DE102012104620A1

DE102012104620A1 - Überlappungsdichtung für eine Turbinenleitdüsenbaugruppe

Info

Publication number: DE102012104620A1
Application number: DE102012104620A
Authority: DE
Inventors: Fred Thomas Willett jr.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2012-12-06
Also published as: FR2976019A1; US20120308360A1; RU2012122108A

Abstract

Es werden Systeme zur thermischen Regelung einer Turbine (100, 200, 300, 500, 902, 906) offengelegt. In einer Ausführungsform enthält eine Turbinenleitdüsenbaugruppe (17): einen äußeren Leitapparatring (505); eine physisch mit dem äußeren Leitapparatring (505) verbundene Leitschaufel (503); und einen physisch mit der Leitschaufel (503) verbundenen inneren Leitapparatring (507), wobei der innere Leitapparatring (507) einen ersten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) enthält, der zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung (207) mit einem auf einem Laufschaufelschaft (502) angeordneten zweiten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) ausgestaltet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Der hierin beschriebene Erfindungsgegenstand betrifft Turbinen und insbesondere Überlappungsdichtungen für den Kühlkreislauf eines Turbinentrommelrotors.
Einige Kraftwerkssysteme, beispielsweise bestimmte Kern-, Einfachzyklus- und Kombinationszyklus-Kraftwerkssysteme verwenden Turbinen in ihrem Aufbau und Betrieb. Einige dieser Turbinen werden durch einen Hochtemperaturdampfstrom angetrieben, welcher über die Laufschaufeln/Laufschaufelblätter der Turbine geleitet wird. Dieser Hochtemperaturdampf kann schädliche Auswirkungen auf den Zustand und die Lebensdauer bestimmter Komponenten in der Turbine wie zum Beispiel der eines Trommelrotors haben. Eine wiederholte Aussetzung des Trommelrotors an Hochtemperaturdampf kann zu einem ineffizienten Betrieb, Korrosion, Systembeschädigung und der Notwendigkeit von Rotorreparaturen und/oder einem Rotoraustausch führen. Einige Systeme versuchen den Trommelrotor dafür anzupassen, einen Kontakt mit Hochtemperaturdampf zu tolerieren, um eine Verkürzung der Lebensdauer des Trommelrotors zu vermeiden. In diesen Systemen beinhalten die Trommelrotorkonstruktion und der Aufbauvorgang spezielle temperaturbeständige Materialien, welche dafür gedacht sind, einen Betrieb des Rotors in Kontakt mit Hochtemperaturdampf ohne signifikante Verschlechterung zu ermöglichen. Jedoch können diese speziellen temperaturbeständigen Materialien teurer sein, was zu erhöhten Gesamtsystemkosten beiträgt. Ferner kann die Verwendung dieser Materialien den Konstruktions- und Aufbauvorgang verkomplizieren.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Es werden Vorrichtungen zur Abschirmung und Kühlung von Turbinenkomponenten offengelegt. In einer Ausführungsform enthält eine Turbinenleitdüsenbaugruppe: einen äußeren Leitapparatring; eine physisch mit dem äußeren Leitapparatring verbundene Leitschaufel; und einen physisch mit der Leitschaufel verbundenen inneren Leitapparatring, wobei der innere Leitapparatring einen ersten axialen Zahn enthält, der zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung mit einem auf einem Laufschaufelschaft angeordneten zweiten axialen Zahn ausgestaltet ist.
Ein erster Aspekt der Offenlegung stellt eine Turbinenleitdüsenbaugruppe bereit, die enthält: einen äußeren Leitapparatring; eine physisch mit äußeren Leitapparatring verbundene Leitschaufel; einen physisch mit der Leitschaufel verbundenen inneren Leitapparatring, wobei der innere Leitapparatring einen ersten axialen Zahn enthält, der zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung mit einem auf einem Laufschaufelschaft angeordneten zweiten axialen Zahn ausgestaltet ist.
Ein zweiter Aspekt stellt eine Turbinenlaufschaufel bereit, die enthält: ein Laufschaufelblatt; und einen mit dem Laufschaufelblatt verbundenen Laufschaufelschaft, wobei der Laufschaufelschaft einen ersten axialen Zahn aufweist, der dafür ausgestaltet ist, sich zu einer Leitdüse hin zu erstrecken, um im Wesentlichen eine Dichtung mit der Leitdüse auszubilden.
Ein dritter Aspekt stellt eine Turbine bereit, die enthält: einen Stator; einen im Wesentlichen durch den Stator umgebenen Arbeitsfluidkanal; einen Trommelrotor, der radial innerhalb des Arbeitsfluidkanals ausgestaltet ist; einen fluidmäßig mit dem Trommelrohr verbundenen Kühlkreislauf; und eine Überlappungsdichtung, die zwischen einer mit dem Stator verbundenen Leitdüse und einer mit dem Trommelrotor verbundenen Turbinenlaufschaufel angeordnet ist, wobei die Überlappungsdichtung im Wesentlichen den Arbeitsfluidkanal und den Kühlkreislauf fluidmäßig trennt, wobei die Überlappungsdichtung enthält: einen auf der Leitdüse angeordneten ersten axialen Zahn; und einen auf der Turbinenlaufschaufel angeordneten zweiten axialen Zahn, wobei der zweite axiale Zahn dafür ausgestaltet ist, mit dem ersten axialen Zahn in Wechselwirkung zu treten und einen Dichtung damit auszubilden..
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in welchen:
1 eine schematische Teilschnittansicht eines Turbinensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 eine schematische Teilschnittansicht eines Turbinensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
3 eine schematische Teilschnittansicht von Abschnitten eines Turbinensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
4 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht einer Turbinenlaufschaufel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
5 eine schematische Teilschnittansicht von Abschnitten eines Turbinensystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
6 eine schematische Teilschnittansicht einer Leitdüse und Turbinenlaufschaufel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
7 eine schematische Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Leitdüse und Turbinenlaufschaufel gemäß einen Aspekt der Erfindung darstellt.
8 eine schematische Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Leitdüse und Turbinenlaufschaufel gemäß einen Aspekt der Erfindung darstellt.
9 eine schematische Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Leitdüse und Turbinenlaufschaufel gemäß einen Aspekt der Erfindung darstellt.
10 eine schematische Blockdarstellung zeigt, die Abschnitte eines Kombinationszyklus-Kraftwerksystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
11 eine schematische Blockdarstellung zeigt, die Abschnitte eines Ein-Wellen-Kombinationszyklus- Kraftwerksystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen der Offenlegung nicht notwendigerweise maßstäblich sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung darstellen und dürfen daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Offenlegung betrachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente in den Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Einige Turbinen enthalten statische Leitdüsenbaugruppen, die den Strom eines Arbeitsfluids in mit einem rotierenden Trommelrotor verbundene Turbinenlaufschaufeln lenken. Die Turbinenlaufschaufeln beinhalten Laufschaufelschäfte und Laufschaufeln (Laufschaufelblätter) und die Leitdüsenbaugruppe enthält mehrere Leitdüsen, "Leitschaufeln" oder "Leitschaufelblätter" und wird manchmal als ein "Leitapparat" oder "Leitdüsenbaugruppenstufe" bezeichnet. Dampfturbinenleitapparate enthalten zwei Ringe, den äußeren Leitapparatring und den inneren Leitapparatring. Diese zwei Ringe sind voneinander durch mehrere Leitschaufeln getrennt und über diese miteinander verbunden. Die Leitdüsenbaugruppe besteht im Wesentlichen aus zwei Hälften, einer oberen und einer unteren, welche jede einen inneren Ring, einen äußeren Ring und mehrere Leitschaufeln aufweist. Die oberen und unteren Hälften sind um den Rotor herum zusammengebaut.
Wie vorstehend angegeben, stellen Aspekte der Erfindung Systeme und Vorrichtungen bereit, die dafür ausgestaltet sind, Abschnitte einer Turbine thermisch vor einer Beschädigung aufgrund eines Kontaktes mit einem Turbinenarbeitsfluid (Hochtemperaturdampf) durch Verwendung von Überlappungsdichtungen und eines Kühlkreislaufs zu schützen. Der Kühlkreislauf führt dem Trommelrotor ein Kühlfluid (zum Beispiel Niedertemperaturdampf) zu. Der Niedertemperaturdampf wandert durch den Trommelrotor über den Kühlkreislauf, welcher zum Teil durch axiale Kanäle durch die Turbinenlaufschaufeln und Überlappungsdichtungen, welche zwischen den Leitdüsen und den Turbinenlaufschaufeln in der Turbine angeordnet sind, definiert ist. Die Überlappungsdichtungen blockieren im Wesentlichen den axialen Spalt zwischen den Laufschaufelplattformen und den Leitdüsen-Fußbändern und beschränken radial einwärtsund auswärts gerichtete Strömungen.
Auf dem Gebiet von Stromerzeugungssystemen (einschließlich beispielsweise Kernreaktoren, Dampfturbinen, Gasturbinen usw.) werden von Hochtemperaturdampf angetriebene Turbinen oft als Teil des Systems verwendet. Der Hochtemperaturdampf wird durch mehrere Sätze von Turbinenlaufschaufeln geleitet, und dreht dadurch einen Trommelrotor und wandelt thermische Energie in mechanische Energie um. Typischerweise nimmt, wenn die Temperatur des Dampfes erhöht wird, auch der Wirkungsgrad des Gesamtstromerzeugungssystems zu. Hochtemperaturdampf kann jedoch negative Auswirkungen auf bestimmte Komponenten der Turbine, wie zum Beispiel den Trommelrotor, haben. Die hohe Temperatur des Dampfes kann eine Materialbeschädigung an dem Trommelrotor bewirken, was die Wartungskosten des Systems erhöht und die Lebensdauer des Trommelrotors deutlich verringert.
In den Figuren sind Ausführungsformen eines Kühlkreislaufs mit Überlappungsdichtungen dargestellt, wobei der Kühlkreislauf den Wirkungsgrad beeinflussen und die Lebensdauererwartung des Trommelrotors, der Turbine und des gesamten Stromerzeugungssystems verlängern kann, indem der Trommelrotor gekühlt und der Trommelrotor vor einem Kontakt mit einem Arbeitsfluid (zum Beispiel Hochtemperaturdampf) abgeschirmt wird. Jede von den Komponenten in den Figuren kann mittels herkömmlicher Mittel, wie zum Beispiel eine übliche Leitung oder eine andere bekannte Mittel gemäß Darstellung in den 1 bis 11 verbunden sein. Insbesondere ist in 1 eine Teilquerschnittsansicht einer Turbine 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die Turbine 100 kann einen (teilweise in 1 dargestellten) Trommelrotor 10 und einen (teilweise in 1 dargestellten) Stator 15 enthalten, der im Wesentlichen den Trommelrotor 10 umgibt. Der Trommelrotor 10 kann wenigstens einen sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden Schwalbenschwanzschlitz 40 entlang seinem Außenumfang haben. Eine Turbinenlaufschaufel 12 kann in dem wenigstens einen sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckenden Schwalbenschwanzschlitz 40 auf dem Trommelrotor 10 befestigt sein. Der Trommelrotor 10 kann mehrere sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckende Schwalbenschwanzschlitze 40 und mehrere darin befestigte Turbinenlaufschaufeln 12 enthalten, wie es im Fachgebiet bekannt ist.
Der Stator 15 kann wenigstens eine in einem Leitdüsenschlitz 19 befestigten enthalten. Wie es in 1 zu sehen ist, kann der Stator 15 mehrere Leitdüsen 17 enthalten, welche Stufen der Turbine definieren und in Leitdüsenschlitzen 19 befestigt sein können. Die Leitdüsen 17 und Turbinenlaufschaufeln 12 können sich vom Stator 15 beziehungsweise Trommelrotor 10 aus radial so erstrecken, dass die Leitdüsen 17 und Turbinenlaufschaufeln 12 entlang einer axialen Länge der Turbine 10 verschachtelt sind. Ein Arbeitsfluid wie zum Beispiel Dampf kann an eine stromabwärts liegende Stelle 14 entlang eines primären Arbeitsfluidkanals 5 durch die Turbinenlaufschaufeln 12 und die Leitdüsen 17 geführt werden, um die Drehung des Trommelrotors 10 zu unterstützen.
In 2 ist eine schematische teilweise aufgeschnittene Seitenansicht einer Turbine 200 mit einer Überlappdichtung 207 gemäß Ausführungsformen dargestellt. Es versteht sich, dass ähnlich bezeichnete Elemente zwischen 1 und 2 im Wesentlichen ähnlich wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sein können. Ferner kann in unter Bezugnahme auf die 2 bis 11 dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen eine gleiche Bezeichnung gleiche Elemente darstellen. Eine redundante Erläuterung dieser Elemente wurde zur Verdeutlichung weggelassen. Schließlich dürfte es sich verstehen, dass die Komponenten der 1 bis 11 und deren zugehörigen Beschreibungen auf jede hierin beschriebene Ausführungsform angewendet werden können.
Des Weiteren kann gemäß 2 die Turbine 200 in dieser Ausführungsform einen Dichtungskopf 210 enthalten. Ein Kühlfluid kann in die Turbine 200 durch einen Kühlkreislauf 7 über eine Tülle 202 in dem Dichtungskopf 210 eingeführt werden. Das durch den Kühlkreislauf 7 eingeführte Fluid kann Dampf oder irgendein anderes Fluid wie im Fachgebiet bekannt enthalten. Die Tülle 202 kann so ausgestaltet sein, dass sie einem Ringraum 206 Fluid über Kühlmittelzuführungskanäle 204 zuführt. In einer Ausführungsform kann der Dichtungskopf 210 mehrere Tüllen 202 enthalten, die dafür ausgestaltet sind, Kühlfluid in die Turbine 200 über den Kühlkreislauf 7 einzuführen. In einer Ausführungsform kann der Dichtungskopf 210 nur einen einzigen Kühlmittelzuführungskanal 204 enthalten. In einer Ausführungsform können die Kühlmittelzuführungskanäle 204 als sich gerade radial erstreckende Kanäle ausgestaltet sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Kühlmittelzuführungskanäle 204 als ein gewundener Satz von Kanälen ausgestaltet sein. In jedem Falle kann der Kühlkreislauf 7 ein Fluid einem Ringraum 206 über eine Tülle 202 und Kühlmittelzuführungskanäle 204 zuführen. Von dem Ringraum 206 führt der Kühlkreislauf 700 das Fluid durch den Trommelrotor 10. Im Trommelrotor 10 ist der Kühlkreislauf 7 ferner durch eine Überlappungsdichtung 207 definiert, die zwischen einer Turbinenlaufschaufel 12 und einer Leitdüse 17 angeordnet ist. Die Überlappungsdichtung 207 ist für die Abschirmung des Trommelrotors 10 vor dem Fluid und/oder einem thermischen Kontakt mit einem Arbeitsfluidkanal 5 und zum fluidmäßigen Trennen des Arbeitsfluidkanals 5 und des Kühlkreislaufs 7 ausgestaltet.
In 3 ist eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Turbine 300 mit einem Kühlkreislauf 7 dargestellt, der teilweise durch mehrere Überlappungsdichtungen 207 und einen Satz von (in Strichlinien dargestellten) axialen Kanälen 302 definiert ist, die durch Turbinenlaufschaufelschäfte 502 hindurch ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform können die axialen Kanäle 302 fluidmäßig mit dem Kühlkreislauf 700 verbunden sein, was ein Passieren des Fluids aus dem Ringraum 206 durch mehrere Stufen der Turbine 300 hindurch über axiale Kanäle 302 ermöglicht. Die mehreren Überlappungsdichtungen 207 sind auf einem Turbinenlaufschaufelschaft 502 der Turbinenlaufschaufel 12 und einem inneren Leitapparatring 507 der Leitschaufel 107 angeordnet. Mehrere Überlappungsdichtungen 207 definieren ferner den Kühlkreislauf 7, schirmen den Rotor 10 von dem Arbeitsfluidkanal 5 ab und trennen den Arbeitsfluidkanal 5 und den Kühlkreislauf 7. In einer Ausführungsform kann der Kühlkreislauf 7 einen Satz von Leitschaufel-Fußdichtungen 304 passieren, die zwischen dem Rotor 10 und den Leitschaufeln 17 angeordnet sind. In einer Ausführungsform kann der Kühlkreislauf 7 so unter Druck gesetzt sein, dass ein Überdruckunterschied in Bezug auf den Arbeitsfluidkanal 5 erzeugt wird. In einer weiteren Ausführungsform kann der Arbeitsfluidkanal 5 so unter Druck gesetzt sein, dass er ein Überdruckunterschied in Bezug auf den Kühlkreislauf 7 erzeugt wird. In einer Ausführungsform kann sich ein durch den Kühlkreislauf 7 passierendes Fluid auf einer niedrigen Temperatur in Bezug auf ein dem Arbeitsfluidkanal 5 passierendes Fluid befinden. In einer Ausführungsform kann der Kühlkreislauf 7, das Kühlfluid nach dem Passieren eines Satzes von Stufen in der Turbine 300 über axiale Kanäle 302 in den Arbeitsfluidkanal 5 ausgeben.
In 4 ist eine dreidimensionale perspektive Teilansicht einer eine Ausführungsform eines Turbinenlaufschaufelschaftes 502 enthaltenden Umgebung 400 mit einem Satz dadurch hindurch verlaufender axialer Kanäle 302 dargestellt. Die axialen Kanäle 302 ermöglichen das Passieren eines Fluids durch mehrere Stufen in einer Turbine. In einer Ausführungsform können axiale Kanäle 302 in dem Laufschaufelschaft 502 eingearbeitet sein. In einer weiteren Ausführungsform können axiale Kanäle 302 in einem Laufschaufelschaft 502 eingeformt sein. In einer weiteren Ausführungsform können die axialen Kanäle 302 fluidmäßig mit dem Kühlkreislauf 7 verbunden sein.
In 5 ist eine Teilschnittansicht eines Abschnittes einer Ausführungsform einer Turbine 500 mit axialen Zähnen 508 dargestellt, die auf einem inneren Leitapparatring 507 der Leitdüse 17 angeordnet sind, und mit axialen Zähnen 509, die auf einem Laufschaufelschaft 502 der Turbinenlaufschaufel 12 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die axialen Zähne 508 zu einem Laufschaufelschaft 502 dergestalt, dass die axialen Zähne 508 axiale Zähne 509, welche sich zu dem inneren Leitapparatring 507 hin erstrecken, überlappen und damit in Wechselwirkung stehen und dadurch mehrere Überlappungsdichtungen 207 ausbilden. Mehrere von den Überlappungsdichtungen 207 definieren teilweise den Kühlkreislauf 7 zusammen mit einem (in Strichlinien dargestellten) axialen Kanal 302 und einem (in Strichlinien dargestellten) axialen Kanal 510. In dieser Ausführungsform enthält die Turbinenlaufschaufel 12 einen Laufschaufelschaft 502 und ein Laufschaufelblatt 504. Die Leitdüse 17 enthält einen äußeren Leitapparatring 505, einen inneren Leitapparatring 507 und eine Leitschaufel 503. In dieser Ausführungsform trennen die Überlappungsdichtungen 207 im Wesentlichen fluidmäßig den Arbeitsfluidkanal 5 und den Kühlkreislauf 7, welcher sich radial innerhalb des Arbeitsfluidkanals 5 befindet und unterhalb den axialen Zähnen 508 und 509 und durch axiale Kanäle 302 und 510 verläuft. In einer Ausführungsform kann der Kühlkreislauf 7 in den Arbeitsfluidkanal 5 über einen axialen Kanal 507 entlüftet werden. In einer Ausführungsform kann die Leitdüsenleitschaufel 503 eine Höhe zwischen ca. 2,54 cm (1 inch) und ca. 5,08 cm (2 inches) und eine Breite zwischen ca. 2,54 cm (1 inch) und ca. 5,08 cm (2 inches). In einer weiteren Ausführungsform kann die Leitdüsenleitschaufel 503 eine Höhe zwischen ca. 5,08 cm (2 inches) und ca. 7,62 cm (3 inches) und eine Breite zwischen ca. 5,08 cm (2 inches) und ca. 7,62 cm (3 inches) haben. In einer Ausführungsform können die Leitdüsenleitschaufeln 503 in Umfangsrichtung zwischen etwa 0,51 cm (0,2 inches) und etwa 1,78 cm (0,7 inches) in Bezug zueinander beabstandet sein.
In 6 ist eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Leitdüse 17 und eines Satzes von Turbinenlaufschaufeln 12 mit mehreren axialen Zähnen 508 und 509 dargestellt. In dieser Ausführungsform können zwei auf einem inneren Leitapparatring angeordnete axiale Zähne 508 zwischen zwei auf dem Laufschaufelschaft 502 angeordneten axialen Zähnen 509 so ausgestaltet sein, dass sie in Wechselwirkung stehen und Überlappungsdichtungen 207 ausbilden. In einer Ausführungsform kann die Überlappungsdichtung 210 aus einer beliebigen Anzahl axialer Zähne 508 und 509 bestehen. Die Überlappungsdichtung 207 mit den axialen Kanälen 302 definiert teilweise den Kühlkreislauf 7, welcher durch die Leitdüsen- Fußdichtungen 304 strömt.
In 7 ist eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Leitdüse 17 und eines Satzes von Turbinenlaufschaufeln 12 mit axialen Zähnen 508 dargestellt, die in Bezug auf axiale Zähne 509 so ausgestaltet sind, dass sie Überlappungsdichtungen 207 ausbilden. In dieser Ausführungsform enthalten die auf einem inneren Leitapparatring 507 angeordneten axialen Zähne 508 einen sich radial erstreckenden Spitzenabschnitt 808. Der sich radial erstreckende Spitzenabschnitt 808 verringert ferner einen Zwischenabstand zwischen den axialen Zähnen 508 und 509 und bildet im Wesentlichen eine Dichtung dazwischen aus. In 8 ist eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Leitdüse 17 und eines Satzes von Turbinenlaufschaufeln 12 mit axialen Zähnen 508 dargestellt, die in Bezug auf axiale Zähne 509 so ausgestaltet sind, dass sie Überlappungsdichtungen 207 ausbilden. In dieser Ausführungsform enthalten auf den Laufschaufelschäften 502 angeordnete axiale Zähne 509 einen sich radial erstreckenden Spitzenabschnitt 809. Der sich radial erstreckende Spitzenabschnitt 809 verringert ferner einen Zwischenraum zwischen den axialen Zähnen 508 und 509 und bildet im Wesentlichen eine Dichtung dazwischen aus. In 9 ist eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform einer Leitdüse 17 und eines Satzes von Turbinenlaufschaufeln 12 mit axialen Zähnen 508 dargestellt, die in Bezug auf axiale Zähne 509 so ausgestaltet sind, dass sie Überlappungsdichtungen 207 ausbilden. In dieser Ausführungsform enthalten die axialen Zähne 508 einen sich radial erstreckenden Spitzenabschnitt 808 und die sich axial erstreckenden Zähne 509 enthalten einen sich radial erstreckenden Spitzenabschnitt 809. Die sich radial erstreckenden Spitzenabschnitte 808 und 809 verringern ferner einen Zwischenraum zwischen den axialen Zähnen 508 und 509 und bilden im Wesentlichen eine Dichtung dazwischen aus.
In 10 ist eine schematische Ansicht von Abschnitten eines Mehrwellen-Kombinationszyklus-Kraftwerkes 900 dargestellt. Das Kombinationszyklus-Kraftwerk 900 kann beispielsweise eine Gasturbine 902 enthalten, die funktionell mit einem Generator 908 verbunden ist. Der Generator 908 und die Gasturbine 902 können mechanisch durch eine Welle 907 verbunden sein, welche Energie zwischen einer (nicht dargestellten) Antriebswelle der Gasturbine 902 und dem Generator 908 überträgt. Ferner ist in 10 ein Wärmetaucher 904 dargestellt, der funktionell mit der Gasturbine 902 und einer Dampfturbine 906 verbunden ist. Der Wärmetauscher 904 kann fluidmäßig sowohl mit der Gasturbine 902 als auch der Dampfturbine 906 über herkömmliche Leitungen (Bezeichnung weggelassen) verbunden sein. Die Gasturbine 902 und/oder die Dampfturbine 906 können fluidmäßig mit dem Kühlkreislauf 7 von 3 oder anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen verbunden sein. Der Wärmetauscher 904 kann ein herkömmlicher Wärmerückgewinnungsdampfgenerator (HRSG) sein, wie sie beispielsweise in herkömmlichen Kombinationszyklus-Kraftwerkssystemen verwendet werden. Wie auf dem Gebiet der Stromerzeugung bekannt, kann der HRSG 904 heißes Abgas aus der Gasturbine 902, in Kombination mit einer Wasserzufuhr nutzen, um Dampf zu erzeugen, welcher der Dampfturbine 906 zugeführt wird. Die Dampfturbine 906 kann optional mit einem zweiten Generatorsystem 908 (über eine zweite Welle 907) verbunden sein. Es dürfte sich verstehen, dass die Generatoren 908 und die Wellen 907 von beliebiger Größe oder im Fachgebiet bekannter Art sein können und sich abhängig von ihrer Anwendung oder dem System, mit welchem sie verbunden sind, unterscheiden können. Eine gemeinsame Bezeichnung der Generatoren und Wellen dient zur Verdeutlichung und legt nicht notwendigerweise nahe, dass diese Generatoren oder Wellen identisch sind. In einer (in Strichlinien dargestellten) Ausführungsform kann der Kühlkreislauf 7 ein Fluid aus dem HRSG 904 aufnehmen. In einer weiteren Ausführungsform kann der Kühlkreislauf 7 Fluid aus der Dampfturbine 906 aufnehmen. In einer (in Strichlinien dargestellten) Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt der Kühlkreislauf 7 fluid aus einer Fluidquelle 909 auf. Die Fluidquelle 909 kann ein Verdichter, eine unter Druck stehende Gasquelle oder eine andere im Fachgebiet bekannte Fluidquelle sein. In einer weiteren (in Strichlinien dargestellten) Ausführungsform kann der Kühlkreislauf 7 ein Fluid in Form von verdichteter Luft aufnehmen, die durch den Betrieb der Gasturbine 902 erzeugt wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Dampfturbine 906 fluidmäßig in den Kühlkreislauf 7 integriert sein. In einer weiteren in 11 dargestellten Ausführungsform kann ein Einwellen-Kombinationszykluskraftwerk 990 nur einen einzigen Generator 908 enthalten, der sowohl mit der Gasturbine 902 als auch der Dampfturbine 906 über eine einzige Welle 907 verbunden ist. Die Dampfturbine 906 und/oder Gasturbine 902 kann fluidmäßig mit dem Kühlkreislauf 7 von 3 oder anderen hierin beschrieben Ausführungsformen 200, 400, 500, 600, 700, 800 oder 900 verbunden sein.
Die Überlappungsdichtungen und der Kühlkreislauf der vorliegenden Offenlegung sind auf keinerlei spezielle Turbine, Stromerzeugungssystem oder anderes System beschränkt und können mit anderen Stromerzeugungssystemen und/oder Systemen (zum Beispiel Kombinationszyklus-, Einfachzyklus-, Kernreaktor-System, usw. verbunden werden). Zusätzlich können die Überlappungsdichtungen und der Kühlkreis der vorliegenden Erfindung mit anderen hierin nicht beschriebenen Systemen verwendet werden, die von dem thermischen Schutz des hierin beschriebenen Kühlkreislaufs profitieren.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen, und soll nicht die Offenlegung einschränken. So wie hierin verwendet, sollen die Singularformen "einer, eine, eines" und "der, die, das" auch die Pluralformen mit einschließen, soweit der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Es dürfte sich ferner verstehen, dass die Begriffe "weist auf" und/oder "aufweisend", wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen festgestellter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Es werden Systeme zur thermischen Regelung einer Turbine 100, 200, 300, 500, 902, 906 offengelegt. In einer Ausführungsform enthält eine Turbinenleitdüsenbaugruppe 17: einen äußeren Leitapparatring 505; eine physisch mit dem äußeren Leitapparatring 505 verbundene Leitschaufel 503; und einen physisch mit der Leitschaufel 503 verbundenen inneren Leitapparatring 507, wobei der innere Leitapparatring 507 einen ersten axialen Zahn 508, 509, 808, 809 enthält, der zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung 207 mit einem auf einem Laufschaufelschaft 502 angeordneten zweiten axialen Zahn 508, 509, 808, 809 ausgestaltet ist.
Bezugszeichenliste

5: Arbeitsfluidkanal
7: Kühlkreislauf
20: Trommelrotor
12: Turbinenlaufschaufel
14: stromabwärts liegende Stelle
15: Stator
17: Leitdüse
19: Leitdüsenschlitz
40: Schwalbenschwanzschlitz
100: Turbine
200: Turbine
202: Tülle
204: Kühlmittelzuführungskanäle
206: Ringraum
207: Überlappungsdichtung
210: Dichtungskopf
300: Turbine
302: axiale Kanäle
304: Leitdüsen-Fußdichtungen
400: Umgebung
500: Turbine
502: Turbinenlaufschaufelschäfte
503: Leitdüsenleitschaufel
504: Laufschaufel
505: äußerer Leitapparatring
507: innerer Leitapparatring
508: axiale Zähne
509: axiale Zähne
510: axialer Kanal
808: sich radial erstreckender Spitzenabschnitt
809: sich radial erstreckender Spitzenabschnitt
900: Kombinationszykluskraftwerk
902: Gasturbine
904: Wärmetauscher (HRSG)
906: Dampfturbine
907: Welle
908: Generator
909: Fluidquelle
990: Einwellen-Kombinationszyklus-Kraftwerk

Claims

Turbinenleitdüsenbaugruppe (17), aufweisend: einen äußeren Leitapparatring (505); eine physisch mit dem äußeren Leitapparatring (505) verbundene Leitschaufel (503); und einen physisch mit der Leitschaufel (503) verbundenen inneren Leitapparatring (507), wobei der innere Leitapparatring (507) einen ersten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) enthält, der zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung (207) mit einem auf einem Laufschaufelschaft (502) angeordneten zweiten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) ausgestaltet ist.
Turbinenleitdüsenbaugruppe (17) nach Anspruch 1, wobei der innere Leitapparatring (507) mehrere erste axiale Zähne (508, 509, 808, 809) enthält, die zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung (207) mit mehreren auf dem Laufschaufelschaft (502) angeordneten zweiten axialen Zähnen (508, 509, 808, 809) ausgestaltet sind.
Turbinenleitdüsenbaugruppe (17) nach Anspruch 1, wobei der erste axiale Zahn (508, 509, 808, 809) einen sich radial erstreckenden Spitzenabschnitt (808, 809) enthält, während der sich radial erstreckende Spitzenabschnitt (808, 809) dafür ausgestaltet ist, sich zu dem zweiten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) hin zu erstrecken.
Turbinenleitdüsenbaugruppe (17) nach Anspruch 1, wobei der zweite axiale Zahn (508, 509, 808, 809) einen sich radial erstreckenden Spitzenabschnitt (808, 809) enthält, wäh- rend der sich radial erstreckende Spitzenabschnitt (808, 809) dafür ausgestaltet ist, sich zu dem ersten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) hin zu erstrecken.
Turbinenleitdüsenbaugruppe (17) nach Anspruch 4, wobei der erste axiale Zahn (508, 509, 808, 809) einen sich radial erstreckenden Spitzenabschnitt (808, 809) enthält, während der sich radial erstreckende Spitzenabschnitt (808, 809) dafür ausgestaltet ist, sich zu dem zweiten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) hin zu erstrecken.
Turbinenleitdüsenbaugruppe (17) nach Anspruch 1, wobei der erste axiale Zahn (508, 509, 808, 809) und der zweite axiale Zahn (508, 509, 808, 809) dafür ausgestaltet sind, im Wesentlichen zwei Abschnitte einer Turbine (100, 200, 300, 500, 902, 906) fluidmäßig zu trennen, um die Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz dazwischen zu ermöglichen.
Turbinenlaufschaufel (12), aufweisend: ein Laufschaufelblatt (504); und einen mit dem Laufschaufelblatt (504) verbundenen Laufschaufelschaft (502), wobei der Laufschaufelschaft (502) einen ersten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) enthält, der dafür ausgestaltet ist, sich zu einer Leitdüse (17) hin zu erstrecken, um im Wesentlichen eine Dichtung (207) mit der Leitdüse (17) auszubilden.
Turbinenlaufschaufel (12) nach Anspruch 7, wobei der Laufschaufelschaft (502) mehrere erste axiale Zähne (508, 509, 808, 809) enthält, die zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung (207) mit mehreren auf der Leit- düse (17) angeordneten zweiten axialen Zähnen (508, 509, 808, 809) ausgestaltet sind.
Turbine (100, 200, 300, 500, 902, 906), aufweisend: einen Stator (15); einen Arbeitsfluidkanal (5), der im Wesentlichen von dem Stator (15) umgeben ist; einen Trommelrotor (10), der im Wesentlichen radial innerhalb des Arbeitsfluidkanals (5) ausgestaltet ist; einen Kühlkreislauf (7), der fluidmäßig mit dem Trommelrotor (10) verbunden ist; und eine Überlappungsdichtung (207), die zwischen einer mit dem Stator (15) verbundenen Leitdüse (17) und einer mit dem Trommelrotor (10) verbundenen Turbinenlaufschaufel (12) angeordnet ist, wobei die Überlappungsdichtung (207) im Wesentlichen den Arbeitsfluidkanal (5) und den Kühlkreislauf (7) fluidmäßig trennt, wobei die Überlappungsdichtung (207) aufweist: einen auf der Leitdüse (17) angeordneten ersten axialen Zahn (508, 509, 808, 809); und einen auf dem Turbinenlaufschaufel (17) angeordneten zweiten axialen Zahn (508, 509, 808, 809), wobei der zweite axiale Zahn (508, 509, 808, 809) zur Wechselwirkung und im Wesentlichen zur Ausbildung einer Dichtung (207) mit dem ersten axialen Zahn (508, 509, 808, 809) ausgestaltet ist.
Turbine (100, 200, 300, 500, 902, 906) nach Anspruch 9, welche ferner einen Dichtungskopf (210) mit einem Kühlmit- telzuführungskanal (204), der fluidmäßig mit dem Kühlkreis (7) verbunden ist, und eine in dem Dichtungskopf (210) angeordnete Tülle (202) enthält, wobei der Kühlmittelzuführungskanal (204) dafür ausgestaltet ist, ein Fluid aus der Tülle (202) zu erhalten und das Fluid dem Kühlkreislauf (7) zuzuführen.