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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Industriegasturbinen weisen einen Kompressorabschnitt, einen Brennerabschnitt und einen Turbinenabschnitt auf. Im Turbinenabschnitt rotieren auf einem Rotor angebrachte Turbinenschaufeln (oder Laufschaufeln) zwischen zugeordneten Reihen von stationären Leitschaufeln. Für jede Reihe von Turbinenschaufeln ist am Turbinengehäuse ein umlaufendes Deckband angebracht, wobei das Deckband in der Radialrichtung gerade außerhalb der Spitzen der Turbinenschaufeln positioniert ist.
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Ein Freiraum muss zwischen den Spitzen der Turbinenschaufeln und dem Deckband aufrecht erhalten bleiben, um zu verhindern, dass die Spitzen der Turbinenschaufeln das Deckband abreiben, wenn die Turbinenschaufeln rotieren. Es ist jedoch wünschenswert, den Freiraum so klein wie möglich zu halten, um zu verhindern, dass das antreibende Gas um die Spitzen der Schaufeln strömt. Allgemein ausgedrückt ist die Turbine umso effizienter, je kleiner der Freiraum ist.
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Während Übergangsphasen, wie etwa wenn die Turbine startet oder wenn die Turbine die Last oder die Drehzahl erhöht oder verringert, kann die Temperatur verschiedener Elemente innerhalb des Turbinenabschnitts steigen oder fallen. Unglücklicherweise neigen die verschiedenen Elemente nicht dazu, die Temperatur um dasselbe Maß zu erhöhen und zu verringern. Zum Beispiel neigen die Turbinenschaufeln während Anlaufbetriebsphasen dazu, die Temperatur schneller zu erhöhen als das Turbinengehäuse, das das die Spitzen der Turbinenschaufeln umschließende Deckband trägt. Die Turbinenschaufeln sind auf Scheiben angeordnet und die Scheiben erwärmen sich ebenfalls und dehnen sich nach außen in die Radialrichtung aus.
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Wenn die Temperatur eines Teils der Turbine schneller ansteigt als die anderer Teile, können die Teile, die schneller aufgewärmt werden, eine schnellere thermische Ausdehnung/Längenzunahme erfahren als die Teile, deren Temperatur langsamer ansteigt. Während Anlaufbetriebsphasen, wenn die Temperatur der Turbinenschaufeln schneller ansteigt als die des das Deckband tragenden Turbinengehäuses, können die Turbinenschaufeln eine schnellere thermische Längenzunahme in radialer Richtung erfahren als das Turbinengehäuse.
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Außerdem sind die verschiedenen Teile der Turbine aus verschiedenen Materialien hergestellt, die unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten ausweisen. Selbst wenn sich die Temperatur aller Elemente im selben Maß erhöht, würden die Unterschiede in den Temperaturausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien immer noch bewirken, dass sich die verschiedenen Elemente mit unterschiedlichem Maß einander gegenüber ausdehnen.
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Ein weiterer Faktor ist die auf die verschiedenen Elemente einwirkende Belastung. Die Turbinenschaufeln und die Scheiben, auf denen sie angebracht sind, erfahren mechanische Zentripetalkräfte aufgrund der Tatsache, dass die Schaufeln und die Scheiben rotieren. Dies kann auch bewirken, dass sich die Scheiben und die Turbinenschaufeln in der Radialrichtung ausdehnen. Bei relativ geringen Drehzahlen besteht eine relativ geringe Längenzunahme aufgrund dieser mechanischen Belastung. Jedoch neigen die Schaufeln und die Scheiben dazu, mit ansteigender Drehzahl länger zu werden. Im Unterschied dazu, wird das die Turbinenschaufeln umschließende Deckband nicht rotiert und erfährt keine Ausdehnung aufgrund von Zentripetalkräften.
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Die Konstrukteure müssen alle diese Faktoren in Betracht ziehen, wenn die Dimensionen der Elemente der Turbine spezifiziert werden, um sicherzustellen, dass die Turbinenschaufeln zu jedem gegebenen Zeitpunkt in die Radialrichtung nicht derart an Länge zunehmen, dass sie anfangen am Deckband zu reiben. Wenn jedoch die Elemente die Turbine so konstruiert werden, dass ein Freiraum zwischen den Spitzen der Turbinenschaufeln und dem Deckband zu jederzeit sichergestellt ist, kann dies dazu führen, dass der Freiraum während stationärer Betriebszustände größer ist als erwünscht, was die Effizienz der Gasturbine negativ beeinflussen kann.
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Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, können ausgewählte Bereiche des Turbinengehäuses während Übergangsphasen oder während stationärer Betriebzustände erwärmt und/oder gekühlt werden, um die Position des Deckbandes in der Radialrichtung zu steuern. Dies wiederum steuert den Freiraum zwischen den Spitzen der Turbinenschaufeln und dem Deckband. Selektives Erwärmen oder Kühlen von Bereichen des Turbinengehäuses während einer Übergangsphase kann sicherstellen, dass der Freiraum zwischen den Spitzen der Turbinenschaufeln und dem Deckband während der Übergangsphase aufrechterhalten bleibt. Selektives Erwärmen und/oder Kühlen des Turbinengehäuses während stationärer Betriebszustände kann den Freiraum zwischen den Spitzen der Turbinenschaufeln und dem Deckband auf eine gewünschte minimale Abmessung reduzieren, um dadurch die Effizienz der Gasturbine zu maximieren.
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Versuche im Stand der Technik das Turbinengehäuse selektiv zu erwärmen und/oder zu kühlen erforderten, dass Kühlmittelkanäle an ausgewählten Stellen im Turbinengehäuse ausgebildet wurden, wie etwa in der Radialrichtung gerade außerhalb des Deckbandes. Die Herstellung des Turbinengehäuses in dieser Art kann teuer und schwierig sein. Es ist auch unmöglich, solche Ausgestaltungen in existierende Gasturbinen nachträglich einzubauen. Das Turbinengehäuse muss von Anfang an mit den Kühlmittelkanälen hergestellt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einem ersten Aspekt kann die Erfindung in einer inneren Wand für den Turbinenabschnitt einer Gasturbine ausgeführt sein, die eine Mehrzahl von gekrümmten Gehäuseabschnitten aufweist, die dazu eingerichtet sind, miteinander verbunden zu werden, um eine im Wesentlichen zylindrische innere Wand zu bilden. Jeder Gehäuseabschnitt weist zumindest einen Deckbandhakenabschnitt auf, der sich entlang einer Innenseite des gekrümmten Gehäuseabschnitts in einer Umfangsrichtung erstreckt sowie zumindest eine Befestigungsnut, die sich entlang des gekrümmten Gehäuseabschnitts in der Umfangsrichtung erstreckt. Jede wenigstens eine Befestigungsnut ist benachbart zu einem von dem wenigstens einen Deckbandhakenabschnitt angeordnet. Zumindest eine Leitung, die zumindest einen internen Kanal für ein Temperatursteuerfluid aufweist, ist in einer von der wenigstens einen Befestigungsnut befestigt. Die zumindest eine Leitung ist dazu eingerichtet, in der Umfangsrichtung in eine Befestigungsnut geschoben zu werden.
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Eine radial innere Seite der wenigstens einen Befestigungsnut von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann eine größere Breite aufweisen als die radial äußere Seite der zumindest einen Befestigungsnut.
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Jede der wenigstens einen Befestigungsnut von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann auf einer radial äußeren Seite von dem wenigstens einen Deckbandhakenabschnitt angeordnet sein.
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Der interne Kanal von jeder der wenigstens einen Leitung von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann sich in einer Längsrichtung der Leitung erstrecken.
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Jede wenigstens eine Leitung von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann eine Mehrzahl von Öffnungen aufweisen, die sich von dem inneren Kanal zu einem äußeren der Leitung erstrecken.
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Die Mehrzahl von Öffnungen von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann an einer Seite der Leitung ausgebildet sein, die dem wenigstens einen Deckbandeinhakmittelabschnitt zugewandt ist.
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Jede der wenigstens einen Leitung von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann eine Mehrzahl von Vorsprüngen aufweisen, die an einer Außenfläche der Leitung ausgebildet sind.
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Die Mehrzahl von Vorsprüngen von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann dazu eingerichtet sein, die Außenfläche der Leitung von Innenflächen der wenigstens einen Befestigungsnut auf Abstand zu halten.
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Jede der wenigstens einen Leitung von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann aufweisen: einen ersten inneren Kanal, der sich in einer Längsrichtung der Leitung erstreckt; einen zweiten inneren Kanal der sich in einer Längsrichtung der Leitung erstreckt, wobei der erste innere Kanal an einer radial äußeren Seite des zweiten inneren Kanals angeordnet ist; und eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Öffnungen, die zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Kanal verlaufen.
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Jede der wenigstens einen Leitung von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann außerdem zumindest eine Einlassöffnung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, ein Strömen eines Temperatursteuerfluids in den inneren Kanal zu ermöglichen.
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Die wenigstens eine Leitung von irgendeiner oben erwähnten inneren Wand kann dazu eingerichtet sein, in eine Umfangsrichtung in eine Befestigungsnut eingeschoben zu werden.
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Bei einem anderen Aspekt kann die Erfindung in einer Fluidleitung zur Temperatursteuerung ausgeführt sein, die dazu eingerichtet ist, an einen gekrümmt verlaufenden Abschnitt einer inneren Wand eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine angebracht zu werden. Die Fluidleitung enthält einen länglichen, gekrümmt verlaufenden Körper, der einen inneren Kanal für ein Fluid zur Temperatursteuerung aufweist und zumindest eine Einlassöffnung, die dazu eingerichtet ist, ein Strömen eines Temperatursteuerfluids in den inneren Kanal zu ermöglichen.
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Eine radial inneren Seite des länglichen Körpers von irgendeiner oben erwähnten Temperatursteuerfluidleitung kann eine größere Breite aufweisen als eine radial äußere Seite des länglichen Körpers.
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Die zumindest eine Einlassöffnung von irgendeiner oben erwähnten Temperatursteuerungsfluidleitung kann auf einer radial äußeren Seite des länglichen gekrümmt verlaufenden Körpers angeordnet sein.
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Der innere Kanal von irgendeiner oben erwähnten Temperatursteuerungsfluidleitung kann sich in einer Längsrichtung des länglichen gekrümmt verlaufenden Körpers erstrecken.
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Eine Mehrzahl von Öffnungen von irgendeiner oben erwähnten Temperatursteuerfluidleitung kann sich durch den länglichen, gekrümmt verlaufenden Körper von dem inneren Kanal zu einem äußeren des Körpers erstrecken.
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Die Mehrzahl der Öffnungen kann an einer Innenseite des länglichen, gekrümmt verlaufenden Körpers ausgebildet sein.
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Eine Mehrzahl von Vorsprüngen ist auf zumindest einer Außenfläche des länglichen, gekrümmt verlaufenden Körpers ausgebildet.
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Der innere Kanal kann aufweisen: einen ersten inneren Kanal, der sich in einer Längsrichtung des länglichen, gekrümmt verlaufenden Körpers erstreckt; einen zweiten inneren Kanal, der sich in der Längsrichtung des länglichen, gekrümmt verlaufenden Körpers erstreckt, wobei der erste innere Kanal auf einer radial äußeren Seite des zweiten inneren Kanals angeordnet ist; und eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Öffnungen, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten inneren Kanal erstrecken.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine Darstellung, die die Schnittstelle zwischen den rotierenden Turbinenschaufeln in einem Turbinenabschnitt einer Gasturbine und den umgebenden Bereichen des Turbinengehäuses veranschaulicht;
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2 ist eine Darstellung, die eine Fluidleitung veranschaulicht, die teilweise in einer Befestigungsnut einer inneren Wand einer Turbine eingeschoben ist;
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3 ist eine Darstellung, die eine Fluidleitung veranschaulicht, die vollständig in einer Befestigungsnut einer inneren Wand einer Turbine eingebaut ist;
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4 ist eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fluidleitung, die in einer Befestigungsnut einer inneren Wand einer Turbine eingebaut ist;
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5 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Fluidleitung, die in einer Befestigungsnut einer inneren Wand einer Turbine eingebaut ist;
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6 ist eine perspektivische Teildarstellung eines Bereichs des ersten Ausführungsbeispiels einer Temperatursteuerfluidleitung, die Vorsprünge auf Außenflächen aufweist;
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7 ist eine perspektivische Teildarstellung eines Bereichs eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Temperatursteuerfluidleitung, die Vorsprünge an Außenflächen aufweist; und
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8 ist eine Querschnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer Fluidleitung, die in einer Befestigungsnut einer inneren Wand einer Turbine eingebaut ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 ist eine Darstellung, die einen Bereich eines Turbinenabschnitts einer Gasturbine veranschaulicht. 1 zeigt eine äußere Turbinenwand 100 und eine innere Turbinenwand 110. Die Spitzen von zwei Reihen von Turbinenschaufeln 122 und 124 sind dargestellt. Die Reihen der Turbinenschaufeln 122, 124 sind auf einem Rotor der Turbine angebracht und die Turbinenschaufeln rotieren relativ zu der Innenfläche der inneren Turbinenwand 110. Eine Reihe von stationären Leitschaufeln 130 ist an der inneren Turbinenwand 110 zwischen den beiden Reihen der Turbinenschaufeln 122, 124 angebracht.
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Ringförmig verlaufende Deckbänder 142, 144 sind an der inneren Turbinenwand 110 an Positionen gegenüber den Spitzen der rotierenden Turbinenschaufeln 122, 124 angebracht. Die Deckbänder 142, 144 sind an Deckbandhakenmitteln an der inneren Turbinenwand 110 angebracht. Wie im Abschnitt zum Hintergrund oben beschrieben, ist es notwendig, einen Freiraum zwischen den Spitzen der rotierenden Turbinenschaufeln 122, 124 und den stationären Deckbändern 142, 144 aufrecht zu erhalten. Jedoch ist es auch wünschenswert, den Freiraum zu minimieren, um die Effizienz der Gasturbine zu maximieren.
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1 veranschaulicht, dass Temperatursteuerfluidkanäle 150, 152 in der inneren Turbinenwand 110 ausgebildet sind. Erwärmtes Fluid kann in den Temperatursteuerfluidkanälen 150, 152 zirkulieren, um die Temperatur der inneren Wand der Turbine zu erhöhen, wodurch bewirkt wird, dass sich die innere Wand 110 nach radial außen ausdehnt, wodurch der Freiraum zwischen den Deckbändern 142, 144 und den Spitzen der Turbinenschaufeln 122, 124 vergrößert wird. Gleichzeitig führt das Erhöhen der Temperatur der Deckbänder, eine thermische Längenzunahme der Deckbänder zu verursachen, die zu der Tendenz führt, den Freiraum zu verringern. Diese Faktoren müssen ins Gleichgewicht gebracht werden, um sicherzustellen, dass ein geeignet Temperaturfluid verwendet wird, um den Freiraum in der geeigneten Weise einzustellen.
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Umgekehrt kann ein Kühlfluid durch die Temperatursteuerfluidkanäle 150, 152 zirkulieren, um die Temperatur der inneren Turbinenwand 110 der zu senken, wodurch die innere Wand 110 der Turbine veranlasst wird, sich nach radial innen zusammenziehen, wodurch der Freiraum zwischen den Deckbändern 142, 144 und den Spitzen der Turbinenschaufeln 122, 124 verringert wird. Gleichzeitig verursacht das Kühlen der Deckbänder ein Zusammenziehen der Deckbänder mit der Tendenz, den Freiraum zu vergrößern. Auch hier muss die Temperatur des Fluids sorgfältig gesteuert werden, um sicherzustellen, dass der richtige Freiraum aufrechterhalten wird.
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Zu unterschiedlichen Zeiten kann es vorteilhaft sein, den Freiraum unter Verwendung eines geeigneten Temperaturfluids zu vergrößern oder zu verringern. Jedoch erfordert eine Konstruktion, wie sie in 1 veranschaulicht ist, dass die Fluidkanäle in der inneren Wand der Turbine ausgebildet sind, was teuer sein kann.
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2 veranschaulicht eine Konstruktion, die die Erfindung für eine innere Turbinenwand 110 einer Gasturbine verkörpert, die eine Fluidleitung 200 aufweist, die eine Strömung eines Temperatursteuerfluids aufnehmen kann. Die innere Turbinenwand einer Gasturbine weist typischerweise zwei oder mehr gekrümmt verlaufende über Bolzen miteinander verbundene Abschnitt auf, um eine im Wesentlichen zylindrische innere Turbinenwand zu bilden. 2 veranschaulicht einen Bereich eines gekrümmt verlaufenden Abschnitts der inneren Turbinenwand 110. 2 veranschaulicht auch, dass mehrere Deckbandhackenmittel 114 an der radial inneren Fläche der inneren Turbinenwand 110 ausgebildet sind. Deckbänder, die den Spitzen von rotierenden Turbinenschaufeln gegenüberliegen würden, sind an den Deckbandhakenmitteln 114 angebracht.
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Eine Befestigungsnut 120 ist an der inneren Turbinenwand 110 an einer Stelle ausgebildet, die radial außen und unmittelbar benachbart zu einer der Gruppen von Deckbandhakenmitteln 114 angeordnet ist. Eine längliche, gekrümmt verlaufende Leitung 200 ist in der Befestigungsnut 120 angeordnet. 2 zeigt die Fluidleitung 200, die teilweise in die Befestigungsnut 120 eingesetzt ist. 3 zeigt die Fluidleitung 200, die vollständig in die Befestigungsnut 120 eingesetzt ist. Die 2 und 3 veranschaulichen auch, dass ein Befestigungsblockabschnitt 240 der Fluidleitung mit einem Befestigungsblockabschnitt 112 der inneren Turbinenwand 110 ausgerichtet ist, wenn die Fluidleitung 200 vollständig in die innere Turbinenwand 110 eingesetzt ist.
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4 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer in einer Befestigungsnut 120 einer inneren Turbinenwand 110 angebrachten Fluidleitung 200. Die Fluidleitung 200 hat einen unteren Oberflächenabschnitt 210, der an einer Wand 116 anliegt, die die Befestigungsnut 120 von der Stelle trennt, wo ein Deckband an Deckbandhakenmitteln 114 angebracht ist.
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Die Fluidleitung 200 hat eine gestufte Form, aufweisend einen oberen Abschnitt 230 mit einer kleineren Querschnittsfläche, der einen ersten inneren Kanal 232 umschließt und einen unteren Abschnitt mit einem größeren Querschnitt, der einen zweiten inneren Kanal 220 umschließt. Eine Trennwand 222 mit einer Mehrzahl von Öffnungen 234 trennt der ersten inneren Kanal 232 vom zweiten inneren Kanal 220.
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Der obere Abschnitt 230 stellt auch eine Steifigkeit und eine Festigkeit für die Struktur bereit, was dazu beiträgt, dass der untere Abschnitt seine Form erhalten kann. Dieses wiederum trägt dazu bei zu verhindern, dass irgendeine Deformation des unteren Abschnitts die Form und die Position des darunter liegenden Deckbandes beeinträchtigt.
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Eine Zufuhrleitung 250 ist an dem oberen Abschnitt 230 der Fluidleitung 200 befestigt. Die Zufuhrleitung 250 führt dem ersten inneren Kanal 232 eine Temperatursteuerfluidströmung zu. Das Temperatursteuerfluid kann in einer Umfangsrichtung entlang des ersten inneren Kanals 232 strömen. Das Temperatursteuerfluid kann auch durch die Öffnungen 234 in der Trennwand 222 strömen, um in den zweiten inneren Kanal 220 zu gelangen. Die Trennwand 222 mit Öffnungen 234 trägt dazu bei, eine Temperatursteuerfluidströmung, die dem ersten inneren Kanal 232 zugeführt wird, gleichmäßig um den Umfang der inneren Turbinenwand 110 zu verteilen, bevor das Temperatursteuerfluid über die Öffnungen 234 in den zweiten inneren Kanal 220 eintritt.
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Die Temperatursteuerfluidströmung, die in den zweiten inneren Kanal 220 gelangt, verlässt die Fluidleitung 200 über eine Vielzahl von Öffnungen 212, die die untere Wand 210 der Fluidleitung 200 durchsetzen. Wie es nachfolgend genauer beschrieben ist, sind die äußeren Wände der Fluidleitung 200 von den inneren Wänden der Befestigungsnut 120 beabstandet. Folglich kann das Temperatursteuerfluid entlang des Spalts zwischen den äußeren Wänden der Fluidleitung 200 und den inneren Wänden der Befestigungsnut 120 vorbei gelangen und schließlich zu einer Stelle radial außerhalb der inneren Turbinenwand 110 gelangen. Die Pfeile in 4 veranschaulichen die Strömung des Temperatursteuerfluids, wie es von der Zufuhrleitung 250 in den ersten inneren Kanal 232, von dem ersten inneren Kanal 232 zu dem zweiten inneren Kanal 220, aus den Öffnungen 212, um die Außenseiten der Fluidleitung 200 herum und heraus zu der Stelle radial außerhalb der inneren Turbinenwand 110 gelangt.
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Bei alternativen Ausführungsbeispielen muss das Fluid, das durch den ersten und zweiten inneren Kanal zirkuliert nicht zu einer Stelle radial außerhalb der inneren Wand 110 gelenkt werden. Stattdessen könnte das Fluid gesammelt und für andere Zwecke innerhalb der inneren Turbinenwand 110 verwendet werden.
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Die in 4 veranschaulichte Ausführung bewirkt, dass das Temperatursteuerfluid auf die Wand 116 auftrifft, die benachbart zu den Deckblatthakenmitteln 114 angeordnet ist. Folglich kann das Temperatursteuerfluid die Abschnitte der inneren Turbinenwand und der Deckbänder erwärmen oder kühlen, die direkt gegenüberliegend von den Spitzen der rotierenden Turbinenschaufeln angeordnet sind. Dadurch wird eine schnelle und effektive Steuerung der thermischen Längenzunahme dieser Bereich der Turbine und daher des Freiraumes zwischen den Turbinenschaufeln und dem Deckband bereitgestellt.
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Die gestufte Kontur der Befestigungsnut 120 und die korrespondierende gestufte Kontur der Fluidleitung 200 ermöglichen ein einfaches Montieren der Fluidleitung 200 an der inneren Turbinenwand 110. Die gestufte Kontur, bei der der radial äußere Teil eine kleinere Querschnittskontur aufweist als der radial innere Teil, stellt sicher, dass die Fluidleitung an der inneren Turbinenwand 110 ohne die Verwendung von Befestigungsteilen gehalten ist. Andere Formen für die Befestigungsnut 120 und die Fluidleitung 200 könnten gleichartige Funktionen erfüllen. Zum Beispiel könnte die Befestigungsnut 120 und die Fluidleitung 200 eine trapezförmige oder dreieckförmige Kontur aufweisen, wobei die radial äußeren Bereiche eine kleinere Dimension aufweisen als die radial inneren Bereiche. Auch muss bei einigen Ausführungsbeispielen die Kontur der Befestigungsnut nicht mit der Kontur der Fluidleitung übereinstimmen.
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5 veranschaulicht eine alternative Ausführung für die Fluidleitung 200. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist keine Trennwand zwischen dem ersten Fluidkanal 232 und dem zweiten Fluidkanal 220 vorhanden. Dieses Ausführungsbeispiel kann bei Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen es weniger wichtig ist sicherzustellen, dass das Temperatursteuerfluid um den Umfang verteilt wird. Das Weglassen der Trennwand würde die Strömungsdrosselung reduzieren.
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6 veranschaulicht, dass eine Mehrzahl von Vorsprüngen 242, 244, 246 an Außenwänden einer Fluidleitung 200, die die Erfindung verkörpert, ausgebildet sein können. Die Vorsprünge 242, 244, 246 dienen dazu, die Außenwände der Fluidleitung 200 von den Innenwänden einer Befestigungsnut 120 in der inneren Turbinenwand 110 zu beabstanden. Das Beibehalten eines Abstands ermöglicht es dem Temperatursteuerfluid, in den Raum zwischen des Außenwänden der Fluidleitung 200 und den Innenwänden der Befestigungsnut 120 zu gelangen, wie es in den 4 und 5 veranschaulich ist. Obwohl es in 6 nicht veranschaulicht ist, würden gleichartige Vorsprünge an der unteren Wand der Fluidleitung 200 ausgebildet sein.
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Bei dem in 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Vorsprünge 242, 244, 246 in der Längsrichtung der Fluidleitung 200 länglich ausgestaltet. Außerdem sind die Vorder- und Hinterkanten der Vorsprünge abgeschrägt. Die abgeschrägte, längliche Gestalt der Vorsprünge 242, 244, 246 ist dazu gestaltet, das Gleiten der Fluidleitung 200 in eine Befestigungsnut 120 der inneren Turbinenwand 110 zu erleichtern.
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7 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Fluidleitung 200. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Vorsprünge als Rippen 248 ausgebildet, die sich um die Außenwände der Fluidleitung 200 herum erstrecken.
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Obwohl lediglich eine einzige Rippe 248 in 7 veranschaulich ist, können mehrere Rippen 248 entlang der Länge der Fluidleitung 200 angeordnet werden. Die Rippen 248 erstrecken sich im Wesentlichen in dieselbe Richtung, in der das Temperatursteuerfluid entlang der Außenseiten der Fluidleitung 200 strömt. Daher würden die Rippen 248 die Strömung nicht verhindern und können dazu dienen, die Strömung des Temperatursteuerfluids zu leiten.
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8 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel einer Fluidleitung 300, die in einer Befestigungsnut 320 einer inneren Turbinenwand 110 angebracht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine Vorsprünge an den Außenwänden der Fluidleitung 300 ausgebildet. Folglich können die untere Wand 310 und die seitlichen Außenwände der Fluidleitung 300 in direktem Kontakt mit den inneren Wänden der Befestigungsnut 320 stehen.
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Wenn ein Ausführungsbeispiel einer Fluidleitung wie in 8 veranschaulicht in einer inneren Turbinenwand 10 verwendet wird, würde eine oder würden mehrere mit dem inneren Kanal 320 der Fluidleitung 300 gekoppelte Leitung dazu verwendet werden, dem inneren Kanal 320 eine eingehende Temperatursteuerfluidströmung zuzuführen und eine oder mehrere der Leitungen, die mit dem inneren Kanal 320 gekoppelt sind, würden eine Temperatursteuerfluidströmung entnehmen. Die zum Zuführen einer eingehenden Strömung verwendeten Leitungen und die zum Entnehmen einer ausgehenden Strömung verwendeten Leitungen würden um die Fluidleitung herum positioniert werden, um ein vorherbestimmtes Strömungsmuster durch den inneren Kanal 320 der Fluidleitung 300 zu verursachen.
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Eine Fluidleitung wie oben beschrieben, kann einfach an einer inneren Turbinenwand angebracht werden, um das Steuern eines Freiraums zwischen den Spitzen von Turbinenschaufeln und den umgebenden Deckbändern zu steuern. Die Fluidleitungen können einfach in die zugeordneten Befestigungsnuten eingesetzt und aus den zugeordneten Befestigungsnuten entfernt werden, wenn die Abschnitte der inneren Turbinenwand zur Wartung und Reparatur voneinander getrennt werden. Außerdem können die Befestigungsnuten für die oben beschriebenen Fluidleitungen in existierende inneren Turbinenwände eingebracht werden, wodurch es ermöglicht wird, solche Fluidleitungen in existierende Turbinen nachzurüsten, denen es an einer Möglichkeit zur aktiven Steuerung des Freiraums zwischen den Spitzen der Turbinenschaufeln und den umgebenden Deckbändern fehlt.
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Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was zur Zeit als praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform angesehen wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass es im Gegenteil beabsichtigt ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen zu umfassen, die im Gedanken und dem Bereich der beigefügten Patentansprüche enthalten sind.
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Eine innere Turbinenwand für eine Gasturbine enthält eine oder mehrere Befestigungsnuten, von denen jede eine Fluidleitung aufnimmt. Ein Temperatursteuerfluid zirkuliert durch die Fluidleitung um umgebende Bereiche der inneren Turbinenwand wahlweise zu erwärmen oder zu kühlen, um dabei die thermische Ausdehnung dieser Bereiche der inneren Turbinenwand zu steuern. Dadurch ist es möglich, einen Freiraum zwischen den Spitzen von rotierenden Turbinenschaufeln und den umgebenden Deckbändern der Turbine selektiv zu steuern.
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Bezugszeichenliste
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- 122, 124
- Turbinenschaufeln
- 110
- Innere Wand
- 130
- Stationäre Leitschaufel
- 142, 144
- Deckbänder
- 150, 152, 220, 232
- Fluidkanäle
- 200, 300
- Fluidleitung
- 114
- Deckbandhakenmittel
- 120, 320
- Befestigungsnuten
- 114
- Anbringungshaken
- 112, 240
- Blockabschnitt
- 116
- Wand
- 230
- Oberer Abschnitt
- 220, 232, 320
- Innerer Kanal
- 222
- Trennwand
- 250
- Zufuhrleitung
- 234
- Öffnungen
- 210
- Untere Wand
- 242, 244, 246
- Vorsprünge
- 248
- Einzelne Rippe
- 310
- Untere Wand
