DE69823143T2 - Spindelabdichtung für Gasturbine - Google Patents
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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. In4 bezeichnet die Bezugsziffer01 eine Scheibe der ersten Stufe, welche eine Laufschaufel04 der ersten Stufe trägt, die Bezugsziffer02 bezeichnet eine Scheibe der zweiten Stufe, welche eine Laufschaufel05 der zweiten Stufe trägt und die Bezugsziffer03 bezeichnet eine Scheibe der dritten Stufe, die eine Laufschaufel06 der dritten Stufe trägt. - Die Bezugsziffer
1 bezeichnet einen Spindelbolzen, der die Scheiben01 bis03 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 Spindelbolzen1 vorgesehen, sondern es ist vielmehr ein Spiel bzw. Zwischenraum9 zwischen einer Scheibe8 und dem Spindelbolzen1 in einem Bolzenloch2 so ausgebildet, dass er zur Kühlung des Spindelbolzens1 geeignet ist. Bei der Gasturbine jedoch, welche das Rückgewinnungs-Dampfkühlsystem anwendet, werden Zwischenräume zwischen jeder der Scheiben8 mit Dampf gefüllt, wodurch ein Problem entsteht, dass der Dampf zur stromaufwärtigen Seite durch den Zwischenraum9 zwischen der Scheibe8 und dem Spindelbolzen1 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 und2 gezeigten Ausführungsformen gegeben. -
1 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts, der einem Abschnitt A von4 entspricht, wobei in dieser1 die Bezugsziffer4 ein Dichtungsloch bezeichnet, das in einer Scheibe8 um einen Spindelbolzen1 herum ausgebildet ist. Ein in zwei Hälften gespaltenes Dichtungsteil3 , wie es in2 gezeigt ist, ist um den Spindelbolzen1 im Dichtungsloch4 herum eingesetzt. Das Dichtungsteil3 ist aus einem Material hergestellt, das einen kleineren linearen Dehnungskoeffizienten als der Spindelbolzen1 aufweist. Das Dichtungsteil3 hat in jeder seiner zwei gespaltenen Oberflächen eine Dichtungsfläche, die aus einem Abstufungsabschnitt gebildet ist, wie2 zeigt, so dass ein Entweichen von Dampf durch einen Spaltabschnitt desselben verhindert wird. - Eine zylindrische Dichtungsteil-Abdeckung
5 ist um das Dichtungsteil3 herum aufgesetzt, und Drucklöcher6 geeigneter Größe und Anzahl sind in die Dichtungsteil-Abdeckung5 entlang einer Axialrichtung des Spindelbolzens1 gebohrt, so dass ein Dampfdruck P1 durch diese auf das Dichtungsteil3 einwirkt. Es besteht ein Differentialdruck von P1 > P2 zwischen Drücken P1 auf der rechten Seite des Dichtungslochs4 in1 und P2 auf dessen linker Seite, wobei das Dichtungsteil3 durch diesen Differentialdruck auf eine Lagenoberfläche7 des Dichtungslochs4 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 Lagenoberfläche7 und einem Leck L2 entlang dem Spindelbolzen1 . - Somit wird die Gestaltung so vorgenommen, dass das Leck L1 verhindert wird, indem das Dichtungsteil
3 durch den Differentialdruck (P1 – P2) auf die Lagenoberfläche7 gedrängt wird, und das Leck L2 durch einen Zwischenraum zwischen dem Dichtungsteil3 und dem Spindelbolzen1 , der so klein als möglich im Einsatz gemacht wird, verhindert wird, indem das Material des Dichtungsteils3 so gewählt wird, dass es einen kleineren linearen Dehnungskoeffizienten als der Spindelbolzen1 aufweist. - Durch Anwendung des oben genannten Aufbaus kann eine Kontaktfläche der Lagenoberfläche
7 kleiner gemacht werden, wodurch ein Oberflächendruck zwischen dem Dichtungsteil3 und der Lagenoberfläche7 erhöht wird. Ferner ist eine Doppeldichtungsstruktur der Lagenoberfläche7 durch die Dichtungsteil-Abdeckung5 und das Dichtungsteil3 ausgebildet. Das heißt, das Dichtungsteil3 an der Innenseite ist aus dem Material mit einem kleineren linearen Dehnungskoeffizienten als dem des Spindelbolzen1 gefertigt, so dass der Zwischenraum zwischen dem Dichtungsteil3 und dem Spindelbolzen1 im Einsatz kleiner wird, und das Dichtungsteil durch den Differentialdruck (P1 – P2) auf die Lagenoberfläche7 gedrückt wird, wodurch das Dichtungsteil3 seine Dichtungsfunktion ausübt. - Ferner wird die Dichtungsteil-Abdeckung
5 an der Außenseite des Dichtungsteils3 durch den Differentialdruck (P1 – P2) auf die Lagenoberfläche7 gedrängt, wodurch die Dichtungsteil-Abdeckung5 ihre Dichtungsfunktion ausübt. Das heißt, die Dichtungsteil-Abdeckung5 zusammen mit dem Dichtungsteil3 stellt die erwähnte Doppeldichtungsstruktur der Lagenoberfläche7 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 (2)
- 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.
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