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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Turbinen und genauer die Installation und Sicherung von tangentialen Schwalbenschwanzschaufeln in einem Turbinenrotor.
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Für die Konstruktion und den Betrieb einiger Kraftwerkssysteme, beispielsweise bestimmter Kernkraft-, Gas- und Gas-und-Dampf-Kombi-Kraftwerkssysteme, werden Turbinen verwendet. Einige dieser Turbinen weisen Rotoren auf (z.B. einen Trommelrotor, einen Rad-und-Membran-Rotor usw.), für die eine Mehrzahl von tangentialen Schwalbenschwanz- bzw. Tannenbaumschaufeln verwendet wird. Diese Schaufeln sind über einen Satz von Einführungsnuten in den Rotorsäulen in Umfangsrichtung um den Rotor angeordnet. Nach ihrer Installation müssen diese Schaufeln aufgrund der extremen Umgebungsbedingungen, die im Betrieb innerhalb der Turbine herrschen, sicher befestigt werden und die Einführungsnuten müssen abgedichtet werden. Einige Systeme verwenden eine Schlussschaufel, um die Turbinenschaufeln sicher in ihrer Position um den Rotor zu halten und um die Einführungsnut abzudichten. Während der Installation ist diese Schaufel die letzte Schaufel, die in einer jeweiligen Stufe installiert wird. Sobald die Schlussschaufel ihren Platz in der Einführungsnut eingenommen hat, wird ein Satz von Gewindestiften bzw. Madenschrauben verwendet, um die Schlussschaufel am Rotor zu fixieren, wodurch die anderen Turbinenschaufeln eingesperrt werden und die Einführungsnut abgedichtet wird. Jedoch können diese Madenschrauben schwierig zu installieren und/oder anzuziehen sein, und die nötigen Madenschraubenlöcher, die im Rotor ausgebildet werden müssen, um diese Madenschrauben aufnehmen zu können, können zu Spannungskonzentrationen im Rotor führen.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer bekannten Schlussschaufel 93 dargestellt, die mit einem Rotor 20 verbunden ist. Die in 1 dargestellte Schlussschaufel 92 kann einen Schaufelschaft 90 und einen Flügel / ein Blatt 91 aufweisen. Die Schlussschaufel 92 kann mit dem Rotor 20 über einen Satz von Madenschrauben 97 verbunden sein, die so ausgelegt sind, dass sie mit einem Satz von Öffnungen 21 im Rotor 20 komplementär zusammenpassen und verbunden werden können, wodurch die Schlussschaufel 92 sicher am Rotor befestigt wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es werden Systeme und Vorrichtungen offenbart, die dafür ausgelegt sind, die Installation von Turbinenschaufel-Baugruppen um einen Rotor zu vereinfachen und um damit zusammenhängende Spannungskonzentrationen im Rotor zu verringern. In einer Ausführungsform weist ein Einsatz auf: einen Basisabschnitt, der so ausgelegt ist, dass er mit einem Eintrittsschlitz in einem Rotor einer Turbine komplementär zusammenpasst; und einen Halsabschnitt, der sich vom Basisabschnitt radial auswärts erstreckt, wobei der Halsabschnitt so ausgelegt ist, das er mit einer Säule des Rotors komplementär zusammenpasst, um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Schwalbenschwanz bzw. Tannenbaum um den Rotor herum zu bilden.
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Ein erster Aspekt der Offenbarung sieht einen Einsatz vor, der aufweist: einen Basisabschnitt, der so ausgelegt ist, dass er mit einer Einführungsnut in einem Rotor einer Turbine komplementär zusammenpasst; und einen Halsabschnitt, der sich vom Basisabschnitt radial auswärts erstreckt, wobei der Halsabschnitt so ausgelegt ist, das er mit einer Säule des Rotors komplementär zusammenpasst, um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Schwalbenschwanz bzw. Tannenbaum um den Rotor herum zu bilden.
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Ein zweiter Aspekt sieht eine Turbine vor, die aufweist: einen Stator; einen Arbeitsfluidkanal, der im Wesentlichen vom Stator umgeben ist; und einen Rotor, der so gestaltet ist, dass er sich im Wesentlichen weiter innen als der Arbeitsfluidkanal befindet und einen Satz von Einführungsnuten und einen Satz von Umfangsnuten definiert, wobei der Rotor aufweist: einen Satz von Turbinenschaufeln, die über den Satz von Umfangsnuten mit dem Rotor verbunden sind; und einen Satz von Einsätzen, die so ausgelegt sind, dass sie mit dem Satz von Einführungsnuten komplementär zusammenpassen, und die im Wesentlichen eine Position des Satzes von Turbinenschaufeln in dem Satz von Umfangsnuten sichern.
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Ein dritter Aspekt sieht ein Verfahren vor, welches beinhaltet: Installieren eines ersten Satzes von Turbinenschaufeln in einer ersten Umfangsnut eines Rotors über eine erste Einführungsnut; Installieren eines ersten Einsatzes in der ersten Einführungsnut; Installieren eines zweiten Satzes von Turbinenschaufeln in einer zweiten Umfangsnut des Rotors über eine zweite Einführungsnut, wobei die zweite Umfangsnut der ersten Umfangsnut axial benachbart ist; Installieren eines letzten Satzes von Turbinenschaufeln in einer letzten Umfangsnut des Rotors über eine letzten Einführungsnut; und Installieren eines letzten Einsatzes in der letzten Einführungsnut.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale der Erfindung werden leichter verständlich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, wobei:
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1 eine teilweise weggeschnittene schematische Ansicht einer bekannten Schlussschaufel gemäß dem Stand der Technik ist.
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2 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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3 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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4 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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5 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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6 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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7 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten eines Einsatzes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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8 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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9 eine schematische Schnittansicht von Abschnitten einer Turbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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10 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten eines Einsatzes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist.
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11 ein Verfahrensablaufschema zeigt, das einen Prozess gemäß Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
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12 ein schematisches Blockschema zeigt, das Abschnitte eines Gas-und Dampf-Kombi-Kraftwerksystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung erläutert.
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13 ein schematisches Blockschema zeigt, das Abschnitte eines einwelligen Gas-und-Dampf-Kombi-Kraftwerksystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
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Man beachte, dass die Zeichnungen der Beschreibung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Beschreibung darstellen und sollten daher für die Beschreibung nicht als beschränkend betrachtet werden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Nummern in den Zeichnungen gleiche Elemente.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie hierin angegeben, sehen Aspekte der Erfindung Systeme, Verfahren und Vorrichtungen vor, die dafür ausgelegt sind, die Installation von Turbinenschafel-Baugruppen um einen Rotor zu erleichtern und damit im Zusammenhang stehende Stresskonzentrationen zu verringern, die im Rotor während des Betriebs entstehen können. Die Turbinenschaufeln dieser Systeme werden über eine Einführungsnut in einer Umfangsnut installiert, die um den Rotor herum verläuft, und dann durch einen Einsatz sicher festgehalten, der so ausgelegt ist, dass er mit der Einführungsnut komplementär zusammenpasst.
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Auf dem technischen Gebiet der Leistungserzeugungssysteme (einschließlich von z.B. Kernreaktoren, Dampfturbinen, Gasturbinen usw.) werden häufig Turbinen, die von Hochtemperaturfluiden (z.B. Dampf) angetrieben werden, als Teil des Systems verwendet. Einige Turbinen weisen Turbinenschaufel-Baugruppen als Teil einer Rotorkomponente auf, die teilweise verwendet wird, um Leistung zu erzeugen. Die Turbinenschaufeln in diesen Baugruppen weisen Schaufelschäfte und -blätter (Luftleitbleche) auf und werden über einen Satz von Schwalbenschwänzen, die so ausgelegt sind, dass sie mit den um den Rotor herum verlaufenden Umfangsnuten komplementär zusammenpassen, in die Umfangsnuten eingebaut. Während des Zusammenbaus werden die Turbinenschaufeln nacheinander über eine axiale oder radiale Einführungsnut in die Umfangsnuten eingesetzt, bis in der jeweiligen Umfangsnut nur noch eine Schaufelnut übrig ist. Die letzte Turbinenschaufel, die in einer Stufe jeweils installiert werden soll, wird dann durch die Einführungsnut eingeführt und über einen Satz von Madenschrauben am Rotor fixiert. Diese letzte Turbinenschaufel wird verwendet, um die Einführungsnut auszufüllen und um alle anderen Turbinenschaufeln sicher um den Rotor herum festzulegen. Jedoch kann die Verwendung dieser Madenschrauben Wartungs- und Installationsprozesse komplizierter machen und eine Reihe von Spannungskonzentrationen am Rotor bewirken.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen Systeme, Verfahren und Vorrichtungen vor, die dafür ausgelegt sind, die Wartung und Installation von Turbinenschaufeln zu erleichtern und Spannungskonzentrationen im Rotor unter Verwendung eines Einsatzes, der die Turbinenschaufels sicher um den Rotor herum festlegt, zu verringern. Der Einsatz ist so ausgelegt, dass er mit der Einführungsnut komplementär zusammenpasst und eine im Wesentlichen kontinuierlichen Säule um den Rotor herum bildet. Der Einsatz wird radial und in Umfangsrichtung von der Rotorsäule und axial von axial benachbarten Turbinenschaufeln und/oder Rotorsäulen beschränkt. Dieser Einsatz verringert die Anzahl der Madenschrauben, die für eine sichere Installation nötig sind, und verringert Spannungskonzentrationen.
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In den Figuren sind Ausführungsformen von Systemen und Baugruppen dargestellt, die Einsätze aufweisen, wobei die Einsätze sich auf die Rotorzusammenbauprozesse auswirken und die erwartete Standzeit des Rotors, der Turbine und des gesamten Leistungserzeugungssystems durch Verringern von Spannungskonzentrationen verlängern können. Die Komponenten in den Figuren können jeweils über herkömmliche Einrichtungen, z.B. über eine gemeinsame Leitung oder eine andere bekannte Einrichtung, verbunden sein, wie in 2–13 dargestellt ist. Genauer ist 2 eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine 200, die einen Rotor 110 mit einem Satz von Säulen 120 gemäß Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet. Ein Satz von Säulen 120 definiert einen Satz von Umfangsnuten 160, die dafür ausgelegt sind, eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln 93 (in 9 dargestellt) um einen Rotor 110 zu sichern. Der Satz von Säulen 120 erstreckt sich radial vom Rotor 110 nach außen und definiert Stufen der Turbine 200. Der Satz von Säulen 120 weist einen Satz axialer Leisten 125 auf, die die Turbinenschaufeln weiter 93 am Rotor 110 sichern, indem sie einen Satz von Eingriffsnuten 114 im Satz von Umfangsnuten definieren. In einer Ausführungsform kann der Satz von Eingriffsnuten 114 sowohl eine hintere tangentiale Schwalbenschwanznut 111 als auch eine vordere tangentiale Schwalbenschwanznut 115 beinhalten. In einer Ausführungsform kann eine letzte bzw. Endsäule 123 am Rotor 110 eine im Wesentlichen plane axiale Fläche 127 aufweisen. In einer Ausführungsform kann mindestens eine Säule 120 eine Einführungsnut 122 (gestrichelt dargestellt) aufweisen, die dafür ausgelegt ist, das Einsetzen von Abschnitten der Turbinenschaufeln 93 in den Satz von Umfangsnuten 160 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform wird der Schaufelschaft 90 der Turbinenschaufel 93 durch die Einführungsnut 122 hindurch eingesetzt und von der Umfangsnut 160 gleitend aufgenommen. In einer Ausführungsform kann ein Einsatz 140 in die Einführungsnut 122 eingeführt werden, wodurch eine im Wesentlichen kontinuierliche Umfangssäule 120 um den Rotor 110 herum ausgebildet wird. In einer Ausführungsform können der Einsatz 140 und die Säule 120 eine im Wesentlichen kontinuierliche axiale Leiste 125 um den Rotor 110 bilden, die einen Schwalbenschwanz bildet, um den Schaufelschaft 90 und die Turbinenschaufel 93 aufzunehmen. In einer Ausführungsform kann der Einsatz 140 über einen axialen Schwalbenschwanz in der Einführungsnut 122 gehalten werden.
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3 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine 200, die einen Rotor 110 mit einer Säule 120 gemäß Ausführungsformen der Erfindung aufweist. Selbstverständlich können Elemente, die in 2 und 3 ähnliche Nummern aufweisen, im Wesentlichen ähnlich sein, wie mit Bezug auf 2 beschrieben. Ferner können in Ausführungsformen, die mit Bezug auf 2–13 dargestellt und beschrieben sind, gleiche Nummerierungen gleiche Elemente darstellen. Auf eine wiederholte Erläuterung dieser Elemente wurde um der Übersichtlichkeit Willen verzichtet. Schließlich sei klargestellt, dass die Komponenten von 2–13 und die dazugehörigen Beschreibungen für alle hierin beschriebenen Ausführungsformen gelten können.
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Wie in 3 dargestellt, kann der Einsatz 140 dieser Ausführungsform einen Basisabschnitt 141 und einen Halsabschnitt 146 aufweisen, der sich radial vom Basisabschnitt 141 nach außen erstreckt. In einer Ausführungsform kann der Halsabschnitt 140 mit der Säule 120 des Rotors 110 komplementär zusammenpassen. In einer Ausführungsform kann die Säule 120 ferner einen Satz radialer Nuten 102 definieren, die in der Einführungsnut 122 ausgebildet sind. In einer Ausführungsform können die radialen Nuten 102 so ausgelegt sein, dass sie einen Satz von Flanschen 142 (z.B. Haken, Stutzen usw.) am Einsatz 140 gleitend aufnehmen, wodurch der Einsatz 140 sicher in der Säule 120 festgelegt wird. In einer Ausführungsform kann ein Satz radialer Nuten 102 eine Schwalbenschwanzform aufweisen, und ein Satz von Flanschen 142 kann eine komplementäre Schwalbenschwanzform aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Einsatz 140 einen Satz von Schaufelleisten 145 aufweisen, die so ausgelegt sind, dass sie mit axialen Leisten 125 komplementär zusammenpassen, um eine im Wesentlichen kontinuierliche Umfangsfläche um den Rotor 110 zu bilden. In einer Ausführungsform können der Einsatz 140 und der Satz von Schaufelleisten 145 mit einer Form der Säule 120 zusammenpassen. In einer Ausführungsform kann der Einsatz 140 sowohl eine hintere tangentiale Schwalbenschwanznut 111 als auch eine vordere tangentiale Schwalbenschwanznut 115 im Wesentlichen vervollständigen. In einer Ausführungsform kann der Einsatz 140 in die Einführungsnut 122 eingeführt werden, um den Zusammenbau der jeweiligen Stufe abzuschließen.
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4 ist eine schematische, dreidimensionale perspektivische Ansicht der Turbine 200, mit einem Einsatz 140, der in der Einführungsnut 122 angeordnet ist, gemäß Ausführungsformen. In dieser Ausführungsform bildet die Einsetzung des Einsatzes 140 in die Einführungsnut 122 (die vom Einsatz 140 blockiert wird) eine im Wesentlichen kontinuierliche Umfangseingriffsnut 114 um den Rotor 110. In einer Ausführungsform kann der Einsatz 140 radial und in Umfangsrichtung von der Säule 120 beschränkt werden.
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5 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten der Turbine 200, die einen Rotor 110 und eine Endsäule 123 gemäß Ausführungsformen der Erfindung aufweist. In dieser Ausführungsform weist die Endsäule 123 eine innere axiale Fläche 124 auf, die anderen Sätzen aus Säulen 120 am Rotor 110 zugewandt ist und eine axiale Leiste 125 aufweist. Die Endsäule 123 weist ferner eine zweite axiale Fläche 127 auf, die im Wesentlichen von planer Form sein kann. In einer Ausführungsform kann ein unidirektionaler Einsatz 143 in der Einführungsnut 122 der Endsäule 123 installiert werden. Der unidirektionale Einsatz 143 weist eine plane Fläche 147 und eine Leistenfläche 144 auf, die eine Schaufelleiste 145 aufweist (z.B. einen Haken, einen Stutzen usw.) Wie in 6 zu sehen ist, bildet die Installation des unidirektionalen Einsatzes 143 in der Endsäule 123 eine im Wesentlichen kontinuierliche, in Umfangsrichtung um den Rotor 110 angeordnete Endsäule 123. Die Endsäule 123 weist eine plane Oberfläche 127 und eine mit einem Vorsprung bzw. einer Leiste versehene Oberfläche 125 auf, die dafür ausgelegt ist, Turbinenschaufeln 93 zu sichern. In einer Ausführungsform kann der unidirektionale Einsatz 143 eine Madenschraube 507 (gestrichelt dargestellt) aufweisen, die dafür ausgelegt ist, den Rotor und/oder die Säule 123 zu verbinden. Selbstverständlich kann der unidirektionale Einsatz 143 unter Verwendung beliebiger derzeit bekannter oder noch zu entwickelnder Verfahren in der Einführungsnut gesichert werden.
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In 7 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht eines geteilten Einsatzes 740 gemäß Ausführungsformen dargestellt. In dieser Ausführungsform kann der geteilte Einsatz 740 einen ersten Unterabschnitt 742 mit einer ersten Passfläche 746 und einen zweiten Unterabschnitt 744 mit einer zweiten Passfläche 748 aufweisen. Der erste Unterabschnitt 742 und der zweite Unterabschnitt 744 können jeweils abgegrenzte, voneinander trennbare Abschnitte des geteilten Einsatzes 740 sein, die einzeln in einem Rotor 110 installiert werden können. In einer Ausführungsform können der erste Unterabschnitt 742 und der zweite Unterabschnitt 744 über benachbarte Komponenten im Rotor 110 und/oder in der Einführungsnut 122 gesichert werden. In einer Ausführungsform kann der erste Unterabschnitt 742 einen stromaufwärtigen Teil umfassen, der so ausgelegt ist, dass er einem Strom von Arbeitsfluid zugewandt ist, und ein zweiter Teil 744 kann einen stromabwärtigen Abschnitt aufweisen, der so ausgelegt ist, dass er von einem Strom des Arbeitsfluids abgewandt ist. In einer Ausführungsform können der erste Unterabschnitt 742 und der zweite Unterabschnitt 744 in der Einführungsnut 122 zusammengesetzt werden (in 2 dargestellt), um einen geteilten Einsatz 740 zu bilden. In einer Ausführungsform können die erste Passfläche 746 und die zweite Passfläche 748 direkt verbunden sein. In einer Ausführungsform können die erste Passfläche 746 und die zweite Passfläche 748 so ausgelegt sein, dass sie komplementär zueinander sind. In einer Ausführungsform können individuell ausgeführte Installationen des ersten Unterabschnitts 742 und des zweiten Unterabschnitts 744 eine Installation des geteilten Einsatzes 740 in einer Säule 120 am Rotor 110 ermöglichen, die keine für einen Einsatz zugängliche Einführungsnut 122 aufweist. In einer Ausführungsform kann der geteilte Einsatz 740 eine Mehrzahl von Abschnitten beinhalten. In einer Ausführungsform kann eine axiale Breite "W" des Unterabschnitts 742 und/oder 746 kleiner sein als eine Abmessung "d" (in 8 dargestellt) zwischen Säulen 120, wodurch eine Einsetzung und ein Zusammenbau des geteilten Einsatzes 740 in die Einführungsnut 822 ermöglicht wird.
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8 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht von Abschnitten einer Turbine 800, die einen Rotor 810 mit einem Satz von Säulen 820 gemäß Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet. In dieser Ausführungsform fluchtet eine erste Einführungsnut 822 axial mit einer zweiten Einführungsnut 823, so dass der Einsatz 140 an jedem Punkt und/oder in jeder Einführungsnut 822 oder 823 am Rotor 810 positioniert werden kann. Dadurch ist eine Installation von Einsätzen 140 in Säulen 820 möglich, wo Umfangsnuten 160 eine Breite "d" aufweisen, die kleiner ist als eine Breite W des Einsatzes 140. In dieser Ausführungsform wird der Einsatz 140 durch die Einführungsnut 122 über den Installationsweg "P" in die Einführungsnut 123 eingesetzt. Selbstverständlich kann der Einsatz 140 durch eine beliebige Zahl von axial fluchtenden Einführungsnuten hindurch installiert werden.
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In 9 sind eine Schnittansicht von Abschnitten einer Turbine 800, die einen Satz aus Düsen 82 und 87 aufweist, und Turbinenschaufeln 93 gemäß Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform kann die Düse 82 eine abschleifbare Beschichtung 86 aufweisen, die so ausgelegt ist, dass sie mit einem Satz von Dichtungskomponenten 176, die mit der Säule 120 verbunden sind, komplementär ist. In einer Ausführungsform kann ein Satz von Dichtungskomponenten 176 einen Satz von herkömmlichen J-Dichtungsstreifen beinhalten, die mit der Säule 120 verbunden sind. In einer Ausführungsform kann der Satz von Dichtungskomponenten 176 über einen Abdichtungsdraht 186 mit der Säule 120 verbunden werden. In einer Ausführungsform kann der Satz von Dichtungskomponenten 176 eine abschleifbare Beschichtung berühren. In einer anderen Ausführungsform kann der Satz von Dichtungskomponenten 176 im Wesentlichen nahe an der abschleifbaren Beschichtung 86 angeordnet sein. In einer Ausführungsform können die abschleifbare Beschichtung 86 und der Satz von Dichtungskomponenten 176 eine Labyrinthdichtung und/oder eine herkömmliche J-Dichtung bilden. In einer Ausführungsform kann eine Düse 87 einen Satz von Düsendichtungszähnen 89 aufweisen, die so ausgelegt sind, dass sie zu einem Satz von Dichtungskomponenten 176 komplementär und/oder entgegengesetzt sind, um eine labyrinthische Dichtung zu bilden.
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10 ist eine dreidimensionale perspektivische Ansicht eines Dichtungseinsatzes 840 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. In dieser Ausführungsform weist der Dichtungseinsatz 840 einen Satz von Einsatzdichtungszähnen 149 auf einer radialen Oberfläche 847 auf. Die Einsatzdichtungszähne 149 sind so ausgelegt, dass sie komplementär sind zu einer abschleifbaren Beschichtung 86 und/oder einem Satz von Düsendichtungszähnen 89 (in 9 dargestellt), um eine axiale Dichtung zu bilden. In einer Ausführungsform kann der Dichtungseinsatz 840 im Wesentlichen eine axiale Abdichtung um einen Umfang eines Rotors 110 herum aufrechterhalten. In einer Ausführungsform können die Einsatzdichtungszähne 149 die abschleifbare Beschichtung 86 und/oder den Satz von Düsendichtungszähnen 89 berühren.
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In 11 ist ein Verfahrensablaufschema gemäß Ausführungsformen der Erfindung zur Erläuterung dargestellt. In einem vorbereitenden Prozess P1 (gestrichelt dargestellt) werden die Turbine 200 und der Rotor 110 für die Installation und die Stufenmontage einer Mehrzahl von Turbinenschaufeln 93 vorbereitet. Dies kann durch Techniker und/oder von Maschinen als Reaktion auf einen geplanten oder von einem Nutzer veranlassten Montageprozess erfolgen und kann die Entfernung und/oder Ablösung einer Außenschale der Turbine 200 beinhalten. Im Anschluss an den Prozess P1 wird in einem Prozess P2 ein erster Satz von Turbinenschaufeln 93 über eine erste Einführungsnut 122, die durch eine Säule 120 hindurch Zugriff auf eine erste Umfangsnut 160 bietet, im Rotor 110 installiert. Genauer werden Turbinenschaufeln 93 eines ersten Satzes nacheinander in der ersten Umfangsnut 160 installiert. In einer Ausführungsform können die Turbinenschaufeln 93 des ersten Satzes gleitend von der ersten Umfangsnut 160 aufgenommen werden. Die Turbinenschaufeln 93 des ersten Satzes werden nebeneinander so angeordnet, dass die Turbinenschaufeln 93 des ersten Satzes eine Baugruppe (z.B. eine erste Stufe) um eine erste Umfangsnut 160 und den Rotor 110 bilden. Im Anschluss an den Prozess P2 wird im Prozess P3 ein erster Einsatz 140 in der ersten Einführungsnut 122 installiert, um eine Position des ersten Satzes von Turbinenschaufeln 93 zu sichern und um eine im Wesentlichen gleichförmige Säule 120 um den Rotor 110 herum zu schaffen. In einer Ausführungsform kann der erste Einsatz 140 als Satz aus einzelnen Abschnitten (z.B. einem stromaufwärtigen Abschnitt 142 und einem stromabwärtigen Abschnitt 144) installiert werden. In einer anderen Ausführungsform kann der erste Einsatz 140 über eine Einführungsnut 122, die durch eine Reihe von Säulen 120 am Rotor 110 verläuft, installiert werden. In einer Ausführungsform kann der erste Einsatz 140 radial und umfangsweise von der Säule 120 gesichert werden. Im Anschluss an den Prozess P3 werden im Prozess P4 Turbinenschaufeln 93 aus nachfolgenden Sätzen nacheinander in aufeinanderfolgenden Nuten 160 um den Rotor 110 installiert. Diese Turbinenschaufeln 93 aus nachfolgenden Sätzen werden jeweils durch Einsätze 140 gesichert und bilden die übrigen Stufen der Turbine 200. In einer Ausführungsform können alle Stufen und/oder Turbinenschaufeln 93 über eine Einführungsnut 122, die eine auf einer Linie liegende Einführungsnut 122 durch alle Ständer 120 hindurch bildet, im Rotor 110 installiert werden. Im Anschluss an den Prozess P4 wird im Prozess P5 Turbinenschaufeln 93 eines letzten Satzes über eine letzte Einführungsnut 122 in einer Umfangsnut 160 einer letzten Stufe installiert. Die Turbinenschaufeln 93 des letzten Satzes bilden die letzte Stufe der Turbine 200. Im Anschluss an den Prozess P5 wird im Prozess P6 ein letzter Einsatz 143 in der letzten Einführungsnut 122 installiert, um eine die Turbinenschaufeln 93 des letzten Satzes sicher festzulegen. In einer Ausführungsform kann der letzte Einsatz 143 eine Madenschraube 507 beinhalten, die so angepasst ist, dass sie den letzten Einsatz 143 am Rotor 110 und/oder an der Turbine 200 sichert.
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Das Datenflussdiagramm und die Blockdiagramme der Figuren stellen die Architektur, die Funktionalität und die Betriebsweise möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogramm-Produkten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Zusammenhang kann jeder Block im Ablaufschema oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil eines Codes darstellen, das bzw. der einen oder mehrere ausführbare Befehle zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. Es sei außerdem klargestellt, dass in manchen alternativen Ausführungsformen die in dem Block angegebenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge als in den Figuren angegeben stattfinden können. Beispielsweise können zwei Blöcke, die hintereinander dargestellt sind, tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können manchmal in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der daran beteiligten Funktion. Es sei auch klargestellt, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder der Flussdiagrammdarstellung und Kombinationen der Blöcke in den Blockdiagrammen und/oder der Flussdiagrammdarstellung von bestimmten Zwecken dienenden Hardware-basierten Systemen, die die angegebenen Funktionen oder Schritte durchführen, oder Kombinationen von spezieller Hardware und Computerbefehlen implementiert werden kann bzw. können.
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In 12 ist eine schematische Darstellung von Teilen eines mehrwelligen Gas-und-Dampf-Kombi-Kraftwerks 900 dargestellt. Das Gas-und-Dampf-Kombi-Kraftwerk 900 kann beispielsweise eine Gasturbine 902 aufweisen, die wirkmäßig mit einem Generator 908 verbunden ist. Der Generator 908 und die Gasturbine 902 können mechanisch über eine Welle 907 verbunden sein, die Energie zwischen einer (nicht dargestellten) Antriebswelle der Gasturbine 902 und dem Generator 908 übertragen kann. Wie in 12 dargestellt ist, ist ein Wärmetauscher wirkmäßig mit der Gasturbine 902 und einer Dampfturbine 906 verbunden. Der Wärmetauscher 904 kann fluidtechnisch über herkömmliche Leitungen (ohne Bezugszahlen) mit sowohl der Gasturbine 902 als auch der Dampfturbine 906 verbunden sein. Die Gasturbine 902 und/oder die Dampfturbine 906 können einen Trommelrotor 110 und/oder Einsatz 140 von 2 oder andere hierin beschriebene Ausführungsformen aufweisen. Der Wärmetauscher 904 kann ein herkömmlicher Abhitzedampferzeuger (HRSG) sein, beispielsweise einer, wie er in herkömmlichen Gas-und-Dampf-Kombi-Kraftwerkssystemen verwendet wird. Wie auf dem technischen Gebiet der Leistungserzeugung bekannt ist, kann der HRSG 904 heißes Abgas aus der Gasturbine 902 in Kombination mit einer Wasserzufuhr nutzen, um Dampf zu erzeugen, der zur Dampfturbine 906 geliefert wird. Die Dampfturbine 906 kann optional mit einem zweiten Generatorsystem 908 verbunden sein (über eine zweite Welle 907). Selbstverständlich können die Generatoren 908 und Wellen 907 jede Größe aufweisen und von jeder Art sein, die in der Technik bekannt ist, und können sich je nach Ihrem Zweck oder dem System, mit dem sie verbunden sind, unterscheiden. Die gemeinsame Nummerierung der Generatoren und Wellen dient der Übersichtlichkeit und muss nicht bedeuten, dass diese Generatoren oder Wellen identisch sind. In einer anderen Ausführungsform, die in 13 dargestellt ist, kann ein einwelliges Gas-und-Dampf-Kombi-Kraftwerk einen einzigen Generator 908 aufweisen, der über eine einzige Welle 907 sowohl mit der Gasturbine 902 als auch der Dampfturbine 906 verbunden ist. Die Dampfturbine 906 und/oder die Gasturbine 902 können einen Trommelrotor 110 und/oder Einsatz 140 von 2 oder andere hierin beschriebene Ausführungsformen aufweisen.
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Die Einsätze und Rotoren der vorliegenden Offenbarung sind nicht auf eine bestimmte Turbine, ein bestimmtes Leistungserzeugungssystem oder anderes System beschränkt und können mit anderen Leistungserzeugungssystemen und/oder Systemen (z.B. Gas-und-Dampf-Kombis, Gas-, Kernreaktorsystemen usw.) verwendet werden. Außerdem können die Einsätze und Rotoren der vorliegenden Erfindung mit anderen Systemen verwendet werden, die hierin nicht beschrieben sind und die von der Stabilität, der einfachen Installation und der Sicherungsfähigkeit, die hierin beschrieben sind, profitieren können.
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Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Offenbarung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen "einer", "eine, "eines" und "der, die das" auch die Pluralformen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke "umfasst " und/oder "umfassend ", wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.
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Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsweise, zu offenbaren und um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, wozu auch die Herstellung und die Nutzung von Vorrichtungen und Systemen und die Anwendung von darin enthaltenen Verfahren gehören. Der zu schützende Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele umfassen, die für einen Fachmann naheliegend sind. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nur unwesentlich unterscheiden.
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Es werden Systeme und Vorrichtungen offenbart, die dafür ausgelegt sind, die Installation von Turbinenschaufel-Baugruppen um einen Rotor zu vereinfachen und damit zusammenhängende Spannungskonzentrationen im Rotor zu verringern. In einer Ausführungsform weist ein Einsatz auf: einen Basisabschnitt, der so ausgelegt ist, dass er mit einem Einführungsschlitz im Rotor einer Turbine komplementär zusammenpasst; und einen Halsabschnitt, der sich vom Basisabschnitt radial auswärts erstreckt, wobei der Halsabschnitt so ausgelegt ist, das er mit einer Säule des Rotors komplementär zusammenpasst, um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Schwalbenschwanz um den Rotor herum zu bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 82
- Düse
- 86
- Abschleifbare Beschichtung
- 87
- Düsen
- 89
- Düsendichtungszähne
- 90
- Schaufelschaft
- 93
- Turbinenschaufeln
- 102
- Radiale Nuten
- 110
- Rotor
- 111
- Tangentiale Schwalbenschwanznut
- 114
- Eingreifnuten
- 115
- Vordere tangentiale Schwalbenschwanznut
- 120
- Säule
- 122
- Einführungsnut
- 123
- Endsäule
- 124
- Innere axiale Fläche
- 125
- Axiale Leisten
- 127
- Plane axiale Fläche
- 140
- Einsatz
- 141
- Basisabschnitt
- 142
- Flansche
- 143
- Unidirektionaler Einsatz
- 144
- Leistenfläche
- 145
- Schaufelleisten
- 146
- Halsabschnitt
- 147
- Plane Fläche
- 149
- Dichtungszähne
- 160
- Umfangsnuten
- 176
- Dichtungskomponenten
- 186
- Dichtungsdraht
- 200
- Turbine
- 507
- Madenschraube
- 740
- Geteilter Einsatz
- 742
- Erster Unterabschnitt
- 744
- Zweiter Unterabschnitt
- 746
- Erste Passfläche
- 748
- Zweite Passfläche
- 800
- Turbine
- 810
- Rotor
- 820
- Säulen
- 822
- Einführungsnut
- 823
- Zweite Einführungsnut
- 840
- Dichtungseinsatz
- 847
- Radiale Oberfläche
- 900
- Gaskraftwerk
- 902
- Gasturbine
- 904
- Wärmetauscher
- 906
- Dampfturbine
- 907
- Welle
- 908
- Generator
- 990
- Kraftwerk
