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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das allgemeine Gebiet der Kühlung der
Scheiben von Hochdruck- und Niederdruckturbinen einer Turbomaschine.
Sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die ermöglicht,
die Scheibe der Laufschaufeln der Hochdruckturbine und die Scheiben
der Laufschaufeln der Niederdruckturbine einer Turbomaschine zu
kühlen.
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Bei
einer Turbomaschine wird die Kühlung der
Scheiben von Hochdruck- und Niederdruckturbinen im allgemeinen durch
Einblasen von Luft, die von dem Leitapparat der Niederdruckturbine
stammt, mittels ringförmiger
Flansche, die an einer unteren Plattform zum Tragen einer Leitschaufel
des Leitapparates angeordnet sind, sichergestellt. 7 zeigt
auf schematische Weise die Verbindung zwischen der Hochdruck- und
der Niederdruckturbine einer Turbomaschine mit einer Kühlvorrichtung
bekannten Typs. In dieser Figur sind drei ringförmige Flansche 100 an einer
unteren Plattform 102 zum Tragen einer Leitschaufel 104 des
Leitapparates 106 der Niederdruckturbine befestigt. Die
Anordnung dieser Flansche schafft einen ringförmigen Hohlraum 108,
der über Verbindungsbuchsen 110,
welche vom Fuß der
Leitschaufel 104 des Leitapparates stammende Luft sammeln,
mit Kühlluft
gespeist wird. Bohrungen 112, die in den Flanschen 100 ausgebildet
sind, ermöglichen,
Kühlluft
in Richtung einer Scheibe 114 einer Laufschaufel 116 der
Hochdruckturbine und zu einer Scheibe 118 einer Laufschaufel 120 der
Niederdruckturbine einzublasen. Ein vierter ringförmiger Flansch 122,
der sich radial zwischen der Anordnung der drei Flansche 100 und
einem Flansch 124 der Scheibe 114 der Laufschaufel
erstreckt, ermöglicht
der Einheit, einen Hochdruckraum 126 und einen Niederdruckraum 128 zu
begrenzen.
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Die
Qualität
der Kühlung
der Hochdruck- und Niederdruckturbinenscheiben hängt insbesondere von der Kühlluftversorgung
des durch die ringförmigen
Flansche der Kühlvorrichtung
definierten Einspritzhohlraums ab. Insbesondere ist es wichtig,
eine perfekte Dichtigkeit dieses Hohlraums zu erzielen und die Druckverluste
im Bereich der Versorgung dessen zu vermeiden. Die Druckverluste
resultieren im allgemeinen aus einer schlechten Qualität der Luftströmung am
Ausgang der Verbindungsbuchsen. Bei der in 7 dargestellten
Kühlvorrichtung
erfährt der
Luftstrom aus den Verbindungsbuchsen 110 eine erhebliche
Richtungsänderung
(welche durch den Pfeil 130 dargestellt ist), die Ursache
für Druckverluste
ist, welche für
das richtige Funktionieren der Vorrichtung von Nachteil sind.
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Die
Druckverluste, die durch Richtungsänderungen des versorgenden
Luftstroms derartiger Kühlungsvorrichtungen
bedingt sind, sind ferner deutlich ausgeprägter, wenn es sich um einen
sogenannten Niederdruckturbinenleitapparat mit „Schwanenhals" handelt. Ein Schwanenhals-Leitapparat
ist durch eine untere und eine obere Plattform zum Tragen der Leitschaufeln
gekennzeichnet, die langgestreckt sind, um die aerodynamischen Leistungen
der Niederdruckturbine zu erhöhen.
In diesem Fall sind die Flansche der Vorrichtung zum Kühlen der
Turbinenscheiben abgewinkelt, um sich der langgestreckten Geometrie
der unteren Plattform des Leitapparates anzupassen, so daß die aus
dem Fuß der
Leitschaufeln stammende Kühlluft
erhebliche Richtungsänderungen
erfährt.
Hieraus ergeben sich im Bereich dieser Krümmungen der Flansche Bereiche
mit hohen Druckverlusten.
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Es
ist auch aus dem Dokument
FR-A-1
351 268 eine Kühlvorrichtung
für eine
Hochdruckturbine bekannt, die mittels der in einer Leitschaufel
zirkulierenden Luft das Einblasen von Luft in den Fuß der Laufschaufeln
ermöglicht.
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AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, derartige
Nachteile zu beheben, indem eine insbesondere an eine Geometrie
des Schwanenhals-Leitapparates
angepaßte
Vorrichtung zum Kühlen
von Turbinenscheiben vorgeschlagen wird, die ermöglicht, unter gleichzeitiger
Aufrechterhaltung einer perfekten Dichtigkeit die Druckverluste zu
verringern.
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Zu
diesem Zweck ist eine Vorrichtung zum Kühlen von Scheiben von Niederdruck-
und Hochdruck-Turbinen einer Turbomaschine vorgesehen, wie sie in
Patentanspruch 1 definiert ist.
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So
ermöglicht
die Anordnung dieser Flansche, die Druckverluste dadurch zu begrenzen,
daß ein
vollkommen dichter Kühlluftraum
geschaffen wird. Der stromaufwärtige
und der stromabwärtige Flansch
der Kühlvorrichtung
bilden keine Krümmungen,
so daß der
Lufthohlraum direkt, ohne Druckverluste, von der durch eine untere
Plattform hindurch ausgebildeten Luftöffnung versorgt werden kann. Des
weiteren umfaßt
die Kühlvorrichtung
lediglich zwei Flansche, was einen Massegewinn im Vergleich zu den
Vorrichtungen des Standes der Technik darstellt.
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Der
Einspritzteil des stromaufwärtigen
Flansches umfaßt
ferner eine zweite ringförmige,
im wesentlichen längsverlaufende
Wand, die sich zwischen der ersten und zweiten radialen Wand erstreckt
und zwischen der ersten Längswand
und der Dichtungsvorrichtung derart angeordnet ist, daß der untere
Bereich in einen Montagebereich und einen Einspritzbereich unterteilt
wird. Eine Vielzahl von im wesentlichen radialen Trennwänden, die
sich zwischen der ersten und der zweiten Längswand erstrecken und senkrecht
zur ersten und zweiten radialen Wand angeordnet sind, ermöglichen,
den Montagebereich in eine Vielzahl von ringförmigen Hohlräumen zu
unterteilen.
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Die
erste Längswand
des Einspritzteils des stromaufwärtigen
Flansches weist Verbindungsöffnungen
zwischen dem unteren Bereich und dem oberen Bereich auf, so daß wenigstens
ein ringförmiger Hohlraum
mit Kühlluft
gespeist wird, wobei diese Verbindungsöffnungen mit der durch die
untere Plattform hindurch ausgebildeten Luftöffnung axial radial fluchten.
Dieser oder diese mit Kühlluft
gespeiste(n) ringförmige(n)
Hohlraum bzw. Hohlräume
weist bzw. weisen im Bereich der zweiten Längswand wenigstens einen Durchgang
auf, der ermöglicht,
den Einspritzbereich mit Kühlluft
zu versorgen. Der Einspritzbereich weist eine Vielzahl von Bohrungen
auf, die in der ersten und zweiten radialen Wand des Einspritzteils
des stromaufwärtigen
Flansches ausgebildet sind, um die Kühlluft zu den Turbinenscheiben
einzublasen.
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Vorteilhafterweise
sind Verbindungsrohre in jeder Verbindungsöffnung angeordnet, um den ringförmigen Hohlraum
oder die ringförmigen
Hohlräume mit
Kühlluft
zu versorgen. In diesem Fall können
Vorrichtungen zum radialen Halten eines jeden dieser Verbindungsrohre
vorgesehen sein und kann die zweite radiale Wand des Einspritzteils
des stromaufwärtigen
Flansches eine Vielzahl von ringförmigen Fenstern für die Montage
der Verbindungsrohre aufweisen.
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Des
weiteren umfaßt
der stromabwärtige Flansch
vorteilhafter Weise einen Teil zum Verbinden mit der unteren Plattform,
der von einer ringförmigen, im
wesentlichen radialen Wand gebildet ist, sowie einen Teil zum Halten
des stromaufwärtigen Flansches,
der von einer ringförmigen,
im wesentlichen radialen Wand, die radial und in Längsrichtung
stromaufwärts
gegenüber
dem Verbindungsteil versetzt und an der zweiten radialen Wand des
Einspritzteils des stromaufwärtigen
Flansches angeordnet ist, sowie von einer Längswand gebildet ist, die sich
zwischen den radialen Wänden
des Verbindungsteils und des Halteteils erstreckt.
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Die
Kühlvorrichtung
kann ferner einen zusätzlichen
ringförmigen
Flansch umfassen, der sich radial zwischen der Dichtungsvorrichtung
und einem Flansch der Scheibe der Laufschaufeln der Hochdruckturbine
erstreckt, so daß ein
Hochdruckraum und ein Niederdruckraum auf beiden Seiten der Kühlvorrichtung
definiert werden. Versteifungselemente sind vorzugsweise zwischen
Enden des zusätzlichen ringförmigen Flansches
angeordnet, um das dynamische Verhalten der Kühlvorrichtung zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen hervorgehen,
die ein Ausführungsbeispiel
hiervon ohne jeden einschränkenden
Charakter zeigen. In den Figuren zeigen:
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1 eine
Längs-
und Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
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die 2 und 3 Ansichten
in zwei unterschiedlichen Perspektiven der Kühlvorrichtung der 1;
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die 4 und 5 Ansichten
in jeweiligen Querschnitten entlang der Linien IV-IV und V-V der 3;
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6 eine
perspektivische Teilansicht der Kühlvorrichtung der 1,
die deren Montage veranschaulicht; und
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7 eine
bekannte Kühlvorrichtung
des Standes der Technik im Teillängsschnitt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
im Längsschnitt
eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
in ihrer Umgebung.
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In
dieser Figur ist insbesondere eine Hochdruckturbine 10 mit
der Längsachse
X-X dargestellt, die mit einer Vielzahl von Laufschaufeln 12 (in 1 ist
eine einzige dargestellt) versehen ist. Die Laufschaufeln 12 sind
alle an einer ringförmigen
Scheibe 14 angebracht, die um die Längsachse X-X in Drehbewegung
versetzt wird. Eine Niederdruckturbine 16, ebenfalls mit
der Längsachse
X-X, ist stromabwärts der
Hochdruckturbine 10 in Strömungsrichtung F des aus der
Hochdruckturbine stammenden Gasstroms angeordnet. Die Niederdruckturbine 16 umfaßt mehrere
Turbinenstufen (in 1 ist eine einzige Stufe vollständig dargestellt),
die jeweils aus einem Leitapparat 18 und aus einer Vielzahl
von hinter jedem Leitapparat angeordneten Laufschaufeln 20 bestehen. Die
Laufschaufeln 20 sind alle an einer um die Längsachse
X-X gedrehten ringförmigen
Scheibe 22 angebracht. Schließlich ist jeder Leitapparat 18 von
einer Vielzahl von Leitschaufeln 24 gebildet, die durch
eine ringförmige
obere Plattform 26 und eine ringförmige untere Plattform 28 getragen
werden.
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In 1 weist
der Leitapparat 18 der ersten Stufe der Niederdruckturbine
eine Schwanenhalsform auf, d.h. daß die obere Plattform 26 und
die untere Plattform 28 dessen langgestreckt sind, um den Abstand
zwischen der Eintrittskante der Leitschaufeln 14 des Leitapparates
und der Austrittskante der Laufschaufeln 12 der Hochdruckturbine 10 zu
vergrößern. Diese
Ausbildung ermöglicht,
die Leistungen der Niederdruckturbine zu verbessern. Jedoch kann die
vorliegende Erfindung auch auf Niederdruckturbinenleitapparate angewandt
werden, deren Plattformen zum Tragen der Schaufeln nicht langgestreckt sind.
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Gemäß der Erfindung
ist die Kühlvorrichtung 30 der
Scheibe 14 der Laufschaufeln 12 der Hochdruckturbine
sowie der Scheibe 22 der Laufschaufeln 20 der
Niederdruckturbine vor allem durch das Verbinden eines ringförmigen,
stromaufwärtigen
Flansches 32 mit einem ringförmigen stromabwärtigen Flansch 34 gebildet.
Der stromaufwärtige
Flansch 32 und der stromabwärtige Flansch 34 liegen jeweils
in Form eines Ringes vor, dessen Symmetrieachse mit der Längsachse
X-X der Hochdruck- und der Niederdruckturbine verschmolzen ist.
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Wie
in 1 dargestellt, erstreckt sich der stromaufwärtige Flansch 32 radial
von einem an einem stromaufwärtigen
Ende der unteren Plattform 28 angeordneten Flansch 36 aus,
während
sich der stromabwärtige
Flansch 34 radial von einem an einem stromabwärtigen Ende
derselben Plattform angeordneten Flansch 38 aus erstreckt.
Dieser stromaufwärtige
und stromabwärtige
Flansch begrenzen so einen ringförmigen
Raum 40, der durch eine Dichtungsvorrichtung, beispielsweise
durch ein ringförmiges
Blech 42, das zwischen den freien Enden des stromaufwärtigen und
des stromabwärtigen
Flansches befestigt ist, dicht verschlossen ist. Der ringförmige Raum 40 wird
mit Luft gespeist, die von einem Kühlkreis stammt, mit dem jede
Leitschaufel 24 des Leitapparates 18 ausgestattet
ist. Typischerweise wird Luft, die beispielsweise im Bereich des
Hochdruckverdichters der Turbomaschine entnommen wird, in jede Leitschaufel 24 des
Leitapparates über ihre
Spitze eingeführt,
zirkuliert anschließend
in der Leitschaufel, wobei sie einem Weg folgt, der durch einen
(nicht dargestellten) Kühlhohlraum,
der eventuell mit einem Mantel versehen ist, begrenzt ist, bevor
sie vor allem im Bereich des Fußes 24a der
Schaufel über Öffnungen 44,
welche die untere Plattform 28 durchqueren, abgeführt wird.
Diese Öffnungen 44 zum
Abführen
der Luft sind im Bereich des Fußes 24a jeder
Schaufel zwischen dem stromaufwärtigen Flansch 36 und
dem stromabwärtigen
Flansch 38 der unteren Plattform ausgebildet.
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Nun
wird die Geometrie dieses stromaufwärtigen und stromabwärtigen Flansches
eingehender beschrieben. In dieser Beschreibung ist das obere Ende
eines Flansches, im Gegensatz zu dessen unteren Ende, als das Ende
des Flansches definiert, das von der Längsachse X-X am weitesten entfernt ist.
Ebenso erklärt
sich der Begriff stromaufwärtig
und stromabwärtig
in bezug auf die Strömungsrichtung des
aus der Hochdruckturbine stammenden Gasstroms F.
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An
einem oberen Ende umfassen der stromaufwärtige und der stromabwärtige Flansch
jeweils einen Teil zum Verbinden mit dem stromaufwärtigen Flansch 36 und
dem stromabwärtigen
Flansch 38 der unteren Plattform 28 des Leitapparates 18.
Da diese Flansche gegenüber
der unteren Plattform radial vorspringen, sind die Verbindungsteile
von ringförmigen Wänden 46, 48 gebildet,
die sich radial erstrecken, so daß sie sich bei der Montage
der unteren Plattform 28 an der Kühlvorrichtung an diesen Flanschen
abstützen.
Die Mittel zum Halten der Verbindungsteile des stromaufwärtigen und
des stromabwärtigen Flansches
an den Flanschen werden später
beschrieben.
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An
einem seinem Verbindungsteil gegenüberliegenden unteren Ende umfaßt der stromaufwärtige Flansch 32 ferner
einen Einspritzteil, der vor allem von einer ersten ringförmigen,
sich radial erstreckenden Wand 50, die gegenüber der
Wand 46 seines Verbindungsteils in Längsrichtung stromabwärts versetzt
ist, sowie von einer zweiten ringförmigen, sich radial erstreckenden
Wand 52 gebildet ist, die in bezug auf die erste Wand 50 sowohl
radial zur Längsachse
X-X als auch in Längsrichtung
stromabwärts versetzt
ist. Eine erste ringförmige
Längswand 54 verbindet
ein unteres Ende der Wand 46 des Verbindungsteils mit einem
oberen Ende der zweiten Wand 52. Diese erste Längswand
unterteilt somit den ringförmigen
Raum 40 in einen unteren Bereich 40a und in einen
oberen Bereich 40b.
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Wie
anhand der 4 und 5 dargestellt, umfaßt der Einspritzteil
des stromaufwärtigen
Flansches ferner eine zweite ringförmige Längswand 56, die sich
zwischen der ersten und der zweiten radialen Wand 50, 52 erstreckt.
Diese zweite Längswand 56 ist
außerdem
zwischen der ersten Längswand 54 und dem
die Dichtungsvorrichtung 42 bildenden ringförmigen Blech 42 angeordnet,
so daß der
untere Bereich 40a in einen sogenannten Montagebereich 58 und
in einen sogenannten Einspritzbereich 60 unterteilt wird.
Des weiteren ist der Montagebereich 58, wie anhand von 6 dargestellt,
selbst durch radiale Trennwände 64 in
eine Vielzahl von ringförmigen Hohlräumen 62 unterteilt.
Diese radialen Trennwände
sind senkrecht zur ersten radialen Wand 50 und zur zweiten
radialen Wand 52 des Einspritzteils des stromaufwärtigen Flansches
angeordnet und erstrecken sich zwischen der ersten und der zweiten Längswand 54, 56.
Sie sind um die Längsachse
X-X der Turbinen herum gleichmäßig beabstandet.
So ist der Montagebereich 58 in eine Vielzahl von ringförmigen Hohlräumen 62 gegliedert,
während
der Einspritzbereich 60 um die Längsachse X-X herum durchgehend
ist.
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Die
erste Längswand 54 des
Einspritzteils des stromaufwärtigen
Flansches umfaßt
eine Vielzahl von Öffnungen 66,
die dazu bestimmt sind, den oberen Bereich 40b mit dem
unteren Bereich 40a zu verbinden, um letzteren mit Kühlluft zu
versorgen. Genauer gesagt, öffnen
sich diese Öffnungen 66 in den
oberen Bereich 40b und münden in einige ringförmige Hohlräume 62a,
die in dem Montagebereich 58 ausgebildet sind. Bei dem
in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Öffnungen
derart angeordnet, daß der
obere Bereich lediglich jeden zweiten ringförmigen Hohlraum 62 mit
Kühlluft
beaufschlagt, und sind zwei Öffnungen
vorgesehen, die in einen gleichen ringförmigen Hohlraum münden. Selbstverständlich wären unterschiedliche
Ausführungen
für die
Anzahl von mit dem oberen Bereich in Verbindung stehenden ringförmigen Hohlräumen sowie
für die
Anzahl von Verbindungsöffnungen über den
so versorgten ringförmigen
Hohlraum vorstellbar.
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In
jedem ringförmigen
Hohlraum 62a, der auf diese Weise über die Öffnungen 66 mit Kühlluft versorgt
wird, weist die zweite ringförmige
Längswand 56 wenigstens
einen Durchlaß 68 auf,
welcher der Kühlluft
ermöglicht,
von dem ringförmigen
Hohlraum 62a zum Einspritzbereich 60 zu gelangen.
Darüber hinaus
sind die Öffnungen 66 in
der ersten Längswand 54 derart
angeordnet, daß sie
mit den in der unteren Plattform 28 (1)
ausgebildeten Luftöffnungen 44 axial
fluchten. Auf diese Weise werden die Druckverluste im Bereich der
Versorgung eines jeden ringförmigen
Hohlraums 62a begrenzt.
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Der
Einspritzbereich 60 öffnet
sich in Richtung der Scheibe 14 der Laufschaufeln 12 der
Hochdruckturbine sowie in Richtung der Scheibe 22 der Laufschaufeln 20 der
Niederdruckturbine mittels einer Vielzahl von Bohrungen 70,
die in der ersten und der zweiten radialen Wand 50, 52 des
Einspritzteils des stromaufwärtigen
Flansches ausgebildet sind. Beispielsweise können diese Bohrungen 70 geneigte (wie
in den Figuren) oder gerade Löcher
sein. Geeignet ist auch jedwedes andere System, das ermöglicht,
eine gewünschte
Menge zum Kühlen
der Scheiben der Hochdruck- und Niederdruckturbine zu kalibrieren.
Auf diese Weise versorgt die über
die Öffnungen 44 der
unteren Plattform 28 abgeführte Luft den oberen Bereich 40b,
anschließend
einige ringförmige Hohlräume 62a mittels
der Öffnungen 66.
Die Luft gelangt dann über
die Durchlässe 68 in
den Einspritzbereich 60, bevor sie über die Bohrungen 70 abgeführt wird,
um die Scheibe 14 der Laufschaufeln der Hochdruckturbine
und die Scheibe 22 der Laufschaufeln der Niederdruckturbine
zu kühlen.
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Bei
dem anhand der Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel wird jeder zweite
ringförmige Hohlraum 62 (die
Hohlräume 62a) über die Öffnungen
mit Kühlluft
versorgt. Die ringförmigen
Hohlräume 62b,
die nicht mit Luft beaufschlagt werden, sind dazu bestimmt, die
Befestigung des stromabwärtigen Flansches
an dem stromaufwärtigen
Flansch zu ermöglichen.
Zu diesem Zweck weist die zweite radiale Wand 52 des Einspritzteils
des stromaufwärtigen Flansches,
im Bereich wenigstens einiger dieser nicht beaufschlagten Hohlräume 62b,
Bohrungen 72 auf, die dazu bestimmt sind, von Bolzenverbindungen
vom Typ Schraube/Mutter durchquert zu werden. Des weiteren umfaßt die erste
radiale Wand 50 des Einspritzteils für jeden nicht versorgten Hohlraum 62b,
der eine dieser Bohrungen aufweist, Öffnungen 74, beispielsweise
kreisförmige Öffnungen,
die gegenüber
diesen Bohrungen ausgebildet sind. Diese Öffnungen ermöglichen
somit, den Zugang zu den Bolzenverbindungen beim Verbinden des stromaufwärtigen und
des stromabwärtigen
Flansches zu erleichtern und die Schraube dieser Verbindungen zu „versenken", um keine Turbulenzen
zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise
können
Verbindungsrohre 76 in jeder der Öffnungen 66 angeordnet
sein, um die Kühlluft
zu den ringförmigen
Hohlräumen 62a zu
leiten. Um die Montage der Verbindungsrohre 76 zu erleichtern,
ist es weiterhin vorzuziehen, ringförmige Fenster 78 in
der zweiten radialen Wand 52 des Einspritzteils des stromaufwärtigen Flansches
im Bereich der mit Luft versorgten ringförmigen Hohlräume 62a auszubilden.
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Der
stromabwärtige
Flansch 34 umfaßt
an einem seinem Verbindungsteil gegenüberliegenden unteren Ende einen
Teil zum Halten des stromaufwärtigen
Flansches, der durch eine ringförmige Wand 80 gebildet
ist, die sich radial erstreckt und die in bezug auf die radiale
Wand 48 seines Verbindungsteils sowohl radial zur Längsachse
X-X als auch in Längsrichtung
stromaufwärts
versetzt ist. Diese ringförmige,
radiale Wand 80 ist derart angeordnet, daß sie sich
an der zweiten radialen Wand 52 des Einspritzteils des
stromaufwärtigen
Flansches abstützt.
Sie ist ferner klemmend an dem stromaufwärtigen Flansch angeordnet,
um die Dichtigkeit der Kühlvorrichtung
zu vervollkommnen. Eine ringförmige
Längswand 81 verbindet
ein unteres Ende der radialen Wand 48 des Verbindungsteils
mit einem oberen Ende der radialen Wand 80 des Halteteils.
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Die
radiale Wand 80 des Halteteils weist eine Vielzahl von
Bohrungen 82 auf, die dazu bestimmt sind, von den Bolzenverbindungen
durchquert zu werden. Diese Bohrungen 82 sind um die Längsachse
X-X herum derart angeordnet, daß sie
mit den Bohrungen 72 des stromaufwärtigen Flansches zusammenfallen,
wenn der stromaufwärtige
und der stromabwärtige
Flansch aneinandergefügt
werden. Der stromaufwärtige
Flansch 32 und der stromabwärtige Flansch 34 können so,
nach der Montage der unteren Plattform 28, mittels Bolzenverbindungen 83 in
Anlage aneinander gehalten werden. Diese besondere Anordnung der
Haltemittel ermöglicht,
eine leicht vorgespannte Verbindung der unteren Plattform 28 an
dem stromaufwärtigen
Flansch 32 und dem stromabwärtigen Flansch 34 zu
erzielen, um das dynamische Verhalten der Kühlvorrichtung unter gleichzeitiger
Begrenzung der Längsrelativbewegungen
und unter Gewährleistung
einer guten Dichtigkeit des unteren und des oberen Bereichs zu verbessern.
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Darüber hinaus
umfaßt
in dem Fall, in dem Verbindungsrohre 76 in jeder der Öffnungen 66 des stromaufwärtigen Flansches
angeordnet sind, die radiale Wand 80 des Teils zum Halten
des stromabwärtigen
Flansches Vorrichtungen zum radialen Halten dieser Rohre. Derartige
Haltevorrichtungen können beispielsweise
Winkel 84 sein, die an der radialen Wand 80 befestigt
sind und deren Abmessungen angepaßt sind, um in den ringförmigen Fenstern 78 der zweiten
radialen Wand 52 des Einspritzteils des stromaufwärtigen Flansches
aufgenommen zu werden.
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Nach
einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung umfaßt die so gebildete Kühlvorrichtung 30 einen
zusätzlichen
ringförmigen
Flansch 85, der sich radial zwischen der Dichtungsvorrichtung 42 und
einem Flansch 86 der Scheibe 14 der Laufschaufeln der
Hochdruckturbine erstreckt, mit denen er in Kontakt ist. Dieser
zusätzliche
Flansch 85 ermöglicht
somit, einen Hochdruckraum 87 sowie einen Niederdruckraum 88 auf
beiden Seiten der Kühlvorrichtung 30 zu
definieren. Um eine vollkommene Dichtigkeit zwischen dem so definierten
Hochdruck- und Niederdruckraum zu gewährleisten, erfolgt der Kontakt
zwischen dem Flansch 86 der Scheibe 14 und dem
unteren Ende des zusätzlichen
Flansches 85 über
Dichtungsmittel. Diese Mittel können
in Form einer Labyrinthdichtung 89, die an dem Flansch 86 angeordnet ist,
und von einer Abriebbeschichtung 90, die am unteren Ende
des zusätzlichen
Flansches 85 angeordnet ist, ausgeführt sein. In den 1, 4 und 5 weist
der zusätzliche
ringförmige
Flansch 85 einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt
auf. In diesem Fall können
zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens der Kühlvorrichtung
Versteifungselemente 91 zwischen dem oberen und dem unteren Ende
des zusätzlichen
Flansches angeordnet sein. Wie in den 3 und 6 dargestellt,
können
derartige Versteifungselemente beispielsweise die Form von Blechen
annehmen, die am oberen und am unteren Ende des zusätzlichen
Flansches 85 befestigt sind.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung kann die Kühlvorrichtung 30 auch
eine Vorrichtung zur Drehsicherung der Anordnung des stromaufwärtigen Flansches 32 und
des stromabwärtigen
Flansches 34 umfassen. Eine solche Vorrichtung zur Drehsicherung
kann von einer Vielzahl von radialen Vorsprüngen 92 gebildet sein,
die an dem stromabwärtigen
Flansch 34 in der Verlängerung
der ringförmigen
radialen Wand 80 seines Halteteils angeordnet sind. Wie
in 1 dargestellt, gelangen diese Vorsprünge 92 somit
in Anschlag in Nuten 93 der unteren Plattform 28 des
Leitapparates, um jede ungewollte Drehung der Kühlvorrichtung zu verhindern.
Alternativ hierzu können
die Vorsprünge
an dem stromaufwärtigen
Flansch 32, beispielsweise im Bereich der ersten Längswand 54 seines
Einspritzteils gebildet sein. In diesem in den Figuren nicht dargestellten
Fall gelangen die Vorsprünge
ebenfalls in Anschlag in Nuten der unteren Plattform.
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Nach
einer nicht dargestellten Ausführungsvariante
der Erfindung können
der stromaufwärtige und
der stromabwärtige
Flansch der Kühlvorrichtung einstückig ausgebildet
sein, so daß sie
einen Monoflansch bilden. In diesem Fall empfiehlt es sich beispielsweise,
Verbindungsrohre zu verwenden, die einen Kragen aufweisen, um radial
an Ort und Stelle gehalten zu werden. Des weiteren soll ein Kragen auch
im Bereich der radialen Wand des Verbindungsteils des stromaufwärtigen Flansches
angeordnet sein, um die Verwendung eines speziellen Gerätes zu ermöglichen,
um die Vorspannung während
der Montage der unteren Plattform an dem Monoflansch aufzuheben.
Eine solche Monoflansch-Variante ermöglicht, die Bolzenverbindungen
zu beseitigen, was die Masse der Gesamtanordnung und die Zeit für deren
Montage verringert.
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Die
so definierte Kühlvorrichtung
weist zahlreiche Vorteile auf. Sie ermöglicht vor allem, die Druckverluste
zu verringern, wodurch es möglich
ist, den spezifischen Verbrauch der Turbomaschine herabzusetzen.
Diese Verringerung der Druckverluste führt deswegen nicht zu einer
Verschlechterung des aerodynamischen Verhaltens der Vorrichtung.
Darüber
hinaus eignet sich eine solche Vorrichtung perfekt für einen
Niederdruckturbinen-Leitapparat mit Schwanenhals-Ausführung. Man
wird auch feststellen, daß – da die
Anzahl der Flansche im Vergleich zu den vorbekannten Vorrichtungen
reduziert ist – die Masse
der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
folglich verringert und ihre Montage vereinfacht ist.