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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Gasturbinen-Mantelring. Sie betrifft insbesondere eine Weiterbildung
der Kühlung
im Verbindungsbereich des Mantelrings derart, dass durch die heißen Gase verursachte
Verbrennungen an Endabschnitten vermieden werden und dadurch die
Zuverlässigkeit
verbessert wird.
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Aus der
US 3,529,906 ist eine statische Dichtung
bekannt, die bei einer Axialgasturbine um die Düse der ersten Stufe oder die
Leitschaufeln des Stators vorgesehen ist.
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In der beigefügten Zeichnung zeigt 8 einen Schnitt durch eine
Gasturbine in einer Gesamtansicht. In 8 bezeichnet
das Bezugszeichen 31 eine stationäre Leitschaufel der ersten
Stufe 31, mit 32 ist ein Flansch der stationären Leitschaufel
und mit 33 ihr Stützring
bezeichnet. Das Bezugszeichen 34 bezeichnet eine Laufschaufel
der ersten Stufe, mit 35 ist eine stationäre Leitschaufel
der zweiten Stufe, mit 36 eine Laufschaufel der zweiten
Stufe, mit 37 eine stationäre Leitschaufel der dritten
Stufe, mit 38 eine Laufschaufel der dritten Stufe, mit 39 eine
stationäre
Leitschaufel der vierten Stufe und mit 40 eine Laufschaufel
der vierten Stufe bezeichnet. Dieses Beispiel besteht aus vier Schaufelstufen.
In jeder Stufe kommt eine stationäre Leitschaufel zum Einsatz. Zwischen
zwei stationären
Leitschaufeln ist über
eine Scheibe in der Umfangrichtung des Rotors eine Laufschaufel
vorgesehen. So ist in axialer Richtung eine Mehrzahl von stationären Leitschaufeln
und von Laufschaufeln alternierend angeordnet.
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Um die Effizienz dieser Gasturbine
zu verbessern, ist es erforderlich, die Temperatur des Arbeitsgases
zu erhöhen.
Um die Temperatur des Metallmaterials der den Gaskanal bildenden
Wand unter einer zulässigen
Materialtemperatur zu halten, sind Löcher zum Durchlassen einer
Kühlluft
in dem Bauelement vorgesehen, um das Bauelement durch hindurchströmende Kühlluft zu
kühlen.
In 8 bezeichnet das
Bezugszeichen 20 einen in der Wand um die Laufschaufel
der ersten Stufe vorgesehenen Mantelring, in der eine Vielzahl von
bogenförmigen Ringen
geteilt an dem Umfang unter Bildung einer zylindrischen Wand miteinander
verbunden sind, wobei ein Kühlluftloch
zur Kühlung
durch Durchlassen von Kühlluft
vorgesehen ist.
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9 ist
ein Aufriss des Teils B aus 8 und
zeigt eine Detailansicht des Mantelrings. In 8 ist die Laufschaufel 34 der
ersten Stufe zwischen der stationären Leitschaufel 31 der
ersten Stufe und der stationären
Leitschaufel 35 der zweiten Stufe angeordnet und der Mantelring 20 ist
um den Umfang der Laufschaufel 34 der ersten Stufe angeordnet.
In 9 bezeichnet das
Bezugszeichen 21 ein im Mantelring 20 vorgesehenes
Kühlluftloch.
Das Kühlluftloch 21 weist
eine Öffnung 21a innen
in seiner oberen Außenfläche und
eine Öffnung 21b in
seiner seitlichen Außenfläche auf.
Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Auftreffplatte. Oberhalb
der Auftreffplatte 22 ist ein Einlassloch 23 für Kühlluft vorgesehen,
durch welches Kühlluft 50 eingeleitet
wird. Die Kühlluft 50 gelangt
in einen Innenraum 24 und erreicht den Mantelring 20,
nachdem sie durch die zahlreichen in der Auftreffplatte 22 eingebrachten
Löcher hindurchgetreten
ist. Diese Kühlluft
kühlt die
Oberfläche
des Mantelrings 20 und strömt weiter in das Kühlluftloch 21 hinein,
durch die Öffnung 21a und
strömt durch
die Öffnung 21b hinaus
in den außerhalb
gelegenen Gaskanal, wodurch die Innenseite des Mantelrings 20 in
diesem Prozess gekühlt
wird.
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10 ist
eine Ansicht in Richtung der Pfeile C-C in 9. Diese Figur zeigt einen Teil des Mantelrings 20.
Die schematische Darstellung zeigt den Mantelring 20, der
einen Teil der zylindrischen Struktur bildet. In der zylindrischen
Seitenfläche
sind viele Kühlluftlöcher 21 angeordnet.
Die Kühlluftlöcher 21 weisen Öffnungen 21b auf.
Durch Einleiten von Kühlluft
in diese Löcher
kann das Innere des Mantelrings 20 gekühlt werden. Der Mantelring 20 ist
mit angrenzenden Mantelringen 20a, 20b verbunden
und zylindrisch angeordnet, und im Verbindungsbereich sind abwechselnd
Nuten 26a, 26b vorgesehen, und in diese Nuten 26a, 26b ist
jeweils eine Dichtlamelle 25 eingesetzt, wodurch ein Austreten
von dichtender Luft vermieden wird.
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11 ist
eine Ansicht in Richtung der Pfeile D-D in 10. Diese Figur zeigt einen Zustand,
in dem zur Abdichtung die Dichtlamelle 25 in der weiter oben
beschriebenen Weise jeweils in die endseitigen Nuten eingesetzt
ist, mehrere Kühlluftlöcher 21 innerhalb
des Mantelrings 20 eingebracht sind und die Kühlluftlöcher 21 auf
einer Seite Öffnungen 21a an der
Oberfläche
und auf der anderen Seite Öffnungen 21b an
der Seitenfläche
aufweisen, und die Kühlluft von
den Öffnungen 21a eingeleitet
wird und von den Öffnungen 21b zu
dem Gaskanal strömt,
wodurch die Wand der Mantelringe 20 gekühlt wird.
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12A und 12B zeigen die in 10 gezeigte Dichtlamelle
in vergrößerter Darstellung. 12A ist eine Seitenansicht
und 12B ist eine Ansicht
in Richtung der Pfeile E-E in 12A.
Wie in diesen Figuren zu sehen ist, sind in den jeweils angrenzenden
Mantelringen 20b und 20a Nuten 26a, 26b vorgesehen,
wobei die Dichtlamelle 25 in diese Nuten eingesetzt ist.
Wie 12A erkennen lässt, sind
die Abschnitte X und Y mit Nuten versehene Teile der Dichtlamelle 25,
in die Kühlluftlöcher nicht
so leicht eingebracht werden können.
Infolgedessen ist die Kühlwirkung
nicht ausreichend und es besteht die Gefahr, dass die heißen Gase
in dem Raum Z zwischen den Abschnitten X und Y verbleiben. Daher besteht
die Gefahr, dass es an den Abschnitten X und Y durch die heißen Gase
zu Verbrennungen kommt.
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13A und 13B zeigen Verbrennungen
an den in 12 dargestellten
Abschnitten X, Y. 13A ist
eine Schnittansicht und 13B eine Ansicht
in Richtung der Pfeile F-F in 13A.
Wie diesen Figuren zu entnehmen ist, sind die Abschnitte X, Y den
heißen
Gasen ausgesetzt und es kommt wie durch 50, 51 angedeutet
zu Verbrennungen. Schreitet dieser Zustand voran, so gehen die unteren
Enden der Nuten 26a, 26b verloren und die darin
befindliche Dichtlamelle 25 kann herausgleiten. Es besteht daher
der Bedarf, eine Kühlstruktur
zu entwickeln, mit der Verbrennungen an den Endabschnitten im Verbindungsbereich
eines derartigen Mantelrings vermieden werden können.
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So ist bei herkömmlichen Gasturbinen-Mantelringen
vorgesehen, den Verbindungsbereich durch die Dichtlamelle abzudichten;
die zum Einführen
der Dichtlamelle mit Nuten versehenen Endabschnitte eines derartigen
Verbindungsbereichs sind den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt
und es kommt zu Verbrennungen oder zu einer Abnahme der Wandstärke aufgrund
der durch diese hohen Temperaturen verursachten Oxidation oder zum
Schmelzen und zum Verlust der Endabschnitte, so dass die in den Nuten
befindliche Dichtlamelle herausgleiten kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, einen Gasturbinen-Mantelring vorzustellen, der dadurch
gekennzeichnet ist, dass die Kühlung der
Endabschnitte, in denen die Dichtlamelle im Verbindungsbereich des
Mantelrings gehalten wird, verstärkt
wird, die Wirkung der heißen
Verbrennungsgase auf die Endabschnitte verringert wird und Verbrennungen
an den Endabschnitten des Mantelrings vermieden werden, wodurch
die Lebensdauer des Mantelrings verlängert und seine Zuverlässigkeit
verbessert wird.
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Nach einem Aspekt der Erfindung werden die
angrenzenden Endseiten des Mantelrings in Umfangsrichtung zwischen
der Innenseite und der Außenseite
des Gaskanals ausgetauscht, so dass sie nicht geradlinig gekoppelt
sind. An dieser Verbindungsstelle ist ein spezifischer Spalt für die Wärmeausdehnung
vorgesehen und eine Dichtlamelle ist darin eingesetzt. Somit verhindert
die Dichtlamelle das Austreten von Kühlluft durch den Verbindungsbereich
an der Innenseite. Außerdem,
da der Verbindungsbereich einen gebogenen Spalt aufweist, wird dadurch
der Durchströmungswiderstand
der von der Innenseite in den Spalt einströmenden heißen Verbrennungsgase erhöht, so dass
die Struktur ein Einströmen
des Gases erschwert. Hinzukommt, dass, da das schräge Kühlluftloch
in der Innenwand in der Nähe
des Inneren des Verbindungsbereichs offen ist, die aus dieser Öffnung herausströmende Luft
einen Kühlfilm
bildet, der an der Verbindungsstelle die innere Endfläche kühlt und
dadurch Verbrennungen an dem inneren Endabschnitt an der Verbindungsstelle verhindert.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist das Kühlluftloch
an der Endfläche
in der Nähe
der Innenseite der Verbindungsstelle offen. Daher strömt die Kühlluft durch
diese Öffnung
aus dem Spalt an der Innenseite des Verbindungsbereichs, wodurch
die heißen
Gase daran gehindert werden, von innen in den Spalt einzudringen
und der Spalt im Verbindungsbereich dadurch gekühlt wird. Darüber hinaus
ist die Dichtlamelle an der Innenseite des im Verbindungsbereich
vorgesehenen gebogenen Spalts angeordnet. Eine derartige Dichtlamelle erhöht den Widerstand
gegen Hindurchtreten von Luft, welche durch die Nut in der Dichtlamelle
von dem außenseitigen
Spalt austritt. Daher kommt es nur zu einem geringen Kühlluftaustritt.
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Weiterhin ist die andere, der Öffnung des Kühlluftlochs
gegenüberliegende
Endfläche
des Mantelsegments schräg
abgeschnitten. Dadurch strömt
die Luft gleichmäßig aus
und es kommt zu einer Verbesserung der Filmkühlwirkung oder es kann, bei
einem modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung, durch Anordnung
der Dichtlamelle an der Außenseite
der Anwendungsbereich der Ausgestaltung erweitert werden.
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Weiterhin ist in die Dichtlamelle
ein Loch gebohrt. Aufgrund dieses Lochs kann eine geringe Menge
an Kühlluft
der Außenseite
durch den Spalt in dem Verbindungsbereich strömen. Wegen dieses Luftstroms
werden die im Spalt befindlichen heißen Verbrennungsgase dazu gezwungen,
im Inneren zu strömen,
so dass ein Aufheizen des Spalts verhindert und die Kühlwirkung
erhöht
wird.
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Weiterhin wird der zylindrische Mantelring dadurch
gebildet, dass die nach innen gebogenen Endflächen der Mantelsegmente untereinander
gekoppelt werden, so dass zusätzlich
zur Kühlwirkung der
Endflächen
die Dichtleistung verbessert wird.
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Weiterhin wird der Spalt zwischen
den Mantelringen zwischen Außenseite
und Innenseite teilweise schmaler gestaltet. So kann der Durchströmungswiderstand
in diesem Spalt erhöht
werden. Dadurch kann das Eindringen von heißen Verbrennungsgasen oder
Kühlluft
von der Innenseite reduziert und das Einströmen von Kühlluft von der Außenseite
ebenfalls verringert werden.
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Erfindungsgemäß können demnach die aus dem Stand
der Technik bekannten, durch die heißen Verbrennungsgase verursachten
Verbrennungen an den inneren Endabschnitten des Verbindungsbereichs
zwischen den Mantelsegmenten verhindert, Schwierigkeiten wie Herausrutschen
der Dichtlamelle vermieden und die Zuverlässigkeit der Gasturbine sehr
stark verbessert werden.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung
nachstehend beispielhaft näher
erläutert.
Es zeigen:
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l eine
erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt;
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2 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt;
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3 eine
dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt;
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4 eine
vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt;
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5 eine
fünfte
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt;
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6A eine
sechste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt
und 6B die Ausführungsform
in einer Ansicht in Richtung der Pfeile A-A in 6A;
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7 eine
siebente Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt;
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8 eine
gesamte Gasturbine in einem Blockdiagramm;
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9 Abschnitt
B in 8 in einer Explosionsdarstellung
im Querschnitt; 10 eine
Ansicht in Richtung der Pfeile C-C in 9;
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11 eine
Ansicht in Richtung der Pfeile D-D in 10;
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12A einen
Verbindungsbereich eines herkömmlichen
Gasturbine-Mantelrings in einer Seitenansicht und 12B den Verbindungsbereich in einer Ansicht
in Richtung der Pfeile E-E in A; und
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13A einen
verbrannten Zustand eines Verbindungsbereichs des herkömmlichen
Gasturbinen-Mantelrings im Querschnitt und 13B eine Ansicht in Richtung der Pfeile
F-F in 13B.
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Im Folgenden werden nun bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen im Detail beschrieben. 1 zeigt einen Verbindungsbereich
eines Gasturbinen-Mantelrings nach einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, wobei diese Ansicht der
schematischen Darstellung des Verbindungsabschnitts des herkömmlichen
in 10 dargestellten
Mantelrings entspricht. In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen 1a, 1b Mantelringe
und 2 ein Kühlluftloch,
welches schräg
in Richtung der Innenseite des Endabschnitts des Mantelrings 1a gebohrt
ist. An der Oberfläche
des Mantelrings 1a sind etwa zehn Kühlluftlöcher 2 vorgesehen,
bei einem Abstand von 5 mm in axialer Richtung. Die Bezugszeichen 3a-1 und 3b-1 bezeichnen
Endflächen
der Mantelringe. 3a-1 bezeichnet die Endfläche des Mantelrings 1a,
welche gebogen und derart geformt ist, dass sie in umfänglicher
Richtung in einem Flansch 4a eine Stufe bildet. In ähnlicher
Weise bezeichnet das Bezugszeichen 3b-1 die Endfläche des Mantelrings 1b,
welche eine Endfläche
bildet, die entlang der Form der Endfläche 3a-1 dieser gegenüberliegt.
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Die Bezugszeichen 4a, 4b bezeichnen
Flansche, 5-1 eine in den Endflächen 3a-1, 3b-1 gebildete Nut
des Verbindungsbereichs. Das Bezugszeichen 25 ist eine
Dichtlamelle. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist die Dichtlamelle 25 in
die in den Flanschen 4a, 4b eingebrachten Nuten 26a, 26b eingesetzt.
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In der ersten so gebildeten Ausführungsform ist
innerhalb von der Dichtlamelle 25 eine einen Bogen aufweisende
Nut 5-1 gebildet, welche dadurch entsteht, dass die Endflächen 3a-1, 3b-1 mit
Stufen versehen werden. Anders ausgedrückt ist die Endfläche 3a-1 des
Mantelrings 1a derart geformt, dass der Endabschnitt an
der Innenseite (der Seite, die näher am
Zentrum der zylindrischen Form liegt) in umfänglicher Richtung im Verhältnis zum
Endabschnitt an der Außenseite
vorsteht und die Endfläche 3b-1 des Mantelrings 1b gegensinnig
zur Endfläche 3a-1 ausgebildet
ist. Das heißt,
die Endfläche 3b-1 ist
derart geformt, dass der Endabschnitt an der Außenseite (der vom Zentrum der
zylindrischen Form abgewandten Seite) in der umfänglichen Richtung im Verhältnis zum
Endabschnitt an der Außenseite
vorsteht. Durch eine derartige Ausbildung der Nut 5-1 wird
einem Strom von Kühlluft
aus den Nuten 26a, 26b ein Widerstand entgegengesetzt
und die Dichtleistung somit verbessert. Zudem dringen heiße Verbrennungsgase
kaum in den Spalt ein. Weiterhin strömt von außerhalb des Mantelrings 1a die
Kühlluft 100 von
dem geneigten Kühlluftloch 2 in
Drehrichtung des Rotors R ein. Der Endabschnitt an der Innenseite
der Nut 5-1 im Verbindungsbereich wird durch eine solche
Filmkühlung
gekühlt
und der Bereich an der Innenseite der Nut 5-1 im Verbindungsbereich,
in dem die Gase stagnieren, wird wirksam gekühlt, wodurch Verbrennungen
dieses Bereichs durch die heißen
Verbrennungsgase verhindert werden. Somit können durch das Herausrutschen
der Dichtlamelle 25 verursachte Störungen vermieden und die Zuverlässigkeit
des Mantelrings verbessert werden.
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2 zeigt
einen Gasturbinen-Mantelring nach der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Der Unterschied zu der
in 1 dargestellten ersten
Ausführungsform
ist, dass hier die Dichtlamelle 25 an der Innenseite des
Bogens in der Nut 5-2 angeordnet,
während
die Auslassöffnung
eines Kühlluftlochs 12 innerhalb
der Nut 5-2 vorgesehen ist. Das heißt, dass in den Flanschen 4a, 4b des
Mantelrings 1a, 1b Endflächen 3a-2, 3b-2 mit einer Krümmung ausgebildet
sind. Die Endflächen des
Mantelrings bilden dann die Nut 5-2.
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Im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der gebogene Teil der Nut 5-2 im Verbindungsbereich
nach oben (außen)
versetzt, die Nuten 26a, 26b sind an der Innenseite
des gebogenen Teils eingebracht und die Dichtlamelle 25 ist
an der Innenseite des in 1 dargestellten
Beispiels angeordnet. Das Kühlluftloch 12 ist
schräg
von der Außenseite
zur Innenseite des Flansches 4a gebohrt und der Austritt
des Lochs befindet sich innerhalb der Nut 5-2.
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Nach der so gestalteten zweiten Ausführungsform
ist der Einströmwiderstand
der von außen einströmenden Kühlluft an
der äußeren Öffnung der gebogenen
Nut 5-2 erhöht
und das Einströmen
von Luft aus den umliegenden Nuten 26a, 26b der
Dichtlamelle 25 kann verringert werden. Weiter strömt die von
außerhalb
des Mantelrings 1a in das Kühlluftloch 12 strömende Luft 101 in
die Nut 5-2 und strömt
von dem Nutaustritt in den Gaskanal aus, wodurch die Umgebung des
Endabschnitts der Nut 5-2 gekühlt wird. Da die Kühlluft in
die Nut von der inneren Öffnung
der Nut 5-2 strömt,
wird eine Gegenströmung der
heißen
Verbrennungsgase von der Öffnung
im Verbindungsbereich zur Dichtlamelle 25 in den Kanal in
der Nut 5-2 verhindert und die Kühlwirkung der Endfläche ist
verbessert.
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3 zeigt
einen Gasturbinen-Mantelring nach der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Das Merkmal der dritten Ausführungsform
ist, dass, wie in dem in 2 dargestellten
Beispiel, der Austritt des Kühlluftlochs 12 im
Verhältnis
zur ersten in 1 dargestellten
Ausführungsform
weiter nach innen in die Nut, in die Nähe der Öffnung der Nut 5-3 im
Verbindungsbereich versetzt ist, und dass eine Kerbe 6 vorgesehen
ist, die dadurch entsteht, dass der der Öffnung des Kühlluftlochs 12 in
der Nut 5-3 im Verbindungsbereich gegenüberliegende Endabschnitt des
Mantelrings 1b schräg
in der Drehrichtung R abgeschnitten wird.
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Das heißt, dass die Nuten 26a, 26b und
die Dichtlamelle 25 dieselben sind, wie die in 1 dargestellten, wobei die
Form der Endflächen 3a-3, 3b-3 ebenfalls
unverändert
ist. Die Kerbe 6 jedoch ist wie oben beschrieben an der
inneren Endfläche
der Endfläche 3b-3 ausgebildet.
Das Kühlluftloch 12 ist
in derselben Weise wie in 2 schräg von der
Außenseite
in den Flansch 4a gebohrt und mündet innerhalb der Nut 5-3 und
die dieser Öffnung
gegenüberliegende
Endfläche 3b-3 ist
zur Bildung der Kerbe 6 schräg abgeschnitten.
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In der so ausgebildeten dritten Ausführungsform
wird durch den gebogenen Teil der Nut 5-3 die Dichtleistung
der ausströmenden
Luft in der gleichen Weise wie in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
verbessert. Weiterhin strömt
die Luft 102, die aus dem Kühlluftloch 12 strömt, gleichmäßig entlang
der Schräge
der Kerbe 6 und die beiden Endabschnitte können wirksam
durch den durch diese Kühlluft
gebildeten Film filmgekühlt
werden. Weiterhin, da in dieser Ausführungsform die Auslassöffnung für die Kühlluft 102 im
Verhältnis
zur in 1 gezeigten ersten
Ausführungsform
zur Innenseite der Nut 5-3 hin versetzt ist, kann ein Einströmen von
in die Nut 5-3 rückströmenden heißen Gasen
verhindert werden.
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4 zeigt
einen Gasturbinen-Mantelring nach der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Bis auf die zusätzliche
Kerbe 6 ist diese Ausführungsform ähnlich wie
die in 2 gezeigte zweite
Ausführungsform
ausgebildet. Die übrige
Struktur ist mit der in 2 gezeigten identisch.
Das heißt,
dass die Ausgestaltung der Nuten 26a, 26b und
der Dichtlamelle 25 dieselbe wie in 2 ist. Auch die Form der Endflächen 3a-4, 3b-4 ist
die gleiche. Hier wird aber die Kerbe 6 durch schräges Abschneiden
am inneren seitlichen Ende der Endfläche 3b-4 gebildet.
Das Kühlluftloch 12 ist schräg von außen in den
Flansch 4a gebohrt und hat eine Auslassöffnung innerhalb der Nut 5-4 und
die dieser Öffnung
gegenüberliegende
Endfläche 3b-4 ist
die schräg
abgeschnittene Kerbe 6.
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Die so ausgebildete vierte Ausführungsform hat
die gleiche Wirkung wie die zweite Ausführungsform, und außerdem strömt die Luft 103,
die aus dem Kühlluftloch 12 austritt,
gleichmäßig entlang
der Schräge
der Kerbe 6, und die beiden Endabschnitte werden effektiv
gekühlt.
Insbesondere wird der Endabschnitt des Mantelrings 1b durch
die Schräge
der Kerbe 6 filmgekühlt
und die Kühlwirkung
in diesem Abschnitt verbessert.
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5 zeigt
einen Gasturbine-Mantelring nach der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
im Querschnitt. Bis auf eine in der Dichtlamelle 25 ausgebildete
feine Lüftungsöffnung 7 ist
die Ausgestaltung dieser Ausführungsform
mit der in 3 gezeigten
dritten Ausführungsform
identisch. Das heißt,
dass die Nuten 26a, 26b, die Dichtlamelle 25,
das Kühlluftloch 12,
die Endflächen 3a-5, 3b-5 und
die Kerbe 6 an denselben Stellen wie in 3 vorgesehen sind. Auch die Nut 5-5 ist
in gleicher Weise ausgebildet.
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Die Lüftungsöffnung 7 ist in der
Dichtlamelle 25 eingebracht und verbindet über einen
Strömungsweg
die Außenseite
und die Innenseite der durch die Dichtlamelle aufgeteilten Nut 5-5.
Der Abschnitt von der einliegenden Dichtlamelle 25 des
Verbindungsbereichs und der Kerbe 6 ist durch die aus der
Auslassöffnung
des Kühlluftlochs 12 ausströmende Luft 104 verschlossen
und die heißen
Gase sind in diesem Abschnitt eingefangen und stagnieren dort. Diese
Gase werden jedoch durch die Konvektion der über die Lüftungsöffnung 7 nach innen strömenden Luft 105 ausgetrieben,
wodurch ein Zurückhalten
der Gase innerhalb der Nut unterdrückt wird, und die Kühlwirkung
an den Endflächen 3a-5, 3b-5 wird
weiter verbessert. Da diese Lüftungsöffnung 7 eine
Wirkung auf die Dichtleistung der Dichtlamelle 25 hat,
ist sie als feines Loch ausgebildet, und es lässt nur das Durchströmen einer
geringen Luftmenge zu, um so in der Nut eine Konvektion zu verursachen;
daher ist der Durchmesser des Lochs so gewählt, dass er die Dichtleistung
nicht beeinträchtigt.
Die weitere Funktion und Wirkung ist die gleiche wie in der in 3 dargestellten dritten
Ausführungsform.
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6A und 6B zeigen einen Gasturbinen-Mantelring
nach der sechsten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. 6A ist
eine Querschnittsansicht und 6B eine
Ansicht in Richtung der Pfeile A-A in 6A.
Bezeichnend für
diese Ausführungsform
ist die Form der Nut. Zur Erklärung
dieser Ausführungsform
zeigt die 6A den Mantelring
in der ersten Ausführungsform,
wobei jedoch diese Ausführungsform
in ähnlicher
Weise bei den Mantelringen der zweiten bis fünften Ausführungsformen verwendet werden
kann.
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Da 6A mit 1 identisch ist, wird sie hier
nicht weiter erläutert.
Wie in 6B zu sehen ist, bestehen
die Endflächen 3a-1, 3a-2 der
Mantelringe 1a, 1b aus den Abschnitten L1, L2, L3,
L1 und L3 sind in
der Axialrichtung verlaufende geradlinige Abschnitte, und L2 ist ein geradliniger Abschnitt, der orthogonal
zu den geradlinigen Abschnitten L, und L3 verläuft, so
dass eine rechtwinklig gebogene Fläche gebildet ist. Somit bildet
die durch die zwei Endflächen 3a-1, 3b-2 begrenzte
Nut 5-6 einen in der Mitte rechtwinklig abgewinkelten Strömungsweg.
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Durch eine derartige Ausbildung der
Nut 5-6 wird der Weg im Verbindungsbereich zwischen den Mantelringen
in der ersten bis fünften
Ausführungsform
kompliziert. Daher wird der Widerstand erhöht und das Entweichen von Kühlluft verringert.
Weiterhin wird das Eindringen von den heißen Verbrennungsgasen aus dem
Inneren in die Nut im Verbindungsbereich begrenzt, und die Kühlwirkung
ist verbessert.
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7 zeigt
einen Gasturbinen-Mantelring nach der siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. Der Unterschied zwischen
dieser Ausführungsform
und der ersten in 1 dargestellten
Ausführungsform
ist, dass die Breite der Nut 5-7 teilweise geringer ist
als an der Außen-
und Innenseite der Nut. Das heißt,
die Endfläche
des Mantelrings 1a besteht von außen aus drei Teilen, 3a-6a, 3a-6b, 3a-6c und
in ähnlicher
Weise besteht die Endfläche
der Mantelnut 1b von außen aus drei Teilen 3b-6a, 3b-6b, 3b-6c,
wobei die Breite der Nut im durch 3a-6b und 3b-6b gebildeten
Abschnitt geändert
wird.
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Die Breite der durch die Endflächen 3a-6a und 3b-6a begrenzten
Nut oder die Breite der durch die Endflächen 3a-6c und 3b-6c begrenzten
Nut wird mit L angegeben. Weiter wird die Breite der durch die Endflächen 3a-6b und 3b-6b begrenzten
Nut mit I bezeichnet. Ein Merkmal der siebenten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist, dass die Breiten L und I der Nut
derart gewählt
sind, dass L > I ist.
In 7 ist die Nut 5-7 nur
in dem in umfänglicher
Richtung verlaufenden Abschnitt eng; solange zwischen Außen- und
Innenseite der Nut 5-7 ein enger Abschnitt vorgesehen ist,
reicht dies jedoch aus, wobei es auch nicht immer sein muss, dass
die Nut nur in der Umfangsrichtung eng ausgebildet ist.
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In der derart ausgebildeten siebenten
Ausführungsform
kann der Durchströmungswiderstand der
an beiden Enden gebildeten Nut 5-7 vergrößert werden.
Wird der Durchströmungswiderstand
erhöht, so
kann das Eindringen von heißen
Verbrennungsgasen oder von Kühlluft
von innen sowie das Austreten von Kühlluft von außen verringert
werden. Dadurch kommt es zu einer effektiveren Filmkühlung um
das Kühlluftloch 2 durch
die Kühlluft,
und es werden durch die heißen
Verbrennungsgase verursachte Verbrennungen in diesem Abschnitt verhindert,
und auch durch Herausrutschen der Dichtlamelle 25 hervorgerufene
Störungen
vermieden, und die Zuverlässigkeit
des Mantelrings wird verbessert.
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Wie oben erläutert, werden mit dem erfindungsgemäßen Gasturbinen-Mantelring
Verbrennungen an dem innenseitigen Endabschnitt des Verbindungsbereichs
der den Mantelring bildenden Mantelsegmente verhindert und durch
das Herausrutschen der in dem Verbindungsbereich eingesetzten Dichtlamelle
hervorgerufene Störungen
vermieden.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist das Kühlluftloch
so vorgesehen, dass es an der Endfläche der Verbindungsstelle mündet und die
Dichtlamelle ist an der Innenseite des vorstehenden Formabschnitts
angeordnet. Daher kommt zu der vorgenannten Wirkung hinzu, da die
Kühlluft
aus dem Spalt an der Innenseite des Verbindungsbereichs ausströmt, die
heißen
Gase daran gehindert werden, in den Spalt von innen einzudringen,
so dass der Spalt im Verbindungsbereich effektiv gekühlt werden
kann.
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Weiter ist die Endfläche des
anderen der Öffnung
des Kühlluftlochs
gegenüberliegenden
Mantelsegments in Bezug auf die Schräge des Kühlluftlochs schräg abgeschnitten.
Dadurch strömt
die Luft gleichmäßig aus
und es kommt zu einer Verbesserung der Filmkühlwirkung der vorliegenden
Erfindung oder es kann, bei einem modifizierten Beispiel der vorliegenden
Erfindung, durch Anordnung der Dichtlamelle an der Außenseite
der Anwendungsbereich dieser Ausgestaltung erweitert werden.
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Weiterhin ist in die Dichtlamelle
ein Loch gebohrt. Durch dieses Loch kann eine geringe Menge an Kühlluft von
außen
durch den Spalt in dem Verbindungsbereich strömen. Aufgrund dieses Luftstroms werden
die im Spalt befindlichen heißen
Verbrennungsgase dazu gezwungen, im Inneren zu strömen, so
dass ein Aufheizen des Spalts verhindert und die Kühlwirkung
erhöht
wird.
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Weiterhin wird der zylindrische Mantelring dadurch
gebildet, dass die innen gebogenen Endflächen der Mantelsegmente untereinander
gekoppelt werden, so dass zusätzlich
zur Kühlwirkung
der Endflächen
die Dichtleistung verbessert wird.
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Darüber hinaus ist der durch einander
gegenüberstehende
Enden gebildete Spalt zwischen Außenseite und Innenseite teilweise
enger, und der Durchströmungswiderstand
in diesem Spalt kann erhöht
werden. Wenn also die Dichtlamelle an der Außenseite dieses engen Spalts
angebracht wird, ist es nützlich,
das Eindringen von heißen
Verbrennungsgasen zu verringern oder das Einströmen von Kühlluft vornehmlich von innen
zu reduzieren. Wird andererseits die Dichtlamelle an der Innenseite
dieses engen Spalts angeordnet, so kann auch das Eindringen von
Kühlluft
vornehmlich von außen
ebenfalls verringert werden. Ist weiter ein Loch in die Dichtlamelle eingebracht,
werden durch Erhöhung
des Durchströmungswiderstands
des Spalts ähnliche
Wirkungen erzielt und es ist ebenfalls nützlich, das Einströmen von
großen
Mengen an Kühlwasser
in das Loch der Dichtlamelle zu verhindern.
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Erfindungsgemäß können demnach die aus dem Stand
der Technik bekannten, durch die heißen Verbrennungsgase verursachten
Verbrennungen an den inneren Endabschnitten des Verbindungsbereichs
zwischen den Mantelsegmenten verhindert, Störungen durch herausrutschende
Dichtlamellen vermieden und die Zuverlässigkeit der Gasturbine sehr
stark verbessert werden.
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Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern,
wurde diese anhand eines spezifischen Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei
die beigefügten
Ansprüche
in keiner Weise dadurch eingeschränkt werden, sondern vielmehr
alle im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglicherweise durch den Fachmann
erkannten Änderungen
und Ausführungsvarianten
umfassen.