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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verhinderung oder Einschränkung der
thermischen Verformung eines Rotorhinterendes einer dampfgekühlten Gasturbine.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die
Temperatur des verbrannten Gases am Einlass einer Gasturbine ist
angestiegen, um den Wirkungsgrad der Gasturbine zu erhöhen, und
in den letzten Jahren wurde eine Gasturbine, in der die Temperatur
1500°C erreicht,
vorgeschlagen.
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Eine
sogenannte dampfgekühlte
Gasturbine, bei der die relativ niedrige Temperatur des Dampfs als
Kühlmittel
zum Schützen
der Statorschaufeln und Rotorschaufeln der Gasturbine vor dem verbrannten Gas
mit hoher Temperatur anstelle eines herkömmlichen Luftkühlsystems
verwendet wird, wird entwickelt. Um die Rotorschaufeln der Gasturbine
durch Dampf zu kühlen,
ist es erforderlich, Dampfdurchlässe
zum Zuführen
und Rückgewinnen
des Kühldampfs
für die
Rotorschaufeln entlang der Mittelachse des Rotors der Gasturbine
vorzusehen.
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Eine
Rotoranordnung einer Gasturbine mit einer Vielzahl von Rotorscheiben,
die durch Spindelbolzen aneinander befestigt sind, so dass sie sich
zusammen drehen, ist durch ein Zapfenlager drehbar gelagert. Da
die Rotoranordnung der Gasturbine sehr schwer ist, ist der Spalt
zwischen dem Wellenteil der Rotoranordnung und dem Zapfenlager sehr
genau verliehen. In der dampfgekühlten
Gasturbine strömt
jedoch der Dampf durch den mittleren Teil der Rotoranordnung und
daher wird die letztere und insbesondere ihr Wellenteil thermisch
verformt, so dass das Zapfenlager beschädigt werden kann.
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Aus
EP 0936350-A ist eine Wellenstruktur eines Rotorhinterendes einer
Gasturbine gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 bekannt. Bei dieser Wellenstruktur ist eine zylindrische
Wärmeabschirmung, die
in 4 mit der Bezugsziffer 3 gezeigt ist,
zwischen dem Dampfdurchlass und der Innenfläche des mittleren Lochs des
Rotorhinterendes vorgesehen. Diese zylindrische Wärmeabschirmung
ist ein L-förmiges
Element, das mittels Kopplungsbolzen an der Turbinenwelle fest angebracht
ist und eine Aussparung aufweist, die einen ringförmigen Raum
zwischen der äußeren Umfangsfläche der
Wärmeabschirmung
und der inneren Umfangsfläche
der Turbinenwelle bildet. Diese Wärmeabschirmung kann jedoch
nicht die Wärmeausdehnung
in der axialen Richtung absorbieren oder die Wärmebeanspruchung, die bei einer
Temperaturdifferenz zwischen dem Wellenteil und der Wärmehülse (Wärmeabschirmung)
entsteht, verringern, da die Wärmeabschirmung
nur ein massives Element ist, das keine Wärmeausdehnungen oder eine Wärmebeanspruchung absorbieren
kann.
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Ferner
ist in EP 0894942-A eine Wellenstruktur eines Rotorhinterendes einer
Gasturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 beschrieben.
Die Wellenstruktur weist ein massives Element zwischen dem Dampfdurchlass
und der Innenfläche
des mittleren Lochs der Rotorrückseite auf.
Dieses massive Element ist an der Wellenstruktur befestigt und kann
ebenso nicht die Wärmeausdehnung
in der axialen Richtung absorbieren oder die Wärmebeanspruchung verringern,
die entsteht, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen dem Wellenteil
und der Wärmehülse verursacht
wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Probleme zu beseitigen,
indem eine Wellenstruktur für
ein Rotorhinterende einer dampfgekühlten Gasturbine bereitgestellt
wird, wobei wenig oder keine thermische Verformung des Rotorhinterendes
der Gasturbine auftritt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Wellenstruktur eines
Rotorhinterendes einer Gasturbine bereitgestellt, in der ein Dampfdurchlass
zum Zuführen
und Rückgewinnen
von Dampf zum Kühlen
von Rotorschaufeln der Gasturbine sich entlang einer Mittelachse
der Rotoranordnung der Gasturbine erstreckt, wobei ein mittleres Loch
des Rotorhinterendes koaxial zur Mittelachse des Dampfdurchlasses
im Rotorhinterende ausgebildet ist; eine Wärmehülse zwischen dem Dampfdurchlass
und der Innenfläche
des mittleren Lochs des Rotorhinterendes vorgesehen ist; eine Wärmeisolationsgasschicht
zwischen der Innenfläche
des mittleren Lochs des Rotorhinterendes und der Wärmehülse gebildet
wird; und die Wärmeisolationsgasschicht
gasdicht und flüssigkeitsdicht
von der Außenseite
isoliert ist.
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Wenn
der Dampf zum Kühlen
der Turbinenrotorschaufeln im Dampfdurchlass strömt, wird folglich die Wärmeübertragung
auf die Nähe
der Oberfläche
des Wellenteils eingeschränkt,
was folglich zu wenig oder keiner thermischen Verformung des Wellenteils
führt. Überdies
ist die Wärmeisolationsgasschicht
gasdicht oder flüssigkeitsdicht
von der Außenseite
isoliert, kein Dampf tritt in die Wärmeisolationsgasschicht ein.
Wenn die Temperatur während des
Stoppens der Gasturbine abfällt,
tritt daher keine Abführung
des Dampfs aufgrund von dessen Kondensation auf. Folglich findet
keine anomale Vibration aufgrund der Abführung des Dampfs statt.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit den Merkmalen von Anspruch 1 liegt die Wärmehülse in Form
eines im Wesentlichen kreisförmigen
Zylinders vor, der an seinem einen Ende an eine Endscheibe der Gasturbine
geschweißt ist
und am anderen Ende an den Wellenteil des Rotorhinterendes geschweißt ist,
und die Wärmehülse ist
mit einem gebogenen Teil in der Nähe von deren Ende, das an den
Wellenteil des Rotorhinterendes geschweißt ist, versehen, so dass der
gebogene Teil eine Wärmebeanspruchung
aufgrund einer Wärmeausdehnung
der Wärmehülse verringert.
Wenn eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmehülse und dem Wellenteil aufgrund
des Dampfs, der im Dampfdurchlass strömt, verursacht wird, absorbiert
der gebogene Teil folglich die Wärmeausdehnung
in der axialen Richtung aufgrund der Temperaturdifferenz, um dadurch
zu verhindern, dass die Wärmehülse beschädigt oder
zerbrochen wird.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird, wenn die Wärmehülse an die
Endscheibe oder den Wellenteil geschweißt wird, vorzugsweise eine
Vorspannung auf die Wärmehülse aufgebracht. Das
Schweißen
der vorgespannten Wärmehülse an den
Wellenteil verhindert das Auftreten einer thermischen Verformung
der Wärmehülse. Überdies
tragen der gebogene Teil und das Aufbringen der Vorspannung in Kombination
zu einer weiteren Einschränkung
der thermischen Verformung der Wärmehülse und
zum Verhindern, dass die Wärmehülse beschädigt oder
zerbrochen wird, bei.
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Gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung mit den Merkmalen von Anspruch 3 wird eine Wellenstruktur
eines Rotorhinterendes einer Gasturbine bereitgestellt, in der ein Dampfdurchlass
zum Zuführen
und Rückgewinnen
von Dampf zum Kühlen
von Rotorschaufeln der Gasturbine sich entlang einer Mittelachse
der Rotoranordnung der Gasturbine erstreckt, wobei das Rotorhinterende
darin mit einem mittleren Loch koaxial zur Mittelachse des Dampfdurchlasses
versehen ist; eine Wärmehülse zwischen
dem Dampfdurchlass und der Innenfläche des mittleren Lochs des
Rotorhinterendes vorgesehen ist; eine Wärmeisolationsgasschicht zwischen der
Innenfläche
des mittleren Lochs des Rotorhinterendes und der Wärmehülse gebildet
wird; und Kühlluft
von der Außenseite
in die Wärmeisolationsgasschicht
zirkuliert wird, um die Kühlwirkung
des Rotors zu verbessern.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung liegt die Wärmehülse in Form eines im wesentlichen
kreisförmigen
Zylinders vor, der an seinem einen Ende an eine Endscheibe der Gasturbine
geschweißt
ist und am anderen Ende an einen Wellenteil des Rotorhinterendes über einen
Faltenbalg geschweißt
ist, der eine Wärmebeanspruchung
aufgrund einer Wärmeausdehnung
der Wärmehülse verringert.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden angesichts der ausführlichen
Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen derselben
besser ersichtlich, wie durch die Zeichnungen dargestellt.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
zugehörigen
Zeichnungen, die in die Patentbeschreibung integriert sind und einen
Teil von dieser bilden, stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung
dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der
Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen geben dieselben Bezugsziffern dieselben
Teile an.
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1 ist
eine axiale Schnittansicht einer Hälfte eines Wellenteils eines
Rotorhinterendes gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine axiale Schnittansicht einer Hälfte eines Wellenteils eines
Rotorhinterendes gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine axiale Schnittansicht einer Hälfte eines Wellenteils eines
Rotorhinterendes gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 ist
eine axiale Schnittansicht einer Hälfte eines Wellenteils eines
Rotorhinterendes gemäß dem Stand
der Technik.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Vor
dem Weitergehen zu einer ausführlichen Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird
ein Stand der Technik mit Bezug auf die zugehörige Beziehung dazu für ein klareres
Verständnis
der Unterschiede zwischen dem Stand der Technik und der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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4 zeigt
ein bekanntes Zuführungs/Rückgewinnungssystem
des Kühldampfs
für Rotorschaufeln
einer Turbine.
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Der
Aufbau des Gasturbinenrotors auf der Turbinenseite ist durch Befestigen
eines Rotorhinterendes und einer Vielzahl von Turbinenschaufeln fertiggestellt.
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Um
den Kühldampf
zu den Schaufeln, die in die Turbinenscheiben eingebettet sind,
zu liefern und von diesen zurückzugewinnen,
ist das Rotorhinterende mit einem mittleren Loch versehen, um ein
koaxiales Dampfrohr festzulegen.
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Das
Rotorhinterende 100 ist mit einem im wesentlichen kreisförmigen Scheibenteil 120,
der eine Endscheibe festlegt, und einem im wesentlichen zylindrischen
hohlen Wellenteil 140 versehen. Ein mittleres Scheibenloch 130 und
ein mittleres Rotorhinterendloch 150 erstrecken sich entlang
der Mittelachse. Der Scheibenteil 120 ist mit einer Vielzahl
von Durchgangslöchern
(nicht dargestellt) versehen, die in der Umfangsrichtung in einem
gleichen Abstand voneinander beabstandet sind. Eine Vielzahl von
Rotorschaufelscheiben (nicht dargestellt) der Turbine werden in
der Vorderseite des Scheibenteils 120 angeordnet und anschließend werden
Turbinenspindelbolzen (nicht dargestellt) in die Durchgangslöcher eingesetzt
und durch Muttern befestigt, um eine Rotoranordnung zu bilden, in
der die Rotorschaufelscheiben (nicht dargestellt) abgestützt und
zusammen gedreht werden.
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Das
mittlere Scheibenloch 130 des Rotors ist mit einem Dampfdurchlasselement 200 versehen, das
an dieses geschweißt
ist, durch welches der Rotorschaufel-Kühldampf zugeführt wird.
Ein Durchlass zur Rückgewinnung
des Dampfs zum Kühlen
der Rotorschaufel ist zwischen der Innenfläche des mittleren Lochs 150 des
Rotorhinterendes, die sich vom hinteren Ende der Endscheibe des
Rotors in den Wellenteil 140 des Rotors erstreckt, und
dem Dampfdurchlasselement vorgesehen, so dass der zum Kühlen der
Rotorschaufeln mittels einer geeigneten Kühlvorrichtung (nicht dargestellt)
verwendete Dampf zurückgewonnen
werden kann.
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Die
Verbindung zwischen dem sich drehenden Rotorhinterende 100 und
dem stationären
Teil wird folgendermaßen
hergestellt. Für
das innere Rohr wird das Dampfdurchlasselement 200 mit
einem stationären
inneren Dampfrohr 290 über
eine Dichtungsrippe (Labyrinthdichtung) 230 verbunden. Anschließend werden
ein stationäres
kurzes Dampfrohr 270 und ein äußeres stationäres Dampfrohr 280 mit
dem Ende des Rotorhinterendes 100 über eine Dichtungsrippe (Labyrinthdichtung) 220 verbunden. Die
Dichtungsrippen 220 und 230 werden mit einem Austrittsdampf-Rückgewinnungsinstrument
(nicht dargestellt) verbunden.
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Die
so erhaltene Rotoranordnung ist am Rotorhinterende 100 derselben
durch ein Lager 240 drehbar gelagert. Der Rotorschaufel-Kühldampf
wird durch Erhitzen von unter Druck gesetztem Dampf, dessen Sättigungstemperatur
ungefähr
140°C bis 400°C oder mehr
beträgt,
erzeugt und wird durch den Durchgang geliefert, der durch das mittlere
Loch des Rotors festgelegt ist. Folglich wird der Rotor auf die Sättigungstemperatur
des Kühldampfs
erhitzt. Im Allgemeinen wird jedoch das Hinterende, an dem das Lager
vorgesehen ist, durch das Schmiermittel auf 100°C oder weniger als 100°C gekühlt, so
dass eine thermische Verformung des Hinterendes aufgrund einer Temperaturdifferenz
zwischen dem mittleren Loch und dem Hinterende auftritt.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die
Zeichnungen erörtert.
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1 zeigt
eine Schnittansicht einer Hälfte eines
Hinterendes 10 einer Rotoranordnung einer Gasturbine (das
nur als Rotorhinterende bezeichnet wird) gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In der vorliegenden Patentbeschreibung wird die Kompressorseite
der Gasturbine als Vorderseite (linke Seite in 1)
bezeichnet und die Expansionsvorrichtungsseite wird als Rückseite
(rechte Seite in 1) bezeichnet.
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Das
Rotorhinterende 10 umfasst eine Endscheibe 12 in
Form einer im wesentlichen kreisförmigen Scheibe mit einem mittleren
Scheibenloch 13 und einen im wesentlichen zylindrischen
hohlen Wellenteil 14. Ein Dampfdurchlasselement 20 zum
Zuführen
von Kühldampf
ist an das mittlere Scheibenloch 13 geschweißt. Überdies
ist die Endscheibe 12 mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 12b (nicht dargestellt)
versehen, die in gleichem Abstand in der Umfangsrichtung um die
Mittelachse O in der Längsrichtung
der Rotoranordnung beabstandet sind. Turbinenspindelbolzen (nicht
dargestellt) sind in die Durchgangslöcher 12b eingesetzt,
während
die Endscheibe 12 an ihrer vorderen Stirnfläche 12a mit
einer anderen Scheibe (nicht dargestellt) in Kontakt steht und die
Turbinenspindelbolzen durch Muttern (nicht dargestellt) befestigt
sind, so dass eine Rotoranordnung, die sich als Einheit dreht, während sie
die Turbinenrotorschaufeln (nicht dargestellt) abstützt, gebildet
ist.
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Die
wie vorstehend konstruierte Rotoranordnung ist am Rotorhinterende 10 durch
ein Lager 24 drehbar gelagert. Das Lager 24 besteht
aus einem Lagerklotz 24a und Dichtungsteilen 26,
die auf entgegengesetzten Seiten des Lagerklotzes 24a vorgesehen
sind. Wie auf dem Fachgebiet der Gasturbine gut bekannt ist, bildet
das Lager 24 ein Zapfenlager. Die Dichtungsteile 26 umfassen
Stützen 26a,
die dazu ausgelegt sind, Dichtungselemente 26c am Lagerklotz 24a zu
montieren.
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Das
Rotorhinterende 10 ist mit einem mittleren Rotorhinterendloch 15 versehen,
das zum mittleren Scheibenloch 13 koaxial ist und dessen
Durchmesser größer ist
als der Durchmesser des mittleren Scheibenlochs 13. Eine
zylindrische Wärmehülse 16 ist
in das mittlere Rotorhinterendloch 15 eingesetzt. Das Vorderende
der Wärmehülse 16 (linkes
Ende in 1) ist an das mittlere Rotorhinterendloch 15 geschweißt und das
Hinterende (rechtes Ende in 1) ist an
das Hinterende des Wellenteils 14 geschweißt. Der
Außendurchmesser
der Wärmehülse 16 ist
kleiner als der Innendurchmesser des mittleren Rotorhinterendlochs 15 und
eine Wärmeisolationsgasschicht 18 wird
dazwischen gebildet. Vorzugsweise ist die Wärmeisolationsgasschicht 18 mit
trockenem Gas oder Inertgas wie z.B. Luft oder Argon gefüllt.
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Die
Wärmehülse 16 ist
an ihrem Hinterende mit einem gebogenen Teil 16a versehen,
der dazu ausgelegt ist, die Wärmebeanspruchung
und insbesondere die Druckbeanspruchung zu absorbieren, wenn eine
Temperaturdifferenz zwischen dem Wellenteil 14 und der Wärmehülse 16 verursacht
wird, deren Temperatur gemäß dem Betrieb
der Gasturbine erhöht
wird. Bevorzugter wird die Wärmehülse 16 an
den Wellenteil 14 geschweißt, während die Wärmehülse in der axialen Richtung
gespannt wird, so dass eine Vorspannung auf diese aufgebracht wird. Wenn
eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmehülse 16 und dem Wellenteil 14 gemäß dem Betrieb
der Gasturbine verursacht wird, kann folglich die Druckbeanspruchung
verringert werden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Wärmehülse 16 zwischen
das Dampfdurchlasselement 20 und den Wellenteil 14 eingefügt, so dass
die Wärmeisolationsgasschicht 18 zwischen
der Wärmehülse 16 und
der Innenfläche
des mittleren Rotorhinterendlochs 15 des Wellenteils 14 gebildet
wird. Wenn die Gasturbine arbeitet und der Kühldampf zum Kühlen der
Turbinenrotorschaufeln strömt,
wird folglich die Wärmeüberragung
auf den Wellenteil 14 eingeschränkt, was folglich zu keiner
oder einer geringen thermischen Verformung des Wellenteils 14 führt.
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Wenn
eine Wärmeausdehnungsdifferenz aufgrund
der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmehülse 16 und dem Wellenteil 14 durch
den Dampf, der im Dampfdurchlasselement 20 während des
Betriebs der Turbine strömt,
verursacht wird, wird überdies,
da die Wärmehülse 16 an
den Wellenteil 14 mit einer Vorspannung geschweißt ist,
die Wärmebeanspruchung,
die in der Wärmehülse 16 verursacht wird,
verringert und folglich kann deren Verformung verhindert werden.
Da die Wärmehülse 16 mit
dem gebogenen Teil 16a an deren Hinterende versehen ist,
kann überdies
die Wärmebeanspruchung,
die durch das Aufbringen der Vorspannung nicht absorbiert werden
kann, durch die Verformung des gebogenen Teils 16a absorbiert
werden. Folglich kann die Verformung des zylindrischen Teils der
Wärmehülse 16 vermieden
werden. Überdies
ist die Wärmeisolationsgasschicht 18 gasdicht
und flüssigkeitsdicht
von der Außenseite
isoliert, so dass kein Dampf von außen eindringen kann. Da die
Wärmeisolationsgasschicht 18 mit
einem trockenen Gas gefüllt
ist, tritt überdies
keine Abführung
aufgrund der Kondensation des Dampfs auf, selbst wenn die Temperatur
während
des Stoppens der Gasturbine abfällt.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 2 erörtert.
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Das
Rotorhinterende 10 besteht aus einer im wesentlichen kreisförmigen Endscheibe 12 mit
einem mittleren Scheibenloch 13 und einem im wesentlichen
zylindrischen hohlen Wellenteil 14. Ein Kühldampf-Zuführungsdurchlasselement 20 ist
an das mittlere Scheibenloch 13 geschweißt. Die
Endscheibe 12 ist mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 12b (nicht
dargestellt) versehen, die in einem gleichen Abstand in der Umfangsrichtung
um die Längsmittelachse
O der Rotoranordnung beabstandet sind. Turbinenspindelbolzen (nicht
dargestellt) sind in die Durchgangslöcher eingesetzt, während der
Scheibenteil 12 an seiner vorderen Stirnfläche 12a mit
einer anderen Scheibe (nicht dargestellt) in Kontakt steht und die
Turbinenspindelbolzen durch Muttern (nicht dargestellt) befestigt
sind, so dass eine Rotoranordnung, die die Turbinenrotorschaufeln
(nicht dargestellt) abstützt
und sich zusammen mit diesen dreht, gebildet ist.
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Die
so erhaltene Rotoranordnung ist am Hinterende 10 durch
das Lager 24 drehbar gelagert. Das Lager 24 besteht
aus einem Lagerklotz 24a und Dichtungsteilen 26 auf
entgegengesetzten Seiten des Lagerklotzes 24a. Das Lager 24 bildet
ein Zapfenlager, wie auf dem Gebiet von Gasturbinen gut bekannt
ist. Die Dichtungsteile 26 umfassen Stützen 26a, um die Dichtungselemente 26c am
Lagerklotz 24a zu montieren.
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Eine
zylindrische Wärmehülse 16 ist
in das mittlere Rotorhinterendloch 15 des Rotorhinterendes 10 eingesetzt.
Das mittlere Rotorhinterendloch 15 ist zum mittleren Scheibenloch 13 koaxial
und weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser
des mittleren Scheibenlochs 13. Das Vorderende der Wärmehülse 16 (linkes
Ende in 2) ist an das mittlere Rotorhinterendloch 15 geschweißt und das
Hinterende (rechtes Ende in 2) davon
ist an das Hinterende des Wellenteils 14 geschweißt. Die
Wärmehülse 16 weist
einen Außendurchmesser auf,
der kleiner ist als der Innendurchmesser des mittleren Rotorhinterendlochs 15 des
Wellenteils 14, so dass eine Wärmeisolationsgasschicht 18 dazwischen
gebildet wird.
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Die
Wärmehülse 16 ist
an ihrem Hinterende mit einem gebogenen Teil 16a versehen,
der dazu ausgelegt ist, die Wärmebeanspruchung
und insbesondere die Druckbeanspruchung zu absorbieren, wenn eine
Temperaturdifferenz zwischen dem Wellenteil 14 und der
Wärmehülse 16 verursacht
wird, deren Temperatur gemäß dem Betrieb
der Gasturbine erhöht
wird. Bevorzugter wird die Wärmehülse 16 an
den Wellenteil 14 geschweißt, während die Wärmehülse in der axialen Richtung
gespannt wird, so dass eine Vorspannung auf diese aufgebracht wird. Wenn
eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmehülse 16 und dem Wellenteil 14 gemäß der Gasturbine
verursacht wird, kann die Druckbeanspruchung folglich verringert
werden.
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Der
Wellenteil 14 ist mit einer Vielzahl von Wellenteil-Kühlluftdurchgängen versehen,
die aus sich radial erstreckenden Kühlluft-Einlassdurchgängen 31a und
Kühlluft-Auslassdurchgängen 31c bestehen
und die mit der Wärmeisolationsgasschicht 18 verbunden
sind, um einen Kühlluftdurchgang
zu bilden.
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Eine
Kühlluft-Einführungsvorrichtung 32 ist so
vorgesehen, dass sie den Kühlluft-Einlassdurchgängen 31a zugewandt
ist. Die Kühlluft-Einführungsvorrichtung 32 besteht
aus einem Lufteinführungsteil 32a,
der an einem stationären
Teil der Gasturbine, wie z.B. einem Gehäuse (nicht dargestellt), vorgesehen
ist, und einem Dichtungselement 32b, das an der Innenfläche des
Lufteinführungsteils 32a vorgesehen ist.
Der Lufteinführungsteil 32a und
das Dichtungselement 32b sind jeweils mit einer Vielzahl
von Luftdurchgängen 32c und 32d versehen,
die mit den Kühlluft-Einlassdurchgängen 31a verbunden
sind und die in einem gleichen Abstand in der Umfangsrichtung beabstandet
sind, so dass die von der Kühlluft-Zuführungsquelle
(nicht dargestellt) zugeführte Kühlluft in
die Kühlluft-Einlassdurchgänge 31a eingeführt werden
kann.
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Ebenso
ist eine Kühlluft-Auslassvorrichtung 33 so
vorgesehen, dass sie den Kühlluft-Auslassdurchgängen 31c zugewandt
ist. Die Kühlluft-Auslassvorrichtung 33 besteht
aus einem Luftauslassteil 33a, der am stationären Teil
der Gasturbine, wie z.B. dem Gehäuse,
vorgesehen ist, und einem Dichtungselement 33b, das an
der Innenfläche
des Luftauslassteils 33a vorgesehen ist. Der Luftauslassteil 33a und
der Dichtungsteil 33b sind jeweils mit einer Vielzahl von
Luftdurchgängen 33c und 33d versehen,
die mit den Kühlluft-Auslassdurchgängen 31c verbunden sind
und die in einem gleichen Abstand in Umfangsrichtung beabstandet
sind. Die Luft von der Kühlluft-Einführungsvorrichtung 32 wird
den Wellenteil-Kühlluftdurchgängen 31a, 18 und 31c zugeführt, um
das Rotorhinterende 10 zu kühlen, und wird an die Außenseite
der Gasturbine ausgelassen.
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Da
im dargestellten Ausführungsbeispiel
der Wellenteil 14 mit einer Vielzahl von Wellenteil-Kühlluftdurchgängen 31a, 18 und 31c versehen
ist, in denen die Kühlluft
geleitet werden kann, wenn der Turbinenrotorschaufel-Kühldampf
im Dampfdurchlasselement 20 gemäß dem Betrieb der Gasturbine
strömt, wird
der Lagerbereich des Wellenteils 14 durch die Kühlluft gekühlt, die
in den Wellenteil-Kühlluftdurchgängen 31a, 18 und 31c strömt, und
folglich kann eine thermische Verformung des Wellenteils 14 verringert
oder eingeschränkt
werden.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf 3 erörtert.
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Das
Rotorhinterende 10 besteht aus einer im wesentlichen kreisförmigen Endscheibe 12 mit
einem mittleren Scheibenloch 13 und einem im wesentlichen
zylindrischen hohlen Wellenteil 14. Ein Kühldampf-Zuführungsdurchlasselement 20 ist
an das mittlere Scheibenloch 13 geschweißt. Die
Endscheibe 12 ist mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern 12b (nicht
dargestellt) versehen, die in einem gleichen Abstand in der Umfangsrichtung
um die Längsmittelachse
O der Rotoranordnung beabstandet sind. Turbinenspindelbolzen (nicht
dargestellt) sind in die Durchgangslöcher eingesetzt, während der
Scheibenteil 12 an seiner vorderen Stirnfläche 12a mit
einer anderen Scheibe (nicht dargestellt) in Kontakt steht und die
Turbinenspindelbolzen durch Muttern (nicht dargestellt) befestigt
sind, so dass eine Rotoranordnung, die die Turbinenrotorschaufeln
(nicht dargestellt) abstützt
und sich zusammen mit diesen dreht, gebildet ist.
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Die
so erhaltene Rotoranordnung ist am Hinterende 10 durch
das Lager 24 drehbar gelagert. Das Lager 24 besteht
aus einem Lagerklotz 24a und Dichtungsteilen 26 auf
entgegengesetzten Seiten des Lagerklotzes 24a. Das Lager 24 bildet
ein Zapfenlager, wie auf dem Gebiet von Gasturbinen gut bekannt
ist. Die Dichtungsteile 26 sind mit Stützen 26a versehen, um
die Dichtungselemente 26c am Lagerklotz 24a zu montieren.
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Eine
zylindrische Wärmehülse 16 ist
in das mittlere Rotorhinterendloch 15 des Rotorhinterendes 10 eingesetzt.
Das mittlere Rotorhinterendloch 15 ist zum mittleren Scheibenloch 13 koaxial
und weist einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser
des mittleren Scheibenlochs 13. Das Vorderende der Wärmehülse 16 (linkes
Ende in 3) ist an das mittlere Rotorhinterendloch 15 geschweißt und deren
Hinterende (rechtes Ende in 3) ist an das
Hinterende des Wellenteils 14 geschweißt. Die Wärmehülse 16 weist einen
Außendurchmesser
auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des mittleren Rotorhinterendlochs 15 des
Wellenteils 14, so dass eine Wärmeisolationsgasschicht 18 dazwischen
gebildet wird.
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Die
Wärmehülse 16 ist
an ihrem Hinterende mit einem Faltenbalg 16b versehen,
der dazu ausgelegt ist, die Wärmebeanspruchung
und insbesondere die Druckbeanspruchung zu absorbieren, wenn eine Temperaturdifferenz
zwischen dem Wellenteil 14 und der Wärmehülse 16 verursacht
wird, deren Temperatur gemäß dem Betrieb
der Gasturbine erhöht
wird. Der Faltenbalg 16b ist an seinen Enden mit Flanschen
versehen, die wiederum mit Löchern
versehen sind, in die Montagebolzen eingesetzt sind, um den Faltenbalg 16b an
der Wärmehülse 16 und
der Welle zu montieren. Folglich kann der Faltenbalg leicht hergestellt
werden und die Wartung des Faltenbalgs kann erleichtert werden.
Wie in den Zeichnungen zu sehen ist, sind überdies Dichtungselemente wie
z.B. O-Ringe oder C-Dichtungselemente (nicht dargestellt) zwischen
den Flanschen des Faltenbalgs und der Wärmehülse und zwischen den Flanschen
des Faltenbalgs und der Welle vorgesehen, um die Wärmeisolationsgasschicht 18 zuverlässiger gasdicht und
flüssigkeitsdicht
von außen
zu isolieren.