CH707754A2 - Strömungshülse zur thermischen Steuerung eines doppelwandigen Turbinengehäuses und zugehöriges Verfahren. - Google Patents

Abstract

Ein Turbinengehäuse enthält zumindest eine Wand, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Turbinenstufen in einer Gasturbine zu umschliessen; einen Lufteinlass in der zumindest einen Wand; eine Strömungshülse (54), die an der Innenfläche der zumindest einen Wand angebracht ist, wobei die Strömungshülse (54) zumindest zwei gekrümmte Segmente aufweist. Jedes gekrümmte Segment enthält eine gekrümmte Basis (58), ein Paar von Seitenwänden (60, 62), die sich radial nach aussen von der Basis (58) erstrecken und dabei einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Strömungskanal bilden, der durch die Basis (58), die Seitenwände (60, 62) und die Innenfläche gebildet ist. Der Lufteinlass ist mit dem Strömungskanal ausgerichtet und die Strömungshülse (54) ist dazu eingerichtet, die in den Kanal strömende Luft in Bereiche benachbart zu einer oder zu mehreren Turbinenstufen in Umfangs-, Radial- und Axialrichtungen zu verteilen, einschliesslich entlang der Innenfläche von der zumindest einen Wand.

Description

Hintergrund zu der Erfindung

[0001] Diese Erfindung betrifft allgemein Turbinengehäusekonstruktionen und genauer eine Strömungshülse, die an der Innenfläche einer äusseren Turbinenwand bei einer doppelwandigen Turbinenkonstruktion angeordnet ist.

[0002] Um die Effizienz und die Leistung einer Gasturbine zu maximieren, sollten Spalte zwischen rotierenden (z.B. Rotor) und stationären (z.B. Stator) Komponenten bei einem Minimum gehalten werden. Solche Spalte sollten jedoch auch das Ausdehnung und Zusammenziehen des Rotors und des Stators aufgrund von sich ändernden Temperaturen der Komponenten und der sich ändernden Drehzahlen der rotierenden Komponenten während verschiedener Betriebszustände der Turbine Rechnung tragen. Zum Beispiel dehnen sich Rotor- und Statorkomponenten radial aus, wenn die Temperatur ansteigt, während sich die Rotorkomponenten auch ausdehnen oder zusammenziehen, wenn sich die Drehzahl ändert.

[0003] Eine Mehrzahl von Systemen wurden verwendet, um die radialen und axialen Spalte während aller Zustände des Turbinenbetriebs einzustellen und aufrechtzuerhalten, einschliesslich von Luftverteilersystemen, die Kühl- und Heizluft auf Rotor- und/oder Statorelemente fördern. Allgemein wird die Luft vom Luftkompressor der Gasturbine entnommen und kann auf Turbinenschaufeln, Turbinenräder, Gehäuse oder Turbinenstatorträgerringe verteilt werden. Abhängig vom konkreten Ziel, kann die Luft von verschiedenen Stufen des Kompressors abgezweigt oder kann vom Brennkammergehäuse zur Bereitstellung der notwendigen Heizluft entnommen werden. Das Luftzufuhrsystem kann mit Regelventilen versehen sein, um die Luftströmung und die Temperaturen durch das Mischen von Luft aus verschiedenen Quellen abzustimmen.

[0004] Derartige Systeme waren nicht in Bezug auf alle Aspekte zufriedenstellend, jedoch insbesondere in Bezug auf die Innenfläche der äusseren Wand oder des äusseren Gehäuse bei einer doppelwandigen Gasturbinenkonfiguration.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0005] Bei einem beispielhaften, aber nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel ist eine Strömungshülse vorhanden, die zum Anbringen an eine Innenfläche eines Gehäuses eingerichtet ist, wobei die Strömungshülse aufweist: zumindest zwei gekrümmte Segmente, wobei jedes gekrümmte Segment aufweist: eine Basis, ein Paar von sich radial nach aussen von der Basis erstreckenden Seitenwänden, wodurch zwischen den Seitenwänden ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Strömungskanal zum Leiten von Luft in Umfangsrichtung gebildet ist, und mehrere Strömungsöffnungen in der Basis zum Leiten von Luft in einer Richtung radial nach innen.

[0006] Zumindest eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Rippe kann in der Nähe entgegengesetzter Enden dieser Basis vorhanden sein, um zumindest teilweise Strömungswege an diesen entgegengesetzten Enden der Basis zu bilden.

[0007] Die mehreren Rippen irgendeiner oben erwähnten Strömungshülse können in Nähe entgegengesetzter Enden dieser Basis angeordnet sein, wobei sie mehrere Strömungswege bilden, wobei jeder Strömungsweg dazu eingerichtet ist, Luft zu zumindest einer jeweiligen radial ausgerichteten Öffnung in der Basis zu lenken.

[0008] Die Strömungshülse irgendeines oben erwähnten Typs kann ferner zumindest einen entlang der Basis gebildeten Strömungsweg sowie ein Oberflächenmittel auf der Basis innerhalb des Strömungsweges aufweisen, um Luft in dem zumindest einen Strömungsweg einzufangen und in eine radial ausgerichtete Öffnung in der Basis umzuleiten.

[0009] Die zumindest eine radial ausgerichtete Öffnung kann Einlasse zu radial ausgerichteten Strahldüsen aufweisen, die von einer Unterseite der Basis vorstehen.

[0010] Die Seitenwände von irgendeiner oben erwähnten Strömungshülse können gegenüber der Innenfläche des äusseren Gehäuses derart gekrümmt sein, dass im eingebauten Zustand ein Radialspalt zwischen den Seitenwänden und der Innenfläche gebildet ist, wodurch es der Luft ermöglicht wird, axial in entgegengesetzte Richtungen entlang der Innenfläche des äusseren Gehäuses zu strömen.

[0011] Ein Anbringungsmittel zum Befestigen der Hülse irgendeines oben erwähnten Typs an der Innenfläche des Gehäuses kann, wenn die Strömungshülse eingebaut ist, einen im Wesentlichen gleichmässigen Radialspalt zwischen den Seitenwänden und der Innenfläche bereitstellen, wodurch es Luft ermöglicht wird, axial in entgegengesetzte Richtungen entlang der Innenfläche des äusseren Gehäuses zu strömen.

[0012] Die zumindest zwei gekrümmten Segmente irgendeiner oben erwähnten Strömungshülse enthalten vier gekrümmte Segmente, wobei jedes eine Umfangserstreckung von grösser 0° bis in etwa 90° aufweist.

[0013] Die Strömungshülse irgendeines oben erwähnten Typs kann ferner mehrere radial ausgerichtete Strahldüsen in ausgewählten Abschnitten der Basis aufweisen.

[0014] Bei einem zweiten beispielhaften Aspekt ist ein Turbinengehäuse bereitgestellt, aufweisend: innere und äussere Wände, die dazu eingerichtet sind, eine oder mehrere Turbinenstufen einer Gasturbine zu umschliessen, wobei die inneren und äusseren Wände einen radial dazwischen befindlichen Raum bilden, wobei die äussere Wand mit einem Lufteinlass in den Raum versehen ist; eine Strömungshülse, die an der Innenfläche einer äusseren Wand innerhalb des Raums befestigt ist, wobei die Strömungshülse zumindest zwei gekrümmte Segmente aufweist, wobei jedes gekrümmte Segment aufweist: eine Basis, ein Paar von sich radial nach aussen von der Basis erstreckenden Seitenwänden, wodurch ein sich radial innen vom Lufteinlass in Umfangs-richtung erstreckender Strömungskanal gebildet ist, wobei der Strömungskanal durch die Basis, die Seitenwände und die Innenfläche gebildet ist; wobei der Strömungskanal dazu eingerichtet ist, Luft in entgegengesetzte Umfangs- und Axialrichtungen entlang der Innenfläche strömen zu lassen; und mehrere Strömungsöffnungen in der Basis, um einen Teil der Luft in dem Strömungskanal radial in den Raum zu leiten.

[0015] Bei noch einem anderen beispielhaften Aspekt ist ein Turbinengehäuse bereitgestellt, aufweisend: zumindest eine Wand, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Turbinenstufen in einer Gasturbine zu umschliessen; einen Lufteinlass in der zumindest einen Wand; eine Strömungshülse, die an einer Innenfläche von der zumindest einen Wand befestigt ist, wobei die Strömungshülse zumindest zwei gekrümmte Segmente aufweist, wobei jedes gekrümmte Segment aufweist: eine Basis, ein Paar von sich radial nach aussen von der Basis erstreckenden Seitenwände, wodurch ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Strömungskanal gebildet ist, der durch die Basis, die Seitenwände und die Innenfläche gebildet ist, wobei der Lufteinlass mit dem Strömungskanal ausgerichtet ist; wobei die Strömungshülse dazu eingerichtet ist, die in dem Kanal strömende Luft in Bereiche benachbart zu der einen oder zu den mehreren Turbinenstufen in Umfangs-, Radial- und Axialrichtungen zu verteilen, einschliesslich entlang der Innenfläche von der zumindest einen Wand.

[0016] Die zumindest eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Rippe des oben erwähnten Turbinengehäuses kann benachbart zu entgegengesetzten Enden der Basis angeordnet sein, um zumindest teilweise Strömungswege an diesen entgegengesetzten Enden der Basis zu bilden.

[0017] Die mehreren Rippen irgendeines oben erwähnten Turbinengehäuses können benachbart zu entgegengesetzten Enden der Basis angeordnet sein, wobei sie mehrere Strömungswege bilden, wobei jeder Strömungsweg dazu eingerichtet ist, Luft zu zumindest einer jeweiligen radial orientierten Öffnung in der Basis zu leiten.

[0018] Das Turbinengehäuse irgendeines oben erwähnten Typs kann ferner zumindest einen entlang der Basis gebildeten Strömungsweg und ein Oberflächenmittel auf der Basis innerhalb des Strömungsweges aufweisen, um Luft in dem zumindest einen gebildeten Strömungsweg einzufangen und abzulenken durch eine radial ausgerichtete Öffnung in der Basis und in den Raum.

[0019] Die Öffnungen irgendeines oben erwähnten Turbinengehäuses können Einlasse zu radial ausgerichteten Strahldüsen aufweisen, die von einer Unterseite der Basis und in den Raum vorstehen.

[0020] Die Seitenwände von irgendeinem oben erwähnten Turbinengehäuse können gegenüber der Innenfläche des äusseren Gehäuses derart gekrümmt sein, dass in eingebautem Zustand ein Radialspalt zwischen den Seitenwänden und der Innenfläche gebildet ist, wobei es der Luft in dem Strömungskanal ermöglicht wird, axial in entgegengesetzte Richtungen entlang der Innenfläche der äusseren Wand zu strömen.

[0021] Ein Anbringungsmittel zum Befestigen der Hülse irgendeines oben erwähnten Turbinengehäuses an der Innenfläche des Turbinengehäuses kann, wenn die Strömungshülse eingebaut ist, einen im Wesentlichen gleichmässigen Radialspalt zwischen den Seitenwänden und der Innenfläche bereitstellen, wodurch es der Luft ermöglicht ist, entlang der Innenfläche des äusseren Gehäuses in axial entgegengesetzte Richtungen zu strömen.

[0022] Die zumindest zwei gekrümmten Segmente von irgendeinem oben erwähnten Turbinengehäuse können vier gekrümmte Segmente aufweisen, wobei jedes eine Umfangserstreckung von >0° bis im Wesentlichen 90° aufweist.

[0023] Das Turbinengehäuse von irgendeinem oben erwähnten Typ kann ferner mehrere nach radial innen ausgerichtete Strahldüsen in ausgewählten Abschnitten der Basis aufweisen.

[0024] Die zumindest eine Wand kann innere und äussere Wände aufweisen, die dazu eingerichtet sind, eine oder mehrere Turbinenstufen der Gasturbine zu umschliessen, wobei die inneren und äusseren Wände einen radial dazwischenliegenden Raum bilden, und wobei die ringförmige Hülse mit einer Innenfläche der äusseren Wand innerhalb des Raumes befestigt ist.

[0025] Bei noch einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Bereitstellung von Kühl- oder Heizluft zu einem ausgewählten Bereich in einer Strömungsmaschine bereitgestellt aufweisend: Bereitstellen einer Strömungshülse an einer Wand der Strömungsmaschine innerhalb des ausgewählten Bereichs; Zuführen von Luft zu der Strömungshülse; und Einrichten der Strömungshülse derart, dass die der Strömungshülse zugeführte Luft nur entlang von ausgewählten Oberflächen von den ausgewählten Bereichen innerhalb und ausserhalb der Strömungshülse geleitet wird.

[0026] Die Erfindung wird nun detailliert in Verbindung mit den unten angegebenen Zeichnungen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0027] <tb>Fig. 1<SEP>ist ein vereinfachter Schnitt einer bekannten Gasturbinenkonfiguration, der einen für diese Erfindung interessierenden Bereich enthält; <tb>Fig. 2<SEP>ist eine perspektivische Ansicht eines Strömungshülsensegments von oben in Übereinstimmung mit einem beispielhaften aber nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel, wobei drei Kühlströmungspfade veranschaulicht sind, die durch das Strömungshülsensegment ermöglicht sind; <tb>Fig. 3<SEP>ist eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 dargestellten Strömungshülsensegments von unten; <tb>Fig. 4<SEP>ist eine perspektivische Teilansicht eines doppelwandigen Turbinengehäuses, wobei das Strömungshülsensegment der Fig. 2 und 3 eingebaut ist; <tb>Fig. 5<SEP>ist eine Schnittansicht der eingebauten Strömungshülse, wie in Fig. 4 veranschaulicht, wobei zwei von drei Kühlströmungspfaden veranschaulicht sind, die durch das Strömungshülsensegment ermöglicht sind.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0028] Fig. 1 veranschaulicht eine bekannte Gasturbine 10, die den Kontext für das beispielhafte Ausführungsbeispiel in Bezug auf die Kühlung einer Kammer oder eines Raumes in einem doppelwandigen Turbinengehäuse bildet. Bei dieser bekannten Konfiguration wird Luft von einem Kompressor 12 zu einer Anordnung von Brennereinrichtungen in der Gestalt von «Hülsen» 14 (eine ist dargestellt) abgeführt, die in Umfangsrichtung um die Rotorwelle 16 angeordnet sind. Brennstoff wird den Brennereinrichtungen zugeführt, in denen er mit Luft vom Kompressor gemischt und in der Brennkammer 15 verbrannt wird. Im Anschluss an die Verbrennung, werden die resultierenden Brenngase dazu verwendet, den Turbinenabschnitt 18 anzutreiben, der bei dem vorliegenden Beispiel vier aufeinanderfolgende Stufen aufweist, die durch vier Laufräder 20, 22, 24 und 26 veranschaulicht sind, die auf die Rotorwelle 16 zur Drehung damit montiert sind. Jedes Laufrad trägt eine Reihe von Laufschaufeln, die jeweils durch die Blätter 28, 30, 32 und 34 dargestellt sind. Die Laufräder sind abwechselnd zwischen feststehenden Leitapparten angeordnet, die jeweils durch Leitschaufeln 36, 38, 40 und 42 veranschaulicht sind. Somit wird verstanden werden, dass eine vierstufige Turbine veranschaulicht ist, wobei die erste Stufe Leitschaufeln 36 und Laufschaufeln 28 aufweist, die zweite Stufe Leitschaufeln 38 und Laufschaufeln 30 aufweist, die dritte Stufe Leitschaufeln 40 und Laufschaufeln 32 aufweist und die vierte Stufe Leitschaufeln 42 und Laufschaufeln 34 aufweist.

[0029] Die Turbine 10 enthält ein äusseres strukturelles Gehäuse oder eine äussere Wand 44 und eine innere Wand 46. Die innere Wand 46 trägt Deckbänder 48, 50, die die Laufschaufeln in der ersten Stufe und der zweite Stufe umschliessen. Die äussere Wand 44 ist an axial entgegengesetzten Enden an einem Turbinenabgasgestell befestigt und an einem stromaufwärtsseitigen Ende mit einem Kompressorgehäuse. Es wird verstanden werden, dass die äussere Wand üblicherweise ein Paar von gekrümmten Halbschalen aufweist, die entlang von horizontalen Verbindungsflanschen miteinander verbunden sind. Die axiale Erstreckung der inneren Wand 46 kann von einer bis zu allen Turbinenstufen variieren, aber in Fig. 1 , erstreckt sich die innere Wand entlang der ersten und der zweiten Turbinenstufe.

[0030] Das äussere und das innere Turbinengehäuse oder die äussere und die innere Wand 44, 46 bilden einen Raum 52 radial zwischen der inneren und der äusseren Wand, der etwa die erste und die zweiten Turbinenstufe umspannt, aber es wird verstanden werden, dass zum Zwecke dieser Erfindung, die Form und die axiale Erstreckung des Raumes 52 auch von der Darstellung abweichen kann und zum Beispiel drei oder vier Stufen enthalten kann.

[0031] Nunmehr bezugnehmend auf die Fig. 2 und 3 , ist eine dreiseitige, relativ flache, U-förmige Strömungshülse oder ein Strömungskanal 54 in der Gestalt von separaten gekrümmten Segmenten bereitgestellt, die sich, wie weiter hierin beschrieben, um das Innere oder die Innenfläche 56 der äusseren Wand 44 erstrecken, so dass die äussere Wand im Wesentlichen die offene Seite der Strömungshülse oder des Strömungskanals schliesst. Für die meisten Anwendungen können vier Strömungshülsensegmente 54 vorgesehen sein (zum Beispiel eines pro Quadrant), wobei jedes etwa 45° umspannt. Es wird jedoch verstanden werden, dass die Anzahl und die Krümmungserstreckung der Segmente mit konkreten Anwendungen variieren kann. Im allgemeinsten Sinn kann jede der Hülsen eine Krümmungserstreckung im Bereich von >0° bis im Wesentlichen 90° und vorzugsweise zwischen 30° und 60° abhängig von der spezifischen Anwendung aufweisen. Da die Strömungshülsensegmente im Wesentlichen identisch sind, ist das detaillierte Beschreiben von einem ausreichend.

[0032] Wie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht, ist das Strömungshülsensegment 54 derart geformt, dass es eine Basis 58 enthält, die durch ein Paar von sich radial nach aussen erstreckenden seitlichen Flanschen oder Seitenwänden 60, 62 flankiert ist. Die radial äusseren Kanten der Seitenwände 60, 62 sind gekrümmt, um einen Spalt zwischen den äusseren Kanten der Seitenwände und der Innenfläche 56 der äusseren Wand 44 bereitzustellen. Genauer und anhand eines nicht beschränkenden Beispiels, können die Spalte durch geeignete Dimensionierung von Befestigungsanschlusselementen (weiter unten beschrieben) gebildet werden, die dazu verwendet werden, die Hülsensegmente an der Innenfläche 56 des äusseren Gehäuses oder der äusseren Wand 44 zu befestigen.

[0033] Die Basis 58 des Strömungshülsensegments 54 ist mit vier Befestigungsanschlusselementen 64, 66, 68 und 70 versehen, die dazu verwendet werden, das Strömungshülsensegment 54 an der äusseren Wand 44 zu befestigen (mit inneren Gewinden), vorzugsweise, aber nicht notwendiger Weise unter Verwendung eines vorhandenen Bolzen-Loch-Musters an der äusseren Wand. Die Anzahl und Anordnung der Befestigungsanschlusselemente und der zugeordneten Bolzen kann jedoch mit spezifischen Anwendungen variieren.

[0034] Zwischen den Befestigungsanschlusselementen 64, 66, 68 und 70 ist eine axial ausgerichtete Gruppierung von drei Luftstrahlöffnungen 72 vorhanden, die Einlasse zu den Strahldüsen 74 auf der Unterseite der Strömungshülse 54 bereitstellen (vergleiche Fig. 3 ). In der Nähe der entgegengesetzten Enden des Strömungshülsensegments 54, auf der radial äusseren Seite davon, ist ein Paar von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Luftwegen 76, 78 und 80, 82 vorhanden, die durch jeweils drei vorstehende (sich radial nach aussen erstreckende) Rippen 84, 86, 88 und 90, 92 und 94 gebildet sind. Die Rippen in jeder Gruppe können parallel oder gegeneinander gewinkelt sein, abhängig von der gewünschten Strömungscharakteristik. Am äusseren Ende jedes Weges, befindet sich jeweils eine Haube oder ein anderes Oberflächenmittel 96, 98, 100 und 102, das entlang der Basis strömende Luft auffängt und diese Luft radial nach innen über Luftstrahldüsen 104, 106 und 108, 110 leitet, die radial von der Unterseite der Strömungshülse weg ragen (siehe Fig. 3 ). Die Anzahl, der Abstand und die Anordnung der Strahldüsen kann auch mit spezifischen Anwendungen variieren.

[0035] In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist jedes Strömungshülsensegment 54 an der Innenfläche 56 der äusseren Wand 44 innerhalb des Raums 52 angebracht, was am besten in den Fig. 4 und 5 zu erkennen ist. Wie oben angegeben, umspannt der Raum 52 zumindest die erste und die zweite Turbinenstufe, aber die Erfindung ist weder durch die Anzahl der von den Raum umspannten Stufen beschränkt, noch durch irgendeine bestimmte Breite der Strömungshülse 54. Bei einem Beispiel umspannt der Raum 52 drei Stufen und die Breite der Strömungshülse 54 entspricht in etwa einer Hälfte der axialen Länge des Raumes.

[0036] Ist das Strömungshülsensegment 54 wie in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht eingebaut, sind verschiedene Strömungspfade durch die Strömungshülse in Verbindung mit der Kompressorabluft bereitgestellt, die der Strömungshülse über mehrere Kompressorablufteinlässe 105 bereitgestellt wird, die um die äussere Wand oder um das äussere Gehäuse beabstandet angeordnet sind. Zum Beispiel können vier solcher Einlasse 105 im Wesentlichen in 90»-Intervallen vorgesehen sein, aber diese Anordnung kann variieren. Die drei Strömungspfade, die durch die Verwendung der Strömungshülsensegmente 54 ermöglicht sind, sind in Fig. 2 und teilweise in Fig. 5 dargestellt und sind nachfolgend im Detail beschrieben.

[0037] Erstens wir die Kompressorabluft über den lokalen Einlass 105 in jedes Strömungshülsensegment 54 strömen und dann in entgegengesetzte Umfangsrichtungen entlang der Basis 58 und entlang der Innenfläche 56 der äusseren Wand 44 strömen.

[0038] Zweitens wird ein Teil der Luft wegen der Spalte zwischen den Seitenwänden 60, 62 und der Innenfläche 56 der äusseren Wand in entgegengesetzte axiale Richtungen strömen. Dieser Strömungspfad erstreckt sich entlang und um ausgewählte axiale und radiale Flächen, die den Raum 52 bilden, wodurch eine Konvektionskühlung entlang dieser Flächen bereitgestellt wird. In erheblichem Masse dienen diese beiden ersten Strömungspfade auch zur Erzielung eines höheren Wärmeübertragungskoeffizienten (HTC) für die äussere Wand 44. Durch das Leiten der Luftströmung entlang der Oberflächen, die den Raum 52 bilden, kann die zu dem Raum zugeführte Kühlluft reduziert werden, das es nicht notwendig ist, den gesamten Raum mit Kühlluft zu füllen.

[0039] Drittens sind andere Anteile der Luftströmung durch die drei Gruppen von Strahldüsen radial nach innen gerichtet. Insbesondere wird ein Teil der Luft in die zentral angeordneten Strahldüsen 74 strömen und ein Teil der Luft, der entlang der Basis 58 der Strömungshülse in den Umfangsrichtungen strömt, wird in die Strömungswege 76, 78, 80 und 82 gelangen und durch die Hauben oder die anderen Oberflächenmittel eingefangen und in die Paare von sich radial erstreckenden Strahldüsen 104, 106 und 108, 110 umgelenkt werden. Es ist zu beachten, dass die Rippen 84, 86, 88 und 90, 92, 94 dazu dienen, den Luftstrom entlang der Wege 76, 80 und 82, 84 stromaufwärts der Strahldüsen auszurichten, indem Querströmungskomponenten eliminiert werden. Die verschiedenen Radialströme durch die Strahldüsen im Zentrum und an entgegengesetzten Enden der Strömungshülsensegmente sind dazu vorgesehen, bestimmte Oberflächen von inneren Anordnungen der inneren Wand 44 zu kühlen. Zum Beispiel kann Luft, die aus den Strahldüsen 74, 104, 106 und 108, 110 aus-tritt, eine Prallkühlung der sich axial erstreckenden, in Umfangsrichtung beabstandeten Rippen 112 auf der inneren Wand 46 bewirken. Die Anzahl und die Anordnung der Rippen und der Strahldüsen und die spezifischen Ziele der Radialströme können abhängig von spezifischen Anwendungen und damit verbundenen Turbinengehäusekonstruktionen variieren.

[0040] Bei einem anderen beispielhaften Ausführungsbeispiel, bei dem die Turbinenwand oder das Turbinengehäuse eine einwandige Konstruktion ist, können die Strömungshülsensegmente 54 an der Innenfläche der einzigen Wand befestigt sein, so dass die Axial- und Umfangsströme den HTC der Wand verbessern, während die Radialströme allgemein zu den Leitschaufelbereichen der Stufen gerichtet sind, anstatt auf irgendein spezifisches Oberflächenzielmerkmal, wodurch die Steuerung von radialen Freiräumen zwischen den Leitschaufeln und dem Rotor und zwischen den Laufschaufeln und dem umgebenden Stator (das heisst der einzigen Wand) verbessert sind. Bei diesem Beispiel können die Radialöffnungen im Strömungshülsensegment ausreichen ohne die Notwendigkeit für vorstehende Strahldüsen.

[0041] Somit stellt das beispielhafte Ausführungsbeispiel einen effizienten Mechanismus für das Bereitstellen von Kühl- oder Heizluft zu einem Raum oder einem ausgewählten Bereich innerhalb einer Strömungsmaschine durch mehrere Strömungshülsensegmente zur Verfügung, die an einer Wandfläche der Strömungsmaschine innerhalb des Raums oder des ausgewählten Bereichs angebracht sind, wobei Luft der Strömungshülse zugeführt wird und wobei die Strömungshülse dazu eingerichtet ist, die Luft im Wesentlichen nur entlang von ausgewählten Oberflächen des Raumes oder des ausgewählten Bereichs innerhalb und/oder ausserhalb der Strömungshülse zu verteilen.

[0042] Während hierin verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben sind, wird es anhand der Beschreibung verstanden werden, dass darin verschiedene Kombinationen von Elementen, Abwandlungen oder Verbesserungen durch Fachleute gemacht werden können, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen. Ausserdem können viele Modifikationen gemacht werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehren der Erfindung anzupassen ohne von deren Kernbereich abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht durch das konkrete Ausführungsbeispiel beschränkt ist, das als bevorzugtes Ausführungsbeispiel zum Ausführen der Erfindung beschrieben ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsbeispiele enthält, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

[0043] Ein Turbinengehäuse enthält zumindest eine Wand, die dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Turbinenstufen in einer Gasturbine zu umschliessen; einen Lufteinlass in der zumindest einen Wand; eine Strömungshülse, die an der Innenfläche der zumindest einen Wand angebracht ist, wobei die Strömungshülse zumindest zwei gekrümmte Segmente aufweist. Jedes gekrümmte Segment enthält eine gekrümmte Basis, ein Paar von Seitenwänden, die sich radial nach aussen von der Basis erstrecken und dabei einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Strömungskanal bilden, der durch die Basis, die Seitenwände und die Innenfläche gebildet ist. Der Lufteinlass ist mit dem Strömungskanal ausgerichtet und die Hülse ist dazu eingerichtet, die in den Kanal strömende Luft in Bereiche benachbart zu einer oder zu mehreren Turbinenstufen in Umfangs-, Radial-, und Axialrichtungen zu verteilen, einschliesslich entlang der Innenfläche von der zumindest einen Wand.

Bezugszeichenliste

[0044] <tb>10<SEP>Turbine <tb>12<SEP>Kompressor <tb>14<SEP>Brenner oder «Hülse» <tb>15<SEP>Brennkammer <tb>16<SEP>Rotorwelle <tb>18<SEP>Turbinenabschnitt <tb>20, 22, 24, 26<SEP>Räder <tb>28, 30, 32, 34<SEP>Laufschaufeln <tb>36, 38, 40, 42<SEP>Leitschaufeln <tb>44<SEP>äusseres strukturelles Gehäuse oder äussere Wand <tb>46<SEP>innere Wand <tb>48, 50<SEP>Deckbänder <tb>52<SEP>Raum <tb>54<SEP>Strömungshülse oder Strömungskanal (einschliesslich Segmente davon) <tb>56<SEP>Innenfläche <tb>58<SEP>Basis <tb>60, 62<SEP>Seitenwände <tb>64, 66, 68 und 70<SEP>Befestigungsanschlusselemente <tb>72<SEP>Luftstrahlöffnungen <tb>74, 104, 106, 108, 110<SEP>Luftstrahldüsen <tb>76, 78, 80, 82<SEP>Luftwege <tb>84, 86, 88, 90, 92, 94<SEP>Rippen <tb>96, 98, 100, 102<SEP>Haube oder anderes Oberflächenmittel <tb>105<SEP>Lufteinlässe <tb>112<SEP>Rippen

Claims (10)

1. Strömungshülse, die zur Befestigung an einer Innenfläche eines Gehäuses eingerichtet ist, wobei die Strömungshülse aufweist: zumindest zwei gekrümmte Segmente, wobei jedes gekrümmte Segment aufweist: eine Basis, ein Paar von sich radial nach aussen von der Basis erstreckende Seitenwände, wodurch ein sich in Umfangsrichtung ersteckender Strömungskanal zwischen den Seitenwänden zum Leiten von zu der Hülse zugeführter Luft in Umfangsrichtungen gebildet ist, und mehrere Strömungsöffnungen in der Basis, um Luft in eine Richtung radial nach innen zu leiten.

2. Strömungshülse nach Anspruch 1, wobei zumindest eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Rippe benachbart zu entgegengesetzten Enden der Basis angeordnet ist, um zumindest teilweise Strömungswege an den entgegengesetzten Enden der Basis zu bilden und/oder wobei mehrere Rippen an benachbarten entgegengesetzten Enden der Basis angeordnet sind, wodurch mehrere Strömungswege gebildet sind, wobei jeder Strömungsweg dazu eingerichtet ist, Luft zu jeweils einer radial ausgerichteten Öffnung in der Basis zu lenken.

3. Strömungshülse nach Anspruch 1 und ferner aufweisend zumindest einen gebildeten Strömungsweg entlang der Basis und ein Oberflächenmittel auf der Basis innerhalb des Strömungswegs um Luft in dem zumindest einen Strömungsweg einzufangen und in eine radial orientierte Öffnung in der Basis umzulenken.

4. Strömungshülse nach Anspruch 2, wobei die zumindest eine radial ausgerichtete Öffnung Einlasse für radial ausgerichtete Strahldüsen aufweist, die von einer Unterseite der Basis vorstehen.

5. Strömungshülse nach Anspruch 1, wobei die Seitenwände relativ zu der Innenfläche des äusseren Gehäuses gekrümmt sind, so dass im Einbauzustand ein radialer Spalt zwischen diesen Seitenwänden und der Innenfläche gebildet ist, wodurch es Luft ermöglicht ist, axial in entgegengesetzte Richtungen entlang der Innenfläche des äusseren Gehäuses zu strömen.

6. Strömungshülse nach Anspruch 1, wobei ein Anbringungsmittel zum Befestigen der Hülse an der Innenfläche des Gehäuses, wenn die Strömungshülse eingebaut ist, einen im Wesentlichen gleichmässigen Radialspalt zwischen den Seitenwänden und der Innenfläche bildet, wodurch es Luft ermöglicht ist, axial in entgegengesetzten Richtungen entlang der Innenfläche des äusseren Gehäuses zu strömen.

7. Strömungshülse nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei gekrümmte Segmente vier gekrümmte Segmente aufweisen, wobei jedes eine Umfangserstreckung von grösser 0° bis im Wesentlichen 90° aufweist.

8. Strömungshülse nach Anspruch 1, ferner aufweisend mehrere radial orientierte Strahldüsen in ausgewählten Bereichen der Basis.

9. Turbinengehäuse aufweisend: innere und äussere Wände, die dazu eingerichtet sind, eine oder mehrere Turbinenstufen in einer Gasturbine zu umschliessen, wobei die inneren und äusseren Wände einen radial dazwischenliegenden Raum bilden, wobei die äussere Wand mit einem Lufteinlass in den Raum versehen ist, eine Strömungshülse, die an einer Innenfläche der äusseren Wand innerhalb des Raumes befestigt ist, wobei die Strömungshülse zumindest zwei gekrümmte Segmente aufweist, wobei jedes gekrümmte Segment aufweist: eine Basis, ein Paar von sich radial von der Basis nach aussen erstreckenden Seitenwände, wodurch ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Strömungskanal radial innen von dem Lufteinlass gebildet ist, wobei der Strömungskanal durch die Basis, die Seitenwände und die Innenfläche gebildet ist; wobei der Strömungskanal dazu eingerichtet ist, Luft in entgegengesetzte Umfangs- und Axialrichtungen entlang der Innenfläche zu leiten; und mehrere Strömungsöffnungen in der Basis, um einen Teil der Luft in dem Strömungskanal radial in den Raum zu lenken.

10. Verfahren zum Zuführen von Kühl- oder Heizluft zu einem ausgewählten Bereich in einer Strömungsmaschine, aufweisend: Bereitstellen einer Strömungshülse an eine Wand der Strömungsmaschine innerhalb des ausgewählten Bereichs; Zuführen von Luft zu der Strömungshülse; und Einrichten der Strömungshülse zum Lenken der zu der Strömungshülse zugeführten Luft nur entlang ausgewählter Oberflächen des ausgewählten Bereichs innerhalb und ausserhalb der Strömungshülse.