DE112014006552T5

DE112014006552T5 - Vorrichtung und Verfahren zur Abdichtung einer Turbinenanordnung

Info

Publication number: DE112014006552T5
Application number: DE112014006552.8T
Authority: DE
Inventors: Srinivas PAKKALA; Robert Jamiolkowski; Rohit Pruthi; Tomasz Jendrzejewski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2016-12-29
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: US10704405B2; DE112014006552B4; CN106460558A; CN106460558B; US20170114654A1; WO2015152742A1; JP6659567B2; JP2017519145A

Abstract

Eine Turbine oder ein Turbinensystem enthält einen Verdichter, eine Brennkammer, einen Turbinenabschnitt, einen Diffusor mit einer Trennfuge zwischen zwei Komponenten und eine Abdichtung entlang der Trennfuge. Die Abdichtung enthält einen Vorsprung, eine Aussparung und einen flexiblen Teil zwischen dem Vorsprung und der Aussparung. Der flexible Teil weist einen gebogenen Querschnitt senkrecht zu der Trennfuge auf. Eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts steht mit einer Innenfläche der Aussparung in Berührung. Eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts steht mit einer Außenfläche des Vorsprungs in Berührung. Eine Abdichtung einer Trennfuge zwischen zwei Teilen eines Diffusors in einem Gasturbinensystem enthält, dass ein flexibler Teil zwischen einem Vorsprung und einer Aussparung der zwei Teile angeordnet wird, eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Innenfläche der Aussparung in Berührung gebracht wird, eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Außenfläche des Vorsprungs in Berührung gebracht wird und der Diffusors mit Druck beaufschlagt wird.

Description

Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Abdichtung einer Anordnung. Insbesondere betreffen die Vorrichtungen und Verfahren die Schaffung einer Abdichtung entlang einer Trennfuge zwischen zwei Komponenten einer Turbinenanordnung.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Aufgrund von Gesichtspunkten, wie beispielsweise leichte Herstellung oder Instandhaltungsbedarf, können Komponenten einer Kraftwerksanordnung in Teilkomponenten unterteilt sein, die in einer lösbaren Weise miteinander verbunden sind. Eine sogenannte Trennfuge wird dort gebildet, wo die Teilkomponenten nahe aneinander liegen oder einander berühren und voneinander getrennt werden können und kann eine zwischen den Komponenten angeordnete Dichtung enthalten. Wenn ein mit den Teilkomponenten verbundener Differenzdruck vorliegt, sei es ein Differenzdruck von innen nach außen, von außen nach innen oder innerhalb der Teilkomponenten, kann eine Neigung bestehen, dass der Differenzdruck eine Strömung durch die Trennfuge zur Folge hat, falls die Trennfuge nicht hinreichend abgedichtet ist.
Die Schaffung einer Abdichtung an der Trennfuge kann schwierig sein, falls die Teilkomponenten im Einsatz Temperaturänderungen oder Temperaturgradienten erfahren. Falls z.B. die Teilkomponenten eine Einsetztemperatur von einigen hundert oder sogar tausend Grad Fahrenheit aufweisen, könnten die Teilkomponenten eine beträchtliche Wärmeausdehnung erfahren, wenn die Teilkomponenten die Betriebstemperatur erreichen. Dies könnte beim Übergang der Teilkomponenten zu der Betriebstemperatur Dimensionsänderungen entlang der Trennfuge hervorrufen, und derartige Dimensionsänderungen könnten die charakteristischen Eigenschaften jeder Dichtung entlang der Trennfuge verändern. Selbst wenn die Teilkomponenten einmal eine Betriebstemperatur im stationären Zustand oder teilstationären Zustand erreichen, könnte ein Temperaturgradient entlang der Trennfuge bewirken, dass eine Dichtung entlang des Temperaturgradienten andere Dichtungseigenschaften aufweist. Selbst kleine Dimensionsabweichungen entlang einer Trennfuge könnten beträchtliche Veränderungen der Dichtungsleistung zur Folge haben, so dass die Abdichtung aufgrund der Dimensionsabweichungen der Dichtung nicht deterministisch wird, was eine Vorhersage, wo Komponenten einander berühren und/oder wo die Komponenten eine Dichtung berühren, schwierig machen kann.
Variierende Dichtungseigenschaften können in Turbinen, bei denen der Wirkungsgrad von besonderer Wichtigkeit ist, besonders bedenklich sein. Z.B. ist selbst dann, wenn Leckagen berücksichtigt werden oder sogar erwünscht sein könnten, die Fähigkeit, die Leckagen zu modellieren oder vorherzusagen, nützlich, um die Leistung der Turbine zu steuern oder zu messen. Eine spezielle Komponente, die eine derartige Trennfuge und/oder Abdichtung enthalten kann, ist ein Diffusor in einer Turbine.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte der hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zur Abdichtung einer Turbinenanordnung bieten Lösungen zu einem oder mehreren Problemen oder Nachteilen, die mit dem Stand der Technik verbunden sind.
In einem beispielhaften, jedoch nicht beschränkenden Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Turbinensystem, das aufweist: einen Verdichterabschnitt; einen Verbrennungsabschnitt; einen Turbinenabschnitt; einen Diffusor mit einer Trennfuge zwischen zwei Komponenten des Diffusors; und eine Abdichtung entlang der Trennfuge. Die Abdichtung weist einen vorstehenden Teil, einen ausgesparten Teil und einen flexiblen Teil zwischen dem vorstehenden Teil und dem ausgesparten Teil auf. Der flexible Teil weist bei einer Betrachtung senkrecht zu der Trennfuge einen gebogenen Querschnitt auf. Eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts steht mit einer Innenfläche des ausgesparten Teils in Berührung, und eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts steht mit einer Außenfläche des vorstehenden Teils in Berührung.
In einem weiteren beispielhaften, jedoch nicht beschränkenden Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Kraftwerk, das aufweist: ein Turbinensystem, eine mechanische oder elektrische Last; ein Einlasssystem; und ein Steuersystem. Das Turbinensystem weist einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt, einen Turbinenabschnitt, einen Diffusor mit einer Trennfuge zwischen zwei Komponenten des Diffusors und eine Abdichtung entlang der Trennfuge auf. Die Abdichtung weist einen vorstehenden Teil, einen ausgesparten Teil und einen flexiblen Teil zwischen dem vorstehenden Teil und dem ausgesparten Teil auf. Der flexible Teil weist bei einer Betrachtung senkrecht zu der Trennfuge einen gebogenen Querschnitt auf, wobei eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Innenfläche des ausgesparten Teils in Berührung steht und eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Außenfläche des vorstehenden Teils in Berührung steht.
In einem weiteren beispielhaften, jedoch nicht beschränkenden Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung eine Turbine, die aufweist: eine erste Diffusorkomponente; eine zweite Diffusorkomponente; eine Trennfuge zwischen der ersten Diffusorkomponente und der zweiten Diffusorkomponente; und eine Abdichtung entlang der Trennfuge. Die Abdichtung weist im Querschnitt einen konvexen Teil, einen konkaven Teil und einen flexiblen Teil zwischen dem konvexen Teil und dem konkaven Teil auf. Der flexible Teil weist einen gebogenen Querschnitt auf, wenn er senkrecht zu der Trennfuge betrachtet wird, wobei der gebogene Querschnitt ein fixiertes Ende und ein freies Ende aufweist, wobei eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts eine Innenfläche des konkaven Teils in der Nähe des freien Endes berührt und eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts eine Außenfläche des konvexen Teils in der Nähe des fixierten Endes berührt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Turbinensystems;
2 zeigt einen Teilquerschnitt eines Diffusors in einem Turbinensystem;
3A zeigt eine detaillierte Ansicht einer Trennfuge und zugehöriger Abdichtung dort, wo zwei Komponenten des Diffusors zusammenpassend verbunden sind;
3B zeigt eine detaillierte Ansicht eines Abschnitts aus 3A;
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Trennfuge und Abdichtung zwischen Diffusorkomponenten; und
5 zeigt eine isolierte Ansicht einer flexiblen Komponente der Abdichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine oder mehrere spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine konzise Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können gegebenenfalls nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben sein. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer jeden derartigen tatsächlichen Implementierung, wie in einem Ingenieurs- oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele, wie beispielsweise Einhaltung systembezogener und/oder unternehmensbezogener Randbedingungen, zu erfüllen, die von einer Implementierung zur anderen variieren können. Außerdem sollte erkannt werden, dass ein derartiger Aufwand zwar komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch für Fachleute mit dem Nutzen dieser Offenbarung nichtsdestoweniger ein routinemäßiges Unterfangen bei der Konstruktion, Fertigung und Herstellung darstellen würde.
Detaillierte beispielhafte Ausführungsformen sind hierin offenbart. Jedoch sind spezielle strukturelle und funktionelle Details, die hierin offenbart sind, lediglich für die Zwecke der Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen repräsentativ. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können jedoch in vielen alternativen Formen verkörpert sein und sollten nicht als lediglich auf die hierin erläuterten Ausführungsformen beschränkt aufgefasst werden.
Demgemäß sind, obwohl beispielhafte Ausführungsformen zu verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen in der Lage sind, deren Ausführungsformen anhand eines Beispiels in den Figuren veranschaulicht und hierin nachstehend im Detail beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass keine Absicht besteht, beispielhafte Ausführungsformen auf die speziellen offenbarten Formen zu beschränken, sondern im Gegenteil beispielhafte Ausführungsformen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen sollen, die in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll für beispielhafte Ausführungsformen nicht beschränkend sein. In dem hierin verwendeten Sinne sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“ bzw. „das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht deutlich was anderes anzeigt. Die Ausdrücke „aufweist“, „aufweisend“, „enthält“ und/oder „enthaltend“, wenn sie hierin verwendet werden, bestimmen die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten, schließen jedoch die Gegenwart oder Hinzunahme eines bzw. einer oder mehrerer weiterer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen nicht aus.
Obwohl die Ausdrücke erste, zweite, primäre, sekundäre, etc. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollten diese Elemente durch diese Ausdrücke nicht beschränkt sein. Die Ausdrücke werden lediglich dazu verwendet, ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Z.B. könnte, ohne darauf beschränkt zu sein, ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden, und ebenso könnte ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne dass von dem Umfang der beispielhaften Ausführungsformen abgewichen wird. In dem hierin verwendeten Sinne enthält der Ausdruck „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente.
Eine bestimmte Terminologie kann hierin lediglich zum besseren Verständnis für den Leser verwendet werden und wird nicht als eine Beschränkung des Schutzumfangs der Erfindung aufgefasst. Z.B. beschreiben Wörter, wie beispielsweise „obere“, „untere“, „horizontal“, „vertikal“, „stromaufwärts“, „stromabwärts“, „vordere“, „hintere“ und dergleichen lediglich die in den Figuren veranschaulichte Konfiguration. In der Tat kann das Element oder können Elemente einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einer beliebigen Richtung ausgerichtet sein, und die Terminologie sollte folglich derart verstanden werden, dass sie derartige Variationen mit umfasst, sofern nichts anderes angegeben ist.
Wie hierin in der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, umfassen „im Wesentlichen“ und „etwa“ wenigstens Abweichungen von idealen oder nominellen Werten, die innerhalb von Herstellungs-, Betriebs- und/oder Prüftoleranzen liegen.
Die vorliegende Offenbarung kann auf vielfältige Gasturbinen angewandt werden, die eine angesaugte Luft verdichten, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Hochleistungsgasturbine, eine aus Flugtriebwerken abgeleitete Gasturbine oder dergleichen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf entweder eine einzige Gasturbine oder mehrere Gasturbinen angewandt werden. Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann auf eine Gasturbine angewandt werden, die mit einem einfachen Kreisprozess oder einem kombinierten Kreisprozess arbeitet.
1 veranschaulicht eine Gasturbine 10 mit einem Einlasssystem 12. Die Gasturbine 10 weist allgemein einen Verdichter 14, wenigstens eine Brennkammer mit einem Brennraum 16 und einen Turbinenabschnitt 18 auf. In landgestützten Gasturbinen treibt der Turbinenabschnitt 18 gewöhnlich eine mechanische oder elektrische Last, wie beispielsweise einen Generator 20, an. Der Verdichter 14 ist mit einem Einlass versehen, der mehrere (nicht veranschaulichte) Einlassleitschaufeln enthalten kann, die stromabwärts von einem Einlasssammelraum 22 angeordnet sind. Der Turbinenabschnitt 18 ist mit einem Diffusor 100 strömungsmäßig verbunden, der mit einem Abhitzedampferzeuger 32 verbunden ist. Das Einlasssystem 12 weist allgemein eine Wetterschutzhaube 24 auf, die an einem stromaufwärtigen Ende eines Einlassfiltergehäuses 26 montiert ist. Die Wetterschutzhaube 24 ist mit dem Einlasssammelraum 22 über einen Einlassluftkanal 28 strömungsmäßig verbunden. Ein Steuersystem 30 kann zur Steuerung eines beliebigen Aspektes der Gasturbine 10 vorgesehen sein. Die Gasturbine 10 kann als ein Teil eines Kraftwerks installiert sein.
2 veranschaulicht einen vereinfachten Teilschnitt durch einen Diffusor 100 in der Gasturbine 10. Ein innerer Abschnitt 102 des Diffusors 100 ermöglicht dem Diffusor 100, Geschwindigkeit in Druck umzuwandeln, d.h. eine Diffusionsfunktion an dem Gasstrom in der Gasturbine 10 zu erfüllen. Ein äußerer Abschnitt 104 des Diffusors 100 stellt einen Bereich für eine Kühlströmung 106 bereit. Die Kühlströmung 106 wird bereitgestellt, um ein Gehäuse 107 unterhalb einer maximalen Betriebstemperatur zu haben. Z.B. kann das Gehäuse 107 aus Kohlenstoffstahl hergestellt sein, der eine maximal zulässige Betriebstemperatur von etwa 600 bis 700 Grad Fahrenheit aufweist, während der innere Abschnitt 102 Hochtemperatur-Verbrennungsgase um die 1200 Grad Fahrenheit herum aufweisen kann. Die Kühlströmung 106 kann bereitgestellt werden, um dem Gehäuse 107 zu ermöglichen, unter derartigen Betriebsbedingungen zu funktionieren.
Ein Fluid in dem äußeren Abschnitt 104 (z.B. die Kühlströmung 106) kann unter einem höheren Druck stehen als ein Fluid in dem inneren Abschnitt 102 (z.B. Verbrennungsgase). Z.B. kann das Fluid in dem äußeren Abschnitt 104 einen Druck aufweisen, der um zwischen 2 und 3 Psi höher ist als derjenige des Fluids in dem inneren Abschnitt 102. Ein derartiger Differenzdruck veranlasst ein Fluid, aus dem äußeren Abschnitt 104 zu dem inneren Abschnitt 102 zu strömen. In der Tat ist eine gewisse Strömung an einem vorderen Entleerungsloch 110 und einem hinteren Entleerungsloch 112 absichtlich vorgesehen.
3A zeigt eine Ansicht in Richtung auf eine Außenfläche des Diffusorgehäuses 108. Wie veranschaulicht, enthält das Diffusorgehäuse 108 eine erste Komponente 114 (obere Komponente) und eine zweite Komponente 116 (untere Komponente), die zusammenfinden, um eine Hülle zu bilden, die einen Umfang des Diffusors 100 bildet. Es kann eine beliebige Anzahl von Komponenten vorgesehen sein. Der Einfachheit wegen sind zwei Komponenten beschrieben. Die beiden Komponenten können jeweils im Wesentlichen 180° des Diffusors 100 bilden.
Die erste Komponente 114 und die zweite Komponente 116 treffen an einer Trennfuge 118 zusammen, die sich durch den Diffusor 108 hindurch zu dem äußeren Abschnitt 104 und im Wesentlichen entlang einer axialen Richtung oder axialen Strömungsrichtung der Gasturbine erstreckt. Die Trennfuge 118 ist als im Wesentlichen horizontal veranschaulicht, wobei dies nicht als beschränkend angesehen werden sollte. Es kann eine beliebige Konfiguration der Trennfuge 118, einschließlich z.B. Trennfugen in Umfangsrichtung, vertikaler Trennfugen, horizontaler Trennfugen, nicht geradliniger Trennfugen oder Kombinationen von diesen, angewandt werden. Ein Großteil der Trennfuge 118 ist aufgrund der Komponenten, die eine Dichtungsanordnung 120 bilden, in 3A nicht sichtbar.
3B zeigt eine vergrößerte Ansicht der 3A und veranschaulicht Teile der Dichtungsanordnung 120. 3A veranschaulicht insbesondere zwei Dichtungsanordnungen 120, die im Wesentlichen gleich sind und Ende an Ende aneinanderstoßen.
4 veranschaulicht einen Querschnitt der Dichtungsanordnung 120. Die Dichtungsanordnung 120 enthält einen vorstehenden Teil 122, der in einen ausgesparten Teil 124 eingeführt ist. Ein flexibler Teil 126 ist zwischen dem vorstehenden Teil 122 und dem ausgesparten Teil 124 veranschaulicht. Der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 können auf zwei Teilen ausgebildet sein, die im Wesentlichen Spiegelbilder zueinander sind, um eine Umfangshülle zu bilden. Der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 können aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein. Der flexible Teil 126 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, das eine hinreichende Elastizität und/oder eine federartige Wirkung bietet.
Der vorstehende Teil 122 kann eine Außenfläche 128 enthalten, die konvex und/oder im Wesentlichen V-förmig gestaltet sein kann. Der ausgesparte Teil 124 kann konkav und/oder im Wesentlichen U-förmig sein und/oder eine Fischmaulgestalt aufweisen. Der vorstehende Teil 122 kann eine Zunge sein, und der ausgesparte Teil 124 kann eine Nut sein. In der Tat können der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 beliebige Formen aufweisen, die zueinander komplementär sind und die weiteren Aspekte dieser Offenbarung berücksichtigen. Zwischen dem vorstehenden Teil 122 und dem ausgesparten Teil 124 ist ein Spalt 130 vorgesehen. Der Spalt 130 kann Herstellungstoleranzen zwischen dem vorstehenden Teil 122 und dem ausgesparten Teil 124 berücksichtigen. Der Spalt 130 kann Abweichungen zwischen dem vorstehenden Teil 122 und dem ausgesparten Teil 124 aufgrund einer thermischen Ausdehnung, wie vorstehend erläutert, berücksichtigen. Die thermische Ausdehnung kann z.B. durch eine radiale thermische Ausdehnung des Diffusors 100 bedingt sein. Die Außenfläche 128 kann zu einer Innenfläche des flexiblen Teils 126 im Wesentlichen komplementär sein. Der Spalt 130 kann ein beliebiger Abstand sein, der einen hinreichenden Freiraum für eine Herstellungs- und/oder Dimensionsabweichung aufgrund einer thermischen Belastung bietet. In einem Beispiel beträgt der Spalt 130 im Wesentlichen zwischen 0 und 0,1 Zoll. In einem Beispiel beträgt der Spalt 130 im Wesentlichen zwischen 0,020 und 0,080 Zoll. In einem Beispiel beträgt der Spalt 130 im Wesentlichen zwischen 0,040 und 0,060 Zoll. Wenn sich der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 thermisch ausdehnen, kann der Spalt 130 in Abhängigkeit von Faktoren, wie beispielsweise eine spezielle strukturelle Konfiguration und/oder Temperaturgradienten, kleiner oder größer werden.
Die Dichtungsanordnung 120 kann ohne den flexiblen Teil 126 geschaffen sein. Eine derartige Konfiguration bietet insofern Vorteile gegenüber einer Trennfuge 118, die keinen vorstehenden Teil 122 und keinen ausgesparten Teil 124 enthält (einer „geraden“ Trennfuge), als die komplementären Konfigurationen des vorstehenden Teils 122 und des ausgesparten Teils 124 eine gewisse Dimensionsabweichung aufgrund einer thermischen Ausdehnung oder Dimensionsabweichung aufgrund anderer Ursachen zulassen, während sie dennoch eine überlegene Abdichtungsleistung gegenüber einer „geraden“ Trennfuge erzielen, weil die komplementären Formen des vorstehenden Teil 122 und des ausgesparten Teils 124 es ermöglichen, dass eine Berührung zwischen dem vorstehenden Teil 122 und dem ausgesparten Teil 124 wenigstens in einem gewissen Maße während einer thermischen Ausdehnung und Kontraktion aufrechterhalten wird.
Der flexible Teil 126 weist einen gebogenen Querschnitt auf, der im Wesentlichen V-förmig oder U-förmig gestaltet sein kann. Ein erstes Ende 132 des flexiblen Teils 126 kann die Außenfläche des vorstehenden Teils 122 wenigstens an einem Punkt berühren und ist veranschaulicht, wie es den vorstehenden Teil entlang einer gesamten ersten Seite 134 des vorstehenden Teils 122, die dem inneren Abschnitt 102 zugewandt ist, berührt. Der flexible Teil 126 kann durch beliebige geeignete Mittel in Stellung gehalten werden. Wie in 4 veranschaulicht, ist der flexible Teil 126 zwischen dem vorstehenden Teil 122 und dem ausgesparten Teil 124 an der ersten Seite 134 derart eingezwängt, dass der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 beide den flexiblen Teil 126 berühren. Der flexible Teil 126 ist ferner veranschaulicht, wie er innerhalb eines Schlitzes oder einer Nut 136 in dem vorstehenden Teil 122 angeordnet ist. Die Nut 136 kann eine enge Passung (wie beispielsweise eine Presspassung) bereitstellen, die einer Bewegung des flexiblen Teils 126 widersteht, oder kann ein Passungsspiel bereitstellen, das dem flexiblen Teil 126 ermöglicht, innerhalb der Nut 136 zu gleiten.
Obwohl die Außenfläche 28 und der flexible Teil 126 ähnliche Formen haben, kann der flexible Teil 126 eine größere V-Gestalt oder U-Gestalt sein, so dass, wenn das erste Ende 132 in der vorstehend beschriebenen Weise zurückgehalten wird, ein zweites Ende 138 von einer zweiten Seite 140 des vorstehenden Teils 122, die dem äußeren Abschnitt 104 zugewandt ist, weg vorgespannt ist. Das zweite Ende 138 kann mit einer Innenfläche des ausgesparten Teils 124 in Berührung stehen. Bei dieser Konfiguration überspannt der flexible Teil 126 den Spalt 130, und er bietet einen erhöhten Widerstand gegen eine Strömung durch die Trennfuge 118, wenn ein Differenzdruck über der Trennfuge 118 von dem äußeren Abschnitt 104 zu dem inneren Abschnitt 102 anliegt. Wenn der Druck angelegt wird, übt der Druck eine Kraft aus, die dazu neigt, die V-Gestalt oder U-Gestalt des flexiblen Teils 126 zu öffnen oder zu verflachen, oder dazu neigt, den flexiblen Teil 126 in einen „weniger gebogenen“ Zustand zu drängen, und die Abdichtung verbessert. Ferner ist der flexible Teil 126, indem er mit dem vorstehenden Teil 122 und dem ausgesparten Teil 124 in der veranschaulichten und beschriebenen Weise in Berührung steht, in der Lage, sich zu verbiegen, wenn der Spalt 130 aufgrund der Herstellung und/oder einer thermischen Ausdehnung Dimensionsabweichungen aufweist.
Wenn der flexible Teil 126 enthalten ist, kann ein resultierender Spalt zwischen dem flexiblen Teil 126 und der Innenfläche des ausgesparten Teils 124 und/oder der Außenfläche des vorstehenden Teil 122 0,0 bis 0,004 Zoll, 0,0 bis 0,002 Zoll oder 0,0 bis 0,1 Zoll betragen oder ein beliebiger Spalt sein, der eine hinreichende Abdichtung ergibt. Der flexible Teil 126 kann sich verbiegen, ausdehnen und/oder komprimiert werden, um den resultierenden Spalt soweit wie praktisch möglich zu reduzieren.
Eine Aufnahme des flexiblen Teils 126 bietet insofern bestimmte Vorteile, als die Dichtungsanordnung 120 im Vergleich zu einer Dichtungsanordnung ohne den flexiblen Teil 126 deterministischer wird. Z.B. ermöglicht die Fähigkeit des flexiblen Teils 126, sich während Abweichungen, die durch eine thermische Ausdehnung hervorgerufen sind, (durch eine Verbiegung) auszudehnen und zusammenzuziehen, eine gleichmäßigere Abdichtung entlang der Trennfuge 118. Ohne den flexiblen Teil 126 wird die Fähigkeit der Dichtungsanordnung 120 zur Abdichtung weniger vorhersagbar und/oder weniger zuverlässig. Wenn z.B. die Dichtungsanordnung 120 bei höheren Temperaturen nicht so effektiv abdichtet, strömt aufgrund des Differenzdrucks mehr Fluid durch die Trennfuge 118. Dies kann unerwünschte Auswirkungen auf einen Kombizykluswirkungsgrad der Turbine haben, weil z.B. mehr Kühlfluid in den Diffusor 100 eintritt, als erforderlich ist, und den Kombizykluswirkungsgrad verringert. Mit einer verbesserten Abdichtung können sich Vorteile, wie beispielsweise eine reduzierte Kühlströmung, reduzierte Unsicherheit bei Strömungsvorhersagen und verbesserte thermische Vorhersagen, ergeben.
5 veranschaulicht den flexiblen Teil 126 in einem isolierten Zustand. Die Darstellung des flexiblen Teils 126 in isoliertem Zustand zeigt besser einen verlängerten Flügel 132 oder eine Verlängerung des gebogenen Querschnitts des flexiblen Teils, der bzw. die auf einem oder auf beiden Enden des flexiblen Teils 126 vorgesehen sein kann.
Zurückkehrend zu 3B kann der verlängerte Flügel 142 an einer Stelle vorgesehen sein, an der der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 ausgelassen sind. Aufgrund von z.B. herstellungsbedingten und/oder instandhaltungsbedingten Bedenken kann eine Länge des vorstehenden Teils 122 und des ausgesparten Teils 124 dort ausgespart sein, wo zwei im Wesentlichen ähnliche Dichtungsanordnungen 120 Ende an Ende aneinanderstoßen. Ferner können dort, wo eine einzige Dichtungsanordnung 120 aufhört, der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 ausgelassen sein. In diesen Szenarien kann ein verlängerter Flügel 142 vorgesehen sein um sicherzustellen, dass sich der flexible Teil 126 hinreichend weit erstreckt, um die Trennfuge 118 zu bedecken. Wie in 4 gesehen werden kann, ist dort, wo der verlängerte Flügel 142 nicht enthalten ist (in der Nähe des zweiten Endes 138 in dieser Figur), die Trennfuge 118 nicht durch das flexible Element bedeckt. Wenn der vorstehende Teil 122 und der ausgesparte Teil 124 enthalten sind, verhindert ein Weglassen des verlängerten Flügels 142 einen Störeingriff, obwohl insgesamt eine Abdichtung dennoch ermöglicht ist, während ohne den vorstehenden Teil 122 und den ausgesparten Teil 124 der verlängerte Flügel 142 keinen Störeingriff hervorruft, aber die Trennfuge 118 bedeckt, um eine Abdichtung zu schaffen.
Obwohl die vorstehende Beschreibung auf eine Trennfuge des Diffusors gerichtet ist, könnte die Dichtungsanordnung 120 auf eine beliebige Komponente mit einer Trennfuge angewandt werden. Außerdem könnte die Trennfuge gerade oder gekrümmt sein, und sie kann auf eine beliebige Abdichtung anwendbar sein und kann insbesondere in Situationen nützlich sein, in denen Abweichungen aufgrund einer relativen Bewegung zwischen Komponenten, z.B. einer thermischen Ausdehnung der Komponenten, auftreten können.
Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was derzeit als die praktikabelsten und bevorzugten Ausführungsformen angesehen wird, wird verstanden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in dem Rahmen und Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind, umfassen soll.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
12: Einlasssystem
14: Verdichter
16: Brennraum
18: Turbinenabschnitt
20: Generator
22: Einlasssammelraum
24: Wetterschutzhaube
26: Einlassfiltergehäuse
28: Einlassluftkanal
30: Steuersystem
32: Abhitzedampferzeuger
100: Diffusor
102: innerer Abschnitt
104: äußerer Abschnitt
106: Kühlströmung
107: Gehäuse
108: Diffusorgehäuse
110: vorderes Entleerungsloch
112: hinteres Entleerungsloch
114: erste Komponente
116: zweite Komponente
118: Trennfuge
120: Dichtungsanordnung
122: vorstehender Teil
124: ausgesparter Teil
126: flexibler Teil
128: Außenfläche
130: Spalt
132: erstes Ende
134: erste Seite
136: Nut
138: zweites Ende
140: zweite Seite
142: Flügel

Claims

Turbinensystem, das aufweist: einen Verdichterabschnitt; einen Verbrennungsabschnitt; einen Turbinenabschnitt; einen Diffusor mit einer Trennfuge zwischen zwei Komponenten des Diffusors; und eine Abdichtung entlang der Trennfuge, wobei die Abdichtung aufweist: einen vorstehenden Teil, einen ausgesparten Teil und einen flexiblen Teil zwischen dem vorstehenden Teil und dem ausgesparten Teil, wobei: der flexible Teil bei einer Betrachtung senkrecht zu der Trennfuge einen gebogenen Querschnitt aufweist, eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Innenfläche des ausgesparten Teils in Berührung steht und eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Außenfläche des vorstehenden Teils in Berührung steht.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei die Trennfuge entlang einer axialen Richtung des Diffusors verläuft.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei die Innenfläche des ausgesparten Teils im Wesentlichen U-förmig gestaltet ist.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der gebogene Querschnitt im Wesentlichen V-förmig gestaltet ist.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt der Außenfläche des vorstehenden Teils im Wesentlichen V-förmig gestaltet ist.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der vorstehende Teil intern bezüglich des ausgesparten Teils mit einem Freiraum zwischen dem vorstehenden Teil und dem ausgesparten Teil angeordnet ist, um eine Bewegung in Bezug aufeinander aufgrund einer thermischen Ausdehnung zuzulassen.
Turbinensystem nach Anspruch 6, wobei die thermische Ausdehnung auf einer radialen Ausdehnung des Diffusors beruht.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der flexible Teil einen Freiraum zwischen dem vorstehenden Teil und dem ausgesparten Teil abdichtet.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der gebogene Querschnitt derart angeordnet ist, dass ein Differenzdruck über der Trennfuge dazu neigt, den gebogenen Querschnitt zu einem weniger gebogenen Zustand hin zu öffnen.
Turbinensystem nach Anspruch 1, das ferner eine zweite Abdichtung aufweist, wobei die zweite Abdichtung im Wesentlichen gleich der Abdichtung ist, wobei die Abdichtung und die zweite Abdichtung entlang der Trennfuge Ende an Ende aneinanderstoßen.
Turbinensystem nach Anspruch 10, wobei die Abdichtung und die zweite Abdichtung benachbart zu der Stelle, an der die Abdichtung und die zweite Abdichtung aneinanderstoßen, den vorstehenden Teil und den ausgesparten Teil nicht enthalten.
Turbinensystem nach Anspruch 11, wobei der flexible Teil eine Verlängerung des gebogenen Querschnitts derart aufweist, dass der gebogene Querschnitt benachbart zu der Stelle, an der die Abdichtung und die zweite Abdichtung aneinanderstoßen, länger ist, wobei die Verlängerung sich benachbart zu der Stelle befindet, an der die Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit der Innenfläche des ausgesparten Teils in Berührung steht.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei die Abdichtung eine Länge entlang der Trennfuge aufweist, bei der der ausgesparte Teil und der vorstehende Teil ausgelassen sind, und der flexible Teil eine Verlängerung des gebogenen Querschnitts derart aufweist, dass der gebogene Querschnitt dort länger ist, wo der ausgesparte Teil und der vorstehende Teil ausgelassen sind.
Turbinensystem nach Anspruch 1, wobei der gebogene Querschnitt ein fixiertes Ende, das in Bezug auf den vorstehenden Teil fixiert ist, und ein freies Ende benachbart zu der Stelle enthält, an der die Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit der Innenfläche des ausgesparten Teils in Kontakt steht.
Turbinensystem nach Anspruch 14, wobei die Abdichtung eine Länge entlang der Trennfuge aufweist, bei der der ausgesparte Teil und der vorstehende Teil ausgelassen sind, und der flexible Teil eine Verlängerung des gebogenen Querschnitts derart aufweist, dass der gebogene Querschnitt dort länger ist, wo der ausgesparte Teil und der vorstehende Teil ausgelassen sind.
Kraftwerkt, das aufweist: ein Turbinensystem, das aufweist: einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt, einen Turbinenabschnitt, einen Diffusor mit einer Trennfuge zwischen zwei Komponenten des Diffusors und eine Abdichtung entlang der Trennfuge, wobei die Abdichtung aufweist: einen vorstehenden Teil, einen ausgesparten Teil und einen flexiblen Teil zwischen dem vorstehenden Teil und dem ausgesparten Teil, wobei: der flexible Teil bei einer Betrachtung senkrecht zu der Trennfuge einen gebogenen Querschnitt aufweist, eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Innenfläche des ausgesparten Teils in Berührung steht und eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Außenfläche des vorstehenden Teils in Berührung steht; eine mechanische oder elektrische Last; ein Einlasssystem; und ein Steuersystem.
Turbine, die aufweist: eine erste Diffusorkomponente; eine zweite Diffusorkomponente; eine Trennfuge zwischen der ersten Diffusorkomponente und der zweiten Diffusorkomponente; und eine Abdichtung entlang der Trennfuge, wobei die Abdichtung im Querschnitt aufweist: einen konvexen Teil, einen konkaven Teil und einen flexiblen Teil zwischen dem konvexen Teil und den konkaven Teil, wobei: der flexible Teil bei einer Betrachtung senkrecht zu der Trennfuge einen gebogenen Querschnitt aufweist, der gebogene Querschnitt ein fixiertes Ende und ein freies Ende aufweist, eine Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Innenfläche des konkaven Teils in der Nähe des freien Endes in Berührung steht und eine Innenfläche des gebogenen Querschnitts mit einer Außenfläche des konvexen Teils in der Nähe des fixierten Endes in Berührung steht.
Turbine nach Anspruch 17, wobei die erste Diffusorkomponente und die zweite Diffusorkomponente gemeinsam eine Hülle um eine Strömung durch die Turbine herum bilden, wobei sich die Strömung durch die Turbine im Innern der Hülle ausbreitet und die Abdichtung eingerichtet ist, um ein Fluid daran zu hindern, von einem Außenraum der Hülle zu einem Innenraum der Hülle durch die Trennfuge zu strömen.
Turbine nach Anspruch 17, wobei sich die Trennfuge entlang einer axialen Strömungsrichtung des Diffusors erstreckt.
Verfahren zur Abdichtung der Turbine nach Anspruch 17, wobei das Verfahren aufweist: Anordnen des flexiblen Teils zwischen dem konkaven Teil und dem konvexen Teil, so dass die Außenfläche des gebogenen Querschnitts mit der Innenfläche des konkaven Teils in der Nähe des freien Endes in Berührung steht und die Innenfläche des gebogenen Querschnitts mit der Außenfläche des konvexen Teils in der Nähe des fixierten Endes in Berührung steht; und Unterdrucksetzen eines Innenraums der ersten Diffusorkomponente und der zweiten Diffusorkomponente.