DE102010037052A1

DE102010037052A1 - Prallgekühlter hinterer Rahmen eines Übergangsstücks

Info

Publication number: DE102010037052A1
Application number: DE102010037052A
Authority: DE
Inventors: Jonathan D. Greenville Berry; Kevin Weston Greenville McMahan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2011-03-17
Anticipated expiration: 2030-08-19
Also published as: CH701823A2; CH701823B1; CN102011651B; CN102011651A; JP5675218B2; DE102010037052B4; JP2011052691A; US20110048030A1; US8707705B2

Abstract

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

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft einen prallgekühlten hinteren Rahmen eines Übergangsstücks.
Gasturbinenmaschinen enthalten allgemein einen Verdichter, der Einlassluft verdichtet, und eine mit dem Verdichter verbundene Brennkammer, in der die verdichtete Einlassluft gemeinsam mit anderen brennbaren Stoffen verbrannt wird. Stromabwärts von der Brennkammer ist eine Turbine angeordnet, um die verbrannten Stoffe aufzunehmen, so dass die Energie der verbrannten Stoffe bei der Erzeugung von beispielsweise Elektrizität verwendet werden kann. Gewöhnlich ist zwischen der Brennkammer und der Turbine ein Übergangsstück angeordnet, das einen Fluidweg bildet, durch den die verbrannten Stoffe strömen.
In letzter Zeit werden Anstrengungen unternommen, um die Leistung von Gasturbinenmaschinen zu verbessern, indem sie effizienter gestaltet werden. Gasturbinenmaschinen mit vergrößerten Effizienten zeigen einige wünschenswerte Ergebnisse. Unter diesen ist die Tatsache, dass effiziente Gasturbinenmaschinen meist relativ hohe Prozentanteile ihres zugeführten Brennstoffs verbrennen. An sich können sie dann bei niedrigeren Kosten und mit einer größeren Kontrolle über Emissionen betrieben werden. Beispiele für derartige Anstrengungen enthalten eine Überwachung und Steuerung von Brennstoffgemischen und Einspritzvorgängen sowie Modifikationen an Strukturen des Verdichters, der Brennkammer und der Turbine, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein hinterer Rahmen eines Übergangsstückkörpers einer Turbinenmaschine geschaffen, der einen ringförmigen Körper enthält, der in einem ersten Ringraum, der zwischen einer Prallhülse und einem Verdichterauslassgehäuse definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum angeordnet ist, der zwischen dem Übergangsstückkörper und der Prallhülse definiert ist, und der einen Hauptabschnitt mit einer ersten Fläche, die dem ersten Ringraum zugewandt ist, und einer zweiten Fläche enthält, die dem vorderen Ringraum zugewandt ist. Der Hauptabschnitt weist ein Prallloch, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass an der ersten Fläche des ringförmigen Körpers zu einem Auslass an der zweiten Fläche des ringförmigen Körpers erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum ausschließlich miteinander kommunizieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein hinterer Rahmen eines Übergangsstückkörpers einer Turbinenmaschine geschaffen, der einen ringförmigen Körper, der in einem ersten Ringraum, der zwischen einer Prallhülse und einem Verdichtungsauslassgehäuse definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum angeordnet ist, der zwischen dem Übergangsstückkörper und der Prallhülse definiert ist, und der einen Hauptabschnitt mit einer ersten Oberfläche, die dem ersten Ringraum zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche enthält, die dem vorderen Ringraum ungewandelt ist. Der Hauptabschnitt weist ein Prallloch, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass an der ersten Oberfläche des ringförmigen Körpers zu einem Anlass an der zweiten Oberfläche des ringförmigen Körpers erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum ausschließlich miteinander kommunizieren.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Turbinenmaschine geschaffen, die ein Verdichterauslassgehäuse (CDC, Compressor Discharge Casing), einen Übergangsstückkörper, eine Prallhülse, die angeordnet ist, um einen ersten Ringraum mit dem CDC und einen zweiten Ringraum mit dem Übergansstückkörper zu begrenzen, und einen ringförmigen Körper enthält, der mit dem Übergangsstückkörper und der Prallhülse verbunden ist, innerhalb des ersten Ringraums und hinter dem zweiten Ringraum anzuordnen ist und einen Hauptabschnitt mit einer ersten Oberfläche, die dem ersten Ringraum zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche, die dem zweiten Ringraum zugewandt ist, enthält. Der Hauptabschnitt weist ein Prallloch auf, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass an der ersten Oberfläche zu einem Auslass an der zweiten Oberfläche erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dank dessen der erste und der zweite Ringraum miteinander kommunizieren.
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlicher.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, ist in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders angegeben und deutlich beansprucht. Das Vorstehende sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
1 eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbinenbrennkammer gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
2A, 2B und 2C Schnittansichten eines Abschnitts eines hinteren Rahmens eines Übergangsstücks; und
3 eine axiale Schnittansicht des Übergangsstücks gemäß den 2A, 2B und 2C; und
4 eine schematisierte radiale Ansicht des hinteren Rahmens nach 2.
Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit Vorteilen und Merkmalen ohne Beschränkung zu Beispielszwecken unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Prallluftstrom-Kühleffekt an einem hinteren Rahmen 30 in einer Gasturbinenmaschine 10 erreicht werden. Die Turbinenmaschine 10 kann ein Verdichterauslassgehäuse (CDC) 15 enthalten, das eine Innenfläche 16 enthält, die Hochdruck-Prallluft beispielsweise von einem Verdichter empfangen kann. Innerhalb des Verdichterauslassgehäuses (CDC) 15 ist ein Übergangsstückkörper 20 angeordnet, der eine Außenfläche 21 enthält. Dann ist eine Prallhülse 50 angeordnet, um einen ersten oder eher einen äußeren Ringraum 23 zwischen der Prallhülse 50 und der Innenfläche 16 des Verdichterauslassgehäuses (CDC) 15 sowie einer Außenfläche 33 des hinteren Rahmens 30 zu begrenzen. Die Prallhülse 50 begrenzt ferner einen zweiten oder vielmehr einen vorderen Ringraum 22 in Zusammenwirkung mit der Außenfläche 21 des Übergangsstückkörpers 20.
Stromaufwärts von dem Übergangsstückkörper 20 kann ein Kopfstück 25 betriebsmäßig angeordnet sein, das wenigstens mit dem vorderen Ringraum 22 kommunizieren kann. Das Kopfstück 25 kann folglich einen Prallluftstrom (IA, Impingement Airflow) empfangen, der durch ein Prallloch 60 des hinteren Rahmens 30 von dem äußeren Ringraum 23 aus geströmt ist, wie dies nachstehend beschrieben ist.
Unter Bezugnahme auf 2A, 2B, 2C und 3 enthält der hintere Rahmen 30 einen ringförmigen Körper 31, der in dem äußeren Ringraum 23 und an einer axialen Stelle angeordnet ist, die sich hinter dem vorderen Ringraum 22 befindet. Der ringförmige Körper 31 enthält einen Hauptabschnitt 32, die äußere Oberfläche 33, die derart orientiert ist, dass sie dem äußeren Ringraum 23 zugewandt ist, und eine vordere Oberfläche 34, die derart orientiert ist, dass sie dem vorderen Ringraum 22 zugewandt ist.
Das Prallloch 60 erstreckt sich durch den Hauptabschnitt 32 hindurch. Ein Fluidweg erstreckt sich durch das Prallloch 60 von einem Einlass 33a an der äußeren Oberfläche 33 zu einem Auslass 34a an der vorderen Oberfläche 34, so dass der äußere und der vordere Ringraum 23 und 22 miteinander kommunizieren und in einigen Ausführungsformen ausschließlich miteinander kommunizieren.
Mit der Möglichkeit, dass der äußere Ringraum 23 und der vordere Ringraum 22 durch das Prallloch 60 miteinander kommunizieren können, ist es möglich, dass ein Hochdruck-Prallluftstrom (IA) so gerichtet werden kann, dass er von dem äußeren Ringraum 23 durch das Prallloch 60 hindurch und zu dem vorderen Ringraum 22 hin strömt. Der Prallluftstrom würde in einem derartigen Fall mit Seitenwänden 61 des Pralllochs 60 in Kontakt treten und diese dadurch kühlen. Die Kühlung der Seitenwände 61 steigert die Kühlung des Abschnitts 32.
Der Hauptabschnitt 32 ist mit dem Übergangsstückkörper 20 beispielsweise über einen Rand 35 des Hauptabschnitts 32 verbunden, der an einen Rand 24 des Übergangsstückkörpers 20 angeschweißt ist.
Eine Prallhülsendichtung 55 der Prallhülse 50 kann eine Abdichtung zwischen dem äußeren Ringraum 23 und dem vorderen Ringraum 22 schaffen. Eine derartige Abdichtung verhindert Strömungsverbindungen zwischen dem äußeren Ringraum 23 und dem vorderen Ringraum 22 bis auf diejenigen Verbindungen, die durch das Prallloch 60 erfolgen. Der Hauptabschnitt 32 weist eine dichtungsaufnahmefähige Nut 51 zur Aufnahme der Prallhülsendichtung 55 auf. Wie in 2B veranschaulicht, ist die Dichtungsaufnahmenut 51 in einigen Ausführungsformen mit einer Zugangsöffnung 52 ausgebildet, um einen Fluidweg zwischen einem Innenraum der Dichtungsaufnahmenut 51, der mit dem äußeren Ringraum 23 kommuniziert, und dem Prallloch 60 zu schaffen. Wie in den 2A und 2C veranschaulicht, kann eine weitere Dichtung 53 in einer zweiten Dichtungsaufnahmenut 54 (siehe insbesondere 2C) aufgenommen sein, um den Hauptabschnitt 32 mit einer Düsenstufe 40 zu koppeln.
Unter Bezugnahme auf die 2A und 3 kann das Prallloch 60 mit einem ersten Teilabschnitt 62, der sich durch den Hauptabschnitt 32 hindurch in einer im Wesentlichen radialen Richtung relativ zu einer Mittelachse des Übergangsstückkörpers 20 erstreckt, und einem zweiten Teilabschnitt 63 ausgebildet sein, der sich durch den Hauptabschnitt 32 hindurch in einer im Wesentlichen axialen Richtung relativ zu der Mittelachse des Übergangsstückkörpers 20 erstreckt. Bei dieser Konfiguration kann ein Prallluftstrom, der von dem äußeren Ringraum 23 in das Prallloch 60 eintritt, zunächst in einer im Wesentlichen radialen Richtung durch den ersten Abschnitt 62 strömen, während anschließend, nach Erreichen des zweiten Abschnitts 63, der Prallluftstrom in einer im Wesentlichen axialen Richtung zu dem vorderen Ringraum 22 hin strömt.
In einigen Ausführungsformen kann das Prallloch 60 in Formals mehrerer Pralllöcher definiert sein. Hier kann jedes einzelne der mehreren Pralllöcher 60 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet sein, und es kann außerdem in einer durch den Hauptabschnitt 32 des ringförmigen Körpers 31 hindurch führenden kreisringförmigen Gruppe von Pralllöchern 60 angeordnet sein. Die Gruppe kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Pralllöcher 60 in einigen Fällen in gleichmäßigen Umfangsabständen zueinander oder in anderen Fällen in vorausgewählten Umfangsbereichen des Hauptabschnitts 32 angeordnet sind, von denen bekannt ist, dass sie hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind und folglich ein größeres Kühlvermögen erfordern.
Bezugnehmend auf 4 kann mit dem Prallloch 60, das in Form mehrerer Pralllöcher 60 ausgebildet ist, jedes der mehreren Pralllöcher 60 ferner mit jeweiligen dritten Teilabschnitten 64 ausgebildet sein, die sich in einer im Wesentlichen Umfangsrichtung erstrecken können und die dem Prallluftstrom ermöglichen, von einem Prallloch 60 zu einem anderen in einer Umfangsrichtung relativ zu der Mittelachse des Übergansstückkörpers 20 durch Teile des Hauptkörpers 32 hindurch fortzuschreiten. Auf diese Weise können die mehreren Pralllöcher 60 eingerichtet sein, um miteinander zu kommunizieren, und es kann ein größerer Teil des Hauptabschnitts mittels des Prallluftstroms gekühlt werden.
Die dritten Abschnitt 64 können an verschiedenen axialen und radialen Positionen innerhalb des Hauptabschnitts 32 angeordnet sein. Dies bedeutet, dass der dritte Abschnitt 64 positioniert sein kann, um mit einem beliebigen einzelnen oder beiden von dem ersten und dem zweiten Abschnitt 62 und 63 eines beliebigen speziellen Pralllochs 60 zu kommunizieren. Außerdem können die dritten Abschnitte 64 angeordnet sein, um in Axialrichtung zueinander ausgerichtet zu sein, oder sie können, wie in 3 veranschaulicht, in einer serpentinenförmigen Konfiguration angeordnet sein, in der jeweilige dritte Abschnitt 64 unterschiedlicher Pralllöcher 60 sich durch den Hauptabschnitt 32 an verschiedenen und/oder wechselnden axialen Stellen erstrecken können.
Eine zusätzliche Kühlung des Hauptabschnitts 32 kann auch durch ein weiteres Prallloch 70 erzielt werden, wie es in den 2B, 2C und 4 veranschaulicht ist. Das weitere Prallloch 70 erstreckt sich von dem Prallloch 60 aus zu einer hinteren Oberfläche des Hauptabschnitts 32 hin. Bei dieser Konfiguration kühlt der durch das weitere Prallloch 70 strömende Prallluftstrom einen hinteren Teilabschnitt des Hauptabschnitts 32.
Während die Erfindung in Einzelheiten in Verbindung mit lediglich einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte ohne weiteres verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf derartige offenbarte Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Veränderungen, Modifikationen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen aufzunehmen, die hier vorstehend nicht beschrieben sind, die jedoch dem Rahmen und Schutzumfang der Erfindung entsprechen. Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es ferner zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung lediglich einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demgemäß ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern sie ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
Es ist ein hinterer Rahmen 30 eines Übergangsstückkörpers 20 einer Turbinenmaschine 10 geschaffen, der einen ringförmigen Körper 31 enthält, der in einem ersten Ringraum 23, der zwischen einer Prallhülse 50 und einem Verdichterauslassgehäuse 15 definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum 22, der zwischen dem Übergangsstückkörper 20 und der Prallhülse 50 definiert ist, angeordnet ist und einen Hauptkörper 32 mit einer ersten Oberfläche 33, die dem ersten Ringraum 23 zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche 34 enthält, die dem vorderen Ringraum 34 zugewandt ist. Der Hauptabschnitt 32 weist ein Prallloch 60 auf, dass sich durch diesen hindurch von einem Einlass 33a an der ersten Oberfläche 33 des ringförmigen Körpers 31 bis zu einem Auslass 34a an der zweiten Oberfläche 34 des ringförmigen Körpers 31 erstreckt, um einen Fluidströmungsweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum 23, 22 miteinander kommunizieren.
Bezugszeichenliste

IA: Prallluftstrom
10: Gasturbinenmaschine
15: Verdichterauslassgehäuse
16: Innenfläche
20: Übergangsstück
21: Außenfläche
22: zweiter/vorderer Ringraum
23: erster/äußerer Ringraum
24: Rand
25: Kopfstück
30: hinterer Rahmen
31: ringförmiger Körper
32: Hauptabschnitt
33: äußere Oberfläche
33a: Einlass
34: vordere Oberfläche
34a: Auslass
35: Rand
40: Düsenstufe
50: Prallhülse
51: Dichtungsaufnahmenut
52: Zugangsöffnung
53: weitere Dichtung
54: zweite Dichtungsaufnahmenut
55: Prallhülsendichtung
60: Prallloch
61: Seitenwände
62: erster Abschnitt
63: zweiter Abschnitt
64: dritter Abschnitt
70: weiteres Prallloch

Claims

Hinterer Rahmen (30) eines Übergangstückkörpers (20) einer Turbinenmaschine (10), der aufweist: einen ringförmigen Körper (31), der in einem ersten Ringraum (23), der zwischen einer Prallhülse (50) und einem Verdichterauslassgehäuse (15) definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum (22), der zwischen dem Übergangstückkörper (20) und der Prallhülse (50) definiert ist, angeordnet ist und einen Hauptkörper (32) mit einer ersten Fläche (33), die dem ersten Ringraum (23) zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche (34) enthält, die dem vorderen Ringraum (22) zugewandt ist, wobei der Hauptabschnitt (32) ein Prallloch (60) aufweist, dass sich durch diesen hindurch von einem Einlass (33a) an der ersten Oberfläche (33) des ringförmigen Körpers (31) zu einem Auslass (34a) an der zweiten Oberfläche (34) des ringförmigen Körpers (31) erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum (23, 22) miteinander kommunizieren.
Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 1, wobei der Hauptabschnitt (32) ausgebildet ist, um eine Dichtungsaufnahmenut (51) zu definieren, die mit dem Prallloch (60) kommuniziert.
Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 1, wobei das Prallloch (60) mit einem ersten Abschnitt (62), das sich in einer radialen Richtung erstreckt, und einem zweiten Abschnitt (63) ausgebildet ist, das sich in einer axialen Richtung erstreckt.
Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 3, wobei das Prallloch (60) mit einem dritten Abschnitt ausgebildet ist, das sich in einer Umfangsrichtung erstreckt.
Hinterer Rahmen (30) eines Übergangsstückkörpers (20) einer Turbinenmaschine (10), der aufweist: einen ringförmigen Körper (31), der in einem ersten Ringraum (23), der zwischen einer Prallhülse (50) und einem Verdichterauslassgehäuse (15) definiert ist, und hinter einem zweiten Ringraum (22), der zwischen dem Übergangsstückkörper (20) und der Prallhülse (50) definiert ist, angeordnet ist und einen Hauptabschnitt (32) mit einer ersten Oberfläche (33), die dem ersten Ringraum (23) zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche (34) enthält, die dem vorderen Ringraum (22) zugewandt ist, wobei der Hauptabschnitt (32) ein Prallloch (60) aufweist, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass (33a) an der ersten Oberfläche (33) des ringförmigen Körpers (31) zu einem Auslass (34a) an der zweiten Oberfläche (34) des ringförmigen Körpers (31) erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite Ringraum (23, 22) ausschließlich miteinander kommunizieren.
Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 5 wobei das Prallloch (60) mit einem ersten Abschnitt (62), der sich in einer radialen Richtung erstreckt, und einem zweiten Abschnitt (63) ausgebildet ist, der sich in einer axialen Richtung erstreckt.
Hinterer Rahmen (30) nach Anspruch 6, wobei das Prallloch (60) mit einem dritten Abschnitt (64) ausgebildet ist, das sich in einer Umfangsrichtung erstreckt.
Turbinenmaschine (10), die aufweist: ein Verdichterauslassgehäuse (15); einen Übergangsstückkörper (20); eine Prallhülse (50), die angeordnet ist, um einen ersten Ringraum (23) mit dem Verdichterauslassgehäuse (15) und einen zweiten Ringraum (22) mit dem Übergangsstückkörper (20) zu begrenzen; einen ringförmigen Körper (31), der mit dem Übergangsstückkörper (20) und der Prallhülse (50) verbunden ist, um in dem ersten Ringraum (23) und hinter dem zweiten Ringraum (22) angeordnet zu sein, und der einen Hauptabschnitt (32) mit einer ersten Oberfläche (33), die dem ersten Ringraum (23) zugewandt ist, und einer zweiten Oberfläche (34) enthält, die dem zweiten Ringraum (22) zugewandt ist, wobei der Hauptabschnitt (32) ein Prallloch (60) aufweist, das sich durch diesen hindurch von einem Einlass (33a) an der ersten Oberfläche (33) bis zu einem Auslass (34a) an der zweiten Oberfläche (34) erstreckt, um einen Fluidweg zu definieren, entlang dessen der erste und der zweite (23, 22) miteinander kommunizieren.
Turbinenmaschine (10) nach Anspruch 8, die ferner ein Kopfstück (25) aufweist, das stromaufwärts von dem Übergangsstückkörper (20) angeordnet ist und mit dem zweiten Ringraum (22) kommuniziert.