-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein auf Basis von Verbrennung arbeitende Strömungsmaschinen („Gasturbinen“) und genauer Ringhohlraumdichtungssysteme und -verfahren für die Gasturbinen.
-
Im Betrieb wird wegen der extremen Temperaturen des Heißgaswegs darauf geachtet, dass keine Komponenten Temperaturen erreichen, die ihre Funktions- oder Leistungsfähigkeit beschädigen oder herabsetzen würden. Ein Bereich, der besonders empfindlich gegenüber hohen Temperaturen ist, ist der Raum proximal vom Heißgasweg. Dieser Bereich, der oft als der innere Radraum oder Ringhohlraum der Turbine bezeichnet wird, enthält Turbinenräder oder Rotoren, an denen die rotierenden Laufschaufeln befestigt sind. Zwar sind die Laufschaufeln dafür ausgelegt, den hohen Temperaturen des Heißgaswegs standzuhalten, aber die Rotoren sind dies nicht, und somit muss verhindert werden, dass das Arbeitsfluid des Heißgaswegs in den Ringhohlraum strömt. Allerdings wird man erkennen, dass notwendigerweise axiale Lücken zwischen den rotierenden Schaufeln und den sie umgebenden stationären Teilen vorliegen, und dass die heißen Gase des Arbeitsfluids durch eben diese Lücken in die innen liegenden Regionen gelangen. Außerdem können sich diese Lücken wegen der Art und Weise, wie sich die Maschine erwärmt und aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und abhängig von der Art und Weise, wie die Maschine betrieben wird, ausdehnen und zusammenziehen. Diese Größenvariabilität macht eine gute Abdichtung dieser Lücken zu einer schwierigen Aufgabe für den Konstrukteur.
-
Genauer weisen Gasturbinen einen Turbinenabschnitt mit mehreren Reihen von Leitschaufeln und Laufschaufeln auf, wobei sich die Stufen der Laufschaufeln gemeinsam gegen die stationären Leitbleche der Leitschaufeln drehen. Die Leitschaufeln und dazugehörige Baugruppen erstrecken sich in einen Ringhohlraum, der zwischen zwei Stufen der Laufschaufeln ausgebildet ist. Dichtungen sind zwischen den Innendeckbändern der Laufschaufeln und der Leitschaufeln und zwischen der proximalen Oberfläche des Laufschaufelbodens und den beiden Rotorscheibenranderweiterungen ausgebildet. Man wird erkennen, dass der Heißgasströmungsdruck auf der vorderen Seite der Leitschaufeln höher ist als auf der hinteren Seite und dass somit ein Druckdifferential innerhalb des Ringhohlraums existiert. Im Stand der Technik können Dichtungen an der proximalen Oberfläche des Statorbodens verwendet werden, um einen Leckstrom über der Reihe der Leitschaufeln einzudämmen. Außerdem können Messerschieberdichtungen an der Leitraddeckplatte verwendet werden, um eine Dichtung gegen die Aufnahme von heißen Gasen in den Ringhohlraum herzustellen. Die Aufnahme von heißen Gasen in den Ringhohlraum wird so weit wie möglich verhindert, da die Rotorscheiben im Vergleich zu den Blättern aus weniger temperaturbeständigem Material gefertigt sind. Die hohen Belastungen, die auf die Rotorscheiben wirken, schwächen zusammen mit der Einwirkung von hohen Temperaturen die Rotorscheibe thermisch und verkürzen ihre Standzeit. Derzeit wird Sperrkühlluft, die aus dem Statorboden abgegeben wird, genutzt, um dem heißen Gas den Zutritt zum Ringhohlraum zu versperren.
-
Bei der Eindämmung des Leckstroms in den Ringhohlraum zur Reduktion der Nutzung von Sperrluft wurden aber kaum Fortschritte gemacht. Schwierigkeiten in Bezug auf die Verteilung der Sperrluft führen zu einer ineffizienten Nutzung, was natürlich teuer ist. Es liegt auf der Hand, dass Sperrluftsysteme die Herstellungs- und Wartungskosten der Maschine erhöhen und, was die Beibehaltung eines gewünschten Druckpegels oder Abstroms aus dem Ringhohlraum betrifft, häufig ungenau sind. Ferner wirken sich Sperrluftströme negativ auf die Leistung und den Wirkungsgrad der Turbine aus. Das heißt, erhöhte Mengen an Sperrluft senken die Ausgangsleistung und den Wirkungsgrad der Maschine. Somit wird danach gestrebt, die Verwendung von Sperrluft zu minimieren. Infolgedessen besteht nach wir vor ein Bedarf an verbesserten Verfahren, Systemen und/oder Vorrichtungen, welche die Lücken, Fugenhohlräume und/oder Ringhohlräume gegen die heißen Gase des Heißgaswegs besser abdichten.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Anmeldung beschreibt somit eine Strömungsmaschine mit einer Turbine, die eine Leitschaufel und eine Laufschaufel mit einer in einem Fugenhohlraum ausgebildeten Dichtung aufweist. Der Fugenhohlraum kann eine axiale Lücke zwischen einander gegenüber liegenden proximalen Stirnflächen der Leitschaufel und der Laufschaufel beinhalten. Die Dichtung kann aufweisen: eine Statorauskragung, die sich von der Leitschaufel zur Laufschaufel hin erstreckt und eine distale Kante und eine proximale Kante und eine dazwischen definierte Auskragungsstirnfläche aufweist; eine distale Rotorstirnfläche, die sich radial proximal von einer Plattformkante aus erstreckt, wobei die distale Rotorstirnfläche zumindest einem Abschnitt der Auskragungsstirnfläche über die axiale Lücke des Fugenhohlraums hinweg gegenüber liegt; und einen ersten axialen Vorsprung, der sich von der distalen Rotorstirnfläche zur Leitschaufel hin erstreckt. Die Statorauskragung und der erste axiale Vorsprung der Laufschaufel können so gestaltet sein, dass sie sich axial überlagern.
-
Der erste axiale Vorsprung kann in Bezug auf die Statorauskragung proximal angeordnet sein, so dass die Statorauskragung zumindest über ein vorderes Ende des ersten axialen Vorsprungs vorkragt.
-
Der erste axiale Vorsprung der Gasturbine kann einen gebogenen („Angel Wing“) Vorsprung umfassen, der an dem vorderen Ende eine nach oben stehende Finne aufweist.
-
Die distale Kante jeder der oben genannten Gasturbinen kann an einer inneren Begrenzung eines durch die Turbine hindurch verlaufenden Strömungswegs liegen; und dabei liegt eine Plattformkante an der inneren Begrenzung des durch die Turbine verlaufenden Strömungswegs.
-
Die Statorauskragung jeder der oben genannten Gasturbinen kann eine Auskragungsoberseite umfassen, die einen Teil der inneren Begrenzung des Strömungswegs definiert; und dabei umfasst die Rotorscheibe eine Plattform, die axial von der Plattformkante ausgeht, um einen Teil der inneren Begrenzung des Strömungswegs zu definieren.
-
Die distale Rotorstirnfläche jeder der oben genannten Gasturbinen kann eine Tasche umfassen, die zwischen einem vorkragenden Nasenabschnitt der Plattform und dem ersten axialen Vorsprung definiert ist.
-
Die proximale Kante der Statorauskragung jeder der oben genannten Gasturbinen kann eine axial abstehende Kante umfassen; und dabei überlagern sich die abstehende proximale Kante der Statorauskragung und die Tasche der distalen Rotorstirnfläche in der axialen Richtung.
-
Die abstehende proximale Kante der Statorauskragung jeder der oben genannten Gasturbinen kann radial mit einer radial mittleren Region der Tasche der distalen Rotorstirnfläche zusammenfallen.
-
Die distale Kante der Statorauskragung kann eine axial abstehende Kante umfassen; dabei umfasst die proximale Kante der Statorauskragung eine axial abstehende Kante; und dabei definieren die abstehende proximale Kante und die abstehende distale Kante einen eingetieften Abschnitt der Auskragungsstirnfläche der Statorauskragung.
-
Die distale Kante der Tasche der distalen Rotorstirnfläche kann den eingetieften Abschnitt der Auskragungsstirnfläche radial überlagern.
-
Die distale Kante der Tasche der distalen Rotorstirnfläche jeder der oben genannten Gasturbinen kann radial mit einem radial mittleren Bereich des eingetieften Abschnitts der Auskragungsstirnfläche zusammenfallen.
-
Die proximale Rotorstirnfläche jeder der oben genannten Gasturbinen kann einen zweiten axialen Vorsprung umfassen, der in Richtung auf die Leitschaufel davon vorsteht; und dabei sind die Statorauskragung und der zweite axiale Vorsprung der Laufschaufel so gestaltet, dass sie sich axial überlagern.
-
Der zweite axiale Vorsprung jeder der oben genannten Gasturbinen kann einen gebogenen („Angel Wing“) Vorsprung umfassen, wobei der zweite axiale Vorsprung eine größere axiale Länge aufweist als der erste axiale Vorsprung; dabei umfasst die Statorauskragung entgegengesetzt zur Auskragungsoberseite eine Auskragungsunterseite, die sich axial von der proximale Kante der Statorauskragung zu einer sich radial erstreckenden proximalen Statorstirnfläche erstreckt, und dabei erstreckt sich eine proximale Rotorstirnfläche radial proximal von der distalen Rotorstirnfläche, und dabei liegt die proximale Rotorstirnfläche zumindest einem Abschnitt der proximalen Statorstirnfläche über die axiale Lücke des Fugenhohlraums hinweg gegenüber.
-
Die proximale Statorstirnfläche jeder der oben genannten Gasturbinen kann einen axialen Vorsprung umfassen, der in Richtung auf die Laufschaufel davon vorsteht; dabei sind der axiale Vorsprung der Leitschaufel und der zweite axiale Vorsprung der Laufschaufel so gestaltet, dass sie sich axial überlagern.
-
Der zweite axiale Vorsprung der Laufschaufel jeder der oben genannten Gasturbinen kann proximal vom axialen Vorsprung der Leitschaufel angeordnet sein, so dass der axiale Vorsprung der Leitschaufel zumindest über das vordere Ende des zweiten axialen Vorsprungs der Laufschaufel vorkragt.
-
Die axiale Überlagerung zwischen der Leitschaufel und der Laufschaufel jeder der oben genannten Gasturbinen über den Fugenhohlraum hinweg kann so gestaltet sein, dass sie eine Einsenkungsinstallation einer der Leitschaufeln in Bezug auf eine entsprechende bereits eingebaute Laufschaufel ermöglicht.
-
Die Dichtung jeder der oben genannten Gasturbinen kann eine distale Struktur aufweisen, die eine entsprechende proximale Struktur axial überlagert; und dabei befindet sich die distale Struktur an der Leitschaufel und die proximale Struktur befindet sich an der Laufschaufel.
-
Der Fugenhohlraum jeder der oben genannten Gasturbinen kann eine axiale Lücke aufweisen, die sich in Umfangsrichtung zwischen den rotierenden Teilen und den stationären Teilen der Turbine erstreckt; und dabei weist die Laufschaufel ein Blatt auf, das in dem durch die Turbine verlaufenden Strömungsweg liegt und mit einem dort hindurch strömenden Arbeitsfluid interagiert; und dabei weist die Turbinenleitschaufel ein Blatt auf, das in dem durch die Turbine verlaufenden Strömungsweg liegt und mit dem dort hindurch strömenden Arbeitsfluid interagiert.
-
Der Fugenhohlraum jeder der oben genannten Gasturbinen kann einen umfassen, der zwischen einer in Strömungsrichtung oberen Seite der Laufschaufel und einer in Strömungsrichtung unteren Seite der Leitschaufel ausgebildet ist; und dabei umfasst die Dichtung ein axiales Profil zwischen einer Reihe von Laufschaufeln, die ebenso aufgebaut sind wie die Laufschaufel und einer Reihe von Leitschaufeln, die ebenso aufgebaut sind wie die Leitschaufel.
-
Der Fugenhohlraum jeder der oben genannten Gasturbinen kann einen umfassen, der zwischen einer in Strömungsrichtung unteren Seite der Laufschaufel und einer in Strömungsrichtung oberen Seite der Leitschaufel ausgebildet ist; und dabei umfasst die Dichtung ein axiales Profil zwischen einer Reihe von Laufschaufeln, die ebenso aufgebaut sind wie die Laufschaufel und einer Reihe von Leitschaufeln, die ebenso aufgebaut sind wie die Leitschaufel.
-
Diese und andere Merkmale der vorliegenden Anmeldung werden bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen deutlich werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden können durch die eingehende Lektüre der folgenden ausführlicheren Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden und gewürdigt werden können, wobei:
-
1 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Strömungsmaschine ist, in der Schaufelbaugruppen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
-
2 eine Querschnittsdarstellung des Verdichterabschnitts der auf Verbrennung basierenden Strömungsmaschine von 1 ist;
-
3 eine Querschnittsdarstellung des Turbinenabschnitts der auf Verbrennung basierenden Strömungsmaschine von 1 ist;
-
4 eine schematische Querschnittsdarstellung des radial inneren Abschnitts mehrerer Reihen von Lauf- und Leitschaufeln gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
-
5 eine Querschnittsdarstellung einer Fugenhohlraumdichtungsbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
-
6 eine Querschnittsdarstellung einer Fugenhohlraumdichtungsbaugruppe gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
-
7 eine Querschnittsdarstellung eines Fugenhohlraums ist, der eine Dichtungsanordnung mit einer Luftschleieranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist;
-
8 eine Querschnittsdarstellung eines Fugenhohlraums ist, der eine Dichtungsanordnung mit einer Luftschleieranordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
-
9 eine Querschnittsdarstellung eines Fugenhohlraums ist, der eine Dichtungsanordnung mit einer Luftschleieranordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist; und
-
10 eine Querschnittsdarstellung eines Fugenhohlraums ist, der eine Dichtungsanordnung mit einer Luftschleieranordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung geschildert oder können aus der Beschreibung hervorgehen oder können durch die Praktizierung der Erfindung erlernt werden. Nun wird ausführlich auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die eines oder mehrere Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Die ausführliche Beschreibung verwendet numerische Bezeichnungen, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug zu nehmen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung können verwendet werden, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Ausführungsformen der Erfindung Bezug zu nehmen. Man beachte, dass jedes Beispiel zur Erläuterung der Erfindung, aber nicht zur Beschränkung der Erfindung angegeben wird. Tatsächlich wird der Fachmann erkennen, dass Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von ihrem Bereich oder Gedanken abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben werden, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch andere Ausführungsform zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Änderungen, die im Bereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen, abdecken. Man beachte, dass die hierin genannten Bereiche und Grenzen sämtliche Teilbereiche beinhalten, die innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegen, einschließlich der Grenzen an sich, solange nichts anderes angegeben ist. Außerdem wurden bestimmte Begriffe gewählt, um die vorliegende Erfindung und die Teilsysteme und Bauteile, aus denen sie aufgebaut ist, zu beschreiben. So weit möglich wurden diese Begriffe auf Basis der Terminologie gewählt, die auf dem Gebiet der Technik üblich ist. Dennoch ist zu beachten, dass solche Begriffe häufig unterschiedlich interpretiert werden. Etwas, das hierin beispielsweise als einzelne Komponente bezeichnet werden kann, kann anderswo als etwas betrachtet werden, das aus mehreren Komponenten besteht, oder etwas, das hierin als etwas bezeichnet werden kann, das mehrere Komponenten aufweist, kann anderswo als einzelne Komponente betrachtet werden. Um den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verstehen, sollte man nicht nur auf die jeweils verwendete Terminologie achten, sondern auch auf die begleitende Beschreibung und auf den Kontext, ebenso wie auf den Aufbau, die Gestaltung, die Funktion und/oder die Nutzung der benannten und beschriebenen Komponente, einschließlich der Art und Weise, wie der Begriff auf die mehrere Figuren Bezug nimmt, ebenso wie natürlich auf die exakte Verwendung der Terminologie in den beigefügten Ansprüchen. Obwohl die folgenden Beispiele in Bezug auf eine bestimmte Art von Turbine bzw. Strömungsmaschine präsentiert werden, kann die Technik der vorliegenden Erfindung auch auf andere Arten von Turbinen anwendbar sein, wie ein Durchschnittsfachmann auf dem einschlägigen technischen Gebiet erkennen wird.
-
Angesichts der Natur eines Strömungsmaschinenbetriebs können in der Beschreibung mehrere veranschaulichende Begriffe verwendet werden, um die Funktionsweise der Maschine und/oder der darin enthaltenen mehreren Teilsysteme oder Komponenten zu erläutern, und es mag von Vorteil sein, diese Begriffe zu Beginn dieses Abschnitts zu definieren. So sind diese Begriffe und ihre Definitionen, solange nichts anderes angegeben wird, wie folgt. Ohne weitere Spezifizierung bezeichnen die Begriffe „(der/die/ das) vordere“ bzw. „(der/die/das) hintere“ Richtungen in Bezug auf die Ausrichtung der Gasturbine. Das heißt, „(der/die/das) vordere“ bezeichnet das vordere oder verdichterseitige Ende der Maschine, und „hintere“ bezeichnet das hintere oder turbinenseitige Ende der Maschine. Man beachte, dass jeder dieser Begriff verwendet werden kann, um eine Bewegung oder relative Position innerhalb der Maschine anzugeben. Die Begriffe „in Strömungsrichtung unten“ und „in Strömungsrichtung oben“ werden verwendet, um eine Position innerhalb eines bestimmten Leitungswegs in Bezug auf die allgemeine Richtung des dort hindurchfließenden Stroms anzugeben. (Man beachte, dass diese Begriffe eine Richtung in Bezug auf einen während eines Normalbetriebs erwarteten Strom angeben, was sich für einen Durchschnittsfachmann von selbst verstehen wird). Der Begriff „in Strömungsrichtung unten“ bezeichnet die Richtung, in der das Fluid durch die bezeichnete Leitung strömt, während „in Strömungsrichtung oben“ die dazu entgegengesetzte Richtung bezeichnet. So kann zum Beispiel der primäre Strom eines Arbeitsfluids durch eine Strömungsmaschine, der zu Anfang aus Luft besteht, die sich durch den Verdichter bewegt, und dann in der Brennkammer und jenseits davon zu Brenngasen wird, so beschrieben werden, dass er an einer in Strömungsrichtung oberen Stelle nahe eines oberen oder vorderen Endes des Verdichters beginnt und an einer in Strömungsrichtung unteren Stelle in der Nähe eines unteren oder hinteren Endes der Turbine endet. Was die Beschreibung eines Stroms innerhalb einer Brennkammer einer herkömmlichen Art betrifft, ist zu beachten, dass, wie weiter unten ausführlicher erörtert werden wird, aus dem Verdichter abgegebene Luft typischerweise durch Prallöffnungen in die Brennkammer eintritt, die (in Bezug auf die Längsachse der Brennkammer und die oben genannten Unterscheidungen zwischen (der/die/das) vordere/hintere, mit denen Verdichter-/Turbinenpositionen definiert werden) zum hinteren Ende der Brennkammer konzentriert sind. Nach ihrem Eintritt in die Brennkammer wird die verdichtete Luft von einem Ringkanal, der um eine Innenkammer herum ausgebildet ist, zum vorderen Ende der Brennkammer geleitet, wo der Luftstrom in die Innenkammer eintritt und, nachdem er seine Strömungsrichtung umgekehrt hat, zum hinteren Ende der Brennkammer strömt. In einem noch anderen Kontext können Kühlmittelströme durch Kühlmittelleitungswege auf die gleiche Weise behandelt werden.
-
Außerdem können angesichts dessen, dass der Verdichter und die Turbine mit einer gemeinsamen Mittelachse gestaltet sind, ebenso wie angesichts der zylindrischen Struktur, die vielen Brennkammertypen gemeinsam ist, hierin Begriffe verwendet werden, die eine Position in Bezug auf eine Achse beschreiben. Was dies betrifft, so ist zu beachten, dass der Begriff „radial“ eine Bewegung oder Position senkrecht zu einer Achse bezeichnet. In diesem Zusammenhang kann es nötig sein, einen relativen Abstand von der Mittelachse zu beschreiben. Wenn beispielsweise eine erste Komponente näher an der Mittelachse liegt als eine zweite Komponente, wird in diesem Fall die erste Komponente als „radial weiter innen“ oder „proximal“ von der zweiten Komponente beschrieben. Wenn dagegen die erste Komponente weiter weg von der Mittelachse liegt als die zweite Komponente, wird die erste Komponente hierin als „radial weiter außen“ oder „distal“ von der zweiten Komponente beschrieben. Außerdem ist zu beachten, dass der Begriff „axial“ eine Bewegung oder Position parallel zu einer Achse bezeichnet. Schließlich bezeichnet der Begriff „in Umfangsrichtung“ eine Bewegung oder Position um eine Achse. Zwar können diese Begriff wie gesagt in Bezug auf die gemeinsame Mittelachse verwendet werden, die sich durch den Verdichter- und den Turbinenabschnitt der Maschine erstreckt, aber diese Begriffe können auch in Bezug auf andere Komponenten oder Teilsysteme der Maschine verwendet werden. Zum Beispiel ist im Falle einer zylindrisch geformten Brennkammer, die in vielen Strömungsmaschinen üblich ist, die Achse, die diesen Begriffen eine relative Bedeutung gibt, die Längsachse, die sich durch die Mitte der Querschnittsform erstreckt, die zu Anfang zylindrisch ist, aber näher zur Turbine mehr und mehr in eine Ringform übergeht.
-
1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine 10. Im Allgemeinen arbeiten Gasturbinen durch Extrahieren von Energie aus einem verdichteten Strom von heißem Gas, das durch die Verbrennung von Brennstoff in einem Strom verdichteter Luft produziert wird. Wie in 1 dargestellt ist, können Gasturbinen 10 aus einem axialen Verdichter 11, der durch eine gemeinsame Welle oder einen Rotor mechanisch mit einem nachgelagerten Turbinenabschnitt oder einer Turbine 12 verbunden ist, und einer zwischen dem Verdichter 11 und der Turbine 12 angeordneten Brennkammer 13 aufgebaut sein.
-
2 zeigt eine Ansicht eines Beispiels für einen mehrstufigen axialen Verdichter 11, der in der Gasturbine von 1 verwendet werden kann. Wie dargestellt, kann der Verdichter 11 mehrere Stufen aufweisen. Jede Stufe kann eine Reihe von Verdichterlaufschaufeln 14 aufweisen, an die sich eine Reihe von Verdichterleitschaufeln 15 anschließt. Somit kann eine erste Stufe eine Reihe von Verdichterlaufschaufeln 14 aufweisen, die sich um eine Mittelachse drehen und an die sich eine Reihe von Verdichterleitschaufeln 15 anschließt, die während des Betriebs stationär bleiben.
-
3 zeigt eine Teilansicht eines Beispiels für einen Turbinenabschnitt oder eine Turbine 12, der bzw. die in der Gasturbine von 1 verwendet werden kann. Die Turbine 12 kann mehrere Stufen aufweisen. Als Beispiel sind drei Stufen dargestellt, aber es können mehr oder weniger Stufen in der Turbine 12 vorhanden sein. Eine erste Stufe weist mehrere Turbinenschaufeln oder Laufschaufeln 16 („Laufschaufeln“) auf, die sich während des Betriebs um die Welle drehen, sowie mehrere Düsen oder Leitschaufeln („Leitschaufeln“) 17, die während des Betriebs stationär bleiben. Die Leitschaufeln 17 sind allgemein in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und um die Drehachse fixiert. Die Laufschaufeln 16 können so an einer (nicht gezeigten) Turbinenscheibe bzw. einem Turbinenrad montiert sein, dass sie sich um eine Welle drehen. Es ist auch eine zweite Stufe der Turbine 12 dargestellt. Die zweite Stufe weist mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Leitschaufeln 17 auf, an die sich mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Laufschaufeln 16 anschließen, die drehfähig ebenfalls an einem Turbinenrad montiert sind. Es ist auch eine dritte Stufe dargestellt, die ebenso mehrere Leitschaufeln 17 und Laufschaufeln 16 aufweist. Man wird erkennen, dass die Leitschaufeln 17 und die Laufschaufeln 16 im Heißgasweg der Turbine 12 liegen. Die Richtung des Stroms der heißen Gase durch den Heißgasweg wird von dem Pfeil angegeben. Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Turbine 12 mehr oder manchmal auch weniger Stufen aufweisen kann als in 3 dargestellt. Jede zusätzliche Stufe kann eine Reihe von Leitschaufeln 17 aufweisen, an die sich eine Reihe von Laufschaufeln 16 anschließt.
-
In einem Betriebsbeispiel kann die Drehung der Verdichterlaufschaufeln 14 innerhalb des axialen Verdichters 11 einen Luftstrom verdichten. In der Brennkammer 13 kann Energie freigesetzt werden, wenn die verdichtete Luft mit Brennstoff vermischt und entzündet wird. Der resultierende Strom heißer Gase aus der Brennkammer 13, der als Arbeitsfluid bezeichnet werden kann, wird dann über die Laufschaufeln 16 gelenkt, wobei der Strom des Arbeitsfluids die Drehung der Laufschaufeln 16 um die Welle induziert. Dadurch wird die Energie des Arbeitsfluidstroms in die mechanische Energie der Laufschaufeln und, wegen der Verbindung zwischen den Laufschaufeln und der Welle, der Drehwelle umgewandelt. Die mechanische Energie der Welle kann dann verwendet werden, um die Verdichterlaufschaufeln 14 drehend anzutreiben, so dass die notwendige Zufuhr von Druckluft erzeugt wird, und beispielsweise auch für einen Generator, um Elektrizität zu erzeugen.
-
4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung mehrerer Schaufelreihen, wie sie in einer Turbine gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung konfiguriert sein können. Ein Fachmann wird erkennen, dass die Darstellung die proximale Struktur von zwei Reihen aus Laufschaufeln 16 und Leitschaufeln 17 beinhaltet. Jede Laufschaufel 16 weist allgemein auf: ein Blatt 30, das im Heißgasweg liegt und mit dem Arbeitsfluid der Turbine (dessen Strömungsrichtung von einem Pfeil 31 angezeigt wird) interagiert, einen Schwalbenschwanz 32, der die Laufschaufel 16 an einer Rotorscheibe 34 befestigt, und zwischen dem Blatt 30 und dem Schwalbenschwanz 32 eine Komponente, die typischerweise als Schaft 36 bezeichnet wird. Wie hierin verwendet, soll mit Schaft 36 der Abschnitt der Laufschaufel 16 bezeichnet werden, der zwischen der Befestigungseinrichtung, das heißt in diesem Fall dem Schwalbenschwanz 32, und dem Blatt 30 liegt. Die Laufschaufel 16 kann ferner eine Plattform 38 an der Verbindung des Schaftes 36 mit dem Blatt 30 aufweisen. Jede Leitschaufel 17 weist allgemein ein Blatt 40 auf, das im Heißgasweg liegt und mit dem Arbeitsfluid interagiert, und in radialer Richtung gesehen proximal zum Blatt 40 eine innere Seitenwand 42 und einen Boden 44. Typischerweise bildet die innere Seitenwand 42 eine Einheit mit dem Blatt 40 und bildet die innere Begrenzung für den Heißgasweg. Der Boden 44 ist typischerweise an der inneren Seitenwand 42 angebracht (kann aber auch als Einheit mit dieser ausgebildet sein) und erstreckt sich in einer radialen Richtung einwärts, um mit rotierenden Komponenten, die einwärts gleich dahinter angeordnet sind, eine Dichtung 45 zu bilden.
-
Man wird erkennen, dass axiale Lücken zwischen rotierenden und stationären Komponenten entlang des in radialer Richtung gesehen inneren Randes oder der proximalen Begrenzung des Heißgaswegs vorhanden sind. Diese Lücken, die hierin als „Fugenhohlräume 50“ bezeichnet werden, sind deswegen vorhanden, weil zwischen den rotierenden Teilen (d.h. den Laufschaufeln 16) und den stationären Teilen (d.h. den Leitschaufeln 17) Platz gelassen werden muss. Wegen der Art und Weise, wie sich die Maschine bei verschiedenen Lastpegeln erwärmt und arbeitet, ebenso wie wegen der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten von einigen der Komponenten variiert die Breite des Fugenhohlraums 50 (d.h. der axiale Abstand über der Lücke) im Allgemeinen. Das heißt, der Fugenhohlraum 50 kann abhängig von der Art und Weise, wie die Maschine betrieben wird, weiter oder schmäler werden. Da es sehr ungünstig ist, wenn die rotierenden Teile an den stationären Teilen reiben, muss die Maschine so konstruiert werden, dass da, wo Fugenhohlräume 50 vorhanden sind, während aller Betriebsbedingungen zumindest ein gewisser Raum bleibt. Dies hat allgemein einen Fugenhohlraum 50 zum Ergebnis, der während mancher Betriebsbedingungen einen schmalen Durchlass bietet und während anderer Betriebsbedingungen einen relativ breiten Durchlass bietet. Natürlich ist ein Fugenhohlraum 50 mit einem relativ breiten Durchlass nicht erstrebenswert, da er den Zustrom von mehr Arbeitsfluid in den Turbinenradraum begünstigt.
-
Man beachte, dass ein Fugenhohlraum 50 generell an jeder Stelle entlang der radial inneren Begrenzung des Heißgaswegs vorhanden ist, wo rotierende Teile an stationäre Teile angrenzen. Wie dargestellt, ist daher ein Fugenhohlraum 50 zwischen der Abströmkante der Laufschaufel 16 und der Anströmkante der Leitschaufel 17 und zwischen der Abströmkante der Leitschaufel 17 und der Anströmkante der Laufschaufel 16 ausgebildet. Was die Laufschaufeln 16 betrifft, so definiert typischerweise der Schaft 36 einen Rand des Fugenhohlraums 50, und was die Leitschaufeln 17 betrifft, so definiert bzw. definieren die innere Seitenwand 42 oder andere ähnliche Komponenten den anderen Rand des Fugenhohlraums 50. Axiale Vorsprünge 51, die nachstehend ausführlicher erörtert werden, können innerhalb des Fugenhohlraums 50 so gestaltet sein, dass sie einen gewundenen Weg oder eine gewundene Dichtung bereitstellen, der bzw. die den Zustrom von Arbeitsfluid begrenzt. Die axialen Vorsprünge 51 können als radiale, dünne Erweiterungen definiert werden, die von der proximalen Struktur oder den proximalen Stirnflächen der Laufschaufeln 16 und Leitschaufeln 17 vorstehen, die einander über den Fugenhohlraum 50 hinweg gegenüber liegen. Man wird erkennen, dass die axialen Vorsprünge 51 an jeder von den Schaufeln 16, 17 so enthalten sein können, dass sie sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Turbine erstrecken. Wie gezeigt, können die axialen Vorsprünge 51 als „Angel Wing“ 52 bezeichnete, gebogene Vorsprünge beinhalten, die von der proximalen Struktur der Laufschaufeln 16 ausgehen. Wie dargestellt, kann distal von den gebogenen Vorsprüngen 52 die innere Seitenwand 42 der Laufschaufel 17 zur Leitschaufel 16 hin vorstehen, wodurch sie eine Statorauskragung 53 bildet, die über einen Abschnitt des Fugenhohlraums 50 vorsteht oder vorkragt. Allgemein kann man sagen, dass der Fugenhohlraum 50 proximal vom gebogenen Vorsprung 52 in einen Radhohlraum 54 übergeht.
-
Wie gesagt wird danach gestrebt zu verhindern, dass das Arbeitsfluid des Heißgaswegs in den Fugenhohlraum 50 und den Radraumhohlraum 54 gelangt, da die extremen Temperaturen die Komponenten in diesem Bereich schädigen können. Der gebogene Vorsprung 52 und die Statorauskragung 53, die sich axial überlagern, können so gestaltet sein, dass sie den Zustrom zum Teil begrenzen. Wegen der variierenden Breite des Durchlasses des Fugenhohlraums 50 und der Beschränkungen solcher Dichtungen könnte Arbeitsfluid jedoch regelmäßig in den Radraumhohlraum 54 gelangen, wenn der Hohlraum nicht mit einer relativ großen Menge an verdichteter Luft, die aus dem Verdichter ausgelassen wird, gesperrt werden würde. Wie gesagt wirkt sich Sperrluft negativ auf die Leistung und den Wirkungsgrad der Maschine aus, und daher sollte ihre Nutzung minimiert werden.
-
Die 5 bis 6 sind Querschnittsdarstellungen einer Fugenhohlraumdichtung 55 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Man wird erkennen, dass die beschriebenen Ausführungsformen bestimmte geometrische Anordnungen mehrerer Dichtungskomponententypen aufweisen, die eine kostengünstige und effiziente Dichtungslösung erreichen. Die Anmelder haben gefunden, dass diese Komponenten, wenn sie auf die im beigefügten Anspruchssatz beschriebene und beanspruchte Art und Weise angeordnet werden, zusammenwirken, um günstige Strömungsmuster zu bilden, die erhebliche Dichtungsvorteile bieten, ohne dafür zu sehr auf Sperrluft zugreifen zu müssen, was, wie gesagt, den Gesamtwirkungsgrad der Maschine verbessert. Ferner erreichen die hierin beschriebenen Anordnungen Dichtungsziele ohne eine behindernde Verzahnung und ohne komplexe Gestaltungen, welche die Wartungskosten und die Anlagenstandzeiten erhöhen bzw. verlängern. Genauer ist die axiale Überlagerung zwischen den Leitschaufelbaugruppen und den Laufschaufelbaugruppen über dem Fugenhohlraum so gestaltet, dass sie eine Einwärtseinsenkungsinstallation der Leitschaufelbaugruppen in Bezug auf eine oder mehrere bereits installierte Reihen von benachbarten Laufschaufeln ermöglicht. Die Dichtung 55 kann gemäß bevorzugten Ausführungsformen eine distale Dichtungsstruktur aufweisen, die sich an den Leitschaufelbaugruppen befindet und eine proximale Dichtungsstruktur, die sich an den Laufschaufelbaugruppen befindet, überlagert, die aber, wie aus einer Betrachtung der 5 und 6 hervorgeht, keine Verzahnung damit bildet, welche die Einsenkungsinstallation der Leitschaufeln behindern oder verhindern würde. Außerdem werden in der vorliegenden Anmeldung im Rahmen der Erörterung der 7 bis 10 Ausführungsformen, die eine Fugenhohlraumdichtung durch die Verwendung eines Luftstroms verstärken, der gemäß bevorzugten Ausführungsformen mit internen Kühlleitungswegen in der Laufschaufel zusammenwirkt, ebenso wie andere Aspekte der hierin erörterten Dichtungsgestaltungen erörtert.
-
Wie in 5 dargestellt ist, kann die Leitschaufel 17 eine Statorauskragung 53 aufweisen, die sich von der Leitschaufel 17 zur Laufschaufel 16 erstreckt. Die Statorauskragung 53 kann eine distale Kante 56 und eine proximale Kante 57 und eine zwischen der distalen Kante 56 und der proximalen Kante 57 definierte Auskragungsstirnfläche 58 aufweisen. Die distale Kante 56 kann an der inneren Begrenzung eines durch die Turbine verlaufenden Strömungswegs liegen. Wie gesagt kann die Statorauskragung 53 einen Abschnitt der Seitenwand 42 beinhalten und einen Abschnitt der inneren Begrenzung des Strömungswegs definieren. Diese äußere Oberfläche der Statorauskragung 53 wird als Auskragungsoberseite 59 bezeichnet. Gegenüber der Auskragungsoberseite 59 weist die Statorauskragung 53 eine Auskragungsunterseite 60 auf, die sich von der proximalen Kante 57 der Statorauskragung 53 axial zu einer proximalen Statorstirnfläche 62 erstreckt, die eine sich radial erstreckende Wand ist, die einen Abschnitt des Fugenhohlraums 50 definiert. Wie bereits beschrieben worden ist, kann die Laufschaufel 16 eine distale Rotorstirnfläche 65 aufweisen, die sich in radialer Richtung gesehen proximal von einer Plattformkante 66 der Plattform 38 erstreckt. Die Plattformkante 66 kann an der inneren Begrenzung des durch die Turbine verlaufenden Strömungswegs liegen. Die distale Rotorstirnfläche 65 kann, wie dargestellt, der Auskragungsstirnfläche 58 über die axiale Lücke des Fugenhohlraums 50 hinweg gegenüber liegen. Ein äußerer radialer oder erster axialer Vorsprung 51 kann sich von der distalen Rotorstirnfläche 65 zur Leitschaufel 17 erstrecken. Wie dargestellt, kann der erste axiale Vorsprung 51 proximal von der Statorauskragung 53 angeordnet sein. Die Statorauskragung 53 und der erste axiale Vorsprung 51 können so gestaltet sein, dass die Statorauskragung 53 den ersten axialen Vorsprung 51 axial überlagert. Auf diese Weise kann die Statorauskragung 53 zumindest über ein vorderes Ende 67 des ersten axialen Vorsprungs 51 vorkragen. Wie dargestellt, kann der erste axiale Vorsprung 51 als gebogener („Angel Wing“) Vorsprung 52 gestaltet sein. Der gebogene Vorsprung 52 kann so gestaltet sein, dass er am vorderen Ende 67 eine nach oben gewandte, konkave Finne aufweist. Wie dargestellt, kann die distale Rotorstirnfläche 65 eine zwischen einem auskragenden Nasenabschnitt der Plattform und dem ersten axialen Vorsprung 51 definierte Tasche 68 aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die proximale Kante 57 der Statorauskragung 53 so gestaltet sein, dass sie eine axial abstehende Kante aufweist. Wie dargestellt, kann die axial abstehende Kante der proximalen Kante 57 so gestaltet sein, dass sie und die radiale Höhe der Tasche 68 der distalen Rotorstirnfläche 65 einander radial überlagern. Stärker bevorzugt kann die abstehende Kante der proximalen Kante 57 so gestaltet sein, dass sie radial mit einer radial mittleren Region der Tasche 68 der distalen Rotorstirnfläche 65 zusammenfällt, wie dargestellt. Auf diese Weise können die Strukturen so zusammenwirken, dass sie mehrere Umkehrströmungsmuster induzieren, die einen Heißgaszustrom begrenzen und eine effektive Fugenhohlraumdichtung schaffen. Außerdem kann die distale Kante 56 der Statorauskragung 53 so gestaltet sein, dass sie eine axial abstehende Kante aufweist, so dass in Verbindung mit der proximalen abstehenden Kante 57 ein eingetiefter Abschnitt 72 der Auskragungsstirnfläche 58 gebildet wird. Vorzugsweise ist eine distale Kante der Tasche 68 der distalen Rotorstirnfläche 65 so positioniert, dass sie und der eingetiefte Abschnitt 72 der Auskragungsstirnfläche 58 einander radial überlagern. Wie dargestellt, kann die distale Kante 56 der Tasche 68 der distalen Rotorstirnfläche 65 so positioniert sein, dass sie radial mit einer radial mittleren Region des eingetieften Abschnitts der Auskragungsstirnfläche 58 zusammenfällt.
-
Wie in 6 dargestellt ist, kann die Laufschaufel 16 eine proximale Rotorstirnfläche 69 aufweisen, die sich proximal von der distalen Rotorstirnfläche 65 erstreckt. Man wird erkennen, dass die proximale Rotorstirnfläche 69 so gestaltet ist, dass sie der proximalen Statorstirnfläche 62 über die axiale Lücke des Fugenhohlraums 50 hinweg gegenüber liegt. Wie dargestellt, kann die proximale Rotorstirnfläche 69 einen inneren radialen oder zweiten axialen Vorsprung 51 aufweisen, der sich von dort aus zur Leitschaufel 17 hin erstreckt. Die Statorauskragung 53 und der zweite axiale Vorsprung 51 der Laufschaufel können so gestaltet sein, dass sie sich axial überlagern. Ähnlich wie der erste axiale Vorsprung 51 kann der zweite axiale Vorsprung 51 als gebogener Vorsprung 52 gestaltet sein, der am vorderen Ende 67 eine aufwärts gewandte Finne aufweist. Wie dargestellt, kann der zweite axiale Vorsprung 51 eine größere axiale Länge aufweisen als der erste axiale Vorsprung 51.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die proximale Statorstirnfläche 62 einen axialen Vorsprung 51 aufweisen, der sich von dort zur Leitschaufel 16 hin erstreckt. Der axiale Vorsprung 51 der Leitschaufel 17 und der zweite axiale Vorsprung 51 der Laufschaufel 16 können so gestaltet sein, dass sie sich axial überlagern. Genauer kann der zweite axiale Vorsprung 51 der Laufschaufel 16 unmittelbar proximal vom axialen Vorsprung 51 der Leitschaufel 17 so gestaltet sein, dass der axiale Vorsprung 51 der Leitschaufel 17 zumindest über das vordere Ende 67 des zweiten axialen Vorsprungs 51 der Laufschaufel 16 vorkragt. Man wird erkennen, dass der Fugenhohlraum 50 der 5 und 6 in Bezug auf die angegebene Richtung des Stroms 31 durch den Strömungsweg ein Beispiel dafür liefert, dass der Fugenhohlraum 50 zwischen der in Strömungsrichtung oberen Seite der Laufschaufel 16 und der in Strömungsrichtung unteren Seite der Leitschaufel 17 ausgebildet ist. Man beachte, dass alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Fälle beinhalten, wo der Fugenhohlraum 50 zwischen der in Strömungsrichtung unteren Seite der Laufschaufel 16 und einer in Strömungsrichtung oberen Seite der Leitschaufel 17 ausgebildet ist.
-
Die 7 bis 10 sind Querschnittsdarstellungen einer Fugenhohlraumgestaltung mit einer Dichtungsanordnung 55, die eine Luftschleierbaugruppe gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung aufweist. Wie dargestellt, können die Beispiele für Fugenhohlraumdichtungen 55 dieser Gestaltungen viele der bereits beschriebenen Dichtungskomponenten aufweisen. Das heißt, in bevorzugten Ausführungsformen erstreckt sich die Statorauskragung 53, wie oben beschrieben, so zur Laufschaufel 16, dass sie über einen axialen Vorsprung 51, der von der Laufschaufel 16 vorsteht, vorkragt. Wie bereits erörtert worden ist, kann der axiale Vorsprung 51 als gebogener Vorsprung 52 gestaltet sein, der sich von der distalen Rotorstirnfläche 65 zur Leitschaufel 17 erstreckt. Als Teil der Dichtungen 55 der 7 bis 10 kann eine oder können mehrere Öffnungen 73 an der Auskragungsunterseite 60 der Statorauskragung 53 angeordnet sein. Die Öffnungen 73 können so gestaltet sein, dass sie Kühlmittel zum axialen Vorsprung 51 lenken. Genauer kann die Öffnung 73, wie dargestellt, so gestaltet sein, dass ein Fluid, das aus der Öffnung 73 ausgetrieben wird, auf die distale Oberfläche 74 des gebogenen Vorsprungs 52 gerichtet wird. Wie ausführlicher mit Bezug auf die Ausführungsformen der 9 und 10 erörtert wird, kann die distale Oberfläche 74 des gebogenen Vorsprungs 52 so gestaltet sein, dass sie das Fluid empfängt, das aus der Öffnung 73 ausgetrieben wird, und es auf gewünschte Weise ablenkt, beispielsweise in Richtung auf den Einlass 76 des Fugenhohlraums 50, um dem Zustrom von heißen Gasen entgegenzuwirken.
-
Das aus der Öffnung 73 ausgetriebene Fluid kann ein Kühlmittel sein, das typischerweise verdichtete Luft ist, die aus dem Verdichter ausgelassen wird. Wie dargestellt, kann die Öffnung 73 so gestaltet sein, dass sie über einen oder mehrere innere Kühlkanäle 77, die innerhalb der Laufschaufel 17 ausgebildet sind, mit einer Kühlmittelquelle, beispielsweise einem Kühlluftraum 75, in Fluidverbindung steht. Die inneren Kühlkanäle 77 können durch die Statorauskragung 53 hindurch ausgebildet sein. Man wird erkennen, dass der Kühlluftraum 75 viele Gestaltungen haben kann. Der Kühlluftraum 75 kann so gestaltet sein, dass er Kühlmittel aus einer Kühlmittelquelle, die ein innerer Leitungsweg sein kann, der durch das Blatt 40 hindurch ausgebildet ist, durch die Leitschaufel 17 zirkulieren lässt. Die Kühlkanäle 77 können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in den 7 bis 9 dargestellt ist, so gestaltet sein, dass sie dicht unter der Oberfläche der Auskragungsoberseite 59 und/oder der Auskragungsstirnfläche 58 verlaufen, bevor sie die Öffnung 73 erreichen. Man wird erkennen, dass die Oberflächenbereiche, die als die Auskragungsoberseite 59 und die Auskragungsstirnfläche 58 bezeichnet werden, Regionen sind, die ein hohes Maß an aktiver interner Kühlung benötigen. Dadurch, dass das Kühlmittel, das schließlich durch die Öffnung 73 abgegeben wird, sehr nahe an die Oberflächen innerhalb dieser Regionen gebracht wird, wird das Kühlmittel effizient für eine Konvektionskühlung dieser Oberflächen verwendet, indem es durch die Kühlkanäle 77 läuft, und wirkt einem Zustrom von heißem Gas entgegen, indem das Kühlmittel durch die Öffnung 73 abgegeben wird. Gemäß Ausführungsbeispielen können die Kühlkanäle 77 als mehrere parallele Innenkanäle gestaltet sein, die in regelmäßigen Umfangsintervallen um die Turbine herum beabstandet sind.
-
Wie in 8 dargestellt ist, kann die Öffnung 73 axial in einer abgewinkelten Richtung verlaufen (statt in der radialen Richtung wie in 7), um bestimmte Leistungsaspekte zu verstärken. Die Richtung des Winkels kann zum Einlass 76 des Fugenhohlraums 50 weisen, um einen direkteren Luftschleier gegen einen Zulauf zu bilden. Genauer ist die Öffnung 73 in Bezug auf eine proximal ausgerichtete Bezugslinie 79 (d.h. eine, die eine Linie darstellt, die an der Öffnung 73 beginnt und dann in der Proximalrichtung zur Achse der Turbine verläuft), axial abgewinkelt, so dass eine Richtung, in der eine Abgabe aus der Öffnung 73 stattfindet, („Abgaberichtung“) 80, einen Abgabewinkel 81 in Bezug auf die proximal ausgerichtete Linie 79 erzeugt. Ein positiver Winkel ist dabei einer, der von der proximalen Statorstirnfläche weg gerichtet ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann der Abgabewinkel 81 zwischen 20 und 60° betragen. Wie gesagt müssen die Öffnungen 73 nicht axial abgewinkelt werden, wodurch sei eine Abgaberichtung 80 erhalten, die der proximal ausgerichteten Bezugslinie 79 im Wesentlichen gleich ist. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann die Abgabe dadurch, dass die Auslassöffnungen 73 der Kanäle 77 in der Umfangsrichtung ausrichtet werden, auch eine Wirbelkomponente in der Drehrichtung aufweisen.
-
Gemäß anderen Ausführungsformen kann der gebogene Vorsprung 52, wie in 9 und 10 dargestellt ist, so gestaltet sein, dass er eine Ablenkstruktur 82 aufweist, die so gestaltet ist, dass sie das Kühlmittel auf vorteilhafte Weise von der Öffnung 73 weg lenkt. Die Ablenkstruktur 82 kann, wie in 9 und 10 dargestellt ist, entlang der distalen Oberfläche 74 des axialen Vorsprungs 51 angeordnet sein und kann von dort vorstehen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen weist die Ablenkstruktur 82 eine schräge Oberfläche auf, um das Kühlmittel zum Einlass 76 des Fugenhohlraums 50 zu lenken. Wie in 9 dargestellt ist, kann die Ablenkstruktur 82 beispielsweise eine Ablenkungsoberfläche aufweisen, die in Bezug auf die distale Oberfläche 74 des axialen Vorsprungs 51 schräg ausgerichtet ist, so dass sie die radial ausgerichtete Kühlmittelabgabe aus der Öffnung 73 auf einen mehr axialen Strömungsweg entlang der distalen Oberfläche 74 ablenkt. Die Richtung der Umlenkung kann in Richtung des Einlasses 76 des Fugenhohlraums sein. Wie in 10 dargestellt ist, kann die Ablenkstruktur in einer alternativen Ausführungsform eine Struktur aufweisen, welche die Abgabe stärker zum Einlass 76 umlenkt, d.h. in einer mehr vertikalen oder radialen Richtung.
-
Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass viele variierende Merkmale und Strukturen, die oben in Bezug auf mehrere Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch selektiv angewendet werden können, um die anderen möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden. Um der Kürze willen und angesichts des Wissens eines Durchschnittsfachmanns sind nicht alle möglichen Schritte im Einzelnen erörtert worden, aber alle Kombinationen und möglichen Ausführungsformen, die von den mehreren nachstehenden Ansprüchen umfasst sind, sollen Teil der vorliegenden Erfindung sein. Außerdem wird der Fachmann aus der obigen Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung Verbesserungen, Abänderungen und Modifikationen ableiten können. Solche Verbesserungen, Abänderungen und Modifikationen, die im Fachwissen liegen, sollen durch die beigefügten Ansprüche ebenfalls abgedeckt sein. Ferner sei klargestellt, dass die obigen Ausführungen nur auf die beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung Bezug nehmen und dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Bereich der Anmeldung abzuweichen, die von den folgenden Ansprüchen und deren Entsprechungen abgedeckt sind.
-
Eine Turbine in einer Strömungsmaschine, die eine Leitschaufel und eine Laufschaufel mit einer in einem Fugenhohlraum ausgebildeten Dichtung aufweist. Der Fugenhohlraum kann eine axiale Lücke zwischen einander gegenüber liegenden proximalen Stirnflächen der Leitschaufel und der Laufschaufel beinhalten. Die Dichtung kann aufweisen: eine Statorauskragung, die sich von der Leitschaufel zur Laufschaufel hin erstreckt und eine distale Kante und eine proximale Kante und eine dazwischen definierte Auskragungsstirnfläche aufweist; eine distale Rotorstirnfläche, die sich radial proximal von einer Plattformkante aus erstreckt, wobei die distale Rotorstirnfläche zumindest einem Abschnitt der Auskragungsstirnfläche über die axiale Lücke des Fugenhohlraums hinweg gegenüber liegt; und einen ersten axialen Vorsprung, der sich von der distalen Rotorstirnfläche zur Leitschaufel hin erstreckt. Die Statorauskragung und der erste axiale Vorsprung der Laufschaufel können so gestaltet sein, dass sie sich axial überlagern.
