • Ni53Cr20Col8Ti2.5A11.5Fel .5 or nickel-chromium-cobalt-molybdenum alloys such as NiCr23Col2Mo.
  • cooling channel segments according to the invention are preferably integrated in all embodiments in a cooling channel according to the invention.
  • the cooling channel segments are juxtaposed ⁇ series and interconnected.
  • the cooling segments are arranged in such a way that the cooling channel is suitable for the separate passage of a coolant.
  • the individual cooling channel segments have a shorter length than the entire cooling channel and are easier to introduce in a Leit ⁇ blade than a one-piece cooling channel in the entire length. Segmenting the cooling channel also offers the possibility of providing individual cooling channel segments with different properties and thus of better adapting the cooling channel segments to the requirements of the respective region of the cooling channel.
  • a selected cooling channel segment of the cooling ⁇ channel segments made of a different material than another cooling channel segment of the cooling channel segments.
  • the material of the cooling channel can vary over its length and be designed according to the different requirements.
  • a material adapted to the mechanical or thermal stress can be used for the respective location of the cooling channel. In places with clotting ⁇ Gerer exposure as a cheaper material can be used, which lowers the cost of the entire cooling channel.
  • the cooling channel of invention comprises at least a selected cooling ⁇ channel segment, the cooling channel segments another from the front end to the rear end reaching length than another cooling ⁇ channel segment, the cooling channel segments.
  • the length of the individual cooling channel segments vary over the length of the cooling channel and be designed according to the different ⁇ space space in the guide vane.
  • several shorter cooling channel segments may be provided.
  • the cooling channel according to the invention comprises at least a selected cooling ⁇ channel segment, the cooling channel segments have a differently curved longitudinal axis as a further cooling channel segment, the cooling channel segments.
  • the cross-sectional size and / or the cross-sectional shape of the individual cooling ⁇ channel segments may be different.
  • the shape of the cooling channel can be better matched to the inner contour of the guide vane.
  • the cooling channel can be bent by play in a connection of at least two cooling channel segments arranged one behind the other.
  • the flexible cooling duct can better adapt ⁇ sen.
  • the cooling channel according to the invention in all its embodiments is preferably integrated into a turbomachine according to the invention.
  • the turbomachine comprises a stator having an inner housing, a rotor rotatably mounted to the stator about a rotation axis, and at least one vane fixed to the inner housing.
  • the vane has an inner cooling arrangement for cooling the vane.
  • gas-tight cooling channel for the passage of a cooling medium for cooling the rotor is arranged.
  • the cooling channel extends from a vane foot through an airfoil to a vane head of the vane.
  • a cooling medium in particular cool air can be passed through the entire guide blade.
  • the cooling channel extends at least in part ⁇ , by the inner cooling structure.
  • the cooling medium for cooling the rotor is separated from the cooling medium for cooling the guide vane.
  • the cooling channel segments are introduced successively into the guide vane in such a way that a selected cooling channel segment is pushed into the vane through a following cooling channel segment.
  • a connection is made between the individual cooling channel segments after the insertion of several, in particular all, cooling channel segments.
  • the cooling channel may have a greater flexibility during the assembly process, which can then decrease with onset of action of the connecting means in favor of a better seal.
  • Figure 1 shows a turbo machine according to the invention
  • Figure 2 is a guide vane of the invention Turboma ⁇ machine
  • FIG. 3 shows a cooling channel segment according to the invention
  • FIG. 4 shows the cooling channel segment according to the invention in one
  • Sectional view and Figure 5 shows a cooling channel according to the invention of several
  • FIG. 1 an example turbo ⁇ machine 1 according to the invention is sketched in a sectional view.
  • the turbo ⁇ machine 1 is in particular a gas turbine. This has inside a rotatably mounted about a rotation axis rotor 2 with a shaft, which is also referred to as a turbine runner. Along the rotor 2 follow one another in the flow direction, in the picture from left to right, an intake housing, a compressor, a combustion chamber, a turbine 4 and an exhaust housing. To the rotor 2, a generator, not shown, or a working machine may be coupled.
  • the turbine 4 is formed here by way of example of four turbine stages connected in series. Each turbine stage is formed for example from two rows of blades, a Leit ⁇ blade row and a blade row.
  • the stator blade row has a plurality of stator blades 7 fastened to an inner housing 3 of a stator 5.
  • a guide vane 7 is sketched by way of example in FIG.
  • the vane 7 has a the inner casing 3 of the turbine 4 facing Leitschaufelfuß 8 and the Leitschaufelfuß 8 opposite vane head 9.
  • the guide vane ⁇ head 9 faces the rotor 2 and attached for example to a mounting ring 6 of the stator 5.
  • the guide vanes 7 high thermal loads. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a cooling medium.
  • the guide vanes 7 have for this purpose an inner cooling arrangement 19, through which the cooling medium can flow and act.
  • the guide vanes 7 are used to guide a cooling medium to the rotor 2.
  • the vane 7 according to the invention has for this purpose a ⁇ OF INVENTION to the invention cooling channel. 11
  • the cooling channel 11 is arranged in the perception ⁇ ren the vane. 7
  • the cooling channel 11 extends from the Leitschaufelfuß 8 through an airfoil 10 to the Leitschaufelkopf 9 and is from the Leitschaufelfuß 8 to
  • a cooling medium in particular cool air can be passed through the Leitschau ⁇ fel 7.
  • the cooling channel 11 is as gas-tight as possible.
  • the cooling channel 11 is provided in addition to the possible inner cooling arrangement 19 and can run at least partially through the inner cooling arrangement 19.
  • the cooling channel 11 keeps the cooling medium for cooling the rotor 2 separated from the cooling medium for cooling the guide vane 7. With the passage of the cooling medium through the cooling channel 11, the cooling medium heats up not as strong as in a direct, not separate passage through the cooling arrangement 19. To cool the rotor 2, the cooling medium is therefore ready in a colder state.
  • the cooling channel 11 is composed of several OF INVENTION ⁇ to the invention cooling channel segments 12th
  • an inventivedekanalseg ⁇ element 12 is outlined by way of example.
  • FIG. 3 shows the cooling channel segment in a plan view and in FIG. 4 in a longitudinal section.
  • the cooling channel segment 12 includes two ends, a front end 14 and a rear end 15.
  • the rear end 15 is disposed opposite the front end 14.
  • Rear ends 15 may lie in two mutually inclined planes, so they must not be parallel to each other.
  • the through hole 13 extends longitudinally through the cooling channel segment 12.
  • the through hole 13 extends along a longitudinal axis 21.
  • the through hole 13 is open only to the front end 14 and the rear end 15.
  • the through hole 13 can be used in its run longitudinally through the cooling channel segment 12 to be bent.
  • the cooling passage segment 12 may have a bent longitudinal axis 21 aufwei ⁇ sen.
  • the guide element 18 is for example a Ausfor ⁇ determination in cross section of the cooling channel segment 12.
  • the guide element 7 can have, for example, a guide groove in which the guide element 18 can slide along.
  • the guide element 18 can also be prevented rotation of the cooling channel segment 12 in the guide vane 7, characterized in that with the guide member 18 in the rotational direction a positive connection to the guide vane 7 is made.
  • the cooling channel segment 12 shown in FIGS. 3 and 4 has, for example, at the front end 14 a web as a front-end connecting element 16 and at the rear end 15 a groove as a rear connecting element 17 of a plug connection.
  • the rear connecting element 17 may also be a web and the front connecting element 16 may be a groove.
  • the cooling channel segment 12 at least at the front end ⁇ 14 or the rear end 15 of a connecting element 16, 17.
  • the connecting elements 16, 17 may be formed differently to the variant shown here.
  • the connecting elements 16, 17 may be parts of a screw connection or a clip connection.
  • the connecting elements may be in the 12 is formed at one end 14, 15 and a widening of the through hole 13 at the other end 15, 14 by a tapering of the cooling channel segment thus provide ⁇ is if a nesting of several cooling channel segments 12 permits.
  • a connecting means can be provided which glues or brazes the connecting elements 16, 17 together. So it is also possible that the connecting elements 16, 17 are smooth surfaces.
  • Several cooling channel segments 12 can be arranged next to one another to form a cooling channel 11.
  • FIG. 5 shows by way of example a mounting method 22 according to the invention.
  • the cooling channel segments 12 are preferably out ⁇ forms in such a way that the rear side 15 of adekanalseg ⁇ ments n -i with the front side 14 of the nextdekanalseg ⁇ ment can be connected 12 n 12th In each case, the rear side 15 of the one cooling channel segment 12 n -i is connected to the front side 14 of the next cooling channel segment 12 n .
  • the first cooling passage segment 12i has here by way of example only at its rear end 15, a rear connecting element 17 and the last cooling passage segment 12 n includes a front connecting member 16 only at its forward derende fourteenth
  • the individual connecting members 12 may have different geometrical, mechanical and / or plant material own sheep ⁇ th and therefore be adjusted very well in their end position of the vane. 7
  • the individual cooling channel segments 12 are pushed one after the other in the mounting direction 20 in the guide vane 7.
  • the following cooling channel segments 12 push the introduced already in the guide vane 7dekanalseg ⁇ elements 12 further introduced to the guide vane 7 until the last cooling channel segment 12 n is inserted and the cooling channel 11 and thus all individual ⁇ nen cooling channel segments 12 have reached their final position ,
  • the individual cooling duct segments 12 can be connected outside the ver ⁇ Leit ⁇ shovel 7 or within the vane 7 with each other. It is thus possible for all the cooling channel segments to be connected to one another prior to the insertion of the first cooling channel segment 12i, or for each of them to be selected
  • Cooling channel segment 12 n -i connected to the subsequent cooling channel segment 12 n during insertion into the guide vane is, for example, by sticking, -screwing, - clipping, -glue or -solder.
  • the individual cooling channel segments 12 may all be connected to one another only after the insertion into the vane 7 by a respective force the cooling channel segments 12 together ⁇ pushes at both ends of the cooling channel. 11 Even when using a connecting means, such as adhesive ⁇ material, the connection between the individual cooling channel segments 12 can be made only after the insertion of all cooling channel segments 12. Thus, the cooling channel 11 may have a greater flexibility during the assembly process 22, which then with the onset of action of the connecting means zuguns ⁇ th a better seal can subside.
  • the connecting means can be activated, for example, by evaporation or heat or a second component.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlkanalsegment (12) zur Erzeugung eines Kühlkanals (11) im Inneren einer Leitschaufel (7) einer Turbomaschine (1). Das Kühlkanalsegment (12) umfasst ein Vorderende (14) und ein dem Vorderende (14) gegenüber angeordnetes Hinterende (15) und ein vom Vorderende (14) bis zum Hinterende (15) reichendes, entlang einer Längsachse (21) verlaufendes Durchgangsloch (13). Das Durchgangsloch (13) ist dabei nur zum Vorderende (14) und zum Hinterende (15) hin offen. Zudem werden der Kühlkanal (11), die Turbomaschine (1) und ein Verfahren (22) zur Montage des Kühlkanals (11) beansprucht.

Description

Beschreibung
Kühlkanalsegment, Kühlkanal, Turbomaschine und
Montage erfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus Kühlkanalsegmenten aufgebauten Kühlkanal, welcher bevorzugt in eine Leit¬ schaufel einer Turbomaschine integriert ist, sowie eine Her- stellungsverfahren dieses Kühlkanals.
Es ist bei Turbomaschinen bekannt, durch Leitschaufeln hindurch Kühlluft zu einem Rotor der Turbomaschine zu leiten. Um die Kühlluft innerhalb der Leitschaufeln, die großer Hitze ausgesetzt sind, dabei möglichst kühl zu halten, werden soge¬ nannte Jumper Tubes als Kühlkanäle eingesetzt, die die durch¬ zuleitende Kühlluft von einer die Leitschaufel kühlenden Luft und den heißen Wänden der Leitschaufel isoliert. Dabei sind herkömmliche Kühlkanäle aufwändig in die Leitschaufel einzu- bringen.
Zur Kühlung der Schaufeln selbst, sind im Stand der Technik Verfahren und Vorrichtungen zur Ausübung einer Prallkühlung bekannt .
So zeigt die US 8,322,988 Bl eine Luftgekühlte Turbinenschau¬ fel mit sequenzieller Prallkühlung. Die Prallkühlung liefert ein hohes Maß an Kühlung mit einer geringen Menge an Kühlluft. Die Schaufel ist aus einer Holm- und Schalenkonstruk- tion gebildet, wobei der Holm aus einer Serie alternierender Lagen gebildet ist, die einen Kühlkreislauf mit der eine Lücke für die Prallkühlungskanäle bildenden Schale formen. Zwei verschiedene Lagen bilden mit einer dritten Lage als Trennschicht die Prallkühlungskanäle. Der Prallkühlkreislauf umfasst einen ersten Prallkühlkanal zum Kühlen einer vorderen Hälfte einer Druckseitenwand, einen zweiten Prallkühlkanal zum Kühlen einer hinteren Hälfte der Druckseitenwand, einen dritten Prallkühlkanal zum Kühlen eines vorderen Abschnitts einer Saugseitenwand, und einen vierten Prallkühlkanal zum Kühlen eines hinteren Abschnitts der Saugseitenwand.
Aus der US 8,043,057 Bl geht ebenfalls eine luftgekühlte Tur- binenschaufel hervor mit einem mehrfachen Prallkühlkreislauf zum Bereitstellen einer Rückseitenprallkühlung des Vorderkantenbereichs und der Druck- sowie Saugseitenwände.
Die DE 603 07 070 T2 betrifft ein Prallrohr in einer hohlen Turbinenschaufel. Die DE 603 07 070 T2 stellt ein
Turbinenbauteil mit einem hohlen Flügel, einer sehnenförmig erstreckenden Rippe, die an der inneren Oberfläche des hohlen Flügels etwa am Mittelpunkt seiner Spannbreite vorgesehen ist, bereit. Dabei ist das Prallrohr als zwei separate Berei- che ausgebildet, die sich über die Spannbreite des Flügels erstrecken und zwei einander gegenüberliegende Enden haben, die sich beide an der Rippe befinden.
Die US 6,193,465 Bl offenbart eine Gasturbinenschaufel, wel- che durch Bildung eines inneren Rückhaltesitzes aus zwei sich ergänzenden Schaufelteilen erzeugt wird. Ein Einsatz wird für die Aufbewahrung in den Rückhaltesitz hergestellt. Die beiden Teile werden mit dem in dem Rückhaltesitz dazwischen angeordneten Einsatz zusammengesetzt. Die Teile werden dann mitein- ander verbunden, um den Einsatz zu fixieren, um zusammen die Schaufel zu definieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beheben und einen hinsichtlich der Montierbarkeit verbesserten Kühlkanal sowie ein Verfahren zur Montage dieses Kühlkanals bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kühlkanalsegment nach An¬ spruch 1, einem Kühlkanal nach Anspruch 5, einer Turboma- schine nach Anspruch 10 sowie einem Montageverfahren nach Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben . Das erfindungsgemäße Kühlkanalsegment ist zur Erzeugung eines Kühlkanals im Inneren einer Leitschaufel einer Turbomaschine vorgesehen. Das Kühlkanalsegment umfasst ein Vorderende und ein dem Vorderende gegenüber angeordnetes Hinterende und ein vom Vorderende bis zum Hinterende reichendes, entlang einer Längsachse verlaufendes Durchgangsloch. Das Durchgangsloch ist dabei nur zum Vorderende und zum Hinterende hin offen. Durch eine Aneinanderreihung dieser Kühlkanalsegmente kann auf einfache Weise ein Kühlkanal erzeugt werden, der sich leicht in eine Leitschaufel einer Turbomaschine einfügen lässt. Da das Durchgangsloch nur zum Vorder- und Hinterende hin offen ist, kann ein hindurchgeleitetes Kühlmedium nicht ungewollt entweichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlkanalsegments weist dieses zumindest an dem Vorderende oder an dem Hinterende ein Verbindungselement auf. Die Ver- bindungselemente können beispielsweise Elemente einer Steck¬ verbindung, einer Klippverbindung oder auch einer Schraubverbindung sein.
Damit kann eine Verbindung zwischen jeweils zwei Kühlkanal- Segmenten erzeugt werden und damit die Positionierung der
Kühlkanalsegmente zueinander fixiert werden. Durch die Ver- bindbarkeit der einzelnen Kühlkanalsegmente ist zudem eine verbesserte Dichtheit an der Verbindungsstelle zur Umgebung zu erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlkanalsegments weist dieses ein Führungselement auf . Damit kann eine Positionierung des einzelnen Kühlkanalseg¬ ments in der Leitschaufel leichter stattfinden. Zudem kann mit dem Führungselement ein Verdrehen des Kühlkanalsegments um seine Längsachse verhindert werden, was insbesondere bei einer Schraubverbindung zwischen den Kühlkanalsegmenten das Aneinanderfügen der einzelnen Kühlkanalsegmente vereinfacht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Kühlkanalsegments ist das Kühlkanalsegment aus einem Material gefertigt, welches als Werkstoff für Leitschaufeln geeignet ist. Derartige Materialien sind beispielsweise
Nickel-Chrom-Kobalt-Legierungen, wie
Ni53Cr20Col8Ti2.5A11.5Fel .5, oder Nickel-Chrom-Kobalt-Molyb- dän-Legierungen, wie NiCr23Col2Mo .
Diese Materialien zeichnen sich durch gute Kriechbeständigkeit, hohe Festigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit aus. Die Kühlkanalsegmente aus diesem Material halten mithin den gleichen thermischen Belastungen stand, wie die Leitschaufel selbst .
Mehrere der erfindungsgemäßen Kühlkanalsegmente sind in allen Ausgestaltungen bevorzugt in einen erfindungsgemäßen Kühl- kanal integriert. Die Kühlkanalsegmente sind aneinanderge¬ reiht und miteinander verbundenen. Die Kühlsegmente sind in der Weise angeordnet, dass der Kühlkanal zum separaten Durch¬ leiten eines Kühlmittels geeignet ist. Die einzelnen Kühlkanalsegmente weisen eine kürzere Länge als der gesamte Kühlkanal auf und sind leichter in eine Leit¬ schaufel einzubringen als ein einstückiger Kühlkanal in gesamter Länge. Eine Segmentierung des Kühlkanals bietet zudem die Möglichkeiten, einzelne Kühlkanalsegmente mit verschiede- nen Eigenschaften zu versehen und die Kühlkanalsegmente damit besser an die Anforderungen des jeweiligen Bereichs des Kühlkanals anzupassen.
So ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsge- mäßen Kühlkanals ein ausgewähltes Kühlkanalsegment der Kühl¬ kanalsegmente aus einem anderen Material gefertigt als ein weiteres Kühlkanalsegment der Kühlkanalsegmente. Damit kann der Werkstoff des Kühlkanals über seine Länge variieren und entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen ausgelegt werden. So kann ein an die mechanische oder thermische Belastung angepasster Werkstoff für die jeweilige Stelle des Kühlkanals verwendet werden. An Stellen mit gerin¬ gerer Belastung kann so ein günstigerer Werkstoff zum Einsatz kommen, was die Kosten für den gesamten Kühlkanal senkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Kühlkanals weist zumindest ein ausgewähltes Kühl¬ kanalsegment der Kühlkanalsegmente eine andere vom Vorderende bis zum Hinterende reichende Länge auf als ein weiteres Kühl¬ kanalsegment der Kühlkanalsegmente. Damit kann die Länge der einzelnen Kühlkanalsegmente über die Länge des Kühlkanals variieren und entsprechend den unter¬ schiedlichen Platzverhältnissen in der Leitschaufel ausgelegt sein. So können beispielsweise an Stellen mit einer stärkeren Krümmung mehrere kürzere Kühlkanalsegmente vorgesehen sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlkanals weist zumindest ein ausgewähltes Kühl¬ kanalsegment der Kühlkanalsegmente eine anders gekrümmte Längsachse auf als ein weiteres Kühlkanalsegment der Kühl- kanalsegmente . Auch die Querschnittgröße und/oder die Quer¬ schnittform der einzelnen Kühlkanalsegmente kann verschieden sein .
Damit kann die Form des Kühlkanals besser auf die innere Kon- tur der Leitschaufel abgestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kühlkanals ist der Kühlkanal durch Spiel in einer Verbindung wenigstens zweier hintereinander angeordneter Kühlkanalsegmente biegbar.
Damit lässt sich der Kühlkanal besonders einfach in die Leit¬ schaufel einbringen. An Biegungen der inneren Kontur der Leitschaufel kann sich der biegsame Kühlkanal besser anpas¬ sen .
Der erfindungsgemäße Kühlkanal ist in allen seinen Ausgestal- tungen bevorzugt in eine erfindungsgemäße Turbomaschine in- tegriert. Die Turbomaschine umfasst einen ein Innengehäuse aufweisenden Stator auf, einen zum Stator um eine Rotation- sachse drehgelagerten Rotor und zumindest eine an dem Innengehäuse befestigte Leitschaufel. Die Leitschaufel weist eine innere Kühlanordnung zur Kühlung der Leitschaufel auf. In der Leitschaufel ist zusätzlich der zum Inneren der Leitschaufel gasdichte Kühlkanal zur Durchleitung eines Kühlmediums zur Kühlung des Rotors angeordnet.
Damit kommen die Vorteile des erfindungsgemäßen Kühlkanals der erfindungsgemäßen Turbomaschine zugute. Mit der verbes¬ serten Montierbarkeit des Kühlkanals ist auch die Turbo¬ maschine als Baugruppe mit weniger Aufwand montierbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Turbomaschine reicht der Kühlkanal von einem Leitschaufelfuß durch ein Schaufelblatt bis zu einem Leitschaufelkopf der Leitschaufel .
Durch den Kühlkanal kann ein Kühlmedium, insbesondere kühle Luft durch die gesamte Leitschaufel geleitet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Turbomaschine verläuft der Kühlkanal zumindest teil¬ weise durch die innere Kühlanordnung. Das Kühlmedium zur Kühlung des Rotors ist dabei von dem Kühlmedium zur Kühlung der Leitschaufel separiert.
Mit der Durchleitung des Kühlmediums durch den Kühlkanal er¬ hitzt sich das Kühlmedium nicht so stark wie bei einer direkten, nicht separaten Durchleitung durch die Kühlanordnung. Zur Kühlung des Rotors steht das Kühlmedium mithin in einem kälteren Zustand bereit. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Montage eines aus mehreren Kühlkanalsegmenten aufgebauten und in einer Leitschaufel angeordneten Kühlkanals werden die Kühlkanalsegmente nacheinander in die Leitschaufel in der Weise eingebracht, dass ein ausgewähltes Kühlkanalsegment durch ein folgendes Kühlkanalsegment in die Leitschaufel geschoben wird.
Damit wird der Kühlkanal schrittweise in die Leitschaufel ge- schoben. Ein Spiel zwischen den einzelnen Kühlkanalsegmenten kann ausgenutzt werden, um der inneren Kontur der Leitschaufel besser folgen zu können.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens er- folgt eine Verbindung zwischen den einzelnen Kühlkanalsegmenten nach dem Einschieben mehrerer, insbesondere aller Kühlkanalsegmente .
Damit kann der Kühlkanal während des Montagevorgangs eine größere Biegsamkeit aufweisen, die dann mit einsetzender Wirkung des Verbindungsmittels zugunsten einer besseren Abdichtung nachlassen kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich- nungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen :
Figur 1 eine erfindungsgemäße Turbomaschine, Figur 2 eine Leitschaufel der erfindungsgemäßen Turboma¬ schine,
Figur 3 ein erfindungsgemäßes Kühlkanalsegment, Figur 4 das erfindungsgemäße Kühlkanalsegment in einer
Schnittdarstellung und Figur 5 einen erfindungsgemäßen Kühlkanal aus mehreren
Kühlkanalsegmenten in einem erfindungsgemäßen Montageverfahren . In der Figur 1 ist beispielhaft eine erfindungsgemäße Turbo¬ maschine 1 in einer Schnittdarstellung skizziert. Die Turbo¬ maschine 1 ist insbesondere eine Gasturbine. Diese weist im Inneren einen um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor 2 mit einer Welle auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 2 folgen aufeinander in Strömungsrichtung, im Bild von links nach rechts, ein Ansauggehäuse, ein Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine 4 und ein Abgasgehäuse. An den Rotor 2 kann ein nicht dargestellter Generator oder eine Arbeitsmaschine angekoppelt sein.
Die Turbine 4 ist hier beispielhaft von vier hintereinander geschalteten Turbinenstufen gebildet. Jede Turbinenstufe ist beispielsweise aus zwei Schaufelreihen gebildet, einer Leit¬ schaufelreihe und einer Laufschaufelreihe .
Die Leitschaufelreihe weist mehrere an einem Innengehäuse 3 eines Stators 5 befestigte Leitschaufeln 7 auf. Eine Leit¬ schaufel 7 ist beispielhaft in der Figur 2 skizziert. Die Leitschaufel 7 weist einen dem Innengehäuse 3 der Turbine 4 zugewandten Leitschaufelfuß 8 und einen dem Leitschaufelfuß 8 gegenüberliegenden Leitschaufelkopf 9 auf. Der Leitschaufel¬ kopf 9 ist dem Rotor 2 zugewandt und beispielsweise an einem Befestigungsring 6 des Stators 5 angebracht. Während des Betriebs der Turbomaschine 1 unterliegen die
Leitschaufeln 7 hohen thermischen Belastungen. Um den herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmediums gekühlt werden. Die Leitschaufeln 7 weisen dazu eine innere Kühlanordnung 19 auf, durch die das Kühl- medium strömen und wirken kann. Zudem werden die Leitschaufeln 7 dazu benutzt ein Kühlmedium zum Rotor 2 zu leiten. Die erfindungsgemäße Leitschaufel 7 weist dazu einen erfin¬ dungsgemäßen Kühlkanal 11 auf. Der Kühlkanal 11 ist im Inne¬ ren der Leitschaufel 7 angeordnet. Der Kühlkanal 11 reicht vom Leitschaufelfuß 8 durch ein Schaufelblatt 10 bis zum Leitschaufelkopf 9 und ist vom Leitschaufelfuß 8 bis zum
Leitschaufelkopf 9 durchgängig. Durch den Kühlkanal 11 kann ein Kühlmedium, insbesondere kühle Luft durch die Leitschau¬ fel 7 geleitet werden. Zum Inneren der Leitschaufel 7 ist der Kühlkanal 11 möglichst gasdicht. Der Kühlkanal 11 ist zusätz- lieh zu der möglichen inneren Kühlanordnung vorgesehen 19 und kann dabei zumindest teilweise durch die innere Kühlanordnung 19 verlaufen. Der Kühlkanal 11 hält dabei das Kühlmedium zur Kühlung des Rotors 2 von dem Kühlmedium zur Kühlung der Leitschaufel 7 getrennt. Mit der Durchleitung des Kühlmediums durch den Kühlkanal 11 erhitzt sich das Kühlmedium nicht so stark wie bei einer direkten, nicht separaten Durchleitung durch die Kühlanordnung 19. Zur Kühlung des Rotors 2 steht das Kühlmedium mithin in einem kälteren Zustand bereit. Der erfindungsgemäße Kühlkanal 11 ist aus mehreren erfin¬ dungsgemäßen Kühlkanalsegmenten 12 aufgebaut. In den Figuren 3 und 4 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßes Kühlkanalseg¬ ment 12 skizziert. In der Figur 3 ist das Kühlkanalsegment in einer Draufsicht und in der Figur 4 in einem Längsschnitt ge- zeigt.
Das Kühlkanalsegment 12 umfasst zwei Enden, ein Vorderende 14 und ein Hinterende 15. Das Hinterende 15 ist gegenüberliegend dem Vorderende 14 angeordnet. Das Vorderende 14 und das
Hinterende 15 können in zwei zueinander schiefen Ebenen liegen, sie müssen mithin nicht parallel zueinander sein.
Vom Vorderende 14 bis zum Hinterende 15 ist das Kühlkanalseg¬ ment 12 von einem Durchgangsloch 13 durchzogen. Das Durch- gangsloch 13 führt längs durch das Kühlkanalsegment 12. Das Durchgangsloch 13 verläuft längs einer Längsachse 21. Das Durchgangsloch 13 ist nur zum Vorderende 14 und zum Hinterende 15 hin offen. Das Durchgangsloch 13 kann in seinem Ver- lauf längs durch das Kühlkanalsegment 12 gebogen sein. Das Kühlkanalsegment 12 kann eine gebogene Längsachse 21 aufwei¬ sen . Das Kühlkanalsegment 12 kann ein Führungselement 18 aufwei¬ sen. Das Führungselement 18 ist beispielsweise eine Ausfor¬ mung im Querschnitt des Kühlkanalsegments 12. Mit dem Füh¬ rungselement 18 kann eine Positionierung des Kühlkanalseg¬ ments 12 in der Leitschaufel 7 erleichtert sein. Das Füh- rungselement 7 kann dazu beispielsweise eine Führungsrinne aufweisen, in der das Führungselement 18 entlanggleiten kann. Mit dem Führungselement 18 kann zudem ein Drehen des Kühlkanalsegments 12 in der Leitschaufel 7 dadurch verhindert sein, dass mit dem Führungselement 18 in Drehrichtung ein Formschluss zur Leitschaufel 7 hergestellt ist.
Das in den Figuren 3 und 4 abgebildete Kühlkanalsegment 12 weist beispielhaft an dem Vorderende 14 einen Steg als vorde¬ res Verbindungselement 16 und an dem Hinterende 15 eine Nut als hinteres Verbindungselement 17 einer Steckverbindung auf. Es kann natürlich auch das hintere Verbindungselement 17 ein Steg und das vordere Verbindungselement 16 eine Nut sein. Es kann zudem das Kühlkanalsegment 12 zumindest an dem Vorder¬ ende 14 oder dem Hinterende 15 ein Verbindungselement 16, 17 auf. Zudem können die Verbindungselemente 16, 17 verschieden zu der hier gezeigten Variante ausgebildet sein. So können die Verbindungselemente 16, 17 Teile einer Schraubverbindung oder einer Klippverbindung sein. Die Verbindungselemente können auch durch eine Verjüngung des Kühlkanalsegments 12 an dem einen Ende 14, 15 und eine Aufweitung des Durchgangslochs 13 an dem anderen Ende 15, 14 gebildet sein Damit ist eben¬ falls ein Ineinanderstecken mehrerer Kühlkanalsegmente 12 ermöglicht. Zusätzlich zu den Verbindungselementen 16, 17 kann ein Verbindungsmittel vorgesehen sein, welches die Verbin- dungselemente 16, 17 miteinander verklebt oder verlötet. So ist es auch möglich, dass die Verbindungselemente 16, 17 glatte Flächen sind. Mehrere Kühlkanalsegmente 12 lassen sich zu einem Kühlkanal 11 aneinanderreihen. In der Figur 5 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßes Montageverfahren 22 dargestellt. Die Kühlkanalsegmente 12 sind bevorzugt in der Weise ausge¬ bildet, dass sich die Hinterseite 15 des einen Kühlkanalseg¬ ments 12n-i mit der Vorderseite 14 des nächsten Kühlkanalseg¬ ments 12n verbinden lässt. Jeweils die Hinterseite 15 des einen Kühlkanalsegments 12n-i ist mit der Vorderseite 14 des nächsten Kühlkanalsegments 12n verbunden.
Das erste Kühlkanalsegment 12i weist hier beispielhaft nur an seinem Hinterende 15 ein hinteres Verbindungselement 17 auf und das letzte Kühlkanalsegment 12n weist nur an seinem Vor- derende 14 ein vorderes Verbindungselement 16 auf.
Die einzelnen Verbindungselemente 12 können unterschiedliche geometrische, mechanische und/oder werkstoffliche Eigenschaf¬ ten aufweisen und damit ihrer Endposition in der Leitschaufel 7 sehr gut angepasst sein.
Beim erfindungsgemäßen Montageverfahren 22 werden die einzelnen Kühlkanalsegmente 12 nacheinander in Montagerichtung 20 in die Leitschaufel 7 geschoben. Die nachfolgenden Kühlkanal- Segmente 12 schieben beim Einbringen in die Leitschaufel 7 die bereits in die Leitschaufel 7 eingebrachten Kühlkanalseg¬ mente 12 weiter vorwärts bis das letzte Kühlkanalsegment 12n eingeschoben wird und der Kühlkanal 11 und damit alle einzel¬ nen Kühlkanalsegmente 12 ihren Endposition erreicht haben.
Die einzelnen Kühlkanalsegmente 12 können außerhalb der Leit¬ schaufel 7 oder innerhalb der Leitschaufel 7 miteinander ver¬ bunden werden. So ist es möglich, dass alle Kühlkanalsegmente vor dem Einschieben des ersten Kühlkanalsegments 12i mitein- ander verbunden werden oder dass jeweils ein ausgewähltes
Kühlkanalsegment 12n-i mit dem nachfolgenden Kühlkanalsegment 12n während des Einschiebens in die Leitschaufel verbunden wird, beispielsweise durch Aneinanderstecken, -schrauben, - klippen, -kleben oder auch -löten.
Alternativ können die einzelnen Kühlkanalsegmente 12 auch erst nach dem Einschieben in die Leitschaufel 7 alle miteinander verbunden werden, indem jeweils eine Kraft an beiden Enden des Kühlkanals 11 die Kühlkanalsegmente 12 zusammen¬ schiebt . Auch bei der Verwendung eines Verbindungsmittels, wie Kleb¬ stoff, kann die Verbindung zwischen den einzelnen Kühlkanalsegmenten 12 erst nach dem Einschieben aller Kühlkanalsegmente 12 erfolgen. Damit kann der Kühlkanal 11 während des Montagevorgangs 22 eine größere Biegsamkeit aufweisen, die dann mit einsetzender Wirkung des Verbindungsmittels zuguns¬ ten einer besseren Abdichtung nachlassen kann. Das Verbindungsmittel kann beispielsweise durch Ausdunstung oder Wärme oder eine zweite Komponente aktiviert werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlkanalsegment (12) zur Erzeugung eines Kühlkanals
(11) im Inneren einer Leitschaufel (7) einer Turbomaschine
(1) ,
wobei das Kühlkanalsegment (12) ein Vorderende (14) und ein dem Vorderende (14) gegenüber angeordnetes Hinterende (15) und ein vom Vorderende (14) bis zum Hinterende (15) rei- chendes, entlang einer Längsachse (21) verlaufendes Durch¬ gangsloch (13) umfasst,
wobei das Durchgangsloch (13) nur zum Vorderende (14) und zum Hinterende (15) hin offen ist.
2. Kühlkanalsegment (12) nach Anspruch 1,
wobei das Kühlkanalsegment (12) zumindest an dem Vorderende (14) oder an dem Hinterende (15) ein Verbindungselement aufweist .
3. Kühlkanalsegment (12) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Kühlkanalsegment (12) ein Führungselement (18) aufweist .
4. Kühlkanalsegment (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kühlkanalsegment (12) aus einem Material gefer¬ tigt ist, welches als Werkstoff für Leitschaufeln (7) ge¬ eignet ist.
5. Kühlkanal (11) mit mehreren aneinandergereihten und mit- einander verbundenen Kühlkanalsegmenten (12) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Kühlsegmente (12) in der Weise angeordnet sind, dass der Kühlkanal (11) zum separaten Durchleiten eines Kühlmittels geeignet ist.
6. Kühlkanal (11) nach Anspruch 5,
wobei zumindest ein ausgewähltes Kühlkanalsegment (12) der Kühlkanalsegmente (12) aus einem anderen Material gefertigt ist als ein weiteres Kühlkanalsegment (12) der Kühlkanal- segmente ( 12 ) .
7. Kühlkanal (11) nach Anspruch 5 oder 6,
wobei zumindest ein ausgewähltes Kühlkanalsegment (12) der Kühlkanalsegmente (12) eine andere vom Vorderende (14) bis zum Hinterende (15) reichende Länge aufweist als ein weite¬ res Kühlkanalsegment (12) der Kühlkanalsegmente (12).
8. Kühlkanal (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
wobei zumindest ein ausgewähltes Kühlkanalsegment (12) der Kühlkanalsegmente (12) eine anders gekrümmte Längsachse
(21) aufweist als ein weiteres Kühlkanalsegment (12) der Kühlkanalsegmente (12).
9. Kühlkanal (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
wobei der Kühlkanal (11) durch Spiel in einer Verbindung wenigstens zweier hintereinander angeordneter Kühlkanalsegmente (12) biegbar ist.
10. Turbomaschine (1) mit einem ein Innengehäuse (3) aufwei- senden Stator (5) , einem zum Stator (5) um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor (2) und zumindest einer an dem Innengehäuse (3) befestigten Leitschaufel (7), welche eine innere Kühlanordnung (19) zur Kühlung der Leitschaufel (7) aufweist,
wobei in der Leitschaufel (7) zur Durchleitung eines Kühlmediums zur Kühlung des Rotors (2) ein zum Inneren der Leitschaufel (7) gasdichter Kühlkanal (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 angeordnet ist.
11. Turbomaschine (1) nach Anspruch 10,
wobei der Kühlkanal (11) von einem Leitschaufelfuß (8) durch ein Schaufelblatt (10) bis zu einem Leitschaufelkopf (9) der Leitschaufel (7) reicht.
12. Turbomaschine (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Kühlkanal (11) zumindest teilweise durch die innere Kühlanordnung (19) verläuft,
wobei das Kühlmedium zur Kühlung des Rotors (2) von dem
Kühlmedium zur Kühlung der Leitschaufel (7) separiert ist.
13. Verfahren (22) zur Montage eines aus mehreren Kühlkanal¬ segmenten (12) aufgebauten Kühlkanals (11) in einer Leit- schaufei (7) ,
bei dem die Kühlkanalsegmente (12) nacheinander in die Leitschaufel (7) in der Weise eingebracht werden, dass ein ausgewähltes Kühlkanalsegment (12n-i ) durch ein folgendes Kühlkanalsegment (12n) in die Leitschaufel (7) geschoben wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
wobei eine Verbindung zwischen den einzelnen Kühlkanalsegmenten (12) nach dem Einschieben mehrerer Kühlkanalsegmente (12) erfolgt.
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