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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung und das resultierende Patent beziehen sich allgemein auf Gasturbinen und genauer auf Gasturbinen mit einem Rotor mit einer Anzahl von Gürtelbanddichtungen, die ein formschlüssiges Umfangsdrehsicherungsmerkmal haben, das zwischen benachbarten Scheiben positioniert ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Allgemein beschrieben haben Gasturbinen eine oder mehrere Brennkammern, wo ein Brennstoff eingespritzt, mit einer komprimierten Luftströmung von einem Kompressor vermischt und verbrannt wird, um Hochdruckverbrennungsgase zu erzeugen. Die Hochdruckverbrennungsgase wiederum werden in einer Turbine expandiert, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Der Kompressor und die Turbine enthalten Stufen mit einer Anzahl von stationären oder nicht rotierenden Komponenten, z.B. Leitstrukturen, die mit einer Anzahl von drehbaren Komponenten, z.B. Rotorschaufeln, zusammenarbeiten, um die Luftströmung und die Verbrennungsgase darin zu expandieren.
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Die Rotorschaufeln sind typischerweise auf Scheiben montiert, die zur Rotation auf einer Rotorwelle angeordnet sind. Eine Scheibenkühlluftausnehmung kann an einer Innenseite eines Paares von ringförmigen Armen zwischen den Scheiben von gegenseitig benachbarten Stufen gebildet sein. Insbesondere können solche Arme mit einem Schlitz zur Aufnahme eines Dichtstreifens versehen sein, auch bekannt als „Gürtelbanddichtung“, die den Spalt zwischen den Scheiben überbrückt, um die Kühlluft davon abzuhalten, durch die Kühlluftausnehmung zu strömen und in den Pfad der heißen Verbrennungsgase zu lecken.
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Die Gürtelbanddichtung kann segmentiert sein und dann typischerweise vier (4) Bandsegmente aufweisen. Die Segmente können in Umfangsrichtung verteilt sein und können innerhalb eines Schlitzes sitzen, der durch die zwei benachbarten Scheiben gebildet ist. Um die Gürtelbanddichtung davon abzuhalten, frei innerhalb des Schlitzes in einer Umfangsrichtung zu gleiten, kann allgemein ein Arretiermechanismus erforderlich sein. Bekannte Arretiermechanismen können einen Vorsprung mit einer Vorsprungsnase aufweisen. Der Vorsprung muss allgemein während der Installation gebogen werden. Ein solches Biegen kann das Risiko des Brechens der Nase während des Installations-/Biegeverfahren und einen potentiellen Verlust des gesamten Vorsprungs mit sich bringen in dem Fall, dass die Verbindung bricht und ausfällt. Außerdem enthielten andere Vorsprungsmerkmale Schnitte in dem Hauptband, was eine hohe Körperbeanspruchung erzeugen kann, die durch Lasten aufgrund der Reibung, Zentrifugalkräften und thermische Ausdehnung resultiert. Schäden der Dichtung können zu einem Verlust in der Kühlluftströmung und möglicherweise einer erzwungenen Abschaltung führen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent stellen daher einen Rotor zur Verwendung in einer Turbine bereit. Der Rotor kann eine erste Rotorscheibe, eine zweite Rotorscheibe benachbart zu der ersten Rotorscheibe und eine Gürtelbanddichtung aufweisen, die zwischen der ersten Rotorscheibe und der zweiten Rotorscheibe positioniert ist. Die Gürtelbanddichtung kann ein Dichtband mit einem Arretiervorsprung aufweisen, der daran angelötet ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die erste Rotorscheibe einen ersten Schlitz aufweist und die zweite Rotorscheibe einen zweiten Schlitz aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass das Dichtband zwischen dem ersten Schlitz und dem zweiten Schlitz positioniert ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die erste Scheibe eine erste Gegennut aufweist und die zweite Scheibe eine zweite Gegennut aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass der Arretiervorsprung zwischen der ersten Gegennut und der zweiten Gegennut positioniert ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass der Arretiervorsprung zwischen der ersten Gegennut und der zweiten Gegennut in einem Formschluss positioniert ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass der Arretiervorsprung eine kreisförmige oder elliptische Form aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die Gürtelbanddichtung eine Mehrzahl von Segmenten aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die Gürtelbanddichtung vier Segmente aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die Gürtelbanddichtung eine Gegenfeder aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die Gegenfeder auf dem Dichtband gegenüberliegend dem Arretiervorsprung positioniert ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die Gürtelbanddichtung eine Mehrzahl von Arretiervorsprüngen aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die Gürtelbanddichtung eine Luftausnehmung und einen Heißgaspfad trennt.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass der Rotor einen Turbinenrotor aufweist.
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Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent können außerdem ein Verfahren zum Positionieren einer Gürtelbanddichtung zwischen einer ersten Rotorscheibe und einer zweiten Rotorscheibe bereitstellen. Das Verfahren kann die Schritte des Lötens eines Arretiervorsprungs auf einem Dichtband einer Gürtelbanddichtung, des Positionierens das Dichtband innerhalb eines ersten Schlitzes an der ersten Rotorscheibe und eines zweiten Schlitzes an der zweiten Rotorscheibe und des Positionierens des Arretiervorsprungs innerhalb einer ersten Gegennut an der ersten Rotorscheibe und einer zweiten Gegennut an der zweiten Rotorscheibe umfassen.
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Die vorliegende Anmeldung und das resultierende Patent können außerdem einen Rotor zur Verwendung in einer Gasturbine bereitstellen. Der Rotor kann eine erste Rotorscheibe mit einer ersten Gegennut, eine zweite Rotorscheibe mit einer zweiten Gegennut benachbart zu der ersten Rotorscheibe und einer Gürtelbanddichtung aufweisen, die zwischen der ersten Rotorscheibe und der zweiten Rotorscheibe positioniert ist. Die Gürtelbanddichtung kann ein Dichtband mit einem Arretiervorsprung aufweisen, der daran angelötet ist. Der Arretiervorsprung kann innerhalb der ersten Gegennut und der zweiten Gegennut positioniert sein.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die erste Rotorscheibe einen ersten Schlitz aufweist, wobei die zweite Rotorscheibe einen zweiten Schlitz aufweist und wobei das Dichtband innerhalb des ersten Schlitzes und des zweiten Schlitzes positioniert ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass der Arretiervorsprung innerhalb der ersten Gegennut und der zweiten Gegennut in einem Formschluss positioniert ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass der Arretiervorsprung eine kreisförmige oder elliptische Form aufweist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Rotors kann es vorteilhaft sein, dass die Gürtelbanddichtung eine Gegenfeder aufweist.
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Diese und andere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patents werden einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet nach Durchsicht der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offenbar werden, wenn diese in Verbindung mit den mehreren Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen genommen wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine, die einen Kompressor, eine Brennkammer, eine Turbine und eine Last zeigt.
- 2A ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von Rotorscheiben mit einer gut bekannten Gürtelbanddichtung dazwischen, die mit der Turbine der Gasturbine aus 1 verwendet werden kann.
- 2B ist eine geschnittene Teilansicht der Rotorscheiben und der Gürtelbanddichtung aus 2A.
- 2C ist eine weitere geschnittene Teilansicht der Rotorscheibe und der Gürtelbanddichtung aus 2A.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht der Gürtelbanddichtung, wie sie hierin beschrieben sein kann.
- 4 ist eine geschnittene Teilansicht der Gürtelbanddichtung aus 3.
- 5 ist eine Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Gürtelbanddichtung, wie sie hierin beschrieben sein kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Nummern auf gleiche Elemente durchgängig durch die verschiedenen Ansichten hinweist, zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbine 10, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Kompressor 15 aufweisen. Der Kompressor 15 komprimiert eine eingehende Luftströmung 20. Der Kompressor 15 gibt die komprimierte Luftströmung 20 an eine Brennkammer 25 ab. Die Brennkammer 25 mischt die komprimierte Luftströmung 20 mit einer unter Druck stehenden Brennstoffströmung 30 und zündet das Gemisch, um eine Verbrennungsgasströmung 35 zu erzeugen. Obwohl nur eine einzige Brennkammer 25 gezeigt ist, kann die Gasturbine 10 irgendeine Anzahl von Brennkammern 25 aufweisen, die in einer Umfangsanordnung oder dergleichen konfiguriert sind. Die Verbrennungsgasströmung 35 wird wiederum an eine Turbine 40 abgegeben. Die Verbrennungsgasströmung 35 treibt Turbine 40 an, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine 40 erzeugt wurde, treibt den Kompressor 15 mittels einer Welle 45 und eine externe Last 50 an, wie etwa einen elektrischen Generator oder dergleichen.
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Die Gasturbine 10 kann Erdgas, flüssige Brennstoffe, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Arten von Brennstoffen und Mischungen davon verwenden. Die Gasturbine 10 kann irgendeine von einer Anzahl von unterschiedlichen Gasturbinen sein, die durch die General Electric Company aus Schenectady, New York, angeboten werden, aufweisend, aber nicht beschränkt auf solche, wie etwa eine Serie 7 oder Serie 9 Schwerlastgasturbine und dergleichen. Die Gasturbine 10 kann unterschiedliche Konfigurationen haben und kann andere Arten von Komponenten verwenden. Andere Arten von Gasturbinen können hierin auch verwendet werden. Mehrere Gasturbinen, andere Arten von Gasturbinen und andere Arten von Leistungserzeugungsausrüstung können hierin auch gemeinsam verwendet werden.
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2A-2C zeigen ein Paar von benachbarten Rotorscheiben, eine erste Rotorscheibe 55 und eine zweite Rotorscheibe 60, die in der Turbine 40 positioniert werden können. Eine Gürtelbanddichtung 65 kann in einem Schlitz 70 positioniert sein, der in jeder der Rotorscheiben 55, 60 gebildet ist, um die Kühlluftströmung von dem Heißgaspfad zu trennen. Wie es vorstehend beschrieben ist, erfordern die Segmente der Gürtelbanddichtung 65 allgemein einen Arretiermechanismus, um auf der Stelle zu bleiben. Bekannte Arretiermechanismen können jedoch Fehler anfällig sein.
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3 und 4 zeigen ein Beispiel einer Gürtelbanddichtung 100, wie sie hierin beschrieben sein kann. Die Gürtelbanddichtung 110 kann ein Dichtband 105 aufweisen, das in vier (4) Segmenten 110 ausgebildet ist, obwohl irgendeine Anzahl von Segmenten 110 hierin verwendet werden kann. Die Gürtelbanddichtung 100 kann irgendeine geeignete Größe, Form oder Konfiguration aufweisen. Die Segmente 110 der Gürtelbanddichtung 100 können in Umfangsrichtung verteilt sein. Die Segmente 110 der Gürtelbanddichtung 100 können in einem ersten Schlitz 120, der in einer ersten Rotorscheibe 130 gebildet ist, und einem zweiten Schlitz 140, der in einer zweiten Rotorscheibe 150 gebildet ist, positioniert sein. Die Schlitze 120, 140 und die Scheiben 130, 150 können irgendeine geeignete Größe, Form oder Konfiguration haben. Die Rotorscheiben 130, 150 bilden einen Teil des gesamten Rotors 155. Die Gürtelbanddichtung 100 kann eine Kühlluftausnehmung 165 von dem Heißgaspfad 175 trennen. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.
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Die Gürtelbanddichtung 100 kann auch einen Arretiermechanismus 160 aufweisen. Bei diesem Beispiel kann der Arretiermechanismus 160 einen Vorsprung 170 mit einer kreisförmigen oder elliptischen Form 180 aufweisen. Der Vorsprung 170 kann irgendeine geeignete Größe, Form oder Konfiguration haben. Der Vorsprung 170 kann mit dem Dichtband 105 zusammengelötet oder auf andere Weise befestigt sein. Der Vorsprung 170 kann vollständig innerhalb der Kanten des Dichtbandes 105 positioniert sein, ohne Überhang und ohne Einschnitte in das Dichtband 105. Die Schlitze 120, 140 der Scheiben 130, 150 können eine erste Gegennut 190, die in dem ersten Schlitz 120 gebildet ist, und eine zweite Gegennut 200, die in dem zweiten Schlitz 140 gebildet ist, haben. Die Gegennuten 190, 200 können für den Vorsprung 170 dimensioniert sein, um einen Formschluss zu erzeugen. Dieser Formschluss zwischen dem Vorsprung 170 und den Gegennuten 190, 200 kann den Vorsprung 170 an der Stelle halten und Tangential-/Umfangskräfte übertragen. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.
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Die Verwendung der Vorsprünge 70 hält das Dichtband 105 daher an der Stelle und verhindert ein freies Gleiten in Umfangsrichtung innerhalb der Schlitze 120, 140, insbesondere während des Rotorsperrens sowie Beschleunigung oder Verzögerung des Rotors. Außerdem kann der Vorsprung 170 zusätzlich gesichert und innerhalb der Gegennuten 190, 200 aufgenommen sein, für den Fall, dass die gelötete Verbindung versagt, um das Risiko zu minimieren, dass der Vorsprung 170 in den Strömungspfad fallen könnte. Außerdem ist der Vorsprung 170 jetzt vielmehr durch eine Druckbelastung als eine Zugbelastung belastet, um das Risiko einer Rissauslösung oder Rissfortschreitung zu reduzieren.
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Die hierin beschriebene Gürtelbanddichtung 100 stellt daher eine einfache geometrische Ausgestaltung bereit, die ein Minimum an Herstellungsschritten erfordert verglichen mit bekannten Wettbewerbsgestaltungen, die zu komplexeren und teureren Gestaltungen tendieren. Außerdem ist die Gürtelbanddichtung 100 sicherer, dadurch, dass die Lötverbindung jetzt hauptsächlich durch Drucklast anstelle von Zuglast belastet ist, was das Ausfallrisiko signifikant reduzieren kann.
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5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gürtelbanddichtung 210, wie sie hierin beschrieben sein kann. Bei diesem Beispiel kann eine Gegenfeder 220 an dem Dichtband 105 auf der entgegengesetzten Seite des Vorsprungs 170 positioniert sein. Die Gegenfeder 220 kann eine konventionelle Gestalt haben und kann irgendeine geeignete Größe, Form oder Konfiguration haben. Die Gegenfeder 220 unterstützt zusätzlich beim Halten der Gürtelbanddichtung 210 an der Stelle. Andere Komponenten und andere Konfigurationen können hierin verwendet werden.
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Es sollte verstanden werden, dass das Vorstehende sich nur auf bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Anmeldung und des resultierenden Patents bezieht. Viele Änderungen und Modifikationen können hierin durch einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet gemacht werden, ohne von dem allgemeinen Gedanken und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er durch den nachfolgenden Ansprüchen und die Äquivalente davon definiert ist.
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Die vorliegende Anmeldung stellt einen Rotor 155 zur Verwendung in einer Turbine 10 bereit. Der Rotor 155 kann eine erste Rotorscheibe 130, eine zweite Rotorscheibe 150 benachbart zu der ersten Rotorscheibe 130 und eine Gürtelbanddichtung 100 aufweisen, die zwischen der ersten Rotorscheibe 130 und der zweiten Rotorscheibe 150 positioniert ist. Die Gürtelbanddichtung 100 kann ein Dichtband 105 mit einem Arretiervorsprung 170 aufweisen, der darauf gelötet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gasturbine
- 15
- Kompressor
- 20
- Luft
- 25
- Brennkammer
- 30
- Brennstoff
- 35
- Verbrennungsgase
- 40
- Turbine
- 45
- Welle
- 50
- Last
- 55
- erste Rotorscheibe
- 60
- zweite Rotorscheibe
- 70
- Schlitz
- 100
- Gürtelbanddichtung
- 105
- Dichtband
- 110
- Segmente
- 120
- erster Schlitz
- 130
- erste Scheibe
- 140
- zweiter Schlitz
- 150
- zweite Scheibe
- 155
- Rotor
- 160
- Arretiermechanismus
- 165
- Ausnehmung
- 170
- Vorsprung
- 175
- Heißgaspfad
- 180
- kreisförmige/elliptische Form
- 190
- erste Gegennut
- 200
- zweite Gegennut
- 210
- Gürtelbanddichtung
- 220
- Gegenfeder
