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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren des Ausstoßens von Luft in ein Gasturbinengehäuse, um dadurch eine Verformung in dem Turbinengehäuse zu verhindern, eine Spülvorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens und eine mit dieser Vorrichtung versehene Gasturbine.
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Eine Gasturbine ist mit einem Kompressor, der Luft komprimiert, um komprimierte Luft zu produzieren, einer Brennkammer, die Brennstoff mit der komprimierten Luft mischt und diese verbrennt, um ein Verbrennungsgas zu produzieren, einem Rotor, der durch das Verbrennungsgas gedreht wird, und einem Gehäuse, das den Rotor abdeckt, während dieser darin rotieren kann, versehen. In dieser Gasturbine wird in einem Zustand, in dem eine Brennstoffzufuhr zu der Brennkammer gestoppt ist, ein Gas hoher Temperatur innerhalb eines Turbinengehäuses des Gehäuses gehalten und es tritt eine Temperaturdifferenz zwischen einem oberen Teil und einem unteren Teil des Turbinengehäuses auf. Infolgedessen tritt ein sogenanntes Katzenbuckelphänomen („cat back phenomenon“) auf, wobei der obere Teil des Turbinengehäuses, wo die Temperatur hoch ist, sich in Bezug auf den unteren Teil des Turbinengehäuses, wo die Temperatur niedrig ist, relativ expandiert, wobei sich das Turbinengehäuse wie der Rücken einer Katze verformt.
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Wenn dieses Katzenbuckelphänomen auftritt, wird der Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem stationären Körper teilweise enger und es besteht die Möglichkeit, dass der Rotor und der stationäre Körper miteinander in Kontakt kommen können.
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Infolgedessen schlägt die
JP 2006 - 342 784 A eine Spülvorrichtung vor, die Luft in das Turbinengehäuse ausstößt, um dieses Katzenbuckelphänomen zu verhindern. Diese Spülvorrichtung ist mit einem ersten Luftausstoßrohr und einem zweiten Luftausstoßrohr zum Ausstoßen von Luft in das Turbinengehäuse versehen. Das zweite Luftausstoßrohr stößt Luft von der Außenseite in der zur Rotorwelle senkrechten Radialrichtung nach innen aus. Andererseits stößt das erste Luftausstoßrohr Luft stärker in Richtung der stromaufwärtigen Seite, d.h. mehr in Richtung der Seite zur Kompressorseite mit Zugang von der radial äußeren Seite zur radial inneren Seite aus.
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Aus der
DE 10 2006 024 968 A1 ist eine Spülvorrichtung für das Turbinengehäuse einer Gasturbine bekannt, bei der mehrere gleichartige Düsen an dem Turbinengehäuse zum Einblasen von Spülluft in das Innere des Turbinengehäuses in unterschiedlichen Richtungen vorgesehen sind. In einer weiteren Ausführungsform ist eine Art Puffertank vorgesehen, in dem die gesamte Luft, die in den Puffertank eingeblasen wird, die Strömungsrichtung entsprechend der Orientierung der Ausstoßöffnungen aus dem Puffertank ändert.
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Bei der in
JP 2006 - 342 784 A offenbarten Spülvorrichtung wird der obere Diffusorteil des Kompressors, der in das Turbinengehäuse vorsteht, ein Teil, wo eine Gasströmung stagniert, und folglich verwirbelt die Luft, die von dem ersten Luftausstoßrohr in Richtung dieses Stagnationsteils ausgestoßen wird, aktiv den Stagnationsteil. Indessen verwirbelt die von dem zweiten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft den gesamten oberen Teil in dem Turbinengehäuse unter Ausschluss des Stagnationsteils.
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Auf diese Weise wird bei dieser Spülvorrichtung durch das Bereitstellen von zwei Arten von Luftausstoßrohren das Gas innerhalb des gesamten Turbinengehäuses einschließlich des Stagnationsteils effizient verwirbelt bzw. vermischt und die Temperaturdifferenz innerhalb des Turbinengehäuses klein gemacht, um eine Verformung in dem Turbinengehäuse zu verhindern.
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Jedoch ist es bei der in der
JP 2006 - 342 784 A offenbarten Spülvorrichtung schwer zu sagen, dass das Gas innerhalb des gesamten Turbinengehäuses einschließlich des Stagnationsteils ausreichend verwirbelt wird, und Stellen, die lokal nicht verwirbelt werden, können in einigen Fällen bleiben. Darüber hinaus kann ungünstigerweise die Umgebung der Spülvorrichtung lokal übermäßig gekühlt werden. Infolgedessen besteht eine Möglichkeit, dass die in
JP 2006 - 342 784 A offenbarte Spülvorrichtung in einigen Fällen eine Verformung in dem Turbinengehäuse nicht ausreichend verhindern kann.
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Folglich ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens, das das gesamte Innere eines Turbinengehäuses ausreichend verwirbeln und ein lokales übermäßiges Kühlen verhindern kann, um dadurch eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf einen minimalen Grad zu dämpfen, sowie einer Spülvorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens sowie einer Gasturbine, die mit dieser Spülvorrichtung versehen ist.
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Als Ergebnis einer Untersuchung der in der
JP 2006 - 342 784 A offenbarten Spülvorrichtung entdeckten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass es notwendig ist, aus dem ersten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft und aus dem zweiten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft zu trennen, um das gesamte Innere des Turbinengehäuses ausreichend zu verwirbeln.
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Insbesondere muss, um den Stagnationsteil aktiv und effizient zu verwirbeln bzw. zu vermischen, aus dem ersten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft sich im Wesentlichen direkt zu dem Stagnationsteil bewegen. Das heißt, dass aus dem ersten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft eine Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung aufweisen muss. Andererseits ist es, um das gesamte obere Innere des Turbinengehäuses unter Ausschluss des Stagnationsteils zu verwirbeln, notwendig, dass kein Abschnitt besteht, der lokal nicht verwirbelt wird, und dass ein lokales übermäßiges Kühlen verhindert wird. Das heißt, dass aus dem zweiten Luftausstoßrohr ausgestoßene Luft sich breit verteilen muss.
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Um die Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung der Luft zu erhöhen, ist es günstig, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft erhöht ist. Andererseits ist es günstig, um die Diffundiereigenschaft der Luft zu erhöhen, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft gesenkt ist. Demgemäß ist es durch eine relative Verringerung der Ausstoßgeschwindigkeit der Luft aus dem zweiten Luftausstoßrohr in Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft aus dem ersten Luftausstoßrohr möglich, das gesamte Innere des Turbinengehäuses ausreichend zu verwirbeln bzw. zu vermischen oder aufzurühren.
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Folglich stellen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die im Patentanspruch 1 angegebene Spülvorrichtung und das im Patentanspruch 6 angegebene Verfahren zur Verhinderung einer Verformung in dem Turbinengehäuse einer Gasturbine auf der Basis der im Vorhergehenden angegebenen Kenntnisse bereit.
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In dieser Spülvorrichtung wird die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft relativ höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft. Daher ist die Eigenschaft der direkten Bewegung der Stagnationsteil-Agitationsluft verstärkt und der Stagnationsteil, in dem Luft hoher Temperatur in einem engen Bereich gehalten wird und es unwahrscheinlich ist, dass sie gekühlt wird, kann aktiv und effektiv verwirbelt werden. Ferner wird in dieser Spülvorrichtung die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft relativ geringer als die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft. Daher wird die Diffundiereigenschaft der Gesamtagitationsluft höher und es ist möglich, dass in dem Inneren des Turbinengehäuses unter Ausschluss des Stagnationsteils kein Abschnitt besteht, in dem Gas darin nicht verwirbelt wird, während ein lokales exzessives Kühlen verhindert wird.
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Daher ist es bei dieser Spülvorrichtung, da die Luft in dem gesamten Inneren des Turbinengehäuses ausreichend verwirbelt werden kann und ein lokales Kühlen verhindert werden kann, möglich, die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses auf ein Minimum zu dämpfen. Infolgedessen ist es in dieser Spülvorrichtung möglich, eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf ein Minimum zu dämpfen, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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Darüber hinaus kann in der Spülvorrichtung ein Druckeinstellmechanismus eine Mündung aufweisen, die unmittelbar vor der Gesamtagitationsluftöffnung angeordnet ist und in der ein Durchgangsloch ausgebildet ist, damit sich die Luft von der Luftzufuhrquelle hindurchbewegen kann. Ferner kann in der Spülvorrichtung die Ausstoßgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung einen Maschenstrukturkörper aufweisen, der an der Gesamtagitationsluftöffnung vorgesehen ist und in dem eine Anzahl von Öffnungen ausgebildet ist, die jeweils eine kleinere Fläche als die Öffnungsfläche der Gesamtagitationsluftöffnung aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Spülvorrichtung weist einen Puffertank auf, wobei in dem Puffertank im Inneren desselben eine Luftkammer ausgebildet ist, in die die Luft von der Luftzufuhrquelle strömt, und wobei dort die Gesamtagitationsluftöffnung und die Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung ausgebildet sind, und wobei die Ausstoßgeschwindigkeits-Einstellvorrichtung in dem Puffertank vorgesehen ist.
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Bei dieser Spülvorrichtung werden zwei Arten von Luft mit unterschiedlichen Ausstoßgeschwindigkeiten in das Turbinengehäuse ausgestoßen. Jedoch können, da nur eine Art von Luft in dem Puffertank zugeführt werden muss, der Luftkompressor und die Luftleitung zum Zuführen von Luft von diesem Luftkompressor zu dem Turbinengehäuse vereinigt sein und die Produktionskosten der Spülvorrichtung gesenkt werden.
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Darüber hinaus ist eine durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Gasturbine dadurch gekennzeichnet, dass sie die erfindungsgemäße Spülvorrichtung und das Turbinengehäuse aufweist.
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Vorzugsweise ist bei der Gasturbine in dem oberen Teil des Turbinengehäuses ein Zugangsloch ausgebildet, dieses Zugangsloch durch einen Zugangslochdeckel blockiert und der Puffertank an der Turbinengehäuseinnenseite des Zugangslochdeckels befestigt.
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In dieser Gasturbine ist der Puffertank in dem Turbinengehäuse vorgesehen. Jedoch ist, da der größte Teil dieses Puffertanks innerhalb des Zugangslochs aufgenommen ist, es sehr unwahrscheinlich, dass der Strom komprimierter Luft innerhalb des Turbinengehäuses gestört wird, wenn die Gasturbine betrieben wird. Ferner kann, da dieser Puffertank an dem Zugangslochdeckel angebracht ist, durch Entfernen des Zugangslochdeckels von dem Turbinengehäuse dieser Puffertank ohne Weiteres zur Außenseite des Turbinengehäuses entnommen werden. Daher kann der Puffertank ohne Weiteres repariert oder modifiziert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft relativ höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft. Infolgedessen ist die Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung der Stagnationsteil-Agitationsluft erhöht und der Stagnationsteil kann aktiv und effektiv verwirbelt werden. Ferner wird bei diesem Verfahren die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft relativ geringer als die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft. Daher ist die Diffundiereigenschaft der Gesamtagitationsluft erhöht und es ist möglich, zu gewährleisten, dass innerhalb des Turbinengehäuses unter Ausschluss des Stagnationsteils kein Abschnitt besteht, der nicht verwirbelt wird.
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Daher kann bei diesem Verfahren die Luft in dem gesamten Inneren des Turbinengehäuses ausreichend verwirbelt werden und die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses auf ein Minimum gedämpft werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Luft in dem gesamten Inneren des Turbinengehäuses ausreichend verwirbelt bzw. vermischt oder aufgerührt werden und die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses kann auf ein Minimum reduziert werden. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf ein Minimum zu verringern, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
- 1 ist eine ausgeschnittene Gesamtseitendarstellung des Hauptteils einer Gasturbine einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Schnittdarstellung des Hauptteils der Gasturbine der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III in 2.
- 4 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 5 ist eine Schnittdarstellung längs der Linie V-V in 4.
- 6 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks eines ersten modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks eines zweiten modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
- 8 ist eine Schnittdarstellung eines Puffertanks eines dritten modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
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Die Gasturbine der vorliegenden Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist versehen mit einem Kompressor 1, der Außenluft komprimiert und komprimierte Luft Gp produziert, einer Vielzahl von Brennkammern 2, die Brennstoff von einer Brennstoffzufuhrquelle mit der komprimierten Luft Gp mischen und diese zum Produzieren von Verbrennungsgas Gc verbrennen, und einer Turbine 3, die durch das Verbrennungsgas Gc angetrieben wird.
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Die Turbine 3 ist mit einem Rotor 4, der um eine Rotorachse Ar rotiert, und einem Gehäuse 8, das diesen Rotor 4 abdeckt, versehen. Mit diesem Rotor 4 ist beispielsweise ein Stromgenerator verbunden, der mit der Rotation dieses Rotors 4 Elektrizität erzeugt. Im Folgenden wird die Richtung, in der sich der Rotor Ar erstreckt, als eine Axialrichtung Da bezeichnet, und in dieser Axialrichtung Da wird auf der Basis der Turbine 3 die Seite, auf der der Kompressor 1 vorhanden ist, als eine stromaufwärtige Seite behandelt und die dazu entgegengesetzte Seite als eine stromabwärtige Seite behandelt. Darüber hinaus wird die Umfangsrichtung in Bezug auf die Rotorachse Ar einfach als Umfangsrichtung Dc bezeichnet und die Radialrichtung in Bezug auf die Rotorachse Ar einfach als Radialrichtung Dr bezeichnet.
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Der Rotor 4 weist einen Rotorhauptkörper 5, der sich in der Axialrichtung Da um die Rotorachse Ar erstreckt, und eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufeln, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc an diesem Rotorhauptkörper 5 angebracht sind, auf.
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Der Rotor 4 weist eine Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen auf, die ein Aggregat einer Vielzahl der Turbinenlaufschaufeln 6, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sind. Die jeweiligen Turbinenschaufelstufen sind an dem Rotorhauptkörper 5 Seite an Seite in der Axialrichtung Da vorgesehen. Am Innenumfang des Gehäuses 8 ist eine Turbinenleitschaufelstufe auf der stromaufwärtigen Seite für jede der Vielzahl von Turbinenlaufschaufelstufen vorgesehen. Jede Turbinenleitschaufelstufe umfasst eine Vielzahl von Turbinenleitschaufeln 7, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind.
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Die Vielzahl von Brennkammern 2 sind Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc auf der stromaufwärtigen Seite der am stärksten stromaufseitigen Turbinenleitschaufelstufe. Diese Brennkammern 2 sind in einem Turbinengehäuse 10, das einen Teil des Gehäuses 8 bildet, untergebracht und befestigt.
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Wie in 2 gezeigt ist, ist in dem oberen Teil des Turbinengehäuses 10 ein Zugangsloch 11 ausgebildet und dieses Zugangsloch ist durch einen Zugangslochdeckel 12 blockiert.
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In dieses Turbinengehäuse 10 steht von der stromaufwärtigen Seite ein Teil eines Diffusors 1d des Kompressors 1 vor.
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Von dem Kompressor 1 produzierte komprimierte Luft Gp bewegt sich durch diesen Diffusor 1d hindurch und sie strömt in das Turbinengehäuse 10. Diese komprimierte Luft Gp strömt von der stromaufwärtigen Seite der Brennkammer 2 und sie strömt in die Brennkammer 2. Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, wird Brennstoff von der Brennstoffzufuhrquelle zu der Brennkammer 2 zugeführt. Dieser Brennstoff wird mit der komprimierten Luft Gp in der Brennkammer 2 gemischt und verbrannt. Verbrennungsgas Gc mit hoher Temperatur und hohem Druck, das in Folge dieser Verbrennung produziert wurde, tritt aus der Brennkammer 2 aus und strömt in einen Verbrennungsgasstromdurchgang 9, in dem die Turbinenleitschaufeln 7 und die Turbinenlaufschaufeln 6 vorhanden sind, und es kommt mit den Turbinenlaufschaufeln 6 unter Rotieren des Rotors 4 in Kontakt.
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Selbst in einem Gasturbinen-Stoppzustand, in dem der Brennkammer 2 kein Brennstoff zugeführt wird, strömt immer noch etwas Luft aus dem Diffusor 1d des Kompressors 1 aufgrund der Zugwirkung in Verbindung mit einer Kaminauslassstruktur, die auf der weiter stromabwärtigen Seite der Turbine 3 vorgesehen ist, in dieses Turbinengehäuse 10. Wie bei der im Vorhergehenden beschriebenen komprimierten Luft Gp bewegt sich diese Luft durch die Brennkammern 2 und sie strömt in den Verbrennungsgasstromdurchgang 9. Ein Bereich an der radial inneren Seite der oberen Brennkammern 2 von der Vielzahl von Brennkammern 2, die Seite an Seite in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, und an der radial äußeren Seite des Diffusors 1d des Kompressors 1, der in das Turbinengehäuse 10 vorsteht, bildet in Bezug auf diesen Luftstrom einen Stagnationsteil 19. Das heißt, dass die Luft dieses Stagnationsteils 19 nicht sehr stark in die Brennkammern 2 strömt, auch wenn aufgrund des Zugeffekts, wenn die Turbine in einem Stoppzustand ist, ein gewisser Luftstrom in dem Turbinengehäuse 10 besteht, da die Strömung darin stagniert.
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Hierbei ist die Gasturbine der vorliegenden Ausführungsform ferner mit einer Spülvorrichtung 20 versehen, die Luft in das Turbinengehäuse 10 ausstößt. Diese Spülvorrichtung 20 weist einen Luftkompressor 21, der als eine Luftzufuhrquelle dient, einen Puffertank 30 mit einer im Inneren desselben ausgebildeten Luftkammer, in den die Luft Ga von dem Luftkompressor 21 strömt, und eine Luftleitung 22 zum Zuführen der Luft Ga von dem Luftkompressor 21 zu dem Puffertank 30 auf.
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Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist der Puffertank 30 an der Turbinengehäuse-10-Innenseite des Zugangslochdeckels 12 befestigt. Folglich ist dieser Puffertank 30 fast vollständig innerhalb des Zugangslochs 11 aufgenommen. Darüber hinaus ist der Endteil der Luftleitung 20 mit dem Zugangslochdeckel 12 verbunden. Der Puffertank 30 weist einen zylindrischen Tankhauptkörper 31, eine Partitionierungswand 36, die das Innere des Tankhauptkörpers 31 in eine erste Luftkammer S1 und eine zweite Luftkammer S2 partitioniert, und eine Düse 40, die Luft Ga ausstößt, auf.
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Wie in 4 und 5 gezeigt ist, weist der Tankhauptkörper 31 einen Körperteil 32, der in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, einen unteren Teil 34, der einen Endteil des Körperteils 32 blockt, und einen Flanschteil 35, der von dem anderen Endteil des Körperteils 32 in Richtung der Innenumfangsseite vorsteht, auf. Dieser Tankhauptkörper 31 ist an dem Zugangslochdeckel 12 mit Bolzen 39 befestigt, die durch den Flanschteil 35 hindurchgehen. Im Folgenden wird die Mittelachse des zylindrischen Körperteils 32 als Tankachse At bezeichnet.
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Die Partitionierungswand 36 weist eine zylindrische Wand 37, die in einer zylindrischen Form um die Tankachse At an der Innenumfangsseite des Körperteils 32 des Tankhauptkörpers 31 ausgebildet ist, und eine kreisförmige Plattenwand 38, die von einem Ende dieser zylindrischen Wand 37 in Richtung der Außenumfangsseite vorsteht, auf. Der andere Endteil dieser zylindrischen Wand 37 ist an dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 befestigt. Darüber hinaus ist der Außenumfangsrand der kreisförmigen Plattenwand 38 an dem Körperteil 32 des Tankhauptkörpers 31 befestigt. Der Raum innerhalb des Tankhauptkörpers 31 zwischen der zylindrischen Wand 37 dieser Partitionierungswand 36 und dem Körperteil 32 des Tankhauptkörpers 31 und zwischen der kreisförmigen Plattenwand 38 dieser Partitionierungswand 36 und dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 bildet die im Vorhergehenden beschriebene zweite Luftkammer S2.
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In der kreisförmigen Plattenwand 38 (Mündungsplatte) der Partitionierungswand 36 sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern 53 ausgebildet, die von der ersten Luftkammer S1 zur zweiten Luftkammer S2 hindurchgehen. Darüber hinaus sind in dem Körperteil 32 (Gesamtagitationsluft-Ausstoßteil) eine Vielzahl von Gesamtagitationsluftöffnungen 51 ausgebildet, die die Luft Ga innerhalb der zweiten Luftkammer S2 als Gesamtagitationsluft Gal in das Turbinengehäuse 10 ausstoßen.
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Die Düse 40 ist an dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 derart entfernbar befestigt, dass eine Öffnung derselben dem Inneren des Turbinengehäuses zugewandt ist und die andere Öffnung dem Inneren der ersten Luftkammer S1 innerhalb des Tankhauptkörpers 31 zugewandt ist. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, ist diese Düse 40 in Bezug auf die Radialrichtung Dr so in einem Winkel angeordnet, dass der im Vorhergehenden beschriebene Stagnationsteil 19 auf der Verlängerungslinie der Mittelachse derselben positioniert ist, und sie ist an dem Bodenteil 34 des Tankhauptkörpers 31 in einem Zustand befestigt, dass sie zwischen den zwei in der Umfangsrichtung Dc einander benachbarten Brennkammern 2 zugewandt ist. Das heißt, diese Düse 40 ist an dem Tankhauptkörper 31 so befestigt, dass die von einer der Öffnungen ausgestoßene Luft Ga zu dem Stagnationsteil 19 gerichtet ist. Demgemäß weist diese eine Öffnung der Düse 40 eine Stagnationsteil-Agitationsluft-Öffnung 52 auf, die derart ausgebildet ist, dass sie die Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 als Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 in Richtung des Stagnationsteils 19 ausstößt.
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Als Nächstes werden die Wirkungen der im Vorhergehenden beschriebenen Spülvorrichtung 20 beschrieben.
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In dem Gasturbinen-Stoppzustand, in dem der Brennkammer 2 kein Brennstoff zugeführt wird, wird Luft höherer Temperatur in dem oberen Teil innerhalb des Turbinengehäuses 10 im Vergleich zu dem unteren Teil, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, gehalten. Ferner wird die Luft in dem Stagnationsteil 19 immer noch weiter dort gehalten, auch wenn in dem Turbinengehäuse 10 etwas Luftstrom vorhanden ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Gasturbine in dem im Vorhergehenden beschriebenen Stoppzustand ist, die Luft Ga von der Spülvorrichtung 20 aus in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen, um die Luft in dem Turbinengehäuse 10 zu verwirbeln. Insbesondere bewegt sich die Luft Ga von dem Luftkompressor 21 der Spülvorrichtung 20 durch die Luftleitung 22 und sie strömt in die erste Luftkammer S1 des Puffertanks 30. Ein Teil der Luft Ga, die in die erste Luftkammer S1 geströmt ist, wird als Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 in Richtung des Stagnationsteils 19 ausgestoßen und er verwirbelt den Stagnationsteil 19.
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Darüber hinaus bewegt sich der andere Teil der Luft Ga, der in die erste Luftkammer S1 geströmt ist, durch die Vielzahl von Durchgangslöchern 53, die in der kreisförmigen Plattenwand 38 der Partitionierungswand 36 ausgebildet sind, und er strömt in die zweite Luftkammer S2. An diesem Zeitpunkt erleidet die Luft Ga während des Verfahrens der Bewegung durch die Durchgangslöcher 53 einen Druckverlust. Infolgedessen wird der Druck des Inneren der zweiten Luftkammer S2 niedriger als der Druck des Inneren der ersten Luftkammer S1. Die Luft Ga, die in die zweite Luftkammer S2 geströmt ist, wird als Gesamtagitationsluft Ga1 von der Vielzahl von Gesamtagitationsluftöffnungen 51, die in dem Körperteil 32 des Tankhauptkörpers 31 ausgebildet sind, in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen. An diesem Zeitpunkt wird die Gesamtagitationsluft Ga1 von dem zylindrischen Tankhauptkörper 31 in der Radialrichtung in Bezug auf die Tankachse At gleichförmig ausgestoßen und sie strömt längs der oberen Innenwandfläche des Turbinengehäuses 10 so, dass fast der gesamte obere Teil des Turbinengehäuses verwirbelt wird.
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Wenn Gas von einer gegebenen Öffnung aus ausgestoßen wird, hängt die Ausstoßgeschwindigkeit dieses Gases von der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite dieser Öffnung ab. Das heißt, dass für den Fall, dass der Druck der stromabwärtigen Seite der Öffnung konstant ist, wenn der Druck der stromaufwärtigen Seite der Öffnung höher wird, die Ausstoßgeschwindigkeit des von der Öffnung ausgestoßenen Gases höher wird, und wenn der Druck der stromaufwärtigen Seite der Öffnung niedriger wird, die Ausstoßgeschwindigkeit des von der Öffnung ausgestoßenen Gases niedriger wird. Daher ist die Ausstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Ausstoßens der Luft Ga innerhalb der zweiten Luftkammer S2, in der der Druck niedriger als innerhalb der ersten Luftkammer S1 ist, von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 in das Turbinengehäuse 10 niedriger in Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Ausstoßens der Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 in das Turbinengehäuse 10. Das heißt, dass die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 relativ niedriger im Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 ist.
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Hierbei ist der Stagnationsteil 19, von der Spülvorrichtung 20 aus betrachtet, auf der zur Brennkammer 2 entgegengesetzten Seite positioniert und auch die Entfernung dazu größer. Daher muss, um den Stagnationsteil 19 aktiv zu verwirbeln, die Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2, die von der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 ausgestoßen wird, sich nahezu direkt zum Stagnationsteil 19 bewegen. Das heißt, dass es erforderlich ist, dass diese Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 die Eigenschaft einer direkten Bewegung aufweist. Andererseits ist es, um den gesamten oberen Teil des Inneren des Turbinengehäuses 10 unter Ausschluss des Stagnationsteils 19 zu verwirbeln, notwendig, dass kein Abschnitt besteht, der lokal verwirbelt wird, und ein lokales übermäßiges Kühlen verhindert wird. Daher ist es erforderlich, dass die Gesamtagitationsluft Ga1, die von der Gesamtagitationsluftöffnung 51 ausgestoßen wird, breit diffundiert.
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Um die Eigenschaft einer direkten Bewegung der Luft zu erhöhen, ist es günstig, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft hoch ist. Andererseits ist es, um die Diffundiereigenschaft der Luft zu erhöhen, günstig, wenn die Ausstoßgeschwindigkeit der Luft niedrig ist.
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Folglich wird in der vorliegenden Ausführungsform auf der Basis der im Vorhergehenden angegebenen Kenntnisse die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 relativ höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 gemacht, um dadurch die Eigenschaft einer geradlinigen Bewegung der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 zu erhöhen und den Stagnationsteil 19 aktiv zu verwirbeln. Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 relativ niedriger in Bezug auf die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 gemacht, um dadurch die Diffundiereigenschaft der Gesamtagitationsluft Ga1 zu erhöhen und Abschnitte, die nicht verwirbelt werden, in dem oberen Teil des Inneren des Turbinengehäuses 10 unter Ausschluss des Stagnationsteils 19 zu beseitigen.
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Infolgedessen kann in der vorliegenden Ausführungsform die Luft in dem gesamten oberen Inneren des Turbinengehäuses 10 ausreichend verwirbelt werden und die Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Teilen des Inneren des Turbinengehäuses 10 auf ein Minimum verringert werden. Daher ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine Verformung in dem Turbinengehäuse auf ein Minimum zu verringern, wenn die Gasturbine in einem Stoppzustand ist.
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Darüber hinaus werden in der vorliegenden Ausführungsform zwei Arten von Luft Ga1 und Ga2, die jeweils unterschiedliche Ausstoßgeschwindigkeit aufweisen, in das Turbinengehäuse 10 ausgestoßen. Da jedoch der Puffertank 30 nur eine Art von diesem zugeführter Luft Ga benötigt, können der Luftkompressor 21 und die Luftleitung 22 vereinigt werden und Herstellungskosten der Spülvorrichtung 20 verringert werden.
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Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform der Puffertank 30 innerhalb des Turbinengehäuses 10 vorgesehen. Da jedoch dieser Puffertank 30 fast vollständig innerhalb des Zugangslochs 11 aufgenommen ist, ist es sehr unwahrscheinlich, dass der Strom der komprimierten Luft Gp in dem Turbinengehäuse 10 gestört wird, wenn die Gasturbine in Betrieb ist. Ferner kann, da dieser Puffertank 30 an dem Zugangslochdeckel 12 angebracht ist, durch Entfernen des Zugangslochdeckels 12 von dem Turbinengehäuse 10 dieser Puffertank 30 leicht zur Außenseite des Turbinengehäuses 10 entnommen werden. Daher kann der Puffertrank 30 leicht repariert oder modifiziert werden.
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Darüber hinaus kann in der vorliegenden Ausführungsform, da die Düse 40, die Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 ausstößt, an dem Tankhauptkörper 31 des Puffertanks 30 entfernbar vorgesehen ist, die Strömungsrate oder die Ausstoßrichtung der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 durch Austauschen dieser Düse 40 einfach eingestellt werden. Jedoch muss die Düse 40 nicht immer von dem Tankhauptkörper 31 entfernbar sein und sie kann mit dem Tankhauptkörper 31 integriert ausgebildet sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Durchgangslöcher 53 in der kreisförmigen Plattenwand 38 der Partitionierungswand 36 innerhalb des Tankhauptkörpers 31 vorgesehen. Jedoch können die Durchgangslöcher 53 in der zylindrischen Wand 37 der Partitionierungswand 36 vorgesehen sein. Jedoch ist es in diesem Fall günstig, wenn die Positionen der Durchgangslöcher 53 in der zylindrischen Wand 37 in der Umfangsrichtung auf der Basis der Tankachse At nicht mit den Positionen der Gesamtagitationsluftöffnungen 51 in dem Körperteil 32 in dem Tankhauptkörper 31 zusammenpassen. Dies dient dazu, zu verhindern, dass die Luft Ga, die durch die Durchgangslöcher 53 in der zylindrischen Wand 37 hindurchgegangen ist, sich geradlinig bewegt und infolgedessen eine große Menge an Luft Ga von der Gesamtagitationsluftöffnung 51, die sich am Ziel dieser direkten Bewegung befindet, ausgestoßen wird, was zu einem unzureichenden Ausstoßen von Luft Ga von anderen Gesamtagitationsluftöffnungen 51 führt.
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Als Nächstes wird ein erstes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Dieses modifizierte Beispiel ist eines, in dem eine Mündung 41 in der Düse 40 vorgesehen ist. Andere Konfigurationen sind ähnlich denen in der ersten Ausführungsform.
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In diesem modifizierten Beispiel ist, wie angegeben, die Mündung 41 in der Düse 40 vorgesehen und es ist dadurch möglich, die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2, die aus der Düse 40 ausgestoßen wird, einzustellen. Jedoch ist, wie im Vorhergehenden angegeben ist, da die Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 höher als die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 sein muss, der Durchgangslochdurchmesser der Mündung 41 so festgelegt, dass der Druck zwischen der Mündung 41 in der Düse 40 und der Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung 52 höher als der Druck der zweiten Luftkammer S2 wird.
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Als Nächstes wird ein zweites modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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In der ersten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern 53 in der kreisförmigen Plattenwand 38, die als eine Mündungsplatte dient, ausgebildet, um den Druck der Luft Ga, bevor diese Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnungen 51 erreicht, zu verringern. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel wird stattdessen ein poröser Körper 54 mit einer Zahl von darin ausgebildeten Mikroporen als Druckeinstellmechanismus an der Seite der ersten Luftkammer S1 von den Gesamtagitationsluftöffnungen 51 vorgesehen.
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In dem vorliegenden modifizierten Beispiel kann auch der Druck der Luft Ga gesenkt werden, bevor die Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnungen 51 erreicht. Daher kann, wie bei der ersten Ausführungsform, die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 in Bezug zur Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 relativ niedriger gemacht werden.
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Der Druckeinstellmechanismus zur Senkung des Drucks der Luft Ga, bevor die Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnungen 51 erreicht, auf diese Weise ist nicht auf eine Mündung beschränkt und er kann von einer beliebigen Form sein unter der Voraussetzung, dass er dazu dient, dem Strom der Luft Ga Widerstand zu leisten, und er den Druck auf der stromabwärtigen Seite derselben verringert. Daher kann zum Beispiel eine Leitung, bei der sich das eine Endteil in die erste Luftkammer S1 öffnet und das andere Endteil mit der Gesamtagitationsluftöffnung 51 verbunden ist, in dem Tankhauptkörper 31 vorgesehen sein, um als Druckeinstellmechanismus zu dienen. In diesem Fall muss diese Leitung einen größeren Druckverlust als die Düse 40 bewirken und daher muss der Innendurchmesser derselben kleiner als der Innendurchmesser der Düse 40 sein und/oder die Länge derselben größer als die der Düse 40 sein.
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Als Nächstes wird ein drittes modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
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In der ersten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Durchgangslöchern 53 in der kreisförmigen Plattenwand 38, die als eine Mündungsplatte dient, ausgebildet, um den Druck der Luft Ga zu verringern, bevor diese Luft Ga innerhalb der ersten Luftkammer S1 die Gesamtagitationsluftöffnung 51 erreicht. In dem vorliegenden modifizierten Beispiel wird stattdessen ein Maschenstrukturkörper 55 an der Gesamtagitationsluftöffnung 51 vorgesehen.
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In diesem Maschenstrukturkörper 55 sind eine Anzahl von Öffnungen ausgebildet, die jeweils eine kleinere Fläche als die Öffnungsfläche der Gesamtagitationsluftöffnung 51 aufweisen.
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Auch durch Vorsehen des Maschenstrukturkörpers 55 an der Gesamtagitationsluftöffnung 51 ist es möglich, die Ausstoßgeschwindigkeit der Gesamtagitationsluft Ga1 in Bezug zur Ausstoßgeschwindigkeit der Stagnationsteil-Agitationsluft Ga2 relativ niedriger zu machen.
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In dem vorliegenden modifizierten Beispiel muss kein Raum zum Absenken des Drucks unmittelbar vor der Gesamtagitationsluftöffnung 51 gewährleistet sein und daher ist die Partitionierungswand 36 der ersten Ausführungsform innerhalb des Tankhauptkörpers 31 nicht vorgesehen.
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Beschreibung der Bezugszeichen
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- 1
- Kompressor
- 2
- Brennkammer
- 3
- Turbine
- 4
- Rotor
- 5
- Rotorhauptkörper
- 6
- Turbinenlaufschaufel
- 7
- Turbinenleitschaufel
- 8
- Gehäuse
- 9
- Verbrennungsgasdurchgang
- 10
- Turbinengehäuse
- 11
- Zugangsloch
- 12
- Zugangslochdeckel
- 19
- Stagnationsteil
- 20
- Spülvorrichtung
- 21
- Luftkompressor
- 22
- Luftleitung
- 30
- Puffertank
- 40
- Düse
- 41
- Mündung
- 51
- Gesamtagitationsluftöffnung
- 52
- Stagnationsteil-Agitationsluftöffnung
- 53
- Durchgangsloch
- 54
- poröser Körper
- 55
- Maschenstrukturkörper
