DE102010016546A1

DE102010016546A1 - Turbinenmaschine mit Kühlzapfen

Info

Publication number: DE102010016546A1
Application number: DE102010016546A
Authority: DE
Inventors: Sanjeev Heda; Robert W. Coign; Kevin Leon Bruce
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-05-01
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: JP5590957B2; US8142138B2; DE102010016546B4; CN101876270B; US20100278631A1; JP2010261447A; CH700990A2; CN101876270A; CH700990B1

Abstract

In einer Ausführungsform kann ein Turbinensystem (10) ein Turbinengehäuse (60), einen Mantelblock (54), der mit dem Turbinengehäuse (60) verbunden ist, einen Fluidkanal (66) in dem Mantelblock (54) und einen Zapfen (62) enthalten, der zur Verbindung mit dem Fluidkanal (66) konfiguriert ist. Der Zapfen (62) kann einen hohlen Schaft (80), einen in den hohlen Schaft (80) eingeführten Stab (82) und ein Ventil (84) enthalten, das an einem distalen Ende des Stabs (82) angeordnet ist, wobei das Ventil (84) konfiguriert ist, um den Fluidkanal (66) zu öffnen und zu schließen, wenn der Stab (82) durch den hohlen Schaft (80) hindurch fernbetätigt wird.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Gasturbinenmaschinen und insbesondere Durchflusssteuerungsanordnungen zur Beeinflussung des Flusses von Kühlfluiden zu Komponenten einer Gasturbinenmaschine.
Gasturbinenmaschinen enthalten eine Turbine mit mehreren Laufschaufeln, die an einem zentralen Rotor angebracht sind. Heiße Verbrennungsgase von einer Reihe Brennkammern strömen an diesen Laufschaufeln vorbei und veranlassen den Rotor umzulaufen. Eine Minimierung der die Laufschaufeln umgehenden Gasmenge verstärkt den Energietransfer von der Gasströmung zu dem Turbinenrotor. Folglich kann ein Turbinenmantel an der Innenseite eines Turbinengehäuses angeordnet sein, um den Abstand zwischen den Turbinenschaufelspitzen und dem Gehäuse zu reduzieren. Unter erhöhten Betriebstemperaturen können Komponenten der Gasturbinenmaschine, insbesondere in dem Gasweg umlaufende Komponenten und ihre Ummantelungen, Verschleiß und Abnutzung erfahren. Diese Komponenten können durch die Strömung von Kühlfluiden in und rings um die Komponenten gekühlt werden. Um jedoch den Betriebswirkungsgrad der Maschine zu steigern, ist die Maschine im Allgemeinen gut abgedichtet, um eine Leckage von Heißgasen aus der Maschine nach außen zu verhindern. Demgemäß ist das Leiten von Kühlfluiden zu den heißen Teilen der Maschine komplex.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bestimmte Ausführungsformen entsprechend dem Umfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung sind nachstehend kurz zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sind nicht dazu gedacht, den Umfang der beanspruchten Erfindung zu beschränken; vielmehr sollen diese Ausführungsformen nur eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung liefern. In der Tat kann die Erfindung vielfältige Formen einnehmen, die den nachstehend angegebenen Ausführungsformen ähnlich sein oder sich von diesen unterscheiden können.
In einer Ausführungsform kann ein Turbinensystem ein Turbinengehäuse, einen mit dem Turbinengehäuse gekoppelten Mantelblock, einen Fluidkanal in dem Mantelblock und einen Zapfen enthalten, der konfiguriert ist, um mit dem Fluidkanal verbunden zu sein. Der Zapfen kann einen hohlen Schaft, einen in dem hohlen Schaft eingefügten Stab und eine Steuereinrichtung enthalten, die an dem Stab angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, um den Fluidkanal zu öffnen und zu schließen, wenn der Stab rings um eine Achse des Stabs und des hohlen Schafts gedreht wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Turbinensystem eine Statorkomponente, die einen Kühlfluidkanal enthält, und einen Drehsicherungszapfen enthalten, der in einer Aufnahme in der Statorkomponente montiert ist. Der Drehsicherungszapfen kann einen hohlen Schaft, einen in dem hohlen Schaft eingefügten Stab, wobei ein distales Ende des Stabs über den hohlen Schaft hinaus in den Kühlfluidkanal hineinragt, und ein Ventil enthalten, das an dem distalen Ende des Stabs angeordnet ist, wobei das Ventil konfiguriert ist um zu öffnen und zu schließen, wenn der Stab rings um eine Achse des Stabs und des hohlen Schafts verdreht wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Drehsicherungszapfen einen hohlen Schaft, einen in dem hohlen Schaft eingefügten Stab und ein Ventil enthalten, das an einem Abschnitt des Stabs angeordnet ist, der sich entlang einer Achse des Stabs und des hohlen Schafts über den hohlen Schaft hinaus erstreckt, wobei das Ventil konfiguriert ist, um geöffnet und geschlossen zu werden, wenn der Stab relativ zu dem hohlen Schaft bewegt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den Zeichnungen gleiche Teile bezeichnen und worin zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Turbinensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik;
2 eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Turbinenabschnitts, wie in 1 veranschaulicht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik;
3 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Mantelblocks mit einem Drehsicherungszapfen, der mit einem Turbinengehäuse gekoppelt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik;
4 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Drehsicherungszapfens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik;
5A eine quer geschnittene Draufsicht auf mehrere Sammelkammern innerhalb eines Mantelblocks mit einem Fluidfluss, wenn ein Ventil offen ist;
5B eine quer geschnittene Draufsicht auf mehrere Sammelkammern innerhalb eines Mantelblocks mit unterbrochenem Fluidfluss, wenn ein Ventil geschlossen ist;
6 eine quer geschnittene Seitenansicht des Mantelblocks unter Anzeige der Positionen der mehreren Sammelkammern innerhalb des Blocks im Verhältnis zu dem Drehsicherungszapfen;
7 eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Drehsicherungszapfens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Technik; und
8 eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Drehsicherungszapfens gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend sind eine oder mehrerer spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem Bestreben, eine knappe und präzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung in der Beschreibung erläutert sein. Es sollte verständlich sein, dass bei der Entwicklung jeder derartigen tatsächlichen Umsetzung, wie bei jedem Entwicklungs- und Konstruktionsprojekt, zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um spezielle Ziele der Entwickler, wie beispielsweise die Erfüllung systembezogener und unternehmensbezogener Randbedingungen, zu erreichen, die von einer Umsetzung zur anderen variieren können. Außerdem sollte es verständlich sein, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch für Fachleute auf dem Gebiet, die den Nutzen dieser Offenbarung haben, dennoch ein routinemäßiges Unterfangen zur Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel „ein”, „eine”, „der”, „die” und „das” bedeuten, dass es ein oder mehrere dieser Elemente geben kann. Die Ausdrücke „aufweisen”, „enthalten” und „haben” sollen im Sinne von „inklusive” verstanden werden und bedeuten, dass außer den gelisteten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können.
Es werden hier extern gekühlte Vorrichtungen zur Dosierung des internen Flusses von Fluiden (z. B. Kühlfluiden) zu Komponenten einer Gasturbinenmaschine dargeboten. Im Betrieb erzeugt eine Turbinenmaschine heiße Verbrennungsgase, die durch Teile der Maschine geleitet werden. Im Interesse der Maschineneffizienz ist es erwünscht, eine Leckage dieser Verbren nungsgase zu vermeiden und die Gase durch eine oder mehrere Turbinenstufen zu leiten, um Leistung zu erzeugen. Demgemäß können die Statorkomponenten der Maschine gestaltet sein, um höheren Temperaturen zu widerstehen. Jedoch kann es auch vor dem Hintergrund temperaturbeständiger Gehäuse und anderer Statorkomponenten von Vorteil sein, Kühlfluide strategisch zu bestimmten Komponenten der Maschine umzuleiten, um gewünschte Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten.
Statorkomponenten der Maschine können in Segmenten in einer Axialrichtung, z. B. Segmenten, die ein nach dem anderen entlang einer Achse einer umlaufenden Welle der Maschine aneinandergefügt werden, und/oder einer Umfangsrichtung, z. B. in Segmenten, die aneinandergefügt werden, um die Welle oder andere mechanische Komponenten im Wesentlichen umzugeben, montiert werden. In jedem Beispiel können die Segmente mit dem Ziel montiert werden, umlaufende und/oder bewegbare Komponenten zu umschließen. Außerdem können die Segmente umlaufende Komponenten umgeben, die in Bezug auf die Statorkomponenten ausgerichtet sind, um einen gewünschten minimalen Spalt aufrechtzuerhalten, um die Leistungsfähigkeit sicherzustellen. Zum Beispiel können die Statorkomponenten gestaltet sein, um eine minimale Wärmeausdehnung zu erfahren, so dass sich der Spalt bei steigenden Temperaturen nicht wesentlich verändert. Zu diesem Zweck kann ein einzelnes Segment mehrere Strukturen, die hohen Temperaturen widerstehen können, sowie Strukturen zur Schwingungsdämpfung und zur Reduzierung der Auswirkung einer Bewegung, z. B. der Rotation der Welle, auf die Statorkomponenten enthalten. Dementsprechend können die Statorkomponenten entweder innerhalb eines einzelnen Segmentes oder zwischen zwei oder mehreren Segmenten mit Drehsicherungszapfen aneinander befestigt werden, die zur Aufrechterhaltung der Position gestaltet sind. Beispielhafte Statorkomponenten können ent sprechend Ausführungsformen Turbinengehäuse und Turbinenmantelblöcke enthalten.
In Ausführungsformen können die extern gesteuerten Vorrichtungen jede beliebige Vorrichtung enthalten, die von der Außenluftumgebung außerhalb der Maschine zugänglich ist. Derartige Vorrichtungen können sich durch die Statorkomponenten hindurch erstrecken, um den Durchfluss einer internen Luft, die Kühlluft oder in Ausführungsformen heiße Fluide sein kann, zu dosieren. In einer Ausführungsform kann ein Drehsicherungszapfen verwendet werden, um den Durchfluss von Luft im Inneren der Statorkomponenten zu steuern. Derartige Zapfen können Ventile oder sonstige Strukturen zur Dosierung von Kühlfluiden zu speziellen Teilen einer Statorkomponente enthalten. Die Ventile können an einer Außenfläche einer Turbinenmaschine betätigt werden, um einem Bediener oder einem Aktuator zu ermöglichen, die Kühlung der Statorkomponenten fein einzustellen. Die Zapfen können in bereits existierende Durchgänge eingefügt werden, die entworfen sind, um Drehsicherungszapfen zu empfangen. Im Gegensatz zu anderen Anordnungen, in denen die Drehsicherungszapfen lediglich dem einzigen Zweck der Schaffung einer Befestigungsposition dienen, betreffen die hierin beschriebenen Ausführungsformen Drehsicherungszapfen, die sowohl eine Kühlung steuern als auch eine derartige Befestigungsposition schaffen können. Weil mehrere Drehsicherungszapfen durch die Statorkomponenten hinweg verteilt werden können, kann eine Kühlung durch Betätigung eines Ventils an einem einzelnen Drehsicherungszapfen zu einem sehr engen Bereich geführt werden. Weil die Drehsicherungszapfen Ventile oder zu Kühlfluidkanälen führende Öffnungen innerhalb der Statorkomponenten steuern können, erlaubt außerdem die Betätigung der Zapfen den Fluiden nicht, durch den Durchgang, in den der Drehsicherungszapfen eingeführt worden ist, zu entweichen. In anderen Worten steuern die Zapfen die Kühlung nicht durch Einspeisen von Um gebungsluft in den Innenraum der Statorkomponenten. Vielmehr werden die Zapfen von außen bzw. extern gesteuert, um interne Fluide innerhalb der Statorkomponenten durch den Durchgang des Zapfens zu dosieren. Die Zapfen gestatten einem Bediener lediglich, durch Betätigung einer Komponente an dem Zapfen die Ventile zu öffnen oder zu schließen. Durch eine derartige Funktionsweise können Leckagen heißer Luft aus den internen Teilen der Maschine vermieden werden.
Indem nun auf die Zeichnungen verwiesen und zunächst auf 1 Bezug genommen wird, ist dort ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Turbinensystems 10 veranschaulicht, das die Drehsicherungszapfen enthalten kann, wie sie nachstehend weiter beschrieben sind. Das Schaubild enthält eine Brennstoffdüse 12, eine Brennstoffversorgung 14 und eine Brennkammer 16. Wie dargestellt, leitet die Brennstoffversorgung 14 einen flüssigen Brennstoff oder gasförmigen Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas, zu dem Turbinensystem 10 durch eine Brennstoffdüse 12 hindurch in die Brennkammer 16 hinein. Nach der Vermischung mit Druckluft, wie durch einen Pfeil 18 veranschaulicht, erfolgt in der Brennkammer 16 eine Zündung, und das resultierende Abgas veranlasst Laufschaufeln innerhalb der Turbine 20 umzulaufen. Die Kopplung zwischen Laufschaufeln in der Turbine 20 und einer Welle 22 bewirkt eine Rotation der Welle 22, die ferner mit verschiedenen Komponenten überall in dem Turbinensystem 10 gekoppelt ist, wie veranschaulicht. Zum Beispiel ist die veranschaulichte Welle 22 mit einem Verdichter 24 und einer Last 26 antriebsmäßig verbunden. Es ist verständlich, dass die Last 26 jede beliebige geeignete Vorrichtung, die über die Drehabgabe des Turbinensystems 10 Leistung erzeugen kann, wie beispielsweise eine Energieerzeugungsanlage oder ein Fahrzeug, sein kann.
Eine Luftversorgung 28 kann Luft über Leitungen zu einem Lufteinlass 30 leiten, der dann die Luft in den Verdichter 24 weiterleitet. Der Verdichter 24 enthält mehrere Laufschaufeln, die mit der Welle 22 antriebsmäßig gekoppelt sind, wodurch die Luft von dem Lufteinlass 30 komprimiert und zu den Brennstoffdüsen 12 sowie der Brennkammer 16 befördert wird, wie dies durch Pfeile 32 angezeigt ist. Die Brennstoffdüse 12 kann anschließend die unter Druck stehende Luft mit Brennstoff vermischen, wie dies durch das Bezugszeichen 18 veranschaulicht ist, um ein optimales Mischungsverhältnis zur Verbrennung zu schaffen, z. B. für eine Verbrennung, die den Brennstoff veranlasst, vollständiger zu verbrennen, um keinen Brennstoff zu verschwenden oder zu große Emissionen herbeizuführen. Nachdem die Abgase die Turbine 20 durchströmen, treten sie aus dem System an einem Abgasauslass 34 aus. Das Turbinensystem 10 enthält vielfältige Komponenten, die sich relativ zu anderen Komponenten, die während eines Betriebs des Systems 10 feststehend sind, bewegen und/oder drehen, wie beispielsweise die Welle 22. Wie nachstehend in Einzelheiten erläutert, enthält eine Ausführungsform des Turbinensystems 10 bestimmte Statorkomponenten mit Drehsicherungszapfen zum Leiten von Kühlfluiden zu den heißen Teilen des Mantels.
Eine detaillierte Ansicht einer Ausführungsform der Turbine 20 ist in 2 veranschaulicht. Heißgas von der Brennkammer 16 strömt in einer Axialrichtung 35 in die Turbine 20 hinein. Die in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichte Turbine 20 enthält drei Turbinenstufen. Andere Turbinenkonfigurationen können mehrere oder wenigere Turbinenstufen enthalten. Zum Beispiel kann eine Turbine 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr Turbinenstufen enthalten. Die erste Turbinenstufe enthält Leitschaufeln 38 und Laufschaufeln 40 (z. B. Turbinenlaufschaufeln), die in einer Umfangsrichtung 41 rings um die Turbine 20 im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Leitschaufeln 38 der ersten Stufe sind an der Turbine 20 starr montiert und konfiguriert, um Verbrennungsgase in Richtung auf die Laufschaufeln 40 zu richten. Die Laufschaufeln 40 der ersten Stufe sind an einem Rotor 42 montiert, der rotiert, wenn Verbrennungsgase an den Laufschaufeln 40 vorbeiströmen. Der Rotor 42 ist wiederum mit der Welle 22 gekoppelt, die den Verdichter 24 und die Last 26 (siehe 1) antreibt. Die Verbrennungsgase strömen anschließend an Leitschaufeln 44 der zweiten Stufe und Laufschaufeln 46 der zweiten Stufe vorbei. Die Laufschaufeln 46 der zweiten Stufe sind ebenfalls mit dem Rotor 42 gekoppelt. Schließlich strömen die Verbrennungsgase durch Leitschaufeln 48 und Laufschaufeln 50 der dritten Stufe. Wenn die Verbrennungsgase durch jede Stufe strömen, wird Energie von den Verbrennungsgasen in Drehenergie des Rotors 42 umgewandelt. Nachdem sie jede Turbinenstufe durchströmt haben, verlassen die Verbrennungsgase die Turbine 20 in der axialen Richtung 35.
Wie veranschaulicht, sind die Laufschaufeln 40 der ersten Stufe von Statorkomponenten, wie beispielsweise einem Turbinenmantelblock 54, der eine wärmebeständige innere Mantelauskleidung 56 enthält, umgeben. Der Mantelblock 54 ist mit einem Turbinengehäuse 60 mittels Aufhängevorrichtungen 58 gekoppelt. Der innere Mantel 56 der vorliegenden Ausführungsform kann in Turbinen 20 eingesetzt werden, die unter hohen Temperaturen arbeiten, um den Mantelblock 54 thermisch zu isolieren. Jedoch können Turbinen 20 mit niedrigerer Temperatur den inneren Mantel 56 weglassen, falls der Mantelblock 54 konfiguriert ist, um den Betriebstemperaturen standzuhalten. Der Mantelblock 54 der Turbine kann die Menge an Verbrennungsgasen, die die Laufschaufeln 40 umgehen, minimieren. Insbesondere ergibt ein Spalt 59 zwischen dem Turbinenmantelblock 54 und den Laufschaufeln 40 einen Pfad für Verbrennungsgase, um die Laufschaufeln 40 zu umgehen, wenn die Gase stromabwärts entlang der Axialrichtung 35 strömen. Es sollte verstanden werden, dass in einigen Ausführungsformen der Mantelblock 54 ein Beispiel für eine Statorkomponente des Turbinensystems 10 darstellt, die den Drehsicherungszapfen enthalten kann, wie er hier nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben ist.
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines Mantelblocks 54, der mit einem Gehäuse 60 in einer Umfangsrichtung 41 relativ zu dem Fluss des Heißgasstroms durch die Turbine 20 gekoppelt ist. Wie dargestellt, kann der Mantelblock 54 einen Drehsicherungszapfen 62 enthalten, der in einen Zapfendurchgang (siehe 4) in dem Mantelblock 54 eingefügt ist. Der Zapfendurchgang kann mit einem Kühlkanal 66 zur Übertragung von Kühlfluid zu einem Dämpfungssystem 68 des Mantelblocks 54, beispielsweise von einem Versorgungskanal 70, in Strömungsverbindung stehen und kann den Durchfluss von Kühlfluiden durch den Kühlkanal 66 steuern, wie dies in weiteren Einzelheiten nachstehend erläutert ist. Es können mehrere Mantelblöcke 54 in einer Umfangsanordnung rings um die Turbinenachse angeordnet sein und mehrere innere Mantelauskleidungen 56 haltern, die einen Teil des Heißgaspfads, der durch die Turbine 20 führt, umgeben und bilden. Die inneren Mantelauskleidungen 56, die aus einem Kermaik-Verbundwerkstoff erzeugt sein können, sind mittels nicht veranschaulichter Bolzen an den Mantelblöcken 54 gesichert und haben eine Innenfläche 69, die mit den Heißgasen des Heißgaspfads 35 in Kontakt steht. Die Mantelblöcke 54 können aus einer Metalllegierung erzeugt sein, die hinreichend temperaturfest ist, um moderat hohen Temperaturniveaus standzuhalten. Luft aus dem Kühlkanal 66 ist dazu bestimmt, Nicht-Strömungspfadbereiche zu spülen um sicherzustellen, dass Tragstrukturen nicht hohen Nachverbrennungstemperaturen ausgesetzt werden, die über den Schmelzpunkt bestimmter Legierungen hinausgehen.
Das Dämpfungssystem 68 kann einen Dämpfungsmechanismus, wie beispielsweise eine Feder 72, enthalten. Die Feder 72 kann in eine Zentralöffnung oder einen Zentralkanal 74 eingesetzt sein, die bzw. der einem Kühlfluss von Verdichteraustrittsluft von dem Kühlkanal 66 ermöglicht, innerhalb des Mantelblocks 54 zu strömen, um die Temperatur der Feder unter einer bestimmten Temperatur zu halten. Somit kann die Feder 72 aus niedrig schmelzenden Metalllegierungen ausgebildet sein, um eine positive Vorbelastung aufrechtzuerhalten, die einen Dämpfungsblock 78 steuert. Die Feder 72 kann folglich ausgelegt sein, um unter einem vorbestimmten spezifischen Temperaturgrenzwert gehalten zu werden. Das Kühlmedium kann zu dem Kühlkanal 66 und dem Federkanal 74 zugeführt werden. Der Kanal 66 kann das verbrauchte Kühlmedium auch ausgeben. Dementsprechend kann der Drehsicherungszapfen 62 einem Bediener ermöglichen, den Durchfluss von Kühlfluiden von dem Zapfen 62, der einen Fluss von Austrittsluft vom Verdichter 24 oder jedes beliebige sonstige geeignete Kühlmedium liefern kann, zu dem Kühlkanal 66 zu steuern. Das Kühlfluid kann wiederum von dem Kühlkanal 66 aus in den Federkanal 74 eintreten und die Temperatur von Komponenten des Dämpfungssystems 68, wie beispielsweise der Feder 72, mindern. In Ausführungsformen kann ein Bediener die Kühlung einzelner Dämpfungssysteme 68, die durch eine Turbine 22 hinweg verteilt sind, durch Betätigung bestimmter betätigbarer Komponenten des Drehsicherungszapfens 62 fein einstellen.
4 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform eines Drehsicherungszapfens 62, der in den Zapfendurchgang 79 eingesteckt ist. Der Drehsicherungszapfen 62 kann einen hohen Schaft 80 enthalten, in den ein Stab 82 eingefügt worden ist. Der Stab 82 enthält eine Steuereinrichtung zur Dosierung des Fluiddurchflusses, die hierin als Ventil 84 veranschaulicht ist. Wie dargestellt, kann das Ventil 84 an einem distalen Ende 86 des Stabs 82 angeordnet sein.
In anderen Ausführungsformen kann das Ventil mehr proximal angeordnet sein, so dass das Ventil in der Mitte oder sogar noch mehr proximal an dem Stab 82 angeordnet ist. In derartigen Ausführungsformen kann sich das distale Ende des Stabs 82 über den Fluidsteuerpunkt des Mantelblocks 54 hinaus erstrecken. Der hohle Schaft 80 und der Stab 82 sind rings um eine Drehachse 90 konzentrisch oder koaxial zueinander. Wenn der Stab 82 rings um die Achse 90 verdreht wird, dreht sich das Ventil 84, das eine flossenförmige oder scheibenförmige Drosselklappenventilstruktur 85 enthalten kann, und ermöglicht dadurch einen Durchgang von Kühlfluid von dem Versorgungskanal 70, damit dieses in den Kühlkanal 66 eintritt und in einer Richtung 92 zu dem Federkanal 74 hin strömt, um die Feder 72 zu kühlen. In anderen Ausführungsformen kann das Ventil 84 eine Kugelventilstruktur, ein Schieberventil oder ein Ventil einer sonstigen Bauart sein, das durch Drehen des Stabs 82 geöffnet oder geschlossen werden kann. Ferner kann die Steuereinrichtung jede beliebige geeignete Vorrichtung zur Dosierung des Durchflusses, wie beispielsweise eine bemessene Öffnung oder sonstige Vorrichtung, die von außen gesteuert werden kann, sein. Wie veranschaulicht, erstreckt sich das distale Ende 86 des Stabs 82 über das distale Ende 94 des hohlen Schafts 80 hinaus in den Kühlkanal 66 hinein. Weil der hohle Schaft in den Kühlkanal 66 nicht wesentlich hinein ragen kann, ermöglicht eine derartige Anordnung dem Ventil 84, den Durchfluss in dem Kühlkanal 66 zu steuern, wenn der Stab 82 innerhalb des hohlen Schafts 80 gedreht wird. Wie veranschaulicht, kann der Zapfendurchgang 79 durch eine oder mehrere Statorkomponenten, wie beispielsweise das Gehäuse 60 und den Mantelblock 54, hindurch verlaufen, was dem Zapfen 62 ermöglicht, den Statorkomponenten strukturellen Halt zu bieten, während es auch einen Mechanismus zur Steuerung des Flusses von Kühlmedium zu bestimmten Teilen der Statorkomponenten bereitstellt.
5A und 5B, die im Querschnitt dargestellte Draufsichten eines beispielhaften Mantelblocks 54 zeigen, veranschaulichen alternative Konfigurationen des Ventils 84, das mit mehreren Federkanälen 74 (74a, 74b und 74c, wie veranschaulicht) in Strömungsverbindung stehen kann. Ein typischer Mantelblock 54 kann drei oder mehrere Dämpfungsmechanismen pro Block 54 aufweisen. Ein Drehsicherungszapfen 62 kann konfiguriert sein, um ein Fluid für alle oder nur einige der einzelnen Dämpfungsmechanismen in dem Block 54 zu steuern. Wenn das Ventil 84 geöffnet ist, wie in 5A, kann das Kühlfluid entlang des Pfads 92 zu den Sammelkammern oder -kanälen zur Kühlung der Dämpfungsteile des Mantelblocks 54 strömen. Wenn das Ventil 84 geschlossen ist, wie in 5B, wird ein Kühlluftfluss blockiert. 6 zeigt eine axiale Ansicht des Mantelblocks 54, die die relativen Positionen der einzelnen Federkanäle 74 relativ zu dem Drehsicherungszapfen 62 anzeigt. Der Drehsicherungszapfen 62 verhindert eine Umfangsbewegung des Mantelblocks 54.
7 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht des Drehsicherungszapfens 62 unter Veranschaulichung des Stabs 82, wie er in den hohlen Schaftdurchgang 94 eingefügt ist. Wie veranschaulicht, sind der Stab 82 und der Schaft 80 im Wesentlichen konzentrisch um die Achse 90 angeordnet. Der Schaftdurchgang 94 kann geeignet bemessen und gestaltet sein, um eine freie Verdrehung des Stabs rings um die Achse 90 im Inneren des Schaftdurchgangs 94 zu gestatten. Um eine derartige Verdrehung zu ermöglichen, kann der Stab 82 bestimmte Strukturen enthalten, um einem Bediener zu ermöglichen, den Stab 82 auf leichtere Weise zu drehen. Zum Beispiel kann ein proximales Ende 96 des Stabs 82 von dem Schaft 80 ausreichend vorragen, so dass ein Bediener den Stab 82 mit einem Werkzeug (z. B. einem Schraubenschlüssel, einer Zange, einer Nuss, einem Schraubendreher) ergreifen oder in sonstiger Weise (z. B. über eine au tomatische Steuerung) eine Drehung des Stabs 82 steuern kann. Außerdem kann der Stab 82 ein Drehrad 98 enthalten, um die Drehung des Stabs 82 zu unterstützen. Wie veranschaulicht, kann das Drehrad 98 Zähne 99 oder andere Strukturen haben. In Ausführungsformen können die Zähne 99 als ein Teil eines Verriegelungssystems für den Stab 82 dienen. Zum Beispiel kann der Stab 82 derart gedreht werden, dass das Ventil 84 offen ist. Wenn sich das Ventil 84 in Stellung. befindet, kann der Stab 82 durch Umwickeln eines Drahts oder einer sonstigen Einrichtung rings um die Zähne 99 und Durchfädeln des Drahts durch Löcher 100 an einem Bund 102 des hohlen Schafts 80 in Stellung festgesetzt werden. In einer derartigen Anordnung kann der Stab 82 in der Drehposition relativ zu der Achse 90 des hohlen Schafts 80 fixiert werden. Außerdem kann der Stab 82 einen überdimensionierten Durchmesser an einem distalen Abschnitt 86 enthalten, der eine Axialbewegung blockiert. In anderen Worten unterbindet ein Keil 106 eine Abwärtsbewegung, während ein überdimensionierter distaler Abschnitt 86 eine Aufwärtsbewegung unterbindet. Der überdimensionierte distale Abschnitt 86 definiert eine ringförmige Lippe, die an das distale Ende 94 des hohlen Schafts 80 anstößt.
In anderen Ausführungsformen kann der Stab 82 auch entlang der Längserstreckung der Achse 90 in Stellung festgesetzt sein. In anderen Worten kann der Stab 82 daran gehindert sein, sich entlang der Achse 90 nach oben oder nach unten zu bewegen. Zum Beispiel kann der Stab 82 eine Durchgangsöffnung 104 durch sein proximales Ende 96 enthalten, die entlang einer Achse 103 oder 105 oder im Wesentlichen orthogonal zu der Achse 90 verläuft. In die Durchgangsöffnung 104 kann ein Keil 106 eingesetzt werden, um eine Bewegung in einer Richtung nach oben 112 oder in einer Richtung nach unten 114 entlang der Achse 90 zu verhindern. Der Keil 106 kann auf einer Unterlegscheibe 108 aufliegen, um in Stellung gehalten zu werden. Eine derartige Anordnung kann in Ausführungsformen verwendet werden, in denen der Stab 82 eine andere Art eines Ventils 84, wie beispielsweise ein Kolbenventil, enthält. In einer derartigen Anordnung kann das Ventil 84 geöffnet werden, wenn der Stab 82 nach oben 112 oder nach unten 114 entlang der Achse 90 bewegt wird. Zum Beispiel kann eine Bewegung des Stabs nach oben 112 den Fluss des Kanals 66 öffnen. Der Stab kann anschließend durch Einstecken des Keils 106 in die Durchgangsöffnung 104 in der offenen Stellung gesichert werden. In Ausführungsformen kann der Stab 82 eine Anzahl von Durchgangsöffnungen 104 entlang der Achse 90 enthalten, die bemessen und gestaltet sind, um einen Keil 104 aufzunehmen, um dem Stab zu ermöglichen, in einer von mehreren möglichen Positionen entlang der Achse 90 festgesetzt zu werden.
In Ausführungsformen kann der Schaftdurchgang 95 abgedichtet sein, um eine Leckage von Fluiden aus dem Kühlkanal 66, die durch den hohlen Schaft 80 hindurch über den Durchgang 95 nach oben strömen können, zu blockieren. Die Dichtung 110 kann einen Draht oder eine andere verformbare Struktur oder Verbindung enthalten. Wenn der Stab 82 rings um die Achse 90 verdreht wird, ist der Draht 110 gegen den hohlen Schaft 80 und einen Bund 116, der an dem Stab 82 angeordnet ist, vorgespannt. Die Drehbewegung drückt den Draht 110, um eine Abdichtung zu schaffen, die in Ausführungsformen leicht entfernt werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform, wie sie in 8 veranschaulicht ist, kann der Schaftdurchgang 95 zur Blockade von Fluidleckagen mittels eines Verriegelungsmechanismus abgedichtet sein, der eine Verspannung zwischen dem Stab 82 und dem hohlen Schaft 80 erzielt. Zum Beispiel kann der Stab 82 ein Gewinde 120 enthalten, das in ein Gewinde an dem hohlen Schaft 82 eingeschraubt sein kann, das an der Innenseite von konischen Stücken 126a und 126b ausgebildet sein kann. Der Spannmechanismus für den Stab 82 und den Schaft 80 kann eine Mutter 122 und eine Unterlegscheibe 124 enthalten.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Form, zu offenbaren und um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu eine Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und eine Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die sich Fachleuten erschließen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
In einer Ausführungsform kann ein Turbinensystem 10 ein Turbinengehäuse 60, einen Mantelblock 54, der mit dem Turbinengehäuse 60 verbunden ist, einen Fluidkanal 66 in dem Mantelblock 54 und einen Zapfen 62 enthalten, der zur Verbindung mit dem Fluidkanal 66 konfiguriert ist. Der Zapfen 62 kann einen hohlen Schaft 80, einen in den hohlen Schaft 80 eingeführten Stab 82 und ein Ventil 84 enthalten, das an einem distalen Ende des Stabs 82 angeordnet ist, wobei das Ventil 84 konfiguriert ist, um den Fluidkanal 66 zu öffnen und zu schließen, wenn der Stab 82 durch den hohlen Schaft 80 hindurch fernbetätigt wird.

10: Turbinensystem
12: Brennstoffdüse
14: Brennstoffversorgung
16: Brennkammer
18: Luft
20: Turbine
22: Schaft
24: Verdichter
26: Last
28: Luftversorgung
30: Lufteinlass
32: Luftfluss
34: Abgasauslass
35: Axialrichtung
38: Leitschaufeln der ersten Stufe
40: Laufschaufeln der ersten Stufe
41: Umfangsrichtung
42: Rotor
44: Leitschaufeln der zweiten Stufe
46: Laufschaufeln der zweiten Stufe
48: Leitschaufeln der dritten Stufe
50: Laufschaufeln der dritten Stufe
54: Turbinenmantelblock
56: Wärmebeständige innere Mantelauskleidung
58: Aufhängevorrichtung
59: Spalt
60: Turbinengehäuse
62: Drehsicherungszapfen
66: Kühlkanal
68: Dämpfungssystem
69: Innenfläche
70: Versorgungskanal
72: Feder
74: Zentralöffnung oder -kanal (74a, 74b und 74c)
78: Block
79: Zapfendurchgang
80: Hohler Schaft
82: Stab
84: Ventil
85: Flossenförmige oder scheibenförmige Drosselklappenventilstruktur
86: Distales Ende
90: Drehachse
92: Richtung
94: Durchgang/distales Ende des hohlen Schafts
95: Schaftdurchgang
96: Proximales Ende
98: Drehrad
99: Zähne
100: Löcher
102: Bund
103: Achse
104: Durchgangsöffnung
105: Achse
106: Keil
108: Unterlegscheibe
110: Draht
112: Aufwärtsrichtung
114: Abwärtsrichtung
116: Bund
120: Gewinde
122: Mutter
124: Unterlegscheibe
126a, 126b: Konusstücke

Claims

Turbinensystem (10), das aufweist: ein Turbinengehäuse (60); einen Mantelblock (54), der mit dem Turbinengehäuse (60) gekoppelt ist; einen Fluidkanal (66) in dem Mantelblock (54) und einen Zapfen (62), der konfiguriert ist, um mit dem Fluidkanal (66) verbunden zu sein, wobei der Zapfen (62) aufweist: einen hohlen Schaft (80); einen Stab (82), der in den hohlen Schaft (80) eingefügt ist; und eine Steuereinrichtung (84), die an dem Stab (82) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (84) konfiguriert ist, um den Fluidkanal (66) zu öffnen und zu schließen, wenn der Stab (82) rings um eine Achse des Stabs (82) und des hohlen Schafts (80) verdreht wird.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Fluidkanal (66) mit einem Dämpfungsmechanismus (68) des Mantelblocks (54) in Fluidübertragungsverbindung steht.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 2, wobei der Dämpfungsmechanismus (68) eine Feder (72) aufweist.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Fluidkanal (66) mit einer hitzebeständigen Auskleidung (65) des Mantelblocks (54) in Strömungsverbindung steht.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Fluidkanal (66) konfiguriert ist, um ein Kühlfluid zu dem Mantelblock (54) zu übertragen.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 5, das eine Öffnung (74) in dem Mantelblock (54) in Strömungsverbindung mit dem Fluidkanal (66) aufweist, wobei die Öffnung (74) konfiguriert ist, um ein Kühlfluid zu übertragen, wenn die Steuereinrichtung (84) geöffnet ist.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 1, wobei sich der Zapfen (62) durch sowohl den Mantelblock (54) als auch das Turbinengehäuse (60) erstreckt.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (84) ein Drosselklappenventil aufweist.
Turbinensystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (84) ein Kugelventil oder ein Kolbenventil aufweist.
Turbinensystem (10), das aufweist: eine Statorkomponente (54), die einen Kühlfluidkanal (66) aufweist; und einen Drehsicherungszapfen (62), der in einer Aufnahme in der Statorkomponente (54) montiert ist, wobei der Drehsicherungszapfen (62) aufweist: einen hohlen Schaft (80); einen in den hohlen Schaft (80) eingefügten Stab (82), wobei ein distales Ende des Stabs (82) über den hohlen Schaft (80) hinaus in den Kühlfluidkanal (66) hineinragt; und ein an dem distalen Ende des Stabs (82) angeordnetes Ventil (84), wobei das Ventil (84) konfiguriert ist um zu öffnen und zu schließen, wenn der Stab (82) rings um eine Achse des Stabs (82) und des hohlen Schafts (80) gedreht wird.