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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenanordnung, die Folgendes
umfasst: Einen Kompressor mit einem Rotor, eine Turbine mit einem Rotor,
der mit dem Kopmressorrotor verbunden ist, und ein Ausgleichsglied,
das mit dem Turbinerrotor verbunden und so angeordnet ist, dass
es Axialkräften
entgegenwirkt, die von dem Kompressorrotor und dem Turbinerrotor
erzeugt werden, wobei das Ausgleichsglied so angeordnet ist, dass
es durch ein Druckfluid aktiviert wird.
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Bei
solchen Gasturbinenanordnungen nach dem Stand der Technik ist der
Kompressorrotor üblicherweise
koaxial zu dem Turbinerrotor angeordnet und mit diesem verbunden.
Der Kompressorrotor und der Turbinerrotor werden dabei üblicherweise
von Lagern getragen, die in dem Bereich der gegenüberliegenden
Enden der beiden Rotoren angeordnet sind.
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Da
der Kompressorrotor und der Turbinerrotor üblicherweise unterschiedliche
Arten von Schaufeln aufweisen, und da weiterhin von dem Turbinerrotor üblicherweise
mehr Energie erzeugt wird, heben die Axialkräfte, die von den beiden Rotoren
erzeugt werden und die in entgegengesetzte Richtungen gerichtet
sind, sich nicht vollständig
auf. Daher ist eine resultierende Axialkraft vorhanden. Um die Last
auf dem Axiallager oder den Axiallagern, die die resultierende Axialkraft
tragen, zu reduzieren, sind Gasturbinenanordnungen gemäß dem Stand
der Technik deshalb mit einem Ausgleichskolben versehen, der koaxial
zu den Rotoren angeordnet und an dem Ende des Turbinenrotors befestigt
ist, das von dem Kompressorrotor abgewandt ist. Der Ausgleichskolben kann
dabei von einem scheibenförmigen
Stück gebildet
sein, das mit einer Achse integriert ist, die durch dieses Stück mit dem
Turbinerrotor verbunden ist und von diesem vorsteht. Um eine Axialkraft
in dem Ausgleichskolben zu erzeugen, wird ein Teil der Kompressorluft,
die für
Kühlzwecke
von dem Kompressor abgezogen wird, zu dem Ausgleichskolben geleitet und
kann eine Kraft auf die Seite des Ausgleichskolbens ausüben, die
von dem Turbinenrotor abgewandt ist. Dabei ist es sogar möglich, ein
Axiallager an diesem Ende der Kompressorrotor/Turbinenrotor-Einheit auszuschließen.
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Die
Kompressorluft, die für
die Aktivierung des Ausgleichskolbens genutzt wird, kann in geringstmöglicher
Menge in den Hauptstromkanal der Turbine ausströmen, nachdem sie ihren Zweck
erfüllt hat.
Eine weitere Nutzung der Kompressorluft findet nicht statt.
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Die
US-A-5 167 484 offenbart eine Gasturbinenanordnung der Art, die
im Oberbegriff von Anspruch 1 des vorliegenden Patentdokuments definiert
ist.
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Die
US-A-4 653 267 offenbart ein weiteres Beispiel einer Gasturbinenanordnung.
Diese Gasturbinenanordnung umfasst einen Kompressor und eine Hochdruckturbine.
Axialkräften,
die von dem Rotor erzeugt werden, wird durch Verschlussvorrichtungen entgegengewirkt.
Zum Modulieren der Axialkräfte kann
ein Fluid von dem Raum zwischen den Verschlussvorrichtungen durch
eine Leitung geleitet werden. Die Verschlussvorrichtungen gemäß diesem Dokument
sind zwischen dem Kompressor und der Hochdruckturbine angeordnet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenanordnung
zu erreichen, die so angeordnet ist, dass das Druckfluid, das zum
Aktivieren eines Ausgleichsglieds verwendet wird, so verwendet wird,
dass eine Reduzierung der Gesamtmenge Kompressorluft, die u. a.
zu Kühlzwecken
in der Gasturbinenanordnung abgezogen wird, möglich ist, oder dass eine größere Beeinflussung
der Temperatur der Bauteile, die die Turbine umfasst, durch eine
gegebene Menge abgezogener Kompressorluft möglich ist. Mit „Beeinflussung
der Temperatur" ist hier
vor allem die Kühlung
gemeint, aber auch eine Erwärmung
bestimmter Bauteile während
bestimmter Phasen des Betriebs kann gewünscht sein und stattfinden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Turbinenanordnung wie eingangs definiert
erreicht, die wenigstens einen Kanal aufweist, der so angeordnet
ist, dass er wenigstens einen Teil des Druckfluids, das für die Aktivierung
verwendet wird, wenigstens einem Teil der Turbine zuführt, um
dessen Temperatur zu beeinflussen. Mit dem Beeinflussen der Temperatur ist
vor allem eine Kühlung
gemeint, aber es ist natürlich
auch möglich,
das Druckfluid zum Erwärmen
des Teils der Turbine zu verwenden, wenn dies für vorteilhaft erachtet wird.
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Erfindungsgemäß ist der
Teil der Turbine ein Rotorabschnitt. Dadurch wird ermöglicht,
dass durch das Druckfluid eine Kühlung
des Rotorabschnitts erreicht wird, was wünschenswert ist.
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Erfindungsgemäß ist das
Ausgleichsglied an dem stromabwärtigen
Ende des Turbinenrotors befestigt, und der Kanal führt zu einem
Raum, der zwischen dem Ende des Turbinenrotors und dem Ausgleichsglied
ausgebildet ist. Dadurch wird eine geeignete Kühlung des letzten einer Reihe
von Turbinenläufern
erreicht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
der Turbinenrotorabschnitt ein Turbinenläufer. Üblicherweise ist ein Kühlen der
Turbinenläufer
der Turbine wünschenswert
oder notwendig. Besondere konstruktive Lösungen sind jedoch nötig, um
Kühlluft zu
allen von ihnen zu leiten. Die Verwendung des Druckfluids des Ausgleichsglieds,
wobei das Druckfluid vorzugsweise abgezogene Kompressorluft umfasst,
zum Beeinflussen der Temperatur eines oder mehrerer der Turbinenläufer der
Turbine erlaubt technisch einfache Lösungen für die Zuleitung des Druckfluids
zu den Turbinenläufern,
insbesondere da das Ausgleichsglied in geeigneter Weise in Verbindung mit
den Turbinenläufern
angeordnet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Gasturbinenanordnung wenigstens eine Abflussleitung,
die so angeordnet ist, dass sie einen Abfluss des Druckfluids, das
verwendet wurde, um den Einfluss auf die Temperatur auszuüben, in
einen Hauptstromkanal in der Turbine ermöglicht. Dadurch wird ein kontinuierlicher
Strom des Druckfluids in und durch den oben erwähnten Raum erreicht. Weiterhin
wird eine vorteilhafte Kühlung
der Oberfläche
des Ausgleichsglieds, die zusammen mit dem Turbinenläufer den
Raum zwischen ihnen bildet, erreicht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsfom
umfasst das Ausgleichsglied einen Achsenabschnitt, der koaxial zu
dem Turbinerrotor angeordnet ist. Die Achse kann auf bekannte An
ein scheibenförmiges
Stück umfassen,
durch das sie an dem Turbinerrotor befestigt ist, und das eine Wand
bilden kann, gegen die das Druckfluid seinen Druck in der Richtung
zu dem Turbinerrotor ausübt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
erstreckt sich der oben erwähnte
Kanal durch den Achsenabschnitt von dessen äußerem Umfang und axial in dem
Achsenabschnitt zu dem Raum. Vorzugsweise umfasst der Kanal wenigstens eine
radiale Öffnung,
die sich von dem äußeren Umfang
des Achsenabschnitts zu dem Bereich des Zentrums des Achsenabschnitts
erstreckt, und wenigstens eine axiale Öffnung, die mit der radialen Öffnung verbunden
ist und an dem Raum endet. Das Druckfluid kann so leicht von außerhalb
der Achse in den geschlossenen Raum geleitet werden, in dem es als Kühlmittel
wirken kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Ausgleichsglied eine Druckkammer, die eine Öffnung aufweist,
um das Druckfluid in diese zu leiten. Dieser Kanal ist vorzugsweise mit
der Druckkammer verbunden. Auf diese An kann ein zuverlässiger Strom
des Druckfluids/Druckmittels zu dem am weitesten stromabwärts angeordneten Turbinenläufer des
Turbinenrotors erreicht werden.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Gasturbinenanordnung sind
aus den übrigen
abhängigen
Ansprüchen
und aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Gasturbinenanordnung
wird nun durch nicht einschränkende
Beispiele beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine Querschnittsansicht
von der Seite ist, die eine erfindungsgemäße Gasturbinenanordnung zeigt;
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2 eine Querschnittsansicht
von der Seite eines Teils der Gasturbinenanordnung gemäß 1 ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
in 1 gezeigte erfindungsgemäße Gasturbinenanordnung 1 weist
einen Kompressor 2 und eine Turbine 3 auf. Weiterhin
umfasst sie eine Brennkammer 4, hier von ringförmiger Art.
In der Brennkammer 4 ist eine Vielzahl von Brennergliedern 5 angeordnet.
Diese sind so angeordnet, dass sie eine Verbrennung in der Brennkammer 4 verursachen,
um in dieser ein heißes
Gas zu erzeugen. Die Brennkammer 4 ist an einem ihrer Enden
mit einer Auslassöffnung
versehen, durch die das erzeugte Gas in die Turbine 3 strömen und
diese antreiben kann. Der Kompressor 2 hat in erster Linie
die Aufgabe, ein Kompressormittel, in diesem Fall komprimierte Luft,
den Brennergliedern 5 zuzuführen, die das Kompressormittel/die
Kompressorluft für
ihre Brennfunktion nutzen.
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Der
Kompressor 2, die Brennkammer 4 und die Turbine 3 sind
koaxial angeordnet und in dieser Reihenfolge miteinander verbunden.
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Der
Kompressor 2 umfasst ein Leitrad 6 und einen Rotor 7.
Das Leitrad 6 umfasst eine Vielzahl von Leitflügelkränzen 8,
die in bekannter Weise eine Vielzahl von Leitschaufeln aufweisen.
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Der
Rotor 7 ist aus einer Vielzahl von Läufern 9 gebildet,
die vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verschweißt sind.
Radial außen
an den Turbinenläufern 9 sind
Laufschaufeln 10 an dem entsprechenden Turbinenläufer 9 angeordnet.
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Die
Turbine 3 umfasst ein Leitrad 11 und einen Rotor 12.
Der Rotor 12 weist eine Vielzahl, in diesem Fall drei,
Turbinenläufer 13 auf,
an denen Kränze
von Laufschaufeln 14 auf an sich bekannte Art angeordnet
sind.
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Der
Kompressorrotor 7 ist mit dem Turbinerrotor 12 durch
ein Verbindungsglied 15 verbunden, das sich durch das Zentrum
der ringförmigen
Brennkammer 4 erstreckt. Das Verbindungsglied 15 ist
hier im Wesentlichen röhrenförmig. Der
Kompressorrotor 7 und der Turbinerrotor 12 sind
von Lagergliedern 16, 17 hängend angeordnet, die an den
gegenüberliegenden
Enden der Rotoren angeordnet sind.
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Wie
aus 2 deutlich wird,
umfasst die Gasturbinenanordnung ein Ausgleichsglied 18,
das ein scheibenförmiges
Stück 19,
das mit einem Ende des Turbinenrotors 12 verbunden ist,
und einen Achsenabschnitt 20, der mit dem scheibenförmigen Stück verbunden
ist, aufweist. Der Achsenabschnitt 20 erstreckt sich in
der Richtung von dem Turbinerrotor 12 und wird von dem
Lagerglied 17 getragen. Das Ausgleichsglied 18 ist
durch Axialbolzen 30 an und mit den Turbinenläufern 13 des
Turbinenrotors 12 verschraubt. Das Ausgleichsglied 18 ist
mit dem stromabwärts
angeordneten Ende des Turbinenrotors 12 verbunden.
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Das
Ausgleichsglied 18 umfasst eine Druckkammer 21,
die an der Seite des scheibenförmigen Stücks 19 angeordnet
ist, die von dem Turbinerrotor 12 abgewandt ist. Eine oder
mehrere Öffnungen 22 sind
vorgesehen, um einen Strom des Druckfluids in die Druckkammer 21 zu
ermöglichen.
Das Druckfluid ist vorzugsweise Kompressorluft, die von dem Kompressor
abgezogen wurde und die einen hohen Druck und eine relativ hohe
Temperatur hat.
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In
dem Bereich um den äußeren Umfang
des Achsenabschnitts 20 sind im Wesentlichen radial ausgerichtete Öffnungen 23 zu
dem Zentrum des Achsenabschnitts 20 hin gebohrt. Weiterhin
erstreckt sich in dem Zentrum des Achsenabschnitts 20 eine im
Wesentlichen axiale Öffnung 24,
die im Bereich eines ihrer Enden mit den radialen Öffnungen 23 verbunden
ist und an ihrem anderen Ende in einem Raum 25 endet, der
von dem letzten Turbinenläufer des
Turbinenrotors 12 und dem scheibenförmigen Stück 19 gebildet wird.
Der Raum 25 bildet einen Hohlraum. Die radialen Öffnungen 23 sind
mit der Druckkammer 21 verbunden und bilden zusammen mit
der axialen Öffnung 24 einen
Kanal 26, der dafür vorgesehen
ist, Druckfluid/Druckluft von der Druckkammer 21 zu dem
Raum 25 zu leiten.
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Eine
Vielzahl von Abflussleitungen 27 sind entlang des äußeren radialen
Umfangs des Raums 25 vorgesehen, um einen weiteren Transport
des Druckfluids von dem Raum 25 zu einem Hauptstromkanal
der Turbine 3 zu ermöglichen.
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Weiterhin
sind Dichtungselemente 28 entlang dem äußeren Umfang des scheibenförmigen Stücks 19 angeordnet,
um so weit wie möglich
zu verhindern, dass das Druckfluid zwischen dem Stück 19 und
dem Wandabschnitt austritt, der zusammen mit dem Stück 19 die
Druckkammer 21 bildet.
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Es
ist klar, dass für
den Fachmann eine Anzahl von Abwandlungen und Abweichungen der erfindungsgemäßen Gasturbinenanordnung
offensichtlich sind, ohne dass dieser Fachmann über den Schutzbereich der Erfindung
hinausgehen muss, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert
ist.
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Beispielsweise
wäre es
möglich,
axiale Öffnungen
in einem oder mehreren der Turbinenläufer 13 der Turbine 3 auszubilden,
um durch diese Öffnungen
die Kühl-Kompressorluft von
dem Raum an dem letzten Turbinenläufer zu den übrigen Turbinenläufern zu
leiten, um diese zu kühlen.