CH702160A2

CH702160A2 - Gasturbine mit einem erwärm-/kühlbaren Turbinengehäuse zur Steuerung des Toleranzspielraums von Laufschaufeln und Laufradmantel.

Info

Publication number: CH702160A2
Application number: CH01791/10A
Authority: CH
Inventors: Hua Zhang; Yang Liu
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-05-13
Also published as: DE102010038275A1; US20110103939A1; JP2011094615A; CN102052106A

Abstract

Eine Gasturbine weist ein Turbinengehäuse (30) auf, das dazu eingerichtet ist, einen Turbinenlaufradmantel (38, 40, 42) zu haltern, der benachbart zu einer Turbinenlaufschaufel (32, 34, 36) angeordnet ist. Zu einem Wärmeleitungsrohr (62) gehören ein erstes Ende (72) das mit dem Turbinengehäuse (40) thermisch verbunden ist, und ein zweites Ende (74), das sich von dem Gehäuse (40) nach aussen erstreckt. Ein Erwärmungs/Kühlungs-System (76) ist mit dem zweiten Enden (74) des Wärmeleitungsrohrs (62) thermisch verbunden und weist ein thermisches Mittel (78) auf, das dazu eingerichtet werden kann, mit dem zweiten End (74) des Wärmeleitungsrohrs (62) thermische Energie auszutauschen. Das thermische Mittel (78) kann dazu eingerichtet werden, thermische Energie von dem zweiten Ende (74) des Wärmeleitungsrohrs (62) abzuführen, um thermische Energie von dem Turbinengehäuse (30) abzuführen, und es kann dazu eingerichtet werden, dem zweiten Ende (74) des Wärmeleitungsrohrs (62) thermische Energie hinzuzufügen, um dem Turbinengehäuse (30) thermische Energie hinzuzufügen.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Die hierin beschriebene Erfindung betrifft Gasturbinen und speziell Turbinen, die innere und äussere Turbinengehäuse aufweisen, die dazu eingerichtet sind, eine aktive Steuerung des Toleranzspielraums von Laufschaufeln und Mänteln einer Turbine zu ermöglichen.

[0002] In Gasturbinen können die stationären Heissgaspfadturbinentriebwerkskomponenten, beispielsweise die Turbinenleitapparate und Turbinenschaufelmäntel, an Turbinengehäusestrukturen angebracht sein, die eine grosse thermisch wirksame Masse aufweisen. Infolgedessen sind die Turbinenschaufelmäntel, während sich das Turbinengehäuse thermisch verformt, anfällig für (positive wie auch negative) Turbinenlaufschaufeltoleranzprobleme. Spezieller ist der Toleranzspielraum zwischen Turbinenlaufschaufeln und Mänteln den thermischen Eigenschaften der Turbine unterworfen, wie sie sich während Dauerbetriebs- und Übergangsbetriebszuständen durch thermische Ausdehnung oder Schrumpfen des Turbinengehäuses zeigen. Der Toleranzspielraum zwischen Turbinenlaufschaufeln und Mänteln, insbesondere bei industriellen Schwerlastgasturbinen, ist gewöhnlich durch die grösste Annäherung zwischen den Mänteln und den Turbinenlaufschaufelspitzen bestimmt, die gewöhnlich während eines Temperatureinschwingvorgangs auftritt.

[0003] Der Toleranzspielraum zwischen Turbinenlaufschaufelspitze und Mantel ist massgebend für eine verbesserte thermodynamische Leistung der Gasturbine. Eine durch thermische Belastungen hervorgerufene Turbinengehäuseverformung offenbart sich als eine Abweichung der radialen Position der Turbinenschaufelmäntel. Eine solche Abweichung kann, wie erwähnt, durch grössere Betriebstoleranzspielräume zwischen Turbinenlaufschaufelspitzen und Mänteln berücksichtigt werden. Allerdings kann sich eine derartige Anpassung nachteilig auf die thermo-dynamische Leistung des Turbinentriebwerks auswirken.

[0004] Heissgaspfadkomponenten in Gasturbinen können zum Kühlen von Flächen, die hohen Abgastemperaturen ausgesetzt sind, Luftkonvektion und Luftfilmtechniken nutzen. Von dem Turbinenverdichter wird hochverdichtete Luft abgezweigt, was mit Wirkungsgradverlusten der Gasturbine verbunden ist. Dampfkühlung von Heissgaspfadkomponenten nutzt verfügbaren Dampf, der beispielsweise von einem zugeordnetem Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG) und/oder von einer Dampfturbine eines Kombinationszykluskraftwerks stammt. Gewöhnlich ist durch den Einsatz von Dampfkühlung eine Nettowirkungsgradsteigerung vorhanden, insofern als die Leistungsvorteile, die durch ein Nichtentziehen von Verdichterzapfluft erzielt werden, die Verluste mehr als wettmachen, die damit verbunden sind, wenn Dampf als ein Kühlfluid eingesetzt wird, anstatt Energie für den Antrieb der Dampfturbine zu erzeugen.

[0005] Es besteht daher ein Bedarf, die Abweichung eines Radialspiels zwischen den Turbinenlaufschaufelspitzen und Mänteln zu reduzieren, während ausserdem die Verwendung von Verdichterluft oder Kraftwerksdampf verringert oder eliminiert wird, um dadurch den Wirkungsgrad der Gasturbine und damit verbundener Komponenten zu verbessern.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0006] Gemäss einem Aspekt der Erfindung ist ein Turbinengehäuse dazu eingerichtet, einen Turbinenlaufradmantel zu haltern, der zu einer Turbinenlaufschaufel benachbart angeordnet ist. Ein Wärmeleitungsrohr hat ein erstes Ende, das mit dem Turbinengehäuse thermisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das sich von dem Gehäuse nach aussen erstreckt. Ein Erwärmungs/Kühlungs-System ist mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermisch verbunden und weist ein thermisches Mittel auf, das dazu eingerichtet werden kann, thermische Energie mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs auszutauschen. Das thermische Mittel kann dazu eingerichtet werden, thermische Energie von dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs abzuführen, um thermische Energie von dem Turbinengehäuse abzuführen, und kann dazu eingerichtet werden, dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie hinzuzufügen, um dem Turbinengehäuse thermische Energie hinzuzufügen.

[0007] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Gasturbinentriebwerk eine Turbine, zu der gehören: ein Rotor, der dazu eingerichtet ist, um eine Welle zu rotieren; eine Turbinenlaufschaufel, die sich von dem Rotor radial nach aussen erstreckt, um benachbart zu einem Turbinenlaufradmantel zu enden; und ein Turbinengehäuse, das dazu eingerichtet ist, den Turbinenlaufradmantel benachbart zu der Turbinenlaufschaufel zu haltern. Ein Wärmeleitungsrohr weist ein erstes Ende, das mit dem Turbinengehäuse thermisch verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das sich von dem Gehäuse nach aussen erstreckt. Ein Erwärmungs/Kühlungs-System ist mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermisch verbunden und weist ein thermisches Mittel auf, das dazu eingerichtet werden kann, thermische Energie mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs auszutauschen, um thermische Energie von dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs abzuführen und dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie hinzuzufügen.

[0008] Gemäss noch einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Gasturbine eine Turbine, zu der gehören: ein Rotor, der dazu eingerichtet ist, um eine Welle zu rotieren; eine Turbinenlaufschaufel, die sich von dem Rotor radial nach aussen erstreckt, um benachbart zu einem Turbinenlaufradmantel zu enden; ein inneres Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, den Turbinenlaufradmantel benachbart zu der Turbinenlaufschaufel zu haltern; und ein äusseres Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, das innere Gehäuse zu stützen. Ein Wärmeleitungsrohr weist ein erstes Ende, das mit dem Turbinengehäuse thermisch verbunden ist, und ein zweites Ende auf, das sich von dem Gehäuse nach aussen erstreckt. Ein Erwärmungs/Kühlungs-System ist mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermisch verbunden und weist ein thermisches Mittel auf, das dazu eingerichtet werden kann, thermische Energie mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs auszutauschen, um thermische Energie von dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs abzuführen und dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie hinzuzufügen.

[0009] Diese und andere Vorteile und Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0010] Der als die Erfindung erachtete Gegenstand wird in den der Beschreibung beigefügten Patentansprüchen speziell aufgezeigt und gesondert beansprucht. Die vorausgehend erwähnten und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich:

[0011] Fig. 1 zeigt eine axiale Querschnittsansicht durch einen Abschnitt einer exemplarischen Gasturbine gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

[0012] Fig. 2 zeigt eine vergrösserte Ansicht eines Schnitts durch einen Abschnitt der Gasturbine von Fig. 1;

[0013] Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitungsrohrs der Gasturbine von Fig. 1in einem Betriebsmodus;

[0014] Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels eines in Fig. 3 gezeigten Wärmeleitungsrohrs in einem weiteren Betriebsmodus;

[0015] Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wärmeleitungsrohrs der Gasturbine von Fig. 1 in einem Betriebsmodus; und

[0016] Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht des Ausführungsbeispiels eines in Fig. 5 gezeigten Wärmeleitungsrohrs in einem weiteren Betriebsmodus.

[0017] Die detaillierte Beschreibung erläutert anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung, zusammen mit Vorteilen und Merkmalen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0018] Fig. 1 und 2 veranschaulichen einen Abschnitt eines Gasturbinentriebwerks 10. Das Triebwerk ist um eine longitudinale oder axiale Mittelachse achsensymmetrisch und enthält einen mehrstufigen Axialverdichter 12. Bei 16 tritt Luft in den Einlass des Verdichters ein, wird durch den Axialverdichter 12 verdichtet und wird anschliessend zu einer Brennkammer 18 ausgestossen, wo Brennstoff, z.B. Erdgas, mit der verdichteten Luft verbrannt wird, um Hochtemperaturverbrennungsgas für den Antrieb einer Turbine 20 zu erzeugen. In der Turbine 20 wird die Energie des heissen Verbrennungsgases in Arbeit umgewandelt, von der ein Teil genutzt wird, um den Verdichter 12 anzutreiben. Die restliche in dem heissen Verbrennungsgas verfügbare Energie steht für Nutzarbeit zur Verfügung, um beispielsweise eine Last, z.B. einen (nicht gezeigten) Generator, zur Erzeugung von Elektrizität anzutreiben.

[0019] Nach der Verbrennung treibt das heisse Verbrennungsgas den Turbinenabschnitt 20 an, der in einem Ausführungsbeispiel drei oder mehr aufeinander folgende Stufen enthalten kann, die durch drei Rotoranordnungen 22, 24 und 26 repräsentiert sind, die das Turbinenlaufrad 28 bilden und drehbar in einem Turbinengehäuse 30 angebracht sind. Jede Rotoranordnung trägt eine Reihe von Turbinenlaufschaufeln 32, 34 und 36, die sich von dem Turbinenlaufrad 28 radial nach aussen erstrecken, um benachbart zu Turbinenlaufschaufelmänteln 38, 40 und 42 zu enden. Die Turbinenlaufschaufeln 32, 34 und 36 der Rotoranordnungen 22, 24 und 26 sind abwechselnd zwischen feststehenden Leitapparatanordnungen angeordnet, die durch Turbinenleitschaufeln 44, 46 bzw. 48 repräsentiert sind. Dementsprechend sind drei Stufen einer mehrstufigen Turbine 20 veranschaulicht, wobei die erste Stufe Leitapparatschaufeln 44 und Turbinenlaufschaufeln 32 aufweist; die zweite Stufe weist Leitapparatschaufeln 46 und Turbinenlaufschaufeln 34 auf; und die dritte Stufe weist Leitapparatschaufeln 48 und Turbinenlaufschaufeln 36 auf. Es können zusätzliche Stufen in der Turbine genutzt werden, die gewöhnlich von der Anwendung der Gasturbine 10 abhängen werden.

[0020] In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Turbine eine äussere strukturelle Kapselschale bzw. ein Turbinengehäuse 30 und ein inneres Gehäuse 50 auf. Das innere Gehäuse 50 ist dazu eingerichtet, Turbinenlaufschaufelmäntel 38 und 40 zu tragen, die der ersten und zweiten Stufe zugeordnet sind. Das äussere Gehäuse 70 ist gewöhnlich, wie in Fig. 1 gezeigt, an axial gegenüber liegenden Enden an dem Turbinenauslassrahmen 52 und an seinem stromaufwärts gelegenen Ende an dem Verdichterauslassgehäuse 54 gesichert. In einem nicht als beschränkend zu bewertenden Ausführungsbeispiel können das äussere und innere Gehäuse 50 und 30 jeweils Gehäuseabschnitte, beispielsweise gekrümmte Schalenhälften, aufweisen, die sich für jede Schalenhälfte über 180 Grad um die Achse des Turbinenlaufrads 28 erstrecken. Es ist einsichtig, dass die inneren Gehäuseabschnitte sowie die äusseren Gehäuseabschnitte aus einstückigen Gussstücken oder Rohteilen ausgebildet sein können, die auf Temperaturänderungen ansprechen und als solche sich in Abhängigkeit von jenen Temperaturänderungen ausdehnen oder zusammenziehen.

[0021] Die axiale Ausdehnung des Turbineninnengehäuses 50 kann von einem, bis zu sämtlichen Turbinenstufen stammen. Wie in Fig. 2 veranschaulicht, enthält das innere Gehäuse 50 die ersten beiden der veranschaulichten Turbinenstufen und speziell zwei Stufen von stationären Turbinenlaufschaufelmänteln 38 und 40, die daran angebracht sind. Das innere Gehäuse 50 ist an dem äusseren Gehäuse 30 längs radialer Ebenen angebracht, die senkrecht zu der Achse des Turbinenlaufrads 28 verlaufen können, und an axialen Stellen, die sich gewöhnlich in fluchtender Ausrichtung mit den Turbinenlaufschaufeln 32, 34 und Mänteln 38, 40 der ersten und zweiten Stufe befinden, so dass dadurch eine aufgrund thermischer Verformung auftretende Bewegung der Schale 50 in radialer Richtung ermöglicht wird.

[0022] In einem Ausführungsbeispiel sind zwischen dem äusseren Gehäuse 30 und dem inneren Gehäuse 50 Dampfkühlungsanordnungen 58 und 60 angeordnet, die dazu eingerichtet sind, Kühldampf durch die Turbinenleitschaufein 44 und 46 der ersten bzw. zweiten Stufe zu leiten. Der Dampf dient dazu, die Turbinenleitschaufeln 44 und 46 während des Betriebs der Gasturbine 10 zu kühlen.

[0023] In einem Ausführungsbeispiel trägt das innere Gehäuse 50 eine Reihe von (schematisch gezeigten) Wärmeleitungsrohren 62, die in beabstandeten Intervallen sowohl axial als auch in Umfangsrichtung um den Umfang der Schale 50 angeordnet sein können. In einem Ausführungsbeispiel eines in Fig. 3 und 4gezeigten Wärmeleitungsrohrs 62 weist jedes Wärmeleitungsrohr ein Gehäuse 64 auf, das eine Aussenfläche des Wärmeleitungsrohrs definiert. Im Innern des Gehäuses 64 ist ein absorbierender Docht 66 angeordnet, der einen Dampfhohlraum 68 umgibt. In dem Dampfhohlraum 68 ist ein Wärmeübertragungsmittel 70, z.B. Wasser oder Natrium oder ein sonstiges geeignetes Material, angeordnet. Ein erstes Ende 72 des Wärmeleitungsrohrs ist in dem inneren Gehäuse 50 der Turbine 20 angeordnet, und ein zweites Ende 74 des Wärmeleitungsrohrs 62 erstreckt sich von dem inneren Gehäuse 50 nach aussen und ist einem Erwärmungs/Kühlungs-System 76 zugeordnet, das mittels eines thermischen Mittels 78 arbeitet, um unter gewissen Bedingungen (Fig. 3) thermische Energie von dem zweiten Ende 74 des Wärmeleitungsrohrs 62 abzuführen, und unter sonstigen Bedingungen (Fig. 4), wie weiter unten näher beschrieben, dem zweiten Ende 74 des Wärmeleitungsrohrs 62 thermische Energie hinzuzufügen.

[0024] In einem in Fig. 5 und 6 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel kann das Wärmeleitungsrohr 62 auf einer Festkörperkonstruktion basieren, bei der die thermische Energie durch ein in hohem Masse thermisch leitfähiges, anorganisches kompaktes Wärmeübertragungsmittel 80 absorbiert wird, das an der inneren Wand 82 des Wärmeleitungsrohrgehäuses 64 (z.B. einem kompakten supraleitenden Wärmeleitungsrohr) angebracht ist. In einem Ausführungsbeispiel ist ein Wärmeübertragungsmittel 80 in Form von drei grundlegenden Schichten an der inneren Wand 82 angebracht. Die ersten beiden Schichten sind aus Lösungen zubereitet, die auf die innere Wand 82 des Gehäuses 64 angewendet werden. Zunächst wird die erste Schicht, die in ionischer Form hauptsächlich vielfältige Kombinationen von Natrium, Beryllium, ein Metall, beispielsweise Mangan oder Aluminium, sowie Calcium, Bor und ein dichromatisches Radikal aufweist, bis in eine Tiefe von 0,008 mm bis 0,012 mm in die innere Wand 82 des Gehäuses 64 hinein absorbiert. Daran anschliessend baut sich die zweite Schicht, die in ionischer Form in erster Linie vielfältige Kombinationen von Kobalt, Mangan, Beryllium, Strontium, Rhodium, Kupfer, B-Titan, Kalium, Bor, Calcium, ein Metall, z.B. Aluminium, und das dichromatische Radikal aufweist, auf der Oberseite der ersten Schicht auf und bildet einen Film mit einer Dicke von 0,008 mm bis 0,012 mm über der inneren Wand 82 des Gehäuses 64. Zuletzt basiert die dritte Schicht auf einem Pulver, das vielfältige Kombinationen von Rhodiumoxid, Kaliumdichromat, Radiumoxid, Natriumdichromat, Silberdichromat, monokristallines Silizium, Berylliumoxid, Strontiumchromat, Boroxid, B-Titan und ein Metalldichromat, z.B. Mangandichromat oder Aluminiumdichromat, aufweist, das sich gleichmässig über die innere Wand 82 verteilt. Die drei Schichten werden auf der Innenseite des Wärmeleitungsrohrgehäuses 64 aufgetragen und werden anschliessend wärmepolarisiert, um ein supraleitendes Wärmeleitungsrohr 62 zu bilden, das thermische Energie mit geringem oder überhaupt keinen Nettowärmeverlust überträgt. Das zur Konstruktion des Wärmeleitungsrohrs 62 verwendete Verfahren kann ein beliebiges geeignetes Verfahren sein, z.B. das in dem US-Patent 6 132 823 beschriebene, am 17. Oktober 2000 und mit dem Titel «Supercon-ducting Heat Transfer Medium» veröffentlichte Verfahren.

[0025] Die in einer solchen Anwendung verwendeten anorganischen Verbindungen sind gewöhnlich in Luft instabil, weisen jedoch in einem Vakuum hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Thermische Energie wandert über das kompakte Wärmeübertragungsmittel 80 von einem Hochtemperaturende zu einem Niedertemperaturende des Wärmeleitungsrohrs 62.

[0026] Fig. 3 und 5 veranschaulichen die Anwendung eines Wärmeleitungsrohrs 62 in einem Kühlungsmodus, bei dem thermische Energie von dem inneren Gehäuse 50 der Turbine 20 abgeführt wird. In einem Kühlungsmodus weist das erste Ende 72 des Wärmeleitungsrohrs eine höhere Temperatur auf als das zweite Ende 74 des Wärmeleitungsrohrs, das mit dem Erwärmungs/Kühlungs-System 76 in Verbindung steht. Eine solche Situation kann beispielsweise im Verlauf von Dauerbetriebsbedingungen der Gasturbine 10 auftreten, unter denen es erwünscht ist, Wärme von dem inneren Gehäuse 50 abzuführen, um die Aufrechterhaltung gewünschter Dauerbetriebstemperaturen in den Turbinenstufen zu unterstützen. Von dem inneren Gehäuse 50 wird thermische Energie zu dem ersten Ende 72 des Wärmeleitungsrohrs übertragen, das eine Wärmeübertragung zu dem zweiten Ende 74 einleitet, das durch das Erwärmungs/Kühlungs-System 76 bei einer niedrigeren Temperatur gehalten wird, wobei dem Erwärmungs/Kühlungs-System 76 thermische Energie hinzugefügt wird.

[0027] Fig. 4 und 6 veranschaulichen die Anwendung eines Wärmeleitungsrohrs 62 in einem Erwärmungsmodus, bei dem inneren Gehäuse 50 thermische Energie hinzugefügt wird. In einem Erwärmungsmodus liefert das Erwärmungs/Kühlungs-System 76 thermische Energie zu dem zweiten Ende 74 des Wärmeleitungsrohrs, so dass es eine höhere Temperatur aufweist als das erste Ende 72 des Wärmeleitungsrohrs, das in Verbindung mit dem inneren Gehäuse 50 steht. Eine solche Situation kann beispielsweise im Verlauf von Übergangsbetriebsbedingungen der Gasturbine 10 auftreten, unter denen es erwünscht ist, dem inneren Gehäuse 50 Wärme hinzuzufügen, um die Aufrechterhaltung eines Soll-Toleranzspielraums zwischen den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln 32 und 34 und den Turbinenlaufschaufelmänteln 38 und 40 während des Auftretens unterschiedlicher Wärmeausdehnungsraten zwischen der Rotoranordnung 28 und dem inneren Gehäuse 50 zu unterstützen. Von dem Erwärmungs/Kühlungs-System 76 stammende thermische Energie wird zu dem zweiten Ende 74 des Wärmeleitungsrohrs 62 überführt und an das inneren Gehäuse 50 freigegeben.

[0028] Ein zwischen einem Erwärmungs- und einem Kühlungsmodus wechselndes Betreiben des Wärmeleitungsrohrs, wie es beschrieben ist, ermöglicht es, den Toleranzspielraum zwischen den Turbinenlaufschaufeln 32, 34 und den Turbinenlaufschaufelmänteln 38, 40 während Dauer- und Einschwingturbinenbetriebsbedingungen aufrecht zu erhalten, indem eine Beeinflussung der Temperatur des Turbineninnengehäuses 50 ermöglicht ist, indem mittels des Erwärmungs/Kühlungs-Systems 76, das ausserhalb der Turbine 20 angeordnet und von dieser unabhängig sein kann, thermische Energie zugeführt oder abgeführt wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das innere Gehäuse 50 während eines negativen Temperatureinschwingvorgangs beispielsweise dazu neigen, sich rascher zusammenzuziehen als das Turbinenlaufrad 28, so dass dadurch die Turbinenlaufschaufelmäntel 38 und 40 nach innen in Richtung der Spitzen der Turbinenlaufschaufeln 32 bzw. 34 verschoben werden. In einem solchen Fall wird dem inneren Gehäuse 50 durch die Wärmeleitungsrohre 62 thermische Energie zugeführt, so dass die Rate thermischer Kontraktion der inneren Schale 50 mit Blick auf eine Rate geregelt wird, die der thermischen Kontraktion des Turbinenlaufrads 28 und zugeordneter Turbinenlaufschaufeln 32, 34 ähnelt oder geringer ist, so dass eine Berührung zwischen den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln und der Mäntel vermieden wird. Während des Dauerbetriebs wird die Temperatur der inneren Schale 50 geregelt, indem über die Wärmeleitungsrohre 72 thermischer Energie hinzugefügt oder abgeführt wird, so dass ein vorbestimmter Toleranzspielraum zwischen den Mänteln und den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln aufrecht erhalten wird.

[0029] Während die Erfindung mit Bezug auf Wärmeleitungsrohre beschrieben wurde, die einem inneren Gehäuse einer Turbine zugeordnet sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es kommt in Betracht, dass eine ähnliche Anwendung von Wärmeleitungsrohren auf die äussere Schale des Turbinengehäuses 30 oder auf eine Gasturbine, die ein einziges Gehäuse aufweist, in den Schutzumfang der Erfindung fällt.

[0030] Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es ferner selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.

[0031] Eine Gasturbine weist ein Turbinengehäuse auf, das dazu eingerichtet ist, einen Turbinenlaufradmantel zu haltern, der benachbart zu einer Turbinenlaufschaufel angeordnet ist. Zu einem Wärmeleitungsrohr gehören ein erstes Ende, das mit dem Turbinengehäuse thermisch verbunden ist, und ein zweites Ende, das sich von dem Gehäuse nach aussen erstreckt. Ein Erwärmungs/Kühlungs-System ist mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermisch verbunden und weist ein thermisches Mittel auf, das dazu eingerichtet werden kann, mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie auszutauschen. Das thermische Mittel kann dazu eingerichtet werden, thermische Energie von dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs abzuführen, um thermische Energie von dem Turbinengehäuse abzuführen, und es kann dazu eingerichtet werden, dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie hinzuzufügen, um dem Turbinengehäuse thermische Energie hinzuzufügen.

Claims

1. Gasturbine, aufweisend: ein Turbinengehäuse, das dazu eingerichtet ist, einen Turbinenlaufradmantel zu stützen, der benachbart zu einer Turbinenlaufschaufel angeordnet ist; ein Wärmeleitungsrohr mit einem ersten Ende, das mit dem Turbinengehäuse thermisch verbunden ist, und einem zweiten Ende, das sich von dem Gehäuse nach aussen erstreckt; und ein Erwärmungs/Kühlungs-System, das mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermisch verbunden ist und das ein thermisches Mittel aufweist, das dazu eingerichtet werden kann, mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie auszutauschen, wobei das Erwärmungs/Kühlungs-System dazu eingerichtet werden kann, thermische Energie von dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs abzuführen, um thermische Energie von dem Turbinengehäuse abzuführen, und wobei das thermische Mittel dazu eingerichtet werden kann, dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie zuzuführen, um dem Turbinengehäuse thermische Energie zuzuführen.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitungsrohr ferner aufweist; ein Gehäuse, das eine vakuumdichte innere Kammer definiert; und ein Wärmeübertragungsmittel, das in der vakuumdichten inneren Kammer des Gehäuses angeordnet ist und das dazu eingerichtet ist, die thermische Energie von dem Hochtemperaturende des Wärmeleitungsrohrs zu dem Niedertemperaturende des Wärmeleitungsrohrs zu übertragen, um die thermische Energie an das Kühlmedium freizugeben.

3. Gasturbine nach Anspruch 2, wobei das Wärmeübertragungsmittel eine oder mehrere kompakte Schichten aufweist, die an einer inneren Wand des Gehäuses angebracht sind.

4. Gasturbine, zu der gehören; eine Turbine, die einen Rotor aufweist, der dazu eingerichtet ist, um eine Welle drehend anzutreiben; eine Turbinenlaufschaufel, die sich von dem Rotor radial nach aussen erstreckt, um benachbart zu einem Turbinenlaufradmantel zu enden; ein Turbinengehäuse, das dazu eingerichtet ist, den Turbinenlaufradmantel benachbart zu der Turbinenlaufschaufel zu halten; ein Wärmeleitungsrohr, das ein erstes Ende, das mit dem Turbinengehäuse thermisch verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das sich von dem Gehäuse nach aussen erstreckt; und ein Erwärmungs/Kühlungs-System, das mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermisch verbunden ist und das ein thermisches Mittel aufweist, das dazu eingerichtet werden kann, thermische Energie mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs auszutauschen, wobei das Erwärmungs/Kühlungs-System dazu eingerichtet werden kann, thermische Energie von dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs abzuführen, um dadurch thermische Energie von dem Turbinengehäuse abzuführen, und wobei das Erwärmungs/Kühlungs-System dazu eingerichtet werden kann, dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie hinzuzufügen, um dem Turbinengehäuse dadurch thermische Energie hinzuzufügen.

5. Die Gasturbine nach Anspruch 4, wobei das Wärmeleitungsrohr ferner aufweist; ein Gehäuse, das eine vakuumdichte innere Kammer definiert; ein Wärmeübertragungsmittel, das in der vakuumdichten inneren Kammer des Gehäuses angeordnet ist und das dazu eingerichtet ist, die thermische Energie von dem Hochtemperaturende des Wärmeleitungsrohrs zu dem Niedertemperaturende des Wärmeleitungsrohrs zu übertragen, um die thermische Energie an das Kühlmedium freizugeben.

6. Die Gasturbine nach Anspruch 5, wobei das Wärmeübertragungsmittel eine oder mehrere kompakte Schichten aufweist, die an einer inneren Wand des Gehäuses angebracht sind.

7. Gasturbine, zu der gehören; eine Turbine, die einen Rotor aufweist, der dazu eingerichtet ist, um eine Welle zu rotieren; eine Turbinenlaufschaufel, die sich von dem Rotor radial nach aussen erstreckt, um benachbart zu einem Turbinenlaufradmantel zu enden; ein inneres Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, den Turbinenlaufradmantel benachbart zu der Turbinenlaufschaufel zu halten; ein äusseres Gehäuse, das dazu eingerichtet ist, das innere Gehäuse zu stützen; ein Wärmeleitungsrohr mit einem ersten Ende, das mit dem inneren Gehäuse thermisch verbunden ist, und einem zweiten Ende, das sich von dem Gehäuse nach aussen erstreckt; und ein Erwärmungs/Kühlungs-System, das mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermisch verbunden ist und das ein thermisches Mittel aufweist, das dazu eingerichtet werden kann, mit dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie auszutauschen, wobei das Erwärmungs/Kühlungs-System dazu eingerichtet werden kann, thermische Energie von dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs abzuführen, um dadurch thermische Energie von dem Turbinengehäuse abzuführen, und wobei das Erwärmungs/Kühlungs-System dazu eingerichtet werden kann, dem zweiten Ende des Wärmeleitungsrohrs thermische Energie hinzuzufügen, um dadurch dem inneren Gehäuse thermische Energie hinzuzufügen.

8. Gasturbine nach Anspruch 7, wobei das Wärmeleitungsrohr ferner aufweist; ein Gehäuse, das eine vakuumdichte innere Kammer definiert; ein Wärmeübertragungsmittel, das in der vakuumdichten inneren Kammer des Gehäuses angeordnet ist und das dazu eingerichtet ist, die thermische Energie von dem Hochtemperaturende des Wärmeleitungsrohrs zu dem Niedertemperaturende des Wärmeleitungsrohrs zu übertragen, um die thermische Energie an das Kühlmedium freizugeben.

9. Gasturbine nach Anspruch 8, wobei das Wärmeübertragungsmittel eine oder mehrere kompakte Schichten aufweist, die an einer inneren Wand des Gehäuses angebracht sind.