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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine und insbesondere eine Dichtungsstruktur für Kühlluft um eine Verbrennungsgas-Auslasskammer in der Gasturbine.
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Beansprucht wird die Priorität auf der Basis der
japanischen Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 2012-039942 , eingereicht am 27. Februar 2012, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Technischer Hintergrund
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Eine Gasturbine umfasst generell einen Kompressor, der komprimierte Luft durch Komprimieren von Umgebungsluft erzeugt, eine Brennkammer, die Verbrennungsgas durch Mischen von Brennstoff in die komprimierte Luft und Verbrennen des Gasgemischs erzeugt, und eine Turbine mit einem Rotor, der durch das Verbrennungsgas gedreht wird. Das Verbrennungsgas, das den Rotor der Turbine gedreht hat, wird durch eine Auslasskammer der Turbine in die Atmosphäre ausgetragen.
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In einer derartigen Gasturbine wird mit zunehmender Effizienz die Temperatur des Verbrennungsgases, das der Turbine zugeführt wird, extrem hoch. Aus diesem Grund werden eine Menge von Komponenten der Turbine zu Objekten, die zu kühlen sind, und die Auslasskammer bildende Komponenten oder Komponenten um die Auslasskammer herum werden ebenfalls zu Objekten, die zu kühlen sind.
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Eine Kühlstruktur um die Auslasskammer in einer Gasturbine ist beispielsweise in dem im Folgenden angegebenen Patentdokument 1 offenbart. Die Auslasskammer ist mit einer zylindrischen Auslasskammerwand um eine Rotationsachse eines Rotors herum ausgebildet. Zylindrische äußere und innere Diffusoren sind an der Innenseite der Auslasskammerwand in der Radialrichtung um die Rotationsachse des Rotors angeordnet. Der äußere Diffusor ist entlang dem Innenumfang einer Auslasskammerwand vorgesehen. Der innere Diffusor ist an der Innenseite des äußeren Diffusors in der Radialrichtung mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet. Ein Zwischenraum zwischen dem äußeren Diffusor und dem inneren Diffusor bildet einen Verbrennungsgas-Auslassluftkanal. Ferner sind eine Lagerung, die den Rotor drehbar lagert, und ein Lagerungsgehäuse, das die Lagerung abdeckt und trägt, an der Innenseite des inneren Diffusors in der Radialrichtung vorgesehen. Die Auslasskammerwand und das Lagerungsgehäuse sind durch eine Strebe, die durch den äußeren Diffusor und den inneren Diffusor hindurchgeht, miteinander verbunden. Die Strebe erstreckt sich in der Tangentialrichtung des Rotors und sie ist von einer Strebenabdeckung entlang der Erstreckungsrichtung derselben abgedeckt. Ein Ende der Strebenabdeckung in der Erstreckungsrichtung ist an dem äußeren Diffusor angebracht und das andere Ende ist an dem inneren Diffusor angebracht. Eine Unterteilungswand mit einem Streben-Durchgangsloch, durch das die Strebe hindurchgeht, ist zwischen der Innenseite des inneren Diffusors in der Radialrichtung und der Außenseite des Lagerungsgehäuses in der Radialrichtung angeordnet.
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Beispielsweise wird komprimierte Luft, die aus dem Kompressor gewonnen wird, als Kühlluft einem Zwischenraum zwischen dem Innenumfang der Auslasskammerwand und dem Außenumfang des äußeren Diffusors zugeführt. Die Kühlluft passiert durch einen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der Strebe und der Strebenabdeckung, sie strömt zwischen dem Innenumfang des inneren Diffusors und der Unterteilungswand ein und wird dann beispielsweise in den Verbrennungsgas-Auslassluftkanal ausgetragen. Während dieser Zeit kühlt die Kühlluft den äußeren Diffusor, die Strebe, die Strebenabdeckung und den inneren Diffusor.
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Der stromaufwärtige Seitenabschnitt der Unterteilungswand und das Lagerungsgehäuse sind zwischen diesen so dicht verbunden, dass die Unterteilungswand relativ zum Lagerungsgehäuse in der Axialrichtung und der Radialrichtung bewegbar ist. Ferner sind der stromabwärtige Seitenabschnitt der Unterteilungswand und der innere Diffusor zwischen diesen so dicht verbunden, dass die Unterteilungswand relativ zu dem inneren Diffusor in der Axialrichtung und der Radialrichtung bewegbar ist.
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Ein Unterteilungswand-Tragelement, das die Unterteilungswand trägt, die bezüglich des Lagerungsgehäuses und des inneren Diffusors in der Axialrichtung und der Radialrichtung in relativer Weise bewegbar ist, ist zwischen der Unterteilungswand und dem Lagerungsgehäuse vorgesehen. Das Unterteilungswand-Tragelement umfasst ein zylindrisches äußeres Tragelement, von dem ein äußeres Ende in der Radialrichtung entlang einem Rand eines Strebenlochs der Unterteilungswand befestigt ist und das die Strebe abdeckt, und ein zylindrisches inneres Tragelement, von dem ein inneres Ende in der Radialrichtung an dem Lagerungsgehäuse befestigt ist und das die Strebe abdeckt. Das äußere Tragelement ist relativ zu dem inneren Tragelement in der Erstreckungsrichtung der Strebe bewegbar, und ein Dichtelement, das einen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem Tragelementen abdichtet, ist dazwischen angeordnet.
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Somit wird in der in Patentdokument 1 offenbarten Gasturbine Kühlluft, die von der Innenseite der Strebenabdeckung zur Innenseite des inneren Diffusors in der Radialrichtung strömt, durch die Unterteilungswand und das Unterteilungswandtragelement dicht abgeschlossen.
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In der im Patentdokument 1 offenbarten Gasturbine wird, wenn sich die Strebe aufgrund von deren Wärmeausdehnung in der Erstreckungsrichtung derselben ausdehnt, das Lagerungsgehäuse um die Rotationsachse des Rotors gedreht, da die Erstreckungsrichtung die Tangentialrichtung des Rotors ist. Auf diese Weise werden, wenn das Lagerungsgehäuse gedreht wird, die relativen Positionen des inneren Tragelements und des äußeren Tragelements in der Erstreckungsrichtung verändert. Daher ist, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, in der Gasturbine das äußere Tragelement relativ zu dem inneren Tragelement in der Erstreckungsrichtung bewegbar.
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Dokumente des Standes der Technik
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Patentdokument
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- Patentdokument 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichungsnr. 2009-243311
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Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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Bei der in dem im Vorhergehenden beschriebenen Patentdokument 1 offenbarten Technologie ist es schwierig, die Spalt- bzw. Zwischenraumbreite zwischen dem äußeren Tragelement und dem inneren Tragelement konstant zu machen, da sowohl das äußere Tragelement als auch das innere Tragelement als Aufbauelemente des Unterteilungswand-Tragelements unter Verwendung einer relativ dünnen Platte zylindrisch ausgebildet sind. Ferner besteht in dem äußeren Tragelement und dem inneren Tragelement, die unter Verwendung der relativ dünnen Platte zylindrisch ausgebildet sind, die Tendenz einer großen Variation der Spaltbreite zwischen diesen aufgrund einer Wärmeausdehnung oder Wärmekontraktion in jedem von diesen. Aus diesem Grund kommt es aufgrund eines Spiels leicht zu Vibrationen des Unterteilungswand-Tragelements.
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Ferner muss bei der in dem Vorhergehenden beschriebenen Patentdokument 1 offenbarten Technologie der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem inneren Tragelement und dem äußeren Tragelement in einem Zustand, in dem das äußere Tragelement relativ zu dem inneren Tragelement in der Erstreckungsrichtung der Strebe bewegbar ist, während sie einen Teil des Gewichts der Unterteilungswand aufnehmen, abgedichtet sein.
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Aus diesem Grund besteht bei der in dem im Vorhergehenden beschriebenen Patentdokument 1 offenbarten Technologie ein Problem insofern, als das äußere Tragelement, das innere Tragelement und das Dichtelement aufgrund einer Vibration des Unterteilungswand-Tragelements innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums beschädigt werden und die Dichteigenschaft des Kühlluftkanals beeinträchtigt ist.
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Daher ist, um das im Vorhergehenden angegebenen Problem zu lösen, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Gasturbine, die die Dichteigenschaft des Kühlluftkanals über einen langen Zeitraum beibehalten kann.
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Mittel zur Lösung der Probleme
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Die Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Rotor, der um eine Rotationsachse dreht, eine Auslasskammerwand, die eine zylindrische Form um die Rotationsachse bildet; einen äußeren Diffusor, der eine zylindrische Form um die Rotationsachse bildet und entlang einem Innenumfang der Auslasskammerwand vorgesehen ist, einen inneren Diffusor, der eine zylindrische Form um die Rotationsachse bildet, an der Innenseite des äußeren Diffusors in der Radialrichtung angeordnet ist und einen Verbrennungsgas-Auslassluftkanal zwischen dem inneren Diffusor und dem äußeren Diffusor bildet, ein Lagerungsgehäuse, das an der Innenseite des inneren Diffusors in der Radialrichtung angeordnet ist und eine Lagerung, die den Rotor drehbar trägt, abdeckt und trägt, eine Vielzahl von Streben, die mit Abständen in der Umfangsrichtung bezüglich der Rotationsachse zwischen der Auslasskammerwand und dem Lagerungsgehäuse angeordnet ist, durch den äußeren Diffusor und den inneren Diffusor verläuft und die Auslasskammerwand und das Lagerungsgehäuse verbindet, eine Strebenabdeckung, die längs der Erstreckungsrichtung der Strebe angeordnet ist, ein Ende derselben in der Erstreckungsrichtung an dem äußeren Diffusor angebracht und das andere derselben an dem inneren Diffusor angebracht hat und die die Strebe mit einem Spalt dazwischen so abdeckt, das Kühlluft zwischen der Strebe und der Strebenabdeckung hindurchgeht, eine Unterteilungswand, die zwischen der Innenseite des inneren Diffusors in der Radialrichtung und der Außenseite des Lagerungsgehäuses in der Radialrichtung angeordnet ist, von der ein stromaufwärtiger Seitenabschnitt zwischen einem Befestigungselement, das an der stromaufwärtigen Seite des Lagerungsgehäuses befestigt ist, und der Unterteilungswand abgedichtet ist, von der ein stromabwärtiger Seitenabschnitt zwischen dem inneren Diffusor und der Unterteilungswand abgedichtet ist und in der ein Streben-Durchgangsloch, durch das die Strebe hindurchgeht, ausgebildet ist, und ein Lochdichtungselement, das an dem Streben-Durchgangsloch der Unterteilungswand so befestigt ist, das es in der Erstreckungsrichtung relativ zur Strebe bewegbar ist, und einen Spalt zwischen dem Streben-Durchgangsloch und der Strebe abdichtet.
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In der Gasturbine geht Kühlluft, die dem freien Raum zwischen der Innenseite einer Auslasskammerwand in der Radialrichtung und der Außenseite des äußeren Diffusors in der Radialrichtung zugeführt wird, zwischen der Strebenabdeckung und der Strebe hindurch und sie strömt zwischen die Innenseite des inneren Diffusors in der Radialrichtung und die Außenseite der Unterteilungswand in der Radialrichtung ein. Durch diesen Prozess führt die Kühlluft einen Wärmeaustausch mit dem äußeren Diffusor, der Strebenabdeckung, der Strebe und dem inneren Diffusor durch und sie kühlt diese.
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Die Strebe expandiert oder kontrahiert in der Erstreckungsrichtung aufgrund ihrer Wärmeausdehnung oder Wärmekontraktion. Das Lochdichtungselement dichtet einen Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem Streben-Durchgangsloch der Unterteilungswand und der Strebe ab, während es sich relativ zur Strebe in der Erstreckungsrichtung derselben bewegen kann. Daher ist es bei der Gasturbine möglich, den Spalt zwischen dem Streben-Durchgangsloch der Unterteilungswand und der Strebe auch dann abzudichten, wenn die Strebe in der Erstreckungsrichtung derselben expandiert oder kontrahiert.
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Ferner wird bei der Gasturbine, da es nicht notwendig ist, dass das Lochdichtungselement das Gewicht der Unterteilungswand aufnimmt, das Lochdichtungselement kaum geschädigt, und es ist möglich, einen Kühlluftkanal über einen langen Zeitraum abzudichten.
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Die Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Befestigungseinheit, die entweder den stromaufwärtigen Seitenabschnitt oder den stromabwärtigen Seitenabschnitt der Unterteilungswand an einem Element eines Dichtungspartners befestigt, und ein Unterteilungswand-Enddichtungselement, das zwischen dem Element des Dichtungspartners und der Unterteilungswand so abdichtet, dass der andere Seitenabschnitt und das Element des Dichtungspartners relativ zueinander bewegbar sind, umfassen.
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Bei der Gasturbine ist ein beliebiger Seitenabschnitt von dem stromaufwärtigen Seitenabschnitt und dem stromabwärtigen Seitenabschnitt der Unterteilungswand an dem Element des Dichtungspartners (Befestigungselement, das an der stromaufwärtigen Seite des Lagerungsgehäuses oder dem inneren Diffusor befestigt ist) durch die Befestigungseinheit befestigt und ein Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem einen Seitenabschnitt der Unterteilungswand und dem Element des Dichtungspartners abgedichtet. Daher wird die Unterteilungswand relativ stabil durch das Element des Dichtungspartners getragen. Infolgedessen ist in der Gasturbine die Position des Lochdichtungselements, das an der Unterteilungswand befestigt ist, auch relativ stabil, und es ist möglich, eine Schädigung des Lochdichtungselements aufgrund von Vibration oder dergleichen zu verhindern.
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Da der innere Diffusor Verbrennungsgas ausgesetzt ist, während die Unterteilungswand dem Verbrennungsgas nicht ausgesetzt ist, tritt eine Differenz der Wärmeausdehnung zwischen diesen aufgrund einer Differenz der Temperatur zwischen diesen auf. Infolgedessen werden von dem stromaufwärtigen Seitenabschnitt und dem stromabwärtigen Seitenabschnitt der Unterteilungswand, die einen Seitenabschnitt an dem Element des Dichtungspartners (dem Befestigungselement, das an der stromaufwärtigen Seite des Lagerungsgehäuses oder dem inneren Diffusor befestigt ist) befestigt hat, der andere Seitenabschnitt und das Element des Dichtungspartners desselben (der innere Diffusor oder das Befestigungselement, das an der stromaufwärtigen Seite des Lagerungsgehäuses befestigt ist) relativ zueinander in der Axialrichtung und der Radialrichtung verschoben. Das Unterteilungswand-Enddichtungselement dichtet einen Spalt zwischen dem anderen Seitenabschnitt der Unterteilungswand und dem Element des Dichtungspartners desselben ab, während eine relative Verschiebung zwischen diesen zugelassen ist. Daher ist es in der Gasturbine möglich, den Spalt zwischen dem inneren Diffusor und der Unterteilungswand auch dann abzudichten, wenn eine Differenz der Wärmeausdehnung zwischen diesen auftritt.
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In der Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Unterteilungswand-Enddichtungselement einen Dichtungshaltekörper, der an dem anderen Seitenabschnitt der Unterteilungswand befestigt ist, zu einer Seite weg von dem Element des Dichtungspartners in dem anderen Seitenabschnitt in der Radialrichtung zurückgesetzt ist und mit einer Nut, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ausgebildet ist, einen Dichtungskörper, der in der Nut des Dichtungshaltekörpers so angeordnet ist, dass er in der Radialrichtung bewegbar ist, und einen Oberflächenkontakt mit dem Element des Dichtungspartners des anderen Seitenabschnitts in einer gleitenden Weise in einer Axialrichtung, in der sich die Rotationsachse erstreckt, herstellt, und einen elastischen Körper, der in dem Dichtungshaltekörper aufgenommen ist und den Dichtungskörper gegen das Element des Dichtungspartners des anderen Seitenabschnittes drückt, umfassen.
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In der Gasturbine ist, da das Element des Dichtungspartners des anderen Seitenabschnitts der Unterteilungswand und der Dichtungskörper einen Oberflächenkontakt miteinander herstellen, es möglich, eine Dichteigenschaft zwischen dem anderen Seitenabschnitt der Unterteilungswand und dem Element des Dichtungspartners desselben zu erhöhen, auch wenn sie relativ zueinander verschoben sind.
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In der Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Lochdichtungselement einen Gleitkontaktabschnitt aufweisen, der einen Gleitkontakt mit der Strebe herstellt, wenn sich das Lochdichtungselement in Bezug auf die Strebe in der Erstreckungsrichtung in relativer Weise bewegt. In diesem Fall kann das Lochdichtungselement einen kreisförmigen Dichtungsring, in dem ein kleiner Spalt zwischen der Strebe und dem kreisförmigen Dichtungsring in allen zur Erstreckungsrichtung senkrechten Richtungen sichergestellt ist, und einen Dichtungskörper, der an der Innenumfangsseite des Dichtungsrings befestigt ist und als der Gleitkontaktabschnitt einen Gleitkontakt mit der Strebe herstellt, während er relativ zur Strebe in der Erstreckungsrichtung bewegbar ist, umfassen.
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Da das Lochdichtungselement der Gasturbine den Gleitkontaktabschnitt aufweist, der einen Gleitkontakt mit der Strebe herstellt, wenn sich das Lochdichtungselement in Bezug auf die Strebe in der Erstreckungsrichtung in relativer Weise bewegt, ist es möglich, eine Dichteigenschaft zwischen dem Streben-Durchgangsloch der Unterteilungswand der Strebe zu verstärken. Ferner ist in der Gasturbine, da es möglich ist, eine Vibration des Lochdichtungselements in Bezug auf die Strebe zu verhindern, es möglich, eine Schädigung des Lochdichtungselements zu verhindern.
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Wirkungen
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Dichteigenschaft eines Kanals von Kühlluft, die zwischen einer Strebenabdeckung und einer Strebe strömt, über einen langen Zeitraum beizubehalten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine weggeschnittene Seitendarstellung eines Hauptteils einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine Schnittdarstellung des Hauptteils der Gasturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine vergrößerte Darstellung um ein Lagerungsgehäuse und ein Lochdichtungselement in 2.
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4 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie IV-IV in 2.
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5 ist eine vergrößerte Darstellung des V-Abschnitts in 4.
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6 ist eine weggeschnittene Draufsicht des Hauptteils des Abdichtungselements gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn es von der Innenseite in der Radialrichtung betrachtet wird.
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7 ist eine weggeschnittene Seitendarstellung eines Hauptteils des Lochdichtungselements gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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8 ist eine Schnittdarstellung eines Unterteilungswand-Enddichtungselements gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Beste Art und Weise zur Ausführung der Erfindung
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 8 detailliert beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die Gasturbine gemäß der Ausführungsform einen Kompressor 1, der komprimierte Luft durch Komprimieren von Umgebungsluft erzeugt, eine Vielzahl von Brennkammern 2, die Verbrennungsgas durch Mischen von Brennstoff von einer Brennstoffzufuhrquelle in die komprimierte Luft und Verbrennen des Gasgemisches erzeugen, und eine Turbine 3, die durch Verwendung des Verbrennungsgases angetrieben wird.
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Die Turbine 3 umfasst ein Gehäuse 4 und einen Turbinenrotor 5, der in dem Gehäuse 4 dreht. Der Turbinenrotor 5 ist mit einem (nicht gezeigten) Generator verbunden, der beispielsweise Energie durch die Rotation des Turbinenrotors 5 erzeugt. Die Vielzahl von Brennkammern 2 ist an dem Gehäuse 4 in der Umfangsrichtung Dc in regelmäßigen Abständen um eine Rotationsachse Ar des Turbinenrotors 5 befestigt. Im Folgenden wird hierin die Richtung, in der sich die Rotationsachse Ar erstreckt, als die Axialrichtung Da bezeichnet und die Radialrichtung in Bezug auf die Rotationachse Ar einfach als die Radialrichtung Dr bezeichnet. Ferner wird in der Axialrichtung Da die Seite des Kompressors 1 in Bezug auf die Turbine 3 als die stromaufwärtige Seite bezeichnet und die Seite der Turbine 3 in Bezug auf den Kompressor 1 als die stromabwärtige Seite bezeichnet.
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Der Turbinenrotor 5 umfasst in jeder von mehreren Stufen, die in der Axialrichtung Da angeordnet sind, eine Rotorscheibe 6, die um die Rotationachse Ar positioniert ist, eine Vielzahl von Schaufeln 8, die in der Umfangsrichtung Dc ausgerichtet ist und die an der Rotorscheibe 6 befestigt sind, und eine Welle 7, die sich in der Axialrichtung Ar erstreckt und an der Rotorscheibe 6 in der letzten Stufe befestigt ist. Wie in 2 gezeigt ist, umfassen die Schaufeln 8 einen Schaufelhauptkörper 18a, der sich in der Radialrichtung Dr erstreckt, eine Plattform 8b, die an dem inneren Ende des Schaufelhauptkörpers 8b in der Radialrichtung ausgebildet ist, und eine (nicht gezeigte) Schaufelwurzel, die sich von der Plattform 8b in Richtung der Innenseite in der Radialrichtung erstreckt. Die Schaufelwurzel der Schaufel 8 ist in die Rotorscheibe 6 eingeführt und an der Rotorscheibe 6 befestigt. Die Welle 7 bildet eine Säulenform um die Rotationsachse Ar und sie ist an der stromabwärtigen Seite der Rotorscheibe 6 in der letzten Stufe vorgesehen.
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Das Gehäuse 4 bildet eine zylindrische Form um die Rotationsachse Ar und es weist eine Auslasskammerwand 10 auf, die an der stromabwärtigen Seite der Schaufel 8 in der letzten Stufe angeordnet ist. Ein äußerer Diffusor 11 und ein innerer Diffusor 12, die zylindrische Formen um die Rotationsachse Ar ausbilden, sind an der Innenseite der Auslasskammerwand 10 in der Radialrichtung angeordnet. Der äußere Diffusor 11 ist entlang dem Innenumfang der Auslasskammerwand 10 vorgesehen. Der innere Diffusor 12 ist an der Innenseite des äußeren Diffusors 11 in der Radialrichtung mit einem Zwischenraum zwischen diesen angeordnet. Ein Auslassluftkanal 13 für ein Verbrennungsgas G, das den Turbinenrotor 5 gedreht hat, ist zwischen dem äußeren Diffusor 11 und dem inneren Diffusor 12 ausgebildet.
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Eine Lagerung 29, die die Welle 7 des Turbinenrotors 5 drehbar trägt, und ein Lagerungsgehäuse 20, das die Außenumfangsseite der Lagerung 29 abdeckt und die Lagerung 29 trägt, sind an der Innenseite des inneren Diffusors 12 in der Radialrichtung vorgesehen. Ein stromaufwärtiger Dichtungshaltering (Befestigungselement 22) ist an dem stromaufwärtigen Ende des Lagerungsgehäuses 20 befestigt und ein stromabseitiger Dichtungshaltering 26 ist an dem stromabwärtigen Ende des Lagerungsgehäuses 20 befestigt. Eine Wellendichtung 23, die einen Spalt zwischen dem Turbinenrotor 5 und dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 abdichtet, ist an der Innenumfangsseite des stromaufwärtigen Dichtungshalterings 22 vorgesehen. Ferner ist eine Vielzahl von Wellendichtungen 27, die einen Spalt zwischen dem Turbinenrotor 5 und dem stromabseitigen Dichtungshaltering 26 abdichtet, an der Innenumfangsseite des stromabseitigen Dichtungshalterings 26 vorgesehen.
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Ein Hauptkühlluftkanal 7a, der sich in der Axialrichtung Da erstreckt, ist in der Welle 7 des Turbinenrotors 5 ausgebildet. Der Hauptkühlluftkanal 7a öffnet sich am stromabwärtigen Ende des Turbinenrotors 5. Ein Rotordichtungsflansch 18 ist an dem stromabwärtigen Ende der Welle 7 mit einem Spalt dazwischen in der Axialrichtung Da angeordnet. Der Rotordichtungsflansch 18 ist an dem stromabseitigen Dichtungshaltering 26 an dem Außenumfangsseitenabschnitt desselben befestigt. Eine Kühlluft-Zufuhrleitung 19 ist an dem Rotordichtungsflansch 18 befestigt. Die Kühlluft-Zufuhrleitung 19 und der Hauptkühlluftkanal 7a der Welle 7 kommunizieren miteinander.
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Die Auslasskammerwand 10 und das Lagerungsgehäuse 20 sind durch die Strebe 15, die durch den äußeren Diffusor 11 und dem inneren Diffusor 12 hindurchgeht, miteinander verbunden. Wie in 2 und 4 gezeigt ist, erstreckt sich die Strebe 15 in der Tangentialrichtung des Turbinenrotors 5 und sie ist mit der Strebenabdeckung 14 entlang der Erstreckungsrichtung De abgedeckt. Ein Endabschnitt der Strebenabdeckung 14 in der Erstreckungsrichtung De ist an dem äußeren Diffusor 11 angebracht und das andere Ende ist an dem inneren Diffusor 12 angebracht. Eine zylindrische Unterteilungswand 30 ist zwischen der Innenseite des inneren Diffusors 12 in der Radialrichtung und der Außenseite des Lagerungsgehäuses 20 in der Radialrichtung um die Rotationsachse Ar angeordnet. Ein Streben-Durchgangsloch 32a, durch das die Strebe 15 hindurchgeht, ist an der Unterteilungswand 30 ausgebildet. Ferner ist ein Lochdichtungselement 40, das einen Spalt zwischen dem Streben-Durchgangsloch 32a und der Strebe 15 abdichtet, an der Unterteilungswand 30 vorgesehen.
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Wie in 3 und 5 gezeigt ist, umfasst die Unterteilungswand 30 einen Unterteilungswandhauptkörper 31, der eine zylindrische Form um die Rotationsachse Ar ausbildet, und einen Zylinderabschnitt 32, der sich in der Erstreckungsrichtung De der Strebe 15 erstreckt und die Strebe 15 abdeckt.
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Ein stromaufwärtiger Seitenabschnitt 31a des Unterteilungswandhauptkörpers 31 ist an dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 durch eine Schraube (Befestigungseinheit) 33 befestigt, und ein Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 und dem stromaufwärtigen Seitenabschnitt 31a ist abgedichtet. Ferner ist ein Unterteilungswand-Enddichtungselement 35, das einen Spalt zwischen einem stromabwärtigen Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 und dem inneren Diffusor 12 abdichtet, in dem stromabwärtigen Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 vorgesehen. Eine Öffnung, durch die die Strebe 15 hindurchgeht, ist an dem Unterteilungswandhauptkörper 31 ausgebildet. Der Zylinderabschnitt 32 ist an dem Unterteilungswandhauptkörper 31 entlang einem Rand der Öffnung des Unterteilungswandhauptkörpers 31 befestigt. Die Innenumfangsseite des Zylinderabschnitts 32 bildet das im Vorhergehenden beschriebene Streben-Durchgangsloch 32a.
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Eine Flanscheinheit 32b, die sich von der Innenseite bis zur Außenseite des Zylinderabschnittes 32 erstreckt, ist an dem inneren Ende des Zylinderabschnittes 32 in der Radialrichtung ausgebildet. Das im Vorhergehenden beschriebene Lochdichtungselement 40 ist an der Flanscheinheit 32b durch Verwendung einer Schraube 39 und einer Mutter befestigt. Wie in 6 und 7 gezeigt ist, umfasst das Lochdichtungselement 40 einen kreisförmigen Dichtungsring 41, in dem ein kleiner Spalt zwischen der Strebe 15 und dem kreisförmigen Dichtungsring 41 in allen zur Erstreckungsrichtung De der Strebe 15 senkrechten Richtungen sichergestellt ist, und einen Dichtungskörper 47, der an der Innenumfangsseite des Dichtungsrings 41 befestigt ist und einen Gleitkontakt mit der Strebe 15 herstellt, während er relativ zur Strebe 15 in der Erstreckungsrichtung De derselben bewegbar ist.
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Der kreisförmige Dichtungsring 41 umfasst ein erstes Dichtungsringteil 42, das einen Teil der Kreisform bildet, ein zweites Dichtungsringteil 43, das den restlichen Abschnitt der Kreisform bildet, und eine Schraube 44 und eine Mutter 45, die das erste Dichtungsringteil 42 und das zweite Dichtungsringteil 43 verbinden. Hierbei kommen das erste Dichtungsringteil 42 und das zweite Dichtungsringteil 43 grundlegend nicht in Kontakt mit der Strebe 15. Jedoch sind sie mit einer Aluminiumlegierung gebildet, die ein relativ weiches Metall ist, um einen Verschleiß oder dergleichen der Strebe 15, wenn sie aufgrund von Alterung oder dergleichen in Kontakt mit den Dichtungsringteilen kommt, zu verhindern. Dichtungsnute 42a und 43a, die von der Innenseite zur Außenseite zurückgesetzt sind, sind jeweils an dem ersten Dichtungsringteil 42 und dem zweiten Dichtungsringteil 43 ausgebildet. Der Dichtungskörper 47 ist durch Einpassen in die Dichtungsnut 42a und 43a der jeweiligen Dichtungsringteile 42 und 43 befestigt. Der Dichtungskörper 47 ist beispielsweise eine Graphitdichtung.
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Schraubenlöcher 42v sind an zwei Positionen in dem ersten Dichtungsringteil 42, die zu einer Position symmetrisch sind, in der die Strebe 15 aufgenommen ist, so ausgebildet, dass sie durch das erste Dichtungsringteil 42 in der Erstreckungsrichtung De der Strebe 15 hindurchgehen. Ein Achsenabschnitt der Schraube 39, die den Dichtungsring 41 an dem Zylinderabschnitt 32 der Unterteilungswand 32 befestigt, wird durch eine Beilegscheibe hindurch in das Schraubenloch 42v eingeführt. Der Innendurchmesser des Schraubenloches 42v ist größer als der Außendurchmesser des Achsenabschnittes der Schraube 39, die darin eingeführt wird. Das heißt, dass das Schraubenloch 42v ein sogenanntes Spielraumloch in Bezug auf den Achsenabschnitt der Schraube 39, die darin eingeführt wird, ist. Aus diesem Grund ist die Schraube 39 in einem gewissen Ausmaß relativ zu dem ersten Dichtungsringteil 42 in der zur Erstreckungsrichtung De senkrechten Richtung in einem Zustand, in dem der Achsenabschnitt der Schraube 39 in das Schraubenloch 42v eingeführt ist, bewegbar. Daher ist das erste Dichtungsringteil 42, das mit dem Zylinderabschnitt 32 der Unterteilungswand 30 durch die Schraube 39 verbunden ist, in einem gewissen Ausmaß relativ zu dem Zylinderabschnitt 32 in der zur Erstreckungsrichtung De senkrechten Richtung bewegbar.
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Die Unterteilungswand 30 ist eine geschweißte Struktur einer Metallplatte, in der sowohl der Unterteilungswandhauptkörper 37 als auch der Zylinderabschnitt 32 unter Verwendung von relativ dünnen Platten ausgebildet sind. Aus diesem Grund ist es schwierig, den Dichtungsring 41, der an der Unterteilungswand 30 befestigt ist, in Bezug auf die Strebe 15 genau anzuordnen. Hierbei wird, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, die relative Position des Dichtungsringes 41 in Bezug auf die Strebe durch Konfigurieren des Schraubenloches 42v für die Schraube 39, die die Unterteilungswand 30 mit dem Dichtungsring 41 verbindet, als das Spielraumloch und durch Ermöglichen einer relativen Bewegung des Dichtungsrings 41 in Bezug auf den Zylinderabschnitt 32 der Unterteilungswand 30 in der zur Erstreckungsrichtung De senkrechten Richtung einstellbar gemacht.
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Wie in 8 gezeigt ist, umfasst das Unterteilungswand-Enddichtungselement 35, das den Spalt zwischen dem stromabwärtigen Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 und dem inneren Diffusor 12 abdichtet, einen Dichtungshaltekörper 36, der eine Nut 36a aufweist, die von der Außenseite in der Radialrichtung zur Innenseite in der Radialrichtung zurückgesetzt ist und sich in der Umfangsrichtung Dc erstreckt, einen Dichtungskörper 37, der in der Nut 36a so angeordnet ist, dass er in der Radialrichtung Dr bewegbar ist und einen Oberflächenkontakt mit dem Innenumfang 12i des inneren Diffusors 12 in einer gleitenden Weise herstellt, und eine Feder 38 als einen elastischen Körper, der den Dichtungskörper 37 gegen den inneren Diffusor 12 drückt. Der Dichtungshaltekörper 36 ist an dem stromabwärtigen Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 unter Verwendung einer Schraube 34 befestigt. Der Dichtungskörper 37 bildet eine Ringform und der Außendurchmesser desselben ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen inneren Diffusors 12. Der Dichtungskörper 37 ist durch eine Vielzahl von Dichtungsteilen, die jeweils einen Teil des Dichtungskörpers 37 in der Umfangsrichtung Dc bilden, konfiguriert. Die Vielzahl von Dichtungsteilen ist in der Nut 36a des Dichtungshaltekörpers 36 so angeordnet, dass sie in der Radialrichtung Dr bewegbar ist. Benachbarte Dichtungsteile in der Umfangsrichtung überlappen einander partiell in der Umfangsrichtung Dc.
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Als nächstes wird eine Strömung der Kühlluft in der Vorhergehenden beschriebenen Gasturbine unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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Beispielsweise wird komprimierte Luft von etwa 200°C, die von dem Kompressor 1 gewonnen wird, als Kühlluft A1 der Kühlluft-Zufuhrleitung 19 zugeführt, die an der stromabwärtigen Seite des Turbinenrotors 15 angeordnet ist. Die Kühlluft A1 strömt in den Hauptkühlluftkanal 7a des rotierenden Turbinenrotors 5 und sie kühlt die Schaufel 8 und dergleichen.
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Ferner wird beispielsweise komprimierte Luft von etwa 200°C, die von dem Kompressor 1 gewonnen wird, ebenfalls als Kühlluft A2 dem Zwischenraum zwischen dem Innenumfang der Auslasskammerwand 10 und dem Außenumfang des äußeren Diffusors 11 zugeführt. Die Kühlluft A2 geht durch einen Zwischenraum zwischen der Strebe 15 und der Strebenabdeckung 15 hindurch und sie strömt zwischen den Innenumfang des inneren Diffusors 12 und die Unterteilungswand 30 ein. Dann geht die Kühlluft A2 zwischen dem inneren Diffusor 12 und dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 hindurch und sie strömt in den Auslassluftkanal 13 zwischen dem inneren Diffusor 12 und dem äußeren Diffusor 11 von zwischen dem stromabwärtigen Ende der Plattform 8b der Schaufel 8 in der letzten Stufe und dem stromaufwärtigen Ende des inneren Diffusors 12.
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Die Kühlluft A2 kühlt den äußeren Diffusor 11, die Strebe 15, die Strebenabdeckung 14 und den inneren Diffusor 12, während sie in den Auslassluftkanal 13 von zwischen dem Innenumfang der Auslasskammerwand 10 und dem Außenumfang des äußeren Diffusors 11 strömt.
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Die Kühlluft A2 von etwa 200°C wird schrittweise erwärmt, während sie den äußeren Diffusor 11, die Strebe 15 und die Strebenabdeckung 14 kühlt. Die Unterteilungswand 30 ist so vorgesehen, dass sie ein Erhitzen der Lagerung 29 verhindert, wenn die erwärmte Kühlluft A2 in Kontakt mit dem Lagerungsgehäuse 20 kommt.
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Die Strebe 15 expandiert oder kontrahiert in der Erstreckungsrichtung De aufgrund der Wärmeausdehnung oder der Wärmekontraktion. Gemäß der Ausführungsform rotiert, wie im Vorhergehenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist, da die Erstreckungsrichtung De der Strebe 15 die Tangentialrichtung des Turbinenrotors 5 ist, das Lagerungsgehäuse 20, das an dem Endabschnitt der Strebe 15 befestigt ist, um die Rotationsachse Ar und es bewegt sich kaum in der Axialrichtung Da oder der Radialrichtung Dr, auch wenn die Strebe 15 expandiert oder kontrahiert. Aus diesem Grund ist es gemäß der Ausführungsform möglich, den Turbinenrotor 5 stabil zu tragen, so dass er um die Rotationsachse Ar drehbar ist, auch wenn die Strebe 15 expandiert oder kontrahiert.
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Das Lochdichtungselement 40 dichtet den Spalt zwischen dem Streben-Durchgangsloch 32a der Unterteilungswand 30 und der Strebe 15 ab. In dem Dichtungsring 41 des Lochdichtungselements 40 ist ein kleiner Spalt zwischen der Strebe 15 und dem Dichtungsring in allen zur Erstreckungsrichtung De der Strebe 15 senkrechten Richtungen sichergestellt. Aus diesem Grund kann der kreisförmige Dichtungsring 41 den Spalt zwischen dem Streben-Durchgangsloch 32a der Unterteilungswand 30 und der Strebe 15 abdichten, während er sich relativ zur Strebe 15 in der Erstreckungsrichtung De bewegen kann. Ferner ist der Dichtungskörper 47 partiell an der Innenumfangsseite des kreisförmigen Dichtungsrings 41 vorgesehen. Da der Dichtungskörper 47 einen Gleitkontakt mit der Strebe 15 herstellt, wenn er sich in der Erstreckungsrichtung De in Bezug auf die Strebe 15 bewegt, ist es möglich, die Dichteigenschaft zwischen dem Streben-Durchgangsloch 32a der Unterteilungswand 30 und der Strebe 15 zu verstärken.
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Der stromaufwärtige Seitenabschnitt 31a der Unterteilungswand 30 ist an dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 unter Verwendung einer Schraube 33 befestigt. Aus diesem Grund ist der Spalt zwischen dem stromaufwärtigen Seitenabschnitt 31a der Unterteilungswand 30 und dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 abgedichtet. Ferner ist das Unterteilungswand-Enddichtungselement 35 an den stromabwärtigen Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 vorgesehen und der Spalt zwischen dem stromabwärtigen Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 und dem inneren Diffusor abgedichtet.
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Da der innere Diffusor 12 dem Verbrennungsgas G ausgesetzt ist, während die Unterteilungswand 30 dem Verbrennungsgas G nicht ausgesetzt ist, tritt die Differenz der Wärmeausdehnung zwischen diesen aufgrund der Differenz der Temperatur zwischen diesen auf. Infolgedessen werden der stromabwärtige Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30, deren stromaufwärtiger Seitenabschnitt 31a an dem stromaufseitigen Dichtungshalterring 22 befestigt ist, und der innere Diffusor relativ zueinander in der Axialrichtung Da und der Radialrichtung Dr verschoben. Gemäß der Ausführungsform ist der Dichtungskörper 37 des Unterteilungswand-Enddichtungselements 35 in dem Dichtungshaltekörper 36 so vorgesehen, dass er in der Radialrichtung Dr bewegbar ist, und er wird gegen den inneren Diffusor 12 durch die Feder 38 so gedrückt, dass ein Oberflächenkontakt mit dem Innenumfang 12i des inneren Diffusor 12 in einer gleitenden Weise hergestellt wird. Aus diesem Grund ist es gemäß der Ausführungsform möglich, den Spalt zwischen dem stromabwärtigen Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 und dem inneren Diffusor 12 abzudichten, während es möglich ist, dass diese relativ zueinander in der Axialrichtung Da und der Radialrichtung Dr verschoben werden.
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Nun wird das Lochdichtungselement 40 durch die Unterteilungswand 30, die an dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22, der mit dem Lagerungsgehäuse 20 integriert ist, befestigt ist, gehalten. Aus diesem Grund dreht, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, auch wenn die Strebe 15 in der Erstreckungsrichtung De derselben aufgrund der Wärmeausdehnung oder der Wärmekontraktion expandiert oder kontrahiert, das Lagerungsgehäuse 20 um die Rotationsachse Ar, oder der innere Endabschnitt der Strebe 15 in der Radialrichtung bewegt sich in der Umfangsrichtung Dc, das Lochdichtungselement 40 bewegt sich in der Umfangsrichtung Dc, wobei es der Rotation des Lagerungsgehäuses 20 folgt, und es wird nicht in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf den inneren Endabschnitt der Strebe 15 in der Radialrichtung relativ verschoben. Ferner nimmt, da das Lochdichtungselement 40 durch das Lagerungsgehäuse 20 durch den stromaufseitigen Dichtungshaltering 22 und die Unterteilungswand 30, die relativ stark sind, gehalten wird, das Lochdichtungselement nicht das Eigengewicht der Unterteilungswand wie in der Patentdokument 1 gezeigten Struktur auf. Daher wird gemäß der Ausführungsform das Lochdichtungselement 40 kaum geschädigt und es ist möglich, den Kanal für den Kühlluft A2 für einen langen Zeitraum abzudichten.
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Ferner sind gemäß der Ausführungsform die Unterteilungswand 30 und das Lochdichtungselement 40, die mit der Kühlluft A2 in Kontakt kommen, die schrittweise erwärmt wird, während sie den äußeren Diffusor 11, die Strebe 15 und die Strebenabdeckung 15 kühlt, nicht in Kontakt mit dem Lagerungsgehäuse 20. Aus diesem Grund ist es gemäß der Ausführungsform möglich, ein Erhitzen des Lagerungsgehäuse 20 durch die erwärmte Kühlluft A2 auf ein Minimum zu verringern und in Folge dessen ist es möglich, einen Temperaturanstieg der Lagerung 29 zu verhindern.
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Ferner ist gemäß der Ausführungsform der stromaufwärtige Seitenabschnitt 31a der Unterteilungswand 30 an dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 befestigt, jedoch kann der stromabwärtige Seitenabschnitt 31b der Unterteilungswand 30 an dem inneren Diffusor 12 befestigt sein. In diesem Fall ist es günstig, ein Dichtelement vorzusehen, das den Spalt zwischen dem stromaufwärtigen Seitenabschnitt 31a der Unterteilungswand 30 und dem stromaufwärtigen Dichtungshaltering 22 abdichtet, während es möglich ist, dass der stromaufwärtige Seitenabschnitt 31a der Unterteilungswand 30 und der stromaufwärtige Dichtungshaltering 22 relativ zueinander in der Axialrichtung Da und der Radialrichtung Dr verschoben werden.
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Ferner umfasst die Unterteilungswand 30 gemäß der Ausführungsform den Unterteilungswandhauptkörper 31 und den Zylinderabschnitt 32, der an der Öffnung des Unterteilungswandhauptkörpers 31 befestigt ist, und das Lochdichtungselement 40 ist in dem Zylinderabschnitt 32 vorgesehen. Jedoch kann der Zylinderabschnitt 32 weggelassen werden und das Lochdichtungselement 40 in der Öffnung des Unterteilungswandhauptkörpers 31, die als das Durchgangsloch dient, vorgesehen werden.
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Ferner umfasst das Lochdichtungselement 40 gemäß der Ausführungsform den Dichtungsring 41 und den Dichtungskörper 47, der partiell an der Innenumfangsseite des Dichtungsrings 41 angeordnet ist, doch kann der Dichtungskörper 47 weggelassen werden. Jedoch nimmt in diesem Fall die Leckmenge der Kühlluft A2 in einem gewissen Ausmaß zu. Andererseits kann der Dichtungskörper 47 an der gesamten Innenumfangsseite des Dichtungsrings 1 vorgesehen sein, um die Leckmenge der Kühlluft A2 weiter zu verringern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressor
- 2
- Brennkammer
- 3
- Turbine
- 4
- Gehäuse
- 5
- Turbinenrotor
- 6
- Rotorscheibe
- 7
- Welle
- 7a
- Hauptkühlluftkanal
- 8
- Schaufel
- 10
- Auslasskammerwand
- 11
- äußerer Diffusor
- 12
- innerer Diffusor
- 14
- Strebenabdeckung
- 15
- Strebe
- 20
- Lagerungsgehäuse
- 22
- stromaufwärtiger Dichtungshaltering (Befestigungselement)
- 29
- Lagerung
- 30
- Unterteilungswand
- 31a
- stromaufwärtiger Seitenabschnitt
- 31b
- stromabwärtiger Seitenabschnitt
- 32a
- Streben-Durchgangsloch
- 33
- Schraube (Befestigungseinheit)
- 35
- Unterteilungswand-Enddichtungselement
- 36
- Dichtungshaltekörper
- 36a
- Nut
- 37
- Dichtungskörper
- 38
- Feder (elastischer Körper)
- 40
- Lochdichtungselement
- 41
- Dichtungsring
- 47
- Dichtungskörper
