CH698335A2

CH698335A2 - Turbinenschaufel mit einem gekühlten Deckblatt.

Info

Publication number: CH698335A2
Application number: CH00005/09A
Authority: CH
Inventors: Robert Alan Brittingham; Mark Stefan Maier
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-06
Publication date: 2009-07-15
Also published as: US20090180894A1; CN101482032A; JP2009168015A; DE102009003328A1

Abstract

Eine Turbinenschaufel umfasst ein Deckblatt (20) und einen oder mehrere Kühlhohlräume (130), die im Inneren des Deckblatts (20) geformt sind. Mindestens einer der Kühlhohlräume (130) weist eine Vielzahl von Rippen (142, 144) und eine erste Innenwand auf, die einer zweiten Innenwand durch den Kühlhohlraum (130) hindurch allgemein gegenüberliegt. Die Rippen (142, 144) sind so konfiguriert, dass einige der Rippen (142, 144) von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen und zur zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) hin verlaufen und einige der Rippen (142, 144) von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen und zur ersten Innenwand des Kühlhohlraums hin verlaufen. Und die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, und die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, weisen eine alternierende Anordnung auf.

Description

Stand der Technik

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaufel für eine Turbine, z.B. ein Flugzeugtriebwerk, eine Gasturbine, eine Dampfturbine usw. Das heisst, die vorliegende Erfindung betrifft Deckblätter mit Hohlräumen und die Kühlung eines Turbinenschaufel-Deckblatts durch ein durch den Hohlraum umlaufendes Kühlmittel. Die Erfindung und ihr bisheriger Stand der Technik werden als nicht einschränkendes Beispiel Bezug nehmend auf eine Gasturbine beschrieben.

[0002] Die Turbinenschaufeln von industriellen Gasturbinen und Flugzeugtriebwerken werden in einer extremen Temperaturumgebung betrieben. Die thermischen Beanspruchungen und Metalltemperaturen, die mit dieser Umgebung einhergehen, können die Nutzlebensdauer der Turbinenschaufeln verkürzen. Die Kühlung der Turbinenschaufeln und ihrer Einzelteile während des Betriebs kann deren Nutzlebensdauer verlängern.

[0003] Viele Turbinenschaufeln weisen einen Flügel und ein integrales Deckblatt auf, das an der Spitze des Flügels befestigt ist. Das Deckblatt, das an der Aussenkante des Flügels angebracht ist, stellt eine Fläche dar, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Flügelfläche verläuft. Die Fläche des Deckblatts hilft, die Turbinenabgase auf dem Flügel zu halten (d. h., erlaubt den Abgasen nicht, über das Ende des Flügelblatts hinaus zu gleiten), wodurch ein grösserer Prozentsatz der Energie aus den Turbinenabgasen von den Turbinenschaufeln in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Dadurch verbessern Deckblätter die Leistung des Gasturbinenmotors. Ferner ist es wünschenswert, die gesamte Aussenfläche des Flügels mit einem Deckblatt zu bedecken.

Die Deckblätter und die Verbindung, welche sie mit den Flügeln herstellen, werden aber während des Betriebs aufgrund der mechanischen Kräfte, die durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Turbine angelegt werden, stark beansprucht. Wenn diese mechanischen Beanspruchungen mit den thermischen Beanspruchungen und Metalltemperaturen gepaart werden, die mit der extrem hohen Temperaturumgebung der Turbine einhergehen, wird es' zu einer Herausforderung, ein Deckblatt zu konstruieren, das seine beabsichtigte Funktion über die gesamte Nutzlebensdauer eines Flügels hinweg erfüllt.

[0004] Zwei mögliche Methoden zur Lösung dieses Problems sind entweder:
<tb>1)<sep>die mechanischen Beanspruchungen, die auf die Deckblätter angelegt werden, zu reduzieren, indem ihr Gewicht verringert wird oder

<tb>2)<sep>die Metalltemperaturen zu reduzieren, denen die Deckblätter ausgesetzt werden.

[0005] Was die Erste anbetrifft, besteht ein gängiges Verfahren zur Verringerung des Deckblattgewichts darin, das überhängende Deckblatt "anzuschneiden" (d.h., durch Einkerbung oder Entfernung eines Teils davon). Die Reduktion im Deckblattmaterial führt zu einer Verringerung der Last, die während des Betriebs an der Verbindung zwischen dem Deckblatt und dem Flügel angelegt wird. Die Verkleinerung der Fläche des Deckblatts durch Anschnitt ist aber mit einem Nachteil verbunden, da sie die Leistung des Turbinenmotors reduziert, weil ein Deckblatt mit kleinerer Fläche einer geringere Fähigkeit hat, das Turbinenabgas auf den Turbinenflügel zu halten (d. h., mehr Abgas gleitet über die Oberseite eines Flügels, der ein Deckblatt mit reduzierter Fläche hat).

Die zweite Alternative, das Verringern der Metalltemperaturen, denen das Deckblatt ausgesetzt wird, durch Senken der Betriebstemperatur der Gasturbine, ist auch keine wünschenswerte Lösung. Wie ein Fachmann erkennen wird, hat eine Senkung in der Betriebstemperatur der Turbine eine Senkung im Wirkungsgrad der Turbine zur Folge. Doch das Reduzieren der Metalltemperaturen, denen das Deckblatt ausgesetzt wird, indem es während des Betriebs gekühlt wird, könnte die Nutzlebensdauer des Teils verlängern.

[0006] Daher besteht ein Bedarf nach verbesserten Systemen, um Turbinenschaufel-Deckblätter so zu kühlen, dass die Metalltemperaturen, die mit der Hochtemperatur-Turbinenumgebung einhergehen, reduziert werden. Die Reduktion in den Metalltemperaturen wird dem Teil dann erlauben, den erhöhten mechanischen Belastungen, die mit Deckblättern mit grösserer Fläche (d. h., nicht angeschnittenen Deckblättern) einhergehen, besser zu widerstehen. Ein derartiges System würde dem Deckblatt erlauben, in der Hochtemperaturumgebung der Turbine besser zu funktionieren, ohne Anschnitt oder mit möglichst kleinem Anschnitt. Ferner, wenn solch ein System das Deckblatt kühlen und zugleich auch das Gewicht des Deckblatts reduzieren könnte, könnten weitere Verbesserungen im Wirkungsgrad erreicht werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0007] Daher beschreibt die vorliegende Anmeldung eine Turbinenschaufel, die ein Deckblatt und eine oder mehrere Kühlhohlräume umfassen kann, die innerhalb des Deckblatts geformt sind, wobei:
mindestens einer der Kühlhohlräume eine Vielzahl von Rippen und eine erste Innenwand aufweist, die einer zweiten Innenwand durch den Kühlhohlraum hindurch allgemein gegenüberliegt;
die Rippen so konfiguriert sind, dass einige der Rippen von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen und zur zweiten Innenwand des Kühlhohlraums hin verlaufen und einige der Rippen von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen und zur ersten Innenwand des Kühlhohlraums hin verlaufen; und
die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, eine alternierende Anordnung haben.

[0008] Die alternierende Anordnung kann das Alternieren der Anordnung einer Rippe, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgeht, mit der Anordnung einer Rippe umfassen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgeht. Die alternierende Anordnung kann im Inneren des Kühlhohlraums einen Labyrinthkühlkreis definieren.

[0009] In einigen Ausführungsformen können die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, so orientiert und dimensioniert sein, dass jede über einen Teilweg der Entfernung durch den Kühlhohlraum hinweg verläuft; und die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, können so orientiert und dimensioniert sein, dass jede über einen Teilweg der Entfernung durch den Kühlhohlraum hinweg verläuft.

Ferner können die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, so orientiert und dimensioniert sein, dass mindestens eine mindestens über eine Mehrheit der Entfernung durch den Kühlhohlraum hinweg verläuft; und die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, können so orientiert und dimensioniert sein, dass mindestens eine mindestens über eine Mehrheit der Entfernung durch den Kühlhohlraum hinweg verläuft. Die Mehrheit der Entfernung durch den Kühlhohlraum kann mindestens 75% der Entfernung durch den Kühlhohlraum betragen.

[0010] In einigen Ausführungsformen können die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die zweite Innenwand einen ersten Spalt definieren; die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die erste Innenwand können einen zweiten Spalt definieren; und der erste Spalt und der zweite Spalt können jeweils eine Breite von etwa 0,10 bis 0,25 Zoll aufweisen. Die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die zweite Innenwand können einen ersten Spalt definieren; die Rippen, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die erste Innenwand können einen zweiten Spalt definieren; und der erste Spalt und der zweite Spalt können jeder eine Entfernung dadurch von mindestens 0,10 Zoll aufweisen.

Die Rippen, die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, und die Rippen, die von zweiter Innenwand des Kühlhohlraums ausgehen, können im Wesentlichen parallel zueinander sein. In einigen Ausführungsformen können der oder die Kühlhohlräume alle miteinander in Fluidverbindung stehen. Diese und andere Merkmale der vorliegenden Anmeldung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0011] Diese und andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor, wobei:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische perspektivische Ansicht einer konventionellen Turbinenschaufel mit Deckblatt ist;

<tb>Fig. 2<sep>ein schematischer Grundriss konventioneller Deckblätter ist, der das Anschneiden des Deckblatts veranschaulicht;

<tb>Fig. 3<sep>eine ausgeschnittene, teilweise perspektivische Ansicht eines Deckblatts mit einem Kühlhohlraum nach einer Ausführungsform der Erfindung ist;

<tb>Fig. 4<sep>eine ausgeschnittene, teilweise perspektivische Ansicht eines Deckblatts mit einem Kühlhohlraum nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist;

<tb>Fig. 5<sep>eine ausgeschnittene, teilweise perspektivische Ansicht eines Deckblatts mit einem Kühlhohlraum nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ;

<tb>Fig. 6<sep>eine ausgeschnittene, teilweise perspektivische Ansicht eines Deckblatts mit einem Kühlhohlraum nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist;

<tb>Fig. 7<sep>eine ausgeschnittene, teilweise perspektivische Ansicht eines Deckblatts mit einem Kühlhohlraum nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ;

<tb>Fig. 8<sep>eine ausgeschnittene, teilweise perspektivische Ansicht eines Deckblatts mit einem Kühlhohlraum nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist; und

<tb>Fig. 9<sep>eine ausgeschnittene, teilweise perspektivische Ansicht eines Deckblatts mit einem Kühlhohlraum nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0012] Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei die verschiedenen Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten durchweg Teile darstellen, veranschaulicht Fig. 1eine typische Schaufel mit Kühlmitteldurchgängen, die an einer Schaufelspitze austreten, um über ein Deckblatt zu laufen. Wie darin schematisch dargestellt, besteht jede Turbinenschaufel 10 aus einem Flügel 12 und einer Wurzel 14. Der Flügel 12 hat eine Vorderkante und eine Hinterkante. Eine allgemein konkave Druckfläche und eine allgemein konvexe Saugfläche verlaufen zwischen der Vorder- und Hinterkante auf entgegengesetzten Seiten des Flügels 12. Im dargestellten Beispiel besteht die Wurzel 14 aus einem Schaft 16 und einem Schwalbenschwanz 18, der mit einer entsprechenden Schwalbenschwanznut auf dem Rotor im Eingriff steht, um die Turbinenschaufel 10 am Rotor zu befestigen.

[0013] Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist auf der Spitze des Flügels 12 ein Deckblatt 20 geformt und verläuft von der Fläche des Flügels 12 im rechten Winkel nach aussen. Das Deckblatt 20 hat radial nach innen und radial nach aussen gewandte Flächen und wird dem heissen verdichteten Gas ausgesetzt, das durch den Turbinenabschnitt strömt. Jedes Deckblatt 20 weist Auflageflächen 22, 24 auf, über welche es mit dem Deckblatt einer benachbarten Schaufel in Kontakt ist, wodurch die Schaufelvibration eingeschränkt wird. Zudem verläuft eine Dichtschiene 26 typischerweise von der radial nach aussen gewandten Fläche des Deckblatts 20 radial nach aussen, um das Ausströmen von Heissgas um die jeweilige Schaufelreihe herum zu verhindern.

In einigen konventionellen Turbinenschaufelstrukturen verläuft eine Vielzahl von Kühlluftkanälen radial nach aussen durch die Schaufel in die Schaufelspitze. In anderen konventionellen Turbinenschaufelstrukturen können Kühlmittelkanäle im Flügel definiert sein. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann ein Kühlmittelkanal konventionell in Luftauslasslöchern 28 enden, die den Austritt der Kühlluft an der radial äusseren Fläche des Deckblatts 20 zuzulassen.

[0014] Fig. 3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung. Wie dargestellt, kann das Deckblatt 20 Hohlräume (die Kammern, Höhlungen, Öffnungen und/oder Durchgänge einschliessen können) aufweisen, die darin definiert sind. Alle Hohlräume, die im Inneren des Deckblatts 20 definiert sind, können miteinander in Fluidverbindung stehen, sodass die Hohlräume einen durchgehenden Kühlhohlraum formen (nachstehend "Kühlhohlraum 130"). (Es ist anzumerken, dass die beispielhaften Ausführungsformen, die hierin offenbart werden, allgemein im Hinblick auf die Funktion der Deckblattkühlung durch Durchlauf eines Kühlmittels beschrieben werden. Diese Funktion ist lediglich beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen. Sämtliche Ausführungsformen, die hierin beschrieben werden, können allgemein zu anderen Zwecken als dem der Kühlung genutzt werden.

Zum Beispiel können alle Hohlräume und die strukturellen Stützkonfigurationen verwendet werden, um ein leichtes, strukturell einwandfreies Deckblatt herzustellen. Der Kürze halber werden die Strukturelemente, die mit der Formung von Hohlräumen in einem Deckblatt verbunden sind, hierin nur im Hinblick auf ihre "Kühlfunktion" beschrieben.

[0015] Wie hierin definiert, ist diese Funktion aber so aufzufassen, dass sie auch die Möglichkeit der Nutzung eines Hohlraums und/oder jedes seiner Strukturelemente für Vorteile einschliesst, die von der Kühlfunktion getrennt sind. Daher kann der"Kühlhohlraum" und/oder jedes seiner beschriebenen Strukturelemente zum Beispiel für die Funktion der Herstellung eines leichten, strukturell einwandfreien hohlen Deckblatts genutzt werden, und nicht zur Deckblattkühlung. Dies gilt unabhängig davon, ob in der ausführlichen Beschreibung, in den Ansprüchen oder in einem anderen Teil dieser Anmeldung auf eine Kühlfunktion Bezug genommen wird.) In einigen Ausführungsformen kann der Kühlhohlraum 130 einen druckseitigen Kühlhohlraum 132 und einen saugseitigen Kühlhohlraum 134 aufweisen, die jeweils der Druckseite und Saugseite des Flügels 12 entsprechen.

Wie gezeigt, können der druckseitige Kühlhohlraum 132 und der saugseitige Kühlhohlraum 134 an einer Hinterkante 136 des Flügels 112 entlang miteinander in Fluidverbindung stehen.

[0016] Auf konventionelle Weise kann in der Nähe des Schwalbenschwanz 18- oder Schaft 16-Bereichs Luft in die Turbinenschaufel 10 eingelassen werden und durch den Flügel 12 zum Deckblatt 20 hin strömen. Im dargestellten Beispiel kann eine Kühlmittelkammer 138 im ungefähren Zentrum des Deckblatts 20 (das im Wesentlichen den druckseitigen Kühlhohlraum 132 vom saugseitigen Kühlhohlraum 134 trennt) als Kühlmittelreservoir definiert sein, um das Kühlmittel (allgemein verdichtete Luft) über den druckseitigen Kühlhohlraum 132 und den saugseitigen Kühlhohlraum 134 durch das Deckblatt 20 hindurch zu verteilen. Als Alternative kann die Kühlmittelkammer 138 in der Spitze des Flügels 12 definiert sein (diese Ausführungsform wird nicht gezeigt).

Als weitere Alternative kann die Vielzahl von Kühlmittelkanälen, die durch den Flügel 12 verläuft, direkt mit dem druckseitigen Kühlhohlraum 132 und dem saugseitigen Kühlhohlraum 134 verbunden sein, sodass keine Kühlmittelkammer 138 vorhanden ist (siehe die folgende Erläuterung zur Ausführungsform von Fig. 4).

[0017] Das Kühlmittel kann dann aus der Kühlmittelkammer 138 oder den jeweiligen Kühlmittelkanälen zu und durch die Kühlhohlräume 132, 134 strömen. Im dargestellten Beispiel ist zwischen der Kühlmittelkammer 138 und den Kühlhohlräumen 132, 134 eine Vielzahl von Kühlmittelkammeröffnungen 140 geformt. Dadurch stehen die Kühlmittelkammer 138, der druckseitige Kühlhohlraum 132 und der saugseitige Kühlhohlraum 134 alle miteinander in Fluidverbindung. Wie hierin definiert und benutzt, formen die Kühlmittelkammer 138, der druckseitige Kühlhohlraum 132 und der saugseitige Kühlhohlraum 134 daher im Deckblatt 20 einen einzelnen Kühlhohlraum oder einen durchgehenden Kühlhohlraum (d.h. weil sämtliche Höhlungen/Kammern/Öffnungen/Durchgänge, die im Deckblatt 20 definiert sind, miteinander in Fluidverbindung stehen) .

Die Kühlmittelkammeröffnungen 140, die die Kühlhohlräume 132,134 mit der Kühlmittelkammer 138 verbinden, können nicht nur zur einfachen Verbindung der Kühlhohlräume 132, 134 mit der Kühlmittelkammer 138 benutzt werden, sondern können auch geeignet sein, um den Strom in die Kühlhohlräume 132, 134 so zu dosieren oder zu regeln, dass im ganzen Deckblatt 20 eine wünschenswerte Verteilung des Kühlmittels durchgeführt wird. In der Alternative kann die Kühlmittelkammer 138 zu den Kühlhohlräumen 132, 134 hin offen sein, wie weiter unten erläutert.

[0018] Der Kühlhohlraum 130 kann eine Vielzahl von Stützrippen oder Rippen 142, 144 aufweisen, die darin definiert sind. Allgemein sind die Rippen 142, 144 längliche Strukturen, die den Boden (oder radialen Boden) des Kühlhohlraums 130 mit der Decke (oder radialen Decke) des Kühlhohlraums 130 verbinden, wie in den verschiedenen Zeichnungen dargestellt. (Hierin wird der Boden des Kühlhohlraums 130 in den verschiedenen Zeichnungen als der Bereich um die Rippen herum dargestellt. Die Decke des Kühlhohlraums 130 ist der Teil, der vom Deckblatt 20 abgenommen wurde, um das Innere des Kühlhohlraums 130 sichtbar zu machen) Eine der Funktionen der Rippen 142, 144 ist es, die Form des Kühlhohlraums 130 auf vorteilhafte Weise zu definieren.

Die Rippen 142, 144 halten auch die strukturelle Festigkeit des hohlen Deckblatts 20 aufrecht, damit die Nutzlebensdauer der Turbinenschaufel 10 nicht negativ beeinflusst wird. Die Rippen 142, 144 stützen die hohlen Bereiche des Kühlhohlraums 130, was die Leichtigkeit des Deckblatts 20 ermöglicht. Leichte Deckblätter sind vorteilhaft, da sie während des Betriebs die mechanischen Beanspruchungen sowohl im Deckblatt 20 als auch im Flügel 12 verringern. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, verlaufen die Rippen 142, 144 allgemein teilweise durch den Kühlhohlraum 130 hindurch, in welchem sie angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl der Rippen 142, 144 über eine Mehrheit der Entfernung durch den Kühlhohlraum 130 hinweg verlaufen. In einigen Ausführungsformen sind die Rippen 142, 144 ungefähr parallel zueinander.

[0019] Wie dargestellt, können die Rippen 142, 144 eine Vielzahl von verkürzten Rippen 142 einschliessen. Verkürzte Rippen 142 sind allgemein kürzere Rippen, die in einigen Ausführungsformen (und wie dargestellt) Austrittsöffnungen 147 definieren. Zusätzlich können die Rippen 142, 144 eine Vielzahl von Trennrippen 144 einschliessen, die im Wesentlichen länger sind als die verkürzten Rippen 142. (Es ist anzumerken, dass einige Ausführungsformen nur eine Vielzahl von Trennrippen 144 umfassen können.

In solchen Ausführungsformen können Löcher, die im Rand des Deckblatts 20 gebohrt sind, die Austrittsöffnungen 147 definieren.) Allgemein, und wie dargestellt, weisen die Trennrippen 144 eine derartige Länge auf, dass sie über mindestens über eine Mehrheit der Entfernung durch den jeweiligen Kühlhohlraum 132,134 hinweg verlaufen, nicht aber über die gesamte Entfernung hinweg verlaufen. In einigen Ausführungsformen können die Trennrippen 144 über mindestens 75 % der Breite durch den Kühlhohlraum 130 hinweg verlaufen. Dadurch stellen die Trennrippen 144 keine getrennten Hohlräume her. Mit anderen Worten, der Hohlraum auf jeder Seite einer Trennrippe 144 bleibt um mindestens ein Ende der Trennrippe 144 herum in Fluidverbindung.

[0020] Wie in Fig. 3 gezeigt, können die Trennrippen 144 eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 einschliessen. Die nach aussen verlaufende Trennrippe 145 kann allgemein von der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, bis zu einer Stelle kurz vor der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 nach aussen verlaufen, wodurch sie zwischen der nach aussen verlaufenden Trennrippe 145 und der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 einen Zwischenraum oder Spalt definiert. In einigen Ausführungsformen kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 durch eine der verkürzten Rippen 142 definiert werden.

In solchen Ausführungsformen kann die nach aussen verlaufende Trennrippe 145 von der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, bis zu einer Stelle kurz vor der verkürzten Rippe 142 verlaufen, die an dieser Stelle die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert, wodurch zwischen der nach aussen verlaufenden Trennrippe 145 und der verkürzten Rippe 142 ein Spalt definiert wird. Die Trennrippen 144 können auch eine nach innen verlaufende Trennrippe 146 einschliessen, die allgemein von der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 bis zu einer Stelle kurz vor der Wand, die die Kühlmittel kämme r 138 definiert, nach innen verläuft, wodurch zwischen der nach innen verlaufenden Trennrippe 146 und der Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, ein Spalt definiert wird.

In einigen Ausführungsformen können beide Spalten, die definiert werden durch:
<tb>1)<sep>die nach aussen verlaufende Trennrippe 145 und die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 und

<tb>2)<sep>die nach innen verlaufende Trennrippe 146 und die Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, beide etwa 0,10 bis 0,25 Zoll messen.

[0021] In anderen Ausführungsformen können die Spalten, die definiert werden durch:
<tb>1)<sep>die nach aussen verlaufende Trennrippe 145 und die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 und

<tb>2)<sep>die nach innen verlaufende Trennrippe 146 und die Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert, beide mindestens 0,10 Zoll messen.

[0022] Wie dargestellt, kann jeder der Kühlhohlräume 132, 134 eine Vielzahl von Trennrippen 144 enthalten. In einigen Ausführungsformen (und wie dargestellt) kann jeder der Kühlhohlräume 132,134 zwischen 4-7 Trennrippen 144 enthalten. Ferner, wie dargestellt, können die Trennrippen 144 in einer alternierenden Anordnung konfiguriert sein. In einer alternierenden Anordnung alterniert die Anordnung von nach aussen verlaufenden Trennrippen 145 allgemein mit der Anordnung von nach innen verlaufenden Trennrippen 146. Hierin ist eine"alternierende Anordnung" im weiteren Sinne so aufzufassen, dass sie mehrere verschiedene alternierende Konfigurationen einschliessen kann, ohne auf ein strenges einfaches Alternieren beschränkt zu sein (d. h., die Anordnung, die verlangt, dass neben jeder nach aussen verlaufenden Trennrippe 145 nur von nach innen verlaufende Trennrippen 146 liegen).

Hierin ist eine "alternierende Anordnung" auch so aufzufassen, dass sie zum Beispiel die folgende Sequenz von Trennrippen beschreibt: eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 - eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 - eine nach innen verlaufende Trennrippe 146 - eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 - eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 - eine nach innen verlaufende Trennrippe 146.

In einem anderen Fall kann eine "alternierende Anordnung" zum Beispiel verwendet werden, um diese Sequenz zu beschreiben: eine nach innen verlaufende Trennrippe 146 - eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 - eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 - eine nach innen verlaufende Trennrippe 146 - eine nach innen verlaufende Trennrippe 146 - eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145 - eine nach aussen verlaufende Trennrippe 145."Alternierende Anordnung" kann benutzt werden, um andere vergleichbare Sequenzen zu beschreiben. Die alternierende Anordnungsstrategie kann auf effektive Weise einen verschlungenen oder labyrinthähnlichen Kühlkreis durch die Kühlhohlräume 132, 134 definieren, was zur Kühlung des Deckblatts 20 durch den Umlauf eines Kühlmittels durch dieses von Vorteil sein kann.

Hierin wird ein Labyrinthkühlkreis allgemein definiert, um einen gewundenen oder weitläufigen Weg zu beschreiben, der die Strömung behindert, was, wie weiter unten ausführlicher beschrieben, vorteilhaft genutzt werden kann, um das Kühlmittel während des Betriebs wirkungsvoll im ganzen Deckblatt 20 zu verteilen.

[0023] Wie oben erwähnt, können zwischen benachbarten verkürzten Rippen 142 Austrittsöffnungen 147 für den Kühlmittelfluss aus der Turbinenschaufel 10 definiert sein. Die Kühlhohlräume 132, 134 sind, wie gezeigt, hauptsächlich in der Ebene des Deckblatts 20 angeordnet.

[0024] Fig. 4 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung, die die Kühlmittelkammer 138 der oben erläuterten Ausführungsform nicht einschliesst. Die Ausführungsform von Fig. 4 kann die Vielzahl von verkürzten Rippen 142 und Trennrippen 144 allgemein in ähnlicher Anordnung umfassen wie oben in Bezug auf Fig. 3 erläutert.

[0025] Doch statt der Wand, die die Kühlkammer 138 definiert, kann die Ausführungsform von Fig. 4eine innere Mittelwand 152 aufweisen. Die innere Mittelwand 152 halbiert allgemein den Kühlhohlraum 130, wodurch sie (wie die Kühlkammer 138 in der Ausführungsform von Fig. 3) den druckseitigen Kühlhohlraum 132 und den saugseitigen Kühlhohlraum 134 auf jeder Seite davon herstellt. Ohne Kühlmittelkammer 138 können die durch den Flügel 12 verlaufenden Kühlmittelkanäle durch eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen 154 direkt mit dem druckseitigen Kühlhohlraum 132 und dem saugseitigen Kühlhohlraum 134 verbunden sein. Wie dargestellt, können die Eintrittsöffnungen 154 entlang der Wand der inneren Mittelwand 152 angeordnet sein. Andere Stellen sind möglich, wie z.B. der Boden der Kühlhohlräume 132, 134.

[0026] Ferner verläuft in der Ausführungsform von Fig. 4 die nach aussen verlaufende Trennrippe 145 allgemein von der inneren Mittelwand 152 nach aussen bis zu einer Stelle kurz vor der Aussenwand des Kühlhohlraums 130. In einigen Ausführungsformen, und wie dargestellt, kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 durch eine der verkürzten Rippen 142 definiert werden. In solchen Ausführungsformen kann die nach aussen verlaufende Trennrippe 145 von Fig. 4 von der inneren Mittelwand 152 bis zu einer Stelle kurz vor der verkürzten Rippe 142 verlaufen, die an dieser Stelle die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert, wodurch zwischen der nach aussen verlaufenden Trennrippe 145 und der verkürzten Rippe 142 ein Spalt definiert wird.

Und in der Ausführungsform von Fig. 4 verläuft die nach innen verlaufende Trennrippe 146 allgemein von der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 bis zu einer Stelle kurz vor der inneren Mittelwand 152 nach innen, wodurch zwischen der nach innen verlaufenden Trennrippe 146 und der inneren Mittelwand 152 ein Spalt definiert wird. Schliesslich können die Trennrippen 144 der Ausführungsform von Fig. 3 entsprechend so angeordnet sein, dass die Anordnung einer nach aussen verlaufenden Trennrippe 145 mit der Anordnung einer nach innen verlaufenden Trennrippe 146 alterniert.

[0027] Alternative Ausführungsformen werden in Fig. 5 bis 9dargestellt. Diese Ausführungsformen veranschaulichen die Anwendung einiger der oben erläuterten Merkmale in Kühlhohlräumen 130 mit anderer Konfiguration sowie die Verwendung neuer Elemente, wie unten im Einzelnen beschrieben. Die in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen weisen ungefähr in der Mitte des Deckblatts 20 beide ein Trennmerkmal auf (d. h., in Fig. 3ist das Trennmerkmal die Kühlmittelkammer 138 und in Fig. 4ist das Trennmerkmal die innere Mittelwand 152). In einigen Ausführungsformen wie die in Fig. 5bis 8kann kein Trennmerkmal vorhanden sein.

[0028] Fig. 5 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform eines einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraums 130 in einem Deckblatt 20 mit einer Vielzahl von Trennrippen 144. Auch eine Vielzahl von verkürzten Rippen 142 kann vorhanden sein. Die verkürzten Rippen 142 können Austrittsöffnungen 147 definieren, die entlang der Druckseite und Saugseite des Deckblatts 20 konzentriert sind. Ohne Kühlmittelkammer 138 können die durch den Flügel 12 verlaufenden Kühlmittelkanäle durch eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen 154 direkt mit dem Kühlhohlraum 130 verbunden sein.

Wie dargestellt, können die Eintrittsöffnungen 154 zur Mitte des Deckblatts 20 hin angeordnet sein, auf beiden Seiten einer annähernden Mittellinie des Deckblatts 20, die, wenn sie gezogen würde, die Saugseite des Deckblatts 20 von der Druckseite des Deckblatts 20 trennen würde, obwohl andere Stellen möglich sind.

[0029] Ferner sind in der Ausführungsform von Fig. 5 die Trennrippen 144 so konfiguriert, dass sie entlang der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 (d.h., eine erste Innenwand) ausgehen und durch das Deckblatt 20 zur entgegengesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 (d.h., eine zweite Innenwand) hin verlaufen. Die Trennrippen 144 können eine solche Länge haben, dass sie an einer Stelle kurz vor der entgegengesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 enden. Dadurch kann am Ende der Trennrippe 144 zwischen der Trennrippe 144 und der entgegengesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 ein enger Zwischenraum oder Spalt definiert werden. In einigen Ausführungsformen, und wie dargestellt, kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 durch eine der verkürzten Rippen 142 definiert werden.

In solchen Ausführungsformen kann die Trennrippe 144 zur verkürzten Rippe 142 der entgegengesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 bis zu einer Stelle kurz vor der verkürzten Rippe 142 verlaufen, die an dieser Stelle die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert, wie in Fig. 5 gezeigt. Dadurch kann am Ende der Trennrippe 144 ein enger Zwischenraum oder Spalt zwischen der Trennrippe 144 und der entgegengesetzten verkürzten Rippe 142 definiert werden. Ferner, wie in Fig. 5 gezeigt, können die Trennrippen 144 in einer alternierenden Anordnung konfiguriert sein. In dieser Anordnung alterniert die Anordnung einer Trennrippe 144, die von einer der Aussenwände des Kühlhohlraums 130 verläuft, mit der Anordnung einer Trennrippe 144, die von der entgegengesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 ausgeht.

Siehe auch die Definition für "alternierende Anordnung", die oben gegeben wurde. Wie zuvor kann diese alternierende Anordnungsstrategie durch den Kühlhohlraum 130 auf effektive Weise einen verschlungenen oder labyrinthähnlichen Kühlkreis definieren, der zur Kühlung des Deckblatts 20 durch den Umlauf eines Kühlmittels dadurch von Vorteil sein kann. Es ist anzumerken, dass in alternativen Ausführungsformen die alternierenden Trennrippen 144 so orientiert sein können, dass sie allgemein rechtwinklig zur in Fig. 5 dargestellten Orientierung der Trennrippen 144 ausgerichtet sind. Für den Fachmann versteht es sich, dass auch andere Anordnungen möglich sind.

[0030] Fig. 6-8 veranschaulichen mehrere beispielhafte Ausführungsformen, die diskrete Strukturelemente in einem Deckblatt-Kühlhohlraum 130 umfassen. Hierin ist ein diskretes Strukturelement als ein Element zu verstehen, das den Boden des Kühlhohlraums 130 strukturell mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbindet und das nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder dem Aussenrand oder dem Umfang des Deckblatts 20 ausgeht, darin endet oder damit verbunden ist. Im Sinne dieser Definition kann eine Innenwand des Kühlhohlraums 130 einschliessen:
<tb>1)<sep>die Wand, die die Kühlmittelkammer 138 definiert;

<tb>2)<sep>die Aussenwand des Kühlhohlraums 130;

<tb>3)<sep>die innere Mittelwand 152; oder

<tb>4)<sep>andere vergleichbare Wände, die im Kühlhohlraum 130 definiert sein können.

[0031] Auch hier, und wie zuvor erwähnt, ist die Decke des Kühlhohlraums 130 das Element, das in Fig. 3-9 abgenommen wurde, damit das Innere des Kühlhohlraums 130 erkennbar ist. Mit anderen Worten, diskrete Strukturelemente sind allgemein Strukturelemente, die mit Ausnahme der Verbindungen, die das Strukturelement zum Boden und zur Decke des Kühlhohlraums 130 herstellt, vom Hohlbereich des Kühlhohlraums 130 umgeben sind.

[0032] Fig. 6 veranschaulicht einen einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraum 130 mit einer Vielzahl von diskreten Trennrippen 202. Die diskreten Trennrippen 202 sind diskrete Strukturelemente, weil sie den Boden des Kühlhohlraums 130 mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden und nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder dem Aussenrand des Deckblatts 20 ausgehen, darin enden oder damit verbunden sind. In einigen Ausführungsformen, und wie gezeigt, kann auch eine Vielzahl von verkürzten Rippen 142 vorhanden sein. Die verkürzten Rippen 142 können Austrittsöffnungen 147 definieren, die entlang der Druckseite und Saugseite des Deckblatts 20 konzentriert sind.

Ohne Kühlmittelkammer 138 können in der Ausführungsform von Fig. 6 die Kühlmittelkanäle, die durch den Flügel 12 verlaufen, durch eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen 154 direkt mit dem Kühlhohlraum 130 verbunden sein. Wie dargestellt, können die Eintrittsöffnungen 154 entlang einer annähernden Mittellinie des Deckblatts 20 angeordnet sein, die, wenn sie gezogen würde, die Saugseite des Deckblatts 20 von der Druckseite des Deckblatts 20 trennen würde.

[0033] Ferner können in der Ausführungsform von Fig. 6 die diskreten Trennrippen 202 so konfiguriert sein, dass jede in der annähernden Mitte des Kühlhohlraums 130 beginnt und zu entgegengesetzten Aussenwänden des Kühlhohlraums 130 hin nach aussen verläuft. Die diskreten Trennrippen 202 können über mindestens eine Mehrheit der Entfernung durch den Kühlhohlraum 130 hinweg verlaufen. In einigen Ausführungsformen können die diskreten Trennrippen 202 über mindestens 75% der Breite des Kühlhohlraums 130 hinweg verlaufen. In anderen Ausführungsformen können die diskreten Trennrippen 202 so orientiert sein, dass- sie allgemein rechtwinklig zu den in Fig. 6dargestellten Trennrippen 202 verlaufen. Für den Fachmann versteht es sich, dass auch andere Anordnungen möglich sind.

Die diskreten Trennrippen 202 können eine solche Länge haben, dass sie an einem Ende an einer Stelle kurz vor der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 enden und sie am anderen Ende an einer Stelle kurz vor der entgegengesetzten Aussenwand des Kühlhohlraums 130 enden. Dadurch können zwei Spalten an den Enden jeder der diskreten Trennrippen 202 definiert werden (d.h., ein erster Spalt, der durch das Ende der diskreten Trennrippe 202 und die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert wird; und ein zweiter Spalt, der durch das andere Ende der diskreten Trennrippe 202 und die entgegengesetzte Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert wird). In einigen Ausführungsformen können der erste und der zweite Spalt jeder etwa 0,10 bis 0,75 Zoll messen. In anderen Ausführungsformen können der erste und der zweite Spalt jeder mindestens 0,10 Zoll messen.

In einigen Ausführungsformen, und wie dargestellt, kann die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 durch eine der verkürzten Rippen 142 definiert werden. In solchen Ausführungsformen kann die diskrete Trennrippe 202 zu entgegengesetzten Aussenwänden des Kühlhohlraums 130 bis zu einer Stelle kurz vor der verkürzten Rippe 142 verlaufen, die an dieser Stelle die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 definiert, wie in Fig. 6 gezeigt.

[0034] Fig. 7 veranschaulicht einen einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraum 130 mit einer Vielzahl von diskreten verkürzten Rippen 206. Die diskreten verkürzten Trennrippen 206 sind, wie oben definiert, diskrete Strukturelemente, weil sie den Boden des Kühlhohlraums 130 mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden und nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder dem Aussenrand des Deckblatts 20 ausgehen, darin enden oder damit verbunden sind. In einigen Ausführungsformen (auch wenn dies in Fig. 7 nicht gezeigt wird) kann auch eine Vielzahl von verkürzten Rippen vorhanden sein, die Austrittsöffnungen 147 definieren.

Die verkürzten Rippen 142, die Austrittsöffnungen 147 definieren (wie in vorherigen Ausführungsformen gezeigt) , werden nicht als diskrete Strukturelemente wie hierin definiert betrachtet, weil sie allgemein im Aussenrand oder Umfang des Deckblatts 20 enden. Ohne Kühlmittelkammer 138 können die durch den Flügel 12 verlaufenden Kühlmitteldurchgänge in der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform durch eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen 154 direkt mit dem Kühlhohlraum 130 verbunden sein. Wie dargestellt, können die Eintrittsöffnungen 154 entlang einer annähernden Mittellinie des Deckblatts 20 angeordnet sein, die, wenn sie gezogen würde, die Saugseite des Deckblatts 20 von der Druckseite des Deckblatts 20 trennen würde.

[0035] Wie in Fig. 7 dargestellt, kann eine Vielzahl von diskreten verkürzten Rippen 206 durch den Kühlhohlraum 130 hindurch beabstandet sein, sodass zwischen jeder ein Mindestabstand eingehalten wird. Die Abstände, die zwischen jeder der diskreten verkürzten Rippen 206 eingehalten werden, können mindestens 0,05 Zoll betragen. Die diskreten verkürzten Rippen 206 können rechteckig beschaffen sein (in einigen Ausführungsformen mit abgerundeten Ecken), wie in Fig. 7gezeigt. In einigen Ausführungsformen können die diskreten verkürzten Rippen 206 etwa 0,10 bis 0,75 Zoll lang und 0,05 bis 0,25 Zoll breit sein. In einigen Ausführungsformen, und wie in Fig. 7 dargestellt, können zwischen 15 und 25 diskrete verkürzte Rippen 206 im Kühlhohlraum 130 definiert sein.

[0036] Fig. 8 veranschaulicht einen einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraum 130 mit einer Vielzahl von diskreten Säulen 208. Die diskreten Säulen 208 sind, wie oben definiert, diskrete Strukturelemente, weil sie den Boden des Kühlhohlraums 130 mit der Decke des Kühlhohlraums 130 verbinden und nicht von einer Innenwand des Kühlhohlraums 130 oder dem Aussenrand des Deckblatts 20 ausgehen, darin enden oder damit verbunden sind. Ohne Kühlmittelkammer 138 können die durch den Flügel 12 verlaufenden Kühlmitteldurchgänge in der in Fig. 8gezeigten Ausführungsform durch eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen 154 direkt mit dem Kühlhohlraum 130 verbunden sein.

Wie dargestellt, können die Eintrittsöffnungen 154 entlang einer annähernden Mittellinie des Deckblatts 20 angeordnet sein, die, wenn sie gezogen würde, die Saugseite des Deckblatts 20 von der Druckseite des Deckblatts 20 trennen würde.

[0037] Wie in Fig. 8 dargestellt, kann eine Vielzahl der diskreten Säulen 208 durch den Kühlhohlraum 130 hindurch beabstandet sein, sodass ein Mindestabstand zwischen jeder der diskreten Säulen eingehalten wird. Der Mindestabstand, der zwischen jeder der diskreten Säulen 208 eingehalten wird, kann mindestens 0,05 Zoll betragen. Wie dargestellt, können die diskreten Säulen 208 einen kreisrunden Querschnitt haben. In solchen Ausführungsformen kann der Durchmesser des kreisrunden Querschnitts etwa 0,05 bis 0,25 Zoll messen. In anderen Ausführungsformen können die diskreten Säulen 208 einen quadratischen Querschnitt haben. In solchen Ausführungsformen kann jede der Seiten des quadratischen Querschnitts etwa 0,05 bis 0,25 Zoll messen. In einigen Ausführungsformen, und wie in Fig. 8dargestellt, können zwischen 5 und 50 diskrete Säulen 206 im Kühlhohlraum 130 definiert sein.

[0038] Fig. 9 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform, die die Verwendung von runden Auslassöffnungen 212 und unrunden Auslassöffnungen 214 bei einem Deckblatt-Kühlhohlraum 130 demonstriert. Wie zuvor beschrieben, kann zwischen benachbarten verkürzten Rippen 142 oder durch die Aussenwand des Kühlhohlraums 130 eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 212, 214 zum Auslass des unter Druck gesetzten Kühlmittels aus dem Kühlhohlraum 130 definiert sein. Wie in der beispielhaften Ausführungsform von Fig. 9 gezeigt, können unrunde Austrittsöffnungen 214 definiert sein. Diese unrunden Austrittsöffnungen 214 können rechteckig geformt sein (einige Ausführungsformen können abgerundete Ecken aufweisen), wie dargestellt. Die unrunden Austrittsöffnungen 214 können auch elliptisch oder oval geformt sein, was nicht gezeigt wird.

Die unrunden Austrittsöffnungen 214 können runden Austrittsöffnungen gegenüber Wärmeübertragungsvorteile bieten. Wie in Fig. 9 dargestellt, können auch eine oder mehrere runde Austrittsöffnungen 212 definiert sein. Zusätzliche runde Austrittsöffnungen 212 und unrunde Austrittsöffnungen 214 können vorgesehen sein. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, können auch andere Anordnungen der runden Austrittsöffnungen 212 und unrunden Austrittsöffnungen 214 möglich sein.

[0039] Es ist anzumerken, dass die in Fig. 3bis 9beschriebenen Ausführungsformen alle Beispiele eines Deckblatts mit einem einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraum darstellen. Einige der Merkmale, die hierin erläutert wurden, sind aber nicht auf die Anwendung auf einen einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraum beschränkt (d.h., sie können mit Erfolg in Deckblättern eingesetzt werden, die mehrere getrennte Kühlhohlräume aufweisen, die nicht miteinander in Fluidverbindung stehen). Zu diesen Merkmalen gehören:
<tb>1)<sep>Rippen, die teilweise durch einen Kühlhohlraum hindurch verlaufen, wodurch sie zwischen dem Ende der Rippe und einer entgegengesetzten Struktur einen Durchgang herstellen;

<tb>2)<sep>die alternierende Anordnung von Rippen, die teilweise durch einen Kühlhohlraum hindurch verlaufen;

<tb>3)<sep>die diskreten Strukturelemente; und

<tb>4)<sep>die Verwendung von unrunden Austrittsöffnungen und runden Austrittsöffnungen.

[0040] Die Beschreibung dieser Merkmale in Bezug auf einen einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraum ist lediglich beispielhaft und nicht als einschränkend zu verstehen.

[0041] In Betrieb kann das Kühlmittel (allgemein verdichtete Luft) zur Turbinenschaufel 10 verteilt werden. Das Kühlmittel kann durch die Kühlmittelkanäle zur Kühlmittelkammer 138 laufen. Das Kühlmittel kann dem Kühlhohlraum 130 dann durch die Kühlmittelkammeröffnungen 140 zugeführt werden. (Es ist anzumerken, das in den Ausführungsformen, die in Fig. 4 bis 8beschrieben werden, das Kühlmittel dem Kühlhohlraum 130 durch die Eintrittsöffnungen 154 direkt zugeführt wird). Sobald es im Kühlhohlraum 130 ist, strömt das Kühlmittel wie erforderlich um die Rippen 142,144 herum zu den Austrittsöffnungen 147 und tritt dann durch die Austrittsöffnungen 147, die allgemein an der Aussenwand des Kühlhohlraums 130 entlang angeordnet sind, aus dem Deckblatt 20 aus. Dieser Strom des Kühlmittels durch den Kühlhohlraum 130 bewirkt die konvektive Kühlung des Deckblatts 20.

[0042] Für den Fachmann versteht es sich, dass die Druckbedingungen, die an den Kanten des Deckblatts 20 vorliegen, während des Betriebs der Turbine stark variieren. Der Aussendruck ist an der Vorderkante (in Fig. 3und 4 als 170 angezeigt) des Deckblatts 20 hoch und an der Hinterkante (in Fig. 3 und 4 als 180 angezeigt) des Deckblatts 20 niedrig, und massig an den Kanten des Deckblatts 20 zwischen den Vorder-und Hinterkanten (in Fig. 3 und 4als 190 angezeigt) . Der Kühlhohlraum 130 des Deckblatts 20 weist einen höheren Druck auf als der Aussendruck, doch ohne Eingriff tritt viel Kühlmittel in der Nähe der Hinterkante 180 des Deckblatts 20 aus, wo der Aussendruck am niedrigsten ist.

Diese Tendenz kann bewirken, dass eine ungenügende Kühlmittelmenge an der Vorderkante 170 des Deckblatts 20 austritt, was in diesen Bereichen übermässige Temperaturen zur Folge haben kann, die die Nutzlebensdauer der Turbinenschaufel 10 negativ beeinflussen können. Daher ist es wünschenswert, die Verteilung des Kühlmittels durch das Deckblatt 20 bevorzugt zu bewirken, wenn es aus der Turbinenschaufel 10 austritt.

[0043] Die Anordnung der Rippen 142,144 wie in den obigen Ausführungsformen beschrieben stellt allgemein einen verschlungenen oder labyrinthähnlichen Kühlkreis her, den das in das Deckblatt 20 eintretende Kühlmittel durchlaufen muss, bevor es austritt. Zum Beispiel muss Kühlmittel, das in der Nähe der Vorderkante 170 in das Deckblatt 20 eintritt, den Labyrinthkühlkreis durchlaufen, um an der Hinterkante 180 mit niedrigerem Druck auszutreten. Auf diese Weise stellt der verschlungene Weg oder Labyrinthkühlkreis ein Hindernis her, das den Austritt einer unverhältnismässigen Kühlmittelmenge an der Hinterkante 180 mit niedrigem Druck verhindert.

Das Ergebnis ist, dass Kühlmittel entlang jeder der verschiedenen Druckregionen des Deckblatts 20 aus dem Deckblatt 20 austritt, was eine bevorzugte Verteilung des Kühlmittels während des Betriebs überall im Deckblatt 20 erzeugt. Dieses vorteilhafte Ergebnis wird erreicht, ohne mehrfache unabhängige oder getrennte Kühlhohlräume (d. h., Kühlhohlräume, die nicht miteinander in Fluidverbindung stehen) im Inneren des Deckblatts 20 zu erfordern. Wie dem Fachmann bekannt ist, werden Turbinenschaufeln mit hohlen Kühlhohlräumen allgemein durch ein Wachsausschmelzverfahren hergestellt. Das Vorhandensein eines einzelnen oder durchgehenden Kühlhohlraums statt mehrerer getrennter Hohlräume hat im Wachsausschmelzverfahren bestimmte Vorteile zu bieten.

[0044] Ein weiterer Vorteil der alternierenden Anordnung der Trennrippen 144 ist, dass die freien Enden 194 jeder der Trennrippen 144 durch die Trennrippe 144 auf beiden Seiten davon abgeschirmt wird, was die strukturelle Integrität des Deckblatts 20 erhöht. Das freie Ende 194 der Trennrippe 144 bezieht sich auf das Ende, das in einem offenen Bereich im Inneren des Kühlhohlraums 130 endet (siehe das freie Ende 194 in Fig. 3, 4und 5). Mit anderen Worten, das freie Ende 194 ist das Ende der Trennrippe 144, das dem Ende entgegengesetzt ist, das von einer Innen- oder Aussenwand im durchgehenden Kühlhohlraum 130 ausgeht (eine Innen- oder Aussenwand des durchgehenden Kühlhohlraums 130 kann zum Beispiel einschliessen: 1) die Aussenwand des Kühlhohlraums 130; 2) die Wand der Kühlmittelkammer 138; oder 3) die innere Mittelwand 152).

Wie für den Fachmann hervorgeht, wird durch das Enden der Trennrippe 144 in einem offenen Bereich innerhalb des durchgehenden Kühlhohlraums 130 ein Bereich mit erhöhter Spannung hergestellt. Die Belastung, die zu dieser Spannung führt, kann aber von der benachbarten Trennrippe 144 aufgenommen werden, die aufgrund der alternierenden Anordnung der Trennrippen 144 nicht im selben Bereich im Inneren des Kühlhohlraums enden kann. Dies dient dazu, lokale Spannungskonzentrationen zu verringern, die sonst am Ende einer der Trennrippen 144 auftreten würden.

[0045] Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung sich nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die im Geiste und Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen. Auch wenn speziell auf die Kühlung eines Deckblatts Bezug genommen wurde, könnte die Technologie, die hierin offenbart wurde, auch auf ein Deckblatt angewandt werden, das nicht auf der Spitze einer Schaufel angeordnet ist. Diesbezüglich weisen manche Schaufeln etwa auf halber Länge der Flügel Deckblätter auf, die es mit ihrer benachbarten Schaufel verbinden, und die hierin oben beschriebenen Kühlmittelkanäle könnten darin integriert werden.

Claims

1. Turbinenschaufel (10), umfassend:

ein Deckblatt (20); und einen oder mehrere Kühlhohlräume (130), die im Deckblatt (20) geformt sind;

wobei:

mindestens einer der Kühlhohlräume (130) eine Vielzahl von Rippen (142, 144) und eine erste Innenwand aufweist, die einer zweiten Innenwand durch den Kühlhohlraum (130) hindurch allgemein gegenüberliegt;

die Rippen (142, 144) so konfiguriert sind, dass einige der Rippen (142, 144) von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen und zur zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) hin verlaufen und einige der Rippen (142, 144) von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen und zur ersten Innenwand des Kühlhohlraums hin verlaufen; und

die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, und die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, eine alternierende Anordnung aufweisen.

2. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 1, wobei die alternierende Anordnung das Alternieren der Anordnung einer Rippe (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgeht, mit der Anordnung einer Rippe (142, 144) umfasst, die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgeht.

3. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 2, wobei die alternierende Anordnung einen Labyrinthkühlkreis im Inneren des Kühlhohlraums (130) definiert.

4. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 2, wobei:

die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, so orientiert und dimensioniert sind, dass jede über einen Teilweg der Entfernung durch den Kühlhohlraum (130) hinweg verläuft; und

die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, so orientiert und dimensioniert sind, dass jede über einen Teilweg der Entfernung durch den Kühlhohlraum (130) hinweg verläuft.

5. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 4, wobei:

die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, so orientiert und dimensioniert sind, dass mindestens eine über mindestens eine einen grösseren Teil der Entfernung durch den Kühlhohlraum (130) hinweg verläuft; und

die Rippen (142, 144), die von der zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, so orientiert und dimensioniert sind, dass mindestens eine über mindestens einen grösseren Teil der Entfernung durch den Kühlhohlraum (130) hinweg verläuft.

6. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 5, wobei der grössere Teil der Entfernung durch den Kühlhohlraum (130) mindestens 75 % der Entfernung durch den Kühlhohlraum (130) beträgt.

7. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 5, wobei:

die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, und die zweite Innenwand einen ersten Spalt definieren;

die Rippen (142, 144), die von zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, und die erste Innenwand einen zweiten Spalt definieren; und

der erste Spalt und der zweite Spalt weisen eine Breite von etwa 0,10 bis 0,25 Zoll auf.

8. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 5, wobei:

der erste Spalt und der zweite Spalt jeweils eine Breite von mindestens 0,10 Zoll aufweisen.

9. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 4, wobei die Rippen (142, 144), die von der ersten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, und die Rippen (142, 144), die von zweiten Innenwand des Kühlhohlraums (130) ausgehen, im Wesentlichen parallel zueinander sind.

10. Turbinenschaufel (10) nach Anspruch 2, wobei der oder die Kühlhohlräume (130) alle miteinander in Fluidverbindung stehen.