DE69823143T2

DE69823143T2 - Spindelabdichtung für Gasturbine

Info

Publication number: DE69823143T2
Application number: DE69823143T
Authority: DE
Inventors: Kaoru Takasago-shi Sakata; Takeshi Takasago-shi Nakamura
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-11-10
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: JPH11173103A; EP0921335A2; EP0921335B1; DE69823143D1; EP0921335A3; CA2252274C; CA2252274A1; US6206378B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung einer Gasturbine, die so aufgebaut ist, dass Dampf zum Kühlen eines Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts verwendet und dann zurückgeführt wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Bestreben, eine Gasturbine mit Hochtemperaturbetrieb herzustellen, wird derzeit eine Gasturbine entwickelt, die ein Rückgewinnungs-Dampfkühlsystem aufweist, in dem Dampf zum Kühlen eines Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts eingesetzt und nach dem Einsatz zum Kühlen zurückgewonnen bzw. zurückgeführt wird.
Bei dem Rückgewinnungs-Dampfkühlsystem wird der Dampf, der zur Kühlung eingesetzt wurde und zurückgeführt wurde, wirksam zur Ausführung anderer Arbeit benutzt, womit eine Verhinderung des nutzlosen Entweichens von Dampf, bevor dieser zurückgewonnen wird, zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads des (Arbeits-)Zyklus führt. Außerdem besteht, wenn Dampf in einen Gasweg der Gasturbine eingemischt wird, die Gefahr, dass die Leistung der Gasturbine selbst gesenkt wird.
Andererseits sind Scheiben und Endrotoren der ersten bis vierten Stufe der Gasturbine so befestigt, dass sie miteinander durch einen Spindelbolzen verbunden sind, wovon eine Umrissstruktur in 4 gezeigt ist. In 4 bezeichnet die Bezugsziffer 01 eine Scheibe der ersten Stufe, welche eine Laufschaufel 04 der ersten Stufe trägt, die Bezugsziffer 02 bezeichnet eine Scheibe der zweiten Stufe, welche eine Laufschaufel 05 der zweiten Stufe trägt und die Bezugsziffer 03 bezeichnet eine Scheibe der dritten Stufe, die eine Laufschaufel 06 der dritten Stufe trägt.
Die Bezugsziffer 1 bezeichnet einen Spindelbolzen, der die Scheiben 01 bis 03 durchsetzt, um sie zu befestigen und zu verbinden. Kühldampf strömt in die jeweiligen Laufschaufeln aus jeder der Scheiben, wie durch Pfeile gezeigt ist, und wird gesammelt, um in zwischen den Scheiben ausgebildeten Ausnehmungen zurückgewonnen zu werden.
Bei der vorbekannten Gasturbine gemäß 3 ist keine Dichtungsstruktur für den Spindelbolzen 1 vorgesehen, sondern es ist vielmehr ein Spiel bzw. Zwischenraum 9 zwischen einer Scheibe 8 und dem Spindelbolzen 1 in einem Bolzenloch 2 so ausgebildet, dass er zur Kühlung des Spindelbolzens 1 geeignet ist. Bei der Gasturbine jedoch, welche das Rückgewinnungs-Dampfkühlsystem anwendet, werden Zwischenräume zwischen jeder der Scheiben 8 mit Dampf gefüllt, wodurch ein Problem entsteht, dass der Dampf zur stromaufwärtigen Seite durch den Zwischenraum 9 zwischen der Scheibe 8 und dem Spindelbolzen 1 entweicht, um sich in den Gasweg zu mischen.
ABRISS DER ERFINDUNG
In Anbetracht des Problems bei einer vorbekannten Gasturbine mit einem Rückgewinnungs-Dampfkühlsystem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbinen-Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Entweichen von Dampf aus einem Turbinenscheiben-Spindelbolzenabschnitt zu reduzieren. Um die Aufgabe zu erfüllen, ist bei einer Gasturbinen-Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ein Dichtungsloch in einem Turbinen-Scheibenabschnitt ausgebildet, durch den ein Spindelbolzen hindurchgeht, und in dem Dichtungsloch sind ein um den Spindelbolzen herum eingesetztes Dichtungsteil und eine das Dichtungsteil bedeckende Dichtungsteil-Abdeckung angeordnet. Das Dichtungsteil ist aus einem Material mit einem geringeren linearen Dehnungskoeffizienten als der Spindelbolzen hergestellt.
Ferner ist in die Dichtungsteil-Abdeckung ein Druckloch gebohrt, durch das ein hochdruckseitiger Dampfdruck zu einer Innenseite der Dichtungsteil-Abdeckung geleitet wird, so dass das Dichtungsteil in der Dichtungsteil-Abdeckung auf eine Lagenoberflächen des Dichtungslochs gedrängt wird.
Gemäß der Gasturbinen-Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung nach obigem Aufbau wird das im Dichtungsloch angeordnete Dichtungsteil durch den Dampfdruck auf die Lagenoberfläche des Dichtungslochs gedrängt, wodurch ein Entweichen des Dampfes entlang der Lagenoberfläche verhindert wird.
Ferner ist das Dichtungsteil aus einem Material mit einem geringeren linearen Dehnungskoeffizienten als dem des Spindelbolzens hergestellt, wodurch der Zwischenraum zwischen dem Dichtungsteil und dem Spindelbolzen im Einsatz kleiner wird und ein Entweichen des Dampfes entlang dem Spindelbolzen verhindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Aufbaus einer Gasturbinen-Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines in zwei Hälften geteilten Dichtungsteils, das in der Ausführungsform verwendet wird,
3 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines vorbekannten Gasturbinen-Spindelbolzens, und
4 eine erläuternde Ansicht zur Darstellung des Aufbaus eines Beispiels einer Gasturbine mit einem Rückgewinnungs-Dampfkühlsystem.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird eine konkrete Beschreibung zu einer Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf der Basis der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen gegeben.
1 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der einem Abschnitt A von 4 entspricht, wobei in dieser 1 die Bezugsziffer 4 ein Dichtungsloch bezeichnet, das in einer Scheibe 8 um einen Spindelbolzen 1 herum ausgebildet ist. Ein in zwei Hälften gespaltenes Dichtungsteil 3, wie es in 2 gezeigt ist, ist um den Spindelbolzen 1 im Dichtungsloch 4 herum eingesetzt. Das Dichtungsteil 3 ist aus einem Material hergestellt, das einen kleineren linearen Dehnungskoeffizienten als der Spindelbolzen 1 aufweist. Das Dichtungsteil 3 hat in jeder seiner zwei gespaltenen Oberflächen eine Dichtungsfläche, die aus einem Abstufungsabschnitt gebildet ist, wie 2 zeigt, so dass ein Entweichen von Dampf durch einen Spaltabschnitt desselben verhindert wird.
Eine zylindrische Dichtungsteil-Abdeckung 5 ist um das Dichtungsteil 3 herum aufgesetzt, und Drucklöcher 6 geeigneter Größe und Anzahl sind in die Dichtungsteil-Abdeckung 5 entlang einer Axialrichtung des Spindelbolzens 1 gebohrt, so dass ein Dampfdruck P₁ durch diese auf das Dichtungsteil 3 einwirkt. Es besteht ein Differentialdruck von P₁ > P₂ zwischen Drücken P₁ auf der rechten Seite des Dichtungslochs 4 in 1 und P₂ auf dessen linker Seite, wobei das Dichtungsteil 3 durch diesen Differentialdruck auf eine Lagenoberfläche 7 des Dichtungslochs 4 gedrängt wird.
Ferner kommt es wegen des Differentialdrucks (P₁ – P₂) zwischen der rechten und linken Seite des Dichtungslochs 4 zu einem Leck L₁ entlang der Lagenoberfläche 7 und einem Leck L₂ entlang dem Spindelbolzen 1.
Somit wird die Gestaltung so vorgenommen, dass das Leck L1 verhindert wird, indem das Dichtungsteil 3 durch den Differentialdruck (P₁ – P₂) auf die Lagenoberfläche 7 gedrängt wird, und das Leck L₂ durch einen Zwischenraum zwischen dem Dichtungsteil 3 und dem Spindelbolzen 1, der so klein als möglich im Einsatz gemacht wird, verhindert wird, indem das Material des Dichtungsteils 3 so gewählt wird, dass es einen kleineren linearen Dehnungskoeffizienten als der Spindelbolzen 1 aufweist.
Durch Anwendung des oben genannten Aufbaus kann eine Kontaktfläche der Lagenoberfläche 7 kleiner gemacht werden, wodurch ein Oberflächendruck zwischen dem Dichtungsteil 3 und der Lagenoberfläche 7 erhöht wird. Ferner ist eine Doppeldichtungsstruktur der Lagenoberfläche 7 durch die Dichtungsteil-Abdeckung 5 und das Dichtungsteil 3 ausgebildet. Das heißt, das Dichtungsteil 3 an der Innenseite ist aus dem Material mit einem kleineren linearen Dehnungskoeffizienten als dem des Spindelbolzen 1 gefertigt, so dass der Zwischenraum zwischen dem Dichtungsteil 3 und dem Spindelbolzen 1 im Einsatz kleiner wird, und das Dichtungsteil durch den Differentialdruck (P₁ – P₂) auf die Lagenoberfläche 7 gedrückt wird, wodurch das Dichtungsteil 3 seine Dichtungsfunktion ausübt.
Ferner wird die Dichtungsteil-Abdeckung 5 an der Außenseite des Dichtungsteils 3 durch den Differentialdruck (P₁ – P₂) auf die Lagenoberfläche 7 gedrängt, wodurch die Dichtungsteil-Abdeckung 5 ihre Dichtungsfunktion ausübt. Das heißt, die Dichtungsteil-Abdeckung 5 zusammen mit dem Dichtungsteil 3 stellt die erwähnte Doppeldichtungsstruktur der Lagenoberfläche 7 bereit, so dass die Dichtungswirkung verstärkt wird. Mit den oben genannten Dichtungsfunktionen kann das Entweichen von Dampf in einem Rotorsystem reduziert werden, und die Leistungsverbesserung eines dampfgekühlten Kraftwerks vom Rückgewinnungstyp wird möglich.

Claims

Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung einer Gasturbine, die derart aufgebaut ist, dass Scheiben (8) so befestigt sind, dass sie miteinander durch einen Spindelbolzen (1) verbunden sind und Dampf zur Kühlung eines Hochtemperaturabschnitts verwendet wird, um dann zurückgewonnen zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungsloch (4) in einem Abschnitt (8) einer Turbinenscheibe ausgebildet ist, durch das der Spindelbolzen (1) hindurchgeht, ein Dichtungsteil (3) um den Spindelbolzen (1) in dem Dichtungsloch (4) eingesetzt ist, wobei das Dichtungsteil (3) aus einem Material mit einem geringeren linearen Dehnungskoeffizienten als der Spindelbolzen (1) gefertigt ist, und eine Dichtungsteilabdeckung (5) so angeordnet ist, dass sie das Dichtungsteil (3) in dem Dichtungsloch (4) abdeckt, und in die Dichtungsteilabdeckung (5) ein Druckloch (6) gebohrt ist, durch das ein hochdruckseitiger Dampfdruck (P1) einer Innenseite der Dichtungsteilabdeckung (5) zugeleitet wird, um das Dichtungsteil (3) in der Dichtungsteilabdeckung (5) auf eine Lagenoberfläche (7) des Dichtungslochs (4) zu drücken.
Spindelbolzen-Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsteil (3) in zwei Teile geteilt ist und ein abgestufter Abschnitt in den einander zugewandten geteilten Oberflächen der Teile ausgebildet ist.