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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Übergangsstück-Kühllöcher und bezieht sich insbesondere auf eine Technik, die wirksam auf eine Übergangsstück-Endrahmenstruktur angewendet wird.
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In einer Gasturbine zur Verwendung in einem allgemeinen Kraftwerk und einem allgemeinen mechanischen Antrieb wird Hochdruckluft, die von einem Luftverdichter eingeleitet wird, über einen Diffusor in eine Kabine eingeleitet und strömt in die Kabine, indem sie in einen Teil, der in einer Brennereinheit als Luft zur Verbrennung der Brennkammervorrichtung verwendet werden soll, und einen Teil, der zum Kühlen der Brennkammervorrichtung und eines Gasturbinenhauptkörpers verwendet werden soll, unterteilt wird.
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Verbrennungsgas, das durch eine Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemischs in der Brennkammervorrichtung erzeugt wird, wird über ein Übergangsstück in eine Turbinenschaufel eingeleitet. Eine Arbeitsbelastung, die erzeugt wird, wenn das Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas, das in die Turbinenschaufel eingeleitet wurde, sich adiabatisch ausdehnt, wird durch die Turbine zu einer Achsenrotationskraft umgewandelt, wodurch eine Leistung eines Generators erhalten wird.
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Zusätzlich existiert auch eine Anlage, die einen mechanischen Antriebverwendet und die die Gasturbine als eine Leistungsquelle zur Fluidkomprimierung durch Drehen eines weiteren Kompressors anstelle des Generators unter Verwendung dieser Achsenrotationskraft verwendet.
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Als eine Hintergrundtechnik in diesem technischen Gebiet existiert eine Technik, die z. B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP 2013 -
221 455 A offenbart ist. In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP 2013 -
221 455 A ist offenbart, dass „In einer Gasturbinen-Hochtemperaturkomponente, die einen Verbrennungsgasströmungskanal, den Verbrennungsgas durchströmt, definiert, die Gasturbinen-Hochtemperaturkomponente, in der eine Nut, die von einer Stirnseite vertieft ist, die einer weiteren Hochtemperaturkomponente, die ihr entlang des Verbrennungsgaskanals in einer Richtung weg von einer weiteren Hochtemperaturkomponente benachbart ist, zugewandt ist, und in einer Richtung verläuft, in der die Stirnseite verläuft, ein Kühlkanal, der in einem Bereich, der zwischen der Nut und dem Verbrennungsgaskanal eingeklemmt ist, in der Richtung verläuft, in der die Stirnseite verläuft, ein Einlasskanal, der die Nut mit dem Kühlkanal verbindet, und ein Auslasskanal, der den Kühlkanal mit dem Verbrennungsgasströmungskanal verbindet, gebildet sind“.
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Zusätzlich ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP 2007 -
120 504 A „Eine Brennkammervorrichtungskühlstruktur, die an einer Wand eines Brennkammervorrichtungsübergangsstücks einen Rand, der an einem Außenumfang des Brennkammervorrichtungsübergangsstücks, der sich an einem rückwärtigen Ende, das die Verbrennungsgasabgabeseite ist, befindet, vorgesehen ist und nach außen aus dem Brennkammervorrichtungsübergangsstück vorsteht, eine Übergangsstückdichtung, die eine Hakenform besitzt, die auf den Rand passt, ist durch Einpassen am Rand befestigt und ist bei einer Position vorgesehen, bei der sie einer Stirnseite des rückwärtigen Endes des Brennkammervorrichtungsübergangsstücks zugewandt ist, mehrere Kühlströmungsnuten, die derart vorgesehen sind, dass sie in einer Axialrichtung des Brennkammervorrichtungsübergangsstücks im Wandteil des Brennkammervorrichtungsübergangsstücks verlaufen, wovon mindestens einige zur Stirnseite des rückwärtigen Endes des Brennkammervorrichtungsübergangsstücks hinablaufen und in denen ein Kühlmedium strömt, und ein Durchgangsloch, das in der Stirnseite des rückwärtigen Endes des Brennkammervorrichtungsübergangsstücks vorgesehen ist und durch die das Kühlmedium aus den Kühlströmungsnuten abgegeben wird, die in der Form vorgesehen sind, in der sie nach unten zum rückwärtigen Ende des Brennkammervorrichtungsübergangsstücks durchdringen, und in denen das Kühlmedium, das durch das Durchgangsloch abgegeben wird, gegen die Übergangsstückdichtung geblasen wird, enthält“, offenbart. Weiterhin offenbart
JP 2011 -
74 924 A eine Gasturbine, die mit einer Brennkammer, die Verbrennungsgas aus dem Endrohrs bläst, und einer Turbine versehen ist, der das Verbrennungsgas aus dem Endrohrs zugeführt wird. Die Turbine umfasst Leitschaufeln und Leitschaufelblätter, wobei an einem stromabwärts gelegenen Endteil des Endrohrs eine Öffnung ausgebildet ist, um Kühlluft zu stromaufwärts gelegenen Endteilen der Leitschaufelblätter zu liefern, um wirksam zu verhindern, dass das Verbrennungsgas in den Spalt zwischen dem Endrohr und der Statorschaufelabdeckung eintritt.
JP 2020-60 119 A offenbart, dass in einer Gasturbinenbrennkammer, die ein Brennkammerendrohr zum Zuführen eines Verbrennungsgases zu einer Turbine aufweist und unter Beibehaltung eines Abstandes zwischen dem Brennkammerendrohr und einem Einlass der Turbine zusammengebaut ist, mehrere Löcher an einem Flansch ausgebildet sind, der mit einem Auslassabschnitt des Brennkammerendrohrs verbunden ist. US 2008 / 0 053 107 A1 offenbart eine Übergangsturbinendichtung zum Abdichten eines Spalts zwischen einem Auslass eines Gasturbinentriebwerksübergangs und mehrerer Leitschaufelsegmente der ersten Reihe, wobei die Übergangsturbinendichtung einen im Allgemeinen C-förmigen Abschnitt umfasst, der eine erste Eingriffsfläche in der Nähe des ersten, abgeflachten Abschnitts aufweist und einen gekrümmten Abschnitt umfasst, der sich zu einer zweiten Eingriffsfläche erstreckt, die um einen bestimmten Abstand von der ersten Eingriffsfläche entfernt ist, wobei der allgemein C-förmige Abschnitt so ausgelegt ist, dass er einen ausgewählten federbelasteten Gleiteingriff bereitstellt. Schließlich offenbart US 2012 / 0 210 720 A1 eine Verbrennerbaugruppe, die eine Verbrennerauskleidung, die eine Brennkammer darin definiert, und ein Übergangsstück umfasst, das einen vorderen Abschnitt, der an die Verbrennerauskleidung gekuppelt ist, und einen hinteren Abschnitt umfasst, der vom vorderen Abschnitt verläuft, wobei mehrere Kühldurchgänge vorgesehen sind, die von der stromaufwärtigen Oberfläche zur stromabwärtigen Oberfläche verlaufen, wobei ein Übergangsstückrahmen ferner zumindest einen dritten Kühldurchgang aufweist, der in einem dritten schiefen Winkel bezüglich einer Vorderkante und in gespiegelter Beziehung zu einem zumindest einen ersten Kühldurchgang ausgerichtet ist, wobei der dritte schiefe Winkel vom zweiten schiefen Winkel abweicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Da das Übergangsstück, das den Brenner der Brennkammervorrichtung mit der Turbinenschaufel verbindet, zum Hochtemperaturverbrennungsgas freigelegt ist, ist es nötig, das Übergangsstück unter Verwendung eines Teils von Kompressorauslassluft zu kühlen. Im Allgemeinen werden Strukturen wie z. B. eine Kühlstruktur mit einer dünnen Schicht, die das Übergangsstück mit einer dünnen Luftschicht, die durch Einspritzen eines Fluids über ein Kühlloch gebildet wird, schützt, eine Konvektionskühlstruktur, die eine Außenfläche des Übergangsstücks mit der Kompressorauslassluft kühlt und dadurch die Temperatur einer inneren Metalloberfläche des Übergangsstücks absenkt, usw. angewendet.
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Zusätzlich ist es, da die Turbinenschaufel auch zum Hochtemperaturverbrennungsgas freigelegt ist, nötig, eine Metalltemperatur durch eine Struktur zum Kühlen des Innenraums des Rotorblatts, die Kühlstruktur mit einer dünnen Schicht, usw. abzusenken.
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Allerdings tritt dann, wenn Kühlluft sowohl in der Brennkammervorrichtung als auch der Turbinenschaufel verwendet wird, ein derartiges Problem auf, dass ein lokales Brennstoff-Luft-Verhältnis (ein Brennstoff/Luft-Verhältnis) in der Brennereinheit aufgrund einer Verringerung des Gasturbinenwirkungsgrads und einer Verringerung der Luft, die zur Verbrennung verwendet wird, erhöht wird, die Verbrennungsgastemperatur steigt und auch die Metalltemperatur steigt. Ein lokaler Verbrennungsgastemperaturanstieg führt zu einem Anstieg einer Konzentration von NOx (Stickoxiden) in einem Abgas und der Metalltemperaturanstieg führt zu Verringerungen der Zuverlässigkeit und der Haltbarkeit von Hochtemperaturkomponenten
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In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP 2013 -
221 455 A , die oben beschrieben ist, zeigen sich, obwohl die Druckluft A mit einer Ecke einer Statorschaufelummantelung (einer Innenseitenummantelung 45) in Kontakt ist, keine Prallkühlungswirkungen hinsichtlich eines Aufprallwinkels von Kühlluft und es ist schwierig, die Statorschaufelummantelung (die Innenseitenummantelung 45) ausreichend zu kühlen. Zusätzlich ist ein Dichtungselement zwischen dem Übergangsstückendrahmen und dem Turbineneinlass angeordnet und die Kühllöcher sind im Dichtungselement gebildet.
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In der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
JP 2007 -
120 504 A , die oben beschrieben ist, ist, wie z. B. in
11C veranschaulicht ist, obwohl eine Kühlung eines Übergangsstückhauptkörpers 5 und einer Statorschaufelummantelung der ersten Stufe 16 berücksichtigt ist, im Allgemeinen eine Kühlung des Übergangsstückendrahmens, der am Auslassteil des Übergangsstücks installiert ist, nicht berücksichtigt.
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Entsprechend ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, Übergangsstück-Kühllöcher zu schaffen und eine NOx-Verringerung und eine Verbrennungsleistungsverbesserung zu ermöglichen, während der Übergangsstückendrahmen und die Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe wirksam gekühlt werden.
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Um die oben erwähnten Problem zu lösen, die vorliegende Erfindung durch die nachstehend beschriebene Konfiguration gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet. Besondere Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird es möglich, die Übergangsstück-Kühllöcher zu realisieren, die ermöglichen, die NOx-Verringerung und die Verbrennungsleistungsverbesserung zu erreichen, während der Übergangsstückendrahmen und die Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe wirksam gekühlt werden.
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Entsprechend wird es möglich, die Hochleistungs-Übergangsstück-Kühllöcher zu realisieren, die eine exzellente Zuverlässigkeit und Haltbarkeit aufweisen.
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Gegenstände, Konfigurationen und Wirkungen außer den oben Beschriebenen werden aus der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen deutlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer allgemeinen Gasturbine veranschaulicht;
- 2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer allgemeinen Brennkammervorrichtung veranschaulicht;
- 3 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 4 ist ein vergrößertes Diagramm, das ein Beispiel eines Bereichs B in 3 veranschaulicht;
- 5 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 6 ist ein Schnittdiagramm, das entlang einer Linie C-C' in 5 genommen wurde;
- 7 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 8 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung D-D' in 7 aufgenommen wurde;
- 9 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 10 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung E-E' eines Pfeils in 9 aufgenommen wurde;
- 11 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 12 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung F-F' eines Pfeils in 11 aufgenommen wurde;
- 13 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
- 14 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung G-G' eines Pfeils in 13 aufgenommen wurde; und
- 15 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer existierenden Übergangsstück-Endrahmenstruktur veranschaulicht.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen beschrieben. Im Übrigen sind in den jeweiligen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen denselben Bestandteilen zugewiesen und eine genaue Beschreibung überlappender Teile wird unterlassen.
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<Erste Ausführungsform>
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Zunächst werden Übergangsstück-Kühllöcher, die der Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, und die immer vorliegenden Probleme unter Bezugnahme auf 1, 2 und 15 beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer allgemeinen Gasturbine veranschaulicht. 2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer allgemeinen Brennkammervorrichtung veranschaulicht, wobei die Brennkammervorrichtung in Form einer Brennkammervorrichtung, die ein Übergangsstück 4 und ein Übergangsstückendrahmen 6 enthält, veranschaulicht ist. 15 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel einer existierenden Übergangsstück-Endrahmenstruktur veranschaulicht.
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Wie in 1 veranschaulicht ist, ist die Gasturbine grob durch einen Kompressor 1, eine Brennkammervorrichtung 2 und eine Turbine 3 konfiguriert. Der Kompressor 1 verdichtet Luft, die aus der Atmosphäre gesaugt wird, adiabatisch als ein Arbeitsfluid. Die Brennkammervorrichtung 2 verbrennt Brennstoff durch Mischen von Druckluft, die vom Kompressor 1 geliefert wird, mit dem Brennstoff und erzeugt dadurch Hochtemperatur- und Hochdruckverbrennungsgas. Dann wird in der Turbine 3, wenn sich das Verbrennungsgas, das von der Brennkammervorrichtung 2 eingeleitet wird, ausdehnt, eine Rotationskraft erzeugt. Luft, die von der Turbine 3 abgegeben wird, wird in die Atmosphäre freigegeben.
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Wie in 2 veranschaulicht ist, ist das Übergangsstück 4, das das Verbrennungsgas von der Brennkammervorrichtung 2 zur Turbine 3 leitet, zwischen der Brennkammervorrichtung 2 und der Turbine 3 (in einer Verbrennungsgasdurchflussrichtung 5) installiert. Eine Strömungshülse (die nicht veranschaulicht ist) ist um das Übergangsstück 4 installiert. Kühlluft, die vom Kompressor 1 abgegeben wird, wird zwischen der Strömungshülse und dem Übergangsstück 4 aufgenommen, die Kühlluft strömt entlang eines Kühlluftdurchgangs, der zwischen der Strömungshülse und dem Übergangsstück 4 gebildet ist, und dadurch wird das Übergangsstück 4 mit der Kühlluft gekühlt. Der Übergangsstückendrahmen 6, der ein Verstärkungselement ist, ist an einem Auslassteil auf der Seite der Turbine 3 des Übergangsstücks 4 installiert.
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Wie in 15 veranschaulicht ist, ist der vorhandene Übergangsstückendrahmen 6 derart angeordnet, dass er einer Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe (die im Allgemeinen als ein „Haltering“ bezeichnet wird) mit einer vorgegebenen Lücke, die dazwischen angeordnet ist, zugewandt ist, und der Übergangsstückendrahmen 6 und die Stirnwand 10 der ersten Stufe (der Haltering) sind in bzw. auf ein Dichtungselement 11, das die Kühlluft, die in die Lücke zugeführt wird, versiegelt, gepasst.
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Kühllöcher 26 und 28, die die Kühlluft, die zwischen der oben erwähnten Strömungshülse und dem Übergangsstück 4 strömt, teilweise aufnehmen, sind im Übergangsstückendrahmen 6 hergestellt und die Kühlluft strömt durch die Kühllöcher 26 und 28 in Strömungsrichtungen 27 und 29 und dadurch wird der Übergangsstückendrahmen 6 mit der Kühlluft gekühlt.
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Die Kühllöcher 26 und 28, die in diesem Übergangsstückendrahmen 6 hergestellt sind, werden zum Zweck des Kühlens des Übergangsstückendrahmens 6 von der Außenumfangsseite des Übergangsstücks 4 (dem Übergangsstückendrahmen 6) zu einer Gaspfadfläche (einer Verbrennungsgasdurchflussfläche), die sich auf der Innenumfangsseite des Übergangsstücks 4 befindet, durch den Übergangsstückendrahmen 6 gebohrt.
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Andererseits wird die Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe gekühlt, um eine Verringerung der Metalltemperatur mit Hilfe eines Kühlschlitzes (der nicht veranschaulicht ist), der in der Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10 gebildet ist, zu begünstigen. Es ist nötig, die Kühlluft auch zum Kühlschlitz zu liefern, und dadurch wird eine Verringerung des Wirkungsgrads der gesamten Gasturbine induziert.
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Dann wird eine Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. 3 ist ein vergrößertes Diagramm eines Bereichs A in 2 und ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel der Übergangsstück-Endrahmenstruktur in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 4 ist ein vergrößertes Diagramm eines Bereichs B in 3.
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Wie in 3 und 4 veranschaulicht ist, enthalten in der ersten Ausführungsform die Übergangsstück-Kühllöcher das Übergangsstück 4, das das Verbrennungsgas von der Brennkammervorrichtung 2 zur Turbine 3 leitet, den Übergangsstückendrahmen 6, der am Auslassteil auf der Seite der Turbine 3 des Übergangsstücks 4 angeordnet ist und derart ausgelegt ist, dass er der Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe der Turbine 3 mit der vorgegebenen Lücke, die dazwischen angeordnet ist, zugewandt ist, und das Dichtungselement 11, das auf den Übergangsstückendrahmen 6 gepasst ist bzw. in die Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe eingepasst ist, um dadurch die Kühlluft, die in die vorgegebene Lücke zugeführt wird, zu kühlen.
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Ein Kühlloch 12, durch das Kühlluft zur Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe direkt geliefert wird, ist im Übergangsstückendrahmen 6 derart hergestellt, dass es durch seine Innenseite verläuft. Die Kühlluft strömt in einer Strömungsrichtung 13 in das Kühlloch 12 und dadurch wird der Übergangsstückendrahmen 6 mit der Kühlluft von innerhalb gekühlt und auch die Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe wird mit der Kühlluft gekühlt.
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In der ersten Ausführungsform sind die Übergangsstück-Kühllöcher konfiguriert, wie oben beschrieben ist, und deshalb wird es möglich, die Menge der Kühlluft, die verwendet wird, um Hochtemperaturkomponenten zu kühlen, zu verringern, während sowohl der Übergangsstückendrahmen 6 und die Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe wirksam gekühlt werden, als auch einen lokalen Temperaturanstieg des Verbrennungsgases, der durch eine Verringerung der Luftmenge, die zur Verbrennung verwendet wird, induziert wird, niederzuhalten. Dadurch wird es möglich, eine Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Haltbarkeit, die NOx-Verringerung und die Verbrennungsleistungsverbesserung der Gasturbine zu begünstigen.
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Im Übrigen ist es, wie in 4 veranschaulicht ist, wünschenswert, dass das Kühlloch 12 derart hergestellt ist, dass es einen vorgegebenen Neigungswinkel in Bezug auf die Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 besitzt, um die Kühlluft direkt zu einem geneigten Innenumfangsseitenteil der Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10 zu liefern. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der geneigte Innenumfangsseitenteil der Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe verdünnt wird, weshalb eine Hochtemperaturoxidationsverdünnung, die mit dem Hochtemperaturverbrennungsgas induziert wird, ein Wärmebeanspruchungsbrechen usw. auftreten könnten. Zusätzlich wird es möglich, nicht nur die Wirkung einer Filmkühlung, sondern auch die Wirkung einer Prallkühlung zu erhalten, und es wird möglich, den Kühlwirkungsgrad zu erhöhen.
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[Zweite Ausführungsform]
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Eine Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben. 5 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel der Übergangsstück-Endrahmenstruktur in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, und die Oberseite bzw. die Unterseite des Übergangsstücks 4 sind in 5 veranschaulicht. 6 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel von nahezu einem halben Bereich eines C-C'-Schnitts in 5 veranschaulicht.
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Wie in 5 veranschaulicht ist, sind in der zweiten Ausführungsform die Übergangsstück-Kühllöcher derart konfiguriert, dass ein Neigungswinkel eines Kühllochs 12, das in einem Innenteil des Übergangsstückendrahmens 6, der sich auf der Oberseite des Übergangsstücks 4 in Bezug auf die Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 befindet, gebildet ist, von einem Neigungswinkel eines weiteren Kühllochs 12, das in einem Innenteil des Übergangsstückendrahmens 6, der sich auf der Unterseite des Übergangsstücks 4 in Bezug auf die Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 befindet, gebildet ist, verschieden gebildet ist.
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Es wird möglich, die Kühlluft zu jeweils wünschenswerten Teilen der Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe auf der Oberseite und der Unterseite des Übergangsstücks 4, z. B. zu Teilen, die mit Leichtigkeit eine hohe Temperatur erreichen, direkt zu liefern, insbesondere indem die Neigungswinkel der Kühllöcher 12, die in den Innenteilen des Übergangsstückendrahmens 6 hergestellt sind und sich auf der Oberseite und der Unterseite des Übergangsstücks 4 befinden, in Bezug auf die Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 auf diese Weise verschieden voneinander gestaltet werden.
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Zusätzlich kann das Kühlloch 12, das im Innenteil des Übergangsstückendrahmens 6, der sich auf der Oberseite des Übergangsstücks 4 befindet, gebildet ist, konfiguriert sein, die Kühlluft direkt zum geneigten Innenumfangsseitenteil der Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe zu liefern, und kann das Kühlloch 12, das im Innenteil des Übergangsstückendrahmens 6, der sich auf der Unterseite des Übergangsstücks 4 befindet, hergestellt ist, konfiguriert sein, die Kühlluft zu einem vorderen Innenumfangsseitenende der Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10 direkt zu liefern.
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Im Übrigen ist es, wie in 6 veranschaulicht ist, wünschenswert, die Kühllöcher 12, die in den Innenteilen des Übergangsstückendrahmens 6, der sich auf der Oberseite des Übergangsstücks 4 befindet, hergestellt sind, derart anzuordnen, dass ein Verhältnis (ihr Anordnungsabstand P / ihr Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands zum Lochdurchmesser der Kühllöcher 12, die in der Nähe des Mittelteils des Übergangsstückendrahmens 6 angeordnet sind, kleiner ist als ein Verhältnis (ihr Anordnungsabstand P / ihr Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands zum Lochdurchmesser der Kühllöcher 12, die in der Nähe von Umfangsteilen des Übergangsstückendrahmens 6 in einer Richtung, die zur Verbrennungsgasdurchflussrichtung 5 im Übergangsstückendrahmen 6 senkrecht ist, angeordnet sind.
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Gleichermaßen ist es auch wünschenswert, die Kühllöcher 12, die in den Innenteilen des Übergangsstückendrahmens 6, der sind auf der Unterseite des Übergangsstücks 4 befindet, hergestellt sind, derart anzuordnen, dass ein Verhältnis (ihr Anordnungsabstand P / ihr Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands zum Lochdurchmesser der Kühllöcher 12, die in der Nähe des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 angeordnet sind, kleiner ist als ein Verhältnis (ihr Anordnungsabstand P / ihr Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands zum Lochdurchmesser der Kühllöcher 12, die in der Nähe der Umfangsteile des Übergangsstückendrahmens 6, in der Richtung, die zur Verbrennungsgasdurchflussrichtung 5 im Übergangsstückendrahmen 6 senkrecht ist, angeordnet sind.
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Im Allgemeinen wird, da die Temperatur der Umgebung des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 größer als die Temperatur der Umgebung der Umfangsteile des Übergangsstückendrahmens 6 ist, die Menge der Kühlluft, die zur Umgebung des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 geliefert wird, durch Gestalten des Verhältnisses (Anordnungsabstand P / Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands zum Lochdurchmesser der Kühllöcher 12, die in der Nähe des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 angeordnet sind, kleiner als das Verhältnis (P / D) des Anordnungsabstands P zum Lochdurchmesser D der Kühllöcher 12, die in der Nähe der Umfangsteile des Übergangsstückendrahmens 6 angeordnet sind, erhöht und dadurch wird es möglich, die Umgebung des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 und die Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10, die dem Übergangsstückendrahmen 6 zugewandt ist, wirksam zu kühlen.
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Ferner ist es, wie in 6 veranschaulicht ist, stärker bevorzugt, das Verhältnis (Anordnungsabstand P / Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands zum Lochdurchmesser der Kühllöcher 12, die in der Nähe des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 angeordnet sind, gleich oder kleiner als 3,1 einzustellen und das Verhältnis (Anordnungsabstand P / Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands zum Lochdurchmesser der Kühllöcher, die in der Nähe der Umfangsteile des Übergangsstückendrahmens 6 angeordnet sind, gleich oder kleiner als 4,0 einzustellen. Luft, die aus den wechselseitig benachbarten Kühllöchern 12 ausgestoßen wird, bildet eine dünne Kühlschicht in der Nähe der Umfangsteile des Übergangsstückendrahmens 6 und dadurch wird es durch Konfigurieren auf diese Weise möglich, die Statorschaufelstirnwand 10 der ersten Stufe sicher zu kühlen, und wird es zusätzlich möglich, die Umgebung des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 wirksam zu kühlen, indem die Menge der Kühlluft, die zur Umgebung des mittleren Teils des Übergangsstückendrahmens 6 geliefert wird, erhöht wird.
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Die Luft, die aus den wechselseitig benachbarten Kühllöchern 12 ausgestoßen wird, bildet die dünne Kühlschicht in der Umfangsrichtung kontinuierlich durch Einstellen des Verhältnisses (Anordnungsabstand P / Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands der Kühllöcher 12 zum Lochdurchmesser gleich oder kleiner als 4,0 und folglich wird es möglich, die Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10 sicher zu kühlen.
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Wie oben beschrieben ist, wird es möglich, eine Verteilungsmenge der Kühlluft durch Einstellen des Lochdurchmessers D bzw. des Anordnungsabstands P der Kühllöcher 12 in mehreren Bereichen in Übereinstimmung mit der Menge der Kühlluft, die für die Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10 erforderlich ist, zu minimieren.
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Im Übrigen ist es nicht nötig, das Verhältnis (Anordnungsabstand P / Lochdurchmesser D) des Anordnungsabstands der Kühllöcher 12 zu ihrem Lochdurchmesser zu fixieren, und es ist auch möglich, die Menge der Kühlluft durch Anordnen der Kühllöcher 12 auf der Grundlage von weiteren P / D-Verhältnissen und weiteren Kühllochdurchmessern D in Übereinstimmung mit einer Verteilung in Umfangsrichtung der Verbrennungsgastemperatur usw. weiter zu verringern.
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<Dritte Ausführungsform>
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Eine Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. 7 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel der Übergangsstück-Endrahmenstruktur in der dritten Ausführungsform veranschaulicht. 8 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung D-D' in 7 aufgenommen wurde.
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In den Übergangsstück-Kühllöchern in der dritten Ausführungsform sind, wie in 7 veranschaulicht ist, die Kühllöcher bei Positionen angeordnet, die in der Höhe gemessen von der Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 in einem Zustand, in dem sie in jeweils mehrere Löcher als mehrere Kühllöcher 14 und mehrere Kühllöcher 16 unterteilt sind, wechselseitig verschieden sind. Es existieren Fälle, in denen eine Bauteilfertigungstoleranz und eine winzige Fehlausrichtung der Anordnung zwischen dem Übergangsstück und der Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe auftreten. Deshalb wird es möglich, die Kühlluft über die jeweiligen Kühllöcher 14 und 16 zu einer Zielposition zu liefern, selbst dann, wenn die Fehlausrichtung auftritt.
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Zusätzlich sind, wie in 8 veranschaulicht ist, die mehreren Kühllöcher 14 und die mehreren Kühllöcher 16, die bei Positionen angeordnet sind, die in der Höhe gemessen von der Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 wechselseitig verschieden sind, derart abwechselnd angeordnet, dass die wechselseitig benachbarten Kühllöcher in der Höhe in der Umfangsrichtung des Übergangsstückendrahmens 6 wechselseitig verschieden sind.
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In der dritten Ausführungsform sind die Übergangsstück-Kühllöcher konfiguriert, wie oben beschrieben ist, und deshalb wird es möglich, eine Oberfläche der Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10, die dem Übergangsstückendrahmen 6 zugewandt ist, über dem Gesamtumfang gleichmäßig zu kühlen.
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<Vierte Ausführungsform>
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Eine Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben. 9 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel der Übergangsstück-Endrahmenstruktur in der vierten Ausführungsform veranschaulicht. 10 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung E-E' eines Pfeils in 9 aufgenommen wurde.
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In den Übergangsstück-Kühllöchern in der vierten Ausführungsform sind, wie in 9 veranschaulicht ist, die Kühllöcher in einem Zustand angeordnet, der in mehrere Kühllöcher 18 und mehrere Kühllöcher 20, die im Neigungswinkel in Bezug auf die Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 wechselseitig verschieden sind, unterteilt ist.
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Zusätzlich sind, wie in 10 veranschaulicht ist, die mehreren Kühllöcher 18 und 20, die im Neigungswinkel in Bezug auf die Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 wechselseitig verschieden sind, in der Umfangsrichtung des Übergangsstückendrahmens 6 abwechselnd angeordnet, derart, dass die Neigungswinkel der wechselseitig benachbarten Kühllöcher wechselseitig verschieden sind.
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Die Übergangsstück-Kühllöcher in der vierten Ausführungsform sind konfiguriert, wie oben beschrieben ist, und deshalb wird es möglich, die Oberfläche der Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe 10, die dem Übergangsstückendrahmen 6 zugewandt ist, über dem Gesamtumfang gleichmäßig zu kühlen.
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<Fünfte Ausführungsform>
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Eine Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben. 11 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel der Übergangsstück-Endrahmenstruktur in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 12 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung F-F' eines Pfeils in 11 aufgenommen wurde.
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In den Übergangsstück-Kühllöchern in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere Kühllöcher 22 in einem vorgegebenen Winkel (schräg) in einem zueinander beabstandeten Zustand in der Umfangsrichtung des Übergangsstückendrahmens 6 angeordnet, wie in 12 veranschaulicht ist. Falls es ein Problem ist, dass die Metalltemperatur des Übergangsstückendrahmens 6 hoch ist, wird es möglich, die Metalltemperatur des Übergangsstückendrahmens 6 zu verringern, ohne die Menge von Kühlluft im Vergleich zu einer Struktur, in der die Kühllöcher parallel zur Axialrichtung der Brennkammervorrichtung angeordnet sind, zu erhöhen.
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<Sechste Ausführungsform>
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Eine Übergangsstück-Endrahmenstruktur gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 13 und 14 beschrieben. 13 ist ein Schnittdiagramm, das ein Beispiel der Übergangsstück-Endrahmenstruktur in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 14 ist eine Pfeilansicht (eine perspektivische Ansicht), die in einer Richtung G-G' eines Pfeils in 13 aufgenommen wurde.
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In den Übergangsstück-Kühllöchern in der sechsten Ausführungsform sind die Kühllöcher durch ein erstes Kühlloch 24, das zwischen einer Außenumfangsoberfläche und einer Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 bei einem ersten Winkel (einem vorgegebenen Winkel) in der Radialrichtung des Übergangsstückendrahmens 6 kommuniziert, und ein zweites Kühlloch 12, das zwischen einer weiteren Außenumfangsoberfläche und einer weiteren Innenumfangsfläche des Übergangsstückendrahmens 6 bei einem zweiten Winkel (der vom ersten Winkel verschieden ist) in der Axialrichtung des Übergangsstückendrahmens 6 kommuniziert, konfiguriert.
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Zusätzlich sind, wie in 14 veranschaulicht ist, die ersten Kühllöcher 24 und die zweiten Kühllöcher 12 in der Umfangsrichtung des Übergangsstückendrahmens 6 abwechselnd angeordnet.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1
- Kompressor
- 2
- Brennkammervorrichtung
- 3
- Turbine
- 4
- Übergangsstück
- 5
- Verbrennungsgasdurchflussrichtung
- 6
- Übergangsstückendrahmen
- 7
- Übergangsstückendrahmenträger
- 8
- Gehäuse
- 9
- Befestigungselement
- 10
- Statorschaufelstirnwand der ersten Stufe (Haltering)
- 11
- Dichtungselement
- 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28
- Kühlloch
- 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29
- Kühlluftdurchflussrichtung
