CH697808A2 - Turbine mit in Abhängigkeit des Schaufelspaltes geregelter Gehäusekühlung. - Google Patents

Abstract

Eine Turbine umfasst: eine Vielzahl von Turbinen-Schaufeln, die in einem Gehäuse (120) angeordnet sind, wobei die Anordnung einen Spalt zwischen Spitzen der Schaufeln und dem Gehäuse (120) umfasst; eine Vielzahl von Verteilern (140), die nahe am Gehäuse (120) entgegengesetzt zum Spalt angeordnet sind, wobei jeder der Verteiler (140) eine Vielzahl von Prallluftlöchern in seiner Oberfläche aufweist; eine Spalt-Informationsquelle; und eine Kühlluft-(131)-Quelle, um ausgewählte Verteiler (140) durch eine Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen der Spalt-Information entsprechend mit Kühlluft (131) zu versorgen. Auch ein System und ein Verfahren werden bereitgestellt.

Description

  Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Lehren hierin betreffen die Reduktion der Exzentrizität und der Unrundheit in einer Turbine, und insbesondere Techniken zur Regelung der Kühlung.

Beschreibung des Stands der Technik

[0002] Prallluftkühlung wurde benutzt, um die Gehäusetemperatur von kleinen Gasturbinen zu regulieren und die Spalte zwischen Laufschaufeln und entsprechenden Gehäuseinnenflächen zu reduzieren und beizubehalten. Ein Problem für Prallluftkühlsysteme bei Gasturbinen ist die Fähigkeit, über grosse ungleichmässige, uneinheitliche Gehäuseflächen hinweg einen gleichmässigen Wärmeübertragungskoeffizienten zu erreichen. Bei kleinen Gasturbinen werden normalerweise kleine Prallluftlöcher und kurze Düsen-Oberflächen-Entfernungen benutzt. Diese Faktoren erzeugen die benötigten höheren Wärmeübertragungskoeffizienten am Gehäuse.

   Eine nachteilige Auswirkung der Verwendung kleiner Prallluftkühllöcher ist die Notwendigkeit des Betriebs mit hohem Differenzdruckgefälle durch die Löcher. Dies macht unerwünscht hohe Kühlluftversorgungsdrucke erforderlich, was sich auf den Gesamtwirkungsgrad negativ auswirkt.

[0003] Die Prallluftkühlung wurde bei Flugzeugtriebwerken als ein Verfahren zur Spaltregelung bei Turbinen angewandt. Doch die Prallluftsysteme, die bei Flugzeugtriebwerken verwendet werden, können in einigen Turbinenanwendungen nicht eingesetzt werden. Die Systeme, die bei Flugzeugtriebwerken verwendet werden, benutzen als Kühlmedium Luft, die aus dem Kompressor angesaugt wird. Bei anderen Gasturbinen ist die Verwendung von Kompressorsaugluft nicht machbar, da die Auslegungswärmeübertragungskoeffizienten kühlere Lufttemperaturen erfordern.

   Zum Beispiel weisen einige andere Gasturbinen eine erheblich grössere, ungleichmässige Gehäuseoberfläche auf, die ein Verteilerdesign erfordert, das im Vergleich zu Flugzeugtriebwerken komplizierter ist. Auch die Gehäusedicke und Gehäusedickeänderungen sind bei derartigen Gasturbinen erheblich grösser.

[0004] Ein Problem der Exzentrizität und Unrundheit beim Gasturbinengehäuse ist die Reibung zwischen dem Rotor und dem Stator und andere mechanische Probleme. Dies verringert den Wirkungsgrad der Leistungsabgabe. Das Problem wird hauptsächlich angesprochen, indem der Kaltspalt der Gasturbinen vergrössert wird, was aber das Problem nicht löst, sondern den Wirkungsgrad weiter verringert.

[0005] Es sind einige Vorrichtungen bekannt, die die Kühlung mit Prallluft durchführen.

   Zum Beispiel weist ein System einen Prallluftkühlverteiler auf, der an ein Gehäuse der Turbine befestigt ist, wobei der Prallluftkühlverteiler eine Vielzahl von Prallluftlöchern in der Oberfläche des Prallluftkühlverteilers umfasst; und ein Gebläse, das den Luftstrom durch die Vielzahl von Prallluftlöchern des Prallluftkühlverteilers gewährleistet, um das Gehäuse der Turbine zu kühlen, um den Spalt zwischen einer Spitze einer Turbinenschaufel und einem Mantel der Turbine zu regeln. Auch wenn ein derartiges System bestimmte Vorteile bietet, ist es wünschenswert, eine grössere Kontrolle über die Kühlung zu gewährleisten, um die Leistung, weiter zu verbessern.

[0006] Daher besteht ein Bedarf nach einem Prallluftkühlsystem, das die Spaltregelung bei Gasturbinen gewährleisten kann.

   Bevorzugt führt dieses System der beabsichtigten Gehäusefläche den erforderlichen Wärmeübertragungskoeffizienten zu und gewährleistet einen hohen Grad an Kontrolle über den Luftstrom zum Gehäuse. Ein derartiges System wird hierin offenbart.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0007] In einer Ausführungsform wird eine Gasturbine offenbart und umfasst: eine Vielzahl von Turbinenschaufeln, die in einem Gehäuse angeordnet sind, wobei die Anordnung einen Spalt zwischen Spitzen der Schaufeln und dem Gehäuse umfasst; eine Vielzahl von Verteilern, die nahe am Gehäuse entgegengesetzt zum Spalt angeordnet sind, wobei jeder der Verteiler eine Vielzahl von Prallluftlöchern in seiner Oberfläche aufweist; eine Spaltinformationsquelle;

   und eine Kühlluftquelle, um ausgewählte Verteiler durch eine Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen der Spaltinformation entsprechend mit Kühlluft zu versorgen.

[0008] In einer anderen Ausführungsform wird ein durchflussgesteuertes Prallluftkühlsystem für ein Gasturbinentriebwerk offenbart und umfasst: eine Vielzahl von Verteilern, die nahe an einem Gehäuse der Gasturbine und entgegengesetzt zu einem Spalt zwischen Spitzen der darin befindlichen Turbinenschaufeln angeordnet sind, wobei jeder der Verteiler eine Vielzahl von Prallluftlöchern in seiner Oberfläche aufweist; mindestens eine Spaltmessvorrichtung, um Spaltinformation bereitzustellen; eine Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen, um einen Luftkühlstrom zur Vielzahl von Verteilern zu regeln;

   und eine Kühlluftquelle, um ausgewählte Verteiler durch die Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen der Spaltinformation entsprechend mit Kühlluft zu versorgen.

[0009] In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Spaltregelung zwischen Spitzen von Turbinenschaufeln und einem Gehäuse einer Gasturbine offenbart und umfasst: das Empfangen von Spaltinformation; das Bestimmen einer Kühlluftmenge, die Abschnitten des Gehäuses zuzuführen ist; und das Regeln der Durchflussmenge aus einer Kühlluftquelle zu jedem Abschnitt des Gehäuses, um den Spalt zu reduzieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0010] Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen, wobei:
<tb>Fig. 1<sep>Aspekte einer Querschnittsansicht einer Hochleistungsgasturbine veranschaulicht;


  <tb>Fig. 2<sep>Aspekte einer Nahansicht des Spalts zwischen Turbinenschaufel und Mantel darstellt;


  <tb>Fig. 3<sep>Aspekte eines Prallkühlsystems darstellt;


  <tb>Fig. 4<sep>eine orthografische Ansicht eines Prallluftkühlverteilers ist;


  <tb>Fig. 5<sep>eine Querschnittsansicht eines Prallluftkühlverteilers ist;


  <tb>Fig. 6<sep>eine orthografische Ansicht von Prallluftkühlverteilern ist, die an einem Turbinengehäuse installiert sind;


  <tb>Fig. 7<sep>Aspekte des Prallluftkühlsystems mit Spaltsonden und Reglern veranschaulicht.

 Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0011] Es werden Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Spaltregelung mithilfe von Kühlverteilern in einem Gasturbinentriebwerk offenbart. Der Kühlstrom jedes einzelnen Verteilers wird durch Vorrichtungen wie Regelventile oder -Öffnungen reguliert. Die Spaltregelung verwendet die Information der Gesamtexzentrizität und Unrundheit und des lokalen Spalts in Sektoren. Die Information kann auf verschiedene Weisen gesammelt werden, einschliesslich durch Spaltsonden. Bevor näher auf das Verfahren und die Vorrichtung eingegangen wird, werden bestimmte Aspekte einer Gasturbine erläutert, um das Verständnis zu erleichtern.

[0012] Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Gasturbine 110.

   Die Gasturbine 110 umfasst einen Kompressorabschnitt 112, einen Brennkammerabschnitt 114 und einen Turbinenabschnitt 116. Die Gasturbine 110 umfasst auch ein Kompressorgehäuse 118 und ein Turbinengehäuse 120. Das Turbinengehäuse 120 und das Kompressorgehäuse 118 umschliessen Hauptteile der Gasturbine 110. Der Turbinenabschnitt 116 umfasst eine Welle und mehrere Sätze rotierender und stationärer Turbinenschaufeln 122.

[0013] Auch auf Fig. 2 und 3 Bezug nehmend, kann das Turbinengehäuse 120 einen Mantel 126 aufweisen, der an eine Innenseite des Gehäuses 120 befestigt ist. Der Mantel 126 kann nahe an Spitzen 123 der rotierenden Turbinenschaufeln 122 liegen, um Luftleckagen an der Spitze 123 vorbei zu minimieren. Der Abstand zwischen der Spitze 123 der Schaufel 122 und dem Mantel 126 wird als der Spalt 128 bezeichnet.

   Es ist anzumerken, dass die Spalte 128 jeder Turbinestufe aufgrund der verschiedenen Wärmewachstumseigenschaften der Schaufeln 122 und des Gehäuses 120 nicht konstant sind.

[0014] Ein Schlüsselfaktor für den Wirkungsgrad von Gasturbinen ist die Menge der Luft- und Abgasleckage durch einen Spalt 128 zwischen der Schaufelspitze 123 und dem Gehäuse 120 oder Mantel 126 (wie in Fig. 2 gezeigt). Aufgrund der verschiedenen Wärmewachstumseigenschaften der Turbinenschaufeln 122 und des Turbinengehäuses 120 können die Spalte 128 sich erheblich verändern, wenn die Turbine 110 Übergangszustände von der Zündung bis zu einen Grundlast-Dauerzustand durchläuft. Ein Spaltregelungssystem einschliesslich seiner Betriebsfolge kann implementiert werden, um die spezifischen Spalteigenschaften während der Betriebszustände anzusprechen.

   Die falsche Auslegung und/oder Folgesteuerung des Regelungssystems kann zu übermässiger Reibung der Spitzen 123 mit jeweiligen Gehäusemänteln 126 führen, was zu erhöhten Grössen der Spalte 128 und zu Leistungsabnahme führen kann.

[0015] Wie in der beispielhaften Ausführungsform von Fig. 3 dargestellt, kann ein durchflussgesteuertes Prallluftkühlsystem 700 verwendet werden, um einen gewünschten Spalt 128 zwischen dem Turbinenmantel 126 und der jeweiligen Gruppe von Schaufelspitzen 123 zu reduzieren und beizubehalten. Bezug nehmend auf Fig. 3, schliesst das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 eine Kühlluftquelle 131 ein. Die Kühlluftquelle 131 kann zum Beispiel einen Kompressor 112 (Fig. 1) und/oder das dargestellte Gebläse 130 und den Durchflussregelungsdrosselschieber 132 umfassen.

   Die Kühlluftquelle 131 kann zudem elektro-mechanische Komponenten aufweisen, die eine Schnittstelle bilden und mit Steuerkomponenten wie dem Steuergerät 160 betrieben werden.

[0016] Das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 umfasst ausserdem ein Verbindungsrohr 134, einen Verteilsammler 136, Strömungszumessventile oder -öffnungen 138 und eine Reihe von Prallluftkühlverteilern 140. Jeder von den Prallluftkühlverteilern 140 kann an das Turbinengehäuse 120 befestigt werden. In der beispielhaften Ausführungsform von Fig. 3 sind mehrere Prallluftverteiler 140 um den Umfang des Turbinengehäuses 120 herum befestigt.

   Das Prallluftkühlgebläse 130 saugt Luft aus der Umgebungsluft an und bläst sie durch den Durchflussregelungsdrosselschieber 132, das Verbindungsrohr 134, den Verteilsammler 136, die Strömungszumessventile oder -öffnungen 138 und in die Prallluftkühlverteiler 140. Das Gebläse 130 kann jede Blasvorrichtung einschliesslich eines Kompressors, eines Ventilators oder einer Düse sein. Der Prallluftkühlverteiler 140 gewährleistet, dass dem Turbinengehäuse 120 ein einheitlicher Wärmeübertragungskoeffizient zugeführt wird. Es ist anzumerken, dass das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 nicht auf die hierin offenbarten Komponenten beschränkt ist, sondern jede Komponente umfassen kann, die es erlaubt, Luft durch die Prallluftkühlverteiler 140 zu leiten.

[0017] In Fig. 3 werden ferner Aspekte der Steuerkomponenten gezeigt.

   In der dargestellten Ausführungsform umfassen die Steuerkomponenten das Steuergerät 160 und Steuerleitungen 161. Die Steuerleitungen 161 sorgen für die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 161 und einer Vielzahl von Spaltsonden 701 (von denen in Fig. 3 nur ein Teil gezeigt wird). Die Spaltsonden 701 übertragen über die Kommunikationsleitungen 161 Spaltinformation an das Steuergerät 160. Das Steuergerät 160 verwendet die Spaltinformation, um Anweisungen zu erzeugen und Befehle an eine Vielzahl von Durchflussreglern 702 auszugeben. Auch wenn in Fig. 3 nur einer der Durchflussregler 702 gezeigt wird, der in Antwort auf ein Signal von einer der Spaltsonden 701 ein Signal vom Steuergerät 160 empfängt, können andere Durchflussregler 702 auf ähnliche Weise in Antwort auf Signale von einer oder mehreren der Sonden 701 und/oder auf andere Daten gesteuert werden.

   Zum Beispiel kann der Durchflussregler 702 in Form von Regelventilen und/oder Zusatzgeräten wie Positioniervorrichtungen, Transformatoren, Reglern, Stellantrieben, manuellen Bedienern, Ventilbeschaltungen, Grenzschaltern und andere derartige Vorrichtungen vorliegen. Der Durchflussregler 702 passt die Strömungszumessventile 138 den Anweisungen entsprechend an. Dadurch wird ein Kühlluftstrom für jeden Verteiler 140 separat geregelt und die Kühlung des Gehäuses 120 wird abschnittsweise erreicht (wobei jeder Abschnitt allgemein einem Verteiler 140 entspricht).

[0018] Das Steuergerät 160 kann in jeder mechanischen, elektrischen und/oder optischen Form implementiert werden, einschliesslich in Form einer konventionellen PID-Regelung und/oder Computersteuerung mit einem Computerprogramm.

   Das Computerprogramm, das eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zum Implementieren von logischen Funktionen enthält, kann in jedem computerlesbaren Medium ausgeführt sein, das durch oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungsystem, -apparat oder -gerät wie z.B. einem System auf Rechnerbasis, einem System mit Prozessor oder einem sonstigen System verwendet werden, das Anweisungen aus dem Anweisungsausführungssystem, -apparat oder -gerät abrufen und die Anweisungen ausführen kann. Im Kontext dieses Dokuments kann ein "computerlesbares Medium" jedes Mittel sein, das das Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Anweisungsausführungssystem, -apparat oder -gerät enthalten, speichern, übertragen, ausbreiten oder transportieren kann.

   Das computerlesbare Medium kann zum Beispiel, aber ohne darauf beschränkt zu sein, ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, -apparat, -gerät oder ein Ausbreitungsmedium sein. Spezifischere Beispiele (eine nicht erschöpfende Liste) der computerlesbaren Medien würden folgendes einschliessen: eine elektrische Verbindung (elektronisch) mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computerdiskette (magnetisch), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) (elektronisch), einen Nur-Lese-Speicher (ROM) (elektronisch), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher) (elektronisch), eine Lichtleitfaser (optisch) und eine tragbare Compact Disc ohne Schreibmöglichkeit (CDROM) (optisch).

   Es ist anzumerken, dass das computerlesbare Medium sogar Papier oder ein sonstiges geeignetes Medium sein kann, auf dem das Programm gedruckt ist, da das Programm zum Beispiel durch optische Abtastung des Papiers oder sonstigen Mediums elektronisch erfasst werden kann, dann kompiliert, interpretiert oder bei Bedarf auf andere geeignete Weise verarbeitet und dann in einem Computerspeicher gespeichert werden kann.

   Zusätzlich schliesst der Umfang bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Ausführung der Funktionalität der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Logik ein, die in hardware- oder softwarekonfigurierten Medien ausgeführt ist.

[0019] Wie anzunehmen ist, kann das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 verschiedene Komponenten einschliessen, die allgemein zur Signalerfassung, Verarbeitung und Komponentensteuerung verwendet werden.

   Diese umfassen mindestens eines von einem Prozessor, einem Arbeitsspeicher, einem Datenspeicher, einer Stromversorgung, einem Satz maschinenlesbarer Anweisungen, die in maschinenlesbaren Medien (d.h., Software) gespeichert sind, einem Draht, einem Kabel, einer Lichtleitfaser, einer Verbindung, einem Anschluss, einer Schnittstelle (einschliesslich drahtloser Implementierungen) und anderer derartiger Komponenten. Dementsprechend können Ausführungsformen des durchflussgesteuerten Prallluftkühlsystems 700 Software zum Empfangen von Spaltinformation und Steuern jedes Durchflussreglers 702 umfassen. Die Steuerung kann auf einer Echtzeitbasis erfolgen (d.h., so schnell, wie die Durchführung der Spaltregelung während des Betriebs der Turbine 110 vom Benutzer oder Konstrukteur gewünscht wird).

   Neben der Spaltinformation können auch andere Eingabedaten benutzt werden, einschliesslich der lokalen Gehäusetemperatur, Vibrationsdaten und andere Prozessparameter.

[0020] Eine technische Auswirkung ist, dass das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 maschinenausführbare Anweisungen einschliessen kann, die auf maschinenlesbaren Medien gespeichert sind, wobei die Anweisungen den Betrieb des durchflussgesteuerten Prallluftkühlsystems 700 und seiner Komponenten gewährleisten.

[0021] Bezug nehmend auf die beispielhafte Ausführungsform, die in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, können die Prallluftkühlverteiler 140 an die Umrisse des Zielbereichs des Turbinengehäuses 120 angepasst sein.

   Jeder Prallluftkühlverteiler 140 kann eine Oberplatte 142 mit Speiserohr 144, eine Unterplatte 146 mit mehrfachen Prallluftlöchern 148, Seitenstücke, Tragbeine 150 und Niederhalter 152 umfassen. Die Prallluftlöcher 148 erlauben Luft, aus dem Prallluftkühlverteiler 140 zum Turbinengehäuse 120 zu strömen, um das Turbinengehäuse 120 selektiv zu kühlen.

[0022] Die Prallluftlöcher 148 sind allgemein in einer Gruppe angeordnet. In einer beispielhaften Ausführungsform können die Prallluftlöcher 148 im Bereich von etwa 1,25 Zoll bis etwa 2,5 Zoll beabstandet sein. In einer beispielhaften Ausführungsform können die einzelnen Prallluftlöcher 148 eine Grösse zwischen etwa 0,12 Zoll und etwa 0,2 Zoll haben. Die variablen Lochgrössen und Abstände sind notwendig, um die Uneinheitlichkeit der Turbinengehäusegeometrie auszugleichen.

   Die Grösse und Lage der Prallluftlöcher 148 auf der Unterplatte 146 bewirken einen einheitlichen Wärmeübertragungskoeffizienten über das Gehäuse hinweg, das vom durchflussgesteuerten Prallluftkühlsystem 700 gekühlt werden soll. Die Prallluftlöcher sind aber nicht auf diese Grössen oder Abstände eingeschränkt. Die Entfernung zwischen der Ober- 142 und Unterplatte 146 kann auch bemessen sein, um interne Druckschwankungen zu minimieren, was einheitliche Kühlloch-Druckverhältnisse zur Folge hat.

[0023] Die Spaltentfernung zwischen den Prallluftkühlverteilerunterplatten 146 und dem Turbinengehäuse 120 beeinflusst den Wärmeübertragungskoeffizienten. Ein zu grosser Spalt kann zu einem nicht optimalen Wärmeübertragungskoeffizienten führen. Ein zu kleiner Spalt kann zu einem Wärmeübertragungskoeffizienten führen, der sowohl nicht optimal auch uneinheitlich ist.

   In einer beispielhaften Ausführungsform gewährleistet ein Spalt zwischen etwa 0,5 Zoll und etwa 1,0 Zoll einen geeigneten Wärmeübertragungskoeffizienten. Der Spalt ist aber nicht auf diesen Bereich beschränkt und kann jede Entfernung sein, die einen geeigneten Wärmeübertragungskoeffizienten gewährleistet.

[0024] Wie in Fig. 6 dargestellt, sind die mehrfachen Prallluftkühlverteiler 140 direkt über der Sollkühlfläche (d.h., entgegengesetzt zum Spalt 128) am Gehäuse 120 der Turbine befestigt. Die Prallluftkühlverteiler 140 sind so angeordnet, dass ein grosser Abstand zwischen ihren Kanten und vom Gehäuse abstehenden Vorsprüngen vorhanden ist. Dies gewährt der durch die Prallluftlöcher 148 strömenden Luft einen freien Weg zum Austritt von unter dem Prallluftkühlverteiler 140 zur Umgebung.

   In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Abstand zwischen zwei benachbarten Prallluftkühlverteilern 140 zwischen etwa 1 Zoll bis etwa 30 Zoll betragen und ist von den Gehäusevorsprüngen und Flanschverbindungen abhängig. Der Abstand ist nicht auf diese Entfernung eingeschränkt und kann jeder geeignete Abstand sein. Die Prallluftkühlverteuer 140 können auch für jeden der Axialflansche eine Prallluftkühlung gewährleisten, einschliesslich der horizontal geteilten Verbindung.

[0025] Nun auf Fig. 7 Bezug nehmend, wird eine andere Ausführungsform des durchflussgesteuerten Prallluftkühlsystems 700 gezeigt. In Fig. 7 umfasst das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 Vorrichtungen, um den Spalt während des Betriebs zu messen (d.h., Online-Messung). In dieser Ausführungsform weist die Spaltmessvorrichtung die Vielzahl von Spaltsonden 701 auf.

   Beispielhafte Ausführungsformen der Spaltsonden 701 schliessen Sonden ein, die durch Anwendung mindestens einer von mechanischen, elektrischen, elektromechanischen, magnetischen, elektromagnetischen, optischen sowie anderen Technologien betrieben werden. Die Spaltsonden 701 sind allgemein gleichmässig verteilt, um die Messung von Aspekten des Spalts 128 zu gewährleisten, wie z.B. die Bestimmung der Nähe des Turbinengehäuses 120. Die Spaltmessvorrichtungen stellen Spaltinformation für jeden der Prallluftkühlverteiler 140 bereit.

[0026] Das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 umfasst auch eine Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen. In der veranschaulichten Ausführungsform schliessen die Durchflussregelungsvorrichtungen Durchflussregler 702 ein.

   Jeder der Durchflussregler 702 ist geeignet, den Kühlluftstrom vom Speiserohr 144 zum jeweiligen Prallluftkühlverteiler 140 zu regeln. Durch Verwendung des Durchflussreglers 702 ist es dadurch möglich, den Kühlluftstrom zu ausgewählten Abschnitten des Turbinengehäuses 120 fein zu regeln.

[0027] In einer anderen Ausführungsform des durchflussgesteuerten Prallluftkühlsystems 700 kann die Kühlmenge, die für jeden der Prallluftkühlverteiler 140 benötigt wird, bekannt sein. Dies kann der Fall sein, wenn das Exzentrizitäts- und Unrundheitsbild bekannt ist (was bei einigen Gasturbinen 110 der Fall sein kann). Daher werden in dieser Ausführungsform die Spaltmessvorrichtungen nicht direkt in die Gasturbine 110 integriert.

   Das heisst, die Spaltmessvorrichtungen (d.h., eine Spaltinformationsquelle) kann zum Beispiel Vorrichtungen umfassen, die während der Konstruktion, Montage oder Wartung zur Durchführung von Messungen benutzt werden (d.h., Offline-Messung). Nicht einschränkende Beispiele schliessen optische Vorrichtungen (zum Beispiel ein optisches Messsystem), Hochfrequenz-Vorrichtungen (zum Beispiel ein Mikrowellen-Messsystem), magnetische Vorrichtungen (zum Beispiel ein magnetisches Messsystem) und mechanische Vorrichtungen wie Mikrometer, Messschieber, Tastlehren und digitale oder analoge Ausführungsformen davon ein.

[0028] Ferner können die Durchflussregelungsvorrichtungen eine Vielzahl von Öffnungen geeigneter Grösse sein, statt oder zusätzlich zum Durchflussregler 702.

   Hierin bezieht sich der Ausdruck "Öffnung" auf eine Strömungseinschränkung, die vorbestimmte Eigenschaften aufweist, um den Durchfluss auf eine gewünschte Menge einzuschränken.

[0029] Ferner kann in einigen Fällen Software vorgesehen sein, die die Anpassung der Strömungskonfigurationen auf der Basis der Betriebszustände gewährleistet.

[0030] Demnach werden gegenüber früheren Lösungen für das Problem der Exzentrizität und Unrundheit, das hauptsächlich durch Vergrösserung des Kaltspalts von Gasturbinen angesprochen wurde, Vorteile erreicht. Die Vorteile sind eine niedrigere Wahrscheinlichkeit der Reibung sowie ein erhöhter Wirkungsgrad.

[0031] In einigen Ausführungsformen wird das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 als ein Satz bereitgestellt.

   Zum Beispiel kann das durchflussgesteuerte Prallluftkühlsystem 700 als eine Nachrüstoption für eine bestehende Gasturbine angeboten werden. In manchen Fällen umfasst der Nachrüstsatz als nicht einschränkendes Beispiel Spaltmessvorrichtungen zur Spaltmessung während des Betriebs (wie die Spaltsonden 701, die oben erläutert wurden), Durchflussregelungsvorrichtungen zur Kühlluftstromregelung während des Betriebs (wie der Durchflussregler 702, der oben erläutert wurde), eine Vielzahl von Prallluftkühlverteilern 140 und die Kühlluftquelle 131. Andere Ausrüstungen können je nach Bedarf enthalten sein.

   Zum Beispiel kann der Satz Verarbeitungskomponenten wie ein Steuergerät, einen Prozessor, Datenspeicher, Arbeitsspeicher, eine Kommunikationskomponente, eine Schnittstelle, eine elektromechanische Einheit (wie die Servogeräte zum Betreiben der Durchflussregler 702) und maschinenausführbare Anweisungen umfassen, die auf maschinenlesbaren Medien gespeichert sind, wobei die Anweisungen die Steuerung des Betriebs des durchflussgesteuerten Prallluftkühlsystems 700 gewährleistet.

[0032] Auch wenn die hierin beschriebene Technologie in Bezug auf eine Gasturbine veranschaulicht wurde, kann sie auch in Verbindung mit einer Vielfalt von anderen Turbinenmaschinen verwendet werden, einschliesslich öl-, kohlebefeuerter, Dampf- oder anderer Turbinen- und Kompressortypen.

[0033] Obwohl die Erfindung Bezug nehmend auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, versteht es sich,

   dass verschiedene Änderungen möglich sind und Äquivalente für Elemente davon eingesetzt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung sich nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt, die als beste Art der Ausführung dieser Erfindung offenbart wurde, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen einschliesst, die im Rahmen der beiliegenden Ansprüche liegen.

Claims (10)

1. Turbine (110), umfassend: eine Vielzahl von Turbinen (110)-Schaufeln (122), die in einem Gehäuse (120) angeordnet sind, wobei die Anordnung einen Spalt (128) zwischen den Spitzen (123) der Schaufeln (122) und dem Gehäuse (120) aufweist; eine Vielzahl von Verteilern (140), die nahe am Gehäuse (120) entgegengesetzt zum Spalt (128) angeordnet sind, wobei jeder der Verteiler (140) eine Vielzahl von Prallluftlöchern (148) in seiner Oberfläche aufweist; eine Spalt (128)-Informationsquelle; und eine Kühlluft (131)-Quelle, um ausgewählte Verteiler (140) durch eine Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen der Spalt (128)-Information entsprechend mit Kühlluft (131) zu versorgen.

2. Turbine (110) nach Anspruch 1, wobei die Spalt (128)-Informationsquelle ein Instrument zur Online-Messung oder Offline-Messung des Spalts (128) umfasst.

3. Turbine (110) nach Anspruch 1, wobei die Spalt (128)-Informationsquelle mindestens eines von einer optischen Vorrichtung, einer Hochfrequenz-Vorrichtung, einer magnetischen Vorrichtung und einer mechanischen Vorrichtung umfasst.

4. Turbine (110) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Durchflussregelungsvorrichtung einen Durchflussregler umfasst.

5. Turbine (110) nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Durchflussregelungsvorrichtungen eine Öffnung umfasst.

6. Turbine (110) nach Anspruch 1, ausserdem umfassend ein Steuergerät (160), um die Spalt (128)-Information während des Betriebs der Gasturbine (110) zu empfangen und den Durchfluss durch jede der Durchflussregelungsvorrichtungen zu regeln.

7. Ein durchflussgesteuertes Prallluftkühlsystem (700) für eine Turbine (110), wobei das System umfasst: eine Vielzahl von Verteilern (140), die nahe an einem Gehäuse (120) der Gasturbine (110) und entgegengesetzt zu einem Spalt (128) zwischen Spitzen (123) der darin befindlichen Turbinen (110)-Schaufeln (122) angeordnet sind, wobei jeder der Verteiler (140) eine Vielzahl von Prallluftlöchern (148) in seiner Oberfläche aufweist; mindestens eine Spalt (128)-Messvorrichtung, um Spalt (128)-Information bereitzustellen; eine Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen, um den Luftkühlstrom zur Vielzahl von Verteilern (140) zu regeln; und eine Kühlluft (131)-Quelle, um ausgewählte Verteiler (140) durch die Vielzahl von Durchflussregelungsvorrichtungen der Spalt (128)-Information entsprechend mit Kühlluft (131) zu versorgen.

8. System nach Anspruch 7, ausserdem umfassend Verarbeitungskomponenten, um den Betrieb des Systems zu regeln.

9. System nach Anspruch 8, wobei die Verarbeitungskomponenten mindestens eines umfassen von: einem Steuergerät (160), einem Prozessor, einem Datenspeicher, einem Arbeitsspeicher, einer Kommunikationskomponente, einer Schnittstelle, einer elektromechanischen Einheit und machinenausführbaren Anweisungen, die auf maschinenlesbaren Medien gespeichert sind.

10. System nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Spalt (128)-Messvorrichtung mindestens eines umfasst von einer optischen Vorrichtung, einer Hochfrequenz-Vorrichtung, einer magnetischen Vorrichtung und einer mechanischen Vorrichtung.