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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Gasturbinen und insbesondere
Hilfsflansch-Wärmeableiteinrichtungen
für ein
Turbinengehäuse,
die eine durch Wärmegradienten
verursachte „Unrundheit" reduzieren.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Typische
Turbinengehäuse
sind im Allgemeinen mit einer Anzahl von Abschnitten ausgebildet, die
miteinander verbunden sind. Die Abschnitte können in jeder Orientierung
und in ähnlichen
Anordnungen durch verschraubte Flansche miteinander verbunden sein.
Während
eines transienten Startvorgangs einer Gasturbine können die
horizontalen Verbindungen aufgrund der zusätzlichen Materialmenge, die
benötigt
wird, um den Bolzen aufzunehmen, kälter als der Rest des Gehäuses sein.
Dieser thermische Unterschied kann aufgrund der Tatsache, dass die
Zeitdauer zur Erwärmung
der horizontalen Verbindung länger
sein kann als diejenige für
das umgebende Gehäuse,
bewirken, dass das Gehäuse „unrund" wird. Dieser Zustand
wird auch als Ovalisierung oder „Zusammenziehen" (engl. Pucker) bezeichnet.
Beim Abschalten kann der gegenteilige Zustand auftreten, bei dem
die horizontalen Verbindungen heiß bleiben, während sich
das Gehäuse
rings um diese abkühlt,
so dass eine entgegengesetzte Gehäusebewegung oder Ovalisierung
hervorgerufen wird.
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Es
gibt deshalb einen Wunsch, das Vorhandensein von Wärmegradienten,
die eine „Unrundheit" um die Verbindungen
oder an einer sonstigen Stelle an einem Gehäuse für eine Rotationsma schine, wie z.
B. eine Turbine, bewirken können,
zu reduzieren oder zu beseitigen. Eine Beseitigung dieser Wärmegradienten
sollte aufgrund der Aufrechterhaltung einheitlicher Spiele in der
Einrichtung bzw. Anlage eine längere
Nutzungsdauer von dieser bei erhöhter
Betriebseffizienz fördern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Anmeldung beschreibt somit ein Turbinengehäuse. Das
Turbinengehäuse
kann eine Außenfläche mit
einem hier als Hilfsflansch bezeichneten unechten bzw. falschen
Flansch und eine Innenfläche
mit einer Wärmeableiteinrichtung
enthalten, die benachbart zu dem Hilfsflansch positioniert ist.
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Die
vorliegende Anmeldung kann ferner ein Turbinengehäuse beschreiben.
Das Turbinengehäuse
kann eine Anzahl von Abschnitten mit einer Anzahl von Flanschverbindungen
enthalten. Die Abschnitte können
eine Außenfläche mit
einem falschen Flansch bzw. Hilfsflansch enthalten, der auf einem
oder mehreren der Abschnitte positioniert ist. Die Abschnitte können eine
Innenfläche
mit einer Hilfsflansch -Wärmeableiteinrichtung
enthalten, die in etwa an dem Hilfsflansch auf einem oder mehreren der
Abschnitte positioniert ist.
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Die
vorliegende Anmeldung beschreibt ferner ein Verfahren zur Stabilisierung
eines Turbinengehäuses,
das eine Anzahl von Abschnitten mit einem oder mehreren daran positionierten
Hilfsflanschen aufweist. Das Verfahren kann die Schritte der Bestimmung
der durchschnittlichen radialen Wölbung bzw. Abweichung jedes
Abschnitts, der Subtraktion der minimalen radialen Wölbung bzw.
Abweichung jedes Abschnitts und der Hinzufügung einer Wärmeableiteinrichtung
zu einem oder mehreren der Hilfsflansche enthalten, um die durchschnittliche
radiale Wölbung
bzw. Abweichung jedes Abschnitts zu reduzieren.
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Diese
und weitere Merkmale der vorliegenden Anmeldung erschließen sich
für einen
Fachmann nach Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung
in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Perspektivansicht einer Schraubverbindung eines Gehäuses, wie
hierin beschrieben.
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2 zeigt
eine ebene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Gehäuses, wie hierin
beschrieben.
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3 zeigt
eine perspektivische Seitenansicht einer Schraubverbindung des Gehäuses nach 2.
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4 zeigt
eine Perspektivansicht eines Gehäuses
mit einem falschen Flansch bzw. Hilfsflansch, wie er hierin beschrieben
ist.
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5 zeigt
eine ebene Ansicht mit einem Ausschnitt des Gehäuses nach 4.
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6 zeigt
eine ebene Ansicht mit einem Ausschnitt des Gehäuses nach 4.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen über all
die verschiedenen Ansichten hinweg gleiche Teile bezeichnen, zeigt 1 ein
Turbinengehäuse 100,
wie es hierin beschrieben ist. Das Turbinengehäuse 100 enthält eine obere
Hälfte 110 und
eine untere Hälfte 120.
Andere Konfigurationen können
ebenfalls hierin zu Anwendung kommen. Die obere Hälfte 110 kann
ein Paar von Flanschen 130 der oberen Hälfte enthalten, während die
untere Hälfte 120 ein
Paar von Flanschen 140 der unteren Hälfte enthalten kann. Wenn sie
aneinander anliegend angeordnet werden, stoßen die obere Hälfte 110 und
die untere Hälfte 120 des
Gehäuses 100 an
einer Verbindung 125 aneinander. Eine Öffnung 150 erstreckt
sich durch die Flansche 130, 140 hindurch an den
Verbindungen 125. Die obere Hälfte 110 und die untere
Hälfte 120 sind
mittels eines Bolzens 160 miteinander verbunden, der sich
durch die Öffnungen 150 der
Flansche 130, 140 hindurch erstreckt. Es können auch
andere Verbindungsmittel hierin verwendet werden.
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Die
thermische Ansprechempfindlichkeit der Verbindungen 125 des
Gehäuses 100 kann
durch die Hinzufügung
einer Wärmeableiteinrichtung 170,
die an den Verbindungen 125 angeordnet ist, verbessert werden.
Insbesondere kann die Wärmeableiteinrichtung 170 eine
beliebige parametrisierte geometrische Einrichtung darstellen. Die
Wärmeableiteinrichtung 170 kann
bezüglich
jedes Parameters, wie z. B. Höhe,
Breite, Länge,
Erhebung, Verjüngung,
Schärfe, Dicke,
Verzug, Gestalt, etc. variieren.
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In
diesem Beispiel kann jede der Wärmeableiteinrichtungen 170 eine
obere Rippe 180, die an der oberen Hälfte 110 des Gehäuses 100 gegenüber dem
Flansch 130 der oberen Hälfte positioniert ist, und
eine untere Rippe 190 enthalten, die an der unteren Hälfte 120 gegenüber dem
Flansch 140 der unteren Hälfte positioniert ist. Die
Rippen 180, 190 können sich geringfügig in das
Gehäuse 110 erstrecken. Die
Rippen 180, 190 können miteinander in Kontakt stehen
oder in einem vorbestimmten Abstand voneinander getrennt sein. Ein
Trennen der Rippen 180, 190 kann die Möglichkeit
reduzieren, dass sich die Rippen 180, 190 während einer
thermischen Ausdehnung oder anderweitig aneinander binden oder gegenseitig
belasten. Die Rippen 180, 190 können aus
demselben oder einem anderen Material als dasjenige des Turbinengehäuses 100 hergestellt
sein. Die Rippen 180, 190 können angeschweißt, angegossen
oder mechanisch oder in sonstiger Weise mit dem Gehäuse 100 verbunden
sein. Die Rippen 180, 190 dienen dazu, die Oberfläche an den
Verbindungen 125 zu vergrößern, um so durch Vergrößerung des
effektiven Oberflächenbereichs
die Wärmeübertragung
zu verbessern. Die Rippen 180, 190 können jede
beliebige gewünschte
Gestalt annehmen.
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Die
Verwendung der Rippen 180, 190 kann das „Unrundwerden" des Gehäuses 100 für zumindest
einen Teil der Anlaufzeit reduzieren. Die „Unrundheit" ist insbesondere
die durchschnittliche radiale Wölbung
bzw. Abweichung abzüglich
der minimalen radialen Wölbung
bzw. Abweichung der Hälften 110, 120 des
Gehäuses 100.
Obwohl die Rippen 180, 190 die „Unrundheit" für einen
Teil der Anlaufzeit reduzieren können,
können
die Rippen 180, 190 jedoch die bleibende, stationäre Unrundheit
geringfügig
vergrößern. Die
Rippen 180, 190 reduzieren wiederum das „Unrundwerden" während der
Abkühlung.
Die Größe der Rippen 190 und
der Wärmeableiteinrichtung 170 kann
gegen die Wärmegradienten
und die „Unrundheit", die das Gehäuse 100 erfährt, abgewogen
werden. Größere Wärmegradienten
können
eine größere Wärmeableiteinrichtung 170 erfordern,
so dass verschiedene Größen von
Wärmekühlern bzw. -ableitern 170 zu
Anwendung kommen können.
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2 und 3 zeigen
eine weitere Ausführungsform
eines Turbinengehäuses 200,
wie es hierin beschrieben ist. Wie oben be schrieben, kann das Turbinengehäuse 200 eine
obere Hälfte 210 und
eine untere Hälfte 220 enthalten.
Andere Konfigurationen können
hierbei ebenfalls zu Anwendung kommen. Da die obere Hälfte 210 und
die untere Hälfte 220 im Wesentlichen
identisch sind, ist lediglich die obere Hälfte 210 gezeigt.
Alle Enden der oberen Hälfte 210 und
der unteren Hälfte 220 stoßen aneinander
und sind an einer Verbindung 225 miteinander verbunden.
Die Hälften 210, 220 können an
den Verbindungen 225 ein Paar von Flanschen 230 der
oberen Hälfte
und ein Paar von Flanschen 240 der unteren Hälfte enthalten.
Die Flansche 230, 240 enthalten eine Anzahl von
in ihnen angeordneten Öffnungen 250.
Die Hälften 210, 220 des
Gehäuses 200 können über die Bolzen 160,
die sich, wie oben beschrieben, durch die Öffnungen 250 erstrecken,
oder durch Verbindungsmittel anderer Art miteinander verbunden sein.
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Die
Hälften 210, 220 des
Gehäuses 200 können auch
eine Anzahl von in ihnen angeordneten Schlitzen 260 enthalten.
Die Schlitze 260 können
einen Mantel, eine Laufschaufel, ein Schaufelblatt oder andere Strukturen,
wie dies gewünscht
sein kann, aufnehmen. Die Hälften 210, 220 des
Gehäuses 200 können ferner
eine Anzahl von in ihnen angeordneten Lücken 265 enthalten.
Diese Lücken 265 können die
Form einer Ausnehmung entlang einer äußeren Kante des Gehäuses 200 annehmen,
oder die Lücken 265 können intern
angeordnet sein, wie dies erwünscht
sein kann.
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Die
Hälften 210, 220 des
Gehäuses 200 können ferner
eine oder mehrere Wärmeableiteinrichtungen 270 enthalten,
die um die Lücken 265 herum,
neben der Verbindung 225 positioniert sind. Die Wärmeableiteinrichtungen 270 können die
Form eines Satzes oberer Rippen 280, die an der oberen
Hälfte 210 des
Turbinengehäuses 200 positioniert
sind, und/oder eines Satzes unterer Rippen 290 annehmen,
die an der unteren Hälfte 220 des
Gehäuses 200 positioniert
sind. Die Rippen 280, 290 können nahe an den Flanschen 230, 240 der
Verbindungen 225 positioniert sein. Wie veranschaulicht,
können die
Rippen 280, 290 hinsichtlich ihrer Größe variieren,
so dass eine größere Fläche benachbart
zu den Verbindungen 225 vorgesehen ist und dann mit zunehmendem
Abstand zu den Verbindungen 225 die Fläche abnimmt. Alternativ können die
Rippen 280, 290 eine im Wesentlichen gleichbleibende
Gestalt aufweisen. Es kann eine beliebige Anzahl von Rippen 280, 290 verwendet
werden. Es kann eine beliebige Gestalt der Rippen 280, 290 verwendet
werden. Wie oben beschrieben, können
die Wärmeableiteinrichtungen 270 als
Ganzes eine beliebige gewünschte
Form einnehmen.
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Die
Verwendung der Wärmeableiter 170, 270 ermöglicht auf
diese Weise, dass mehr Wärme
in die kälteren
oder wärmeren
Bereiche an den Verbindungen 125, 225 eintritt
oder diese verlässt,
und verbessert deshalb das thermische Ansprechverhalten der Verbindungen 125, 225 in
Bezug auf den Rest des Gehäuses 100, 200.
Infolgedessen kann aufgrund besserer und gleichförmiger Spaltweiten rings um
das Gehäuse 100, 200 eine
verbesserte Gasturbinen- und/oder Verdichter/Turbinen-Effizienz
erzielt werden. Eine Reduktion der „Unrundheit" kann ferner weniger
Reibung und Reparaturkosten an Verdichterschaufeln, Turbinenschaufeln
oder anderen Komponenten bedeuten.
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4–6 zeigen
eine weitere Ausführungsform
eines Turbinengehäuses 300,
wie hierin beschrieben. Ähnlich
wie das vorstehend beschriebene kann das Turbinengehäuse 300 eine
obere Hälfte 310 und
eine untere Hälfte 320 enthalten.
Es können
andere Konfigurationen hier verwendet werden. Weil die obere Hälfte 310 und
die untere Hälfte 320 im
Wesentlichen identisch ausgebildet sind, ist lediglich eine der
Hälften 310, 320 veranschaulicht. Alle
Enden der oberen Hälfte 310 und
der unteren Hälfte 320 stoßen an einer
Verbindung 325 aneinander und sind dort miteinander verbunden.
Die Hälften 310, 320 des
Gehäuses 300 können eine
Anzahl von Plenumkammern, wie beispielsweise eine Ableit kammer 330,
oder andere darin positionierte erhöhte Einrichtungen enthalten.
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Die
Hälften 310, 320 des
Gehäuses 300 können ferner
einen oder mehrere unechte bzw. falsche Flansche 340, die
daran angeordnet sind und als Hilfsflansch bezeichnet werden, enthalten.
Der Hilfsflansch 340 kann in Form einer erhöhten Rippe
ausgebildet sein, die sich in Axialrichtung auf einer Außenfläche 345 des
Gehäuses 300 von
einem ersten Ende 350 zu einem zweiten Ende 360 erstreckt.
Der Hilfsflansch 340 kann hinsichtlich seiner Höhe in seinem
Verlauf von dem ersten Ende 350 zu dem zweiten Ende 360 variieren.
Der Hilfsflansch 340 kann die Steifigkeit und einen Großteil der
thermisch wirksamen Masse, wie sie an den Verbindungen 325 zu
finden ist, abgleichen. Es können
andere Konfigurationen hier verwendet werden.
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Die
Hälften 310, 320 des
Gehäuses 300 können ferner
eine oder mehrere Wärmeableiteinrichtungen 370 enthalten,
die in etwa an der Plenumkammer 330 und dem Hilfsflansch 340 angeordnet
sind. Die Wärmeableiteinrichtungen 370 erstrecken
sich in den Hälften 310, 320 auf
einer Innenfläche 375 des
Gehäuses 300 benachbart
zu dem Hilfsflansch 340. Die Wärmeableiteinrichtungen 370 können die
Form eines Satzes von Lamellen oder Rippen 380 einnehmen.
Die Rippen 380 können
eine im Wesentlichen gleichförmige
Gestalt haben, oder jede Rippe 380 kann hinsichtlich der
Größe variieren.
Es kann eine beliebige Anzahl von Rippen 380 verwendet
werden. Es kann eine beliebige Gestalt der Rippe 380 verwendet
werden. Wie vorstehend beschrieben, können die Wärmeableiteinrichtungen 370 im
Ganzen eine beliebige gewünschte
Form einnehmen.
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In
einer ähnlichen
Weise wie die Wärmeableiteinrichtungen 170, 270 an
den Verbindungen 125, 225 ermöglicht die Verwendung der Wärmeableiteinrichtungen 370 es,
dass mehr Wärme
in den kälteren oder
heißeren
Bereich an dem Hilfsflansch 340 eintritt oder diesen verlässt, und
sie verbessert folglich das thermische Ansprechverhalten des Hilfsflansches 340 in
Bezug auf den Rest des Gehäuses 300. Infolgedessen
kann aufgrund besserer und gleichmäßigerer Spaltweiten an dem
Gehäuse 300 ein
verbesserter Gasturbinen- und/oder Verdichter/Turbinen-Wirkungsgrad
erzielt werden. Die Wärmeableiteinrichtungen 370 können für sich allein
oder in Kombination mit den Wärmeableiteinrichtungen 170, 270, wie
sie vorstehend beschrieben sind, eingesetzt werden.
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Es
sollte offensichtlich sein, dass das Vorstehende lediglich die bevorzugten
Ausführungsformen der
vorliegenden Anmeldung betrifft und dass durch einen Fachmann hierin
zahlreiche Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem allgemeinen
Rahmen und Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die folgenden
Ansprüche definiert
ist, und ihren Äquivalenten
abzuweichen.
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Ein
Turbinengehäuse 300 kann
eine Außenfläche 345 mit
einem Hilfsflansch 340 und eine Innenfläche 375 mit einer
Wärmeableiteinrichtung 370 enthalten,
die benachbart zu dem Hilfsflansch 340 positioniert ist.
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- 100
- Turbinengehäuse
- 110
- obere
Hälfte
- 120
- untere
Hälfte
- 125
- Verbindung
- 130
- Flansch
der oberen Hälfte
- 140
- Flansch
der unteren Hälfte
- 150
- Öffnung
- 160
- Bolzen
- 170
- Wärmeableiteinrichtung
- 180
- obere
Rippe
- 190
- untere
Rippe
- 200
- Gehäuse
- 210
- obere
Hälfte
- 220
- untere
Hälfte
- 225
- Verbindung
- 230
- Flansch
der oberen Hälfte
- 240
- Flansch
der unteren Hälfte
- 250
- Öffnung
- 260
- Schlitze
- 265
- Lücken
- 270
- Wärmeableiteinrichtung
- 280
- obere
Rippen
- 290
- untere
Rippen
- 300
- Turbinengehäuse
- 310
- obere
Hälfte
- 320
- untere
Hälfte
- 325
- Verbindung
- 330
- Plenumkammer
- 340
- unechter
oder falscher Flansch, Hilfsflansch
- 345
- Außenfläche
- 350
- erstes
Ende
- 360
- zweites
Ende
- 370
- Wärmeableiteinrichtung
- 375
- Innenfläche
- 380
- Rippen,
Lamellen