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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell eine Gasturbine des Dampfabkühltyps und
insbesondere eine verbesserte Abkühl-Struktur, die ein Austreten von Abkühldampf
effektiv vermeiden kann.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein
aus einer Kombination aus einem Gasturbinen-Kraftwerk und einem
Dampfturbinen-Kraftwerk bestehendes Kombikraftwerk ist derart aufgebaut,
dass die Dampfturbine in einem Hochtemperaturbereich und die Gasturbine
in einem Niedrigtemperaturbereich betrieben werden, um durch deren gemeinsamen
Betrieb thermische Energie effektiv wiederzugewinnen und zu nutzen.
In den vergangenen Jahren rückte
dieser Typ eines Energieerzeugungssystems in Bezug auf die hochthermische
Effizienz in den öffentlichen
Fokus.
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In
Verbindung mit der Kühlung
der sich bewegenden Klingen einer Gasturbine in dem oben erwähnten Kombikraftwerk
ist zu beachten, dass im vorliegenden Stand der Technik ein Dampfkühlsystem
ein Luftkühlsystem
ersetzt. Parenthetisch wird in diesem Dampfabkühlsystem ein Teil des in der Dampfturbine
erzeugten Dampfes extrahiert, um zum Abkühlen der sich bewegenden Klingen
der Gasturbine in dieselbe geleitet zu werden, wobei der nach der
Abkühlung
der sich bewegenden Klingen der Gasturbine eine erhöhte Temperatur
aufweisende Dampf wieder gewonnen wird, um in den Gasturbinekreislauf
zurück
geführt
zu werden, um eine effektive Ausnutzung der thermischen Energie
zu erreichen. So ist es zu erwarten, dass das Dampfabkühlsystem zu
einer Verbesserung der Betriebseffizienz des Kombikraftwerks beiträgt. Aus
diesem Grund wurde dem Dampfabkühlsystem
in diesen Jahren Beachtung geschenkt.
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13 ist
eine Schnittansicht, die einen Abschnitt einer typischen konventionellen,
dampfgekühlten
Gasturbine gemäß einer
ersten Reihe von Ausführungsformen
im
US-Patent 5,695,319 schematisch
zeigt. In der Figur bezeichnen die Bezugszeichen
50 und
51 jeweils
ein Kompressorgehäuse
und die Gasturbine, wobei ein eine große Anzahl von sich bewegenden
Klingen aufweisender Rotor
60, welche in Reihen rund um
denselben herum angebracht sind und von den Bezugszeichen
71,
72 und
73 bezeichnet
werden, die innerhalb des Turbinengehäuses
51 angeordnet
sind. Ein von der dazu gehörigen
Brennkammer ausgegebenes Hochtemperatur-Verbrennungsgas wird durch einen Verbrennungsgas-Durchgang
52 in
zwischen den stationären
Klingen
83,
84 und
85 definierte Räume, die
an der inneren Oberfläche
des Turbinengehäuses
51 und
den sich bewegenden Klingen
71,
72 und
73 angeordnet
sind, um einer Ausdehnung ausgesetzt zu sein, um dadurch den Rotor
60 zum
Rotieren zu bringen.
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Andererseits
sind in einer Scheibe 61 des Rotors 60 eine Vielzahl
von umfänglich
verteilten Dampfdurchgängen 63 ausgeformt,
die sich axial durch die Scheibe erstrecken. Das Kühlmittel
oder der Abkühldampf 80 wird
von einem in der Turbinenwelle 64 angeordneten Dampfeinlass 65 in
die individuellen Dampfdurchgänge 63 eingeführt, um
durch andere, ebenso in der Scheibe 61 ausgebildete Durchgänge 62 zu
strömen,
wobei ein Teil des Abkühldampfs 80 in
eine Aussparung 66 eintritt und daher durch die Dampf-Förderdurchgänge 67 in
die sich bewegenden Klingen 72 der zweiten Stufe strömt, um die
sich bewegenden Klingen 72 der zweiten Stufe abzukühlen. Danach
strömt
der Abkühldampf 80 durch
die Aussparung 90 in die Dampf-Förderdurchgänge 91, um in die
sich bewegenden Klingen 71 der ersten Stufe einzutreten,
um das Innere dieser sich bewegenden Klingen abzukühlen. Im
Anschluss daran erreicht der Dampf durch die Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge 92 die
Aussparung 69. Auf diese Weise verbinden sich innerhalb
der Aussparung 69 die Ströme des nach der Abkühlung der
sich bewegenden Klingen 71 der ersten Stufe und der sich bewegenden
Klingen 72 der zweiten Stufe wieder gewonnenen Dampfs,
um in eine weitere Aussparung 93 einzutreten. Nun strömt der Dampf
durch einen zentralen Durchgang des Rotors 60, um an der
Seite der Turbinenwelle 64 wieder gewonnen zu werden. Ein
Teil des durch den Dampfdurchgang 62 strömenden Dampfs
wird durch die Aussparung 94 dem Kompres sor 50 zugeführt, um
diesen abzukühlen.
An diesem Punkt sollte erwähnt
werden, dass die Dampfdurchgänge 62 und 63 durch
ein Rohr definiert sein können.
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Die
13b ist eine Schnittdarstellung, welche schematisch
einen Teil einer herkömmlichen Gasturbine
gemäß eines
anderen Reihe von Ausführungsformen,
die in dem
US-Patent 5,695,319 offenbart
werden, zeigt. Hier wird der Abkühldampf
580 entlang
einer Achse der Turbinenwelle
506 durch einen Zufuhranschluss
561 eingeführt und
von einer zentralen Bohrung
526 durch jede Scheibe
521,
522,
523 und
524 eines
Turbinenrotors
505 in radiale Dampf-Förderdurchgänge
542 und eine axiale Dampf-Förderdurchgang
557 eingeleitet.
Nach dem Abkühlen
wird der Dampf in der Wiedergewinnungsaufnahme
556 gesammelt
und strömt
durch den Wiedergewinnungsdurchgang
565 in Richtung des
Wiedergewinnungsdurchgangs
564 entlang der Achse der Turbinenwelle
506 in
den der Scheibe
524 der vierten Stufe benachbarten Teil
der Turbinenwelle
506.
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Wie
aus der vorangehenden Beschreibung ersichtlich wird, ist das herkömmliche
Dampfabkühlsystem
derart aufgebaut, dass der Dampf mit niedriger Temperatur und hohem
Druck durch die im Inneren des Rotors implementierten Durchgänge strömt. Daraus
folgt, dass es viele Stellen gibt, an denen an der äußeren Niedrigdruck-Umgebung
ein Dampfverlust auftreten kann, wodurch im Hinblick auf das Verhindern
eines Verlustes von befördertem
Dampf, d.h. von Dampf, der an die sich bewegenden Klingen der Gasturbine
befördert
werden soll, sich ein Problem in dem Dampfabkühlsystem ernsthaft verschärfen kann.
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Die
11 und
12 sind
Schnittdarstellungen, welche fragmentarisch ein anderes, in dem
EU-Patent A-0735238 offenbartes
Beispiel einer konventionellen Gasturbine zeigen, in der das Dampfabkühlsystem übernommen
wird.
11 zeigt in der herkömmlichen
Gasturbine noch genauer einen rückwärtigen Abschnitt
einer vierten Stufe an sich bewegenden Klingen. In Bezug auf die
Figuren ist eine rückwärtige Scheibe
102 (ein
Halslager) an eine Scheibe
100 einer vierten Stufe durch
Zwischenschaltung einer Dichtscheibe
101, in der eine äußere drehbare
Welle
103 und eine innere drehbare Welle
108 an
der rückwärtigen Scheibe
102 derart
montiert sind, dass sich die Scheibe
100 der vierten Stufe
zusammen mit der äußeren drehbaren
Welle
103 und der inneren drehbaren Welle
108 drehen
kann, angebracht. Die rückwärtigen Endabschnitte
der äußeren drehbaren
Welle
103 und der inneren drehbaren Welle
108 sind
durch ein stationäres
Gehäuse
104 umschlossen,
welches gegenüber
der beiden drehbaren Wellen mittels eines Lagerabschnitts
105,
der als Dichtabschnitt für
die äußeren drehbare
Welle
103 dient, und einem Lagerabschnitt
107,
der als Dichtabschnitt für
die innere drehbare Welle
108 dient, angeordnet ist. Zwischen
dem rückwärtigen Endabschnitt der äußeren drehbaren
Welle
103 und dem Gehäuse
104 ist
eine Hochdruckkammer
106 definiert und zwischen der äußeren drehbaren
Welle
103 und der inneren drehbaren Welle
108 ist
ein ringförmiger Dampfdurchgang
109 definiert.
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In
der den obigen Aufbau aufweisenden Gasturbine des Dampfabkühltyps strömt von der Hochdruckkammer 106 geförderter
Dampf 120 (siehe 12) durch
den Dampfdurchgang 109, um in eine kreisförmige Hochdruckkammer 110 zu
gelangen, von welcher der Dampf durch den Durchgang 111 in
eine Aussparung 112 strömt.
Von der Aussparung 112 wird der beförderte Dampf über in der Scheibe 100 der
vierten Stufe vorgesehene relevante (nicht gezeigte) Durchgänge in die
sich bewegenden Klingen der (beide nicht gezeigten) ersten und zweiten
Stufe eingeführt.
Der Dampf, der die sich bewegenden Klingen abgekühlt hat, wird – wie durch
den Pfeil 121 indiziert – als zur Wiedergewinnung vorgesehener
Dampf durch den in der inneren drehbaren Welle 108 ausgeformten
(nicht gezeigten) Durchgang wieder gewonnen.
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Die 12 ist
eine vergrößerte Ansicht
der in 11 gezeigten rückwärtigen Scheibe 102.
In Bezug auf 12 wird der Abschnitt der rückwärtigen Scheibe 102,
der der Dichtscheibe 101 benachbart liegt, durch den zur
Wiedergewinnung vorgesehenen Dampf 121, welcher eine erhöhte Temperatur und
eine höhere
Temperatur als der andere Abschnitt der rückwärtigen Scheibe 102 aufweist,
erhitzt. Der der Dichtscheibe benachbart platzierte Abschnitt der rückwärtigen Scheibe 102 wird
dem Einfluss thermischer Expansion ausgesetzt, als deren Ergebnis
wie durch einen Pfeil in 12 indiziert,
ein Scheiben-Kopplungsbolzen 113 dazu tendiert, sich unter Spannung
zu verkannten. Folglich wird ein Teil 120a des beförderten
Dampfs 120 durch einen infolge der Verkantung des Scheiben-Kopplungsbolzens 113 entstandenen
Raum in die Umgebung austreten.
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Wie
aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich ist, wird in der
vordem bekannten typischen Gasturbine des Dampfabkühltyps der
aus der Dampfturbine entnommene Dampf über die Scheiben einer Vielzahl
von Dampfdurchgängen, welche
im Inneren des Rotors zur Abkühlung
der sich bewegenden Klingen vorgesehen sind, in die sich bewegenden
Klingen der Gasturbine eingeführt.
Der nach dem Abkühlen
der sich bewegenden Klingen auf eine hohe Temperatur erhitze Dampf
wird in der Dampf-Sammelaussparung
gesammelt und dem in dem Rotor ausgeformten zentralen Durchgang
zugeführt,
von dem der Dampf wieder gewonnen wird, um in die Dampfturbine rückgeführt zu werden.
Infolge eines solchen Kühlschemas
kann eine effektive Nutzung des Dampfes sicher erzielt werden. In
dem herkömmlichen
Dampfabkühlsystem,
in dem der Dampf mit niedriger Temperatur und hohem Druck entlang des
umfänglichen
Abschnitts des Rotors geführt
wird, existieren jedoch viel Stellen, an denen der Dampf in Außen- oder
Umgebungsbereiche in Richtung der sich bewegenden Klingen strömend austreten
kann, was wiederum bedeutet, dass eine größere Anzahl an Abdichtabschnitten
vorgesehen sein muss, um ein Austreten des beförderten Dampfs zu verhindern. Anders
ausgedrückt,
verbleibt in der herkömmlichen Gasturbine
des Dampfabkühltyps
ein schwerwiegendes Problem, das gelöst werden muss, so dass der Austritt
von befördertem
Dampf mit einem hohen Druck in die Umgebung mit niedrigem Druck
vermieden werden kann.
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In
dem in 12 gezeigten konventionellen Dampfabkühlsystem
wird Des Weiteren die rückwärtigen Scheibe 102 (das
Halslager) auf eine hohe Temperatur erhitzt, weil die rückwärtige Scheibe 102 dem
zur Wiedergewinnung vorgesehen Dampf 121, der durch den
zwischen die rückwärtige Scheibe 102 und
die Rotorscheibe eingebrachten Kopplungsabschnitt strömt, ausgesetzt
ist, und als Ergebnis dessen die rückwärtige Scheibe oder das Halslager 102 eine
thermische Deformation derart durchläuft, dass sich deren äußerer umfänglicher
Abschnitt öffnet oder
geöffnet
wird, um so einem Teil 120a des beförderten Dampfs 120 ein
Austreten aus dieser Öffnung zu
ermöglichen.
Außerdem
entsteht das Problem, dass in dem Scheibenkopplungsbolzen 113 infolge der
oben erwähnten
thermischen Deformation eine starke Dehnbeanspruchung auftritt.
Da der beförderte
Dampf 120 an der radialen äußeren Seite des zur Wiedergewinnung
vorgesehenen Dampfs 121 entlang strömt, kann außerdem Dampf durch die Lager 105 und 107,
die als stationäre
Dichtungen für
die äußere drehbare
Welle 103 dienen austreten, was natürlich eine Reduktion der Menge
des an die sich bewegenden Klingen zu befördernden Dampfs nach sich zieht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Angesichts
des oben beschriebenen Stands der Technik ist es ein hauptsächliches
Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbine des Dampfabkühltyps vorzusehen,
die derart aufgebaut ist, dass das Austreten des den sich bewegenden
Klingen der Gasturbine zugeführten
oder beförderten
Dampfs auf ein mögliches
Minimum reduziert und das eine infolge der thermischen Deformation
auftretende verformende Dehnung leicht absorbiert werden kann, um dadurch
das Entstehen einer Öffnung
oder eines Raums aufgrund der thermischen Deformation zu vermeiden,
und auf diese Weise das Austreten des beförderten Dampfs bei gleichzeitigem
Ansteigen der Effizienz der Dampf-Wiedergewinnung zu reduzieren.
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Mit
Blick auf die oben erwähnten
und die anderen Ziele, die bei fortschreitender Beschreibung erkenntlich
werden, ist die vorliegende Erfindung auf eine die Merkmale des
Anspruchs 1 aufweisende Gasturbine eines Dampfabkühltyps gerichtet,
die eine Turbinenwelle zum Stützen
einer Vielzahl von Scheibenstufen sowie vieler Stufen sich bewegenden
Klingen beinhaltet, wobei ein erster Dampf-Förderdurchgang, der innerhalb
der Tur binenwelle so ausgeformt ist, dass Dampf von der rückwärtigen Endseite
befördert
wird, wenn die Turbinenwelle entlang ihrer axialen Richtung gesehen
wird, eine Vielzahl von zweiten Dampf-Förderdurchgängen zum Einführen des
Dampfs in die Scheiben von dem ersten Dampf-Förderdurchgang, um hierdurch
den Dampf zu den sich bewegenden Klingen zu deren Kühlung zu
fördern,
erste Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge, die in den jeweiligen
Scheiben ausgebildet sind, um so den Dampf nach der Kühlung der
individuellen sich bewegenden Klingen aufzunehmen und wiederzugewinnen,
und einen zweiten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang, der innerhalb der
Turbinenwelle in Wirkverbindung mit den jeweiligen ersten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgängen vorgesehen
ist, um den Dampf nach der Kühlung
der sich bewegenden Klingen wiederzugewinnen. Gemäß eines
generellen Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ersichtlich geworden,
dass der erste Dampf-Förderdurchgang
derart vorgesehen ist, das er sich durch einen zentralen Abschnitt
der Turbinenwelle erstreckt, während
der zweite Dampf-Wiedergewinnungs-durchgang so vorgesehen ist, dass
er sich entlang des äußeren Umfangs
des ersten Dampf-Förderdurchgangs
erstreckt. Bei dem oben beschriebenen Aufbau einer Gasturbine des
Dampfabkühltyps
strömt
der beförderte
Dampf zum Abkühlen
der sich bewegenden Klingen durch einen zentralen Abschnitt der
Turbinenwelle. Der beförderte Dampf
strömt,
um es anders auszudrücken,
an der radialen inneren Seite des Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs
entlang. Auf diese Weise kann ein Austreten des beförderten
Dampfs in die Umgebung bzw. die äußere Umgebung
verringert werden. In dieser Verbindung soll daran erinnert werden,
dass im Fall der konventionellen Gasturbine des Dampfabkühltyps das
Befördern
oder das Zuführen
des Kühldampfs
an der äußeren Seite
der Turbinenwelle ausgeführt
wird, während
die Wiedergewinnung des Dampfs durch die innerhalb der Turbinenwelle
ausgeformten Durchgang realisiert wird, weshalb eine große Menge
an befördertem
Dampf durch die Dichtabschnitte, welche von den stationären Dichtungen und
den drehbaren Dichtungen konstituiert werden, austreten kann, was
ein signifikantes Austreten von den sich drehenden Klingen der Gasturbine
zuzuführendem
Dampf nach sich zieht. Im Gegensatz dazu wird der Dampf zum Abkühlen der
sich bewegenden Klingen in der Gasturbine des Dampfabkühl typs,
deren Aufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt
ist, wie oben beschrieben entlang einer Strömungslinie, die an der radialen
inneren Seite des Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs definiert ist, zugeführt, was
in Bezug auf das positive Supprimieren oder Vermeiden des Austretens
des beförderten Dampfs
in den Dichtabschnitten sehr effektiv ist.
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Die
Gasturbine des Dampfabkühltyps
beinhaltet des Weiteren eine Vielzahl von Aufnahmen, die so vorgesehen
sind, dass sie sich in einer radialen Richtung in einen Kopplungsabschnitt
erstrecken, der zwischen der Scheibe an der abschließenden Scheibenstufe
und der Turbinenwelle eingesetzt ist, wobei die zweiten Dampf-Förderdurchgänge über die oben
erwähnten
Aufnahmen mit dem ersten Dampf-Förderdurchgang
verbunden sind. In einer bevorzugten Weise zur Ausführung der
Erfindung sind dritte Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge in der
Turbinenwelle in einer rückwärtigen Seite
des Kopplungsabschnitts so vorgesehen, dass sie sich in einem radialen
Muster erstrecken, wobei die ersten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge und
die zweiten Dampfwiedergewinnungsdurchgänge mittels der dritten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge verbunden
sind.
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Bei
dem oben erwähnten
Aufbau ist der Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang an einem Ort stromabwärts des
Kopplungsabschnitts zwischen der Scheibe und der Turbinenwelle angeordnet.
Auf diese Weise kann eine Strömungslinie
für den
beförderten
Dampf (d.h. Dampf, der zur Abkühlung
der sich bewegenden Klingen befördert
wird) derart realisiert werden, dass der zwischen der Scheibe und
der Turbinenwelle eingesetzte Kopplungsabschnitt eine relativ niedrige
Temperatur beibehalten kann, weil der Dampf-Aufnahmedurchgang stromabwärts von
dem Kopplungsabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise kann sich
der Kopplungsabschnitt zwischen der Scheibe und der Turbinenwelle
unter dem Einfluss der thermischen Beanspruchung, um noch hermetischer
geschlossen zu sein, deformieren, wodurch ein Austreten des Dampfs
durch den Kopplungsabschnitt ausreichend vermieden werden kann.
In diesem Zusammenhang sollte daran erinnert werden, dass im Fall
der konventionellen Gasturbine des Dampfabkühltyps die Temperatur des Kopplungsabschnitts
zunimmt, weil der zur Wiedergewinnung bestimmte Hochtemperaturdampf
den Kopplungsabschnitt entlang strömt, woraus resultiert, dass
der Kopplungsabschnitt dazu tendiert, sich unter der thermischen
Deformation zu öffnen
bzw. eine Öffnung
auszubilden. Das Auftreten einer solchen Öffnung in dem Kopplungsabschnitt
kann bei dem Aufbau gemäß der oben
geschilderten Erfindung vermieden werden.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsweise
der Erfindung kann ein thermischer Abschirmzylinder an einer inneren
Umfangswand, die den äußeren Umfang
des zweiten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs
definiert, wobei ein vorab bestimmter Raum in Bezug auf die innere
Umfangswand gehalten wird, befestigt sein.
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In
diesem Fall kann der oben erwähnte Raum
mit Dampf und/oder Luft gefüllt
sein, um eine Gasschicht zur Unterdrückung der Wärmeleitung des Dampfs an die
Lager im Hinblick auf den Schutz des Schmieröls vor Verbrennung und Ausfällung auszubilden.
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In
noch einer anderen bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die
Gasturbine des Dampfabkühltyps
des Weiteren einen Dichtabschnitt, der mit dem zweiten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang an
dessen rückwärtigem Ende
verbunden ist und einen Teil des zweiten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs
ausbildet, wobei der Dichtabschnitt ein drehbares zylindrisches
Dichtelement beinhaltet, das eine Vielzahl von Rippen aufweist,
die in deren äußerer umfänglicher
Oberfläche
ausgebildet sind, sowie ein stationäres Dichtelement, das das drehbare
zylindrische Dichtelement einschließt und eine Vielzahl von Rippen
aufweist, die in deren umfänglicher
Oberfläche
gegenüber
den Rippen des drehbaren zylindrischen Dichtelements ausgebildet
sind, und ein zylindrisches Zentrierungselement zum einander Absichern
des drehbaren zylindrischen Dichtelements und eines rückwärtigen Endabschnitts
des ersten Dampf-Förderdurchgangs
beinhalten.
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Durch
die oben erwähnte
Implementierung des Dichtabschnitts mit der drehbaren zylindrischen Dichtelement
und dem stationären
zylindrischen Dichtelement kann die Abdichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit
realisiert werden, während
der Zusammenbau des zylindrischen Zentrierungselements stark vereinfacht
werden kann.
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In
noch einer anderen Ausführung
der Erfindung kann die Gasturbine des Dampfabkühltyps des Weiteren eine Vielzahl
von Stützelementen
beinhalten, die zwischen der inneren umfänglichen Oberfläche des
zweiten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs und der äußeren umfänglichen
Oberfläche des
ersten Dampf-Förderdurchgangs
mit einer vorab bestimmten Distanz zwischen den benachbarten Stützelementen
in Umfangsrichtung gehalten werden, vorgesehen sind, wobei beide
Endabschnitte des ersten Dampf-Förderdurchgangs
in axialer Richtung gleitbar sind.
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Dank
des oben beschriebenen Aufbaus kann die Ausdehnung des inneren zylindrischen
Elements infolge der thermischen Deformation adäquat beherrscht werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung der
Erfindung kann die Gasturbine des Dampfabkühltyps derart angeordnet sein,
dass sie zumindest eine ringförmige
Nut, die in und entlang eines äußeren Umfangs
des ersten Dampf-Förderdurchgangs
zwischen einem vorderen Endabschnitt des ersten Dampf-Förderdurchgang
und der Turbinenwelle ausgebildet ist und einen innerhalb der Nut
vorgesehenen Kolbenring beinhalten.
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Bei
einem wie oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, den Austritt des beförderten
Dampfs in den Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang, der innerhalb der
Turbinenwelle ausgeformt ist, zu verhindern. Durch ein Ermöglichen
eines durch thermische Ausdehnung in axialer Richtung beweglichen
Kolbenrings kann die thermische Expansion zufrieden stellend absorbiert
werden.
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In
noch einer anderen Ausführung
der Erfindung kann jede der zweiten Dampf-Förderdurchgänge und der ersten Dampf-Wieder gewinnungsdurchgänge durch
jeweils ein Dampf-Förderrohr
bzw. ein Dampf-Wiedergewinnungsförderrohr
aufgebaut sein, die in Rohr-Aufnahmelöcher eingeführt sind, die so ausgebildet
sind, dass sie sich durch die Scheiben an den jeweiligen vielen
Stufen erstrecken, wobei jedes der Rohre vorab mit einer Spannungsbelastung
in einer Richtung von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite
beaufschlagt ist. Außerdem
kann die Spannungsbelastung durch Eingriff eines Hülsenelements,
das in den stromaufwärtigen spitzen
Endabschnitt des Rohrs mit einer äußeren Seitenoberfläche der
Scheibe an der ersten Stufe an deren stromaufwärtiger Seite eingesetzt ist,
aufrecht erhalten werden.
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Dank
der oben beschriebenen Anordnung kann das Rohr leicht entfernt werden,
indem das Hülsenelement
einfach abgenommen wird, was in Bezug auf eine Inspektion und/oder
einen Austausch des Rohrs vorteilhaft ist.
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In
noch einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung kann ein konkaver/konvexer Abschnitt in einem stromaufwärtigen spitzen
Endabschnitt jedes der Rohre ausgebildet sein, wobei das Hülsenelement
in zwei Hälften
in umfänglicher
Richtung entlang einer Längsachse
gespalten ist und einen zylindrischen Körperabschnitt beinhaltet, der
einen konkaven/konvexen Abschnitt aufweist, der an dem zuerst erwähnten konkaven/konvexen
Abschnitt angesetzt ist, und einen Flanschabschnitt, der sich radial nach
außen
von einem äußeren Ende
des zylindrischen Körperabschnitts
des Hülsenelements
erstreckt, um mit der äußeren Seitenoberfläche der Scheibe
an der ersten Stufe an deren stromaufwärtiger Seite in Eingriff zu
stehen.
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Mit
diesem oben beschriebenen Aufbau können das Hülsenelement und das Rohr einfach
ineinander eingreifen und sich lösen.
Außerdem
kann das Rohr durch den Eingriff der konkaven/konvexen Abschnitte
sicher montiert werden. Da die konkaven/konvexen Abschnitte an vielen
Stellen miteinander in Eingriff stehen, kann die Belastungskonzentration
vorteilhaft umgangen werden.
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und daraus resultierenden Vorteile
der vorliegenden Erfindung können
durch Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden
werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In
Bezug auf die folgende Beschreibung wird auf die Zeichnungen verwiesen,
in denen:
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1 eine
Schnittdarstellung ist, die einen Hauptabschnitt einer Gasturbine
des Dampfabkühltyps
gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2(a) eine detaillierte Ansicht eines Kopplungsabschnitts
ist, der zwischen der Turbinenwelle und einer Scheibe in der in 1 gezeigten Gasturbine
des Dampfabkühltyps
vorgesehen ist;
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2(b) eine Ansicht zur Darstellung der Deformation
des Kopplungsabschnitts infolge der darin stattfindenden thermischen
Beanspruchung ist;
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3 eine
Schnittdarstellung, die entlang einer Linie III-III genommen und zur Illustration des Stroms
des beförderten
Dampfs in 1 gezeigt wird, ist;
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4 eine
Ansicht ist, die detailliert einen rechtwinkeligen Bereich, der
mittels der gestrichelten Linie IV-IV in 1 umschlossen
ist;
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5 eine
Ansicht ist, die einen rechtwinkeligen Bereich, der von der gestrichelten
Linie V-V in 1 umschlossen ist, detailliert
zeigt;
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6 eine
Schnittdarstellung ist, die entlang einer Linie VI-VI genommen und
in die von den Pfeilen in 1 indizierte
Richtung gesehen ist;
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7(a) eine vergrößerte Schnittdarstellung eines
Bereichs ist, der in 1 abgebildet und von der gestrichelten
Linie VII a umschlossen wird;
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7(b) eine entlang der Linie VIIb-VIIb
genommene Schnittdarstellung ist, die in die von den Pfeilen in 7(a) angezeigte Richtung gesehen wird;
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8 eine
Ansicht ist, die detailliert einen Bereich zeigt, der in 1 von
einer gestrichelten Linie VIII umgeben ist;
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9 eine
vergrößerte Schnittdarstellung
eines in 1 gezeigten Bereichs IX ist,
die einen Hauptabschnitt in einem spitzen Endabschnitt des Dampf-Förderrohrs
oder eines Dampf-Wiedergewinnungsrohrs
zeigt, die in der in 1 gezeigten Gasturbine des Dampfabkühltyps vorgesehen
sind;
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10 eine
Querschnittsdarstellung des spitzen Endabschnitts des in 9 gezeigten Dampf-Förderrohrs
oder des Dampf-Wiedergewinnungsrohrs ist;
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11 eine
Schnittdarstellung ist, die einen Abschnitt einer Scheibe der vierten
Stufe für
die sich bewegenden Klingen in einer herkömmlichen Gasturbine beispielhaft
zeigt;
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12 eine
Ansicht zur Illustration der thermischen Deformation des Kopplungsabschnitts
ist, der zwischen einer Turbinenwelle und einer Scheibe in der in 11 gezeigten
Gasturbine des Dampfabkühltyps
vorgesehen ist; und
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13 eine
Schnittdarstellung ist, die ein anderes Beispiel einer konventionellen
Gasturbine fragmentarisch zeigt; 13b eine
Schnittdarstellung ist, die einen Teil einer konventionellen Gasturbine
schematisch zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung wird im Hinblick auf das, was derzeit als
bevorzugt betrachtet wird, bzw. im Hinblick auf deren typische Ausführungsformen
unter Verweis auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
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In
der folgenden Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen oder entsprechende
Teile in den verschiedenen Ansichten durchweg gleich gekennzeichnet.
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In
der folgenden Beschreibung sollte auch verstanden werden, dass Termini
wie „rechts", „links", „vorne", „rückwärtig" und dergleichen
einfache Bezeichnungen sind und nicht als limitierende Begriffe ausgelegt
werden.
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Die 1 ist
eine Schnittdarstellung, die einen Hauptabschnitt einer Gasturbine
des Dampfabkühltyps
gemäß einer
bevorzugten oder exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. Unter Bezugnahme auf die Figur ist eine erste Stufe
von sich bewegenden Klingen 11, eine zweite Stufe von sich
bewegenden Klingen 12, eine dritte Stufe von sich bewegenden
Klingen 13 und eine vierte Stufe von sich bewegenden Klingen 14 jeweils
an den Scheiben 21, 22, 23 und 24 befestigt,
die mit dazwischen befindlichen Abständen in einer axialen Richtung
eines Turbinenrotors der Gasturbine angeordnet sind, wobei in jeder
der oben erwähnten
Stufen an sich bewegenden Klingen eine Vielzahl von sich bewegenden
Klingen an der relevanten Scheibe mit einer sich dazwischen befindlichen Äquidistanz
in einer Umfangsrichtung befestigt sind. Die Scheiben 21, 22, 23 und 24 und
eine Turbinenwelle 1 sind mittels eines sich in der axialen
Richtung erstreckenden Scheibenkopplungsbolzens 25 gegenseitig
gekoppelt.
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Die
Turbinenwelle 1 ist in axialer Richtung betrachtet an einem
ihrer Enden mit einem Kopplungsabschnitt 26 versehen. Durch
den Kopplungsabschnitt 26 ist die Turbinenwelle 1 derart montiert, dass
sie sich gegen die Scheibe an der vierten Stufe 24 stützt. Die
Turbinenwelle 1 wird des Weiteren mittels einem nur schematisch
illustriertem, ölgedichtetem
Lagerelement 2 drehbar abgestützt. Eine Aussparung 27 ist
zwischen der Scheibe 24 der vierten Stufe und der Turbinenwelle 1 ausgeformt.
Ein thermischer Abschirmzylinder 3 mit einer hohlen Struktur ist
innerhalb der Turbinenwelle 1 montiert, wobei ein äußeres zylindrisches
Dichtelement 5 an den Endflächen des thermischen Abschirmzylinders 3 und
der Turbinenwelle 1 mittels eines Kopplungsbolzens 7 befestigt
ist, um sich in axialer Richtung zu erstrecken. Ein innen hohles
zylindrisches Element 10 ist außerdem innerhalb der Turbinenwelle 1 an
einer inneren Seite in Bezug auf den thermischen Abschirmzylinder 3 und
das äußere zylindrische
Dichtelement 5 angeordnet, wobei ein Zentrierungselement 6 in
einen ringförmigen
Raum, der zwischen der äußeren zylindrischen
Dichtelement 5 und der innen hohlen zylindrischen Element 10 definiert
ist, eingepasst ist. Auf diese Weise wird das äußere zylindrische Dichtelement 5 an
dem innen hohlen zylindrischen Element 10 mittels des Zentrierungselements 6 unbeweglich
gesichert. Um das äußere zylindrische
Dichtelement 5 sind ein stationäres Dichtelement 4a und ein
drehbares Dichtelement 4b einander gegenüber liegend
angeordnet.
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Des
Weiteren sind Stützelemente 8 an
geeigneten Positionen zwischen dem thermischen Abschirmzylinder 3 und
dem innen hohlen zylindrischen Element 10 so angeordnet,
dass sie einen ringförmigen
Raum sicherstellen, der zwischen der thermischen Abschirmung und
dem innen hohlen zylindrischen Element 10 definiert ist
(siehe 6). Weitere Stützelemente 9 sind
axial gleitbar an einem Endabschnitt des innen hohlen zylindrischen
Elements 10 der Aussparung 27 benachbart befestigt
(siehe 7(b)).
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Jede
der sich bewegenden Klingen 11 der ersten Stufe ist mit
einem Dampf-Förderdurchgang 11a und
einem Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 11b versehen. Jede
der sich bewegenden Klingen 12 der zweiten Stufe ist ebenso
mit einem Dampf-Förderdurchgang 12a und
einem Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 12b verse hen. Wie
im Folgenden unter Verweis auf die 2 und 3 beschrieben wird,
steht jeder der Dampf-Förderdurchgänge 11a und 12a mit
jedem der in der Scheibe ausgeformten Dampf-Förderdurchgänge 15 in
Wirkverbindung (siehe 3). Ebenso steht jeder der Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge 11b und 12b mit
jedem der in der Scheibe ausgeformten Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge 16 in
Wirkverbindung (siehe 3). Der Dampf-Förderdurchgang 15 steht
mit einer in dem Kopplungsabschnitt 26 ausgeformten Vertiefung
und daher auch mit der Aussparung 27, die in fluider Verbindung
mit einem später
zu beschreibenden axialen Dampf-Förderdurchgang 19 verbunden ist,
in Wirkverbindung. Jeder der Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge 16 steht
andererseits, wie in den 1 und 2 zu sehen
ist, mit den radialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgängen 17,
die sich in der radialen Richtung erstrecken und fließend mit dem
axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18 verbunden sind,
in Wirkverbindung. Der Dampf-Förderdurchgang 15 und
der Dampf-Wieder-gewinnungsdurchgang 16 wird,
wie in 1 gezeigt, jeweils mittels eines Dampf-Förderrohrs
und eines Dampf-Wiedergewin-nungsrohrs,
welche in die Scheiben eingeführt
werden, ausgeformt.
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Auf
diese Weise werden jeweils die an der inneren Seite der sich bewegenden
Klingen 11 und 12 der Turbine ausgeformten Dampf-Förderaussparungen 28 und 29b und
die hohle Turbinenwelle 1 durch die Dampf-Förderrohre 15 miteinander
verbunden, während
die an der inneren Seite der sich bewegenden Klingen 11 und 12 der
Turbine ausgeformten Dampf-Wiedergewinnungsaussparungen 29a und die
hohle Turbinenwelle 1 durch die Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 miteinander
verbunden sind, wobei jeweils Hülsenelemente 45 an
den spitzen Endabschnitten der Dampf-Förderrohre 15 und der Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 angeordnet
sind. Die Dampf-Förderrohre 15 und
die Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 werden,
wie in 1 gezeigt, parenthetisch von der rechten und der
linken Seite, d.h. von der stromabwärtigen Seite zu der stromaufwärtigen Seite
an vorab bestimmten Positionen, die in der Umgangsrichtung des Rotors
winkelig beabstandet sind, derart in den Rotor eingeführt, dass
die Dampf-Förderrohre 15 und
die Dampf-Wiedergewinnungs rohre 16 in der Umfangsrichtung
des Rotors abwechselnd angeordnet, also eckig von einander versetzt
sind, wie aus 3 zu ersehen ist. In 1 wird
die Dampf-Förderrohr 15 und
das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 jedoch als sich überlagernd gezeigt,
was der Vereinfachung der Illustration dient.
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Bei
Inbetriebnahme der Gasturbine treten auf der einen Seite Unterschiede
in der thermischen Expansion zwischen dem Dampf-Förderrohr 15 und dem
Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 und andererseits bei den
Scheiben 21, 22, 23 und 24 auf.
Um solche differierenden thermischen Expansionen abzufangen, wird
dementsprechend durch ein Hinzufügen einer
Spannungsbelastung 46 in der axialen Richtung (siehe 9)
an jedes der Dampf-Förderrohre 15 und
der Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 jedes der montierten
Dampf-Förderrohre 15 und
der Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 vorher um eine der oben
erwähnten
Differenz der thermischen Expansion in Bezug auf deren natürliche Länge vor
der Montage der Gasturbine entsprechende Länge gestreckt.
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In
der oben beschriebenen Gasturbine des Dampfabkühltyps tritt der beförderte Dampf 30 (d.h. der
zur Kühlung
der sich bewegenden Klingen beförderte
Dampf) via den inneren Raum des innen hohlen zylindrischen Elements 10 (siehe 2)
in die Aussparung 27 ein und strömt dann durch die in den angrenzenden
Oberflächen
ausgeformten Aufnahmen des Kopplungsabschnitts 26 der Turbinenwelle 1 aus der
Aussparung 27 heraus in die Dampf-Förderrohre 15. Anschließend strömt der beförderte Dampf
durch die Dampf-Förderrohre 15,
um in die in der Scheibe 21, an der die sich bewegenden
Klingen 11 der ersten Stufe befestigt sind, ausgeformte
Aussparung 28 und infolge dessen über den Dampf-Förderdurchgang 11a (siehe 1)
in das Innere der sich bewegenden Klingen 11 der ersten
Stufe einzutreten, um durch einen in jeder der sich bewegenden Klingen ausgeformten
(nicht gezeigten) Abkühl-Dampfdurchgang
zu strömen.
Danach tritt der Dampf über
die Dampf-Wiedergewinnungsrohre 11b (siehe 1)
in die zwischen den Scheiben 21 und 22 vorgesehene Aussparung 29a ein.
Ein Teil des Dampfes strömt
von der Aussparung 29a in das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16.
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Der
durch die Dampf-Förderrohre 15 beförderte Dampf
strömt
dann in eine Aussparung 29a, die zwischen den Scheiben 22 und 23 vorgesehen
ist, um durch den in der Scheibe 22 ausgeformten Dampf-Förderdurchgang 12a in
das Innere der sich bewegenden Klingen 12 der zweiten Stufe
zu gelangen. Im Anschluss strömt
der Dampf durch einen (nicht gezeigten) Abkühl-Dampfdurchgang, der in jeder
der sich bewegenden Klingen 12 ausgeformt ist, um über den
Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 12b in die Aussparung 29a einzutreten.
Der Dampf strömt
zusammen mit dem oben erwähnten
und zur Wiedergewinnung vorgesehenen Dampf, der aus den sich bewegenden
Klingen 11 der ersten Stufe ausströmt, aus der Aussparung 29a in
das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16.
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Der
die Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 verlassende, zur Wiedergewinnung
bestimmte Dampf (d.h. Dampf, der nach der Abkühlung der sich bewegenden Klingen
wieder gewonnen werden soll) strömt
durch die radialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge 17 radial nach
innen und strömt
dann durch den axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18,
um, wie in 5 gezeigt, durch die in dem äußeren zylindrischen
Dichtelement 5 ausgeformten Auslassöffnungen 5a in den
außen
vorgesehenen Kompressor zu gelangen, um dadurch durch ein (nicht
gezeigtes) Dampf-Wiedergewinnungssystem wieder
gewonnen zu werden. Bei dem Aufbau der Gasturbine des Dampfabkühltyps gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Erfindung wird der beförderte
Dampf 30 von einem dem Zentrum des Rotors näher liegenden
Ort als die Strömungslinie
des zur Wiedergewinnung bestimmten Dampfs an die sich bewegenden
Klingen geführt,
und auf diese Weise wird der zur Wiedergewinnung bestimmte Dampf an
dem Ort, der beabstandeter als die Strömungslinie des beförderten
Dampfs radial außerhalb
des Zentrums des Rotors liegt, wieder gewonnen. Anders ausgedrückt sind
die Strömungslinie
des beförderten Dampfs
und der zur Wiedergewinnung bestimmte Dampf positionell invertiert,
wenn man sie mit der vorab beschriebenen konventionellen Gasturbine des
Dampfabkühltyps
vergleicht. Ein externer Verlust von befördertem Dampf kann aufgrund
solcher strukturellen Merkmale der Gasturbine des Dampfabkühltyps gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Erfindung besser verhindert werden und die Gründe hierfür werden
im Folgenden detailliert erläutert.
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Die 2 zeigt
Ansichten, die den Kopplungsabschnitt der in 1 gezeigten
Turbinenwelle 1 detailliert zeigen, wobei die 2(a) eine Schnittdarstellung des Kopplungsabschnitts
und 2(b) eine Ansicht der zur Illustrierung
der Deformation infolge der darauf einwirkenden thermischen Belastung
desselben dient, ist. Sich auf 2(a) beziehend,
werden die Scheibe 24 der vierten Stufe und die Turbinenwelle 1 in
Kontakt durch den eingebrachten Kopplungsabschnitt 26 miteinander
gebracht und mittels einer Vielzahl von Scheibenkopplungsbolzen 25 aneinander
gesichert. Die Feststellung, dass der eine relativ niedrige Temperatur
aufweisende beförderte
Dampf 30 als Abkühldampf
dient, ist nicht notwendig. Der beförderte Dampf 30 wird
durch die in dem Kopplungsabschnitt 26 ausgeformten Aufnahmen 40 an
die sich bewegenden Klingen geführt
(siehe 3).
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Andererseits
wird der zur Wiedergewinnung bestimmte Dampf 31, der aufgrund
der den sich bewegenden Klingen durch Kühlung entzogenen Wärme eine
angestiegene Temperatur aufweist, von der Scheibe 24 der
vierten Stufe zur axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18 durch
die in der Turbinenwelle 1 ausgeformten radialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge 17 wieder
gewonnen (siehe 7). Folglich fällt die
Temperatur an dem dem Kopplungsabschnitt benachbarten Abschnitt
der Turbinenwelle 1 ab, während das Innere der Turbinenwelle 1 eine
hohe Temperatur annimmt und deren Ergebnis eine von einem Pfeil
in 2(b) indizierte Kraft ist, die
unter der thermischen Expansion auf die Turbinenwelle einwirkt und
die Turbinenwelle dadurch in die Richtung, in der die Aussparung 29 hermetisch
verschlossen ist – wie
von dem Referenzsymbol 1' angezeigt – deformiert.
Anders ausgedrückt
kann in dem Fall der unter Verweis auf die 12 vorangegangenen
Beschreibung der Gasturbine des Dampfabkühltyps die Tendenz des Kopplungsabschnitts
zur Bildung einer Öffnung
infolge der thermischen Beanspruchung besser vermieden werden, wodurch
der Austritt von befördertem
Dampf besser verhindert werden kann.
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3 ist
eine in 1 und 2(a) gezeigte
und entlang der Linie III-III gesehene Querschnittsdarstellung.
Es ist zu erkennen, dass die Aufnahmen 40 in dem Kopplungsabschnitt 26 der
Scheibe 24 der vierten Stufe radial vorgesehen sind. Diese
Aufnahmen 40 stehen jeweils in Wirkverbindung mit den Dampf-Förderrohren 15, die
sich in der axialen Richtung erstrecken. Zwischen den benachbarten Dampf-Förderrohren 15 ist
ein Paar von in radialer Richtung beabstandeter Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 vorgesehen,
wobei die radialen inneren Wiedergewinnungsrohre und die radialen äußeren Wiedergewinnungsrohre
in jedem Paar koaxial angeordnet sind (siehe 3). Der
beförderte
Dampf 30 tritt durch ein Durchgangsloch 41, das
an einem zentralen Abschnitt des Rotors axial ausgeformt ist, in die
Aufnahmen 40 ein, um radial in die Dampf-Förderrohre 15 zu
strömen,
um an die sich bewegenden Klingen befördert zu werden. Der zur Wiedergewinnung
bestimmte Dampf 31, d.h. der Dampf, der zur Abkühlung der
sich bewegenden Klingen verwendet wurde, wird durch die (nicht gezeigten)
radialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgänge, die in der Turbinenwelle 1 ausgebildet
sind, durch die in 3 gezeigten Dampf-Wiedergewinnungsrohre 16 wieder gewonnen.
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4 ist
eine detaillierte Ansicht des Bereichs IV-IV aus 1.
Wie in der Figur ersichtlich ist, ist der thermische Abschirmzylinder 3 zwischen
der Turbinenwelle 1 und dem axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18 montiert
und mittels der Kopplungsbolzen 7 starr fixiert, wodurch
zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des
thermischen Abschirmzylinders 3 und der inneren Umfangsfläche der
Turbinenwelle 1 ein ringförmiger Raum 42 definiert
wird. Dieser ringförmige
Raum 42 dient dazu, eine aus Dampf oder Luft bestehende
Gasschicht zu bilden, um die Wärme
des zur Wiedergewinnung vorgesehenen hoch temperierten Dampfs 31 davon
abzuhalten, auf das Lager 2 der Turbinenwelle 1 einzuwirken.
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5 ist
eine detaillierte Ansicht eines Bereichs V-V in 1.
Wie hier ersichtlich wird, ist das Zentrierungselement 6 an
der rückwärtigen Endseite des
innen hohlen zylindri schen Elements 10 befestigt. Des Weiteren
sind die Auslassöffnungen 5a in dem äußeren zylindrischen
Dichtelement 5 so ausgeformt, dass der zu Wiedergewinnung
bestimmte Dampf 31 durch die Durchgangslöcher ausströmen kann,
um mittels einer (nicht gezeigten) Rohrleitung in einer Bodendampf-Sammelschiene
zur Wiederverwendung in dem Kraftwerk wieder gewonnen zu werden.
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Das
drehbare zylindrische Dichtelement 4b ist an der äußeren Seite
des äußeren zylindrischen Dichtelements 5 gegenüber des
stationären
zylindrischen Dichtelements 5 angeordnet, wobei die stationären und
drehbaren zylindrischen Dichtelemente 4a und 4b jeweils
stationäre
und drehbare Dichtelemente darstellen. Ein Teil des beförderten
Dampfs 30 verschwindet als Dampfschwund 33b durch
den Dichtabschnitt. All die von dem Pfeil 33b indizierten
Verluste an Dampf werden in dem Durchgang (50) gesammelt,
der mit dem erwähnten
Bodendampf-Sammelschiene in Wirkverbindung steht, um dadurch wieder
gewonnen zu werden, was eine vorteilhafte und effektive Zweitnutzung
des Dampfs bedeutet.
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6 ist
eine Schnittdarstellung, die entlang einer Linie VI-VI genommen
ist und in der von den Pfeilen in 1 indizierten
Richtung gesehen wird. Es ist zu erkennen, dass der ringförmige axiale Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18 zwischen dem
an der Turbinenwelle 1 befestigten thermischen Abschirmzylinder 3 und
dem innen hohlen zylindrischen Element 10 ausgeformt ist
und das der axiale Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18 durch
das Anordnen einer Vielzahl von Stützelementen 8 zwischen
dem thermischen Abschirmzylinder 3 und dem innen hohlen
zylindrischen Element 10 gesichert ist.
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7(a) ist eine vergrößerte Schnittdarstellung eines
in 1 gezeigten Bereichs VIIa, und 7(b) ist
eine Schnittdarstellung, die entlang einer Linie VIIb-VIIb in 7(a) genommen ist und in die von den darin
gezeigten Pfeilen indizierten Richtung gesehen wird. Wie in 7 zu
erkennen, ist eine Vielzahl von ringförmigen Nuten in einem Endabschnitt
des innen hohlen zylindrischen Elements 10 ausgeformt,
wobei die ringförmigen
Kolbenringe 43 in den Nuten gleitbar angeord net sind, um
an der inneren Umfangsoberfläche
der Turbinenwelle 1 an deren einem Endabschnitt anzuliegen.
Auf diese Weise wird zum Schutz vor einem Dampfverlust aus dem Verbindungsabschnitt
des angeschlossenen Abschnitts des axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs 18 und
dem radialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 17 eine Abdichtung
erzielt. Um den beförderten
Dampf 30 in die in Verbindung mit der 3 vorab
beschriebenen Aufnahmen 40 einzuführen, ist des Weiteren eine
große
Anzahl an Stützelementen 9 an
dem inneren Endabschnitt des innen hohlen zylindrischen Elements 10 in
der Umfangsrichtung mit Abständen
zwischen den Stützelementen 9 vorgesehen,
da wie in 7(b) gezeigt, ein solides
zylindrisches axiales Element 44 an dem inneren zentralen
Abschnitt des innen hohlen zylindrischen Elements 10 angeordnet
ist. Auch wenn das innen hohle zylindrische Element 10 durch
den zur Wiedergewinnung bestimmten und eine relativ hohe Temperatur
aufweisenden Dampf 31 von der äußeren Seite erhitzt wird und
einer thermischen Expansion in der axialen Richtung ausgesetzt ist,
kann sich das innen hohle zylindrische Element 10 auf diese Weise
in Bezug auf die Turbinenwelle 1 bewegen, weil die Kolbenringe 43,
die an dem äußeren umfänglichen
Endabschnitt des innen hohlen zylindrischen Elements 10 vorgesehen
sind, in axialer Richtung gleitbar angeordnet sind. Auf diese Weise
ist die thermische Expansion des spitzen Endabschnitts des innen
hohlen zylindrischen Elements 10 zulässig.
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8 ist
eine Ansicht, die einen von einer gestrichelten Linie VIII in 1 umgebenen
Bereich zeigt. Wie aus der Figur ersichtlich wird, ist das vorab erwähnte hülsenähnliche
Zentrierungselement 6 zwischen dem äußeren zylindrischen Dichtelement 5 und
dem innen hohlen zylindrischen Element 10 eingeführt, wobei
der Flanschabschnitt 6a des Zentrierungselements 6 an
einem spitzen Endabschnitt des äußeren zylindrischen
Dichtelements 5 mittels des Bolzens 49 gesichert
ist. Das Zentrierungselement 6 gestattet dem innen hohlen
zylindrischen Element 10, sich in Bezug auf das Zentrierungselement 6 in axialer
Richtung gleitbar zu bewegen und dient gleichzeitig als Dichtelement
für den
spitzen Endabschnitt des axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs 18.
Aufgrund dieser Anordnung kann die thermische Expansion auch in
dem spitzen Endabschnitt des innen hohlen zylindrischen Elements 10 zugelassen
werden.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf die 1, 9 und 10 der
Aufbau des spitzen Endabschnitts des Dampf-Förderrohrs 15 und des Dampf-Wiedergewinnungsrohrs 16 beschrieben.
Wie in 9 zu sehen ist, ist der maximale äußere Durchmesser
D1 des Dampf-Förderrohrs 15 und
des Dampf-Wiedergewinnungsrohrs 16 im Wesentlichen kleiner
dimensioniert als der minimale äußere Durchmesser
D2 der in den Scheiben 21, 22, 23 und 24 des Rotors
ausgeformten Rohr-Aufnahmelöcher 47,
die den gleichen Durchmesser aufweisen, so dass des Dampf-Förderrohr 15 und
das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 von der rückwärtigen Seite
des Rotors wie bereits beschrieben, eingeführt werden können.
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Um
die vorher auf das Dampf-Förderrohr 15 und
das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 beaufschlagte
Spannungsbelastung 46 aufrecht erhalten zu können, wird
das erwähnte
Hülsenelement 45 in das
Dampf-Förderrohr 15 und
das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 an deren spitzen Endabschnitten eingesetzt,
nachdem sie in den Rotor eingeführt
wurden, wobei die Rohre 15 und 16 durch ein Fixieren der
Rohre 15 und 16 an der Scheibe 21 des
Rotors mittels des Flanschabschnitts 45a der Hülse 45 gestützt werden.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf die 9 und 10 der
Aufbau des Hülsenelements 45 detailliert
beschrieben. Das Hülsenelement 45 ist in
umfänglicher
Richtung entlang einer Längsachse des
Rotors in zwei Hälften
(eine rechte und eine linke Hälfte,
siehe 10) aufgeteilt, so dass das
Hülsenelement 45 in
das Dampf-Förderrohr 15 und
das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 von
der Vorderseite des Rotors eingesetzt werden kann, nachdem das Dampf-Förderrohr 15 und
das Dampf-Wiederge-winnungsrohr 16 in die jeweiligen Löcher eingeführt wurden.
Des Weiteren ist ein Befestigungsabschnitt zwischen dem Hülsenelement 45 und
dem Rohr 15 und 16 in einer Vielfachkontakt-Abstützstruktur 48 vorgesehen,
in der ein konkaver/konvexer Abschnitt in der inneren Umfangsoberfläche eines
zylindrischen Körperabschnitts 45b des
Hülsenelements 45 unter
dem Gesichtspunkt der Reduzierung der Belastung, die von der Spannungsbelastung 46 auf
das Rohr ausgeübt wird, ausgeformt ist. Aufgrund einer solchen
Vielfachkontakt-Abstützstruktur 48 kann
die Belastung, die von den individuellen konkaven/konvexen Kontaktabschnitten
aufgeteilt werden muss, beschränkt werden.
Derartige konkave/konvexe Kontaktabschnitte können in Form von Gewinden realisiert
werden. Der zylindrische Körperabschnitt 45b des
Hülsenelements 45 kann
des Weiteren derart konfiguriert sein, dass er anstelle des äußeren Umfangs
mit dem inneren Umfang des Rohrs an dem stromaufwrtigen spitzen
Endabschnitt desselben in Eingriff steht.
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Mit
einem Aufbau der Gasturbine des Dampfabkühltyps gemäß der illustrierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in welcher der axiale Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18 innerhalb
der Turbinenwelle 1 in Bezug auf den an der radialen inneren
Seite vorgesehenen axialen Dampf-Förderdurchgang 19 an
der radialen äußeren Seite
vorgesehen ist, um dadurch den eine relativ niedrigen Temperatur
aufweisenden beförderten Dampf 30,
der durch den axialen Dampf-Förderdurchgang 19 befördert werden
soll, zuzuführen, während der
Dampf mit einer relativ hohen Temperatur durch den axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgang 18,
der an der äußeren Seite
des axialen Dampf-Förderdurchgangs 19 platziert
ist, wieder gewonnen wird, kann ein Austritt des beförderten Dampfs 30 ins
Freie gut vermieden werden.
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Aufgrund
dieser Anordnung, in der die als Durchgänge für den beförderten Dampf 30 dienenden
Aufnahmen 40 in dem Kopplungsabschnitt 26 vorgesehen
sind, der zwischen der die abschließende Stufe der Gasturbine
des Dampfabkühltyps
und der Turbinenwelle 1 konstituierenden Scheibe 24 der vierten
Stufe eingebracht ist, wird der Kopplungsabschnitt 26 außerdem von
der darin induzierten thermischen Beanspruchung dazu gebracht, sich
hermetisch zu verschließen.
Aufgrund der Struktur, in der der thermische Abschirmzylinder 3 in
der Bohrung der Turbinenwelle 1 vorgesehen ist, so das
innerhalb des ringförmigen
Raums 42 eine Gasschicht ausgebildet wird, kann sich eine
Wärmeleitung
von dem zur Wiedergewinnung vorgesehenen Dampf 31 an die Lager 2 schwierig
vollziehen, was sich in Bezug auf ein Verhindern des Brennens und
der Ausfällung
des Schmieröls
effektiv auswirkt.
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In
der Gasturbine des Dampfabkühltyps
gemäß der illustrierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden des Weiteren die Stützelemente 8 und 9 eingesetzt,
die jeweils an den äußeren und
inneren Seiten des innen hohlen zylindrischen Elements 10 zur
Absicherung des axialen Dampf-Wiedergewinnungsdurchgangs 18,
des an einem Endabschnitt des innen hohlen zylindrischen Elements 10 angeordneten
Kolbenrings 43 und des an dem äußeren Endabschnitt des innen
hohlen zylindrischen Elements 10 angeordneten Zentrierungselement 6 angeordnet
sind. Aufgrund dieses Merkmals kann das innen hohle zylindrische
Element 10 in der radialen Richtung fixiert werden, da
es in der Lage ist, in axialer Richtung zu gleiten, um dem spitzen
Endabschnitt des innen hohlen zylindrischen Elements zu gestatten.
Die Verwendung des Zentrierungselements 6 kann außerdem die
Montage der Gasturbine erleichtern.
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Mit
Blick auf das Dichtelement zwischen dem stationären Abschnitt und dem drehbaren
Abschnitt der Gasturbine wird durch die Kooperation des stationären Dichtelements 4a und
des drehbaren Dichtelements 4b eine Abdichtung derart realisiert,
dass der gesamte Dampfschwund 33b, der aus dem beförderten
Dampfstrom 30 entschwindet, in der Bodendampf-Sammelschiene
wieder gewonnen werden kann. So kann der austretende Dampf sehr
effektiv rück
gewonnen werden.
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Außerdem kann
aufgrund des Aufbaus, in dem das Dampf-Förderrohr 15 und das
Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 durch das Hülsenelement 45 wie
vorab beschrieben gestützt
werden, eine Inspektion und/oder ein Austausch des Dampf-Förderrohrs 15 sowie
des Dampf-Wiedergewinnungsrohrs 16 durch ein Entfernen
des Hülsenelements 45 ohne eine
deswegen notwendige Demontage des Gasturbinenrotors leicht durchgeführt werden.
Das Dampf-Förderrohr 15 und
das Dampf-Wiedergewinnungsrohr 16 können – noch genauer – entfernt
oder von der rückwärtigen Seite
des Rotors durch ein Entfernen des Hülsenelements 45 montiert
wer den, wobei die für
die Instandhaltungsarbeiten des Dampf-Förderrohrs 15 und
des Dampf-Wiedergewinnungsrohrs 16 erforderliche Zeit signifikant
verkürzt werden
kann. Im Vorangegangenen wurde die Erfindung im Zusammenhang mit
den exemplarischen Ausführungsformen
beschrieben.