DE102014103005A1

DE102014103005A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Wärmeübertragung in Turbinenabschnitten von Gasturbinen

Info

Publication number: DE102014103005A1
Application number: DE102014103005.2A
Authority: DE
Inventors: Henry Grady Ballard jr.; Ozgur Bozkurt; Kenneth Damon Black; Radu Ioan Danescu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CH707842A2; JP6310284B2; JP2014181702A; US9828880B2; US20140271111A1

Abstract

Es ist ein Gasturbinensystem mit einem Verbrennungsabschnitt und einem Turbinenabschnitt geschaffen. Der Turbinenabschnitt weist mindestens eine Turbinenstufe mit mehreren Turbinenschaufeln, die mit einem Rotor gekoppelt sind, und ein Innengehäuse auf, das längs des Umfangs um die mehreren Turbinenschaufeln herum angeordnet ist. Der Turbinenabschnitt weist ein Außengehäuse auf, das längs des Umfangs um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses herum angeordnet ist. Das Innengehäuse und das Außengehäuse definieren einen Hohlraum, der ein Volumen umfasst, das so ausgelegt ist, dass es die Luftverteilung in dem Hohlraum begünstigt, damit eine Außenfläche des Innengehäuses und eine Innenfläche des Außengehäuses gekühlt werden. Das Außengehäuse umfasst mindestens einen Lufteinlass, und das Innengehäuse umfasst mindestens einen Luftauslass. In dem Hohlraum ist mindestens ein Bund vorgesehen, und der mindestens eine Bund liegt an der Seite von dem Lufteinlass und mindestens einer Strömungsführung.

Description

HINTERGRUND
Der hier offenbarte Gegenstand betrifft allgemein Gasturbinen und insbesondere Systeme und Verfahren zur Optimierung der Wärmeübertragung in Turbinenabschnitten von Gasturbinen.
Eine Gasturbine verbrennt einen Brennstoff zur Erzeugung heißer Verbrennungsgase, die durch eine Turbine strömen, um eine Last und/oder einen Verdichter anzutreiben. In derartigen Systemen erzeugt die Verbrennung eine beträchtliche Wärmemenge. Diese Wärme kann eine Wärmeausdehnung bewirken sowie zu möglichen Beanspruchungen oder zum möglichen Verschleiß verschiedener Bauteile innerhalb der Gasturbine führen. Durch die Wärmeausdehnung kann sich beispielsweise der Spaltabstand zwischen feststehenden und sich drehenden Bauteilen, wie den Turbinenschaufeln, verändern. Es kann folglich wünschenswert sein, die Temperatur verschiedener Turbinenbauteile zu beeinflussen, um den Spaltabstand zu optimieren, die Leistung zu steigern und die Lebensdauer der Gasturbine zu verlängern.
KURZE BESCHREIBUNG
Bestimmte Ausführungsformen, die der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechen, sind nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung nicht einschränken, sondern sollen vielmehr lediglich eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung bereitstellen. So kann die Erfindung verschiedene Formen umfassen, die den nachstehend dargelegten Ausführungsformen ähneln oder sich von ihnen unterscheiden können.
In einer Ausführungsform ist ein System geschaffen, das eine Gasturbine umfasst. Die Gasturbine weist einen Verbrennungsabschnitt und einen mit dem Verbrennungsabschnitt gekoppelten Turbinenabschnitt auf. Der Turbinenabschnitt weist mindestens eine Turbinenstufe mit mehreren Turbinenschaufeln aufweist, die mit einem Rotor gekoppelt sind, und ein Innengehäuse auf, das längs des Umfangs um die mehreren Turbinenschaufeln herum angeordnet ist. Der Turbinenabschnitt weist ferner ein Außengehäuse auf, das längs des Umfangs um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses herum angeordnet ist. Das Innengehäuse und das Außengehäuse definieren einen Hohlraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse, wobei der Hohlraum ein Volumen umfasst, das zwischen einem vorderen Abschnitt und einem hinteren Abschnitt verläuft, um die Luftverteilung in dem Hohlraum zu unterstützen, damit eine Außenfläche des Innengehäuses und eine Innenfläche des Außengehäuses gekühlt werden. Der vordere Abschnitt liegt näher an dem Verbrennungsabschnitt als der hintere Abschnitt. Das Außengehäuse weist mindestens einen Lufteinlass auf, damit die Luft in den hinteren Abschnitt des Hohlraums strömen kann, und das Innengehäuse umfasst mindestens einen Luftauslass, damit die Luft aus dem vorderen Abschnitt des Hohlraums strömen kann. Die Gasturbine umfasst auch mindestens einen Bund, der in dem Hohlraum angeordnet ist, und der mindestens eine Bund flankiert den mindestens einen Lufteinlass und mindestens eine Strömungsführung. Der mindestens eine Bund und die mindestens eine Strömungsführung verlaufen jeweils axial in einer Längsrichtung des Turbinenabschnitts entlang von zumindest einem Abschnitt der Außenfläche des Innengehäuses. Die mindestens eine Strömungsführung ist so eingerichtet, dass sie eine Geschwindigkeit oder eine Richtung eines Luftstroms in dem Hohlraum ändert, damit die Kühlung der Außenfläche des Innengehäuses und der Innenfläche des Außengehäuses unterstützt wird.
Das System kann mindestens einen an der Außenfläche des Innengehäuses angeordneten Vorsprung umfassen, der in Umfangsrichtung um das Innengehäuse herum verläuft, wobei der mindestens eine Vorsprung so eingerichtet sein kann, dass er die Verteilung des Luftstroms in dem Hohlraum begünstigt.
In dem mindestens einen Vorsprung eines beliebigen zuvor erwähnten Systems kann mindestens ein Schlitz angeordnet sein, um die Verteilung des Luftstroms in dem Hohlraum zu begünstigen.
Jedes beliebige zuvor erwähnte System kann einen ersten Vorsprung, der von der Innenfläche des Außengehäuses aus radial in den Hohlraum hineinragt, und einen zweiten Vorsprung umfassen, der von der Außenfläche des Innengehäuses aus radial in den Hohlraum hineinragt, wobei sich der erste und zweite Vorsprung radial überlappen und axial entlang der Längsrichtung des Turbinenabschnitts zueinander versetzt sein können, um einen Spalt zu bilden, der so eingerichtet ist, dass die Luft zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung vom hinteren Abschnitt in Richtung des vorderen Abschnitts des Hohlraums strömen kann.
Jedes beliebige zuvor erwähnte System kann mindestens eine Lochplatte umfassen, die zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse verläuft.
Ein erstes Ende der mindestens einen Lochplatte eines beliebigen zuvor erwähnten Systems kann mit einer ersten Halterung verbunden sein, die an der Innenfläche des Außengehäuses angeordnet ist, und ein zweites Ende der mindestens einen Lochplatte ist mit einer zweiten Halterung verbunden, die an der Außenfläche des Innengehäuses angeordnet ist.
Der Hohlraum jedes beliebigen zuvor erwähnten Systems kann eine oder mehrere Strömungsführungen umfassen, die bezogen auf die Längsrichtung des Turbinenabschnitts in einer axialen Richtung, einer radialen Richtung, einer Umfangsrichtung oder einer Kombination daraus verläuft bzw. verlaufen.
Der Hohlraum jedes beliebigen zuvor erwähnten Systems kann ein Paar von Bünden umfassen, die den mindestens einen Lufteinlass und ein Paar von Strömungsführungen flankieren.
Ein orthogonaler Abstand zwischen der Außenfläche des Innengehäuses und der Innenfläche des Außengehäuses kann sich in einer Ausführungsform entlang einer Länge des Hohlraums zwischen dem mindestens einen Lufteinlass und dem mindestens einen Luftauslass um weniger als 10% ändern.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein System geschaffen, das eine Kühlanordnung für einen Turbinenabschnitt einer Gasturbine aufweist. Die Kühlanordnung weist ein Innengehäuse mit einer ersten Innenfläche und einer ersten Außenfläche auf, wobei das Innengehäuse längs des Umfangs um einen Abschnitt des Turbinenabschnitts einer Gasturbine herum angeordnet ist. Die Kühlanordnung weist ferner ein Außengehäuse mit einer zweiten Innenfläche und einer zweiten Außenfläche auf, wobei das Außengehäuse längs des Umfangs um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses herum angeordnet ist. En Hohlraum ist durch die erste Außenfläche des Innengehäuses und die zweite Innenfläche des Außengehäuses definiert, und der Hohlraum verläuft längs des Umfangs um den Abschnitt des Turbinenabschnitts der Gasturbine herum. Der Hohlraum weist ein Volumen auf, das so eingerichtet ist, dass es einen Luftstrom innerhalb des Hohlraums begünstigt, damit die erste Außenfläche des Innengehäuses und die zweite Innenfläche des Außengehäuses gekühlt werden, und der Hohlraum weist mehrere Einlässe auf, die so eingerichtet sind, dass sie Luft nahe einem ersten Ende des Hohlraums aufnehmen, wobei die Einlässe in Umfangsrichtung um den Hohlraum herum verteilt sind. Der Hohlraum weist auch mehrere Auslässe auf, die so eingerichtet sind, dass sie Luft in eine Düse nahe einem zweiten Ende des Hohlraums abgeben, wobei die Auslässe in Umfangsrichtung um den Hohlraum herum verteilt sind. Der Hohlraum weist ferner mehrere Bünde auf, die in einer Längsrichtung des Turbinenabschnitts entlang von zumindest einem Abschnitt der ersten Außenfläche des Innengehäuses axial verlaufen, wobei jedes Paar benachbarter Bünde der mehreren Bünde mindestens zwei Strömungsführungen flankiert.
Die erste Außenfläche des Innengehäuses jedes beliebigen zuvor erwähnten Systems kann sich zu einer Längsachse der Gasturbine hin in der stromabwärtigen Richtung bezogen auf eine Strömung eines Arbeitsfluids in der Gasturbine allmählich nach innen wölben.
Die zweite Innenfläche des Außengehäuses jedes beliebigen zuvor erwähnten Systems kann sich zur Längsachse der Gasturbine hin in der stromaufwärtigen Richtung bezogen auf die Strömung des Arbeitsfluids in der Gasturbine allmählich nach innen wölben.
Ein orthogonaler Abstand zwischen der ersten Außenfläche des Innengehäuses und der zweiten Innenfläche des Außengehäuses in einem beliebigen zuvor erwähnten System kann sich entlang einer Länge des Hohlraums zwischen den mehreren Einlässen und den mehreren Auslässen um weniger als 10% ändern.
An der ersten Außenfläche des Innengehäuses kann mindestens ein Vorsprung angeordnet sein, der in Umfangsrichtung um das Innengehäuse herum verläuft, wobei der mindestens eine Vorsprung so eingerichtet ist, dass er die Verteilung des Luftstroms in dem Hohlraum begünstigt.
Jedes beliebige zuvor erwähnte System kann einen ersten Vorsprung, der von der zweiten Innenfläche des Außengehäuses aus radial in den Hohlraum hinein verläuft, und einen zweiten Vorsprung umfassen, der von der ersten Außenfläche des Innengehäuses aus radial in den Hohlraum hinein verläuft, wobei sich der erste und zweite Vorsprung radial überlappen können und axial bezogen auf die Längsrichtung des Turbinenabschnitts zueinander versetzt sein können, um einen Spalt zu bilden, der eingerichtet ist, um einen Luftstrom zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung vom ersten Ende in Richtung des zweiten Endes des Hohlraums zu ermöglichen.
Jedes beliebige zuvor erwähnte System kann mindestens eine Lochplatte umfassen, die zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse verläuft, wobei die mindestens eine Lochplatte so eingerichtet sein kann, dass sie ermöglicht, dass der Luftstrom durch die mindestens eine Lochplatte vom ersten Ende in Richtung des zweiten Endes des Hohlraums strömt.
Jedes beliebige zuvor erwähnte System kann die Gasturbine mit der Kühlanordnung umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Leiten von Luft durch einen Einlass, der nahe einem ersten Ende eines Hohlraums angeordnet ist, der zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine ausgebildet ist, wobei der Hohlraum ein Volumen aufweist, das so eingerichtet ist, dass es eine Kühlung des Innengehäuses und des Außengehäuses Ermöglicht. Das Verfahren umfasst ferner ein Leiten der Luft um mehrere Oberflächenelemente innerhalb des Hohlraums, wobei die Oberflächenelemente mindestens eine Strömungsführung aufweisen, die axial von einer Außenfläche des Innengehäuses aus verläuft, wobei die mindestens eine Strömungsführung von mindestens zwei Bünden flankiert ist. Das Verfahren umfasst ferner ein Leiten der Luft durch mindestens einen Auslass, der nahe einem zweiten Ende des Hohlraums angeordnet ist, in eine Turbinendüse hinein.
Das Verfahren kann beinhalten, dass sich eine Innenfläche des Außengehäuses zu einer Längsachse der Gasturbine hin in einer stromaufwärtigen Richtung bezogen auf eine Strömung eines Arbeitsfluids in dem Turbinenabschnitt der Gasturbine allmählich nach innen krümmt, und sich die Außenfläche des Innengehäuses zur Längsachse der Gasturbine hin in der stromaufwärtigen Richtung bezogen auf die Strömung des Arbeitsfluids in dem Turbinenabschnitt der Gasturbine allmählich nach innen krümmen kann.
Das Verfahren kann beinhalten, dass das Leiten der Luft um die mehreren Oberflächenelemente herum ein Steuern des Luftstroms zur Beeinflussung von Radial- und Axialabständen umfasst.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in sämtlichen Zeichnungen gleiche Teile darstellen, besser zu verstehen, wobei:
1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems ist;
2 eine Teil- und Seitenansicht einer Gasturbine im Querschnitt ist;
3 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Innengehäuses und eines Außengehäuses eines Turbinenabschnitts der Gasturbine von 1 und 2 im Querschnitt ist;
4 eine vereinfachte Draufsicht einer Ausführungsform eines Abschnitts des Innengehäuses ist;
5 eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform eines Abschnitts des Außengehäuses ist, das um das Innengehäuse herum angeordnet ist;
6 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses mit einem Bund und mehreren unechten Bünden ist;
7 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses mit Vorsprüngen ist;
8 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses und des Außengehäuses mit sich radial überlappenden Vorsprüngen im Querschnitt ist;
9 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses und des Außengehäuses mit einer Kombination aus Vorsprüngen und sich radial überlappenden Vorsprüngen im Querschnitt ist;
10 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses und des Außengehäuses mit mehreren Lochplatten im Querschnitt ist, die zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse verlaufen; und
11 eine perspektivische Teilansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses mit einer Lochplatte ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Um diese Ausführungsformen kurz und knapp zu beschreiben, sind möglicherweise nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Ausführung in der Beschreibung beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführung, wie bei jedem technischen Projekt oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche ausführungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die konkreten Ziele der Entwickler zu erreichen, beispielsweise die Einhaltung systembezogener und unternehmensbezogener Vorgaben, die sich von einer Ausführung zur nächsten unterscheiden können. Es sollte ferner erkannt werden, dass dieser Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein könnte, für einen Fachmann, der aus dieser Offenbarung Nutzen zieht, aber dennoch Routine in der Konstruktion, Herstellung und Produktion wäre.
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgestellt werden, sollen die Artikel "ein", "eine", "der", "die" und "das" bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sind. Die Begriffe "umfassen", "enthalten" und "aufweisen" sollen einschließend sein und bedeuten, dass zusätzliche Elemente außer den aufgeführten Elementen vorhanden sein können.
Gasturbinensysteme gemäß der vorliegenden Offenbarung können die Wärmeübertragung optimieren und innerhalb eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine mit oder ohne bestimmte Arten von Metallteilen wie Prallplatten und/ oder Leitblechen für Kühlung sorgen. Bestimmte Gasturbinensysteme können Prallplatten und Leitbleche aufweisen, die angrenzend an Gehäusen (z.B. Deckbändern) des Turbinenabschnitts zum Kühlen der Gehäuse platziert sind. Derartige Bauteile gestalten das Gasturbinensystem jedoch zusätzlich komplexer und bringen Zusatzkosten mit sich. Die vorliegende Offenbarung stellt folglich Ausführungsformen von Systemen und Verfahren zum Kühlen des Turbinenabschnitts bereit, die keine Prallplatten und/oder Leitbleche angrenzend an den Gehäusen oder in von den Gehäusen gebildeten Hohlräumen benötigen. Die hier beschriebenen Hohlräume können insbesondere eine Geometrie und/oder ein Volumen (z.B. ein geringeres Volumen oder ein relativ geringes Volumen im Vergleich zu anderen Gasturbinensystemen) aufweisen, um die Strömung eines Kühlfluids (z.B. Luft) innerhalb des Hohlraums zu begünstigen und die Wärmeübertragung innerhalb des Hohlraums zwischen den Gehäusen des Turbinenabschnitts zu optimieren. Die Gehäuse und der Hohlraum können zusätzlich verschiedene Strukturelemente (z.B. Strömungsführungen, -verteiler, -gleichrichter, -ausbreitelemente usw.) aufweisen, die so eingerichtet sind, dass sie in dem Hohlraum den Luftstrom begünstigen und die Wärmeübertragung optimieren. Zu Beispielen für derartige Strukturelemente gehören unter anderem Bünde, unechte Bünde, Vorsprünge (z.B. Umfangsrippen oder sich überlappende Vorsprünge), Schlitze und Lochplatten. Hohlräume mit der hier beschriebenen Geometrie und den hier beschriebenen Strukturelementen können für eine angemessene Kühlung der Gehäuse des Turbinenabschnitts sorgen, ohne dass Prallplatten und/oder Leitbleche notwendig sind, was wiederum verschiedene Vorteile mit sich bringen kann. Mit den hier beschriebenen Systemen können beispielsweise Herstellungskosten sowie Reparaturkosten gesenkt werden. Durch die optimale Wärmeübertragung im Turbinenabschnitt kann ferner die Möglichkeit der Beschädigung von Turbinenbauteilen herabgesetzt und dazu beigetragen werden, dass annehmbare Radial- und Axialabstände zwischen bestimmten Bestandteilen (z.B. Abstand zwischen einem Innengehäuse und Turbinenschaufeln, Schaufelspitzen und Deckbändern, Engelsflügeln der Schaufeln und Düsen) beibehalten werden. Die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Systeme können insbesondere die Steuerung der Kühlung der Gehäuse ermöglichen und können damit die Beeinflussung der Radial- und Axialabstände zwischen den Turbinenschaufeln und den Gehäusen zur Verbesserung der Turbinenleistung ermöglichen.
In den Zeichnungen veranschaulicht 1 ein Blockschaubild einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10, das Elemente (z.B. Kühlelemente) zur Verbesserung der Wärmeübertragung innerhalb bestimmter Abschnitte des Systems 10 aufweisen kann. Wie zu erkennen ist, können die hier beschriebenen Systeme und Verfahren in jedem beliebigen Turbinensystem wie Gasturbinensystemen und Dampfturbinensystemen verwendet werden und sollen nicht auf eine bestimmte Maschine oder ein bestimmtes System beschränkt sein. Wie dargestellt ist, weist das System 10 einen Verdichter 12, eine Turbinenbrennkammer 14 und eine Turbine 16 auf. Das System 10 kann eine oder mehrere Brennkammern 14 aufweisen, die eine oder mehrere Brennstoffdüsen 18 aufweisen, die so eingerichtet sind, dass sie einen flüssigen Brennstoff und/oder gasförmigen Brennstoff 20 wie Erdgas oder Syngas aufnehmen.
In den Turbinenbrennkammern 14 wird ein Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet und verbrannt und anschließend werden heiße, unter Druck stehende Verbrennungsgase 22 (z.B. Abgase) in die Turbine 16 geleitet. Mit einer Welle 24, die auch mit mehreren anderen Bauteilen im gesamten Turbinensystem 10 gekoppelt ist, sind Turbinenschaufeln gekoppelt. Wenn die Verbrennungsgase 22 durch die Turbinenschaufeln in der Turbine 16 strömen, wird die Turbine 16 in Drehung versetzt, was die Welle 24 dazu bringt, sich zu drehen. Die Verbrennungsgase 22 strömen schließlich über einen Abgasauslass 26 aus dem Turbinensystem 10. Die Welle 24 kann ferner mit einer Last 28 gekoppelt sein, die über die Drehung der Welle 24 angetrieben wird. Bei der Last 28 kann es sich beispielsweise um jede geeignete Vorrichtung handeln, die über die Drehleistung des Turbinensystems 10 Energie erzeugen kann, beispielsweise ein elektrischer Generator, ein Propeller eines Flugzeugs und so weiter.
Als Bauteile des Verdichters 12 können Verdichterschaufeln enthalten sein. Die Schaufeln in dem Verdichter 12 sind mit der Welle 24 gekoppelt und drehen sich, wenn die Welle 24 wie zuvor beschrieben von der Turbine 16 in Drehung versetzt wird. Ein Einlass 30 führt Luft 32 in den Verdichter 12 und durch die Drehung der Schaufeln im Verdichter 12 wird die Luft 32 verdichtet, um Druckluft 34 zu erzeugen. Die Druckluft 34 wird dann in die Brennstoffdüsen 18 der Turbinenbrennkammern 14 geleitet. In den Brennstoffdüsen 18 werden die Druckluft 34 und der Brennstoff 20 vermischt, damit sich ein geeignetes Mischungsverhältnis für die Verbrennung (z.B. eine Verbrennung, die bewirkt, dass der Brennstoff vollständiger verbrennt) ergibt, um keinen Brennstoff zu verschwenden oder keine überhöhten Emissionen zu verursachen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist, kann das System 10 bestimmte Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung und zum Kühlen von zumindest einem Abschnitt der Turbine 16 aufweisen, wenn bestimmte Arten von Metallteilen wie Prallplatten und/oder Leitbleche angrenzend an bestimmte Gehäuse oder innerhalb von Hohlräumen, die durch die Gehäuse gebildet werden, nicht vorhanden sind.
2 ist eine Teil- und Seitenansicht einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10 im Querschnitt. Wie dargestellt ist, kann das Gasturbinensystem 10 bezogen auf eine Längsachse oder -richtung 36, eine radiale Achse oder Richtung 38 und eine Umfangsachse oder -richtung 40 beschrieben werden. Das Gasturbinensystem 10 weist eine oder mehrere Brennstoffdüsen 18 auf, die sich in einem Brennkammerabschnitt 42 befinden. Jede Brennkammer 14 kann ferner mehrere Brennstoffdüsen 18 aufweisen, die an oder nahe dem Kopfende jeder Brennkammer 14 in einer ringförmigen oder anderen Anordnung angebracht sind.
Luft strömt durch den Lufteinlassabschnitt 30 ein und wird von dem Verdichter 12 verdichtet. Die verdichtete Luft aus dem Verdichter 12 wird dann in den Brennkammerabschnitt 42 geleitet, wo die verdichtete Luft mit Brennstoff gemischt wird. Das Gemisch aus verdichteter Luft und Brennstoff wird im Allgemeinen in dem Brennkammerabschnitt 42 verbrannt, um unter hohem Druck stehende Verbrennungsgase mit hoher Temperatur zu erzeugen, die zum Erzeugen eines Drehmoments in der Turbine 16 (z.B. eine oder mehrere Turbinenstufen) verwendet werden, bei der es sich um einen Teil eines Turbinenabschnitts 44 handelt. Fluid in der Turbine 16 kann im Allgemeinen in Richtung der Längsachse 36 strömen. Wie zuvor angegeben ist, können mehrere Brennkammern 14 ringförmig entlang der Umfangsachse 40 in dem Brennkammerabschnitt 42 angeordnet sein. Jede Brennkammer 14 weist ein Übergangsteil 46 auf, das die heißen Verbrennungsgase von der Brennkammer 14 zur Turbine 16 leitet. Jedes Übergangsteil 46 definiert insbesondere ganz allgemein einen Heißgasweg von der Brennkammer 14 zu einer Düsenanordnung des Turbinenabschnitts 16, die in einer ersten Stufe 48 der Turbine 16 enthalten ist.
Wie dargestellt ist, weist die Turbine 16 drei getrennte Turbinenstufen 48, 50 und 52 in der Turbine 16 auf. Obwohl drei Stufen dargestellt sind, kann jede geeignete Anzahl von Stufen vorgesehen sein. So können beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Stufen in der Turbine 16 enthalten sein. Jede Stufe 48, 50 und 52 weist mehrere Schaufeln 54 auf, die mit einem Laufrad 56 gekoppelt sind, das drehbar an der Welle 24 (siehe 1) befestigt ist. Jede Stufe 48, 50 und 52 weist auch eine Düsenanordnung 58 auf, die in Strömungsrichtung direkt vor jeder Gruppe von Schaufeln 54 angeordnet ist. Die Düsenanordnungen 58 leiten die heißen Verbrennungsgase in Richtung der Schaufeln 54, wo die heißen Verbrennungsgase Antriebskräfte auf die Schaufeln 54 wirken lassen, damit sich die Schaufeln 54 drehen, wodurch die Welle 24 gedreht wird. Die heißen Verbrennungsgase strömen durch jede der Stufen 48, 50 und 52 und lassen damit Antriebskräfte auf die Schaufeln 54 in jeder Stufe 48, 50 und 52 wirken. Die heißen Verbrennungsgase können dann durch einen Abgasdiffusorabschnitt 60 aus der Gasturbine 16 strömen. Der Abgasdiffusorabschnitt 60 funktioniert durch Verringerung der Geschwindigkeit des Fluidstroms durch den Diffusorabschnitt 60, während er gleichzeitig den statischen Druck erhöht, damit das Gasturbinensystem 10 mehr Arbeit leistet.
Wie dargestellt ist, ist ein Innengehäuse 62 um zumindest einen Abschnitt der Turbine 16 herum angeordnet. Das Innengehäuse 62 ist insbesondere um zumindest einen Abschnitt der Turbine 16 herum angeordnet, und ein Außengehäuse 64 ist um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses 62 in einer konzentrischen oder koaxialen Anordnung angeordnet. Das Innengehäuse 62 und das Außengehäuse 64 definieren zusammen einen Hohlraum 66. Der Hohlraum 66 ist so eingerichtet, dass er ein Kühlfluid (z.B. Luft) aufnimmt und die Luft in einen Düsenraum der Turbine 16 leitet. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Düsenraum um einen Düsenraum 68 der zweiten Stufe 50 der Turbine 16.
Wie in 3 dargestellt ist, können das Innengehäuse 62, das Außengehäuse 64 und/oder der Hohlraum 66 eine Gestaltung und/oder Elemente aufweisen, die die Kühlung der Turbine 16 des Gasturbinensystems 10 vereinfachen. So kann beispielsweise der Hohlraum 66 eine Geometrie und/oder ein Volumen (z.B. ein geringeres Volumen oder ein relativ geringes Volumen) aufweisen, um die Strömung eines Kühlfluids (z.B. Luft) innerhalb des Hohlraums 66 zu begünstigen und die Wärmeübertragung innerhalb des Hohlraums 66 zwischen den Gehäusen 62, 64 zu verbessern. Die Gehäuse 62, 64 und der Hohlraum 66 können zusätzlich verschiedene Strukturelemente (z.B. Strömungsführungen, -verteiler, -gleichrichter, -ausbreitelemente usw.) aufweisen, die so eingerichtet sind, dass sie in dem Hohlraum 66 den Luftstrom begünstigen und die Wärmeübertragung optimieren. Zu Beispielen für derartige Strukturelemente gehören unter anderem Bünde, unechte Bünde (z.B. Längsrippen), Vorsprünge (z.B. Umfangsrippen oder sich überlappende Vorsprünge), Schlitze und Lochplatten. Durch die Gestaltung des Innengehäuses 62, des Außengehäuses 64 und/oder des Hohlraums 66 kann die Wärmeübertragung in zumindest einem Abschnitt des Turbinenabschnitts 44 verbessert werden, ohne dass Prallplatten und/oder Leitbleche oder andere Strukturelemente (z.B. Strömungsführungen, -verteiler, -gleichrichter, -ausbreitelemente usw.) notwendig wären. Durch die Gestaltung ist es zudem möglich, dass in dem System 10 entsprechende Radial- und Axialabstände zwischen bestimmten Bauteilen des Turbinenabschnitts 44 beibehalten werden.
Durch die Gestaltung des Innengehäuses 62, des Außengehäuses 64 und/oder des Hohlraums 66 kann es insbesondere möglich sein, die Kühlung der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 zu steuern, wodurch beispielsweise wiederum der Radialabstand zwischen den Turbinenschaufeln 54 und den Gehäusen 62, 64 beeinflusst werden kann. Wird die Wärmeübertragung in Umfangsrichtung um die Gehäuse 62, 64 herum verbessert, kann die Verformung der Gehäuse 62, 64 verringert werden und können entsprechende Radialabstände beibehalten werden. Zusätzlich kann durch die Gestaltung des Innengehäuses 62, des Außengehäuses 64 und/oder des Hohlraums 66 die Wärmeübertragung axial entlang der Gehäuse 62, 64 verbessert werden und das Temperaturverhalten der Gehäuse 62, 64 kann verbessert und entsprechende Axialabstände können beibehalten werden. Durch die bereitgestellte verbesserte Wärmeübertragung kann ferner auch jegliches Verbiegen einer Leitradröhre vermindert werden und daraus eine verbesserte Turbinenleistung resultieren.
Wie zuvor beschrieben ist, weist der Turbinenabschnitt 44 des Gasturbinensystems 10 mehrere Stufen 48, 50, 52 auf. Das Innengehäuse 62 ist um zumindest einen Teil der Turbinenschaufeln 54 jeder Stufe 48, 50, 52 herum angeordnet (umgibt ihn z.B. in Umfangsrichtung 40). Das Außengehäuse 64 ist um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses 62 herum angeordnet (umgibt ihn z.B. in Umfangsrichtung 40). Das Innengehäuse 62 weist eine Innenfläche 70 und eine Außenfläche 72 auf. Ebenso weist das Außengehäuse 64 eine Innenfläche 74 und eine Außenfläche 76 auf. Wie zuvor erörtert ist, definieren das Innengehäuse 62 und das Außengehäuse 64 den Hohlraum 66. Insbesondere definieren die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 den Hohlraum 66. Der Hohlraum 66 ist ganz allgemein so eingerichtet, dass er Luft aufnimmt, und die Luft strömt in dem Hohlraum 66, um die Wärmeübertragung zwischen den Gehäusen 62, 64 zu vereinfachen (z.B. zum Kühlen des Innengehäuses 62 und des Außengehäuses 64). Die Luft strömt wiederum in dem Hohlraum 66 insbesondere angrenzend an die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64.
Wie dargestellt ist, weist das Außengehäuse 64 mindestens einen Einlass 80 (z.B. Lufteinlass) auf, der zwischen der Innenfläche 74 und der Außenfläche 76 des Außengehäuses 64 verläuft, und der mindestens eine Einlass 80 ist so eingerichtet, dass er Luft aufnimmt und/ oder in den Hohlraum 66 leitet. Der mindestens eine Einlass 80 kann nahe (z.B. in der Nähe) einem ersten Ende 82 (z.B. hinterer Abschnitt oder hinteres Ende) des Hohlraums 66 angeordnet sein. Obwohl in dem dargestellten Abschnitt des Außengehäuses 62 lediglich ein Einlass 80 dargestellt ist, sollte es sich verstehen, dass mehr als ein Einlass 80 in diesem Abschnitt des Außengehäuses 62 vorgesehen sein kann und mehrere Einlässe 80 in Umfangsrichtung um die Turbine 16 herum platziert sein können. Das Innengehäuse 62 weist zudem mindestens einen Auslass 84 (z.B. Luftauslass) auf, der zwischen der Innenfläche 70 und der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 verläuft. Der mindestens eine Auslass 84 kann nahe einem zweiten Ende 86 (z.B. vorderer Abschnitt oder vorderes Ende) des Hohlraums 66 angeordnet sein und der mindestens eine Auslass 84 kann so eingerichtet sein, dass er Luft aus dem Hohlraum 66 in einen Düsenraum der Turbine 16 leitet. Wie zuvor angemerkt ist, handelt es sich in einigen Ausführungsformen bei dem Düsenraum um den Düsenraum 68 der zweiten Stufe. Die Luft kann durch den Hohlraum 66 von dem mindestens einen Einlass 80 zu dem mindestens einen Auslass 84 strömen und kann ganz allgemein in eine Richtung (wie mit dem Pfeil 87 dargestellt) entgegengesetzt zur Richtung (wie mit dem Pfeil 89 dargestellt) eines Stroms eines Arbeitsfluids (z.B. heißes Verbrennungsgas) in der Turbine 16 strömen.
Wie dargestellt ist, kann der Hohlraum 66 eine im Allgemeinen längliche Querschnittsgeometrie aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 eine im Allgemeinen konvexe Krümmung aufweisen (oder es kann zumindest ein Abschnitt 78 der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 eine im Allgemeinen konvexe Krümmung aufweisen), die sich in Richtung der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und in Richtung der Längsachse 36 wölbt (z.B. krümmt). In bestimmten Ausführungsformen kann die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 eine im Allgemeinen konkave Krümmung aufweisen (oder es kann zumindest ein Abschnitt 79 der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 eine im Allgemeinen konkave Krümmung aufweisen), die sich von der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 weg und in Richtung der Längsachse 36 wölbt (z.B. krümmt). Anders ausgedrückt wölbt (z.B. krümmt) sich die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 in einer stromaufwärtigen Richtung 91 bezogen auf die Strömung 89 des Arbeitsfluids in der Turbine 16 zwischen dem ersten Ende 82 und dem zweiten Ende 86 des Hohlraums oder zwischen dem Einlass 80 und dem Auslass 84 allmählich nach innen in Richtung der Längsachse 36. Zusätzlich wölbt (z.B. krümmt) sich die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 in der stromaufwärtigen Richtung 91 bezogen auf die Strömung 89 des Arbeitsfluids in der Turbine 16 zwischen dem ersten Ende 82 und dem zweiten Ende 86 des Hohlraums oder zwischen dem Einlass 80 und dem Auslass 84 allmählich nach innen in Richtung der Längsachse 36. Wie dargestellt ist, liegt die oder wölbt sich die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 in der Gegenrichtung 91 näher an der Längsachse 36 oder die Außenfläche 74 des Innengehäuses 64 liegt näher an der Längsachse 36 an dem zweiten Ende 86 als an dem ersten Ende 82 des Hohlraums 66. Ebenso liegt die oder wölbt sich die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 in der Gegenrichtung 91 näher an der Längsachse 36 oder die Außenfläche 74 des Innengehäuses 64 liegt näher an der Längsachse 36 an dem zweiten Ende 86 als an dem ersten Ende 82 des Hohlraums 66.
In einigen Ausführungsformen können zudem die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 in einem Abstand D zueinander angeordnet sein (z.B. ein rechtwinkliger Abstand zwischen den Flächen 72, 74). Genauer gesagt können an dem ersten Ende 82 des Hohlraums 66 die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 in einem Abstand D₁ zueinander angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann D₁ zwischen ungefähr 2 cm und 25 cm, 5 cm und 20 cm, 7 cm und 15 cm betragen oder D₁ kann ungefähr 10 cm betragen. In einigen Ausführungsformen können an dem zweiten Ende 86 des Hohlraums 66 die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 in einem Abstand D₂ zueinander angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann D₂ zwischen ungefähr 2 Zentimetern (cm) und 25 cm, 5 cm und 20 cm, 7 cm und 15 cm betragen oder D₂ kann ungefähr 10 cm betragen. In einigen Ausführungsformen ist der Abstand D (z.B. D₁ und D₂) zwischen den Flächen 72, 74 der Gehäuse 62, 64 sowohl am ersten Ende 82 als auch am zweiten Ende 86 des Hohlraums 66 im Wesentlichen derselbe. So können beispielsweise der Abstand D₁ und D₂ zwischen den Flächen 72, 74 der Gehäuse 62, 64 an dem ersten Ende 82 und an dem zweiten Ende 86 des Hohlraums 66 um weniger als zwischen ungefähr 0 und 20%, 0 und 15%, 0 und 10% oder 0 und 5% voneinander abweichen. In einigen Ausführungsformen können der Abstand D₁ und D₂ zwischen den Flächen 72, 74 der Gehäuse 62, 64 an dem ersten Ende 82 und an dem zweiten Ende 86 des Hohlraums 66 um weniger als ungefähr 20%, 15%, 10%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% voneinander abweichen. In bestimmten Ausführungsformen betragen D₁ und D₂ beide zwischen ungefähr 10 cm und 11 cm.
In einigen Ausführungsformen ist ferner der Abstand D zwischen den Flächen 72, 74 entlang einer Länge 81 des Hohlraums 66 im Wesentlichen gleich. Der Abstand D zwischen den Flächen 72, 74 entlang der Länge 81 des Hohlraums 66 kann beispielsweise um weniger als ungefähr 0 bis 20%, 0 bis 15%, 0 bis 10% oder 0 bis 5% abweichen. In einigen Ausführungsformen kann der Abstand D zwischen den Flächen 72, 74 entlang der Länge 81 des Hohlraums 66 um weniger als ungefähr 20%, 15%, 10%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1% abweichen. Der Hohlraum 66 kann jede beliebige geeignete Länge 81 aufweisen, obwohl der Hohlraum 66 in bestimmten Ausführungsformen eine Länge 81 von zwischen ungefähr 30 cm und 150 cm, 50 und 100 cm oder 80 und 90 cm aufweisen kann. Eine derartige Gestaltung führt auch dazu, dass der Hohlraum 66 ein relativ geringes Volumen (z.B. im Vergleich mit anderen Turbinen) aufweist. Das relativ geringe Volumen des Hohlraums 66 kann die Luftströmung in dem Hohlraum 66 begünstigen, wodurch sich eine bessere Wärmeübertragung und Kühlung der Flächen 72, 74 ergibt, die den Hohlraum 66 definieren, ohne dass zusätzliche Metallteile wie Prallplatten und/oder Leitbleche in dem Hohlraum 66 notwendig wären.
4 veranschaulicht eine vereinfachte Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Abschnitts des Innengehäuses 62, bei der das Innengehäuse 62 nicht von dem Außengehäuse 64 bedeckt ist (das Innengehäuse 62 z.B. freigelegt ist). Wie dargestellt ist, können in dem Innengehäuse 62 mehrere Auslässe 84 ausgebildet sein, und die Auslässe 84 können durch das Innengehäuse 62 verlaufen, um Luft in die Düsenraumanordnung 58 strömen zu lassen. Es kann mindestens ein Einlass 80 (mit Punktlinien dargestellt, um die relative Anordnung des Einlasses 80 bezogen auf die Elemente des Innengehäuses 62 anzugeben) vorgesehen sein, um Luft durch das Außengehäuse 64 in den Hohlraum 66 hinein und entlang der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 strömen zu lassen, wie mit den Pfeilen 92 dargestellt ist. Es kann zusätzlich, wie dargestellt ist, ein Bund 88 (z.B. ein geschraubter Bund) an dem Innengehäuse 62 angeordnet sein und sich von dort aus erstrecken. Der Bund 88 kann insbesondere von der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 aus radial 38 nach außen verlaufen (der Bund 88 kann z.B. radial nach außen in Richtung des Außengehäuses 64 und/oder in den Hohlraum 66 hinein verlaufen, wenn das Außengehäuse 64 mit dem Innengehäuse 62 gekoppelt ist).
Wie in 4 dargestellt ist, kann mindestens eine Strömungsführung 90 (z.B. unechter Bund, in der Längsrichtung 36 verlaufender Vorsprung) an der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 angeordnet sein. Wie der Bund 88 kann der unechte Bund 90 von der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 aus radial 38 nach außen verlaufen (der Bund 88 kann z.B. radial 38 nach außen in Richtung des Außengehäuses 64 und/oder in den Hohlraum 66 hinein verlaufen, wenn das Außengehäuse 64 mit dem Innengehäuse 62 gekoppelt ist). Der unechte Bund 90 kann jedoch im Allgemeinen kleiner sein (z.B. kleinere Abmessungen in der Längsrichtung 36, radialen Richtung 38 und/oder Umfangsrichtung 40 aufweisen) als der Bund 88. In einigen Ausführungsformen können die unechten Bünde 88 an der Innenfläche 74 oder der Außenfläche 64 angeordnet sein und können von der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 aus radial nach innen verlaufen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist, sorgen die unechten Bünde 90 für zusätzliche Oberfläche in dem Hohlraum 66 und können ganz allgemein den Luftstrom in dem Hohlraum 66 zwischen den Einlässen 80 und den Auslässen 84 leiten und verteilen. Die unechten Bünde 90 können somit auch zur verbesserten Wärmeübertragung in dem Hohlraum 66 beitragen.
Wie dargestellt ist, kann ein Paar von Bünden 88 (z.B. benachbarte Bünde 88) mindestens einen Einlass 80 und mindestens eine Auslass 84 flankieren (z.B. auf gegenüberliegenden Seiten davon platziert sein). Jedes benachbarte Paar von Bünden 88 kann zusätzlich mindestens eine unechten Bund 90 flankieren (z.B. auf gegenüberliegenden Seiten davon platziert sein). In der dargestellten Ausführungsform flankiert das Paar von Bünden 88 einen Lufteinlass 80, acht Auslässe 84 und drei unechte Bünde 90 (ist z.B. auf gegenüberliegenden Seiten davon platziert). Das Paar von Bünden 88 kann jedoch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr unechte Bünde 90 flankieren. Das Paar von Bünden 88 kann ebenso 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Einlässe 80 flankieren. Das Paar von Bünden 88 kann zusätzlich etwa 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 oder mehr Auslässe 84 flankieren. Weiterhin können 2, 4, 6, 8, 10 oder mehr Bünde 88 um die Turbine 16 herum vorgesehen sein und jedes Paar von Bünden 88 kann verschiedene Bauteile oder Elemente flankieren. Das Muster oder die Anordnung der Einlässe 80, Auslässe 84, Bünde 88 und unechten Bünde 90 (z.B. kann die Anordnung von Elementen an anderen Abschnitten des Innengehäuses 62, das die Turbine 16 in Umfangsrichtung umgibt, wiederholt werden), die in dem Abschnitt des Innengehäuses 62 von 4 abgebildet sind, kann in anderen Abschnitten des Innengehäuses 62 um die Turbine 16 herum wiederholt werden. Wenn beispielsweise die in dem in 4 dargestellten Abschnitt des Innengehäuses 62 abgebildete Anordnung um die Turbine 16 herum wiederholt wird, kann das Innengehäuse 62 des Turbinenabschnitts 44 acht Bünde 88, acht Einlässe 80, 64 Auslässe 84 und 24 unechte Bünde 90 aufweisen.
5 veranschaulicht eine perspektivische Schnittansicht einer Ausführungsform des Außengehäuses 64, das um das Innengehäuse 62 herum angeordnet ist. Wie dargestellt ist, ist das Außengehäuse 64 mit dem Innengehäuse 62 gekoppelt (z.B. in Umfangsrichtung dort herum angeordnet) und die Gehäuse 62, 64 definieren den Hohlraum 66. Luft kann über den Einlass 80 in den Hohlraum 66 strömen und Luft kann über den Auslass 84 aus dem Hohlraum 66 strömen. Das Außengehäuse 64 kann eine Form aufweisen, die ganz allgemein dem Innengehäuse 62 entspricht, wodurch die Gehäuse 62, 64 miteinander gekoppelt werden können.
Wie zuvor erwähnt ist, kann der Hohlraum 66 verschiedene Strukturelemente aufweisen, die so eingerichtet sind, dass sie den Luftstrom in dem Hohlraum 66 beeinflussen und/oder steuern, woraus sich wiederum eine verbesserte Kühlung und Wärmeübertragung in dem Hohlraum 66 ergeben kann. Beispiele für diese Elemente sind in 6 bis 11 abgebildet und nachstehend ausführlich beschrieben. Es sollte sich verstehen, dass die hier dargelegten Beispiele nicht einschränkend sein sollen und jede geeignete Gestaltung und jedes geeignete Oberflächenelement zur Verbesserung der Wärmeübertragung in dem Hohlraum 66 vorstellbar sind. Unter Berücksichtigung dessen ist 6 eine perspektivische Teilansicht des Innengehäuses 62 mit den unechten Bünden 90. Wie zuvor erwähnt ist, kann es sich bei den unechten Bünden 90 um einen länglichen Vorsprung handeln, der von einem ersten Ende 93 zu einem zweiten Ende 94 in der Längsrichtung 36 verläuft und radial 38 aus der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 nach außen ragt. Die Höhe der unechten Bünde 90 kann zwischen dem ersten Ende 93 und dem zweiten Ende 94 unterschiedlich sein. In bestimmten Ausführungsformen können die unechten Bünde 90 eine Krümmung 95 aufweisen, die der konkaven Krümmung des Abschnitts 79 der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 entspricht. Die unechten Bünde 90 können einen Abschnitt 96 aufweisen, der sich in Richtung der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 verjüngt (z.B. eine geringere Höhe oder einen geringeren Vorsprung in der radialen Richtung 38 aufweist), um insbesondere den Luftstrom in dem Hohlraum 66 zu leiten, zu verteilen und/oder zu steuern.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein oder können mehrere unechte Bünde 90 an der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 angeordnet sein und kann bzw. können radial 38 nach außen in Richtung des Außengehäuses 64 und/oder in den Hohlraum 66 hinein verlaufen. Obwohl zwei unechte Bünde 90 abgebildet sind, kann jede geeignete Anzahl von unechten Bünden 90 in dem Hohlraum 66 vorgesehen sein. Es können beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr unechte Bünde 90 um die Turbine 16 herum vorgesehen sein. Unabhängig von der konkreten Gestaltung und/oder Anzahl von unechten Bünden 90 ist jeder unechte Bund 90 so eingerichtet, dass er die Geschwindigkeit und/oder Richtung eines Luftstroms (z.B. zum Leiten, Verteilen und/oder Steuern des Luftstroms) in dem Hohlraum 66 ändert, damit die Kühlung der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und einer Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 vereinfacht wird. 6 veranschaulicht auch, dass der Bund 88 an der Seite von den unechten Bünden 90 liegen kann und der Bund 88 mindestens eine Öffnung 100 (z.B. Loch, Hohlraum usw.) aufweisen kann, die so eingerichtet ist, dass sie ein Verbindungsmittel (z.B. eine Schraube) aufnimmt, um die Kopplung des Innengehäuses 62 und des Außengehäuses 64 zu vereinfachen. Wie dargestellt ist, weisen die unechten Bünde 90 möglicherweise keinerlei Öffnungen auf, sondern bilden vielmehr massive Rippen, die in dem Hohlraum 66 in der Längsrichtung 36 verlaufen.
Luft in dem Hohlraum 66 kann in mehrere Richtungen strömen, wie mit den Pfeilen 98 dargestellt ist (der Luftstrom kann z.B. Anteile in der Längsrichtung 36, der radialen Richtung 38 und/oder der Umfangrichtung 40 aufweisen). Die Luft kann insbesondere in Richtung der, gegen die und um die verschiedenen Elemente in dem Hohlraum 66 herum strömen. Die Luft kann beispielsweise, wie in 6 dargestellt ist, in Richtung des, gegen den und um den Bund 88 sowie der bzw. die unechten Bünde 90 strömen. Die unechten Bünde 90 verlaufen zwischen dem ersten Ende 93 und dem zweiten Ende 94 in der Längsrichtung 36 und ragen radial 38 nach außen, womit sie als axiale Strömungsführung dienen und dazu beitragen, dass die Luftstromverteilung in der Gegenrichtung von dem Einlass 80 zum Auslass 84 gleichmäßiger geleitet und gesteuert wird. Der Bund 88 und der unechte Bund 90 können (zusammen mit der Geometrie und/oder dem Volumen des Hohlraums und in einigen Ausführungsformen anderer Oberflächenelemente in dem Hohlraum) so eingerichtet sein, dass sie die Richtung und/oder Geschwindigkeit des Luftstroms beeinflussen und die Wärmeübertragung in dem Hohlraum 66 optimieren.
7 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses 62 mit mehreren Vorsprüngen 110 (z.B. Rippen, in Umfangsrichtung angeordnete Strömungsverteiler oder -führungen usw.). Die Vorsprünge 110 können radial 38 aus der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 nach außen ragen und können in Umfangsrichtung 40 um die Turbine 16 herum verlaufen. In bestimmten Ausführungsformen können die Vorsprünge 110 in Umfangsrichtung 40 zwischen benachbarten Bünden 88 (z.B. einem Paar von Bünden 88) verlaufen. Wie dargestellt ist, können die Vorsprünge 110 ganz allgemein parallel zueinander verlaufen und können bezogen auf die Längsachse 36 der Turbine 16 gleichmäßig verteilt (z.B. beabstandet) sein (z.B. konstanter axialer Versatz), obwohl jede geeignete Anordnung und jeder geeignete Abstand der Vorsprünge 110 vorstellbar sind. Wie zuvor angemerkt ist, können die Vorsprünge 110 an der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 angeordnet sein, und die Vorsprünge 110 können radial 38 nach außen in Richtung des Außengehäuses 64 und/oder in den Hohlraum 66 hinein ragen (z.B. verlaufen). In bestimmten Ausführungsformen können die Vorsprünge 110 an der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 angeordnet sein und können radial 38 nach innen in Richtung des Innengehäuses 62 und/oder in den Hohlraum 66 hinein ragen (z.B. verlaufen). Die Vorsprünge 110 können teilweise oder vollständig zwischen dem Innengehäuse 62 und dem Außengehäuse 64 verlaufen (z.B. können die Vorsprünge 110 das Innengehäuse 62 und/oder das Außengehäuse 64 berühren). Die Vorsprünge 110 können beispielsweise über 5% bis 100%, 10% bis 90%, 20% bis 80%, 30% bis 70%, 40% bis 60%, 5% bis 50% oder 10% bis 30% des Abstands (z.B. Abstand D) zwischen dem Innengehäuse 62 und dem Außengehäuse 64 verlaufen. Wenn die Vorsprünge 110 lediglich teilweise zwischen dem Innengehäuse 62 und dem Außengehäuse 64 (z.B. 5% bis 30%) verlaufen, bewirken die Vorsprünge 110 weniger Strömungsstörungen und sorgen dennoch gleichzeitig beispielsweise für eine gleichmäßigere Strömung.
In einigen Ausführungsformen können die Vorsprünge 110 einen oder mehrere Schlitze 112 (z.B. Öffnungen, Löcher, Durchgänge usw.) aufweisen, damit Luft an den Vorsprüngen 110 vorbei oder durch sie hindurch über die Schlitze 112 zu dem Auslass 84 strömen kann (wie mit dem Pfeil 114 angegeben ist). Die Schlitze 112 können in Umfangsrichtung 40 um die Turbine 16 herum in einem oder mehreren Vorsprüngen 110 verteilt sein, und die Schlitze 112 können entlang den Vorsprüngen 110 in verschiedenen relativen Positionen in Umfangsrichtung 40 und der radialen Richtung 38 verteilt sein. Die Schlitze 112 können in jeder geeigneten Weise angeordnet sein, um den Luftstrom in dem Hohlraum 66 zu beeinflussen und zu begünstigen. Die Schlitze 112 können insbesondere dazu beitragen, den Luftstrom gleichmäßiger in dem Hohlraum 66 zu leiten, zu beeinflussen und zu verteilen.
Obwohl zwei Vorsprünge 110 abgebildet sind, sollte es sich verstehen, dass jede geeignete Anzahl von Vorsprüngen 110 verwendet werden kann. Es können beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Vorsprünge 110 in dem Hohlraum 66 an verschiedenen Stellen entlang der Längsachse 36 der Turbine 16 angeordnet sein. Ebenso kann, obwohl zwei Schlitze an einem Abschnitt des ersten Vorsprungs 110 abgebildet sind und drei Schlitze an einem Abschnitt des zweiten Vorsprungs 110 abgebildet sind, jede geeignete Anzahl von Schlitzen vorgesehen sein. In einigen Ausführungsformen können beispielsweise ungefähr 1 bis 50, 2 bis 30, 3 bis 20, 4 bis 15 oder 5 bis 10 Schlitze 112 an jedem Vorsprung 110, der um die Turbine 16 herum verläuft, angeordnet sein. Zwischen jedem Paar von Bünden 88 kann jeder Vorsprung 110 ferner 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Schlitze 112 aufweisen. Unabhängig von der konkreten Gestaltung und/oder Anzahl von Vorsprüngen 110 und/oder Schlitzen 112 sind die Vorsprünge 110 und/oder Schlitze 112 so eingerichtet, dass sie die Geschwindigkeit und/oder Richtung von Luft in dem Hohlraum 66 beeinflussen und/oder steuern, damit die Kühlung der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und einer Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 vereinfacht wird. Durch den Einlass 80 in den Hohlraum 66 einströmende Luft kann beispielsweise durch den Hohlraum 66 strömen und die Vorsprünge 110 berühren. Der Luftstrom kann durch das Vorhandensein der Vorsprünge 110 beeinflusst werden, da die Luft so geleitet werden kann, dass sie in Umfangsrichtung die Vorsprünge 110 entlang strömt und/oder in der Längsrichtung 36 durch die Schlitze 112. Obwohl dies nicht in 7 dargestellt ist, sollte es sich zusätzlich verstehen, dass sowohl die Vorsprünge 110 als auch die unechten Bünde 90 in dem Hohlraum 66 vorgesehen sein können.
8 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses 62 und des Außengehäuses 64 mit sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b im Querschnitt. Wie dargestellt ist, kann das Innengehäuse 62 einen ersten Vorsprung 110a aufweisen, der radial 38 von der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 aus nach außen verläuft. Das Außengehäuse 64 kann einen zweiten Vorsprung 110b aufweisen, der radial 38 von der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 aus nach innen verläuft. Die Vorsprünge 110a, 110b können in Umfangsrichtung 40 um ihre jeweiligen Gehäuse 62, 64 herum verlaufen und können in Umfangsrichtung 40 zwischen benachbarten Bünden 88 (z.B. einem Paar von Bünden 88) verlaufen, ähnlich wie die Vorsprünge 110, die in 7 abgebildet sind. In anderen Ausführungsformen verlaufen die Vorsprünge 110a, 110b lediglich teilweise zwischen benachbarten Bünden 88. Die Vorsprünge 110a, 110b können sich radial überlappen (z.B. in einer radialen Richtung 38 überlappen), jedoch kann ein Spalt 124 (z.B. ein Axialspalt) entlang der Längsachse 36 vorgesehen sein, damit Luft zwischen den und/oder an den Vorsprüngen 110a, 110b vorbei zu dem Auslass 84 strömen kann, wie mit dem Pfeil 126 dargestellt ist. Der Spalt 124 kann jede geeignete Breite (z.B. Abmessung entlang der Längsachse 36) aufweisen. Die Breite des Spalts 124 kann beispielsweise ungefähr 0,5 cm, 1 cm, 2 cm, 3 cm oder mehr betragen. Wie zuvor angegeben ist, können die Vorsprünge 110a, 110b einen oder mehrere Schlitze 112 aufweisen. Obwohl in 8 lediglich zwei Vorsprünge 110a, 110b (z.B. ein Paar sich überlappender Vorsprünge 110a, 110b) dargestellt sind, kann jede geeignete Anzahl von sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b in dem Hohlraum 66 zwischen dem Innengehäuse 62 und dem Außengehäuse 64 vorgesehen sein. Es können ferner drei oder mehr sich überlappende Vorsprünge 110a, 110b (z.B. eine Gruppe von sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b) in einer Reihe, benachbart entlang der Längsachse 36 beabstandet, angeordnet sein. Derartige Gruppen von sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b können Luft durch eine Reihe von benachbarten Spalten 124 leiten. Es können beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr sich überlappende Vorsprünge 110a, 110b um die Turbine 16 herum vorgesehen sein. Ebenso können 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr Spalte 124 um die Turbine 16 herum in jedem geeigneten Abstand bezogen auf die Längsachse 36 vorgesehen sein. Unabhängig von der konkreten Gestaltung und/oder Anzahl von sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b in dem Hohlraum 66 zwischen dem Innengehäuse 62 und dem Außengehäuse 64 ist jedes Paar oder jede Gruppe von sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b so eingerichtet, dass es bzw. sie die Geschwindigkeit und/oder Richtung eines Luftstroms in dem Hohlraum 66 ändert, damit die Wärmeübertragung entlang der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und einer Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 begünstigt wird. Obwohl dies nicht in 8 dargestellt ist, sollte es sich zusätzlich verstehen, dass die Vorsprünge 110, die sich überlappenden Vorsprünge 110a, 110b wie auch die unechten Bünde 90 in dem Hohlraum 66 vorgesehen sein können.
9 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Innengehäuses 62 und des Außengehäuses 64 sowohl mit Vorsprüngen 110 als auch mit sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b im Querschnitt. Wie dargestellt ist, können die sich überlappenden Vorsprünge 110a, 110b proximal zum ersten Ende 82 des Hohlraums 66 vorgesehen sein und die Vorsprünge 110 können proximal zum zweiten Ende 86 des Hohlraums 66 vorgesehen sein, obwohl die entgegengesetzte relative Anordnung ebenfalls denkbar ist. Eine derartige Kombination aus Elementen kann den Luftstrom in dem Hohlraum 66 beeinflussen. Die Luft kann insbesondere von dem Einlass 80 durch den Spalt 124 zwischen den sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b in den Hohlraum 66 strömen, wie mit dem Pfeil 130 dargestellt ist. Die Luft kann dann von den sich überlappenden Vorsprüngen 110a, 110b in Richtung der Vorsprünge 110 strömen, wo die Luft durch die Schlitze 112 geleitet werden kann, die in den Vorsprüngen 110 angeordnet sind, wie mit dem Pfeil 132 dargestellt ist. Die Luft kann schließlich durch den Auslass 84 aus dem Hohlraum 66 strömen, wie mit dem Pfeil 134 dargestellt ist. Zusätzlich kann, obwohl zwei Vorsprünge 110 und ein Paar sich überlappender Vorsprünge 110a, 110b dargestellt sind, jede geeignete Anzahl dieser Elemente in dem Hohlraum 66 vorgesehen sein. Ebenso kann jede geeignete Anzahl, Kombination und/oder Gestaltung von jedem der hier beschriebenen Elemente (z.B. unechte Bünde 90) hinzugenommen oder aufgenommen werden, um den Luftstrom in dem Hohlraum zu beeinflussen und/oder zu steuern.
10 veranschaulicht eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Lochplatte 138 mit mehreren Löchern 140 (z.B. ein Muster aus Öffnungen) im Querschnitt, die zwischen dem Innengehäuse 62 und dem Außengehäuse 64 verläuft. Die Lochplatte 138 und die Löcher 140 können bezogen auf die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 ganz allgemein rechtwinklig angeordnet sein. In bestimmten Ausführungsformen können die Lochplatte 138 und/oder die Löcher 140 bezogen auf die Flächen 72, 74 der Gehäuse 62, 64 jedoch winklig (z.B. unter einem anderen Winkel als 90 Grad) angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die Lochplatte 138 und/oder die Löcher 140 bezogen auf die Flächen 72, 74 der Gehäuse 62, 64 unter einem Winkel von 10 bis 90, 20 bis 80, 30 bis 70, 40 bis 60, 30, 45, 60, 75 oder 90 Grad angeordnet sein. In bestimmten Ausführungsformen können mehrere Lochplatten 138 in dem Hohlraum 66 vorgesehen sein. Wie dargestellt ist, sind zwei Lochplatten 138 vorgesehen. Jede Lochplatte kann die Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und/oder die Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 direkt berühren. Jede Lochplatte 138 kann ganz allgemein in Umfangsrichtung 40 um die Längsachse 36 der Turbine 16 herum verlaufen und kann in Umfangsrichtung 40 zwischen benachbarten Bünden 88 (z.B. einem Paar von Bünden 88) verlaufen. In bestimmten Ausführungsformen können eine erste Halterung 142 und eine zweite Halterung 144 vorgesehen sein, um die Lochplatte 138 in dem Hohlraum 66 zu halten. In einigen Ausführungsformen kann insbesondere die erste Halterung 142 mit der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 gekoppelt sein und radial 38 von dort aus nach innen verlaufen, und/oder die zweite Halterung 144 kann mit der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 gekoppelt sein und radial 38 von dort aus nach außen verlaufen. Die Halterungen 142, 144 können abnehmbar mit der Fläche 72, 74 der Gehäuse 62, 64 gekoppelt sein, oder die Halterungen 142, 144 können dauerhaft an den Flächen 72, 74 der Gehäuse 62, 64 befestigt oder angebracht sein. Während des Betriebs kann Luft von dem Einlass 80 durch die Lochplatte 138 und daran vorbei in Richtung des Auslasses 84 strömen, wie mit dem Pfeil 146 dargestellt ist.
Wie zuvor festgestellt ist, können die Halterungen 142, 144 ganz allgemein die Lochplatte 138 in dem Hohlraum 66 halten. In einigen Ausführungsformen kann die Lochplatte 138 herausnehmbar sein. Anders ausgedrückt kann die Lochplatte 138 in dem Hohlraum 66 gegriffen werden, von den Halterungen 142, 144 gelöst werden (oder die Halterungen 142, 144 können mit der Lochplatte abgenommen werden) und aus dem Hohlraum 66 herausgenommen werden. Die Lochplatten 138 können eingebaut oder ausgebaut werden, um das Kühlverhalten und die Luftstromeigenschaften in dem Hohlraum 66 anzupassen und einzustellen. In bestimmten Anwendungen können beispielsweise weniger oder mehr Lochplatten 138 oder Lochplatten 138 mit weniger oder mehr Löchern 138 wünschenswert sein. Es sollte sich verstehen, dass andere Elemente (z.B. unechte Bünde 90, Vorsprünge 110, sich überlappende Vorsprünge 110a, 110b) in bestimmten Ausführungsformen ebenfalls so eingerichtet sein können, dass sie abnehmbar sind. Zusätzlich kann, obwohl zwei Lochplatten 138 abgebildet sind, jede geeignete Anzahl von Lochplatten 138 in dem Hohlraum 66 vorgesehen sein. Es können beispielsweise 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 oder mehr Lochplatten 138 vorgesehen sein.
11 veranschaulicht eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Innengehäuses 62, das mit der Lochplatte 138 gekoppelt ist. Es sind insbesondere die Löcher 140 (z.B. Öffnungen, Bohrungen, Durchgänge usw.) dargestellt. Die Löcher 140 können durch die Lochplatte 138 verlaufen, damit Luft durch die Lochplatte 138 strömen kann, wie zuvor bezogen auf 10 erörtert wurde. In der Lochplatte 138 kann jede geeignete Anzahl von Löchern 140 vorgesehen sein, und die Löcher 140 können in jeder beliebigen konkreten Gestaltung angeordnet sein. Es können beispielsweise ungefähr 5, 10, 15, 20, 25, 30 oder mehr Löcher 140 an jeder Lochplatte 138 zwischen jedem Paar von Bünden 88 angeordnet sein. Unabhängig von der konkreten Gestaltung und/oder Anzahl von Lochplatten 138 und/oder der Anzahl von Löchern 140 kann jede Lochplatte 138 so eingerichtet sein, dass sie die Geschwindigkeit und/oder Richtung eines Luftstroms in dem Hohlraum 66 ändert, damit die Kühlung der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und einer Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 vereinfacht wird. Obwohl es in 10 und 11 nicht dargestellt ist, sollte es sich zusätzlich verstehen, dass jede geeignete Anzahl von Elementen (z.B. Vorsprünge 110, sich überlappende Vorsprünge 110a, 110b und unechte Bünde 90) zusätzlich zu (z.B. in Kombination mit) Lochplatten 138 in dem Hohlraum 66 vorgesehen sein kann.
3 bis 11 veranschaulichen ganz allgemein Abschnitte des Innengehäuses 62 und/oder des Außengehäuses 64 des Turbinenabschnitts 44 des Gasturbinensystems 10. Das Innengehäuse 62 und das Außengehäuse 64 sind so eingerichtet, dass sie zumindest einen Abschnitt der Turbine 16 in Umfangsrichtung umgeben, und das Innengehäuse 62 und das Außengehäuse 64 definieren den Hohlraum 66. Wie zuvor erwähnt ist, kann unabhängig von der konkreten Gestaltung und/oder Anzahl von Elementen die Geometrie (z.B. Volumen, Form usw.) des Hohlraums 66 und/oder der verschiedenen Elemente in dem Hohlraum 66 so ausgelegt sein, dass die Geschwindigkeit und/oder Richtung eines Luftstroms in dem Hohlraum 66 verändert wird, damit die Wärmeübertragung entlang der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und einer Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 vereinfacht wird. Die Geometrie des Hohlraums 66 und der verschiedenen hier beschriebenen Elemente kann den Luftstrom beeinflussen und/oder für zusätzliche Oberfläche sorgen, damit die Wärmeübertragung in dem Hohlraum 66 vereinfacht wird, wodurch wiederum die Wärmeübergangszahl in dem Hohlraum 66 erhöht werden kann. Die zwischen den Wänden des Hohlraums 66 (z.B. der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64) und den verschiedenen Elementen (z.B. Bünde 88, unechte Bünde 90, Vorsprünge 110, sich überlappende Vorsprünge 120 und/oder Lochplatten 138) ausgetauschte Wärmemenge wird größer, wodurch die Kühlung der Außenfläche 72 des Innengehäuses 62 und der Innenfläche 74 des Außengehäuses 64 vereinfacht wird. In einigen Fällen kann durch die Geometrie des Hohlraums 66 und/oder der hier beschriebenen Elemente die Kühlung des Hohlraums 66 vereinfacht werden, ohne dass Leitbleche und/oder Prallplatten notwendig wären, wodurch die Komplexität der und/oder die Kosten für die Kühlung des Gasturbinensystems 10 gesenkt werden.
In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von darin enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Geltungsbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, an die der Fachmann denkt. Diese weiteren Beispiele sollen in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die nicht vom genauen Wortlaut der Ansprüche abweichen oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zum genauen Wortlaut der Ansprüche umfassen.
Es ist ein Gasturbinensystem mit einem Verbrennungsabschnitt und einem Turbinenabschnitt geschaffen. Der Turbinenabschnitt weist mindestens eine Turbinenstufe mit mehreren Turbinenschaufeln, die mit einem Rotor gekoppelt sind, und ein Innengehäuse auf, das längs des Umfangs um die mehreren Turbinenschaufeln herum angeordnet ist. Der Turbinenabschnitt weist ein Außengehäuse auf, das längs des Umfangs um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses herum angeordnet ist. Das Innengehäuse und das Außengehäuse definieren einen Hohlraum, der ein Volumen umfasst, das so ausgelegt ist, dass es die Luftverteilung in dem Hohlraum begünstigt, damit eine Außenfläche des Innengehäuses und eine Innenfläche des Außengehäuses gekühlt werden. Das Außengehäuse umfasst mindestens einen Lufteinlass, und das Innengehäuse umfasst mindestens einen Luftauslass. In dem Hohlraum ist mindestens ein Bund vorgesehen, und der mindestens eine Bund liegt an der Seite von dem Lufteinlass und mindestens einer Strömungsführung.

Claims

System, das aufweist: eine Gasturbine, umfassend: einen Verbrennungsabschnitt; einen Turbinenabschnitt, der mit dem Verbrennungsabschnitt gekoppelt ist, wobei der Turbinenabschnitt mindestens eine Turbinenstufe mit mehreren Turbinenschaufeln, die mit einem Rotor gekoppelt sind, ein Innengehäuse, das längs des Umfangs um die mehreren Turbinenschaufeln herum angeordnet ist, und ein Außengehäuse aufweist, das längs des Umfangs um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses herum angeordnet ist, wobei das Innengehäuse und das Außengehäuse einen Hohlraum zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse definieren, wobei der Hohlraum ein Volumen umfasst, das sich zwischen einem vorderen Abschnitt und einem hinteren Abschnitt erstreckt, um die Luftverteilung in dem Hohlraum zu begünstigen, damit eine Außenfläche des Innengehäuses und eine Innenfläche des Außengehäuses gekühlt werden, wobei der vordere Abschnitt näher an dem Verbrennungsabschnitt liegt als der hintere Abschnitt, wobei das Außengehäuse mindestens einen Lufteinlass umfasst, damit die Luft in den hinteren Abschnitt des Hohlraums hinein strömen kann, und das Innengehäuse mindestens einen Luftauslass umfasst, damit die Luft aus dem vorderen Abschnitt des Hohlraums heraus strömen kann; und mindestens einen Bund, der in dem Hohlraum angeordnet ist, wobei der mindestens eine Bund an der Seite von dem mindestens einen Lufteinlass und mindestens einer Strömungsführung liegt, wobei der mindestens eine Bund und die mindestens eine Strömungsführung jeweils axial in einer Längsrichtung des Turbinenabschnitts entlang von wenigstens eines Abschnitts der Außenfläche des Innengehäuses verlaufen und wobei die mindestens eine Strömungsführung eingerichtet ist, um eine Geschwindigkeit oder eine Richtung eines Luftstroms in dem Hohlraum zu verändern, um eine Kühlung der Außenfläche des Innengehäuses und der Innenfläche des Außengehäuses zu unterstützen.
System nach Anspruch 1, das mindestens einen an der Außenfläche des Innengehäuses angeordneten Vorsprung umfasst, der sich in Umfangsrichtung um das Innengehäuse herum erstreckt, wobei der mindestens eine Vorsprung so eingerichtet ist, dass er die Verteilung des Luftstroms in dem Hohlraum begünstigt.
System nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Schlitz in dem mindestens einen Vorsprung angeordnet ist, um die Verteilung des Luftstroms in dem Hohlraum zu begünstigen.
System nach Anspruch 1, das einen ersten Vorsprung, der von der Innenfläche des Außengehäuses aus radial in den Hohlraum hineinragt, und einen zweiten Vorsprung umfasst, der von der Außenfläche des Innengehäuses aus radial in den Hohlraum hineinragt, wobei sich der erste und zweite Vorsprung radial überlappen und axial entlang der Längsrichtung des Turbinenabschnitts versetzt sind, um einen Spalt zu bilden, der eingerichtet ist, um den Luftstrom zwischen dem ersten und zweiten Vorsprung vom hinteren Abschnitt in Richtung des vorderen Abschnitts des Hohlraums zu ermöglichen.
System nach Anspruch 1, das mindestens eine Lochplatte umfasst, die sich zwischen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse erstreckt.
System nach Anspruch 5, wobei ein erstes Ende der mindestens einen Lochplatte mit einer ersten Halterung verbunden ist, die an der Innenfläche des Außengehäuses angeordnet ist, und ein zweites Ende der mindestens einen Lochplatte mit einer zweiten Halterung verbunden ist, die an der Außenfläche des Innengehäuses angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Hohlraum eine oder mehrere Strömungsführungen umfasst, die bezogen auf die Längsrichtung des Turbinenabschnitts in einer axialen Richtung, einer radialen Richtung, einer Umfangsrichtung oder einer Kombination daraus verläuft bzw. verlaufen, und/oder wobei der Hohlraum ein Paar von Bünden umfasst, die den mindestens einen Lufteinlass und ein Paar von Strömungsführungen flankieren.
System nach Anspruch 1, wobei ein orthogonaler Abstand zwischen der Außenfläche des Innengehäuses und der Innenfläche des Außengehäuses entlang einer Länge des Hohlraums zwischen dem mindestens einen Lufteinlass und dem mindestens einen Luftauslass um weniger als 10% variiert.
System, das aufweist: eine Kühlanordnung für einen Turbinenabschnitt einer Gasturbine, wobei die Kühlanordnung umfasst: ein Innengehäuse mit einer ersten Innenfläche und einer ersten Außenfläche, wobei das Innengehäuse längs des Umfangs um einen Abschnitt des Turbinenabschnitts der Gasturbine herum angeordnet ist; ein Außengehäuse mit einer zweiten Innenfläche und einer zweiten Außenfläche, wobei das Außengehäuse längs des Umfangs um zumindest einen Abschnitt des Innengehäuses herum angeordnet ist; und einen Hohlraum, der durch die erste Außenfläche des Innengehäuses und die zweite Innenfläche des Außengehäuses definiert ist, wobei sich der Hohlraum längs des Umfangs um den Abschnitt des Turbinenabschnitts der Gasturbine erstreckt, wobei der Hohlraum ein Volumen aufweist, das eingerichtet ist, um einen Luftstrom innerhalb des Hohlraums zu begünstigen, damit die erste Außenfläche des Innengehäuses und die zweite Innenfläche des Außengehäuses gekühlt werden; mehrere Einlässe, die so eingerichtet sind, dass sie Luft nahe einem ersten Ende des Hohlraums aufnehmen, wobei die Einlässe in Umfangsrichtung um den Hohlraum herum verteilt sind; mehrere Auslässe, die so eingerichtet sind, dass sie Luft in eine Düse nahe einem zweiten Ende des Hohlraums ausgeben, wobei die Auslässe in Umfangsrichtung um den Hohlraum herum verteilt sind; mehrere Bünde, die axial in einer Längsrichtung des Turbinenabschnitts entlang von zumindest einem Abschnitt der ersten Außenfläche des Innengehäuses verlaufen, wobei jedes Paar benachbarter Bünde von den mehreren Bünden mindestens zwei Strömungsführungen flankiert.
Verfahren, das aufweist: Leiten von Luft durch einen Einlass, der nahe einem ersten Ende eines Hohlraums angeordnet ist, der zwischen einem Innengehäuse und einem Außengehäuse eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine ausgebildet ist, wobei der Hohlraum ein Volumen aufweist, das eingerichtet ist, um eine Kühlung des Innengehäuses und des Außengehäuses zu unterstützen; Leiten der Luft um mehrere innerhalb des Hohlraums angeordnete Oberflächenelemente, wobei die Oberflächenelemente mindestens eine Strömungsführung aufweisen, die axial entlang einer Außenfläche des Innengehäuses in einer Längsrichtung des Turbinenabschnitts verläuft, wobei die mindestens eine Strömungsführung von mindestens zwei Bünden flankiert ist; und Leiten der Luft durch mindestens einen Auslass, der nahe einem zweiten Ende des Hohlraums angeordnet ist, in eine Turbinendüse hinein.