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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dampfturbinenzwischenboden-Herstellungsverfahren.
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Stand der Technik
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In einer Dampfturbine wird in einigen Fällen eine Struktur verwendet, in der in die Zwischenbodenaußenringe Dichtungslamellen zum Abdichten der Zwischenräume zwischen Zwischenbodenaußenringen und Laufschaufelspitzen eingebettet sind (siehe Patentdokument 1 und dergleichen).
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Dokument des Standes der Technik
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Patentdokument
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Patentdokument 1:
JP-2016-194306-A -
Zusammenfassung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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In einer Dampfturbine weisen Zwischenböden Wärmegradienten auf und wird insbesondere auf der Auslassseite der Dampfturbine Dampf kondensiert und viel Ablaufwasser erzeugt. Es gibt die Befürchtung, dass eine Erosion der Laufschaufeln auftritt, falls das erzeugte Ablaufwasser mit Laufschaufeln, die sich auf der Auslassseite der Zwischenböden befinden, zusammenstößt. Da das Ablaufwasser entlang der Seitenflächen der Zwischenbodenaußenringe und entlang der Umfangsrichtung befördert wird, sind zum Sammeln des Ablaufwassers, ohne zuzulassen, dass das Ablaufwasser auf die Spitzen der Laufschaufeln auftritt, Sammelringe eingebaut. Allerdings stößt ein Teil des entlang der Strömungslinie beförderten Ablaufwassers mit den Laufschaufeln zusammen und haftet an ihnen an und wird darüber hinaus das an den Laufschaufeln anhaftende Ablaufwasser wegen der Zentrifugalkraft radial nach außen gestreut. Dementsprechend gibt es insbesondere über das Auftreten einer Erosion der Innenflächen der Sammelringe in der Nähe der Dichtungslamellen, die den Laufschaufeln gegenüberliegen, Bedenken.
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Während des Betriebs wird das an den Laufschaufeloberflächen anhaftende Ablaufwasser wegen der Zentrifugalkraft in einer Nassstufe in einer Dampfturbine radial nach außen gestreut. Dementsprechend tritt in einigen Fällen eine Erosion der Zwischenbodenaußenringe insbesondere in der Nähe der den Laufschaufeln gegenüberliegenden Dichtungslamellen auf. Angesichts dessen ist ein Teil zum Halten der Dichtungslamellen als ein getrenntes Element als ein Sammelring gebildet und ist dieser in einigen Fällen durch Bolzen mit einem Zwischenbodenaußenring gekoppelt. Im Fall dieser Konfiguration ist es nicht notwendig, den gesamten Zwischenboden durch ein neues Produkt zu ersetzen, und braucht lediglich der Sammelring, an dem die Erosion fortgeschritten ist, ersetzt zu werden, falls die Erosion von Abschnitten, die Laufschaufeln gegenüberliegen, fortfährt.
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Obwohl es einige vorhandene Dampfturbinen mit herkömmlichen Strukturen gibt, in denen Dichtungslamellen von der Innenradiusseite in Sammelringe eingebettet und umfalzt sind, sind hier umfalzte Abschnitte, bei denen die Sammelringe und die Dichtungslamellen in Eingriff sind, direkt dem Ablaufwasser ausgesetzt, das daran von den Laufschaufeln gestreut wird. Eine der Lösungen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit derartiger Eingriffsabschnitte zwischen Dichtungslamellen und Sammelringen ist eine Umwandlung der Struktur von Dichtungslamellen in eine radiale Auffangstreifenstruktur (RSS-Struktur).
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Allerdings weisen Dichtungslamellen mit der RSS-Struktur Fußabschnitte auf, die in einen Sammelring einzuführen sind, die größer als die Dichtungslamellen vom Einbettungstyp derselben Klasse sind. Falls die Struktur der Dichtungslamellen in die RSS-Struktur umgewandelt wird, muss der Lochkreisdurchmesser (PCD) von Bolzen, die einen Sammelring mit einem Zwischenbodenaußenring koppeln, erhöht werden, um einen Konflikt mit Fußabschnitten der Dichtungslamellen, die erhöhte Größen aufweisen, zu vermeiden. Allerdings ist in dem Außenradius eines vorhandenen Zwischenbodenaußenrings keine Dicke, die groß genug ist, um eine Zunahme des PCD von Bolzen zu erlauben, verblieben oder geraten die Bolzen in einigen Fällen in Konflikt mit einem Schlitz. In diesem Fall muss ein Zwischenbodenaußenring, der den erhöhten PCD der Bolzen erlaubt, neu hergestellt werden, wobei aber der Zwischenbodenaußenring Teil des Zwischenbodens mit einer aus einem Körper hergestellten Konfiguration ist. Dementsprechend wird in tatsächlichen Situationen aktuell ein gesamter Zwischenboden einschließlich seiner Schaufelabschnitte und des Zwischenbodeninnenrings durch Aufbringen einer langen Bauzeit neu hergestellt, wenn der Außenradius eines Zwischenbodenaußenrings erhöht werden soll.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Dampfturbine mit einer Struktur, von der erwartet werden kann, dass sie die Zuverlässigkeit einer Struktur zum Befestigen von Dichtungslamellen verbessert und die Bauzeiten deutlich verringert, und eines Zwischenbodenherstellungsverfahrens.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Dampfturbinenzwischenboden, der einen Zwischenbodeninnenring, einen Zwischenbodenaußenring und einen Schaufelabschnitt, die einteilig gebildet sind, enthält, wobei der Dampfturbinenzwischenboden ferner enthält: einen Sammelring, der auf einer Auslassseite des Zwischenbodenaußenrings angeordnet ist; eine Dichtungslamelle mit einer radialen Auffangstreifenstruktur, die in den Sammelring eingepasst ist; und einen Adapterring, der zwischen dem Zwischenbodenaußenring und dem Sammelring eingefügt ist. Der Zwischenbodenaußenring und der Adapterring sind durch mehrere erste Bolzen, die in einer Axialrichtung von der Auslassseite eingeführt sind, miteinander gekoppelt und gegenüberliegende Oberflächen des Zwischenbodenaußenrings und des Adapterrings sind eng und abgedichtet zusammengehalten. Der Sammelring und der Adapterring weisen einen Außenradius auf, der größer als ein Außenradius des Zwischenbodenaußenrings ist, und sind durch mehrere zweite Bolzen, die an Positionen auf einer Außenumfangsseite der Dichtungslamelle in der Axialrichtung von der Auslassseite eingeführt sind, miteinander gekoppelt.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann erwartet werden, dass die Zuverlässigkeit einer Struktur zum Befestigen von Dichtungslamellen verbessert wird und eine Bauzeit deutlich verringert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung einer Dampfturbinenanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Querschnittsansicht einer Dampfturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts III in 2 und einer Figur, die eine Struktur eines Hauptteils eines Zwischenbodens gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 4 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur zur Bestimmung über die Anwendung eines Zwischenbodenherstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt.
- 5 ist ein erläuternder Zwischenboden des Zwischenbodenherstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist eine Figur, die einen Zwischenboden vor der Änderung darstellt.
- 6 ist eine Figur, die eine Struktur eines durch Ändern des in 3 dargestellten Zwischenbodens durch ein Herstellungsverfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel hergestellten Zwischenbodens darstellt.
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Ausführungsarten der Erfindung
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Im Folgenden werden unter Verwendung der Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert.
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- Dampfturbinen-Leistungserzeugungsanlage-
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1 ist eine schematische Darstellung einer Dampfturbinenanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine in der Figur dargestellte Dampfturbinen-Leistungserzeugungsanlage 100 enthält eine Dampfquelle 1, eine Hochdruckturbine 3, eine Zwischendruckturbine 6, eine Niederdruckturbine 9, einen Kondensator 11 und eine Lastvorrichtung 13. Im Folgenden ist die Richtung der Strömung von Dampf, der in jeder Turbine ein Arbeitsfluid ist, als eine Bezugsrichtung verwendet. Hinsichtlich der Niederdruckturbine 9 (2) ist die Richtung der Strömung einer Hauptströmung des durch einen Arbeitsfluid-Strömungsdurchlass F strömenden Dampfs S eine Bezugsrichtung.
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Die Dampfquelle 1 ist ein Kessel, der von dem Kondensator 11 zugeführtes Wasser erwärmt und Hochtemperaturhochdruckdampf erzeugt. Der bei der Dampfquelle 1 erzeugte Dampf wird über ein Hauptdampfrohr 2 zu der Hochdruckturbine 3 geführt und treibt die Hochdruckturbine 3 an. Der Dampf, dessen Druck verringert worden ist, nachdem er die Hochdruckturbine 3 angetrieben hat, wird über ein Hochdruckturbinen-Auslassrohr 4 zu der Dampfquelle 1 geführt, wird erneut erwärmt und wird zu Zwischenerhitzungsdampf.
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Der bei der Dampfquelle 1 erzeugte Zwischenerhitzungsdampf wird über ein Zwischenerhitzungsdampfrohr 5 zu der Zwischendruckturbine 6 geführt und treibt die Zwischenturbine 6 an. Der Dampf, dessen Druck verringert worden ist, nachdem er die Zwischenerhitzungsturbine 6 angetrieben hat, wird über ein Zwischendruckturbinen-Auslassrohr 7 zu der Niederdruckturbine 9 geführt und treibt die Niederdruckturbine 9 an. Der Dampf, dessen Druck verringert worden ist, nachdem er die Niederdruckturbine 9 angetrieben hat, wird über einen Leitapparat zu dem Kondensator 11 geführt. Der Kondensator 11 enthält eine Kühlmittelleitung (nicht dargestellt) und veranlasst, dass der Dampf, der zu dem Kondensator 11 geführt worden ist, und ein in der Kühlmittelleitung strömendes Kühlmittel Wärme austauschen, um den Dampf zu Wasser zu kondensieren. Das bei dem Kondensator 11 kondensierte Wasser wird durch eine Wasserspeisepumpe P wieder der Dampfquelle 1 zugeführt.
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Die Turbinenlaufräder 12 der Hochdruckturbine 3, der Zwischendruckturbine 6 und der Niederdruckturbine 9 sind koaxial miteinander gekoppelt. Mit den Turbinenlaufrädern ist eine Lastvorrichtung (üblicherweise ein Generator) 13 gekoppelt und diese wird durch die Drehausgangsleistung der Hochdruckturbine 3, der Zwischendruckturbine 6 und der Niederdruckturbine 3 angetrieben.
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Es wird angemerkt, dass in einigen Fällen als die Lastvorrichtung 13 anstelle des Generators eine Pumpe angenommen ist. Obwohl in der dargestellten Konfiguration die Hochdruckturbine 3, die Zwischendruckturbine 6 und die Niederdruckturbine 9 enthalten sind, ist außerdem in einer anderen möglichen Konfiguration z. B. die Zwischendruckturbine 6 weggelassen. Obwohl in der dargestellten Konfiguration die Hochdruckturbine 3, die Zwischendruckturbine 6 und die Niederdruckturbine 9 die einzelne Lastvorrichtung 13 antreiben, treiben in einer anderen möglichen Konfiguration jede der Hochdruckturbine 3, der Zwischendruckturbine 6 und der Niederdruckturbine 9 eine andere Lastvorrichtung an. In einer anderen möglichen Konfiguration sind die Hochdruckturbine 3, die Zwischendruckturbine 6 und die Niederdruckturbine 9 in zwei Gruppen (d. h. in eine Gruppe zweier Turbinen und in eine Gruppe einer Turbine) geteilt und treibt jede der Gruppen eine Lastvorrichtung an. Obwohl als die Dampfquelle 1 in der dargestellten Konfiguration der Kessel enthalten ist, ist darüber hinaus in einer anderen möglichen Konfiguration als die Dampfquelle 1 ein Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) angenommen, der Abwärme von Gasturbinen verwendet. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann auf eine Leistungserzeugungsanlage mit kombiniertem Zyklus angewendet werden. In Beispielen der Dampfturbine 1 sind Kernreaktoren enthalten.
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- Dampfturbine-
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2 ist eine Querschnittsansicht der Niederdruckturbine 9. Wie in der Figur dargestellt ist, enthält die Niederdruckturbine 9 das oben beschriebene Turbinenlaufrad 12 und einen Stator 15, der das Turbinenlaufrad 12 bedeckt. Der Leitapparat ist bei dem Auslass des Stators 15 angeordnet. Es wird angemerkt, dass in dieser Patentschrift der vorliegenden Anmeldung die Drehrichtung des Turbinenlaufrads 12 als eine „Umfangsrichtung“ definiert ist, die Richtung, in der die Drehmittellinie C des Turbinenlaufrads 12 liegt, als eine „Axialrichtung“ definiert ist und die Radialrichtung des Turbinenlaufrads 12 als eine „Radialrichtung“ definiert ist.
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Das Turbinenlaufrad 12 enthält Laufradscheiben 13a bis 13d und Laufschaufeln 14a bis 14d. Die Laufradscheiben 13a bis 13d sind scheibenartige Elemente, die in der Axialrichtung einander überlappend angeordnet sind. Die Laufradscheiben 13a bis 13d sind an Abstandshaltern (nicht dargestellt) in der Weise übereinandergelegt, dass die Laufradscheiben 13a bis 13d und die Abstandshalter in einigen Fällen abwechseln. In der Umfangsrichtung sind an der Außenumfangsfläche einer entsprechenden der Laufradscheiben 13a bis 13d mehrere jeder der Laufschaufeln 14a bis 14d in konstanten Abständen vorgesehen. Die Laufschaufeln 14a bis 14d verlaufen von den Außenumfangsflächen der Laufradscheiben 13a bis 13d radial nach außen und liegen dem ringförmigen Arbeitsfluid-Strömungsdurchlass F gegenüber. Die Fluidenergie des durch den Arbeitsfluid-Strömungsdurchlass F strömenden Dampfs S wird durch die Laufschaufeln 14a bis 14d in Rotationsenergie umgewandelt und das Turbinenlaufrad 12 dreht sich einteilig um die Drehmittellinie C.
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Der Stator 15 enthält ein Gehäuse 16 und Zwischenböden 17a bis 71d. Das Gehäuse 16 ist ein rohrförmiges Element, das die Außenumfangswand der Niederdruckturbine 9 bildet. Die Zwischenböden 17a bis 17d sind an einem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 16 befestigt. Die Zwischenböden 17a bis 17d sind Segmente, von denen jedes einteilig gebildet ist, die einen Zwischenbodenaußenring 18, einen Zwischenbodeninnenring 19 und mehrere Schaufelabschnitte 20 enthalten. Mehrere jedes der Zwischenböden 17a bis 17d, die in der Umfangsrichtung angeordnet sind, bilden eine Ringform.
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Die Zwischenbodenaußenringe 18 sind Elemente, die an ihren Innenumfangsflächen den Außenumfang des Arbeitsfluid-Strömungsdurchlasses F definieren, und sind durch die Innenumfangsfläche des Gehäuses 16 gestützt. Die Zwischenbodenaußenringe 18 bilden Ringformen. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Innenumfangsflächen der Zwischenbodenaußenringe 18 in Richtung der Auslassseite (der rechten Seite in 2) radial nach außen geneigt. Die Zwischenbodeninnenringe 19 sind Elemente, die durch ihre Außenumfangsflächen den Innenumfang des Arbeitsfluid-Strömungsdurchlasses F definieren, und sind auf der radialen Innenseite der Zwischenbodenaußenringe 18 angeordnet. Die Zwischenbodeninnenringe 19 bilden Ringformen (in dem vorliegenden Beispiel Zylinderformen). Mehrere der Schaufelabschnitte 20 sind in der Umfangsrichtung angeordnet, verlaufen in der Radialrichtung und koppeln die Zwischenbodeninnenringe 19 mit den Zwischenbodenaußenringen 18.
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Es wird angemerkt, dass Zwischenböden und Laufschaufeln, die zu den Zwischenböden auf der Auslassseite der Zwischenböden benachbart sind, eine Stufe bilden. In der vorliegenden Ausführungsform bilden die Zwischenböden 17a und die Laufschaufeln 14a die erste Stufe (Anfangsstufe), bilden die Zwischenböden 17b und die Laufschaufeln 14b die zweite Stufe, bilden die Zwischenböden 17c und die Laufschaufeln 14c die dritte Stufe und bilden die Zwischenböden 17d und die Laufschaufeln 14d die vierte Stufe (Endstufe).
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- Zwischenbodenaußenring -
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3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts III in 2 und eine Querschnittsansicht, die die Struktur eines Hauptteils eines Zwischenbodens gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die im Folgenden erläuterte Struktur ist auf den Zwischenboden 17d wenigstens einer Stufe (z. B. einer Nassstufe, in der Ablaufwasser leicht an Laufschaufelflächen anhaftet; üblicherweise der Endstufe der Niederdruckturbine 9) angewendet. Hinsichtlich der Anwendung der Struktur auf andere Stufen als die vierte Stufe in der Niederdruckturbine 9 ist die Struktur auf Stufen, die näher zu der Endstufe sind, mehr anwendbar, d. h., die aufsteigende Reihenfolge der Anwendbarkeit sind die Zwischenböden 17c, 17b und 17a. Obwohl der Zwischenboden 17d in der vierten Stufe in der Niederdruckturbine 9 in dem unter Verwendung von 3 erläuterten dargestellten Fall ein Anwendungsobjekt ist, wird dieselbe Struktur ebenfalls in Fällen verwendet, in denen Anwendungsziele Zwischenböden der anderen Stufen sind. Nach Bedarf kann die Struktur ebenfalls auf Zwischenböden der Hochdruckturbine 3 und der Zwischendruckturbine 6 angewendet werden.
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Wie in 3 dargestellt ist, enthält der Zwischenboden 17d außer dem Zwischenbodenaußenring 18, dem Zwischenbodeninnenring 19 (2) und dem Schaufelabschnitt 20 einen Sammelring 21, eine Dichtungslamelle 22 und einen Adapterring 23.
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Der Sammelring 21 ist ein ringförmiges Element, das auf der Auslassseite des Zwischenbodenaußenrings 18 angeordnet ist und die Dichtungslamelle 22 hält. Der Sammelring 21 ist in der Umfangsrichtung in mehrere Abschnitte geteilt (z. B. in zwei, einen Abschnitt der oberen Hälfte und einen der unteren Hälfte, geteilt, oder in vier bis sechs geteilt). Der Außenradius R1 des Sammelrings 21 ist größer als der Außenradius RO eines auslassseitigen Endabschnitts des Zwischenbodenaußenrings 18. Der Innenradius des Sammelrings 21 ist näherungsweise derselbe wie der des auslassseitigen Endabschnitts des Zwischenbodenaußenrings 18. Außerdem sind eine einlassseitige Endfläche 21a und eine auslassseitige Endfläche 21b des Sammelrings 21 flache Oberflächen, die zu einer Ebene orthogonal zu der Drehmittellinie C (2) des Turbinenlaufrads 12 parallel sind.
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Die Innenumfangsfläche des Sammelrings 21 ist mit einem Schlitz 24 versehen, der in der Umfangsrichtung verläuft. Der Schlitz 24 weist einen T-förmigen Querschnitt auf, der mit einer radialen Nut 24a, die in der Radialrichtung verläuft, und mit einer axialen Nut 24b, die in der Axialrichtung verläuft, gebildet ist. Die radiale Nut 24a spielt eine Rolle des Beschränkens der Bewegung der Dichtungslamelle 22 in der Axialrichtung. Die axiale Nut 24b spielt eine Rolle des Beschränkens der Bewegung der Dichtungslamelle 22 in der Radialrichtung. Die axiale Nut 24b ist auf der radial äußeren Seite der Innenumfangsfläche des Sammelrings 21 positioniert. Die axiale Nut 24b ist durch ein Strukturmaterial des Sammelrings 21 von dem Arbeitsfluid-Strömungsdurchlass F getrennt und liegt dem Arbeitsfluid-Strömungsdurchlass F nicht gegenüber.
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Der Sammelring 21 ist in Abständen in der Umfangsrichtung mit Durchgangslöchern 25 versehen, die den Sammelring 21 in der Axialrichtung durchdringen. Ein Durchgangsloch 25 ist auf der Seite der auslassseitigen Stirnfläche des Sammelrings 21 mit einer Senkung 25a versehen. Das gesamte Durchgangsloch 25 einschließlich der Senkung 25a ist auf der radialen Außenseite des Schlitzes 24 positioniert, so dass das Durchgangsloch 25 mit dem Schlitz 24 nicht in Konflikt gerät oder die unzureichende Dicke nicht auftritt. Außerdem ist wenigstens ein Teil des Durchgangslochs 25 auf der Außenseite des Außenradius des auslassseitigen Endabschnitts des Zwischenbodenaußenrings 18 positioniert. Der Lochkreisdurchmesser (PCD) D1 der Durchgangslöcher 25 um die Drehmittellinie C (2) ist größer als der Lochkreisdurchmesser D2 der im Folgenden erwähnten Durchgangslöcher 26 eingestellt (der Lochkreis der Durchgangslöcher 25 ist auf der radialen Außenseite des Lochkreises der Durchgangslöcher 26 positioniert).
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Die Dichtungslamelle 22 steht von der Innenumfangsfläche des Sammelrings 21 radial nach innen vor und dichtet den Zwischenraum zwischen der Spitzenfläche der Laufschaufel 14d und der Innenumfangsfläche des Sammelrings 21 ab. Diese Dichtungslamelle 22 ist ein ringförmiges Element und ist in der Umfangsrichtung in mehrere Abschnitte geteilt (z. B. in zwei, einen Abschnitt der oberen Hälfte und einen der unteren Hälfte, geteilt oder in vier bis sechs geteilt). Die Dichtungslamelle 22 enthält einen Fußabschnitt 22a mit einer radialen Auffangstreifenstruktur (RSS-Struktur), die mit einem T-förmigen Querschnitt gebildet ist, der an den Schlitz 24 des Sammelrings 21 angepasst ist. Die Dichtungslamelle 22 ist durch Einpassen des Fußabschnitts 22a in den oben beschriebenen Schlitz 24 in der Umfangsrichtung an dem Innenumfangsabschnitt des Sammelrings 21 befestigt.
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Obwohl in 3 der Zustand zur Zeit der Aussetzung des Betriebs dargestellt ist und die Dichtungslamelle 22 auf der Auslassseite der Laufschaufel 14d positioniert ist, wird angemerkt, dass die Positionen der Dichtungslamelle 22 und der Laufschaufel 14d in der Axialrichtung während des Betriebs wegen der Wärmeausdehnung des Turbinenlaufrads 12 überlappen. Obwohl in 3 eine Reihe der Dichtungslamelle 22 dargestellt ist, kann die Struktur der Dichtungslamelle 22 außerdem durch eine Struktur ersetzt sein, die in der Axialrichtung mehrere Reihen von Lamellen enthält, falls in der Axialrichtung mehrere Reihen von Lamellen eingebaut werden sollen.
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Der Adapterring 23 ist zwischen dem Lamellenaußenring 18 und dem Sammelring 21 eingefügt und ist zum Befestigen des Sammelrings 21 an dem Zwischenbodenaußenring 18 mit einem kleineren Durchmesser als der Sammelring 21 verwendet. Obwohl erwünscht ist, dass der Adapterring 23 ein aus einem Körper hergestellter nahtloser Ring ist, kann der Adapterring 23 eine Struktur aufweisen, die in der Umfangsrichtung ähnlich dem Sammelring 21 in mehrere Abschnitte geteilt ist (z. B. eine Struktur, die in zwei, einen Abschnitt der oberen Hälfte und einen der unteren Hälfte, geteilt ist, oder die in vier bis sechs geteilt ist). Außerdem weist der Adapterring 23 einen Außenradius auf, der näherungsweise derselbe wie der des Sammelrings 21 ist und der größer als der Außenradius des auslassseitigen Endabschnitts des Zwischenbodenaußenrings 18 ist. Der Innenradius des Adapterrings 23 ist näherungsweise derselbe wie der des auslassseitigen Endabschnitts des Zwischenbodenaußenrings 18. Eine auslassseitige Stirnfläche 23a und eine auslassseitige Stirnfläche 23b des Adapterrings 23 sind flache Oberflächen, die zu einer Ebene orthogonal zu der Drehmittellinie C (2) des Turbinenlaufrads 12 parallel sind.
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In der auslassseitigen Stirnfläche 23b des Adapterrings 23 sind in Abständen in der Umfangsrichtung den Durchgangslöchern 25 des Sammelrings 21 entsprechend Bolzenlöcher (Schraubenlöcher) 27 vorgesehen. Außerdem ist der Adapterring 23 in Abständen in der Umfangsrichtung mit Durchgangslöchern 26 versehen, die den Adapterring 23 in der Axialrichtung durchdringen. Die Positionen der Durchgangslöcher 26 entsprechen Bolzenlöchern (Schraubenlöchern) 28, die in Abständen in der Umfangsrichtung in einer auslassseitigen Stirnfläche 18a des Zwischenbodenaußenrings 18 vorgesehen sind. Die auslassseitige Stirnfläche 18a des Zwischenbodenaußenrings 18 ist ebenfalls eine flache Oberfläche parallel zu einer Ebene orthogonal zu der Drehmittellinie C. Jedes Durchgangsloch 26 ist auf der Seite der auslassseitigen Stirnfläche des Adapterrings 23 mit einer Senkung 26a versehen. Wie zuvor erwähnt wurde, ist der Lochkreisdurchmesser D2 der Durchgangslöcher 26 um die Drehmittellinie C (2) kleiner als der Lochkreisdurchmesser D1 der Durchgangslöcher 25 des Sammelrings 21 (d. h. der Lochkreisdurchmesser der Bolzenlöcher 27). In der vorliegenden Ausführungsform überlappen die Positionen der Durchgangslöcher 26 oder der Senkungen 26a des Adapterrings 23 in der Radialrichtung wenigstens teilweise den Fußabschnitt 22a der Dichtungslamelle 22. Das heißt, in der Axialrichtung gesehen überlappen die Durchgangslöcher 26 oder Senkungen 26a des Adapterrings 23 den Fußabschnitt 22a der Dichtungslamelle 22 wenigstens teilweise.
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Der Zwischenbodenaußenring 18 und der Adapterring 23 sind durch mehrere erste Bolzen 31, die von der Auslassseite in der Axialrichtung eingeführt sind, miteinander gekoppelt. Die ersten Bolzen 31 sind z. B. Zylinderkopfbolzen mit Innensechskant und sind durch die Durchgangslöcher 26 des Adapterrings 23 in die Bolzenlöcher 28 des Zwischenbodenaußenrings 18 geschraubt. Die Kopfabschnitte der ersten Bolzen 31 sind in der Weise in den Senkungen 26a des Adapterrings 23 aufgenommen, dass sie nicht von der auslassseitigen Stirnfläche 23b des Adapterrings 23 in Richtung des Sammelrings 21 vorstehen. Durch Befestigen jedes ersten Bolzens 31 sind die gegenüberliegenden Oberflächen des Zwischenbodenaußenrings 18 und des Adapterrings 23 (d. h. die auslassseitige Stirnfläche 18a und die einlassseitige Stirnfläche 23a) eng zusammengehalten, um Dichtungsflächen zu bilden, die in der Umfangsrichtung ununterbrochen sind. Die ersten Bolzen 31 sind orthogonal zu den Dichtungsflächen des Zwischenbodenaußenrings 18 und des Adapterrings 23 und die Befestigungskraft der ersten Bolzen 31 wird effektiv in den Kontaktdruck der Dichtungsflächen umgewandelt.
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Der Adapterring 23 und der Sammelring 21 sind durch mehrere zweite Bolzen 32, die an Positionen, die auf der Außenumfangsseite des Fußabschnitts 22a der Dichtungslamelle 22 sind, in der Axialrichtung von der Auslassseite eingeführt sind, miteinander gekoppelt. Die zweiten Bolzen 32 sind z. B. Zylinderkopfbolzen mit Innensechskant und sind durch die Bolzenlöcher 25 des Sammelrings 21 in die Bolzenlöcher 27 des Adapterrings 23 geschraubt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die zweiten Bolzen 32 auf der Außenumfangsseite der ersten Bolzen 31 positioniert. Die Kopfabschnitte der zweiten Bolzen 32 sind in der Weise in den Senkungen 25a des Sammelrings 21 aufgenommen, dass sie nicht von der auslassseitigen Stirnfläche 21b des Sammelrings 21 vorstehen. Durch Befestigen jedes zweiten Bolzens 32 sind die gegenüberliegenden Oberflächen des Adapterrings 23 und des Sammelrings 21 (d. h. die auslassseitige Stirnfläche 23b und die einlassseitige Stirnfläche 21a) aneinander befestigt. Die zweiten Bolzen 32 sind orthogonal zu den gegenüberliegenden Oberflächen des Adapterrings 23 und des Sammelrings 21.
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Der Sammelring 21, der die Dichtungslamelle 22 hält, ist in der oben erwähnten Weise über den Adapterring 23 auf der Auslassseite des Zwischenbodenaußenrings 18 befestigt. Durch Befestigen der Dichtungslamelle 22 wird ein Leckverlust des Dampfs S über Zwischenraumströmungsdurchlässe auf der Außenumfangsseite der Laufschaufeln 14d unterdrückt und wird die Verschlechterung der Turbineneffizienz unterdrückt. Darüber hinaus umgibt die oben beschriebene Dichtungsfläche des Adapterrings 23 den Umfang des Arbeitsfluid-Strömungsdurchlasses F nahtlos und wird der Leckverlust des Dampfs S über den Raum zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Zwischenbodenaußenrings 18 und des Adapterrings 23 ebenfalls unterdrückt.
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- Herstellungsverfahren -
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4 ist ein Ablaufplan, der eine Prozedur zur Bestimmung über die Anwendung eines Zwischenbodenherstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung darstellt, und 5 ist eine erläuternde Darstellung des Zwischenbodenherstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei sie eine Figur ist, die einen Zwischenboden vor der Änderung darstellt. Der in 5 dargestellte Zwischenboden ist einer, der in einer vorhandenen Dampfturbinenanlage verwendet wird, wobei ein Beispiel der Umwandlung der Struktur einer Dichtungslamelle in die RSS-Struktur erläutert wird, indem der in der Figur dargestellte Zwischenboden als ein ursprünglicher Zwischenboden verwendet wird.
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Der in 5 dargestellte Zwischenboden ist ein Zwischenboden für eine Dampfturbine und weist einen Zwischenbodeninnenring (nicht dargestellt), einen Zwischenbodenaußenring a und einen Schaufelabschnitt f, die einteilig gebildet sind, auf. Mit der Auslassseite des Zwischenbodenaußenrings a ist durch einen Bolzen c ein Sammelring b gekoppelt. Der Bolzen c ist von der Seite, auf der sich der Sammelring b befindet, in der Axialrichtung eingeführt und in den Zwischenbodenaußenring a geschraubt. In die Innenumfangsfläche des Sammelrings b sind Dichtungslamellen d eingebettet. Die Dichtungslamellen d sind durch Umfalzen an dem Sammelring b befestigt. Wenn unter Verwendung eines derartigen vorhandenen Zwischenbodens als ein ursprünglicher Zwischenboden ein neuer Zwischenboden hergestellt wird, der Dichtungslamellen mit der RSS-Struktur enthält, wird zunächst durch die in 4 dargestellte Prozedur untersucht, ob die vorliegende Erfindung anzuwenden ist.
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• Schritt S1
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Zunächst wird bestimmt, ob der in 5 dargestellte Zwischenboden zu einer Nassstufe gehört, d. h., ob es erforderlich ist, dass die Struktur der Dichtungslamellen d in die RSS-Struktur umgewandelt wird. Falls die RSS-Struktur bereits vorab auf die Dichtungslamellen d angewendet worden ist, ist es nicht notwendig, die vorliegende Erfindung anzuwenden, und geht die Prozedur zu Schritt S5 über und endet die Untersuchung, ohne die vorliegende Erfindung anzuwenden.
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• Schritt S2
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Falls die in 5 dargestellte Struktur der Dichtungslamellen d des Zwischenbodens in die RSS-Struktur umgewandelt werden soll, geht die Prozedur zu Schritt S2 über und werden eine Dichtungslamelle mit der RSS-Struktur (die in 3 dargestellte Dichtungslamelle 22) und ein neuer Sammelring mit einem Schlitz zum Halten der Dichtungslamelle (der in 3 dargestellte Sammelring 21) entworfen.
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• Schritt S3
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Nachfolgend wird bestimmt, ob der Schlitz des neuen Sammelrings (der in 3 dargestellte Schlitz 24) mit den Befestigungslöchern e des Zwischenbodenaußenrings a in Konflikt tritt, d. h., ob der Schlitz und die Befestigungslöcher e, in der Axialrichtung gesehen, überlappen. Falls der Schlitz die Befestigungslöcher e nicht überlappt, heißt das, dass die Befestigungslöcher e zur Befestigung des neuen Sammelrings verwendet werden können, und ist es somit nicht notwendig, einen Adapterring (den in 3 dargestellten Adapterring 23) getrennt vorzubereiten. In diesem Fall geht die Prozedur zu Schritt S5 über und endet die Untersuchung.
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• Schritt S4
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Falls der Schlitz des neuen Sammelrings mit den Befestigungslöchern e des Zwischenbodenaußenrings a in Konflikt tritt oder falls die unzureichende Dicke auftritt, wird bestimmt, ob es möglich ist, den Lochkreisdurchmesser zu erhöhen, und ob durch Verarbeiten in der auslassseitigen Stirnfläche des Zwischenbodenaußenrings a neue Bolzenlöcher gebildet werden können. Außerdem ist es nicht notwendig, einen Adapterring getrennt vorzubereiten, falls in dem Außenradius (d. h. in der Dicke) des Zwischenbodenaußenrings a ausreichend Platz ist und falls durch Verarbeitung neue Bolzenlöcher gebildet werden können. Der neue Sammelring kann dadurch, dass durch Verarbeitung durch den Zwischenbodenaußenring a neue Bolzenlöcher gebildet werden und für den neuen Sammelring den Bolzenlöchern entsprechende Durchgangslöcher bereitgestellt werden, direkt an dem Sammelbodenaußenring a befestigt werden. In diesem Fall geht die Prozedur ebenfalls zu Schritt S5 über und endet die Untersuchung.
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• Schritt S6
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Falls in der auslassseitigen Stirnfläche des Zwischenbodenaußenrings a keine neuen Bolzenlöcher vorgesehen werden können, geht die Prozedur zu Schritt S6 über, wird bestimmt, dass die vorliegende Erfindung anzuwenden ist, und endet die Untersuchung.
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Falls bestimmt wird, dass die vorliegende Erfindung anzuwenden ist, enthält eine in 5 dargestellten Prozedur zum Ändern des Zwischenbodens und zum Herstellen des in 3 dargestellten Zwischenbodens 17d allgemein einen Schritt des Verarbeitens des Zwischenbodenaußenrings, einen Schritt des Herstellens von Teilen und einen Montageschritt.
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In dem Schritt des Verarbeitens des Zwischenbodenaußenrings wird ein auslassseitiger Endabschnitt des Zwischenbodenaußenrings a weggelassen und wird der in 3 dargestellte Zwischenbodenaußenring 18 in der Weise gebildet, dass sich die Dichtungslamelle 22 an einer gewünschten Position befindet, wenn der Sammelring 21 über den Adapterring 23 befestigt ist. In dem vorliegenden Beispiel ist ein Abschnitt des Zwischenbodenaußenrings a auf der rechten Seite der in 5 dargestellten Strichpunktpunktlinie weggelassen. Allerdings kann die Menge der Weglassung des auslassseitigen Endabschnitts des Zwischenbodenaußenrings a innerhalb eines Bereichs, bei dem ein Konflikt mit dem Schaufelabschnitt f nicht auftritt, auf Wunsch eingestellt werden. Falls der auslassseitige Endabschnitt des Zwischenbodenaußenrings a weggelassen werden soll, kann z. B. ein Verfahren angenommen werden, in dem der auslassseitige Endabschnitt des Zwischenbodenaußenrings a durch Bearbeitung geschnitten wird, um die auslassseitige Stirnfläche 18a fertigzustellen. Es ist ebenfalls möglich, die auslassseitige Stirnfläche 18a durch Bearbeiten fertigzustellen, nachdem der auslassseitige Endabschnitt des Zwischenbodenaußenrings a durch Gasschneiden grob geschnitten worden ist, wobei aber das Fertigstellen der auslassseitigen Stirnfläche 18a nur durch Bearbeiten ermöglicht, die thermische Verformung des Zwischenbodenaußenrings 18 wegen Wärmeeingabe zu unterdrücken. Zusätzlich werden in der auslassseitigen Stirnfläche 18a des Zwischenbodenaußenrings 18 durch Verarbeitung die Bolzenlöcher 28 gebildet.
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In dem Schritt des Herstellens von Teilen werden der Sammelring 21, die Dichtungslamelle 22 und der Adapterring 23, die in 3 dargestellt sind, hergestellt. Dieser Schritt des Herstellens von Teilen kann vor oder nach dem Schritt des Verarbeitens des Zwischenbodenaußenrings implementiert werden oder kann gleichzeitig parallel implementiert werden. Die Reihenfolge der Herstellung des Sammelrings 21, der Dichtungslamelle 22 und des Adapterrings 23 ist nicht besonders beschränkt. Der Sammelring 21, die Dichtungslamelle 22 und der Adapterring 23 können in irgendeiner Reihenfolge hergestellt werden, und es gibt sicher keine Probleme, falls mehrere von ihnen gleichzeitig hergestellt werden.
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In dem Montageschritt wird die Dichtungslamelle 22 mit der RSS-Struktur in der Umfangsrichtung in den Schlitz 24 des Sammelrings 21 eingepasst. Außerdem wird der Adapterring 23 auf der Auslassseite des Zwischenbodenaußenrings 18 angeordnet, werden die mehreren ersten Bolzen 31 in der Axialrichtung von der Auslassseite eingeführt und wird der Adapterring 23 mit dem Zwischenbodenaußenring 18 gekoppelt. Daraufhin wird der Sammelring 21 auf der Auslassseite des Adapterrings 23 angeordnet, werden die mehreren zweiten Bolzen 32 in der Axialrichtung von der Auslassseite eingeführt und wird der Sammelring 21 mit dem Adapterring 23 gekoppelt.
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- Vergleichsbeispiel -
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6 ist eine Figur, die die Struktur eines Zwischenbodens darstellt, der durch Ändern des in 3 dargestellten Zwischenbodens durch ein Herstellungsverfahren gemäß einem Vergleichsbeispiel hergestellt ist. Zum Vergleich sind die Größe und die Form eines in 6 dargestellten Sammelrings b' gleich jenen des in 3 dargestellten Sammelrings 21 hergestellt.
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In 4 wird die vorliegende Erfindung angewendet, um die Struktur der Dichtungslamellen des vorhandenen Zwischenbodens auf die in 3 dargestellte Struktur zu ändern, falls der Lochkreisdurchmesser der Befestigungslöcher e des Zwischenbodenaußenrings a nicht erhöht werden kann, wenn die Struktur der Dichtungslamellen des Zwischenbodens in die RSS-Struktur umgewandelt wird. Allerdings wird der Entwurf des Zwischenbodenaußenrings herkömmlich in einen geändert, der einen großen Außenradius aufweist, falls der Außenradius des Zwischenbodenaußenrings a unzureichend ist und falls der neue Sammelring b' zum Halten einer Dichtungslamelle mit der RSS-Struktur wie in 6 dargestellt nicht befestigt werden kann. Der Zwischenbodenaußenring a mit Ausnahme des schraffierten Abschnitts in 6 ist ein vorhandener Zwischenbodenaußenring und ein Zwischenbodenaußenring a', der den schraffierten Abschnitt enthält und einen größeren Radius aufweist, ist ein Zwischenbodenaußenring nach der Entwurfsänderung. In diesem Fall kann der Sammelring b' ohne irgendwelche Probleme befestigt werden, wobei die Entwurfsänderung des Zwischenbodenaußenrings es aber notwendig macht, den gesamten Zwischenboden einschließlich seines Schaufelabschnitts und Zwischenbodeninnenrings neu herzustellen, da der Zwischenbodenaußenring Teil des Zwischenbodens mit einer aus einem Körper hergestellten Konfiguration ist. Die Herstellung des Zwischenbodens mit geänderten Spezifikationen dauert eine lange Zeit. Obwohl der Außenumfangsabschnitt des vorhandenen Zwischenbodenaußenrings a als eine mögliche Lösung einem Auftragsschweißen ausgesetzt werden kann, ist dies außerdem nicht erwünscht, da es Bedenken über eine große Wärmeeingabe und die daraus resultierende thermische Verformung gibt.
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- Wirkungen -
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(1) In der vorliegenden Ausführungsform wird die Struktur der Dichtungslamelle 22 in die RSS-Struktur umgewandelt, wobei ein in den Sammelring 21 einzuführender Fußabschnitt davon vergrößert wird und wobei eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Struktur zum Befestigen der Dichtungslamelle 22 gegen Erosion ermöglicht wird. Da der auslassseitige Endabschnitt des Zwischenbodenaußenrings beseitigt wird und da ein großer Teil des vorhandenen Zwischenbodens verwendet werden kann, wird außerdem erwartet, dass die Bauzeit für eine Umwandlung der Struktur der Dichtungslamelle in den Zwischenboden in die RSS-Struktur deutlich verringert wird.
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Da der Zwischenbodenaußenring 18, der Adapterring 23 und der Sammelring 21 durch Bolzen aneinander befestigt sind, kann außerdem die thermische Verformung unterdrückt werden und kann die Form des Zwischenbodens anders als im Fall des Schweißens hochgenau fertiggestellt werden.
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(2) In der Axialrichtung gesehen überlappen die ersten Bolzen 31 wenigstens teilweise die Dichtungslamelle 22 und sind die Kopfabschnitte der ersten Bolzen 31 in den an dem Adapterring 23 vorgesehenen Senkungen 26a aufgenommen. Da auf diese Weise in der Radialrichtung ein Raum hergestellt ist, der durch die ersten Bolzen 31 und durch die Dichtungslamelle 22 gemeinsam genutzt wird, kann für die für die Befestigung des Sammelrings 21 an dem Adapterring 23 vorgesehenen Bolzenlöcher 27 ein ausreichender Raum gelassen werden. Außerdem kann dadurch, dass an dem Adapterring 23 die Senkungen 26a vorgesehen sind und dass die Kopfabschnitte der ersten Bolzen 31 in den Senkungen 26a aufgenommen sind, Störungen der Kopfabschnitte der ersten Bolzen 31 mit den gegenüberliegenden Oberflächen des Adapterrings 23 und des Sammelrings 21 vermieden werden. Außerdem sind die Senkungen 26a von dem Sammelring 21 eingeschlossen und sind die ersten Bolzen 31 in dieser Konfiguration vollständig eingeschlossen. Dementsprechend kann das Lösen der ersten Bolzen 31 ebenfalls unterdrückt werden, da die Bewegung der ersten Bolzen 31 durch den Sammelring 21 beschränkt ist.
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(3) Da die Dichtungsflächen des Zwischenbodenaußenrings 18 und des Adapterrings 23 flache Oberflächen sind, die zu den ersten Bolzen 31 orthogonal sind, kann die Befestigungskraft der ersten Bolzen 31 bei den Dichtungsflächen des Zwischenbodenaußenrings 18 und des Adapterrings 23 ohne Verschwendung in den Kontaktdruck umgewandelt werden. Dadurch kann eine vorteilhafte Dichtungsleistung der Dichtungsflächen des Zwischenbodenaußenrings 18 und des Adapterrings 23 sichergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 17a bis 17d:
- Zwischenboden
- 18:
- Zwischenbodenaußenring
- 18a:
- auslassseitige Endfläche (eine gegenüberliegende Oberfläche zwischen dem Zwischenbodenaußenring und dem Adapterring; eine Dichtungsfläche)
- 19:
- Zwischenbodeninnenring
- 20:
- Schaufelabschnitt
- 21:
- Sammelring
- 21a:
- einlassseitige Stirnfläche (eine gegenüberliegende Oberfläche zwischen dem Adapterring und dem Sammelring)
- 22:
- Dichtungslamelle
- 23:
- Adapterring
- 23a:
- einlassseitige Stirnfläche (eine gegenüberliegende Oberfläche zwischen dem Zwischenbodenaußenring und dem Adapterring; eine Dichtungsfläche)
- 23b:
- auslassseitige Stirnfläche (eine gegenüberliegende Oberfläche zwischen dem Adapterring und dem Sammelring)
- 26a:
- Senkung
- 31:
- erster Bolzen
- 32:
- zweiter Bolzen
- R1:
- Außenradius des Sammelrings
- R2:
- Außenradius des Zwischenbodenaußenrings
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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