CH701823B1 - Prallgekühlter hinterer Rahmen eines Übergangsstückkörpers einer Turbinenmaschine. - Google Patents

Abstract

Es ist ein hinterer Rahmen (30) eines Übergangsstückkörpers (20) einer Turbinenmaschine (10) geschaffen, der einen ringförmigen Körper enthält, der in einem ersten Ringraum (23), der zwischen einer Prallhülse (50) und einem Verdichterauslassgehäuse (15) definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum (22), der zwischen dem Übergangsstückkörper (20) und der Prallhülse (50) definiert ist, angeordnet ist und einen Hauptabschnitt mit einer ersten Oberfläche (33), die dem ersten Ringraum (23) zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche enthält, die der zweiten Oberfläche (34) zugewandt ist. Der Hauptabschnitt weist ein Prallloch auf, dass sich durch diesen hindurch von einem Einlass an der ersten Oberfläche (33) des ringförmigen Körpers bis zu einem Auslass an der zweiten Oberfläche des ringförmigen Körpers erstreckt, um einen Fluidströmungsweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum (23), (22) miteinander kommunizieren.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft einen prallgekühlten hinteren Rahmen eines Übergangsstückkörpers einer Turbinenmaschine.

[0002] Gasturbinenmaschinen enthalten allgemein einen Verdichter, der Einlassluft verdichtet, und eine mit dem Verdichter verbundene Brennkammer, in der die verdichtete Einlassluft gemeinsam mit anderen brennbaren Stoffen verbrannt wird. Stromabwärts von der Brennkammer ist eine Turbine angeordnet, um die verbrannten Stoffe aufzunehmen, so dass die Energie der verbrannten Stoffe bei der Erzeugung von beispielsweise Elektrizität verwendet werden kann. Gewöhnlich ist zwischen der Brennkammer und der Turbine ein Übergangsstückkörper angeordnet, der einen Fluidweg bildet, durch den die verbrannten Stoffe strömen.

[0003] In letzter Zeit werden Anstrengungen unternommen, um die Leistung von Gasturbinenmaschinen zu verbessern, indem sie effizienter gestaltet werden. Gasturbinenmaschinen mit vergrösserten Effizienzen zeigen einige wünschenswerte Ergebnisse. Unter diesen ist die Tatsache, dass effiziente Gasturbinenmaschinen meist relativ hohe Prozentanteile ihres zugeführten Brennstoffs verbrennen. An sich können sie dann bei niedrigeren Kosten und mit einer grösseren Kontrolle über Emissionen betrieben werden. Beispiele für derartige Anstrengungen enthalten eine Überwachung und Steuerung von Brennstoffgemischen und Einspritzvorgängen sowie Modifikationen an Strukturen des Verdichters, der Brennkammer und der Turbine, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0004] Gemäss der Erfindung ist ein hinterer Rahmen eines Übergangsstückkörpers einer Turbinenmaschine geschaffen, der einen ringförmigen Körper enthält, der in einem ersten Ringraum, der zwischen einer Prallhülse und einem Verdichterauslassgehäuse definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum angeordnet ist, der zwischen dem Übergangsstückkörper und der Prallhülse definiert ist, und der einen Hauptabschnitt mit einer ersten Oberfläche, die dem ersten Ringraum zugewandt ist, und einer zweiten Fläche enthält, die dem vorderen Ringraum zugewandt ist. Der Hauptabschnitt weist ein Prallloch, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass an der ersten Fläche des ringförmigen Körpers zu einem Auslass an der zweiten Fläche des ringförmigen Körpers erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum ausschliesslich miteinander kommunizieren.

[0005] Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist ein hinterer Rahmen eines Übergangsstückkörpers einer Turbinenmaschine geschaffen, der einen ringförmigen Körper, der in einem ersten Ringraum, der zwischen einer Prallhülse und einem Verdichtungsauslassgehäuse definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum angeordnet ist, der zwischen dem Übergangsstückkörper und der Prallhülse definiert ist, und der einen Hauptabschnitt mit einer ersten Oberfläche, die dem ersten Ringraum zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche enthält, die dem vorderen Ringraum zugewandt ist. Der Hauptabschnitt weist ein Prallloch, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass an der ersten Oberfläche des ringförmigen Körpers zu einem Auslass an der zweiten Oberfläche des ringförmigen Körpers erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum ausschliesslich miteinander kommunizieren.

[0006] Gemäss der Erfindung ist eine Turbinenmaschine geschaffen, die ein Verdichterauslassgehäuse (CDC, Compressor Discharge Casing), einen Übergangsstückkörper, eine Prallhülse, die angeordnet ist, um einen ersten Ringraum mit dem CDC und einen zweiten Ringraum mit dem Übergansstückkörper zu begrenzen, und einen ringförmigen Körper enthält, der mit dem Übergangsstückkörper und der Prallhülse verbunden ist, innerhalb des ersten Ringraums und hinter dem zweiten Ringraum anzuordnen ist und einen Hauptabschnitt mit einer ersten Oberfläche, die dem ersten Ringraum zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche, die dem zweiten Ringraum zugewandt ist, enthält. Der Hauptabschnitt weist ein Prallloch auf, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass an der ersten Oberfläche zu einem Auslass an der zweiten Oberfläche erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum miteinander kommunizieren.

[0007] Diese und weitere Aufgaben und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlicher.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0008] Die Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<SEP>eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbinenbrennkammer gemäss Ausführungsformen der Erfindung; <tb>Fig. 2A , 2B und 2C<SEP>Schnittansichten eines Abschnitts eines hinteren Rahmens eines Übergangsstückkörpers; und <tb>Fig. 3<SEP>eine axiale Schnittansicht des Übergangsstückkörpers gemäss den Fig. 2A , 2B und 2C ; und <tb>Fig. 4<SEP>eine schematisierte radiale Ansicht des hinteren Rahmens nach Fig. 2 .

[0009] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen ohne Beschränkung zu Beispielszwecken unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0010] Unter Bezugnahme auf Fig. 1 kann ein Prallluftstrom-Kühleffekt an einem hinteren Rahmen 30 in einer Gasturbinenmaschine 10 erreicht werden. Die Turbinenmaschine 10 kann ein Verdichterauslassgehäuse (CDC) 15 enthalten, das eine Innenfläche 16 enthält, die Hochdruck-Prallluft beispielsweise von einem Verdichter empfangen kann. Innerhalb des Verdichterauslassgehäuses (CDC) 15 ist ein Übergangsstückkörper 20 angeordnet, der eine Aussenfläche 21 enthält. Dann ist eine Prallhülse 50 angeordnet, um einen ersten Ringraum 23 zwischen der Prallhülse 50 und der Innenfläche 16 des Verdichterauslassgehäuses (CDC) 15 sowie einer ersten Oberfläche 33 des hinteren Rahmens 30 zu begrenzen. Die Prallhülse 50 begrenzt ferner einen zweiten oder vielmehr einen zweiten Ringraum 22 in Zusammenwirkung mit der Aussenfläche 21 des Übergangsstückkörpers 20.

[0011] Stromaufwärts von dem Übergangsstückkörper 20 kann ein Kopfstück 25 betriebsmässig angeordnet sein, das wenigstens mit dem zweiten Ringraum 22 kommunizieren kann. Das Kopfstück 25 kann folglich einen Prallluftstrom (IA, Impingement Airflow) empfangen, der durch ein Prallloch 60 des hinteren Rahmens 30 von dem ersten Ringraum 23 ausgeströmt ist, wie dies nachstehend beschrieben ist.

[0012] Unter Bezugnahme auf Fig. 2A , 2B , 2C und 3 enthält der hintere Rahmen 30 einen ringförmigen Körper 31, der in dem ersten Ringraum 23 und an einer axialen Stelle angeordnet ist, die sich hinter dem zweiten Ringraum 22 befindet. Der ringförmige Körper 31 enthält einen Hauptabschnitt 32, die erste Oberfläche 33, die derart orientiert ist, dass sie dem ersten Ringraum 23 zugewandt ist, und eine zweite Oberfläche 34, die derart orientiert ist, dass sie dem zweiten Ringraum 22 zugewandt ist.

[0013] Das Prallloch 60 erstreckt sich durch den Hauptabschnitt 32 hindurch. Ein Fluidweg erstreckt sich durch das Prallloch 60 von einem Einlass 33a an der ersten Oberfläche 33 zu einem Auslass 34a an der zweiten Oberfläche 34, so dass der erste und der zweite Ringraum 23 und 22 miteinander kommunizieren und in einigen Ausführungsformen ausschliesslich miteinander kommunizieren.

[0014] Mit der Möglichkeit, dass der zweite Ringraum 23 und der erste Ringraum 22 durch das Prallloch 60 miteinander kommunizieren können, ist es möglich, dass ein Hochdruck-Prallluftstrom (IA) so gerichtet werden kann, dass er von dem ersten Ringraum 23 durch das Prallloch 60 hindurch und zu dem zweiten Ringraum 22 hinströmt. Der Prallluftstrom würde in einem derartigen Fall mit Seitenwänden 61 des Pralllochs 60 in Kontakt treten und diese dadurch kühlen. Die Kühlung der Seitenwände 61 steigert die Kühlung des Hauptabschnitts 32.

[0015] Der Hauptabschnitt 32 ist mit dem Übergangsstückkörper 20 beispielsweise über einen Rand 35 des Hauptabschnitts 32 verbunden, der an einen Rand 24 des Übergangsstückkörpers 20 angeschweisst ist.

[0016] Eine Prallhülsendichtung 55 der Prallhülse 50 kann eine Abdichtung zwischen dem ersten Ringraum 23 und dem zweiten Ringraum 22 schaffen. Eine derartige Abdichtung verhindert Strömungsverbindungen zwischen dem äusseren Ringraum 23 und dem zweiten Ringraum 22 bis auf diejenigen Verbindungen, die durch das Prallloch 60 erfolgen. Der Hauptabschnitt 32 weist eine dichtungsaufnahmefähige Nut 51 zur Aufnahme der Prallhülsendichtung 55 auf. Wie in Fig. 2B veranschaulicht, ist die Dichtungsaufnahmenut 51 in einigen Ausführungsformen mit einer Zugangsöffnung 52 ausgebildet, um einen Fluidweg zwischen einem Innenraum der Dichtungsaufnahmenut 51, der mit dem ersten Ringraum 23 kommuniziert, und dem Prallloch 60 zu schaffen. Wie in den Fig. 2A und 2C veranschaulicht, kann eine weitere Dichtung 53 in einer zweiten Dichtungsaufnahmenut 54 (siehe insbesondere Fig. 2C ) aufgenommen sein, um den Hauptabschnitt 32 mit einer Düsenstufe 40 zu koppeln.

[0017] Unter Bezugnahme auf die Fig. 2A und 3 kann das Prallloch 60 mit einem ersten Teilabschnitt 62, der sich durch den Hauptabschnitt 32 hindurch in einer im Wesentlichen radialen Richtung relativ zu einer Mittelachse des Übergangsstückkörpers 20 erstreckt, und einem zweiten Teilabschnitt 63 ausgebildet sein, der sich durch den Hauptabschnitt 32 hindurch in einer im Wesentlichen axialen Richtung relativ zu der Mittelachse des Übergangsstückkörpers 20 erstreckt. Bei dieser Konfiguration kann ein Prallluftstrom, der von dem ersten Ringraum 23 in das Prallloch 60 eintritt, zunächst in einer im Wesentlichen radialen Richtung durch den ersten Teilabschnitt 62 strömen, während anschliessend, nach Erreichen des zweiten Teilabschnitts 63, der Prallluftstrom in einer im Wesentlichen axialen Richtung zu dem zweiten Ringraum 22 hinströmt.

[0018] In einigen Ausführungsformen kann das Prallloch 60 als mehrere Pralllöcher 60 definiert sein. Hier kann jedes einzelne der mehreren Pralllöcher 60 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sein, und es kann ausserdem in einer durch den Hauptabschnitt 32 des ringförmigen Körpers 31 hindurchführenden kreisringförmigen Gruppe von Pralllöchern 60 angeordnet sein. Die Gruppe kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Pralllöcher 60 in einigen Fällen in gleichmässigen Umfangsabständen zueinander oder in anderen Fällen in vorausgewählten Umfangsbereichen des Hauptabschnitts 32 angeordnet sind, von denen bekannt ist, dass sie hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind und folglich ein grösseres Kühlvermögen erfordern.

[0019] Bezugnehmend auf Fig. 4 kann mit dem Prallloch 60, das in Form mehrerer Pralllöcher 60 ausgebildet ist, jedes der mehreren Pralllöcher 60 ferner mit jeweiligen dritten Teilabschnitten 64 ausgebildet sein, die sich in einer im Wesentlichen Umfangsrichtung erstrecken können und die dem Prallluftstrom ermöglichen, von einem Prallloch 60 zu einem anderen in einer Umfangsrichtung relativ zu der Mittelachse des Übergansstückkörpers 20 durch Teile des Hauptabschnitts 32 hindurch fortzuschreiten. Auf diese Weise können die mehreren Pralllöcher 60 eingerichtet sein, um miteinander zu kommunizieren, und es kann ein grösserer Teil des Hauptabschnitts mittels des Prallluftstroms gekühlt werden.

[0020] Die dritten Abschnitte 64 können an verschiedenen axialen und radialen Positionen innerhalb des Hauptabschnitts 32 angeordnet sein. Dies bedeutet, dass der dritte Abschnitt 64 positioniert sein kann, um mit einem beliebigen einzelnen oder beiden von dem ersten und dem zweiten Abschnitt 62 und 63 eines beliebigen speziellen Pralllochs 60 zu kommunizieren. Ausserdem können die dritten Abschnitte 64 angeordnet sein, um in Axialrichtung zueinander ausgerichtet zu sein, oder sie können, wie in Fig. 3 veranschaulicht, in einer serpentinenförmigen Konfiguration angeordnet sein, in der der jeweilige dritte Abschnitt 64 unterschiedlicher Pralllöcher 60 sich durch den Hauptabschnitt 32 an verschiedenen und/oder wechselnden axialen Stellen erstrecken können.

[0021] Eine zusätzliche Kühlung des Hauptabschnitts 32 kann auch durch ein weiteres Prallloch 70 erzielt werden, wie es in den Fig. 2B , 2C und 4 veranschaulicht ist. Das weitere Prallloch 70 erstreckt sich von dem Prallloch 60 aus zu einer hinteren Oberfläche des Hauptabschnitts 32 hin. Bei dieser Konfiguration kühlt der durch das weitere Prallloch 70 strömende Prallluftstrom einen hinteren Teilabschnitt des Hauptabschnitts 32.

[0022] Es ist ein hinterer Rahmen 30 eines Übergangsstückkörpers 20 einer Turbinenmaschine 10 geschaffen, der einen ringförmigen Körper 31 enthält, der in einem ersten Ringraum 23, der zwischen einer Prallhülse 50 und einem Verdichterauslassgehäuse 15 definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum 22, der zwischen dem Übergangsstückkörper 20 und der Prallhülse 50 definiert ist, angeordnet ist und einen Hauptabschnitt 32 mit einer ersten Oberfläche 33, die dem ersten Ringraum 23 zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche 34 enthält, die dem zweiten Ringraum 22 zugewandt ist. Der Hauptabschnitt 32 weist ein Prallloch 60 auf, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass 33a an der ersten Oberfläche 33 des ringförmigen Körpers 31 bis zu einem Auslass 34a an der zweiten Oberfläche 34 des ringförmigen Körpers 31 erstreckt, um einen Fluidströmungsweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum 23, 22 miteinander kommunizieren.

Bezugszeichenliste

[0023] <tb>IA<SEP>Prallluftstrom <tb>10<SEP>Gasturbinenmaschine <tb>15<SEP>Verdichterauslassgehäuse <tb>16<SEP>Innenfläche <tb>20<SEP>Übergangsstückkörper <tb>21<SEP>Aussenfläche <tb>22<SEP>zweiter Ringraum <tb>23<SEP>erster Ringraum <tb>24<SEP>Rand <tb>25<SEP>Kopfstück <tb>30<SEP>hinterer Rahmen <tb>31<SEP>ringförmiger Körper <tb>32<SEP>Hauptabschnitt <tb>33<SEP>erste Oberfläche <tb>33a<SEP>Einlass <tb>34<SEP>zweite Oberfläche <tb>34a<SEP>Auslass <tb>35<SEP>Rand <tb>40<SEP>Düsenstufe <tb>50<SEP>Prallhülse <tb>51<SEP>Dichtungsaufnahmenut <tb>52<SEP>Zugangsöffnung <tb>53<SEP>weitere Dichtung <tb>54<SEP>zweite Dichtungsaufnahmenut <tb>55<SEP>Prallhülsendichtung <tb>60<SEP>Prallloch <tb>61<SEP>Seitenwände <tb>62<SEP>erster Teilabschnitt <tb>63<SEP>zweiter Teilabschnitt <tb>64<SEP>dritter Abschnitt <tb>70<SEP>weiteres Prallloch

Claims (7)

1. Hinterer Rahmen (30) eines Übergangsstückkörpers (20) einer Turbinenmaschine (10), der aufweist: einen ringförmigen Körper (31), der in einem ersten Ringraum (23), der zwischen einer Prallhülse (50) und einem Verdichterauslassgehäuse (15) definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum (22), der zwischen dem Übergangstückkörper (20) und der Prallhülse (50) definiert ist, angeordnet ist und einen Hauptabschnitt (32) mit einer ersten Oberfläche (33), die dem ersten Ringraum (23) zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche (34) enthält, die dem zweiten Ringraum (22) zugewandt ist, wobei der Hauptabschnitt (32) ein Prallloch (60) aufweist, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass (33a) an der ersten Oberfläche (33) des ringförmigen Körpers (31) zu einem Auslass (34a) an der zweiten Oberfläche (34) des ringförmigen Körpers (31) erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum (23, 22) miteinander kommunizieren.

2. Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 1, wobei der Hauptabschnitt (32) ausgebildet ist, um eine Dichtungsaufnahmenut (51) zu definieren, die mit dem Prallloch (60) kommuniziert.

3. Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 1, wobei der Hauptabschnitt (32) mit einem ersten Teilabschnitt (62), der sich in einer radialen Richtung erstreckt, und mit einem zweiten Teilabschnitt (63) ausgebildet ist, der sich in einer axialen Richtung erstreckt.

4. Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 3, wobei der Hauptabschnitt (32) mit einem dritten Abschnitt (64) ausgebildet ist, der sich in einer Umfangsrichtung erstreckt.

5. Hinterer Rahmen (30) eines Übergangsstückkörpers (20) einer Turbinenmaschine (10), nach Anspruch 1, wobei der Hauptabschnitt (32) ein Prallloch (60) aufweist, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass (33a) an der ersten Oberfläche (33) des ringförmigen Körpers (31) zu einem Auslass (34a) an der zweiten Oberfläche (34) des ringförmigen Körpers (31) erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum (23, 22) ausschliesslich miteinander kommunizieren.

6. Turbinenmaschine (10), die ein Verdichterauslassgehäuse (15); einen Übergangsstückkörper (20); sowie einen hinteren Rahmen gemäss Anspruch 1 aufweist.

7. Turbinenmaschine (10) nach Anspruch 6, die ferner ein Kopfstück (25) aufweist, das stromaufwärts von dem Übergangsstückkörper (20) angeordnet ist und mit dem zweiten Ringraum (22) kommuniziert.