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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2018-0114220 , eingereicht am 21. September 2018.
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HINTERGRUND
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Gebiet
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Vorrichtungen und Verfahren im Einklang mit beispielhaften Ausführungsformen beziehen sich auf eine Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Vibrationen von Turbinenschaufeln mit ausgezeichneten Abdichtwirkungen, dem Merkmal einer einfachen Montage und einer weitgehenden Kompatibilität zwischen verschiedenen Typen ihrer Komponenten und eine Turbinenschaufelanordnung, die die Dämpfungsvorrichtung besitzt.
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Beschreibung des technischen Hintergrunds
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Eine Turbine ist eine mechanische Vorrichtung, in der durch eine Aufprallkraft oder eine Reaktionskraft unter Verwendung eines Stroms eines komprimierbaren Fluids wie z. B. Dampf oder Gas eine Rotationskraft erzeugt wird. Die Turbine kann eine Dampfturbine unter Verwendung von Dampf und eine Gasturbine unter Verwendung eines Hochtemperaturverbrennungsgases umfassen.
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Die Gasturbine enthält einen Verdichter, eine Verbrennungsvorrichtung und eine Turbine. Der Verdichter enthält einen Lufteinlass, um Luft einzuleiten, und mehrere Verdichterflügel und Verdichterschaufeln, die in einem Verdichtergehäuse abwechselnd angeordnet sind. Die Luft, die von außen eingeleitet wird, wird über die rotierenden Verdichterschaufeln bis zu einem Zieldruck verdichtet.
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Die Verbrennungsvorrichtung führt der verdichteten Luft, die im Verdichter verdichtet wurde, Brennstoff zu und zündet ein Brennstoff/Luft-Gemisch mit einem Brenner, um ein Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas zu erzeugen.
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Die Turbine enthält mehrere Turbinenflügel und Turbinenschaufeln, die in einem Turbinengehäuse abwechselnd angeordnet sind. Ferner ist ein Rotor derart ausgelegt, dass er durch die Mitte des Verdichters, die Verbrennungsvorrichtung, die Turbine und eine Abgaskammer verläuft.
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Beide Enden des Rotors werden durch Lager drehbar getragen. Mehrere Scheiben sind am Rotor befestigt, derart, dass die entsprechenden Schaufeln verbunden sind, ferner ist eine Antriebswelle wie z. B. ein Generator mit einem Ende der Abgaskammer verbunden.
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Weil die Gasturbinen keinen sich hin- und herbewegenden Mechanismus wie z. B. ein Kolben in einer Viertaktkraftmaschine besitzen, liegen keine aneinander reibenden Teile wie z. B. ein Kolbenzylinder vor, weshalb die Gasturbinen Vorteile besitzen, da der Verbrauch von Schmieröl extrem gering ist, eine Amplitude als eine Eigenschaft einer Kolbenmaschine stark verringert ist und ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb möglich ist.
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Obwohl die Gasturbine weniger Vibration als die Viertaktkraftmaschine aufweist, kann während des Betriebs eine Vibration in den Turbinenschaufeln auftreten. Zum Beispiel kann, wenn eine Änderung im Verbrennungsgasstrom bei einer hohen Temperatur auftritt, die Änderung des Verbrennungsgasstroms bewirken, dass die Turbinenschaufeln vibrieren. Daher ist es für den Entwurf einer Gasturbine, insbesondere eines Turbinenabschnitts nötig, dynamische Beanspruchungen, die durch Resonanz, eine Sprungantwort oder aeroelastische Instabilitäten bei der Eigenfrequenz der Turbinenschaufeln verursacht werden, zu vermeiden oder zu minimieren, um die Ermüdung bei hoher Lastspielzahl der Turbinenschaufeln zu kontrollieren.
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Um die Ermüdung bei hoher Lastspielzahl der Turbinenschaufeln zu verbessern, wird eine Dämpfungsvorrichtung geschaffen, in der ein Dämpferschlitz unter Plattformen benachbarter Turbinenschaufelblätter gebildet ist und ein Dämpferstift im Dämpferschlitz angeordnet ist, derart, dass Vibrationsenergie durch Reibung absorbiert wird, wodurch die Vibration während des Betriebs gedämpft wird. Im Allgemeinen besitzt der Dämpferstift eine Form ähnlich einer zylindrischen oder einer asymmetrischen polygonalen Säule.
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Allerdings entsteht, weil der Dämpferschlitz mit einem konkaven Raum, der zwischen den benachbarten Turbinenschaufeln gebildet ist, gebildet ist, ein Abdichtungsproblem aufgrund eines Einströmens von Hochdruckverbrennungsgas oder eines Ausströmens von Kühlluft durch ihn. Zusätzlich sollte der Dämpferstift dann, wenn eine Turbinenschaufel an einer Turbinenrotorscheibe montiert wird, wobei der Dämpferstift in eine Turbinenschaufelseite eingesetzt ist, die Anordnung nicht beeinträchtigen. Ferner muss der Dämpferschlitz in der Lage sein, ohne eine Änderung des Entwurfs des Dämpferschlitzes verschiedene Typen Dämpferstifte in sich aufzunehmen.
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Eine Dämpfungsvorrichtung, die diese verschiedenen Anforderungen erfüllt, wurde bis jetzt nicht geschaffen, weshalb eine neu entworfene Dämpfungsvorrichtung benötigt wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Aspekte einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen schaffen eine Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen von Vibrationen von Turbinenschaufeln mit exzellenten Abdichtwirkungen, dem Merkmal einer einfachen Montage und einer weitgehenden Kompatibilität zwischen verschiedenen Typen ihrer Komponenten und eine Turbinenschaufelanordnung, die die Dämpfungsvorrichtung besitzt.
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Zusätzliche Aspekte werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt werden und werden teilweise aus der Beschreibung deutlich werden oder können durch Praktizieren der beispielhaften Ausführungsformen gelernt werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Dämpfungsvorrichtung für eine Turbinenschaufelanordnung geschaffen, die Folgendes enthält: einen Dämpferschlitz, der durch einen ersten und einen zweiten Schlitz gebildet ist, die unter entsprechenden Plattformen benachbarter erster und zweiter Turbinenschaufelblätter von mehreren Turbinenschaufelblättern, die entlang von Umfangsflächen von Turbinenrotorscheiben radial angeordnet sind, einander axial gegenüberliegen; und einen Dämpferstift, der im Dämpferschlitz angeordnet ist, wobei der Dämpferstift, der im Dämpferschlitz angeordnet ist, aus einem offenen Eingang des ersten Schlitzes teilweise vorsteht, derart, dass eine Höhe des Dämpferstifts, der aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes vorsteht, kleiner als ein Spaltabstand zwischen der ersten und der zweiten Turbinenschaufel ist.
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Der Dämpferstift kann ein zylindrischer Dämpferstift sein.
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Vorzugsweise ist ein Durchmesser des zylindrischen Dämpferstifts größer als eine Tiefe des ersten Schlitzes.
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Wenn der Dämpferschlitz in einem Schnitt senkrecht zu einer Axialrichtung des Dämpferschlitzes betrachtet wird, kann der Durchmesser des zylindrischen Dämpferstifts kleiner als ein Durchmesser eines Inkreises in einem Aufnahmeraum des Dämpferschlitzes sein.
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Der Dämpferstift kann ein polygonaler Dämpferstift sein.
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Vorzugsweise ist dann, wenn mindestens zwei Seiten des polygonalen Dämpferstifts in engem Kontakt mit einem Innenraum des ersten Schlitzes sind, eine Höhe des polygonalen Dämpferstifts, die aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes vorsteht, kleiner als der Spaltabstand zwischen der ersten und der zweiten Turbinenschaufel.
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Wenn der Dämpferschlitz in einem Schnitt senkrecht zu einer Axialrichtung betrachtet wird, kann eine maximale Breite des polygonalen Dämpferstifts größer als ein Durchmesser eines Inkreises in einem Aufnahmeraum des Dämpferschlitzes sein.
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Jede Deckfläche des ersten Schlitzes und des zweiten Schlitzes kann eine geneigte Deckfläche, die in der Richtung der Zentrifugalkraft geneigt ist, bilden.
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Ein kreisförmiger Querschnitt des zylindrischen Dämpferstifts senkrecht zu einer Längsrichtung des zylindrischen Dämpferstifts kann auf der Grundlage eines Durchmessers als eine Bezugslinie in einen ersten halbkreisförmigen Bereich und einen zweiten halbkreisförmigen Bereich unterteilt werden und die spezifische Dichte des ersten halbkreisförmigen Bereichs ist geringer als die des zweiten halbkreisförmigen Bereichs, derart, dass ein Schwerpunkt des Dämpferstifts zum zweiten halbkreisförmigen Bereich exzentrisch ist.
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Der erste halbkreisförmige Bereich kann eine Region mit geringer spezifischer Dichte enthalten, die eine Dichte, die geringer als die eines Materials des Dämpferstifts ist, besitzt.
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Die Region mit geringer spezifischer Dichte kann mit einem Material gefüllt sein, das eine geringere Dichte als das Material des Dämpferstifts besitzt, oder die Region mit geringer spezifischer Dichte kann als ein hohler Abschnitt gebildet sein.
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Die Region mit geringer spezifischer Dichte kann näher an einer Umfangsfläche des Dämpferstifts im ersten halbkreisförmigen Bereich gebildet sein.
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Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Turbinenschaufelanordnung bereitgestellt, die Folgendes enthält: mehrere Turbinenrotorscheiben; mehrere Turbinenschaufelblätter, die jeweils entlang einer Umfangsfläche der Turbinenrotorscheibe radial angeordnet sind; und eine Dämpfungsvorrichtung, die einen Dämpferschlitz, der durch einen ersten und einen zweiten Schlitz gebildet ist, die unter entsprechenden Plattformen benachbarter erster und zweiter Turbinenschaufelblätter von mehreren Turbinenschaufelblättern, die entlang von Umfangsflächen der Turbinenrotorscheiben radial angeordnet sind, einander axial gegenüberliegen, und einen Dämpferstift, der im Dämpferschlitz angeordnet ist, enthält, wobei der Dämpferstift, der im Dämpferschlitz angeordnet ist, aus einem offenen Eingang des ersten Schlitzes teilweise vorsteht, derart, dass eine Höhe des Dämpferstifts, der aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes vorsteht, kleiner als ein Spaltabstand zwischen der ersten und der zweiten Turbinenschaufel ist.
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Der Dämpferschlitz der Dämpfungsvorrichtung ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform derart konfiguriert, dass sein Raum ausgelegt ist, verschiedene Typen Dämpferstifte aufzunehmen, während seine Größe wirksam verringert wird, wodurch die Dichtungswirkung bei einfacher Montage verbessert wird.
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Zusätzlich weist die beispielhafte Ausführungsform den Vorteil auf, dass dann, wenn verschiedene Typen Dämpferstifte, die einen zylindrischen Dämpferstift und einen polygonalen Dämpferstift enthalten, verwendet werden, eine ausreichender Vibrationsenergieabführwirkung erreicht werden kann, während das Risiko des Blockierens unterbunden wird.
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Figurenliste
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Die oben beschriebenen und weitere Aspekte werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher werden. Es zeigen:
- 1 eine Querschnittsansicht, die eine schematische Struktur einer Gasturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 2 eine perspektivische Ansicht, die eine Turbinenschaufel darstellt;
- 3 eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Dämpferstift in einem Dämpferschlitz, der zwischen benachbarten Turbinenschaufeln gebildet ist, installiert ist;
- 4 eine Ansicht, die eine Dämpfungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 5 eine Ansicht, die eine Dämpfungsvorrichtung gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 6 eine Ansicht, die einen zylindrischen Dämpferstift gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt;
- 7A und 7B Schnittansichten des zylindrischen Dämpferstifts von 6, die in einer zur Längsrichtung senkrechten Richtung geschnitten sind; und
- 8A, 8B und 8C Ansichten, die einen Zustand darstellen, in dem der zylindrische Dämpferstift von 6 eine konstante Lage behält, ohne sich während des Betriebs der Gasturbine in einem Dämpferschlitz zu drehen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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An den Ausführungsformen der Offenbarung können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden und es können verschiedene Typen von Ausführungsformen vorliegen. Deshalb werden bestimmte Ausführungsformen in Zeichnungen dargestellt werden und die Ausführungsformen werden in der Beschreibung genau beschrieben werden. Allerdgins ist festzuhalten, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht zum Beschränken des Umfangs der Offenbarung auf eine bestimmte Ausführungsform dienen, sondern derart interpretiert werden sollen, dass sie alle Änderungen, Entsprechungen oder Alternativen der Ausführungsformen, die in den Ideen und den technischen Anwendungsbereichen, die hier offenbart werden, enthalten. Währenddessen wird, falls bestimmt wird, dass eine genaue Erklärung verwandter bekannter Technologien den Hauptinhalt der Offenbarung beim Beschreiben der Ausführungsformen unnötigerweise verwirren kann, die genaue Erklärung unterlassen.
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Hier verwendete Begriffe dienen lediglich zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und sind nicht dafür vorgesehen, den Umfang der Offenbarung zu beschränken. Wie hier verwendet ist beabsichtigt, dass die Einzahlformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ die Mehrzahlformen ebenfalls enthalten, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes andeutet. Ferner sollen Begriffe wie z. B. „umfassen“, „enthalten“ oder haben/hat ausgelegt werden, als ob sie bezeichnen, dass solche Merkmale, Zahlen, Bereiche, Schritte, Vorgänge, Elemente, Teile und/oder eine Kombination davon in der Spezifikation vorliegen, nicht um das Vorliegen oder die Möglichkeit des Hinzufügens eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Zahlen, Bereiche, Schritte, Vorgänge, Elemente, Teile und/oder Kombinationen davon auszuschließen.
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Ferner können Begriffe wie z. B. „erster“, „zweiter“ usw. verwendet werden, um eine Vielzahl von Elementen zu beschreiben, jedoch sollten die Elemente durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden. Die Begriffe werden schlichtweg verwendet, um ein Element von weiteren Elementen zu unterscheiden. Die Verwendung derartiger Ordnungszahlen soll nicht als die Bedeutung des Begriffs einschränkend ausgelegt werden. Zum Beispiel sollen die Komponenten, die mit einer derartigen Ordnungszahl verbunden sind, nicht in der Verwendungsreihenfolge, der Anordnungsreihenfolge oder dergleichen eingeschränkt werden. Wenn nötig kann jede Ordnungszahl austauschbar verwendet werden.
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genau beschrieben. Um die Offenbarung in den Zeichnungen klar darzustellen, können einige der Elemente, die für das vollständige Verständnis der Offenbarung nicht wesentlich sind, ausgelassen werden und ähnliche Bezugszeichen beziehen sich überall in der Spezifikation auf ähnliche Elemente.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Struktur einer Gasturbine gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt.
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Unter Bezugnahme auf 1 enthält eine Gasturbine 100 ein Gehäuse 102 und einen Diffusor 106, der auf einer Rückseite des Gehäuses 102 angeordnet ist und durch den ein Verbrennungsgas, das eine Turbine durchläuft, abgeführt wird. Eine Verbrennungsvorrichtung 104 ist vor dem Diffusor 106 angeordnet, um die verdichtete Luft aufzunehmen und zu verbrennen.
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Auf der Grundlage der Richtung des Luftdurchflusses befindet sich ein Verdichterabschnitt 110 auf einer stromaufwärts gelegenen Seite des Gehäuses 102 und ein Turbinenabschnitt 120 befindet sich auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Gehäuses 102. Ein Torsionsrohr 130 ist als ein Drehmomentübertragungselement zwischen dem Verdichterabschnitt 110 und dem Turbinenabschnitt 120 angeordnet, um das Drehmoment, das im Turbinenabschnitt 120 erzeugt wird, zum Verdichterabschnitt 110 zu übertragen.
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Der Verdichterabschnitt 110 enthält mehrere Verdichterrotorscheiben 140, die durch eine Zugstange 150 befestigt sind, um ihre axiale Trennung zu verhindern.
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Zum Beispiel sind die Verdichterrotorscheiben 140 axial angeordnet, wobei die Zugstange 150 im Wesentlichen durch ihren Mittelabschnitt verläuft. Hier sind benachbarte Verdichterrotorscheiben 140 derart angeordnet, dass ihre gegenüberliegenden Oberflächen durch die Zugstange 150 zusammengedrückt werden und sich nicht gegeneinander drehen.
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Mehrere Verdichterschaufeln 144 sind an eine Außenumfangsfläche der Verdichterrotorscheibe 140 radial gekoppelt. Jede der Verdichterschaufeln 144 besitzt einen Wurzelabschnitt 146, der an der Verdichterrotorscheibe 140 befestigt ist.
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Mehrere Verdichterflügel, die am Gehäuse 102 angebracht sind, sind jeweils zwischen den Verdichterrotorscheiben 140 positioniert. Während die Verdichterrotorscheiben 140 sich gemeinsam mit einer Drehung der Zugstange 150 drehen, drehen sich die Verdichterflügel, die am Gehäuse 102 befestigt sind, nicht. Die Verdichterflügel leiten die verdichtete Luft, die von Verdichterschaufeln 144 einer vorderen Stufe bewegt wird, zu Verdichterschaufeln 144 einer hinteren Stufe.
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Das Befestigungsverfahren des Wurzelabschnitts 146 kann einen Tangentialtyp und einen Axialtyp enthalten. Diese können gemäß der erforderlichen Struktur der gewerblichen Gastrubringe gewählt werden und können eine allgemein bekannte Schwalbenschwanz- oder Tannenbaumform besitzen. In einigen Fällen ist es möglich, die Verdichterschaufeln unter Verwendung weiterer Verbindungselemente wie z. B. Keile oder Bolzen zusätzlich zur oben beschriebenen Befestigungsform an der Verdichterrotorscheibe zu befestigen.
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Die Zugstange 150 ist derart ausgelegt, dass sie durch die Mitte der Verdichterrotorscheiben 140 verläuft, derart, dass ihr eines Ende in der Verdichterrotorscheibe, die sich auf der am weitesten stromaufwärts liegenden Seite befindet, befestigt ist und ihr anderes Ende im Torsionsrohr 130 befestigt ist.
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Es versteht sich, dass die Form der Zugstange 150 nicht auf das Beispiel, das in 1 gezeigt ist, begrenzt sein muss und gemäß einer oder mehreren weiteren beispielhaften Ausführungsformen geändert werden oder variieren kann. Zum Beispiel kann eine Zugstange eine Form besitzen, die durch einen zentralen Abschnitt der Verdichterrotorscheibe verläuft, können mehrere Zugstangen in einer umlaufenden Weise angeordnet sein oder kann eine Kombination davon verwendet werden.
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Außerdem kann der Verdichterabschnitt 110 einen Flügel enthalten, der als ein Führungselement bei der nächsten Position des Diffusors 106 dient, um einen Strömungswinkel eines druckbeaufschlagten Fluids, das in einen Verbrennungsvorrichtungseinlass eintritt, zu einem vorgesehenen Strömungswinkel anzupassen. Der Flügel wird als ein Entwirbler bezeichnet.
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Die Verbrennungsvorrichtung 104 mischt die eingeleitete verdichtete Luft mit Brennstoff und verbrennt das Luft/Brennstoff-Gemisch, um ein Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas zu erzeugen. Die Verbrennungsvorrichtung 104 erhöht die Temperatur des Verbrennungsgases zu einer Temperatur, bei der die Verbrennungsvorrichtung und Komponenten der Turbine der Hitze in einem isobaren Verbrennungsvorgang widerstehen können.
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Die Verbrennungsvorrichtung 104 besteht aus mehreren Verbrennungsvorrichtungen, die in Form einer Zelle in einem Gehäuse angeordnet sind, und enthält einen Brenner, der eine Brennstoffeinspritzdüse und dergleichen besitzt, eine Verbrennungsvorrichtungsauskleidung, die eine Brennkammer bildet, und ein Übergangsstück, dass eine Verbindung zwischen der Verbrennungsvorrichtung und der Turbine ist.
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Die Verbrennungsvorrichtungsauskleidung schafft einen Verbrennungsraum, in dem der Brennstoff, der durch die Brennstoffdüse eingespritzt wird, mit der verdichteten Luft, die vom Verdichter zugeführt wird, gemischt wird und das Brennstoff/Luft-Gemisch verbrannt wird. Die Verbrennungsvorrichtungsauskleidung kann einen Flammenbehälter, der den Verbrennungsraum schafft, in dem das Brennstoff/Luft-Gemisch verbrannt wird, und eine Strömungshülse, die einen ringförmigen Raum bildet, der den Flammenbehälter umgibt, enthalten. Die Brennstoffdüse ist an eine Stirnseite der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung gekoppelt und eine Zündvorrichtung ist an eine Seitenwand der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung gekoppelt.
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Das Übergangsstück ist mit einer Rückseite der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung verbunden, um das Verbrennungsgas zum Turbinenabschnitt zu übertragen. Eine Außenwand des Übergangsstücks wird durch die verdichtete Luft, die vom Verdichter zugeführt wird, gekühlt, um einen thermischen Bruch aufgrund des Hochtemperaturverbrennungsgases zu verhindern.
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Zu diesem Zweck ist das Übergangsstück mit Kühlöffnungen versehen, durch die verdichtete Luft eingespeist wird, und die verdichtete Luft kühlt den Innenraum des Übergangsstücks und strömt zur Verbrennungsvorrichtungsauskleidung.
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Die verdichtete Luft, die das Übergangsstück gekühlt hat, strömt in einen ringförmigen Raum der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung und wird von außerhalb einer Strömungshülse durch Kühlöffnungen, die in der Strömungshülse vorgesehen sind, als eine Kühlluft einer Außenwand der Verbrennungsvorrichtungsauskleidung zugeführt, um mit der Kühlluft zu kollidieren.
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Das Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas, das von der Verbrennungsvorrichtung 104 ausgegeben wird, wird dem Turbinenabschnitt 120 zugeführt. Das zugeführte Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas dehnt sich aus und übt eine Reaktionskraft aus, um Turbinenschaufeln der Turbine zu drehen, um ein Drehmoment zu bewirken, das dann über das Torsionsrohr 130 zum Verdichterabschnitt 110 übertragen wird. Hier wird Leistung, die die Leistung, die zum Antreiben des Verdichterabschnitts 110 erforderlich ist, überschreitet, verwendet, um einen Generator oder dergleichen anzutreiben. Der Turbinenabschnitt 120 ist dem Verdichterabschnitt 110 strukturell im Wesentlichen ähnlich. Das heißt, dass der Turbinenabschnitt 120 mehrere Turbinenrotorscheiben 180 enthalten kann, die den Verdichterrotorscheiben 140 des Verdichterabschnitts 110 ähnlich sind, und die Turbinenrotorscheibe 180 mehrere Turbinenschaufeln 184 enthalten kann, die radial angeordnet sind. Zum Beispiel kann die Turbinenschaufel 184 in einer Schwalbenschwanzkopplungsweise an die Turbinenrotorscheibe 180 gekoppelt sein. Zwischen den Turbinenschaufeln 184 der Turbinenrotorscheibe 180 ist ein Flügel, der am Gehäuse 102 befestigt ist, vorgesehen, um eine Strömungsrichtung des Verbrennungsgases, das die Turbinenschaufeln 184 durchläuft, zu erzeugen.
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2 ist eine Ansicht, die eine erste Turbinenschaufel 184 in einer Richtung, in der ein erster Schlitz gezeigt ist, darstellt. Die erste Turbinenschaufel 184 besitzt einen verlängerten Schaufelteil (d. h. Schaufelblatt) 185, der von einer Plattform 186 nach oben verläuft, derart, dass der Schaufelteil 185 eine hydrodynamische Kraft vom Verbrennungsgas aufnimmt. Der erste Schlitz 190 ist unter der Plattform 186 gebildet und ein Schaft 187 zum Bereitstellen eines Strömungsraums zum Kühlen von Luft und ein Wurzelteil (d.h. Schwalbenschwanzteil 188), der mit einer Umfangsfläche der Turbinenrotorscheibe 180 verbunden ist, sind nacheinander unter der Plattform 186 vorgesehen.
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3 ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem ein Dämpferstift in einem Dämpferschlitz, der zwischen benachbarten Turbinenschaufeln gebildet ist, installiert ist. Unter Bezugnahme auf 2 und 3 ist der erste Schlitz 190 unter der Plattform 186 der erste Turbinenschaufel 184 in der Axialrichtung AX der Gasturbine gebildet und ist ein zweiter Schlitz 190' unter der Plattform 186 einer zweiten Turbinenschaufel 184', die der ersten Turbinenschaufel 184 auf der Turbinenrotorscheibe 180 in Umfangsrichtung benachbart ist, gebildet, derart, dass der zweite Schlitz 190' dem ersten Schlitz 190 zugewandt ist. Der erste und der zweite Schlitz 190 und 190' die unter entsprechenden Plattformen 186 der benachbarten ersten und zweiten Turbinenschaufeln 184 und 184' einander zugewandt sind, sind in der Axialrichtung AX angeordnet, um einen einzelnen einteiligen Dämpferschlitz 195 zu bilden, in dem ein Dämpferstift 200 eingesetzt ist. Der Dämpferschlitz 195 und der Dämpferstift 200 bilden eine einzelne Dämpfungsvorrichtung, in der aufgrund der Vibration der ersten und der zweiten Turbinenschaufel 184 und 184' Reibung zwischen dem Dämpferstift 200 und einer Innenumfangsfläche des Dämpferschlitzes 195 verursacht wird, derart, dass die Vibrationsenergie der ersten und der zweiten Turbinenschaufel 184 und 184' durch die Reibung absorbiert wird.
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4 und 5 stellen Dämpfungsvorrichtungen gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen in Schnittansichten, die entlang eines Schnittes senkrecht zur Axialrichtung AX genommen wurden, dar. Hier stellt 4 eine beispielhafte Ausführungsform dar, in der ein zylindrischer Dämpferstift 200' verwendet wird, und 5 stellt eine beispielhafte Ausführungsform dar, in der ein polygonaler Dämpferstift 200" verwendet wird, wohingegen der Dämpferschlitz 195 in beiden beispielhaften Ausführungsformen dieselbe Form besitzt.
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In der Geometrie des Dämpferschlitzes 195 und des Dämpferstifts 200 steht der Dämpferstift 200, der in den ersten Schlitz 190 eng eingepasst ist, aus einem offenen Eingang des ersten Schlitzes 190 vor. Das heißt, dass der erste Schlitz 190 derart gebildet ist, dass er eine flache Tiefe aufweist, die nicht die gesamte Breite des Dämpferstifts 200 aufnimmt. Eine Höhe des Dämpferstifts 200, die aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes 190 vorsteht, weist die Einschränkung auf, dass die Höhe kleiner als ein Spaltabstand S zwischen den benachbarten ersten und zweiten Turbinenschaufeln 184 und 184' sein soll.
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Wie oben beschrieben wurde ist es in Bezug auf die Abdichtfähigkeit vorteilhafter, dass der Raum des Dämpferschlitzes 195 (d. h. proportional zur Tiefe der Querschnittsfläche) eine kleinere Größe besitzt. Im einer Dämpfungsstruktur des verwandten Gebiets ist der erste Schlitz derart gebildet, dass er tief genug ist, den gesamten Dämpferstift in sich aufzunehmen, derart, dass der Dämpferstift nicht aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes vorsteht. Dies erhöht den Totraum, was hinsichtlich der Abdichtfähigkeit der Turbinenschaufel vorteilhaft ist. Im Gegensatz ist gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen die Abdichtfähigkeit gegenüber der Struktur des verwandten Gebiets verbessert, weil der erste Schlitz 190 derart gebildet ist, dass er eine flache Tiefe besitzt, derart, dass der Dämpferstift 200 aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes 190 vorsteht.
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Hier ist die Höhe des Dämpferstifts 200, die aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes 190 vorsteht, kleiner als der Spaltabstand S zwischen den benachbarten ersten und zweiten Turbinenschaufeln 184 und 184'. Dies erfolgt, um eine einfache Montage sicherzustellen. Somit beeinträchtigt der vorstehende Dämpferstift 200 die Montage der zweiten Turbinenschaufel 184' selbst dann nicht, wenn die die zweite Turbinenschaufel 184' durch Koppeln des Wurzelteils 188 an die Turbinenrotorscheibe 180 in der Axialrichtung AX auf die Turbinenrotorschreibe 180 montiert wird, nachdem der Dämpferstift 200 zunächst im ersten Schlitz 190 der ersten Turbinenschaufel 184 angeordnet worden ist. Wenn die zweite Turbinenschaufel 184' montiert wird, wird der Dämpferstift 200 vorübergehend im ersten Schlitz 190 befestigt, und wenn sich die Gasturbine dreht, wird der Befestigungszustand aufgrund einer Vibration und/oder einer Zentrifugalkraft gelöst, derart, dass der Dämpferstift 200 in den Dämpferschlitz 195 bewegt wird.
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Unter Bezugnahme auf 4 wird ein zylindrischer Dämpferstift 200' als ein Dämpferstift 200 verwendet. Der Durchmesser d des zylindrischen Dämpferstifts 200' ist größer als die Tiefe des ersten Schlitzes 190, derart, dass ein Abschnitt des zylindrischen Dämpferstifts 200' aus dem offenen Eingang des ersten Schlitzes 190 vorsteht. Die vorstehende Höhe des zylindrischen Dämpferstifts 200' ist kleiner als der Spaltabstand S zwischen der ersten und der zweiten Turbinenschaufel 184 und 184'.
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Wenn der Dämpferschlitz 195 in einem Schnitt senkrecht zur Axialrichtung AX betrachtet wird, wie in 4 dargestellt ist, ist der Durchmesser d des zylindrischen Dämpferstifts 200' kleiner als ein Durchmesser D eines Inkreises in einem Aufnahmeraum, der durch den Dämpferschlitz 195 gebildet ist. Mit anderen Worten kann sich der zylindrische Dämpferstift 200' im Dämpferschlitz 195 frei drehen sowie bewegen. Der frei bewegliche und drehbare Zustand des zylindrischen Dämpferstifts 200' im Dämpferschlitz 195 verhindert, dass der zylindrische Dämpferstift 200' zwischen der ersten und der zweiten Turbinenschaufel 184 und 184' blockiert wird.
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Wie in 5 gezeigt ist, wird ein polygonaler Dämpferstift 200" als ein Dämpferstift 200 verwendet. Der polygonale Dämpferstift 200" kann ein Dämpferstift 200" sein, der einen polygonale oder einen ähnlichen Querschnitt mit einigen Seiten und Kanten besitzt. Ebenso ist, wenn der polygonale Dämpferstift 200" in den ersten Schlitz 190 eingesetzt ist, derart, dass sich mindestens zwei Seiten des polygonalen Dämpferstifts 200" im ersten Schlitz 190 befinden, die vorstehende Höhe des polygonalen Dämpferstifts 200" kleiner als der Spaltabstand S zwischen der ersten und der zweiten Turbinenschaufel 184 und 184' ist.
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Im Vergleich zum zylindrischen Dämpferstift 200' besitzt der polygonale Dämpferstift 200" einen wesentlich größeren Kontaktbereich mit der Deckfläche des Dämpferschlitzes 195, derart, dass der Effekt des Abführens der Vibrationsenergie aufgrund der Reibungswirkung wesentlich besser ist. Andererseits weist der polygonale Dämpferstift 200" aufgrund der Form mit einigen Seiten und Kanten ein höheres Blockierrisiko als der zylindrische Dämpferstift 200' auf.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist, um das Blockierrisiko des polygonalen Dämpferstifts 200" zu verringern, die maximale Breite W des polygonalen Dämpferstifts 200" derart gebildet, dass sie größer ist, als der Durchmesser D eines Inkreises im Aufnahmeraum, der durch den Dämpferschlitz 195 definiert ist, wenn er in einem Schnitt senkrecht zur Axialrichtung AX betrachtet wird. Die maximale Breite W des polygonalen Dämpferstifts 200" kann die Länge der längsten Diagonale der Linien, die die Ecken des polygonalen Dämpferstifts 200" verbinden, sein, d. h. die dickste Dicke des polygonalen Dämpferstifts 200".
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Weil die maximale Breite des polygonalen Dämpferstifts 200" größer als der Durchmesser D des Inkreises des Aufnahmeraums des Dämpferschlitzes 195 ist, kann sich der polygonale Dämpferstift 200" im Dämpferschlitz 195 nicht frei drehen und wird deshalb durch eine Zentrifugalkraft in einem sehr kleinen Drehbereich, der dem polygonalen Dämpferstift 200", der anfänglich im ersten Schlitz 190 angeordnet ist, ermöglicht, sich etwas in den Dämpferschlitz 195 zu bewegen, in engen Kontakt mit der Deckfläche des Dämpferschlitzes 195 gebracht. Auf diese Weise wird die Drehungs- und Lageänderung des polygonalen Dämpferstifts 200" beschränkt, derart, dass das Blockierrisiko stark verringert wird.
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Jede der Deckflächen des ersten Schlitzes 190 und des zweiten Schlitzes 190', mit denen der Dämpferstift 200 durch die Zentrifugalkraft in Kontakt gebracht wird, kann eine geneigte Fläche bilden, die zur Richtung der Zentrifugalkraft geneigt ist. Die Deckfläche des Dämpferschlitzes 195 ist in einer Richtung, in der die Zentrifugalkraft ausgeübt wird, versenkt, derart, dass ein stabiler Kontakt des Dämpferstifts 200 erreicht wird.
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Andererseits wird die Vibrationsenergieabführwirkung verschlechtert, weil der zylindrische Dämpferstift 200' derart geformt ist, dass er sich frei bewegen kann. Das heißt, ein Teil der Vibrationsenergie wird nicht in die Reibungswirkung umgesetzt, sondern in die Drehbewegung des zylindrischen Dämpferstifts 200', derart, dass eine ausreichende Vibrationsenergieabfuhr nicht erzielt werden kann. Die beispielhafte Ausführungsform schafft eine Lösung der Nachteile des zylindrischen Dämpferstifts 200' und ihre Konfigurationen sind in 6 bis 8 dargestellt.
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6 ist eine Ansicht, die einen zylindrischen Dämpferstift gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 6 wird der zylindrische Dämpferstift 200' charakterisiert, wobei dann, wenn eine kreisförmiger Schnitt des zylindrischen Dämpferstifts 200' senkrecht zur Längsrichtung auf der Grundlage des Durchmessers als eine Bezugslinie in einen ersten und einen zweiten halbreisförmigen Bereich 210 und 220 unterteilt wird, die spezifische Dichte des ersten halbkreisförmigen Bereichs 210 geringer als die des zweiten halbkreisförmigen 220 ist, derart, dass der Schwerpunkt des zylindrischen Dämpferstifts 200' zum zweiten halbkreisförmigen Bereich 220 exzentrisch ist.
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Um den Verlust von Reibungsfläche zu beseitigen und das Blockierrisiko zu verringern, kann der zylindrische Dämpferstift 200' einen einheitlichen kreisförmigen Querschnitt über die gesamte Länge des zylindrischen Dämpferstifts 200' aufweisen. Somit schafft die beispielhafte Ausführungsform eine exzentrische Struktur in der Mitte des Schwerpunkts über eine Neukonfiguration der Innenstruktur des zylindrischen Dämpferstifts 200'.
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Zu diesem Zweck ist der erste halbkreisförmige Bereich 210 mit einer Region 230 mit geringer spezifischer Dichte versehen, die eine Dichte besitzt, die niedriger als die des Materials des zylindrischen Dämpferstifts 200' ist. Mit anderen Worten wird durch Bilden einer Region 230 mit geringer spezifischer Dichte, die eine geringe Dichte (d. h. spezifische Dichte) besitzt, in mindestens einem Teil des ersten halbkreisförmigen Bereichs 210 die gesamte spezifische Dichte des ersten halbkreisförmigen Bereichs 210 niedriger eingestellt, als die des zweiten halbkreisförmigen Bereichs 220, derart, dass sich der Schwerpunkt des zylindrischen Dämpferstifts 200' als Ganzes zum zweiten halbkreisförmigen Bereich 220 auf dem kreisförmigen Querschnitt bewegt. Deshalb stimmen das Zentrum des kreisförmigen Querschnitts und der Schwerpunkt des zylindrischen Dämpferstifts 200' nicht miteinander überein und somit ist der Schwerpunkt zum zweiten halbkreisförmigen Bereich 220 exzentrisch.
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8A, 8B und 8C sind Ansichten, die einen Zustand darstellen, in dem der zylindrische Dämpferstift 200' gemäß der beispielhaften Ausführungsform sich während des Betriebs der Gasturbine im Dämpferschlitz 195 nicht dreht, sondern eine konstante Lage behält.
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8A stellt einen Zustand dar, in dem die Gasturbine nicht betrieben wird, und der zylindrische Dämpferstift 200' wird auf die Bodenfläche des Dämpferschlitzes 195 als eine beliebige Stellung gelegt. In diesem Zustand wird, wenn die Gasturbine arbeitet, um die Turbinenschaufel 184 bei einer vorgegebenen Drehzahl oder mehr zu drehen, wie in 8B dargestellt ist, der zylindrische Dämpferstift 200' aufgrund der Zentrifugalkraft CF in engen Kontakt mit der konkaven Deckfläche des Dämpferschlitzes 195 gebracht. Im Zustand von 8B wird der zylindrische Dämpferstift 200' einer starken Reibung mit der Oberfläche des Dämpferschlitzes 195 unterzogen, während er der Zentrifugalkraft CF ausgesetzt ist, wodurch Vibrationsenergie abgeführt wird.
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Der Betrag der Zentrifugalkraft CF ist zum Gewicht eines Gegenstands proportional. Weil der zylindrische Dämpfungsstift 200' eine größere spezifische Dichte im zweiten halbkreisförmigen Bereich 220 als im ersten halbkreisförmigen Bereich 210 besitzt, besitzt die Zentrifugalkraft CF, die auf den zweiten halbkreisförmigen Bereich 220 ausgeübt wird, einen relativ größeren Betrag, als die, die auf den ersten halbkreisförmigen Bereich 210 ausgeübt wird. Dementsprechend unterliegt der zylindrische Dämpferstift 200' einer Kraft, mit der der zweite halbkreisförmige Bereich 220, der eine größere spezifische Dichte besitzt, außerhalb der Zentrifugalkraft CF (d. h. radial außerhalb, in der Zeichnung aufwärts) positioniert wird. Weil die Vibration zum zylindrischen Dämpferstift 200' übertragen wird, nimmt der zylindrische Dämpferstift 200' die Zentrifugalkraft CF auf, während er in Schwingungen versetzt wird, derart, dass der zylindrische Dämpferstift 200' sich etwas dreht, derart, dass der zweite halbkreisförmige Bereich 220 radial außerhalb positioniert ist. Ferner ist, wie in 8C dargestellt ist, der zylindrische Dämpferstift 200' in der Richtung positioniert, in der der Schwerpunkt des zylindrischen Dämpferstifts 200' und die Richtung der Zentrifugalkraft CF miteinander übereinstimmen, während der zweite halbkreisförmige Bereich 220 radial nach außen lokalisiert ist.
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Im Zustand von 8C ist der zylindrische Dämpferstift 200' einer Vibration ausgesetzt und wird somit nach und nach links und rechts gedreht. Wenn der zylindrische Dämpferstift 200' aus der Richtung, in der der Schwerpunkt des zylindrischen Dämpferstifts 200' mit der Richtung der Zentrifugalkraft CF übereinstimmt, versetzt ist, weil die Zentrifugalkraft in eine Richtung senkrecht zur Drehachse wirkt, ist eine Komponentenkraft, die derart wirkt, dass sie zum Zustand von 8C zurückkehrt, proportional zum Grad, um den der Schwerpunkt versetzt ist. Mit anderen Worten ist während des Betriebs der Gasturbine der Zustand von 8C auf den neutralen Zustand gesetzt und die Zentrifugalkraft CF, die auf den zylindrischen Dämpferstift 200', in dem der Schwerpunkt exzentrisch ist, ausgeübt wird, wirkt als eine Rückstellkraft RF, um zu neutralen Zustand zurückzukehren.
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Entsprechend kann gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen das nachteilige Merkmal des zylindrischen Dämpferstifts 200', der frei drehbar ist, zum vorteilhaften Merkmal des zylindrischen Dämpferstifts 200', der während des Betriebs der Gasturbine leicht zu einem vorgegebenen neutralen Zustand zurückkehrt, geändert werden. Somit dreht sich der zylindrische Dämpferstift 200' während des Betriebs der Gasturbine nicht häufig und die Abführwirkung von Vibrationsenergie aufgrund von Reibung nimmt zu.
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Die Region 230 mit geringer spezifischer Dichte kann im ersten halbkreisförmigen Bereich 210 durch Bilden eines hohlen Lochs in der Längsrichtung durch den ersten halbkreisförmigen Bereich 210 oder durch Füllen eines vordefinierten hohlen Lochs mit einem Material, das eine geringere Dichte als das des zylindrischen Dämpfungsstifts 200' besitzt, gebildet werden. Hier kann, wenn das Material, das in das hohle Loch gefüllt werden soll, geeignet gewählt wird, eine weitere Funktion zum zylindrischen Dämpfungsstift 200' hinzugefügt werden. Zum Beispiel kann die thermische Übertragungsleistung durch Füllen des hohlen Lochs mit einem leichten Kohlenstoffmaterial verbessert werden und der thermisch hochleitende zylindrische Dämpferstift 200' kann helfen, die Turbinenschaufel 184 zu kühlen.
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7A und 7B sind Schnittansichten des zylindrischen Dämpferstifts 200' gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen, die in einer Richtung senkrecht zur Längsachse genommen wurden. Der Bereich 230 mit geringer spezifischer Dichte kann in Form eines kreisförmigen Schnittes gebildet sein, wie in 7A dargestellt ist, oder in einer Form, die weitgehend in einer Hügelform verläuft, wie in 7B dargestellt ist. Allerdings ist bevorzugt, dass der Bereich 230 mit geringer spezifischer Dichte näher an der Umfangsfläche des zylindrischen Dämpferstifts 200' im ersten halbkreisförmigen Bereich 210 gebildet ist. Das heißt, dass der Bereich 230 mit geringer spezifischer Dichte, der einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, näher an der Umfangsfläche angeordnet sein kann, oder dass der Bereich 230 mit geringer spezifischer Dichte, der eine Hügelform besitzt, weitgehend zur Umfangsfläche angeordnet ist. Das heißt, weil die Zentrifugalkraft auf der Außenseite des zylindrischen Dämpfungsstifts 200' relativ stärker wirkt (d. h. der Betrag der Zentrifugalkraft ist zum Abstand von der Drehachse proportional), ist es vorteilhaft, dass die Umfangsflächenseite des ersten halbkreisförmigen Bereichs 210 leichter als der weitere Abschnitt ist, weil das die Wirkung der Zentrifugalkraft, die auf die Umfangsflächenseite des zweiten halbkreisförmigen Bereichs 220 wirkt, verstärkt.
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Während beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden sind, wird für Fachleute deutlich werden, dass verschiedene Änderungen der Form und von Details an ihnen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen. Deshalb soll die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen in einem beschreibenden Sinne ausgelegt werden und nicht, um den Umfang der Ansprüche zu beschränken, und viele Alternativen, Abwandlungen und Variationen werden für Fachleute deutlich werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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