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GEBIET
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Ausführungsbeispiele der Beschreibung betreffen allgemein Gasturbinentriebwerke und insbesondere Systeme und Verfahren zur Reduktion oder Beschränkung einer oder mehrerer Strömungen zwischen einem Heißgaspfad und einem Rotorinnenraum einer Turbine.
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HINTERGRUND
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Eine Gasturbine enthält gewöhnlich einen Verdichter, eine Brennkammeranordnung und eine Turbine. Der Wirkungsgrad der Turbine hängt zum Teil von der Menge eines aus dem Verdichter stammenden Kühlluftstroms ab, der genutzt wird, um Bauteile in dem Heißgaspfad in dem Turbinenabschnitt zu kühlen. Der Kühlluftstrom kann in den Rotorinnenraum der Turbine eingeführt werden, um das Eindringen von Hochtemperaturgasen in den Rotorinnenraum zu begrenzen. Eine übermäßige Aufnahme von Heißgasen in den Rotorinnenraum kann die Rotorinnenraumtemperatur jenseits der Beanspruchbarkeit des Materials steigern, mit der Folge einer möglichen Überschreitung von Materialtemperaturgrenzen, was zu Kriechen und/oder Bruch an dem Rotor führen kann. Andererseits kann ein übermäßiger Kühlluft- und/oder Spülstrom zu dem Rotorinnenraum für die Verhinderung der Heißgasaufnahme den Wirkungsgrad der Turbine verschlechtern, da der Kühlluftstrom möglicherweise nicht für die gesamte Turbine zur Verrichtung von Arbeit verfügbar ist.
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KURZBESCHREIBUNG
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Einige oder sämtliche der oben erwähnten Bedarfe und/oder Probleme können durch spezielle Ausführungsbeispiele der Beschreibung behandelt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Turbinenanordnung offenbart. Die Turbinenanordnung kann einen Rotor bzw. ein Laufrad mit mindestens einer Schaufel enthalten, die sich davon radial erstreckt. Die Turbinenanordnung kann auch eine Statoranordnung enthalten, die wenigstens eine stationäre Leitschaufel aufweist, die zu der wenigstens einen Schaufel benachbart angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Turbinenanordnung eine Dichtungsanordnung enthalten. Die Dichtungsanordnung kann einen ersten Flansch aufweisen, der sich von der wenigstens einen Schaufel in einer im Wesentlichen radialen Richtung erstreckt. Die Dichtungsanordnung kann zudem einen zweiten Flansch aufweisen, der sich von der Statoranordnung in einer im Wesentlichen radialen Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch erstreckt. Der zweite Flansch kann mindestens einen Vorsprung aufweisen, der in Richtung des ersten Flansches vorragt.
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Der mindestens eine Vorsprung kann um ein körperfernes Ende des zweiten Flansches angeordnet sein.
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Der mindestens eine Vorsprung kann zwischen einem körperfernen Ende des zweiten Flansches und der Statoranordnung angeordnet sein.
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Die Turbinenanordnung einer beliebigen der oben erwähnten Bauarten kann ferner mindestens einen zweiten Vorsprung aufweisen, der von dem körperfernen Ende des zweiten Flansches im Wesentlichen in axialer Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch vorragt.
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Der zweite Flansch jeder oben erwähnten Turbinenanordnung kann eine Discourager-Dichtung aufweisen.
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Der erste Flansch jeder oben erwähnten Turbinenanordnung kann eine Strömungsführungsdichtung aufweisen.
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Der erste Flansch und der zweite Flansch jeder oben erwähnten Turbinenanordnung kann dazwischen einen Spalt definieren.
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Der mindestens eine Vorsprung jeder oben erwähnten Turbinenanordnung kann eine oder mehrere Zähne, Flügel, Kragen oder Rippen aufweisen.
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Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel ist ein Turbinensystem offenbart. Zu dem System kann ein Verdichter gehören. Das System kann auch ein Verbrennungssystem enthalten, das mit dem Verdichter strömungsmäßig verbunden ist. Darüber hinaus kann das System eine Turbine enthalten, die mit dem Verbrennungssystem strömungsmäßig verbunden ist. Die Turbine kann einen Rotor enthalten, der mindestens eine Schaufel aufweist, die sich davon radial erstreckt. Die Turbine kann zudem eine Statoranordnung enthalten, die wenigstens eine stationäre Leitschaufel aufweist, die benachbart zu der wenigstens einen Schaufel angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Turbine eine Dichtungsanordnung enthalten. Die Dichtungsanordnung kann einen ersten Flansch, aufweisen der sich in einer im Wesentlichen radialen Richtung von der wenigstens einen Schaufel erstreckt. Die Dichtungsanordnung kann außerdem einen zweiten Flansch aufweisen, der sich von der Statoranordnung in einer im Wesentlichen radialen Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch erstreckt. Der zweite Flansch kann mindestens einen Vorsprung aufweisen, der in Richtung des ersten Flansches vorragt.
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Der mindestens eine Vorsprung des Systems kann um ein körperfernes Ende des zweiten Flansches angeordnet sein.
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Der mindestens eine Vorsprung ist zwischen einem körperfernen Ende des zweiten Flansches und der Statoranordnung angeordnet.
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Das System einer beliebigen der oben erwähnten Bauarten kann ferner mindestens einen zweiten Vorsprung aufweisen, der von dem körperfernen Ende des zweiten Flansches im Wesentlichen in axialer Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch vorragt.
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Der zweite Flansch jedes der oben erwähnten Systeme kann eine Discourager-Dichtung aufweisen.
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Der erste Flansch jedes der oben erwähnten Systeme kann eine Strömungsführungsdichtung aufweisen.
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Der erste Flansch und der zweite Flansch jedes der oben erwähnten Systeme kann dazwischen einen Spalt definieren.
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Der mindestens eine Vorsprung jedes der oben erwähnten Systeme kann eine oder mehrere Zähne, Flügel, Kragen oder Rippen enthalten.
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Darüber hinaus ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Verringern oder Begrenzen eines Stroms zu einem Rotorinnenraum und zu einem Heißgaspfad einer Turbine offenbart. Zu dem Verfahren kann der Schritt gehören, einen ersten Flansch um wenigsten eine Schaufel zu positionieren, die sich radial von einem Rotor erstreckt. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt des Positionierens eines zweiten Flansches um eine Statoranordnung beinhalten, die benachbart zu der wenigstens einen Schaufel angeordnet ist. Der erste Flansch und der zweite Flansch können voneinander radial beabstandet sein, um zumindest teilweise eine Dichtungsanordnung zu bilden. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt des Verringerns des Stroms zu dem Rotorinnenraum und zu dem Heißgaspfad der Turbine beinhalten, wobei mindestens ein Vorsprung von dem zweiten Flansch in Richtung des ersten Flansches vorragt.
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Das Verfahren kann zudem den Schritt beinhalten, den wenigstens einen Vorsprung um ein körperfernes Ende des zweiten Flansches anzuordnen.
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Das Verfahren jeder oben erwähnten Art kann ferner den Schritt beinhalten: Anordnen des wenigstens einen Vorsprungs zwischen einem körperfernen Ende des zweiten Flansches und der Statoranordnung.
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Das Verfahren jeder oben erwähnten Art kann ferner eine Reduktion des Stroms zu dem Rotorinnenraum und zu dem Heißgaspfad der Turbine beinhalten, wobei mindestens ein zweiter Vorsprung von dem körperfernen Ende des zweiten Flansches im Wesentlichen in axialer Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch vorragt.
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Andere Ausführungsbeispiele, Aspekte und Merkmale der Erfindung erschließen sich dem Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Zeichnungen und der beigefügten Patentansprüche.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es wird nun auf die beigefügten Zeichnungen eingegangen, die nicht unbedingt maßstäblich gezeichnet sind.
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1 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Ansicht einer Gasturbinenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Ansicht eines Abschnitts einer Turbinenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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3 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Ansicht einer Dichtungsanordnung in einer Turbinenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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4 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Ansicht einer Dichtungsanordnung in einer Turbinenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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5 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Ansicht einer Dichtungsanordnung in einer Turbinenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Zur Veranschaulichung werden nachstehend Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen eingehender beschrieben, in denen einige, jedoch nicht sämtliche Ausführungsbeispiele gezeigt sind. Die Beschreibung kann in vielfältigen Ausprägungen erfolgen und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt bewertet werden. Übereinstimmende Bezugsziffern bezeichnen durchgängig gleichartige Elemente.
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1 zeigt eine schematische Ansicht der Gasturbine 10, wie sie hier genutzt werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 verdichtet einen ankommenden Luftstrom 20. Der Verdichter führt den verdichteten Luftstrom 20 einer Brennkammer 25 zu. Die Brennkammeranordnung 25 mischt den verdichteten Luftstrom 20 mit einem verdichteten Brennstoffstrom 30 und entzündet das Gemisch, um einen Strom von Verbrennungsgasen 35 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammeranordnung 25 gezeigt ist, kann das Gasturbinentriebwerk 10 eine beliebige Anzahl von Brennkammeranordnungen 25 enthalten. Der Strom von Verbrennungsgasen 35 wird seinerseits einer stromabwärts gelegenen Turbine 40 zugeführt. Der Strom von Verbrennungsgasen 35 treibt die Turbine 40 an, um mechanische Arbeit zu leisten. Die in der Turbine 40 erzeugte mechanische Arbeit treibt den Verdichter 15 über eine Welle 45 und eine externe Last 50 an, beispielsweise einen elektrischen Generator oder dergleichen.
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Die Gasturbine 10 kann Erdgas, vielfältige Arten von synthetischem Gas und/oder andere Arten von Brennstoffen verwenden. Die Gasturbine 10 kann eine beliebige von mehreren verschiedenen Gasturbinentriebwerken sein, wie sie beispielsweise von General Electric Schenectady, New York, angeboten werden. Die Gasturbine 10 kann andere Anordnungen aufweisen und kann sonstige Arten von Bauteilen verwenden. Es können hier auch Gasturbinentriebwerke anderer Bauart verwendet werden. Vielfältige Gasturbinentriebwerke, sonstige Arten von Turbinen und andere Arten von Kraftanlagen können hier auch gemeinsam verwendet werden.
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2 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts der Turbine 40. Die Turbine 40 kann einen Rotor 52 enthalten, der um eine Längsachse angeordnet ist. Mehrere Schaufeln 54 können an dem Rotor 52 befestigt sein. Beispielsweise können die Schaufeln 54 voneinander in Umfangsrichtung beabstandet sein und sich radial nach außen von dem Rotor 52 erstrecken. Die Schaufeln 54 können eine oder mehrere Stufen in der Turbine 40 bilden. Die Schaufeln 54 können einen Schaftabschnitt 56 und einen Blattabschnitt 58 aufweisen.
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Ein stationäres Außengehäuse 60 kann um die Schaufeln 54 angeordnet sein, um einen Heißgaskanal der Turbine 40 für den Strom von Verbrennungsgasen 35 zu definieren. Darüber hinaus können mehrere Statoranordnungen 62 zu den Schaufeln 54 benachbart angeordnet sein. Beispielsweise können die Statoranordnungen 62 stromaufwärts und/oder stromabwärts jeder Schaufel 54 angeordnet sein. Jede der Statoranordnungen 62 kann eine stationäre Leitschaufel 64 enthalten. Zwischen jeder Statoranordnung 62 und Schaufel 54 kann ein Rotorinnenraum 66 ausgebildet sein.
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Zwischen jeder Statoranordnung 62 und Schaufel 54 kann eine Dichtungsanordnung 68 angeordnet sein. Die Dichtungsanordnung 68 kann ein Eindringen des Stroms von Verbrennungsgasen 35 in den Rotorinnenraum 66 verhindern, reduzieren und/oder begrenzen. Darüber hinaus kann die Dichtungsanordnung 68 die Menge von Spülluft und/oder Kühlluft reduzieren, die erforderlich ist, um ein Eindringen von Heißgasen in den Rotorinnenraum 66 zu begrenzen.
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Die Dichtungsanordnung 68 kann einen ersten Flansch 70 aufweisen, der sich in einer im Wesentlichen radialen Richtung von der Schaufel 54 erstreckt. In einigen Fällen kann der erste Flansch 70 eine Strömungsführungsdichtung sein. Der erste Flansch 70 kann sich in axialer Richtung von den stromaufwärts und/oder stromabwärts gelegenen Flächen des Schaftabschnitts 56 der Schaufel 54 weg erstrecken. In einigen Fällen kann der erste Flansch 70 an einer sich radial nach außen erstreckenden Spitze 72 enden, die Zähne oder Rippen aufweisen kann. In anderen Ausprägungen kann auf die sich radial nach außen erstreckende Spitze 72 verzichtet werden.
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Die Dichtungsanordnung kann außerdem einen zweiten Flansch 74 aufweisen, der sich von der Statoranordnung 62 in einer im Wesentlichen radialen Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch 70 erstreckt. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 74 eine Discourager-Dichtung sein. Eine beliebige Anzahl von Discourager-Dichtungen kann hier genutzt werden. Der zweite Flansch 74 kann sich in axialer Richtung von den stromaufwärts und/oder stromabwärts gelegenen Flächen der Statoranordnung 62 weg erstrecken. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 74 radial außerhalb des ersten Flansches 70 angeordnet sein. Beispielsweise kann der zweite Flansch 74 von dem ersten Flansch 70 radial beabstandet sein, um dazwischen einen Spalt zu bilden. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden.
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3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 100, wie sie hier genutzt werden kann. Die Dichtungsanordnung 100 kann einen ersten Flansch 102 aufweisen, der sich ausgehend von dem Schaftabschnitt 56 der Schaufel 54 erstreckt. In einigen Fällen kann der erste Flansch 102 eine Strömungsführungsdichtung sein. Beispielsweise kann der erste Flansch 102 an einer sich radial nach außen erstreckenden Spitze 104 enden. In anderen Ausprägungen kann auf die sich radial nach außen erstreckende Spitze 104 verzichtet werden. Die Dichtungsanordnung 100 kann zudem einen zweiten Flansch 106 aufweisen, der sich von der Statoranordnung 62 erstreckt. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 106 eine Discourager-Dichtung sein. Der zweite Flansch 106 kann mindestens einen Vorsprung 108 aufweisen, der in Richtung des ersten Flansches 102 vorragt. In einigen Fällen kann der wenigstens eine Vorsprung 108 um ein körperfernes Ende 110 des zweiten Flansches 106 angeordnet sein. Der mindestens eine Vorsprung 108 kann mehrere Vorsprünge beinhalten, die in Richtung des ersten Flansches 102 vorragen. Der mindestens eine Vorsprung 108 kann ein Zahn, ein Flügel, ein Kragen, eine Rippe, oder eine Kombination davon sein. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden. Der mindestens eine Vorsprung 108 und der erste Flansch 102 können zusammenwirken, um einen gewundeneren Pfad für den Durchfluss des Kühlstroms zu bilden und die Aufnahme von Heißgas in den Rotorinnenraum zu begrenzen. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 106 in die Statoranordnung 62 eingeführt sein. In anderen Ausprägungen kann der zweite Flansch 106 in die Statoranordnung 62 eingestemmt, auf sie geschweißt oder mit ihr einstückig ausgebildet sein.
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4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 112, wie sie hier genutzt werden kann. Die Dichtungsanordnung 112 kann einen ersten Flansch 114 aufweisen, der sich ausgehend von dem Schaftabschnitt 56 der Schaufel 54 erstreckt. In einigen Fällen kann der erste Flansch 114 eine Strömungsführungsdichtung sein. Beispielsweise kann der erste Flansch 114 an einer sich radial nach außen erstreckenden Spitze 116 enden. In anderen Ausprägungen kann auf die sich radial nach außen erstreckende Spitze 116 verzichtet werden. Die Dichtungsanordnung 112 kann außerdem einen zweiten Flansch 118 aufweisen, der sich von der Statoranordnung 62 erstreckt. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 118 eine Discourager-Dichtung sein. Der zweite Flansch 118 kann mindestens einen Vorsprung 120 aufweisen, der in Richtung des ersten Flansches 114 vorragt. Der mindestens eine Vorsprung 120 kann mehrere Vorsprünge beinhalten, die in Richtung des ersten Flansches 114 vorragen. In einigen Fällen kann der wenigstens eine Vorsprung 120 zwischen einem körperfernen Ende 122 des zweiten Flansches 118 und der Statoranordnung 62 angeordnet sein. Der mindestens eine Vorsprung 120 kann ein Zahn, ein Flügel, ein Kragen, eine Rippe, oder eine Kombination davon sein. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden. Der mindestens eine Vorsprung 120 und der erste Flansch 114 können zusammenwirken, um einen gewundeneren Pfad für den Durchfluss des Kühlstroms zu bilden und die Aufnahme von Heißgas in den Rotorinnenraum zu begrenzen. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 118 in die Statoranordnung 62 eingeführt sein. In anderen Ausprägungen kann der zweite Flansch 118 in die Statoranordnung 62 eingestemmt, auf sie geschweißt oder mit ihr einstückig ausgebildet sein.
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5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Dichtungsanordnung 124, wie sie hier genutzt werden kann. Die Dichtungsanordnung 124 kann einen ersten Flansch 126 aufweisen, der sich ausgehend von dem Schaftabschnitt 56 der Schaufel 54 erstreckt. In einigen Fällen kann der erste Flansch 126 eine Strömungsführungsdichtung sein. Beispielsweise kann der erste Flansch 126 an einer sich radial nach außen erstreckenden Spitze 128 enden. In anderen Ausprägungen kann auf die sich radial nach außen erstreckende Spitze 128 verzichtet werden. Die Dichtungsanordnung 124 kann zudem einen zweiten Flansch 130 aufweisen, der sich von der Statoranordnung 62 erstreckt. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 130 eine Discourager-Dichtung sein. Der zweite Flansch 130 kann mindestens einen Vorsprung 132 aufweisen, der von einem körperfernen Ende 134 des zweiten Flansches 130 vorragt. In einigen Fällen kann der wenigstens eine Vorsprung 132 zwei Vorsprünge beinhalten, die sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Beispielsweise können der zweite Flansch 130 und der wenigstens eine Vorsprung 132 in einem Ausführungsbeispiel gemeinsam eine T-förmiges Element bilden. In anderen Ausprägungen kann sich der wenigstens eine Vorsprung 132 in einer axialen Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch 126 erstrecken. Der mindestens eine Vorsprung 132 kann mehrere Vorsprünge beinhalten. Der mindestens eine Vorsprung 132 kann ein Zahn, ein Flügel, ein Kragen, eine Rippe oder eine Kombination davon sein. Andere Bauteile und sonstige Anordnungen können hier genutzt werden. Der mindestens eine Vorsprung 132 und der erste Flansch 126 können zusammenwirken, um einen gewundeneren Pfad für den Durchfluss des Kühlstroms zu bilden und die Aufnahme von Heißgas in den Rotorinnenraum zu begrenzen. In einigen Fällen kann der zweite Flansch 130 in die Statoranordnung 62 eingeführt sein. In anderen Ausprägungen kann der zweite Flansch 130 in die Statoranordnung 62 eingestemmt, auf sie geschweißt oder mit ihr einstückig ausgebildet sein.
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Die Vorsprünge, die sich von dem zweiten Flansch erstrecken, können ein Eindringen des Stroms von Verbrennungsgasen 35 in den Rotorinnenraum 66 verhindern, reduzieren und/oder begrenzen. Darüber hinaus können die Vorsprünge, die sich von dem zweiten Flansch erstrecken, ein Eindringen von Spülluft und/oder Kühlluft in den Heißgaskanal verhindern, reduzieren und/oder begrenzen. Der zweite Flansch kann mehrere Vorsprünge aufweisen, die in unterschiedliche Richtungen vorragen. Beispielsweise kann der zweite Flansch aufweisen:
einen oder mehrere Vorsprünge, die um das körperferne Ende des zweiten Flansches angeordnet sind, einen oder mehrere Vorsprünge, die zwischen dem körperfernen Ende des zweiten Flansches und der Statoranordnung angeordnet sind, einen oder mehrere Vorsprünge, die von dem körperfernen Ende des zweiten Flansches in der axialen Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch vorragen, und/oder eine Kombination davon.
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Obwohl Ausführungsbeispiele in einer Terminologie beschrieben wurden, die für Strukturmerkmale und/oder Verfahrensschritte spezifisch ist, versteht es sich, dass die Beschreibung nicht unbedingt als auf die speziellen Merkmale oder Schritte beschränkt unterbreitet ist. Vielmehr sind die speziellen Merkmale und Schritte als veranschaulichende Ausprägungen der Durchführung der Ausführungsbeispiele dargelegt. Beispielsweise können die in 1–5 beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispiele kombiniert werden. D.h. der zweite Flansch kann mehrere Vorsprünge aufweisen, die in unterschiedliche Richtungen vorragen.
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Eine Turbinenanordnung ist hier offenbart. Die Turbinenanordnung kann einen Rotor mit mindestens einer Schaufel enthalten, die sich davon radial erstreckt. Die Turbinenanordnung kann zudem eine Statoranordnung enthalten, die zu der wenigstens einen Schaufel benachbart angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Turbinenanordnung eine Dichtungsanordnung enthalten. Die Dichtungsanordnung kann einen ersten Flansch aufweisen, der sich in einer im Wesentlichen radialen Richtung von der wenigstens einen Schaufel erstreckt. Die Dichtungsanordnung kann zudem einen zweiten Flansch aufweisen, der sich von der Statoranordnung im Wesentlichen in axialer Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Flansch erstreckt. Der zweite Flansch kann mindestens einen Vorsprung aufweisen, der in Richtung des ersten Flansches vorragt.
