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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Ausführungsformen der Offenbarung betreffen allgemein Gasturbinen und insbesondere Systeme und Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum und/oder einem Statorhohlraum.
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HINTERGRUND ZU DER OFFENBARUNG
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Gasturbinen werden in industriellen und kommerziellen Betriebsvorgängen in großem Umfang verwendet. Eine typische Gasturbine enthält einen Verdichter im vorderen Teil, eine oder mehrere Brennkammern in etwa in der Mitte und eine Turbine im hinteren Teil. Der Verdichter verleiht dem Arbeitsfluid (z.B. Luft) kinetische Energie, um ein verdichtetes Arbeitsfluid in einem hochenergetischen Zustand zu erzeugen. Das verdichtete Arbeitsfluid verlässt den Verdichter und strömt zu den Brennkammern, wo es sich mit Brennstoff vermischt und gezündet wird, um Verbrennungsgase zu erzeugen, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisen. Die Verbrennungsgase strömen zu der Turbine, wo sie expandieren, um Arbeit zu verrichten. Demzufolge ist die Turbine sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, die auf die Verbrennungsgase zurückgehen. Infolgedessen müssen die verschiedenen Turbinenkomponenten (wie beispielsweise die Mantelringanordnungen, Rotoranordnungen, Laufradhohlräume und dergleichen) gekühlt und/oder mit Spülluft versorgt werden. Demgemäß besteht ein Bedarf danach, verbesserte Turbinenkühlsysteme und -verfahren zu schaffen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER OFFENBARUNG
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Einige oder all die vorstehenden Bedürfnisse und/oder Probleme können durch bestimmte Ausführungsformen der Offenbarung bewältigt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine Turbinenanordnung offenbart. Die Turbinenanordnung kann eine Rotoranordnung, eine Statoranordnung, die benachbart zu der Rotoranordnung positioniert ist, und einen Laufradhohlraum enthalten, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann der Statoranordnung zugeordnet sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Außerdem kann wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung der Statoranordnung zugeordnet sein. Die wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern.
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Die Anordnung kann ferner eine Durchflusssteuerungsvorrichtung aufweisen, die der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zugeordnet ist, wobei die Durchflusssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um den Kühlluftfluss zu dem Laufradhohlraum durch Variation der Größe der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zu variieren.
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Die Statoranordnung eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann aufweisen: eine Statorwand; und einen Statorhohlraum, der durch die Statorwand definiert ist, wobei der Statorhohlraum mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft in Strömungsverbindung steht.
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Die wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung ist in der Statorwand positioniert.
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Die wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann in der Statorwand positioniert sein.
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Die Durchflusssteuerungsvorrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann innerhalb des Statorhohlraums positioniert sein.
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Die Verdichterentnahmeluftströmung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann wenigstens einen Teil der Spülluftströmung und der Kühlluftströmung bilden.
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Die Anordnung gemäß einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner einen Temperatursensor aufweisen, der dem Laufradhohlraum zugeordnet ist und mit der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung in Strömungsverbindung steht.
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Die Anordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart weist ferner eine Zwischenstufendichtung auf, die zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung positioniert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Turbinenanordnung offenbart. Die Turbinenanordnung kann eine Rotoranordnung, eine benachbart zu der Rotoranordnung positionierte Statoranordnung und einen Laufradhohlraum aufweisen, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens ein Spülluftkreislauf kann der Statoranordnung zugeordnet sein. Der Spülluftkreislauf kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Außerdem kann wenigstens ein Kühlluftkreislauf der Statoranordnung zugeordnet sein. Der Kühlluftkreislauf kann konfiguriert sein, um eine Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern.
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Die Anordnung kann ferner eine Durchflusssteuerungsvorrichtung aufweisen, die dem wenigstens einen Kühlluftkreislauf zugeordnet ist, wobei die Durchflusssteuerungsvorrichtung konfiguriert ist, um den Kühlluftfluss zu dem Laufradhohlraum zu variieren.
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Die Durchflusssteuerungsvorrichtung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann ein Ventil in Strömungsverbindung mit dem wenigstens einen Kühlluftkreislauf aufweisen.
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Die Statoranordnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann aufweisen: eine Statorwand; und einen Statorhohlraum, der durch die Statorwand definiert ist, wobei der Statorhohlraum mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft in Strömungsverbindung steht.
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Der wenigstens eine Spülluftkreislauf einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann eine Durchlassöffnung aufweisen, die in der Statorwand positioniert ist.
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Die Durchlassöffnung einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann unveränderlich sein.
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Der wenigstens eine Kühlluftkreislauf einer beliebigen vorstehend erwähnten Anordnung kann eine veränderliche Durchlassöffnung aufweisen, die in der Statorwand positioniert ist.
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Die Anordnung gemäß einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner einen Temperatursensor aufweisen, der dem Laufradhohlraum zugeordnet ist und mit dem wenigstens einen Kühlluftkreislauf in Verbindung steht.
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Die Anordnung gemäß einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner eine Zwischenstufendichtung aufweisen, die zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung positioniert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer Kühlluftströmung zu einem Hohlraum in einer Gasturbinenanordnung offenbart. Das Verfahren kann ein Liefern der Spülluftströmung zu dem Hohlraum über wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung enthalten. Außerdem kann das Verfahren ein Variieren des Kühlluftflusses zu dem Hohlraum mittels wenigstens einer veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung enthalten. In einigen Fällen kann der Hohlraum einen Laufradhohlraum und/oder einen Statorhohlraum enthalten.
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Das Verfahren kann ferner ein Variieren der Größe der wenigstens einen veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung mit einer Durchflusssteuerungsvorrichtung aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein System zur Lieferung einer einstellbaren Kühlluftströmung von einem Statorhohlraum zu einem Laufradhohlraum einer Turbinenanordnung offenbart. Das System kann wenigstens einen Kühlluftdurchgang enthalten, der konfiguriert ist, um die einstellbare Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum aus dem Statorhohlraum zu liefern. Das System kann ferner eine Durchflusssteuerungsvorrichtung enthalten, die dem wenigstens einen Kühlluftdurchgang zugeordnet ist. Die Durchflusssteuerungsvorrichtung kann ein Ventil enthalten, das konfiguriert ist, um die einstellbare Kühlluftströmung innerhalb des wenigstens einen Kühlluftdurchgangs zu steuern. Außerdem kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung einen temperaturabhängigen Aktuator enthalten, der wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums positioniert ist und mit dem Ventil in mechanischer Verbindung steht. Der temperaturabhängige Aktuator kann konfiguriert sein, um das Ventil zu öffnen und zu schließen.
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Der temperaturabhängige Aktuator des Systems kann aufweisen: ein Aktuatorgehäuse, das wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums positioniert ist; und ein temperaturabhängiges Element, das im Inneren des Aktuatorgehäuses positioniert ist, wobei das temperaturabhängige Element konfiguriert ist, um sich in Abhängigkeit von einer Temperatur des Laufradhohlraums auszudehnen oder zusammenzuziehen, um das Ventil zu öffnen und zu schließen.
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Das Ventil des Systems kann aufweisen: einen Ventilkörper in Strömungsverbindung mit dem wenigstens einen Kühlluftdurchgang; und einen Ventilteller, der konfiguriert ist, um als Reaktion auf den temperaturabhängigen Aktuator zu öffnen und zu schließen, um die einstellbare Kühlluftströmung, die zu dem Laufradhohlraum durch den wenigstens einen Kühlluftdurchgang geliefert wird, anzupassen.
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Der wenigstens einen Kühlluftdurchgang ist stromaufwärts von dem temperaturabhängigen Aktuator positioniert, um so die einstellbare Kühlluftströmung stromaufwärts des temperaturabhängigen Aktuators zu liefern.
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Das System gemäß einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung in Strömungsverbindung mit dem Laufradhohlraum aufweisen, wobei die wenigstens eine unveränderliche Spülluftöffnung konfiguriert sein kann, um einen konstanten Fluss der Spülluft zu dem Laufradhohlraum zu liefern.
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Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Merkmale der Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den angehängten Ansprüchen offenkundig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind.
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1 zeigt eine beispielhafte schematische Ansicht einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.
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2 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum gemäß einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.
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3 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum gemäß einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.
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4 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum gemäß einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.
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5 zeigt eine beispielhafte schematische Schnittansicht eines Systems zur Lieferung einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum gemäß einer Ausführungsform des Offenbarungsgegenstands.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES OFFENBARUNGSGEGENSTANDS
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Anschauliche Ausführungsformen sind hier nachstehend in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige, jedoch nicht alle Ausführungsformen veranschaulicht sind. Der Offenbarungsgegenstand kann in vielfältigen Formen verkörpert sein und sollte nicht als auf die hierin erläuterten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen überall gleiche Elemente.
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Die veranschaulichenden Ausführungsformen sind unter anderem auf Systeme und Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum und/oder einem Statorhohlraum gerichtet. Das heißt, die Systeme und Verfahren, wie sie hierin beschrieben sind, stellen Mittel bereit, um einen Kühlluftstrom, der aus dem Verdichter entnommen und zu dem Laufradhohlraum und/oder dem Statorhohlraum geliefert wird, anzupassen. Der Kühlluftstrom kann mittels einer veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung und/oder eines einstellbaren Kühlluftkreislaufs angepasst werden.
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In manchen Ausführungsformen kann eine Turbinenanordnung eine Rotoranordnung, eine Statoranordnung, die benachbart zu der Rotoranordnung positioniert ist, und einen Laufradhohlraum enthalten, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung und wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung können der Statoranordnung zugeordnet sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern, und die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine veränderliche Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Auf diese Weise kann die Spühlluftströmung den Laufradhohlraum spülen, und die veränderliche Kühlluftströmung kann die Rotoranordnung kühlen.
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In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zugeordnet sein. Zum Beispiel kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung konfiguriert sein, um den Kühlluftfluss zu dem Laufradhohlraum durch Variation der Größe der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung zu variieren. In anderen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung ein Ventil enthalten, das der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung oder einem Kühlluftkreislauf zugeordnet ist, der mit dem Laufradhohlraum in Strömungsverbindung steht.
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In manchen Ausführungsformen kann die Statoranordnung einen Statorhohlraum enthalten, der durch eine Statorwand definiert ist. In einigen Fällen können die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung und die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung in der Statorwand positioniert sein. In anderen Fällen kann der Statorhohlraum mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft in Strömungsverbindung stehen. Auf diese Weise kann die Verdichterentnahmeluftströmung wenigstens teilweise einen Teil der Spülluftströmung und der Kühlluftströmung bilden. Das heißt, die Strömung der Verdichterentnahmeluft kann in den Statorhohlraum eintreten, wobei ein Anteil der Verdichterentnahmeluftströmung durch die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung in der Statorwand hindurch und in den Laufradhohlraum eintreten kann, und ein Anteil der Verdichterentnahmeluftströmung kann durch die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung in der Statorwand hindurch und in den Laufradhohlraum eintreten. Die Spülluftströmung kann den Laufradhohlraum spülen, und die Kühlluftströmung kann die Rotoranordnung kühlen.
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In einigen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung innerhalb des Statorhohlraums positioniert sein. In anderen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung außerhalb der Gasturbine positioniert sein. In manchen Ausführungsformen kann/können ein Temperatursensor und/oder ein Aktuator mit der Durchflusssteuerungsvorrichtung oder dem Ventil in Strömungsverbindung stehen und dem Laufradhohlraum und/oder der Statoranordnung zugeordnet sein. Zum Beispiel kann/können der Temperatursensor und/oder der Aktuator mit der Durchflusssteuerungsvorrichtung oder dem Ventil in Strömungsverbindung stehen und an der Statorwand montiert sein und wenigstens teilweise in den Laufradhohlraum hineinragen. Der Temperatursensor und/oder der Aktuator können konfiguriert sein, um die Durchflusssteuerungsvorrichtung oder das Ventil zu beeinflussen. In anderen Ausführungsformen kann eine Zwischenstufendichtung zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung positioniert sein.
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In manchen Ausführungsformen kann die Turbinenanordnung wenigstens einen Spülluftkreislauf und wenigstens einen Kühlluftkreislauf enthalten, die der Statoranordnung zugeordnet sind. In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung dem Kühlluftkreislauf zugeordnet sein. Das heißt, die Durchflusssteuerungsvorrichtung kann konfiguriert sein, um den Zufluss der Kühlluft zu dem Laufradhohlraum zu variieren. Zum Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung ein Ventil in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftkreislauf enthalten. Auf diese Weise kann der Kühlluftkreislauf einen Strömungskreislauf enthalten, der eine Strömung einer Verdichterentnahmeluft durch ein Rohr oder eine Leitung leitet, das bzw. die mit dem Laufradhohlraum verbunden ist. Das Ventil kann die Kühlströmung zu dem Laufradhohlraum anpassen, indem es auf die Laufradhohlraum- und/oder Rotoranordnungstemperatur anspricht, wie sie durch ein oder mehrere Messinstrumente, wie beispielsweise den Temperatursensor, gemessen wird.
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In manchen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren konfiguriert sein, um die Kühl- und Spülströmung zu einem Statorhohlraum zu liefern. Das heißt, in manchen Fällen kann eine feste Menge der Spülluftströmung aus einem Statorhohlraum zu einem anderen geliefert werden, und eine zusätzliche Menge der angepassten Kühlströmung kann ebenfalls zwischen Statorhohlräumen geliefert werden.
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Indem nun auf die Zeichnungen verwiesen wird, zeigt 1 eine beispielhafte schematische Ansicht einer Gasturbine 100, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 100 kann eine Gasturbine mit einem Verdichter 102 enthalten. Der Verdichter 102 kann eine ankommende Luftströmung 104 verdichten. Der Verdichter 102 kann die verdichtete Luftströmung 104 zu einer Brennkammer 106 liefern. Die Brennkammer 106 kann die verdichtete Luftströmung 104 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffströmung 106 vermischen und das Gemisch zünden, um eine Strömung von Verbrennungsgasen 110 zu erzeugen. Obwohl lediglich eine einzige Brennkammer 106 veranschaulicht ist, kann die Gasturbine eine beliebige Anzahl von Brennkammern 106 enthalten. Die Verbrennungsgasströmung 110 kann zu einer Turbine 112 geliefert werden. Die Verbrennungsgasströmung 110 kann die Turbine 112 antreiben, um so mechanische Arbeit zu verrichten. Die in der Turbine 112 verrichtete mechanische Arbeit kann einen Verdichter 102 über eine Welle 114 und eine externe Last 116, wie beispielsweise einen elektrischen Generator oder dergleichen, antreiben.
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Die Gasturbine kann Erdgas, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine kann eine beliebige von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, die von der General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, derjenigen, wie beispielsweise einer Hochleistungsgasturbine einer 7er- oder einer 9er Reihe und dergleichen. Die Gasturbine kann unterschiedliche Konfigurationen aufweisen und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Die Gasturbine kann eine von Flugtriebwerken abgeleitete Gasturbine, eine industrielle Gasturbine oder eine Kolbenmaschine sein. Es können auch andere Arten von Gasturbinen hierin verwendet werden. Es können mehrere Gasturbinen, andere Arten von Turbinen und andere Arten einer Energieerzeugungsausrüstung auch gemeinsam hierin verwendet werden.
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In manchen Ausführungsformen, wie schematisch in 2 dargestellt, kann die Turbine 112 nach 1 eine Rotoranordnung 118 und eine Statoranordnung 120 enthalten. Die Statoranordnung 120 kann benachbart zu der Rotoranordnung 118 positioniert sein. Ein Laufradhohlraum 122 kann zwischen der Rotoranordnung 118 und der Statoranordnung 120 ausgebildet sein. In einigen Fällen kann eine Zwischenstufendichtung 121 zwischen der Rotoranordnung 118 und der Statoranordnung 120 positioniert sein.
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Die Statoranordnung 120 kann eine Statorwand 124 enthalten. Die Statorwand 124 kann darin einen Statorhohlraum 126 definieren. Der Statorhohlraum 126 kann mit einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft 128 in Strömungsverbindung stehen. Das heißt, die Verdichterentnahmeluftströmung 128 kann den Statorhohlraum 126 wenigstens teilweise füllen.
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In einigen Fällen können eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 und eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 in der Statorwand 124 positioniert sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung 134 zu dem Laufradhohlraum 122 zu liefern, und die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 kann konfiguriert sein, um eine veränderliche Kühlluftströmung 136 zu dem Laufradhohlraum 122 zu liefern. Zum Beispiel kann die Strömung der Verdichterentnahmeluft 128 in den Statorhohlraum 126 eintreten, wo ein erster Anteil 134 der Verdichterentnahmeluftströmung 128 durch die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 hindurchtreten kann und ein zweiter Anteil 136 durch die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 hindurchtreten kann. Die Spülluftströmung 134 kann den Laufradhohlraum 122 spülen, und die veränderliche Kühlluftströmung 136 kann die Rotoranordnung 118 kühlen.
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In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 innerhalb des Statorhohlraums 126 positioniert sein. Die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 kann auch der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung 132 zugeordnet sein. Zum Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 konfiguriert sein, um den Fluss der Kühlluft 136 zu dem Laufradhohlraum 122 zu variieren. In einem Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 den Fluss der Kühlluft 136 zu dem Laufradhohlraum 122 durch Variation der Größe der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung 132 variieren. In anderen Fällen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 eine ventilartige Einrichtung oder einen Aktuator enthalten, die bzw. der der veränderlichen Kühlluftdurchlassöffnung 132 zugeordnet ist, um den Zufluss der Kühlluft 136 zu dem Laufradhohlraum 122 zu variieren. Zum Beispiel kann in manchen Ausführungsformen ein Temperatursensor 140 dem Laufradhohlraum 122 und/oder der Statoranordnung 120 zugeordnet sein. Der Temperatursensor 140 kann einen Teil der Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 oder eine gesonderte Komponente bilden. In einigen Fällen kann/können der Temperatursensor 140 und/oder der Aktuator mit der Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 in Verbindung stehen und an der Statorwand 124 montiert sein und wenigstens teilweise in den Laufradhohlraum 122 hineinragen. In Abhängigkeit von der Temperatur des Laufradhohlraums 122, der Statoranordnung 120 und/oder der Rotoranordnung 118 (wie durch den Temperatursensor 140 bestimmt) kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 138 den Fluss der Kühlluft 136, die über die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung 132 in den Laufradhohlraum 122 eintritt, mittels eines tempearturabhängigen Aktuators oder dergleichen vergrößern oder verringern. Jedoch kann in manchen Ausführungsformen die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung 130 unabhängig von der Temperatur des Laufradhohlraums 122 eine konstante dosierte Strömung der Spülluft 134 zu dem Laufradhohlraum 122 liefern.
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3 zeigt in schematischer Weise ein System 300 zur Lieferung einer Spülluftströmung 323 und einer einstellbaren Kühlluftströmung 324 zu einem Laufradhohlraum 306. Zum Beispiel kann das System 300 eine Statoranordnung 302 enthalten, die benachbart zu einer Rotoranordnung 304 positioniert ist. Der Laufradhohlraum 306 kann zwischen der Rotoranordnung 304 und der Statoranordnung 302 ausgebildet sein. In einigen Fällen kann eine Zwischenstufendichtung 307 zwischen der Rotoranordnung 304 und der Statoranordnung 302 positioniert sein.
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Die Statoranordnung 302 kann wenigstens einen Spülluftkreislauf 308 und wenigstens einen Kühlluftkreislauf 310 enthalten. Sowohl der Spülluftkreislauf 308 als auch der Kühlluftkreislauf 310 können mit dem Laufradhohlraum 306 und einer Strömung einer Verdichterentnahmeluft 312 in Strömungsverbindung stehen. In einigen Fällen kann eine Durchflusssteuerungsvorrichtung 314 dem Kühlluftkreislauf 310 zugeordnet sein. Das heißt, die Durchflusssteuerungsvorrichtung 314 kann konfiguriert sein, um den Zufluss der Kühlluft zu dem Laufradhohlraum 306 zu variieren. Zum Beispiel kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 314 ein Ventil 316 in Strömungsverbindung mit dem Kühlluftkreislauf 310 enthalten. Auf diese Weise kann der Kühlluftkreislauf 310 einen Strömungskreislauf enthalten, der eine Strömung einer Verdichterentnahmeluft 312 durch ein Rohr oder eine Leitung zu dem Laufradhohlraum 306 leitet. Das Ventil 316 kann die Kühlströmung zu dem Laufradhohlraum 306 anpassen, indem es auf die Laufradhohlraum-, Statoranordnungs- und/oder Rotoranordnungstemperatur anspricht, wie sie durch einen oder mehrere Überwachungsinstrumente, wie beispielsweise einen Temperatursensor 320, der mit dem Ventil 316 in Verbindung steht, gemessen wird. In einigen Fällen kann/können der Temperatursensor 320 und/oder ein Aktuator mit dem Ventil 316 in Verbindung stehen und können an der Statorwand montiert sein und wenigstens teilweise in den Laufradhohlraum 306 hineinragen. In einigen Fällen kann das Ventil 316 außerhalb der Gasturbine angeordnet sein.
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Wie vorstehend beschrieben, sind die Spüldurchlassöffnungen (z.B. Löcher) und/oder -kreisläufe unveränderlich und bemessen, um den erforderlichen Spülfluss zu liefern, um die Spülanforderungen in dem Laufradhohlraum zu erfüllen. Der Rotorkühlluftstrom, der durch die veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung und/oder den Kühlluftkreislauf geliefert wird, kann angepasst werden, und er kann folglich hinsichtlich der Umgebungsbedingungen optimiert werden. Zum Beispiel ist während kalter Umgebungsbedingungen ein geringerer Kühlluftstrom erforderlich, um die Laufradhohlraumtemperatur aufrechtzuerhalten; in diesem Fall kann die Durchflusssteuervorrichtung den Kühlluftfluss beschränken oder unterbrechen. Während heißer Umgebungsbedingungen kann eine größere Kühlluftströmung erforderlich sein, um die Laufradhohlraumtemperatur unter der Auslegungsgrenze zu halten; unter diesen Bedingungen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung eine größere Kühlluftströmung zulassen. Demgemäß kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung, die zur Steuerung der Rotorkühlluft verwendet wird, unmittelbar auf die Laufradhohlraumtemperatur ansprechen und die Kühlluftströmung in der erforderlichen Weise einstellen, um die Rotortemperatur innerhalb der Auslegungsgrenze zu halten. Das Vorsehen eines veränderlichen Durchflussbereichs und folglich die Fähigkeit, den effektiven Durchflussbereich des Kühlkreislaufs zu variieren, bietet den zusätzlichen Vorteil der Optimierung und Verbesserung der Rückströmungsreserve.
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Es kann eine beliebige Anzahl von unveränderlichen und/oder variablen Löchern und/oder Kreisläufen hierin verwendet werden. Die unveränderlichen und/oder variablen Löcher und/oder Kreisläufe können eine beliebige Größe, Gestalt und/oder Konfiguration aufweisen. Außerdem müssen die variablen Durchflusslöcher und/oder Kreisläufe nicht notwendigerweise übereinstimmend arbeiten. Das heißt, einige können öffnen, und einige können schließen. Außerdem können die variablen Durchflusslöcher und/oder Kreisläufe als Reaktion auf einen beliebigen Parameter, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, die Temperatur, Leistungsabgabe, Umgebungsbedingungen, Kosten, etc. eingestellt werden.
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4 und 5 zeigen in schematisierter Weise eine beispielhafte Schnittansicht eines Systems 400 zur Lieferung einer einstellbaren Strömung von Kühlluft zu einem Laufradhohlraum 406. Zum Beispiel kann das System 400 eine Statoranordnung 402 enthalten, die benachbart zu einer Rotoranordnung 404 positioniert ist. Die Statoranordnung 402 kann eine Statorwand 405 enthalten, die einen Statorhohlraum 407 definiert. Der Laufradhohlraum 406 kann zwischen der Rotoranordnung 404 und der Statoranordnung 402 ausgebildet sein. In einigen Fällen kann eine Zwischenstufendichtung 408 zwischen der Rotoranordnung 404 und der Statoranordnung 402 positioniert sein.
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In manchen Ausführungsformen kann das System 400 konfiguriert sein, um die Temperatur innerhalb des Laufradhohlraums 406 durch Vergrößerung oder Verringerung einer einstellbaren Strömung von Kühlluft 412 zu dem Laufradhohlraum 406 zu erfassen, zu steuern und/oder anzupassen. Zum Beispiel kann das System 400 wenigstens einen Kühlluftdurchgang 410 enthalten, der konfiguriert ist, um die einstellbare Kühlluftströmung 412 zu dem Laufradhohlraum 406 aus dem Statorhohlraum 407 zu liefern. Der Kühlluftdurchgang 410 kann eine beliebige Öffnung oder einen beliebigen Kanal zwischen dem Statorhohlraum 407 und dem Laufradhohlraum 406 enthalten. Die einstellbare Kühlluftströmung 412, die zu dem Laufradhohlraum 406 über den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird, kann durch eine Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 gesteuert werden. Auf diese Weise kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 dem Kühlluftdurchgang 410 zugeordnet, jedoch nicht notwendigerweise innerhalb des Kühlluftdurchgangs 410 positioniert sein, um so die einstellbare Kühlluftströmung 412 anzupassen, die zu dem Laufradhohlraum 406 über den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird. In einigen Fällen können Abschnitte der Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 an der Statorwand 405 montiert sein.
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Um die einstellbare Kühlluftströmung 412, die zu dem Laufradhohlraum 406 durch den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird, zu steuern, kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 414 ein Ventil 418 enthalten, das konfiguriert ist, um zu öffnen und zu schließen, wodurch die einstellbare Kühlluftströmung 412, die zu dem Laufradhohlraum 406 durch den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird, vergrößert oder verringert wird. Zum Beispiel befindet sich das Ventil 418, wie in 4 dargestellt, in der geschlossenen Stellung, wodurch die einstellbare Kühlluftströmung 412 daran gehindert und/oder beschränkt wird, in den Laufradhohlraum 406 einzutreten. Umgekehrt befindet sich das Ventil 418, wie in 5 dargestellt, in der geöffneten Stellung, wodurch der einstellbaren Kühlluftströmung 412 ermöglicht wird, in den Laufradhohlraum 406 einzutreten.
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In manchen Ausführungsformen kann ein temperaturabhängiger Aktuator 420 mit dem Ventil 418 in mechanischer Verbindung stehen. Der temperaturabhängige Aktuator 420 kann konfiguriert sein, um das Ventil 418 zu öffnen und zu schließen. Zum Beispiel kann der temperaturabhängige Aktuator 420 wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums 406 positioniert sein, um wenigstens teilweise dem Laufradhohlraum 406 ausgesetzt zu sein. Auf diese Weise kann der temperaturabhängige Aktuator 420 die Temperatur innerhalb des Laufradhohlraums 406 erfassen und/oder auf diese reagieren. Als Reaktion kann der temperaturabhängige Aktuator 420 das Ventil 418 öffnen oder schließen, um die Temperatur innerhalb des Laufradhohlraums 406 zu regulieren.
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In manchen Ausführungsformen kann der temperaturabhängige Aktuator 420 ein Aktuatorgehäuse 422 enthalten. In einigen Fällen kann das Aktuatorgehäuse 422 wenigstens teilweise innerhalb des Laufradhohlraums 406 und/oder wenigstens teilweise innerhalb des Statorhohlraums 407 positioniert sein. Das heißt, das Aktuatorgehäuse 422 kann wenigstens teilweise dem Laufradhohlraum 406 ausgesetzt sein. Zusätzlich kann ein temperaturabhängiges Element 424 im Inneren des Aktuatorgehäuses 422 positioniert sein. Das temperaturabängige Element 424 kann konfiguriert sein, um sich als Reaktion auf eine Temperatur des Laufradhohlraums 406 auszudehnen oder zusammenzuziehen. Zum Beispiel kann das temperaturabhängige Element 424, während es sich ausdehnt, eine Stange 426 (oder ein anderes mechanisches Gestänge), die an dem Ventil 418 angebracht ist, schieben, wodurch das Ventil 418 geöffnet und der einstellbaren Kühlluftströmung 412 ermöglicht wird, in den Laufradhohlraum 406 über den Kühlluftdurchgang 410 einzutreten. Im umgekehrten Fall, wenn sich das temperaturabhängige Element 424 zusammenzieht, kann es die Stange 426 (oder ein anderes mechanisches Gestänge), die an dem Ventil 418 angebracht ist, ziehen, wodurch das Ventil 418 geschlossen und die einstellbare Kühlluftströmung 412 daran gehindert oder beschränkt wird, in den Laufradhohlraum 406 hinein über den Kühlluftdurchgang 410 einzutreten.
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In einigen Fällen kann das Ventil 418 einen Ventilkörper 428 und einen Ventilteller 430 enthalten. Zum Beispiel kann der Ventilkörper 428 eine Öffnung 432 zu dem Statorhohlraum 407 enthalten, und der Ventilteller 430 kann konfiguriert sein, um die Öffnung 432 zu öffnen und zu verschließen. Das heißt, der Ventilteller 430 kann konfiguriert sein, um als Reaktion darauf, dass sich der temperaturabhängige Aktuator 420 ausdehnt oder zusammenzieht, zu öffnen oder zu schließen. Auf diese Weise kann die Position des Ventiltellers 430 an der Öffnung 432 die einstellbare Kühlluftströmung 412 festlegen, die zu dem Laufradhohlraum 406 durch den Kühlluftdurchgang 410 geliefert wird.
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In manchen Ausführungsformen kann der Kühlluftdurchgang 410 stromaufwärts von dem temperaturabhängigen Aktuator 420 positioniert sein, um so die einstellbare Kühlluftströmung 412 stromaufwärts des temperaturabhängigen Aktuators 420 zu liefern. Das heißt, die Fluidströmung 436 innerhalb des Laufradhohlraums 406 kann radial nach außen verlaufen. In manchen Ausführungsformen kann die Durchflusssteuerungsvorrichtung 420 nicht unmittelbar an dem Kühlluftdurchgang 410 montiert sein.
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Obwohl Ausführungsformen in einer Sprache beschrieben sind, die für die strukturellen Merkmale und/oder methodischen Handlungen spezifisch ist, wird verstanden, dass die Offenbarung nicht notwendigerweise auf die speziellen Merkmale oder Handlungen, wie sie beschrieben sind, beschränkt ist. Vielmehr sind die speziellen Merkmale und Handlungen als veranschaulichende Formen zur Realisierung der Ausführungsformen offenbart.
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Ausführungsformen der Offenbarung enthalten Systeme und Verfahren zur Lieferung einer Spülluftströmung und einer einstellbaren Kühlluftströmung zu einem Laufradhohlraum oder einem Statorhohlraum. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Turbinenanordnung offenbart. Die Turbinenanordnung kann eine Rotoranordnung, eine Statoranordnung, die benachbart zu der Rotoranordnung positioniert ist, und einen Laufradhohlraum enthalten, der zwischen der Rotoranordnung und der Statoranordnung ausgebildet ist. Wenigstens eine unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann der Statoranordnung zugeordnet sein. Die unveränderliche Spülluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Spülluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern. Außerdem kann wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung der Statoranordnung zugeordnet sein. Die wenigstens eine veränderliche Kühlluftdurchlassöffnung kann konfiguriert sein, um eine Kühlluftströmung zu dem Laufradhohlraum zu liefern.
