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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Turbomaschine mit einem oder mehreren Merkmalen für das Entfernen von Fremdkörpern aus dem Arbeitsfluid.
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Hintergrund der Erfindung
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Turbomaschinen werden verbreitet in industriellen und kommerziellen Einsätzen verwendet und enthalten allgemein einen Kompressor, eine Verbrennungsanordnung und eine Turbine. Ein Arbeitsfluid, wie etwa Luft, kann in den Kompressor gebracht werden, komprimiert werden und zu der Verbrennungsanordnung als unter Druck stehendes Arbeitsfluid gelenkt werden. Zumindest ein Teil des unter Druck stehenden Arbeitsfluides wird mit einem Brennstoff gemischt und in der Verbrennungsanordnung verbrannt, um heiße Verbrennungsgase zu erzeugen. Die heißen Verbrennungsgase werden zu der Turbine der Turbomaschine gelenkt, wo Energie aus den heißen Verbrennungsgasen entnommen wird.
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Die Leistung einer Turbomaschine hängt zum Teil von einer Temperatur ab, die während des Betriebs der Turbomaschine aufrecht erhalten werden kann ohne Komponenten zu beschädigen, wie etwa Schaufeln in der Turbine oder bestimmte Brennkammerkomponenten in der Verbrennungsanordnung. Bestimmte dieser Komponenten können aus unterschiedlichen Metalllegierungen hergestellt sein, die ausgebildet sind, um erhöhten Temperaturen standzuhalten. Jedoch ist die maximale, aufrechterhaltbare Temperatur der Komponenten noch weit unter der Temperatur, die einem stöchiometrischen Verbrennungsprozess zugeordnet ist.
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Bei bestimmten Turbomaschinen ist die maximal aufrechterhaltbare Temperatur von bestimmten Komponenten durch das Zuteilen eines Teils von dem komprimierten Arbeitsfluid von dem Kompressor zur Kühlung solcher Komponenten erhöht. Z.B. kann komprimiertes Arbeitsfluid um eine oder mehrere Brennkammern der Verbrennungsanordnung abgeleitet werden und/oder kann durch Kühlkanäle in der Turbine geleitet werden. Die Kühlkanäle können das relativ kühle, komprimierte Arbeitsfluid durch die Turbinenschaufeln befördern, um die Schaufeln in einem akzeptablen Betriebstemperaturbereich zu halten.
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Jedoch können bestimmte Probleme mit einer solchen Konstruktion entstehen. Z.B. kann das Arbeitsfluid Fremdkörper enthalten, wie etwa turbomaschinenfremde Partikel, die von außerhalb der Turbomaschine stammen oder turbomaschineneigene Partikel, die von innerhalb der Turbomaschine stammen, aufweisend Rost, Schmutz und/oder Staub. Die Partikel können in den Kühlkanälen hängenbleiben und die Luftströmung blockieren, beispielsweise zu den Turbinenschaufeln. Eine blockierte Luftströmung in den Kühlkanälen kann zu einer Beschädigung von bestimmten Komponenten oder ungeplanten Ausfällen führen, um die Kühlkanäle von der Verstopfung zu befreien und zu reinigen. Frühere Turbomaschinen haben verschiedene Luftfilterverfahren enthalten, um das Arbeitsfluid zu filtern, bevor es in den Kompressor der Turbomaschine gelangt. Zusätzlich können auch Entfeuchtungsverfahren eingerichtet werden, wenn die Turbomaschine nicht betrieben wird, um einen Anteil von Rost, der innerhalb der Turbomaschine erzeugt wird, zu minimieren.
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Jedoch können die bekannten Verfahren nicht alle turbomaschinenfremde Partikel im Arbeitsfluid auffangen oder alle turbomaschineneigenen Partikel hindern, in das Arbeitsfluid zu gelangen. Daher wäre ein System zur Reduzierung der Menge von turbomaschinenfremden und turbomaschineneigenen Partikeln in dem Arbeitsfluid der Turbomaschine vorteilhaft. Genauer wäre ein System zum Auffangen von turbomaschinenfremden und/oder turbomaschineneigenen Partikeln in dem Arbeitsfluid besonders nützlich.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden unten in der nachfolgenden Beschreibung erläutert oder können sich aus der Beschreibung ergeben oder können durch das Ausführen der Erfindung erkannt werden.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist eine Turbomaschine enthaltend einen Kompressorabschnitt, eine Verbrennungsanordnung in Kommunikationsverbindung mit dem Kompressorabschnitt und einen Turbinenabschnitt in Kommunikationsverbindung mit der Verbrennungsanordnung bereitgestellt. Die Turbomaschine enthält zusätzlich ein Gehäuse, das zumindest teilweise einen Strömungspfad für ein Arbeitsfluid durch oder um eine bzw. einen oder mehrere von dem Kompressorabschnitt, der Verbrennungsanordnung und dem Turbinenabschnitt bildet. Das Gehäuse bildet eine Innenfläche, die in Kontakt mit dem Arbeitsfluid ist, wobei die Innenfläche eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet. Zusätzlich enthält die Turbomaschine eine Fremdkörpersammeleinrichtung. Die Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen erstreckt sich allgemein zu der Fremdkörpersammeleinrichtung hin, so dass die Fremdkörperführungskanäle Fremdkörper während des Betriebs der Turbomaschine zu der Fremdkörpersammeleinrichtung hin führen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Fremdkörpersammeleinrichtung eine Fremdkörperfalle ist, die mit dem Gehäuse verbunden oder integral mit dem Gehäuse ausgeführt ist, wobei die Fremdkörperfalle einen Spalt bildet, der dazu eingerichtet ist, Fremdkörper von der Mehrzahl der Fremdkörperführungskanäle aufzunehmen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Mehrzahl der Fremdkörperführungskanäle in einer Richtung im Wesentlichen parallel oder schräg zu einer Strömungsrichtung des Arbeitsfluides erstreckt.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse zumindest einen Teil des Kompressorabschnitts oder der Verbrennungsanordnung umgibt.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse ein Kompressorauslassgehäuse ist, der zumindest um einen Abschnitt der Verbrennungsanordnung herum angeordnet ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Mehrzahl der Fremdkörperführungskanäle jeweils eine Breite von weniger als oder gleich ungefähr 1 Zoll bilden.
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Bei irgendeiner Ausführung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen ein Muster bildet, wobei das Muster eine Mehrzahl von parallelen Kanälen, ineinander verschachtelte wellenförmige Kanäle, ineinander verschachtelte diamantförmige Kanäle oder eine Kombination davon aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Arbeitsfluid komprimierte Luft von einem Kompressorabschnitt der Turbomaschine ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Fremdkörperfalle eine Lippe aufweist, die benachbart zu dem Gehäuse angeordnet ist und einen Spalt zwischen dem Gehäuse und der Lippe bildet, wobei der Spalt dazu eingerichtet ist, Fremdkörper von der Mehrzahl der Fremdkörperführungskanäle aufzunehmen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Fremdkörperfalle außerdem einen Hohlraum zur Aufnahme und Lagerung der Fremdkörper aufweist, der in Fluidverbindung mit dem Spalt steht.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Fremdkörperfalle außerdem einen Schacht zum Entleeren der in dem Hohlraum enthaltenen Fremdkörper aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Turbomaschine außerdem eine Beschichtung auf der Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen aufweist, wobei die Beschichtung dazu eingerichtet ist, das Sammeln und Führen von Fremdkörpern aus dem Arbeitsfluid zu unterstützen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Beschichtung eine zinkbasierte oder aluminiumbasierte korrosions- oder oxidationsresistente Beschichtung ist.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Fremdkörperentfernungssystem für eine Turbomaschine bereitgestellt, wobei die Turbomaschine einen Kompressorabschnitt, eine Verbrennungsanordnung und einen Turbinenabschnitt aufweist. Das Fremdkörperentfernungssystem enthält ein Gehäuse, das zumindest teilweise einen Strömungspfad für ein Arbeitsfluid durch oder um eine bzw. einen oder mehrere von dem Kompressorabschnitt, der Verbrennungsanordnung und dem Turbinenabschnitt der Turbomaschine bildet. Das Gehäuse bildet auch eine Innenfläche, die in Kontakt mit dem Arbeitsfluid steht, wobei die Innenfläche eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet. Außerdem enthält das Fremdkörpersammelsystem eine Fremdkörpersammeleinrichtung, wobei die Fremdkörperführungskanäle sich allgemein zu der Fremdkörpersammeleinrichtung hin erstrecken, so dass die Fremdkörpersammelkanäle die Fremdkörper während des Betriebs der Turbomaschine zu der der Fremdkörpersammeleinrichtung hin führen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Mehrzahl der Fremdkörperführungskanäle in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung des Arbeitsfluides erstreckt.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Arbeitsfluid komprimierte Luft von dem Kompressorabschnitt der Turbomaschine ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse zumindest einen Teil eines Kompressorabschnitts oder einer Verbrennungsanordnung der Turbomaschine umgibt.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse ein Kompressorauslassgehäuse ist, das um zumindest einen Teil der Verbrennungsanordnung der Turbomaschine angeordnet ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn die Fremdkörpersammeleinrichtung eine Fremdkörperfalle ist, die mit dem Gehäuse verbunden oder integral mit dem Gehäuse ausgeführt ist, wobei die Fremdkörperfalle einen Spalt bildet, der dazu eingerichtet ist, Fremdkörper von der Mehrzahl der Fremdkörperführungskanäle aufzunehmen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn das Fremdkörperentfernungssystem außerdem eine Beschichtung auf der Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen aufweist, wobei die Beschichtung dazu eingerichtet ist, zum Sammeln und Führen von Fremdkörpern aus dem Arbeitsfluid beizutragen.
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden werden. Die beigefügten Zeichnungen, die aufgenommen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Offenbarung zu erläutern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der bevorzugten Ausführungsform davon, wird für einen Fachmann genauer in dem verbleibenden Teil der Beschreibung ausgeführt, der einen Bezug zu den beigefügten Figuren aufweist, in denen:
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1 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Turbomaschine in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine Querschnittsseitenansicht eines Teils einer beispielhaften Turbomaschine ist, enthaltend ein beispielhaftes System zum Sammeln von Fremdkörpern in dem Arbeitsfluid;
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3 eine beispielhafte Fremdkörperfalle in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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4 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Innenfläche eines Gehäuses der Turbomaschine ist, die eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet;
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5 eine Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Innenfläche eines Gehäuses der Turbomaschine ist, die eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet;
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6 eine Draufsicht auf noch einer anderen beispielhaften Innenfläche eines Gehäuses der Turbomaschine ist, die eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet;
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7 eine Draufsicht auf noch eine andere beispielhafte Innenfläche eines Gehäuses einer Turbomaschine ist, die eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet;
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8 eine Draufsicht auf noch eine andere beispielhafte Innenfläche eines Gehäuses einer Turbomaschine ist, die eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet; und
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9 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Gehäuses der Turbomaschine ist, das eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen bildet
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf vorliegende Ausführungsbeispiele der Erfindung, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Nummern- und Buchstaben-Bezugszeichen, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug zu nehmen. Gleiche oder gleichartige Bezugszeichen in den Zeichnungen und in der Beschreibung wurden verwendet, um auf gleiche oder gleichartige Teile der Erfindung Bezug zu nehmen. Wie hierin verwendet, beziehen sich die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ auf die Relativrichtung mit Bezug zur Fluidströmung in einem Fluidpfad. Z.B. bezieht sich „stromaufwärts“ auf die Richtung, aus der das Fluid strömt und „stromabwärts“ bezieht sich auf die Richtung, in die das Fluid strömt.
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Jedes Beispiel ist zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung bereitgestellt, nicht zur Beschränkung der Erfindung. Tatsächlich wird den Fachleuten offenbar werden, dass Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich und dem Gedanken davon abzuweichen. Z.B. können Merkmale, die als Teil von einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um ein noch weiteres Ausführungsbeispiel zu erhalten. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und deren Äquivalente umfasst, wie sie innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Patentansprüche liegen.
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Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung allgemein im Kontext einer Turbomaschine zur Leistungserzeugung zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben werden, wird ein Fachmann unmittelbar verstehen, dass Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf irgendeine Turbomaschine angewandt werden können, wie etwa eine Turbomaschine, die im Luftfahrtbereich verwendet wird.
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Bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten ein Gehäuse für eine Turbomaschine, das zumindest teilweise einen Strömungspfad für ein Arbeitsfluid durch oder um eine bzw. einen oder mehrere von einem Kompressorabschnitt, einer Verbrennungsanordnung oder einem Turbinenabschnitt bildet. Das Gehäuse bildet eine Innenfläche und die Innenfläche bildet eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen. Die Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen ist dazu eingerichtet, Fremdkörper in einem Arbeitsfluid innerhalb des Gehäuses zu einer Fremdkörpersammeleinrichtung hin zu führen.
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Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen identische Bezugszeichen die gleichen Elemente durchgängig durch die Figuren angeben, stellt 1 ein Blockschaltbild einer beispielhaften Turbomaschine 10 dar, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten kann. Wie veranschaulicht, enthält die Turbomaschine 10 allgemein einen Einlassabschnitt 12, der eine Reihe von Filtern, Kühlspulen, Feuchtigkeitsabscheidern und/oder andern Einrichtungen enthalten kann, um ein Arbeitsfluid (z.B. Luft) 18, das in die Turbomaschine 10 gelangt, zu reinigen oder anderweitig zu konditionieren. Das Arbeitsfluid 18 fließt durch einen Kompressorabschnitt 16, in dem ein Kompressor fortschreitend kinetische Energie auf das Arbeitsfluid 18 vermittelt, um das Arbeitsfluid 18 in einen hoch energetisierten Zustand zu komprimieren.
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Das komprimierte Arbeitsfluid strömt vom Kompressorabschnitt 16 und wird mit einem Brennstoff 20 von einer Brennstoffzufuhr 22 gemischt, um ein brennbares Gemisch innerhalb einer oder mehreren Brennkammern 50 innerhalb einer Verbrennungsanordnung 24 zu bilden. Das brennbare Gemisch wird verbrannt, um Verbrennungsgase 26 mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu erzeugen. Die Verbrennungsgase 26 strömen durch eine Turbine eines Turbinenabschnitts 28, um Arbeit zu erzeugen. Die Turbine im Turbinenabschnitt 28 kann mit einer Welle 30 verbunden sein, so dass die Rotation der Turbine den Kompressor antreibt, um das komprimierte Arbeitsfluid 18 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann die Welle 30 die Turbine mit einem Generator 32 verbinden, um Elektrizität zu erzeugen. Abgase 34 vom Turbinenabschnitt 28 strömen durch einen Auslassabschnitt 36, der den Turbinenabschnitt 28 mit einem stromabwärts vorhandenen Auslassrohr 38 verbindet. Der Auslassabschnitt 36 kann z.B. einen Abhitzedampferzeuger (nicht veranschaulicht) zur Reinigung und zur Entnahme von zusätzlicher Wärme aus den Abgasen 34 vor dem Freigeben in die Umgebung enthalten.
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Bezugnehmend nun auf 2 wird eine Querschnittsseitenansicht eines Abschnitts einer beispielhaften Turbomaschine 10 bereitgestellt. Wie veranschaulicht, enthält die Turbomaschine 10 allgemein ein Gehäuse 52, das zumindest einen Bereich des Kompressorabschnitts 16 der Verbrennungsanordnung 24 und des Turbinenabschnitts 28 umgibt. Genauer bildet das Gehäuse 52 zumindest teilweise einen Strömungspfad für das Arbeitsfluid 18 durch und/oder um eine bzw. einen oder mehrere von dem Kompressorabschnitt 16, der Verbrennungsanordnung 24 und dem Turbinenabschnitt 28. Wie in 2 gezeigt, weist das Gehäuse 52 z.B. ein Kompressorgehäuse 48, ein Kompressorauslassgehäuse 54 und ein Turbinengehäuse 56 auf. Außerdem bildet das äußere Gehäuse 52, wie dargestellt, eine Innenfläche 53, die in Kontakt steht mit dem Arbeitsfluid 18.
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Bei der beispielhaften Turbomaschine 10 aus 2 ist die Brennkammer 50 zumindest teilweise durch das Kompressorauslassgehäuse 54 umschlossen und stromabwärts von dem Kompressorabschnitt 16 und stromaufwärts von dem Turbinenabschnitt 28 angeordnet. Das Kompressorauslassgehäuse 54 ist an dem Turbinengehäuse 56 angebracht, um einen Hochdruckverteiler 58 zu bilden, der das komprimierte Arbeitsfluid 18 enthält, das von dem Kompressorabschnitt 16 um die Brennkammer 50 strömt. Eine Endabdeckung 60 ist bereitgestellt, die mit dem Gehäuse 52 an einem Ende der Brennkammer 50 verbunden ist, um das Montieren der Brennkammer 50 an dem Gehäuse 52 zu unterstützen.
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Wie in 2 gezeigt, enthält die Brennkammer 50 allgemein zumindest eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse 62, die sich stromabwärts von der Endabdeckung 60 erstreckt, eine ringförmige Kappenanordnung 64, die stromabwärts von der Endabdeckung 60 angeordnet ist, einen ringförmigen Heißgaspfadkanal oder Brennkammerverkleidung, die sich stromabwärts von der Kappenanordnung 64 erstreckt, und eine ringförmige Strömungshülse 68, die zumindest einen Abschnitt der Brennkammerverkleidung 66 umschließt. Die Brennkammerverkleidung 66 bildet einen Heißgaspfad 70 zur Führung der Verbrennungsgase 26 (siehe 1) durch die Brennkammer 50 und in den Turbinenabschnitt 28. Auf die beispielhafte Brennkammeranordnung 24 aus 2 ist allgemein Bezug genommen als eine Rohr-Ringbrennkammeranordnung.
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Es sollte jedoch verstanden werden, dass die in 2 dargestellte Brennkammer 50 und die Brennkammeranordnung 24 nur als Beispiel bereitgestellt sind und in anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Turbomaschine 10 irgendeine andere Konfiguration der Brennkammer 50 und/oder der Brennkammeranordnung 24 enthalten. Z.B. kann die Brennkammeranordnung 24 in anderen beispielhaften Ausführungsformen keine Rohr-Ringbrennkammeranordnung sein und anstelle dessen sein, auf was allgemein als Rohrbrennkammeranordnung Bezug genommen wird oder alternativ sein, auf was allgemein als Ringbrennkammeranordnung Bezug genommen wird. Zusätzlich können z.B. die Brennkammerverkleidung 66 und die Strömungshülse 68 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen nicht einzelne Einheiten sein und anstelle dessen aus zwei oder mehr Abschnitten gebildet sein, die auf irgendeine geeignete Weise aneinander gefügt sind. Außerdem kann das Gehäuse 52 in noch anderen beispielhaften Ausführungsformen zusätzliche Abschnitte enthalten, die in den Fig. nicht dargestellt sind oder alternativ kann das Gehäuse 52 zwei oder mehrere der in 2 dargestellten Gehäuse integrieren.
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Weiter bezugnehmend auf 2 enthält die beispielhafte Turbomaschine 10 ein System zum Sammeln von Fremdkörpern im Arbeitsfluid 18, das durch und/oder um verschiedene Komponenten der Turbomaschine 10 innerhalb des Außengehäuses 52 strömt. Genauer, wie es nachfolgend detaillierter beschrieben wird, bildet die Innenfläche 53 des Außengehäuses 52 eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen 102, die dazu eingerichtet sind, Fremdkörper aus dem Arbeitsfluid 18 allgemein zu einer Fremdkörpersammeleinrichtung hin zu führen. Die Fremdkörpersammeleinrichtung kann die Fremdkörper aus dem Arbeitsfluid 18 aufnehmen und sammeln. Für die beispielhafte Turbomaschine 10 aus 2 sind bestimmte der Fremdkörpersammeleinrichtungen als Fremdkörperfalle 110 ausgeführt, die integral mit dem Gehäuse 52 hergestellt ist, während eine andere Fremdkörpersammeleinrichtung ein Bereich 111 innerhalb des Gehäuses 52 der Turbomaschine 10 ist, in dem das Arbeitsfluid 18 mit einer relativ geringen Geschwindigkeit hindurchströmt, so dass irgendein gesammelter Fremdkörper weniger wahrscheinlich durch das Arbeitsfluid 18 fortgetragen werden würde.
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Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Turbomaschine 10 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen irgendeine geeignete Anzahl von Fremdkörpersammeleinrichtung(en) aufweisen kann, die an irgendeiner geeigneten Stelle innerhalb der Turbomaschine 10 angeordnet sind. Außerdem, wie es weiter unten erläutert wird, kann bzw. können die Fremdkörpersammeleinrichtung(en) bei anderen beispielhaften Ausführungsformen irgendeine geeignete Gestalt, Größe oder Konfiguration aufweisen, um Fremdkörper von dem Arbeitsfluid zu empfangen und zu sammeln.
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Bezugnehmend nun auf 3, ist eine Querschnittsseitenansicht von einer beispielhaften Fremdkörperfalle 110 bereitgestellt. Wie veranschaulicht, enthält die beispielhafte Fremdkörperfalle 110 einen Spalt 116, der durch das Außengehäuse 52 und eine Lippe 114 der Fremdkörperfalle 110 gebildet ist – der Spalt 116 ist dazu eingerichtet, Fremdkörper aufzunehmen, die von den Kanälen 102 dort hingeführt werden. Die Lippe 114 bildet zusätzlich einen Kanal 124 mit dem Gehäuse 52, der zu einem Hohlraum 118 zur Aufnahme und Lagerung von irgendeinem aus dem Arbeitsfluid 18 entfernten Fremdkörper. Daher ist der Hohlraum 118 fluidisch mit dem Spalt 116 über den Kanal 124 verbunden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Fremdkörperfalle 110 außerdem einen Flansch 113, der in dem Hohlraum 118 und an der Rückseite des Strömungspfades angeordnet ist. Der Flansch 113 kann das Anbringen der Fremdkörperfalle 110 an dem Gehäuse 52 unterstützen, ohne die dort hindurch gehende Strömung des Arbeitsfluides 18 zu behindern.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Gehäuse 52 eine ringförmige Gestalt mit Bezug auf eine Axialrichtung der Turbomaschine 10 haben, so dass das Gehäuse 52 einen oder mehrere Abschnitte der Turbomaschine 10 umgibt. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Fremdkörperfalle 110, einschließlich des Hohlraums 118, eine ringförmige Gestalt bilden, die sich entlang eines gesamten Innenumfangs der Innenfläche 53 des Gehäuses 52 nach innen erstreckt.
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Weiter bezugnehmend auf die beispielhafte Ausführungsform aus 3, enthält der Hohlraum 118 der Fremdkörperfalle 110 einen Schacht 120, zum Entleeren der Fremdkörper, die in dem Hohlraum 118 enthalten sind. Der Schacht 120 kann eine angelenkte Tür sein, die dazu eingerichtet ist, sich nach innen zu dem Hohlraum 118 hin zu öffnen, um das Entleeren der darin angeordneten Fremdkörper zu erlauben. Der Schacht 120 kann sich z.B. während geplanter Abschaltungen oder Wartungszeiten der Turbomaschine 10 zugänglich sein und er kann unter Verwendung eines Vakuum- und/oder Pressluftsammelsystems (nicht gezeigt) geleert werden. Wenn die Fremdkörperfalle 110 eine kontinuierliche ringförmige Gestalt aufweist, die sich von der Innenfläche 53 des Gehäuses 52 nach innen erstreckt, kann der Schacht eine Mehrzahl von Schächten aufweisen, die entlang des Hohlraums 18 auf irgendeine geeignete Weise beabstandet sind.
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Zusätzlich kann die Fremdkörperfalle 110 bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform zusätzliche Strukturen aufweisen, die z.B. an dem Schacht 120 angebracht sind zum automatischen Entleeren des Hohlraums 118. Bei einer solchen Ausführungsform kann das Entleeren als Antwort auf ein Fremdkörperniveau in dem Hohlraum 118 initiiert werden, das durch einen darin angeordneten Sensor erfasst wird oder kann alternativ in festgelegten Zeitintervallen geleert werden.
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Die Fremdkörperfalle aus 3 ist integral mit dem Außengehäuse 52 hergestellt. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Fremdkörperfalle 110 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen auch separat von dem Gehäuse 52 und an dem Gehäuse 52 auf irgendeine geeignete Weise angebracht sein kann. Z.B. kann die Fremdkörperfalle 110 bei bestimmten beispielhaften Ausführungsformen nur unter Verwendung des Flansches 113 befestigt sein, wobei der Flansch 113 mit Bolzen an das Gehäuse angebracht oder an das Gehäuse geschweißt sein kann. Außerdem sollte verstanden werden, dass die Lippe 114 der Falle 110 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen an einer Rückseite direkt an dem Gehäuse 52 befestigt werden kann, so dass die einzige Öffnung in dem Gehäuse 52 in der Nähe der Falle 110 der Spalt 116 und der Kanal 124 ist.
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Bezugnehmend nunmehr auf die 4 bis 8 sind Draufsichten auf Abschnitte von verschiedenen beispielhaften Innenflächen 53 des Gehäuses 52 der Turbomaschine 10 bereitgestellt, die jeweils eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen 102 bilden. Die beispielhaften, in den 4 bis 8 dargestellten Fremdkörperführungskanäle 102 erstrecken sich jeweils im Wesentlichen entlang einer Strömungsrichtung F des Arbeitsfluides 18 zu einer Fremdkörpersammeleinrichtung (2) hin.
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Bezugnehmend auf 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel bereitgestellt, wobei die Mehrzahl von Kanälen 102 eine Mehrzahl von parallelen Kanälen bilden, die sich jeweils in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu der Strömungsrichtung F des Arbeitsfluides 18 erstrecken. Zusätzlich bildet jeder Kanal der Mehrzahl von Kanälen 102 eine Breite W und einen Trennabstand S, gemessen von einem Zentrum von einem Kanal zu einem Zentrum eines benachbarten Kanals. Bei bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Breite W der Kanäle 102 kleiner oder gleich etwa 1 Zoll sein, wie etwa weniger oder gleich ungefähr 0,5 Zoll, wie etwa weniger oder gleich ungefähr 0,25 Zoll, wie etwa weniger oder gleich ungefähr 0,125 Zoll oder sogar weniger. Alternativ kann die Breite W der Kanäle 102 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen größer als etwa 1 Zoll sein. Außerdem kann jeder Kanal der Mehrzahl von Kanälen 102 bei noch anderen beispielhaften Ausführungsformen eine unterschiedliche Breite W in Bezug auf einen benachbarten Kanal aufweisen.
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Die Trennung S der Kanäle 102, die in 4 dargestellt ist, ist größer oder gleich der Breite W der Kanäle 102. Z.B. kann die Trennung S der Kanäle 102 5% größer, 10% größer, 50% größer, 75% größer, 100% größer oder noch größer sein. Alternativ kann die Trennung S zwischen den Kanälen 102 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen variieren.
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Nunmehr bezugnehmend auf die 5 bis 8, sind alternative Ausführungsbeispiele der Mehrzahl von Kanälen 102 bereitgestellt. In der beispielhaften Ausführungsform nach 5, erstreckt sich die Mehrzahl von parallelen Kanälen 102 in einer Richtung im Wesentlichen schräg zu der Strömungsrichtung F des Arbeitsfluides 18. Alternativ enthält die Mehrzahl von Kanälen 102 in einer beispielhaften Ausführungsform nach 6 eine Mehrzahl von geschachtelten, wellenförmigen Kanälen, die sich im Wesentlichen entlang der Strömungsrichtung F des Arbeitsfluides 19 erstrecken. Außerdem bildet die Mehrzahl der Kanäle 102 in der beispielhaften Ausführungsform nach 7 ein Kreuzmuster oder ein geschachteltes, diamantenförmiges Muster. Außerdem bildet die Mehrzahl von Kanälen 102 bei der beispielhaften Ausführungsform nach 8 ein Sanduhrmuster.
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Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Ausführungsbeispiele nach 4 bis 8 nur als Beispiel bereitgestellt sind und dass die Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen 102 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen irgendeine andere Form oder Konfiguration haben kann. Z.B. kann die Mehrzahl von Kanälen 102 alternativ ein Fischgrätmuster bilden oder kann sich in einer Richtung ungefähr rechtwinklig zu der Strömungsrichtung F des Arbeitsfluides 18 erstrecken.
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Die Mehrzahl der Kanäle 102 nach den 4 bis 8 können außerdem eine Beschichtung (nicht gezeigt) enthalten, die dazu eigerichtet ist, das Sammeln und Führen von Fremdkörpern aus dem Arbeitsfluid 18 zu der Fremdkörpersammeleinrichtung zu unterstützen. Die Beschichtung kann eine wachsartige Beschichtung oder irgendeine geeignete korrosions- oder oxidationsbeständige Beschichtung sein. Z.B. kann die Beschichtung bei bestimmten beispielhaften Ausführungsformen eine aluminiumbasierte korrosions- und/oder oxidationsbeständige Beschichtung sein oder alternativ kann eine zinkbasierte korrosions- und/ oder oxidationsbeständige Beschichtung sein.
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Bezugnehmend nun auf 9, ist eine Querschnittsansicht des beispielhaften Gehäuses 52 aus 4 betrachtet entlang der Linie 9 in 4 bereitgestellt. Wie gezeigt, sind die beispielhaften Fremdkörperführungskanäle 102 eine Mehrzahl von abgerundeten Kanälen 102. Jeder der beispielhaften Kanäle 102 bildet zusätzlich eine Tiefe D. Die Tiefe D jedes Kanals ist ungefähr gleich mit der Breite W desselben Kanals. Bei alternativen Ausführungsbeispielen können die Kanäle 102 jedoch eine halbkreisförmige Querschnittsform bilden, so dass die Tiefe D ungefähr die Hälfte der Breite W ist oder alternativ kann die Tiefe D größer als die Breite W sein. Noch bezugnehmend auf 9, ist die Mehrzahl von Kanälen 102, die durch die Innenfläche 53 des Gehäuses 52 gebildet ist, integral mit dem Gehäuse 52 ausgeführt. Z.B. können die Kanäle 102 in die Innenfläche 53 des Gehäuses 52 eingearbeitet werden oder können alternativ mit dem Gehäuse 52 während der Herstellung des Gehäuses 52 gegossen werden.
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Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Mehrzahl von Kanälen 102 bei anderen beispielhaften Ausführungsformen durch die Innenfläche 53 des Gehäuses 52 auf irgendeine andere geeignete Weise gebildet sein kann. Z.B. kann die Mehrzahl von Kanälen 102 durch die Innenfläche 53 gebildet sein, indem eine Mehrzahl von sich längs erstreckenden Streifen an der Innenfläche 53 angebracht wird oder indem alternativ ein Blatt an der Innenfläche des Gehäuses angebracht wird, wobei das Blatt die Mehrzahl von Nuten bildet. Bei irgendeinem der vorstehenden Ausführungsbeispiele kann das Streifen- und/oder Blattmaterial an dem Gehäuse 52 befestigt sein und Teil des Gehäuses 52 auf irgendeine geeignete Weise werden. Z.B. können das Streifen- und/oder Blattmaterial an das Gehäuse 52 geschweißt werden, um die Innenfläche 53 des Gehäuses zu bilden oder kann alternativ mit Bolzen oder auf andere Weise an dem Gehäuse 52 befestigt sein, z.B. unter Verwendung von Epoxid oder Klebstoff. Außerdem kann das Streifen- und/oder Blattmaterial irgendein Material enthalten, das in der Lage ist, den Betriebsbedingungen des Abschnitts der Turbomaschine 10 standzuhalten, zu dem es benachbart angeordnet ist.
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Außerdem kann die Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen 102 bei noch anderen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die durch die Innenfläche 53 des Gehäuses 52 gebildet sind, irgendeine andere geeignete Querschnittsgestalt aufweisen. Z.B. können die Mehrzahl von Nuten 102 eine V-förmige Querschnittsgestalt bilden.
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Das Aufnehmen der Mehrzahl von Nuten 102, die sich im Wesentlichen zu einer Fremdkörpersammeleinrichtung hin erstrecken, wie etwa der Fremdkörperfalle 110 (siehe 2 und 3), kann einen Teil von irgendwelchen turbomaschinenfremden oder turbomaschineneigenen Partikeln aus dem Arbeitsfluid 18 der Turbomaschine 10 entfernen. Das Entfernen von bestimmten turbomaschinenfremden oder turbomaschineneigenen Partikeln kann eine Beschädigung von bestimmten Komponenten der Turbine während des Betriebs der Turbomaschine 10 verhindern, z.B. dadurch, dass verhindert wird, dass Kühlkanäle mit den Partikeln verstopft werden. Die Kühlkanäle können sich durch die verschiedenen Komponenten der Turbine erstrecken, wie etwa die Turbinenschaufeln, um die Komponenten innerhalb einer sicheren Betriebstemperatur zu halten. Durch das Verhindern, dass Kühlkanäle verstopft werden, kann Kühlluft (wie etwa das Arbeitsfluid 18) konsistenter bestimmte Komponenten der Turbine erreichen. Das kann es den Kühlkanälen ermöglichen, die Wärme von den Komponenten besser abzuführen und die Temperaturen der Komponenten innerhalb einer sicheren Betriebstemperatur zu halten.
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Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels, und auch um irgendeinen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich des Herstellens und der Verwendung von irgendwelchen Einrichtungen oder Systeme und der Ausführung irgendeines beinhalteten Verfahrens. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die Fachleuten offenbar werden. Solche anderen Beispiele sind dazu bestimmt, innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche zu liegen, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die nicht von dem Wortsinn der Ansprüche abweichen oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit nicht substantiellen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
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Ein Gehäuse für eine Turbomaschine bildet zumindest teilweise einen Strömungspfad für ein Arbeitsfluid durch oder um eine oder einen oder mehrere von einem Kompressorabschnitt, einer Brennkammeranordnung oder eines Turbinenabschnitts. Das Gehäuse bildet eine Innenfläche und die Innenfläche bildet eine Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen. Die Mehrzahl von Fremdkörperführungskanälen ist dazu eingerichtet, Fremdkörper in einem Arbeitsfluid innerhalb des Gehäuses zu einer Fremdkörpersammeleinrichtung zu führen. Bezugszeichenliste
| Bezugszeichen | Komponente |
| 10 | Gasturbine |
| 12 | Einlassabschnitt |
| 16 | Kompressor |
| 18 | Arbeitsfluid |
| 20 | Brennstoff |
| 22 | Brennstoffzufuhr |
| 24 | Brennkammeranordnung |
| 26 | Verbrennungsgase |
| 28 | Turbine |
| 30 | Welle |
| 32 | Generator/Motor |
| 34 | Abgase |
| 36 | Auslassabschnitt |
| 38 | Auslassrohr |
| 50 | Brennkammer |
| 48 | Kompressorgehäuse |
| 52 | Außengehäuse |
| 53 | Innenfläche |
| 54 | Kompressorauslassgehäuse |
| 56 | Turbinengehäuse |
| 58 | Hochdruckverteiler |
| 60 | Endabdeckung |
| 62 | Düse |
| 64 | Kappenanordnung |
| 66 | Brennkammerverkleidung |
| 68 | Strömungshülse |
| 70 | Heißgaspfad |
| 102 | Fremdkörperführungskanäle |
| 110 | Fremdkörperfalle |
| 113 | Flansch |
| 114 | Lippe |
| 116 | Spalt |
| 118 | Hohlraum |
| 120 | Schacht |
| F | Strömungspfad |
| W | Breite der Kanäle |
| S | Trennung der Kanäle |
| D | Tiefe der Kanäle |
