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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine dampfgekühlte Gasturbine und insbesondere
eine Anordnung zum Abdichten der Achsbolzen einer dampfgekühlten Gasturbine.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Um
die Effizienz einer Gasturbine zu erhöhen, wurde in der letzten Zeit
die Temperatur des Abgases am Einlass der Gasturbine auf 1500°C erhöht. Um den
Stator und die Schaufeln vor dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas
zu schützen,
wird derzeit eine sogenannte dampfgekühlte Gasturbine, in der diese
Elemente mit einem Dampf bei vergleichsweise niedriger Temperatur
gekühlt
werden, entwickelt. In einer derartigen dampfgekühlten Gasturbine wird ein Dampf
von einer Dampfquelle wie etwa beispielsweise eine Dampf-Extraktionsröhre in einer
Dampfturbine in einem kombinierten Zyklus oder in einen Hilfsboiler
zugeführt.
Insbesondere wird der Dampf zum Abkühlen einer Schaufel einer Gasturbine
von einer Dampfquelle durch einen Dampfdurchgang, der so ausgebildet
ist, dass er sich durch den Rotor zu den am Rotor fixierten jeweiligen
Schaufeln erstreckt, zugeführt.
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Der
Dampfdurchgang beinhaltet eine Vielzahl von Dampfzufuhr-Durchgängen, die
sich in Längsrichtung
im Rotor von dessen Schwanzende aus erstrecken, eine ringförmige Dampfzufuhr,
die in fluider Wirkverbindung mit der Vielzahl von Dampfzufuhrdurchgängen zum
gleichmäßigen Verteilen
des Dampfs zu den jeweiligen Schaufeln steht, eine Dampf-Wiedergewinnungskammer
zum gleichmäßigen Aufnahmen
des Dampfs von den Schaufeln, sowie eine Vielzahl von Dampfwiedergewinnungsdurchgängen zum
Ausrichten des Dampfs von Dampfwiedergewinnungskammer nach außen von der
dampfgekühlten
Gasturbine.
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14 ist
ein Teilschnitt eines Rotors einer dampfgekühlten Gasturbine gemäß dem Stand
der Technik und zeigt erste und zweite Rotorscheiben 110 und 120 eines
Rotors 100. Die Scheiben 110 und 120 beinhalten
eine Vielzahl von sich in Längsrichtung
erstreckenden Achsbolzenlöchern 112 und 122, die
in Umfangsrichtung in Intervallen angeordnet sind. Die ersten und
zweiten Rotorscheiben 110 und 120 sind miteinander
mit (nicht gezeigten) anderen Rotorscheiben der Gasturbine mittels
Achsbolzen 102 verbunden, die durch die Löcher 112 und 122 so eingesetzt
sind, dass sie einen integral rotierenden Rotor 100 der
dampfgekühlten
Gasturbine zur Verfügung
stellen.
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Die
ersten und zweiten Rotorscheiben 110 und 120 beinhalten
des Weiteren eine Vielzahl von Dampfdurchgängen 114 und 124,
die in Intervallen umfänglich
angeordnet sind, zum Zuführen
und Wiedergewinnen des Dampfs zum Abkühlen der Schaufeln. Die Dampfdurchgänge 114 und 124 sind
in umfänglichen
Abschnitten der Rotorscheiben 110 und 120 radial
außerhalb
der Löcher 112 und 122 angeordnet.
Eine Vielzahl von Dampfzufuhrleitungen 104, die einen Dampfzufuhrdurchgang
zum Zuführen
des Dampfs zu den Schaufeln zur Verfügung stellen, sowie eine Vielzahl
von Dampfwiedergewinnungsleitungen 106, die einen Dampfwiedergewinnungsdurchgang
zum Ausrichten des für
die Abkühlung
der Schaufeln verwendeten Dampfs nach außen von der dampfgekühlten Gasturbine
zur Verfügung
stellen, sind abwechselnd in Umfangsrichtung in den Dampfdurchgängen 114 und 124 vorgesehen.
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Eine
Dampfzufuhrkammer 130 zum gleichmäßigen Verteilen des Dampfs
zu den Primärschaufeln
(nicht gezeigt), die an der ersten Rotorscheibe 110 angebracht
sind, ist an der axialen äußeren Endfläche der
ersten Rotorscheibe 110 ausgebildet.
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Eine
Dampfwiedergewinnungskammer 132 zum gleichmäßigen Aufnehmen
des zum Abkühlen der
Primär-
und Sekundär-Schaufeln
verwendeten Dampfs ist zwischen den ersten und zweiten Rotorscheiben 110 und 120 ausgebildet.
In ähnlicher
Weise wird eine Dampfzufuhrkammer 134 zum gleichmäßigen Verteilen
des Dampfs zu den Sekundär-Schaufeln
zwischen der zweiten Rotorscheibe 120 und einer dritten
Rotorscheibe (nicht gezeigt) ausgebildet.
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Generell
wird extrahierter Dampf für
eine Niederdruck-Dampfturbine
als Kühldampf
verwendet. Der Dampf wird zu den Dampfzufuhrleitungen 104 zugeführt, von
denen der Dampf des Weiteren zu den Primär- und Sekundär-Schaufeln
durch Dampfzufuhrkammern 130 und 134 zugeführt wird.
Der zum Abkühlen
der Primär-
und Sekundär-Schaufeln
verwendete Dampf wird durch die Dampfwiedergewinnungskammer 132 aufgenommen,
von der der Dampf von der dampfgekühlten Gasturbine durch die Dampfwiedergewinnungsleitung 106 nach
außen
gerichtet wird.
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Die
Achsbolzenlöcher 112 und 122 weisen einen
Durchmesser auf, der größer als
der Außendurchmesser
der Achsbolzen ist, um die Arbeitsfähigkeit des Zusammenbaus des
Rotors durch Verbinden der Rotorscheiben mittels Achsbolzen miteinander
zu gewährleisten.
Daher führt
dies zu vergleichsweise großen
Spalten zwischen den Achsbolzenlöchern
und den Achsbolzen. Auf der anderen Seite sind die Dampfwiedergewinnungskammern 132 und 134,
die im Rotor ausgebildet sind, in fluider Wirkverbindung mit den
Achsbolzenlöchern 112 und 122,
so dass der Dampf durch die Spalten zwischen den ersten und zweiten
Rotorscheiben 110 und 120 und den Achsbolzen 102 ausleckt.
Diese Dampfleckage durch die Spalten zwischen der Sekundär-Rotorscheibe 120 und
den Achsbolzen 102 strömt
in die Dampfwiedergewinnungskammer 132 hinein, so dass
sie durch die Dampfwiedergewinnungsleitung 106 wiedergewonnen
werden kann. Die Dampfleckage durch die Spalten zwischen der ersten
Rotorscheibe 110 und den Achsbolzen 102 kann jedoch
nicht wiedergewonnen werden, was die Gesamteffizienz einer Anlage,
die die dampfgekühlte
Gasturbine verwendet, verringert.
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Um
die Dampfleckage durch die Spalten zwischen der ersten Rotorscheibe
110 und
den Achsbolzen
102 zu reduzieren, offenbart der Stand der
Technik, beispielsweise in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr. 11-50803 ,
ringförmige
Dichtelemente
114, wie sie in den
14 und
15 gezeigt
sind. Schnappringe
142 sind als Befestigungselement zum
Absichern der Dichtelemente
140 an der ersten Rotorscheibe
110 verwendet.
Die Schnappringe
142 sind in Nuten
116 eingesetzt,
die in der ersten Rotorscheibe
110 ausgebildet sind. Wenn
der Rotor sich dreht, führt
die Zentrifugalkraft zu Deformationen in den jeweiligen Schnappringen
142,
die insbesondere den Durchmesser der Schnappringe
142 verringert,
was zu einer Loslösung der
Schnappringe
142 von den Nuten
116 führen kann.
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Wie
in 14 gezeigt, ist die Dampfzufuhrkammer 130 an
einem der Enden des Rotors 100 vorgesehen, wobei dieses
Ende im zentralen Abschnitt der dampfgekühlten Gasturbine angeordnet ist.
Die Dampfleckage von der Dampfzufuhrkammer 130 kann zu
einem Problem der Kondensation um die Lager im zentralen Abschnitt
der dampfgekühlten Gasturbine
führen.
Daher ist eine starke Abdichtanordnung um die Dampfzufuhrkammer 130 herum
erforderlich. Darüber
hinaus wird zur Ermöglichung
der Inspektion oder des Ausführens
von Instandhaltungsarbeiten in der Dampfzufuhrkammer 130 eine einfache
Abdichtanordnung erwünscht.
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Die
EP-A-0 902 163 beschreibt
eine Abdichtvorrichtung zwischen einem Befestigungsbolzen und einem
Bolzenloch in einer Gasturbinen-Scheibe. Die Abdichtungsvorrichtung
umfasst zwei Abdichtstücke und
ein mit einem Gewinde versehenes Einsetzelement. Ein Gewindeabschnitt
eines Abdichtstücks
ist in Schraubverbindung mit dem mit einem Gewinde versehenen Einsetzelement.
Hierdurch wird ein O-Ring zwischen den zwei Abdichtstücken fixiert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung, wie sie in den Ansprüchen
1, 7 und 10 im Folgenden definiert ist, ist darauf gerichtet, die
Probleme des Stands der Technik zu lösen und eine dampfgekühlte Gasturbine
zur Verfügung zu
stellen, die so verbessert ist, dass sie die Loslösung des
Befestigungselements verhindert.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Abdichten
oder Reduzieren der Dampfleckage durch den Spalt zwischen der ersten Rotorscheibe
und dem Achsbolzen zur Verfügung
zu stellen, wobei diese Anordnung so verbessert ist, dass sie die
Loslösung
des Befestigungselements zum Absichern der Abdichtelemente an der
ersten Rotorscheibe verhindert.
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Ein
anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Zusammenbau
einer derartigen dampfgekühlten
Gasturbine zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Erfindung stellt eine dampfgekühlte
Gasturbine mit einer Vielzahl von Schaufeln zur Verfügung, die
mittels Dampfs gekühlt
werden, der von einer externen Dampfquelle zugeführt wird. Die dampfgekühlte Gasturbine
weist einen Rotor zum Abstützen
der Schaufeln auf. Der Rotor ist aus einer Vielzahl von Rotorscheiben
zusammengesetzt, die eine Vielzahl von Achsbolzenlöchern beinhalten,
die in umfänglicher
Richtung in Intervallen angeordnet sind, und Achsbolzen, die sich
durch die Achsbolzenlöcher
hindurch erstrecken, um die Vielzahl von Rotorscheiben miteinander
zu verbinden, um den Rotor zu definieren. Der Rotor beinhaltet einen
Dampfzufuhrdurchgang, der sich im Rotor erstreckt, eine Dampfzufuhrkammer,
die in fluider Wirkverbindung mit dem Dampfzufuhrdurchgang und den
jeweiligen Schaufeln steht, um den Dampf zu den jeweiligen Schaufeln
von der Dampfquelle durch den Dampfzufuhrdurchgang hindurch zu verteilen,
eine Dampfwiedergewinnungskammer, die in fluider Wirkverbindung mit
den jeweiligen Schaufeln zum gleichmäßigen Aufnehmen des zum Abkühlen der
Schaufeln verwendeten Dampfs steht, und einen Dampfwiedergewinnungsdurchgang,
der in fluider Wirkverbindung mit der Dampfwiedergewinnungskammer
zum Ausrichten des Dampfs von der Dampfwiedergewinnungskammer zur
Außenseite
der dampfgekühlten Gasturbine
verbunden ist. Ein Abdichtelement, das im Wesentlichen in der Form
eines Rings vorliegt, zum Abdichten der Dampfleckage zwischen dem
Rotor und den Achsbolzen, ist um jeden der Achsbolzen herum angeordnet.
Die Rotorscheibe beinhaltet Ausnehmungen, die koaxial mit den jeweiligen
Achsbolzenlöchern
zum Aufnehmen der Abdichtelemente angeordnet sind. Jede der Aufnahmen
weist eine ringförmige
Bodenwand und eine Innenwand auf, die mit der Bodenwand verbunden
ist. Die Innenwand weist einen Durchmesser auf, der größer als
der des Achsbolzenlochs ist. Eine Vielzahl von Halteelementen hält die Abdichtelemente
an Ort und Stelle innerhalb der jeweiligen Ausnahmen durch axiale
Verklemmung der Abdichtelemente und durch den Eingriff mit den Innenwänden der
Ausnehmungen.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung wird eine Anordnung zum Abdichten
zwischen den Achsbolzen und einem Rotor einer dampfgekühlten Gasturbine,
die die oben detailliert dargelegten Merkmale aufweist, zur Verfügung gestellt.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zum Zusammenbau
einer Anordnung zum Abdichten zwischen den Achsbolzen und einem
Rotor einer dampfgekühlten
Gasturbine zur Verfügung
gestellt. Die dampfgekühlte
Gasturbine weist eine Vielzahl von Schaufeln auf, die mittels des
Dampfs abgekühlt
werden, und einen Rotor zum abstützen
der Schaufeln. Der Rotor ist aus einer Vielzahl von Rotorscheiben
zusammengesetzt, die eine Vielzahl von Achsbolzenlöchern beinhalten,
die in Umfangsrichtung in Intervallen angeordnet sind, und Achsbolzen,
die sich durch die Achsbolzenlöcher
hindurch erstrecken, um die Vielzahl von Rotorscheiben miteinander
zu Verbinden, um so den Rotor zu definieren. Der Rotor beinhaltet
einen Dampfzufuhrdurchgang, der sich im Rotor erstreckt, eine Dampfzufuhr,
die in fluider Wirkverbindung mit dem Dampfzufuhrdurchgang und den
jeweiligen Schaufeln steht, zum Verteilen des Dampfs zu den jeweiligen
Schaufeln von der Dampfquelle zu dem Dampfzufuhrdurchgang, einer
Dampfwiedergewinnungskammer, die in fluider Wirkverbindung mit den
jeweiligen Schaufeln zum gleichmäßigen Aufnehmen
des Dampfs von den jeweiligen Schaufeln, der zum Abkühlen der
Schaufeln verwendet wurde, steht, und einen Dampfwiedergewinnungsdurchgang,
der in fluider Wirkverbindung mit der Dampfwiedergewinnungskammer
zum Ausrichten des Dampfs von der Dampfwiedergewinnungskammer von
der dampfgekühlten
Gasturbine nach außen
steht. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Anordnens ringförmiger Dichtelemente um
die jeweiligen Achsbolzen herum, um an die Bodenwände der
jeweiligen Ausnehmungen anzustoßen;
des Anordnens erster Halteelemente innerhalb der jeweiligen Ausnehmungen
von axial aus der Dichtelemente, so dass diese an die Dichtelemente anstoßen; des
Anordnens von Befestigungselementen zwischen den jeweiligen ersten
Halteelementen und den Ausnehmungen; des Anordnens zweiter Halteelemente
innerhalb der jeweiliger Ausnehmungen axial zu den Befestigungselementen,
um die Befestigungselemente zusammen mit den ersten Halteelementen
axial zu verklemmen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Ziele und Vorteile und eine weitere Beschreibung werden
nunmehr in Verbindung mit den Zeichnungen diskutiert werden, in
denen:
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1 ein
Teilschnitt einer ersten Rotorscheibe einer dampfgekühlten Gasturbine
mit einem Achsbolzen, der sich durch die erste Rotorscheibe hindurch
erstreckt, gemäß der Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 ein
Teilschnitt der ersten Rotorscheibe ähnlich wie in 1 zum
Erläutern
des Zusammenbaus des Halteelements ist;
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3 ein
vergrößerter Schnitt
eines Abschnitts ist, der in 2 mit "A" gekennzeichnet ist;
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4 ein
Teilschnitt der ersten Rotorscheibe gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist;
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5 eine
Teilvorderansicht entlang der Pfeile V-V aus 3 eines
Befestigungselements in der Form eines C-förmigen
Elements ist;
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6 ein
Teilschnitt einer ersten Rotorscheibe ist, der eine Dampfzufuhrkammer
zeigt;
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7 ein
Teilschnittschnitt eines Verschlusses ist;
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8 eine
Teilvorderansicht entlang der Pfeile VIII-VIII aus 7 ist;
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9 eine
vergrößerte schematische
Teilrückansicht
eines Eingriffsabschnitts des Verschlusses und einer Verriegelung
der ersten Rotorscheibe, die voneinander losgelöst sind, ist;
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10 eine
teilweise vergrößerte schematische
Rückansicht
des Eingriffsabschnitts und der Verriegelung ist, die miteinander
in Eingriff stehen;
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11 eine
vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts ist, der in 6 mit "B" gekennzeichnet ist;
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12 eine
vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts ist, der in 11 mit "C" gekennzeichnet ist;
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13 eine
Perspektivansicht der Enden der Abdichtstücke ist, die ein Abdichtelement
in der Form eines Rings zur Verfügung
stellen;
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14 ein
Teilschnitt eines Rotors gemäß dem Stand
der Technik ist, der erste und zweite Rotorscheiben zeigt, die miteinander
verbunden sind; und
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15 ein
Schnitt einer Anordnung zum Reduzieren der Dampfleckage zwischen
der ersten Rotorscheibe und dem Achsbolzen ist.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird im Anschluss beschrieben werden. Die nachfolgend
angegebene Beschreibung ist hauptsächlich auf die Primär-Rotorscheibe
gerichtet und der Aufbau der restlichen Rotorscheiben ist der gleiche
wie im Stand der Technik.
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Die 1 bis 4 sind
Teilschnitte einer ersten Rotorscheibe 10 gemäß der Ausführungsform der
Erfindung. Die erste Rotorscheibe 10 beinhaltet eine Vielzahl
von Durchgangslöchern 12,
die in fluider Wirkverbindung mit einer Dampfwiedergewinnungskammer 50 stehen,
die zwischen der Primär-Rotorscheibe 10 und
einer (nicht gezeigten) Sekundär-Rotorscheibe vorgesehen
sind. Die innere Endfläche
der ersten Rotorscheibe 10, die teilweise die Dampfwiedergewinnungskamner 50 definiert,
beinhaltet eine Vielzahl von Plansenken oder Ausnehmungen 30 (siehe 4).
Die Ausnehmungen 30 weisen Böden 32 und Seitenwänden auf
und stehen koaxial mit den jeweiligen Durchgangslöchern 12,
so dass die jeweiligen Ausnehmungen 30 die jeweiligen Endöffnungen
der Durchgangslöcher 12 einschließen, um
die Abdichtelemente 20 in der Form von Ringen aufzunehmen.
Zusätzlich
zu dem Abdichtelement 20 ist ein Absicherungselement 22, 24 und 26 zum
Absichern des Abdichtelements 20 innerhalb jeder der Ausnehmungen 30 angeordnet.
Das Absicherungselement ist aus einem ersten Absicherungselement,
das einen mit einem Gewinde versehenen Bolzen definiert, einem zweiten
Absicherungselement 26, das eine Mutter zur Verfügung stellt,
die mit dem mit einem Gewinde versehenen Bolzen in Eingriff steht,
und einem Eingriffselement 26, das zwischen den ersten
und zweiten Absicherungselementen 22 und 24 verklemmt
ist, zusammengesetzt.
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Jede
der Ausnehmungen 30 ist im Wesentlichen in einer zylindrischen
Form mit einer ringförmigen
Bodenwand 32 und einer Seitenwand, die mit der Bodenwand
verbunden ist, ausgebildet. Die Ausnehmung 30 beinhaltet
einen ersten Aufnahmeabschnitt 34, der durch die Bodenwand 32 und
einen Abschnitt der Seitenwand nahe dem Boden 32 definiert
ist, einen zweiten Aufnahmeabschnitt 36 in der Form einer ringförmigen Nut
nahe dem ersten Aufnahmeabschnitt 34, einen sich radial
nach innen erstreckenden ringförmigen
Festmachabschnitt 14, und einen dritten Aufnahmeabschnitt
nahe der Öffnung
der Ausnehmung 30.
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Das
Abdichtelement 20 ist um den Achsbolzen 40 innerhalb
des ersten Aufnahmeabschnitts der Ausnehmung 30 angeordnet,
um in Kontakt mit der Bodenwand 32 zu stehen. Das Abdichtelement 20 weist
einschließende
erste und zweite Endflächen auf,
die axial voneinander beabstandet sind, und innere und der äußere Umfänge, die
mit den ersten und zweiten Endflächen
verbunden sind. Das Abdichtelement 20 weist des Weiteren
innere und der äußere abgeschrägte Flächen 20b und 20c auf,
die sich zwischen der ersten Endfläche und den inneren und der äußeren Umfängen erstrecken,
wodurch der Bereich der ersten Endfläche so reduziert wird, dass er
eine ringförmige
Abdichtoberfläche 20a zwischen den
ersten und zweiten abgeschrägten
Flächen 20b und 20c definiert.
Die Reduktion des Bereichs der ersten Endfläche erhöht den Druck zwischen der Bodenwand 32 und
der Abdichtoberfläche 20a,
die an die Bodenwand 32 anstößt. Dies erhöht den Abdichteffekt
zwischen der Bodenwand 32 und dem Abdichtelement 20.
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Das
erste Halteelement 22 beinhaltet einen zylindrischen Abschnitt 22a,
der ein äußeres Schraubengewinde 22c aufweist,
und einen Flanschabschnitt 22b, der integral mit dem Ende
des zylindrischen Abschnitts gegenüber dem äußeren Schraubengewinde 22c verbunden
ist. Der Flanschabschnitt stellt einen Anstoß- oder Verklemmabschnitt bereit. Eine
abgeschrägte
Fläche 22d ist
zwischen den zylindrischen Abschnitt 22a und dem Flanschabschnitt 22c definiert.
Der zylindrische Abschnitt 22a weist des Weiteren einen
Schlitz 22e zum Eingriff mit einem Werkzeug oder einer
Spannvorrichtung zum Zusammenbau des ersten Halteelements auf.
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Das
zweite Halteelement 26 umfasst ein ringförmiges Element,
das ein Innenschraubengewinde aufweist, das mit dem äußeren Schraubengewinde
des ersten Halteelements 22 in Eingriff steht. Das zweite
Halteelement 26 definiert einen sich axial nach innen erstreckenden
Verklemmabschnitt 26b, der am zentralen Abschnitt der Endfläche des
ringförmigen
Elements angeordnet ist. Darüber
hinaus weist das zweite Halteelement 26 einen Schlitz 26c zum
Eingriff mit einem Werkzeug oder einer Spannvorrichtung zum Zusammenbau
des zweiten Halteelements auf.
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Unter
Bezugnahme auf 5 umfasst das Befestigungselement 24 im
Wesentlichen ein C-förmiges
Element, das einem C-förmigen Schnappring gleicht.
Das Befestigungselement 24 beinhaltet eine Vielzahl von
Vorsprüngen 24a,
die in Intervallen entlang des Innenumfangs des Befestigungselements 24 angeordnet
sind. Die Vorsprünge 24a definieren innere
abgeschrägte
Flächen 24b,
die gegenüber
der abgeschrägten
Fläche 22d des
ersten Halteelements 22 angeordnet sind, wenn das Halteelement 24 mit der
ersten Rotorscheibe 10 zusammengebaut ist. Das Befestigungselement 24 beinhaltet
des Weiteren eine äußere abgeschrägte Fläche 24c,
die diagonal gegenüber
den inneren abgeschrägten
Flächen 24b angeordnet
ist und sich entlang des äußeren Umfangs
des Befestigungselements 24 erstreckt, um mit der abgeschrägten Fläche 14a des
Halteabschnitts 14 in Eingriff zu stehen.
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Die
Betriebsfunktion des Abdichtelements 20 wird nachfolgend
nach dem Zusammenbauprozess beschrieben werden.
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Nachdem
der Achsbolzen 40 in einem der Achslöcher 12 der ersten
Rotorscheibe 10 eingesetzt wurde, wird das Abdichtelement 20 auf
dem Achsbolzen 40 so angesetzt, dass das Abdichtelement 20 im ersten
Aufnahmeabschnitt 34 der Ausnehmung 30 angeordnet
ist, um in Kontakt mit der Bodenwand 32 der Ausnehmung
zu gelangen. Dann wird das erste Halteelement 32 auf den
Achsbolzen 40 axial von außen des Abdichtelements 20,
das bereits in den ersten Aufnahmeabschnitt 34 eingelegt
wurde, angesetzt, um in der Ausnehmung 30 so angeordnet
zu sein, dass der Klemmabschnitt 22b des ersten Halteelements 22 an
das Abdichtelement 20 anstößt. Danach wird das C-förmige Befestigungselement 24 auf den
Achsbolzen 40 angesetzt, um in dem zweiten Aufnahmeabschnitt 36 angeordnet
zu sein und in Kontakt mit der äußeren Oberfläche des
ersten Halteelements 22 zu gelangen. Schließlich steht
das Innengewinde 26a des zweiten Halteelements 26 in Eingriff
mit dem äußeren Schraubengewinde 22c des ersten
Halteelements 22, um das zweite Halteelement 26 am
ersten Halteelement 22 anzuziehen.
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Das
Anziehen des zweiten Halteelements 26 führt dazu, dass der Klemmabschnitt 26a des
zweiten Halteelements 26 an das Befestigungselement 24 (2 und 3)
anstößt, was
das Befestigungselement 24 in die Ausnehmung 30 hineindrückt. Während dieses
Prozesses expandiert sich das Befestigungselement 24 radial
nach außen
mit der abgeschrägten
Fläche 24,
die entlang des äußeren Umfangs
des Befestigungselements 24 definiert ist, im Eingriff
mit der abgeschrägten
Fläche 14a des
Halteabschnitts 14. Wenn das Anziehen des zweiten Halteelements 26 am
ersten Halteelement 22 abgeschlossen ist, ist das C-förmige Befestigungselement 24 im
zweiten Aufnahmeabschnitt 36 eingesetzt und axial zwischen
den Klemmabschnitten 22b und 26b des ersten und
zweiten Halteelements 22 und 26 verklemmt. Dies
führt zu
einem integrierten Halteelement, das aus dem ersten Halteelement 22,
dem C-förmigen
Befestigungselement 24 und dem zweiten Halteelement 26 zusammengesetzt
ist. Der Eingriff zwischen den abgeschrägten Flächen 24c und 14a des
Befestigungselements 24 und dem Halteabschnitt 14 verriegelt
das integrierte Halteelement in der Ausnehmung 30. Um ein
Loslösen
zwischen den ersten und zweiten Halteelementen 22 und 26 zu
verhindern, können
die ersten und zweiten Halteelemente 22 und 26 miteinander
an den Enden vercrimpt werden, an denen die Schlitze 22e und 26c definiert
sind.
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Nachdem
sämtliche
Rotorscheiben durch die Achsbolzen 40 verbunden wurden
und wenn die dampfgekühlte
Gasturbine aktiviert wurde, wird das Abdichtelement 20 auf
die Böden 32 der
Ausnehmungen 30 durch den Druck des Dampfs in der Dampfwiedergewinnungskammer 50,
der zum Abkühlen
der Primär- und Sekundär-Schaufeln
verwendet wurde, gedrückt,
das die Ausnehmungen 30, die in der ersten Rotorscheibe 10 definiert
sind, in fluider Wirkverbindung mit der Dampfwiedergewinnungskammer 50 stehen.
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Generell
werden Elemente einer Hochtemperatur-Rotationsmaschine wie etwa einer Gasturbine
mit einem ausreichenden Aufmaß für die thermische
Expansion hergestellt, wenn die Temperatur der Maschine erhöht wird.
In der vorliegenden Ausführungsform
beinhalten die inneren und der äußeren Durchmesser
des Abdichtelements 20 ebenso ein derartiges Aufmaß, um den
wesentlichen Kontakt zwischen den inneren und der äußeren umfänglichen Oberflächen des
Abdichtelements 20 und den inneren und der äußeren umfänglichen
Oberflächen
des ersten Aufnahmeabschnitts 34 und des Achsbolzens 40 zu
verhindern. Wenn der Rotor sich dreht, nachdem die dampfgekühlte Gasturbine
aktiviert wurde, biegen sich die Achsbolzen 40 radial nach
außen
aufgrund der Zentrifugalkraft, wodurch die Abdichtelemente 20 und
die Halteelemente 22, 24 und 26 radial nach
außen
bewegt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Abdichtelemente 20 auf
die Bodenwände 32 der
jeweiligen Ausnehmungen 30 durch den Dampfdruck in der
Dampfwiedergewinnungskammer 50 gedrückt, um die Dampfleckage zwischen
den äußeren umfänglichen Oberflächen der
Abdichtelemente 20 und den inneren umfänglichen Oberflächen der ersten
Aufnahmeabschnitte 34 zu verhindern. Die Dampfleckage zwischen
den Abdichtelementen 20 und den Achsbolzen 40 wird
durch Abdichtelemente 20 reduziert (wird jedoch nicht vollständig unterbunden).
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In
der Ausführungsform
wird das Abdichtelement 20 durch die Halteelemente 22, 24 und 26 gehalten.
Auf der anderen Seite wird im Stand der Technik ein Abdichtelement
nur durch einen C-förmigen Schnappring
gehalten, wie dies oben bereits beschrieben wurde. Der C-förmige Schnappring
deformiert sich aufgrund der Zentrifugalkraft, wenn der Rotor sich
dreht, was zu einer Loslösung
des Schnapprings führen
kann. Gemäß der Ausführungsform
ist das C-förmige
Befestigungselement 24 axial verklemmt und wird durch die
ersten und zweiten Halteelemente 22 und 26 gehalten,
was die Deformation des Befestigungselements 24 verhindert.
Der Grad der Deformation des Befestigungselements 24 hängt vom
Grad der Zentrifugalkraft auf das Befestigungselement 24 und
der Reibkraft zwischen dem Befestigungselement 24 und den
ersten und zweiten Halteelementen 22 und 26 ab.
Daher kann abhängig
von Herstellungsfehlern die Reduktion der Reibkraft zwischen dem
Befestigungselement 24 und den ersten und zweiten Halteelementen 22 und 26 auftreten
und die zentrifugale Deformation des Befestigungselements 24 wird
daraus resultieren. Gemäß der Ausführungsform
stoßen
auch in einem derartigen Fall die im Innenumfang des Befestigungselements 24 definierten
abgeschrägten
Flächen 24b gegen
die zweite abgeschrägte
Fläche 22d des
ersten Halteelements 22 an, um das Fortschreiten der Deformation des
Befestigungselements 24 zu verhindern. Dies verhindert
das Loslösen
des Befestigungselements 24 vom Halteabschnitt 14.
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Unter
Bezugnahme auf die 6 bis 13 wird
im Anschluss eine bevorzugte Ausführungsform der Dampfzufuhrkammer
beschrieben werden.
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6 ist
ein Teilschnitt einer ersten Rotorscheibe 210, die Primär-Schaufeln 200 abstützt, die die
Schaufeln in einer dampfgekühlten
Gasturbine, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, sind,
die dem höchsten
Druck ausgesetzt sind. In 6 sind zweite,
dritte und (nicht gezeigte) vierte Rotorscheiben, die die Sekundär-, Tertiär- und Quaternär-Schaufeln
abstützen,
in dieser Reihenfolge rechts in 6 angeordnet.
Die erste Rotorscheibe 210 weist eine Vielzahl von Achsbolzenlöchern 212 auf,
die in Umfangsrichtung in Intervallen angeordnet sind. Achsbolzen
(nicht gezeigt) sind durch die Achsbolzenlöcher 212 der ersten
Rotorscheibe 210 und die korrespondierenden Achsbolzenlöcher (nicht
gezeigt) der zweiten, dritten und vierten Rotorscheiben eingesetzt.
Ein integrierter Rotor ist durch Verbinden der ersten bis vierten
Rotorscheiben mit den Achsbolzen vorgesehen.
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In
der ersten Rotorscheibe 210 definiert der umfängliche
Abschnitt, der von den Achsbolzen 112 radial nach außen angeordnet
ist, eine Vielzahl von Dampfdurchgängen 214. Die Dampfdurchgänge 214 sind
ebenso in Umfangsrichtung in Intervallen angeordnet. Dampfzufuhrleitungen 216,
die die Dampfzufuhrdurchgänge
zur Verfügung
stellen, werden durch die Dampfdurchgänge 214 und die korrespondierenden
Dampfdurchgänge
(nicht gezeigt) der zweiten bis vierten Rotorscheiben dann eingesetzt,
wenn die zweiten bis vierten Rotorscheiben miteinander durch die
Achsbolzen verbunden werden. In 6 öffnen sich
die Dampfdurchgänge 214 in
eine Dampfzufuhrkammer 218 in der Form einer ringförmigen Ausnehmung,
die in der hochdruckseitigen Endfläche (linke Seite in 6)
der ersten Rotorscheibe, die nahe dem (nicht gezeigten) Kompressor,
der in der Gasturbine eingebaut ist, angeordnet ist, definiert ist.
Das Ende jeder Dampfzufuhrleitung 216 ist mit der ersten Rotorscheibe 210 mittels
eines Befestigungselements 214a befestigt, um in die Dampfzufuhrkammer 218 hinein
geöffnet
zu sein. In der Innenoberfläche der
Dampfzufuhrkammer 218 ist eine Abdichtoberfläche 220 entlang
des radial äußeren Umfangs
der Öffnung
der Dampfzufuhrkammer 218 definiert. Die Verriegelung 222 ist
entlang des radial inneren Umfangs der Öffnung definiert. Die Öffnung der
Dampfzufuhrkammer 218 ist abdichtend mittels eines Verschlusses 50 im
Wesentlichen in einer Form eines Rings verschlossen, wie dies im
Anschluss beschrieben werden wird.
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Der
Dampf zum Abkühlen
der Primär-Schaufeln 200 wird
von einer Dampfquelle wie etwa einem Extraktionsrohr einer Niederdruck-Dampfturbine (nicht
gezeigt) durch die Dampfleitungen 216 der Dampfzufuhrkammer 218 zugeführt. Von
der Dampfzufuhrkammer 218 wird der Dampf zu der Primär-Rotorscheibe 200 durch
(nicht gezeigte) Durchgänge, die
in der ersten Rotorscheibe 210 definiert sind, zugeführt.
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Der
Verschluss 50 umfasst im Wesentlichen ein Ringelement inklusive
einer Vielzahl von Bolzenlöchern 52,
in die (nicht gezeigte) Bolzen eingesetzt werden, um den Verschluss 50 an
der ersten Rotorscheibe 210 abzusichern. Der Verschluss 50 weist eine
Abdichtoberfläche 60 auf,
die in der rückwärtigen oder
Innenendfläche
des Verschlusses 50 nahe den Bolzenlöchern 52 definiert
ist. Die Abdichtoberfläche 60 steht
abdichtend im Eingriff mit der Abdichtoberfläche 220 der Dampfzufuhrkammer 218. Der
Verschluss 50 beinhaltet eine Einfassung 54, die an
der Vorderseite positioniert ist, wenn der Verschluss 50 an
der ersten Rotorscheibe 210 angebracht ist, und einen Eingriffsabschnitt 56,
der an der rückwärtigen Seite
positioniert ist. Der Eingriffsabschnitt 56 steht mit der
Verriegelung 222 der Dampfkammer 218 in Eingriff.
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Unter
Bezugnahme auf die 8 bis 10 definiert
der Verschluss 50 eine Vielzahl von radial nach innen konvexen
und konkaven Abschnitten 58a und 58b, die regelmäßig entlang
des Innenumfangs aufgebaut sind. Der Eingriffsabschnitt 56 wird
durch radial nach innen sich erstreckende konvexe und konkave Abschnitte 58a und 58b zur
Verfügung
gestellt. Auf der anderen Seite beinhaltet die erste Rotorscheibe 210 eine
Vielzahl von radial nach außen stehenden
konvexen und konkaven Abschnitten 224a und 224b,
die nahe der Öffnung
der Dampfzufuhrkammer 218 angeordnet sind. Die radial nach
außen
stehenden konvexen und konkaven Abschnitte 224a und 224b sind
korrespondierend mit den radial nach innen stehenden konvexen und
konkaven Abschnitten 58a und 58b des Verschlusses 50 ausgebildet.
Die Verriegelung 222 wird durch die sich radial nach außen erstreckenden
konvexen und konkaven Abschnitte 224a und 224b zur
Verfügung
gestellt.
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Wenn
der Verschluss 50 angebracht ist, ist der Verschluss 50 relativ
zur Rotorscheibe 50 derart positioniert, dass die radial
nach innen stehenden konvexen und konkaven Abschnitte 58a und 58b des Verschlusses 50 mit
den radial nach außen
stehenden konkaven und konvexen Abschnitten 224b und 224a überlappen.
Der Verschluss 50 wird axial nach hinten (rechts in den 1 und 6)
so bewegt, dass die Einfassung 54 des Verschlusses 50 an
die Verriegelung 222 der ersten Rotorscheibe 210 anstößt. Danach
wird der Verschluss 50 in Uhrzeigerrichtung oder in Gegenuhrzeigerrichtung
so gedreht, dass der Eingriffsabschnitt 56 des Verschlusses 50 in Eingriff
mit der Verriegelung 222 gelangt. Dann werden die Bolzen
in die Bolzenlöcher 52 eingesetzt,
um den Verschluss 50 an der ersten Rotorscheibe 210 abzusichern.
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Wenn
der Verschluss 50 an der ersten Rotorscheibe 210 abgesichert
ist, ist eine Vielzahl von Öffnungen
zwischen dem Verschluss 50 und der ersten Rotorscheibe 210 durch
die radial nach außen
und innen sich erstreckenden konkaven Abschnitte 58b und 224b definiert,
wie dies in 10 gezeigt ist. Gemäß der Ausführungsform
wird die Dampfleckage durch die Öffnungen 58b und 224b durch
ein Abdichtelement 62 in der Form eines Rings verhindert,
der zwischen der Einfassung 54 und einer ringförmigen Ausnehmung 226 angeordnet
ist, die in der ersten Rotorscheibe 210 am proximalen Ende
der Verriegelung 222 ausgebildet ist. Obwohl das Abdichtelement aus
einem einstückigen
Ringelement zusammengesetzt sein kann, kann das Abdichtelement 62 eine Vielzahl
von Abdichtstücken
umfassen, die es dem Abdichtelement 62 erlauben, in zwei,
drei oder vier Stücke
unterteilt zu sein, um das Ersetzen des Abdichtelements 62 zu
erleichtern. Im Falle des Abdichtelements 62, das aus Abdichtstücken gefertigt
ist, wie dies in 13 gezeigt ist, werden die Enden 64a und 66a benachbarter
Abdichtstücke 64 und 66 entlang
einer Ebene geschnitten, die sich durch die zentrale Linie des Abdichtelements 62 erstreckt,
um konfigurierte Endabschnitte zur Verfügung zu stellen, die komplementär an deren
Abdichtoberflächen 64b und 66b miteinander
verbunden sind. Dies gewährleistet den
Abdichteffekt an den Verbindungen zwischen den Abdichtstücken.
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Die
Betriebsfunktion der Ausführungsform wird
nunmehr beschrieben.
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Der
Verschluss 50 wird wie oben beschrieben an der ersten Rotorscheibe 210 mit
dem Abdichtelement 62, das innerhalb der ringförmigen Ausnehmung 226 angeordnet
ist, die in der ersten Rotorscheibe 210 definiert ist,
angebracht. Wenn der Rotor sich dreht, wenn die Gasturbine aktiviert
ist, drückt die
Zentrifugalkraft auf dem Verschluss 50 die Abdichtoberfläche 60 der
Abdichtscheibe 50 auf die Abdichtoberfläche 220 der ersten
Rotorscheibe 210, um die Dampfleckage zwischen diesen zu
verhindern.
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Obwohl
gemäß der in 13 gezeigten
Ausführungsform
das Abdichtelement 62 Abdichtstücke 64 und 66 beinhaltet,
die einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen, kann das Abdichtelement 62 aus Abdichtstücken zusammengesetzt
sein, die einen im Wesentlichen pentagonalen Querschnitt aufweisen, der
mit dem Querschnitt der im proximalen Ende der Verriegelung 222 der
ersten Rotorscheibe 210 definierten ringförmigen Ausnehmung 226 korrespondiert.
Der wesentliche Punkt ist ein Aufbau, der den Verschluss 50 und
die erste Rotorscheibe 210 an zwei Punkten P1 und P2 kontaktieren
kann.
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Darüber hinaus
zeigt 13, dass die Enden der Abdichtstücke entlang
einer Ebene geschnitten sind, die sich durch deren zentrale Linie
erstreckt. Die Enden können
jedoch entlang einer Ebene geschnitten sein, die sich nicht zur
zentralen Linie hin erstreckt. Der wesentliche Punkt ist ein Endaufbau, der
es den benachbarten Enden der Abdichtstücke ermöglicht, komplementär miteinander
zusammengesetzt zu sein. Insbesondere kann das radial nach außen positionierte
Ende 62b kleiner als das radial nach innen positionierte
Ende 62a aufgebaut sein, wie dies in 12 gezeigt
ist. Gemäß diesem
Merkmal wird das radial nach innen positionierte Ende 62a auf
das radial außen
positioniere Ende 62b aufgrund der Zentrifugalkraft gedrückt, wenn
die Gasturbine sich dreht, so dass das radial nach außen positionierte
Ende 62b auf die Innenoberflächen der ringförmigen Ausnehmung 226 und
die Einfassung 54 des Verschlusses 50 gedrückt werden,
um den Abdichteffekt zu verbessern.
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Es
ist für
den Fachmann ebenso selbstverständlich,
dass die oben angegebene Beschreibung eine bevorzugte Ausführungsform
der offenbarten Vorrichtung ist und dass verschiedene Veränderungen
und Modifikationen ohne Abweichung vom Schutzbereich der anhängenden
Ansprüche
realisiert werden können.