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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Dampfturbine, zum Umschließen wenigstens eines Teils eines axialen Dampfströmumgspfades der Dampfturbine, wobei das Gehäuse in einer Axialebene geteilt aus einem Oberteil und einem Unterteil zusammengesetzt ist, wobei im Innenraum des Gehäuses eine Innenstruktur vorgesehen ist, die in der Axialebene geteilt aus wenigstens einem Innenabschnitt des Oberteils und wenigstens einem Innenabschnitt des Unterteils zusammengesetzt ist.
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Die in einer Axialebene (in der Regel horizontal) geteilte Bauweise eines Dampfturbinengehäuses ist im Stand der Technik vollkommen üblich und ermöglicht z. B. sehr vorteilhaft ein unkompliziertes Öffnen des Gehäuses, z. B. um einen im Gehäuse gelagerten Turbinenläufer zu Wartungszwecken auszubauen.
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Bei der im Innenraum des Gehäuses vorgesehenen "Innenstruktur" kann es sich bei bekannten Dampfturbinen insbesondere um eine oder mehrere Wandungen (z. B. mit radial und/oder in Umfangsrichtung verlaufenden Wandungsabschnitten) zur Begrenzung so genannter Anzapfkammern handeln.
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Derartige Anzapfkammmern sind radial innerhalb einer äußeren Mantelfläche des Gehäuses, jedoch radial außerhalb des Turbinenläufers angeordnet und dienen zum Abzweigen von Dampf aus einem bestimmten Bereich entlang des axialen Dampfströmungspfades der betreffenden Turbine.
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Im zusammengebauten Zustand des Gehäuses ist in der genannten Axialebene eine "Teilfuge" ausgebildet, an welcher die aneinandergefügten Bereiche des Gehäuse-Oberteils und des Gehäuse-Unterteils zweckmäßigerweise gegeneinander abgedichtet werden sollten. Zu bedenken sind hierbei, dass diese Teilfuge den im Betrieb der Dampfturbine beträchtlichen Drücken bzw. Druckdifferenzen widerstehen muss. Außerdem ist zu bedenken, dass es bei den im Betrieb der Dampfturbine vorkommenden Temperaturvariationen zu Problemen mit mechanischen Verschiebungen bzw. Verspannungen kommen kann.
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Prinzipiell unproblematisch ist die Teilfugenabdichtung in denjenigen Bereichen der Teilfuge, welche im geschlossenen Zustand des Gehäuses von außen zugänglich sind. Diese Bereiche könnte man als "Außenabschnitte" des Oberteils bzw. Unterteils bezeichnen. Sie werden üblicherweise durch eine von außen gut zugängliche (Flansch-)Verschraubung zueinander abgedichtet. Die Verschraubung bewirkt eine zuverlässige Anpressung der Außenabschnitte des Oberteils gegen die entsprechenden Außenabschnitte des Unterteils entlang der Teilfuge.
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Problematisch ist bei bekannten Dampfturbinen jedoch die Abdichtung der Innenabschnitte des Oberteils und des Unterteils zueinander, welche sich im Innenraum des Gehäuses befinden und somit nach dem Schließen des Gehäuses nicht mehr gut zugänglich sind (aufgrund der räumlichen Umschließung durch die Gehäuse-Außenabschnitte).
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Bei bekannten Dampfturbinen kann zwar zur Abdichtung der Innenabschnitte zueinander ebenfalls eine Flansch-Verschraubung vorgesehen sein, was jedoch irgendeine Art von nachträglich verschließbarem "Zugang" durch das Oberteil oder Unterteil hindurch in den Innenraum des Gehäuses erfordert. In der Praxis bedeutet eine solche Abdichtungsmethode für die Innenstrukturabschnitte auf Grund der umständlichen Zugänglichkeit einen hohen Zeitaufwand bei der Montage (und Demontage) des Gehäuses.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Gehäuse der eingangs genannten Art eine mit vergleichsweise geringem Aufwand realisierbare Abdichtung der Innenabschnitte des Oberteils gegen die Innenabschnitte des Unterteils zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Gehäuse dadurch gelöst, dass zwischen dem Innenabschnitt des Oberteils und dem Innenabschnitt des Unterteils eine Labyrinthdichtung ausgebildet ist.
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Die Labyrinthdichtung ermöglicht in besonders einfacher Weise eine gewissermaßen automatische Abdichtung der aneinandergefügten Innenabschnitte allein durch das Schließen des Gehäuses, also z. B. dem Aufsetzen des Oberteils auf das Unterteil. Ein zusätzlicher Aufwand, etwa für ein miteinander Verschrauben der aneinander gefügten Innenabschnitte von Ober- und Unterteil, kann somit vorteilhaft entfallen.
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Vorteilhaft kann im Betrieb einer betreffenden Dampfturbine durch im Labyrinth befindliches Kondensat die Dichtwirkung der Labyrinthdichtung verstärkt werden. Darüber hinaus ist bei der Erfindung vorteilhaft, dass etwaige Temperaturvariationen keine mechanischen Verspannungen im Bereich der Labyrinthdichtung hervorrufen.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Labyrinthdichtung ausgebildet ist durch wenigstens eine Nut an dem Unterteil oder Oberteil, in welche ein entsprechender Vorsprung an dem anderen Gehäuseteil (Oberteil bzw. Unterteil) eingreift.
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Insbesondere können mehrere längliche parallel zueinander verlaufende Nuten an dem betreffenden Gehäuseteil (Unterteil und/oder Oberteil) vorgesehen sein, in welche jeweils ein zugeordneter länglicher Vorsprung einer entsprechenden Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Vorsprüngen eingreift. Mit derartig mehrfach vorgesehenen Nut-Vorsprung-Kombinationen kann die Dichtwirkung der Labyrinthdichtung vorteilhaft erhöht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist entweder das Unterteil oder das Oberteil mit einer Mehrzahl parallel zueinander verlaufender Nuten versehen, wohingegen das entsprechende andere Gehäuseteil, also Oberteil bzw. Unterteil, mit den zum Eingriff in die Nuten entsprechend parallel zueinander verlaufenden Vorsprüngen versehen ist.
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In einer Ausführungsform ist die Nut aus dem Material des Unterteils bzw. Oberteils herausgefräst.
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In einer Ausführungsform ist der Vorsprung durch Fräsen des Materials des Oberteils bzw. Unterteils ausgebildet.
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In einer alternativen Ausführungsform ist der Vorsprung als separates Bauteil ausgebildet und am Oberteil bzw. Unterteil angebracht (z. B. angeschraubt oder angeschweißt).
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In einer Ausführungsform bildet die Innenstruktur wenigstens eine Wandung aus, beispielsweise eine Wandung zur Begrenzung einer Anzapfkammer eines Dampfturbinengehäuses.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist eine Dampfturbine umfassend wenigstens ein Gehäuse der hier beschriebenen Art vorgesehen.
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Bei der erfindungsgemäßen Dampfturbine kann das Gehäuse beispielsweise einen Abdampfbereich der Dampfturbine umschließen, also z. B. das so genannte Abdampfgehäuse einer Dampfturbine darstellen (von welchem aus der Abdampf die Turbine verlässt).
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Die Innenstruktur des Gehäuses kann beispielsweise eine Anzapfkammer des Gehäuses begrenzen, insbesondere z. B. eine Anzapfkammer im Abdampfbereich der betreffenden Dampfturbine.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Innenstruktur einen Leitschaufelträger ausbildet oder zur Befestigung eines Leitschaufelträgers vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 eine Axialschnittansicht einer Dampfturbine nach dem Stand der Technik,
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2 eine Radialschnittansicht der Dampfturbine von 1 entlang der Linie II-II in 1,
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3 eine schematische Draufsicht eines Unterteils eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Gehäuses für eine Dampfturbine,
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4 eine Schnittansicht des Gehäuses entlang der Linie IV-IV in 3,
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5 ein Detail aus 4, gemäß einer ersten Variante, und
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6 das Detail aus 4 gemäß einer zweiten Variante.
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Die 1 und 2 veranschaulichen beispielhaft den Aufbau einer herkömmlichen Dampfturbine 1, umfassend ein Gehäuse 10 zum Umschließen eines durch Strömungspfeile in 1 dargestellten Dampfströmungspfades der Dampfturbine 1.
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Das Gehäuse 10 ist in einer horizontalen Axialebene (orthogonal zur Zeichenebene von 1) geteilt aus einem Oberteil 10-1 und einem Unterteil 10-2 zusammengesetzt.
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In dieser Axialebene, die in 2 gestrichelt eingezeichnet ist, befindet sich somit eine "Teilfuge", an welcher im geschlossenen Zustand des Gehäuses 10 die betreffenden Abschnitte der beiden "Gehäusehälften" 10-1, 10-2 aneinandergefügt sind.
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Die in 1 dargestellte Dampfturbine 1 weist noch weitere Gehäuse auf, so etwa ein erstes Lagergehäuse 12 enthaltend ein Axiallager 14 und ein Radiallager 16, sowie ein zweites Lagergehäuse 18 enthaltend ein Radiallager 20.
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Der vom Gehäuse 10 umschlossene Dampfströmungspfad der Dampfturbine 1 beginnt in einem axial mittleren Bereich (Frischdampfeinlass 22) und verläuft in 1 zunächst nach links durch eine Hochdruckstufe 24, wird dann in seiner Richtung umgekehrt, um sodann in 1 nach rechts durch eine Mitteldruckstufe 26 und schließlich eine Niederdruckstufe bzw. Endstufe 28 zu verlaufen. Der nach Durchlaufen dieses Strömungspfades in Temperatur und Druck reduzierte Dampf verlässt die Dampfturbine 1 durch einen Abdampfauslass 30.
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In einem Innenraum 32 der Dampfturbine 1 ist ein Turbinenläufer 34 mittels der genannten Lager 14, 16 und 20 um eine Drehachse A drehbar gelagert. Am Außenumfang des Turbinenläufers 34 radial abstehende Laufschaufeln 36 und am Innenumfang von stationären Leitschaufelträgern 38-1, 38-2 und 38-3 nach radial innen abstehende Leitschaufeln 40 bilden hierbei die genannten Turbinenstufen 24, 26 und 28 aus.
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In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 umschließt das Gehäuse 10 den gesamten axialen Dampfströmungspfad. Abweichend davon könnten jedoch z. B. auch mehrere axial hintereinander angeordnete (und z. B. miteinander verschraubte) Gehäuse zu diesem Zweck vorgesehen sein.
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In dem dargestellten Beispiel ist der Leitschaufelträger 38-1 zumindest teilweise integral mit einem Außenabschnitt (Gehäusemantel) des Gehäuses 10 ausgebildet, wohingegen die Leitschaufelträger 38-2 und 38-3 als jeweils separate Bauteile (z.B. zweiteilig zusammengesetzt) ausgebildet und am Innenumfang des Gehäusemantels angebracht (z. B. angeschraubt) sind.
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Derartige radial innerhalb des Gehäusemantels, jedoch radial außerhalb des Turbinenläufers 34 angeordnete Turbinenkomponenten wie die Leitschaufelträger 38-1 bis 38-3 bilden eine "Innenstruktur" des Gehäuses 10. Diese Innenstruktur, oder Teile davon, können zweckmäßigerweise ebenfalls in der genannten, hier horizontalen Axialebene geteilt zusammengesetzt vorgesehen sein.
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Die in einer Axialebene geteilte Bauweise der Innenstruktur ist z. B. für die als separate Bauteile vorgesehene Leitschaufelträger 38-2 und 38-3 insofern unproblematisch, als die jeweiligen Bauteilhälften im geöffneten Zustand des Gehäuses 10, also bei abgenommenem Oberteil 10-1, miteinander verschraubt werden können, bevor das Oberteil 10-1 auf das Unterteil 10-2 aufgesetzt und somit das Gehäuse 10 geschlossen wird.
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Problematisch ist jedoch die Montage einer in Axialebene geteilt ausgebildeten Innenstruktur, deren Innenstrukturhälften integral (fest verbunden oder einstückig) mit dem jeweiligen der Gehäuseteile 10-1 bzw. 10-2 ausgebildet sind. Dies kann bei der Turbine 1 z. B. für den Leitschaufelträger 38-1 der Fall sein, wenn dieser durch das Schließen des Gehäuses 10 zusammengefügt wird, wobei nach dieser Zusammenfügung der entsprechenden Innenabschnitte des Oberteils 10-1 und des Unterteils 10-2 die Teilfuge zwischen Leitschaufelträgerhälften nicht mehr gut zugänglich ist. Dies erschwert es, an dieser Teilfuge mittels einer Verschraubung oder dergleichen eine gute Dichtigkeit zwischen den gefügten Leitschaufelträgerhälften (bzw. allgemein "Innenstrukturhälften") zu schaffen.
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Die vorliegende Erfindung widmet sich diesem Problem der Dichtigkeit solcher integral mit dem Oberteil und dem Unterteil eines Turbinengehäuses ausgebildeten Innenstrukturhälften zueinander.
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Mit Bezug auf die 3 bis 5 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gehäuses erläutert.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
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3 zeigt in einer Draufsicht ein Unterteil 10a-2 eines Gehäuses 10a, welches wieder zum Umschließen wenigstens eines Teils eines axialen Dampfströmungspfades der betreffenden Dampfturbine dient.
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Bei dem Gehäuse 10a (von dem in 1 nur das Unterteil 10a-2 zu sehen ist) kann es sich z. B. insbesondere um ein so genanntes Abdampfgehäuse einer Kondensationsdampfturbine handeln.
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Das Gehäuse 10a könnte somit z. B. bei der in 1 dargestellten Dampfturbine 1 den in 1 rechts dargestellten Gehäusebereich (im axialen Bereich des Abdampfauslasses 30) ersetzen.
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In 3 ist außerdem die Position eines Leitschaufelträgers 38a-3 eingezeichnet (etwa entsprechend dem Leitschaufelträger 38-3 in 1).
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Im in 3 dargestellten Bereich des Gehäuses 10a besitzt dieses eine Stirnwand (siehe in 3 eine untere Stirnwandhälfte 50a-2) und eine Mantelwand (siehe in 3 eine untere Mantelwandhälfte 52a-2) als Teil der mittels einer in 3 gestrichelt symbolisierten Verschraubung verbindbaren "Außenstruktur" des Gehäuses 10a.
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Darüber hinaus besitzt das Gehäuse 10a in seinem Innenraum 32a eine Anzapfkammerwand. In 3 ist lediglich die zur Ausbildung der ringförmig geschlossenen Anzapfkammerwand verwendete Anzapfkammerwandhälfte 54a-2 des Gehäuse-Unterteils 10a-2 ersichtlich.
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Die Anzapfkammerwand stellt eine integral mit dem Gehäuse 10a ausgebildete "Innenstruktur" dar und dient zur Abtrennung eines Teils des Innenraumes 32a und Nutzung desselben als eine Anzapfkammer 60a, über die im Betrieb der Dampfturbine ein Teil des Dampfes aus dem Dampfströmungspfad abgeführt wird.
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Derartige Anzapfkammern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es wird hierzu beispielhaft auf die
EP 0 741 234 A2 verwiesen. Im Betrieb der Dampfturbine herrscht in der dargestellten Anzapfkammer
60a ein wesentlich höherer Druck als in dem restlichen dargestellten Bereich des Innenraumes
32a.
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Insofern ist es für die einwandfreie Funktion der Anzapfkammer 60a von Bedeutung, dass trotz der in Axialebene geteilt zusammengesetzten Bauweise der Anzapfkammerwand eine möglichst gute Abdichtung der beiden gefügten Anzapfkammerwandhälften erzielt wird.
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Nach einem Schließen des Gehäuses 10a (durch Aufsetzen des in 3 nicht ersichtlichen Oberteils 10a-1) ist die Teilfuge zwischen den "Innenstrukturhälften" (siehe z. B. Anzapfkammerwandhälfte 54a-2) der Anzapfkammerwand nicht mehr gut zugänglich.
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Um hier dennoch eine verbesserte Abdichtwirkung zu erzielen, ist zwischen dem entsprechenden Innenabschnitt des Oberteils (nicht dargestellt) und dem in 3 ersichtlichen Innenabschnitt 54a-2 des Unterteils 10a-2 eine Labyrinthdichtung (siehe 4) ausgebildet.
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Wie es besser aus 4 ersichtlich ist, wird die Labyrinthdichtung im dargestellten Beispiel ausgebildet durch zwei langgestreckt und parallel zueinander verlaufende Nuten 62a an dem Unterteil 10a-2 bzw. dessen Innenabschnitt 54a-2, in welche jeweils entsprechende Vorsprünge 64a an dem Oberteil 10a-1 bzw. dessen Innenabschnitt 54a-1 eingreifen, sobald das Gehäuse 10a geschlossen ist.
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Durch die Labyrinthdichtung zwischen den Innenstrukturhälften 54a-1 und 54a-2 wird vorteilhaft bereits durch das Schließen des Gehäuses 10a eine verbesserte Abdichtung zwischen den gefügten Innenabschnitten erzielt, so dass z. B. eine Verschraubung an dieser (schwer zugänglichen) Stelle entbehrlich ist.
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Die Nuten 62a können in einfacher Weise z. B. aus dem Material (z. B. Stahl) des betreffenden Gehäuseteils, hier des Unterteils 10a-2 herausgefräst sein.
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Was die Vorsprünge 64a des Oberteils 10a-1 anbelangt, so können auch diese z. B. durch Fräsen des betreffenden Innenabschnittes 54a-1 gefertigt werden. Diese Ausführung eines Vorsprunges 64a ist in der Detailzeichnung von 5 nochmals vergrößert dargestellt.
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6 zeigt eine Ausführungsvariante für einen Vorsprung 64b, welcher zunächst als separates Bauteil (z. B. längliche Leiste, ein- oder mehrstückig) ausgebildet und nachträglich an einem entsprechenden Innenabschnitt 54b-1 angebracht wurde. Im Beispiel gemäß 6 ist dies durch eine bei 70b dargestellte Verschraubung des Vorsprunges (Leiste) 64b mit dem Innenabschnitt 54b-1 realisiert.
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Von Vorteil ist hierbei, wenn, wie z. B. aus 6 ersichtlich, zumindest im Bereich der verwendeten Schrauben (z. B. im Wesentlichen äquidistant über die Länge der Vorsprungsleiste 64b verteilt angeordnet) Aussparungen vorhanden sind, um die Schrauben(köpfe) in den Aussparungen und somit innerhalb des Vorsprunges 64b versenkt unterzubringen.
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Eine alternative Methode zur Anbringung eines oder mehrerer Vorsprünge (vgl. z. B. Vorsprung 64b) ist z. B. eine Verschweißung des oder der Vorsprünge mit dem betreffenden Innenabschnitt des Gehäuses.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Vorsprünge und/oder die Nuten mit schräg (nicht orthogonal zur Teilebene) verlaufenden Flanken ausgebildet sind, wie dies bei den Beispielen gemäß der 4 bis 6 dargestellt ist, um die Aneinanderfügung zu erleichtern.
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Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen der Labyrinthdichtung, bei welchen an einer der Gehäusehälften Nuten und an der anderen der Gehäusehälften Vorsprünge vorgesehen sind, könnten beide aneinandergefügte Gehäusehälften (bzw. deren Innenabschnitte) auch mit Nuten und Vorsprüngen versehen sein, also gewissermaßen mit korrugierten Fügeflächen, wobei die Korrugationen beim Schließen des Gehäuses miteinander in Eingriff gelangen, um die Labyrinthdichtung auszubilden.
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Zusammenfassend kann mit der Erfindung eine Dampfturbine mit verbesserter bzw. vereinfachter Abdichtung von geteilt zusammengesetzten Innenstrukturen im Innenraum eines ebenfalls geteilt zusammengesetzten Gehäuses bereitgestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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