DE102009025796A1

DE102009025796A1 - Systeme und Verfahren zur Modifizierung einer modalen Schwingung in Zusammenhang mit einer Turbine

Info

Publication number: DE102009025796A1
Application number: DE102009025796A
Authority: DE
Inventors: Bryan Lewis; Sayed Murtuza Ahmed
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-01-14
Also published as: CN101581237A; US8251637B2; JP2009275704A; FR2931191A1; US20090285675A1

Abstract

Beschrieben sind Mantelanordnungen (214) und Verfahren (1100) zum Ändern wenigstens einer modalen Schwingungsfrequenz eines inneren Mantels (700) einer Mantelanordnung (214) in einer Turbine (100). Eine Mantelanordnung (214) weist einen inneren Mantel (700) und einen äußeren Mantel (304) auf. Der innere Mantel (700) umfasst einen Körper (702) mit einem ersten Endabschnitt (708), einem dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt (710), einer oberen Fläche (704) und einer unteren Fläche (706), wobei die untere Fläche benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln (204) angeordnet ist. Der innere Mantel (700) enthält ferner wenigstens zwei Leisten (712a, 712b). Ein Verfahren (1100) zum Vermeiden unerwünschter modaler Anregungen in dem inneren Mantel (700) nutzt wenigstens zwei Leisten (712a, 712b)"), die auf der oberen Fläche (704) ausgebildet sind und sich zwischen dem ersten Endabschnitt (708) und dem zweiten Endabschnitt (710) erstrecken, wobei zwischen den wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) eine Aufprallkühlfläche (716) definiert ist. Darüber hinaus weist der innere Mantel (700) wenigstens ein Querstrebe (718) auf, die auf der oberen Fläche (704) und in einer Richtung ausgebildet ist, die quer zu den wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) verläuft.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein Turbinen, und im Besonderen die Modifizierung von modalen Schwingungen in Zusammenhang mit einer Turbine.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Turbinen werden in einer Reihe unterschiedlicher Anwendungen der Luftfahrt, Industrie und Stromerzeugung genutzt. Typischerweise enthalten Gasturbinen, die mit relativ hohem Druck und unter Bedingungen verhältnismäßig hoher Temperatur arbeiten, eine Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln, die sich von einem Laufrad ausgehend erstrecken. Diese Turbinenschaufeln können durch ein oder mehrere heiße Gase angetrieben werden. Jeder um eine oder mehrere der rotierenden Turbinenschaufelspitzen strömende Heißgasleckstrom kann den Wirkungsgrad der Turbine reduzieren. Daher ist die Turbine gewöhnlich mit einer Mantelanordnung versehen, um einen bedeutenden Heißgasleckstrom auf ein Minimum zu reduzieren. Die Mantelanordnung ist gewöhnlich an einem Turbinengehäuse angebracht und bedeckt die rotierenden Turbinenschaufeln. Diesbezüglich bildet die Mantelanordnung gewöhnlich eine um den Umfang angeordnete Abdeckung der rotierenden Turbinenschaufeln. Gasturbinen mit Mantelanordnungen haben möglicherweise den Vorteil einer minimale Heißgasleckage, was den Turbinenwirkungsgrad verbessert.
Nach dem Stand der Technik weist die Mantelanordnung einer Turbine einen äußeren Mantel und mehrere innere Mantel auf. Der äußere Mantel ist gewöhnlich an dem Turbinengehäuse gesichert. Ein typischer innerer Mantel kann eine obere Fläche, eine untere Fläche, einen ersten (vorderen) Endabschnitt und einen zweiten (hinteren) Endabschnitt aufweisen. Die untere Fläche des inneren Mantels ist gewöhnlich benachbart zu den rotierenden Turbinenschaufeln angeordnet. Die Verwendung der Mantelanordnung in der Turbine kann den Leckstrom heißer Gase in den sekundären Strömungspfad verhindern oder minimieren und kann die Schwingung der Laufschaufelspitze für sämtliche rotierende Turbinenschaufeln reduzieren. Da sich jeder der mehreren inneren Mäntel ständig in Berührung mit dem heißen Gas befindet, ist die obere Fläche jedes inneren Mantels darüber hinaus gewöhnlich mit einer Aufprallkühlplatte bedeckt, die zum Kühlen jedes der inneren Mantel dient.
Unter typischen Betriebs- und Lastbedingungen drehend sich die vielen rotierenden Turbinenschaufeln mit einer gleichbleibenden Anzahl von Umdrehungen pro Minute. Die Rotation der vielen Turbinenschaufeln verursacht gewöhnlich eine Anregung und Schwingung einer oder mehrerer aus der Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln mit einer Erregerfrequenz. Zusätzlich weist der innere Mantel eine harmonische Frequenz und mehrere modale Schwingungsfrequenzen auf. Die harmonische Frequenz und die mehreren modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels sind gewöhnlich funktional abhängig von seiner Masse und Gestalt oder von Konstruktionsmerkmalen wie der Dicke mehrerer sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt erstreckender Leisten oder der Dicke der Aufprallkühlfläche. Ein Problem tritt auf, wenn wenigstens eine der modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels in der Nähe der Erregerfrequenz einer oder mehrerer der rotierenden Turbinenschaufeln liegt. Eine solche Situation kann in dem inneren Mantel eine Resonanz oder modale Anregung hervorrufen. Diese Resonanz kann zu einem Ausfall der den sekundären Strömungspfad von dem Heißgaspfad trennenden Dichtung führen, so dass ein Heißgasleckstrom zu dem sekundären Strömungspfad mit der Folge einer Minderung des Wirkungsgrads der Turbine auftritt. Darüber hinaus kann Heißgaspfad-(HGP)-Ingestion auftreten und die Kühlung des äußeren Mantels verringern. Auf diese Weise kann es auch zu einer Steigerung der Temperatur des äußeren Mantels kommen, was die Gefahr einer strukturellen Beschädigung des äußeren Mantels erhöht. Der Heißgasleckstrom kann somit die Lebensdauer der Mantelanordnung verkürzen und die Wartungs- und Reparaturkosten der Mantelanordnung steigern. Darüber hinaus kann der Heißgasleckstrom die Leistung der Turbine beeinträchtigen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Konstruktion der inneren Turbinenhaube, um eine Modifizierung der Schwingung in der inneren Turbinenhaube zu unterstützen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Mantelanordnung für eine Turbine offenbart, die einen inneren Mantel und einen äußeren Mantel enthält. Der innere Mantel umfasst einen Körper mit einem ersten Endabschnitt, einen dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt, eine obere Fläche und eine untere Fläche, wobei die untere Fläche benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln angeordnet ist. Der innere Mantel enthält ferner wenigstens zwei Leisten, die auf der oberen Fläche ausgebildet sind und sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt erstrecken, wobei zwischen den wenigstens zwei Leisten eine Aufprallkühlfläche definiert ist. Darüber hinaus weist der innere Mantel wenigstens eine Querstrebe auf, die auf der oberen Fläche in einer Richtung ausgebildet ist, die quer zu den wenigstens zwei Leisten verläuft.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Turbine offenbart. Die Turbine enthält ein Turbinengehäuse, ein Laufrad, eine Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln, die sich von dem Laufrad ausgehend erstrecken, und eine Mantelanordnung. Die Mantelanordnung weist einen an dem Turbinengehäuse angebrachten äußeren Mantel und mehrere innere Mantel auf. Jeder der mehreren inneren Mantel weist eine oder mehrere Befestigungen auf, die es erleichtern, eine Verbindung zwischen dem inneren Mantel und dem äußere Mantel der Mantelanordnung herzustellen. Darüber hinaus umfasst jeder der mehreren inneren Mantel einen Körper mit einem ersten Endabschnitt, einem dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt, eine obere Fläche und eine untere Fläche, wobei die untere Fläche benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln angeordnet ist. Auf der oberen Fläche sind wenigstens zwei Leisten ausgebildet, die sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt erstrecken, und auf der oberen Fläche ist wenigstens eine Querstrebe in einer Richtung ausgebildet, die quer zu den wenigstens zwei Leisten verläuft.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Ändern/Modifizieren wenigstens einer modalen Schwingungsfrequenz eines inneren Mantels einer Mantelanordnung in einer Turbine offenbart. Ein Körper des inneren Mantels wird bereitgestellt. Der Körper weist einen ersten Endabschnitt, einen zweiten Endabschnitt, eine obere Fläche und eine untere Fläche auf, wobei die untere Fläche benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln angeordnet ist, die der Turbine zugeordnet sind. Zumindest zwei Leisten sind vorgesehen, die sich entlang einer Länge des Körpers zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt erstrecken, wobei die wenigstens zwei Leisten auf der oberen Fläche und zwischen den wenigstens zwei Leisten eine Aufprallkühlfläche definieren. Auf der oberen Fläche ist wenigstens eine Querstrebe in einer Richtung vorgesehen, die quer zu den wenigstens zwei Leisten verläuft.
Andere Ausführungsbeispiele, Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich dem Fachmann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, der beigefügten Zeichnungen und der beigefügten Patentansprüche.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachdem die Erfindung in dieser Weise allgemein beschrieben wurde, wird nun auf die beigefügten, nicht unbedingt maßstäblich gezeichneten Zeichnungen Bezug genommen:
1 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Beispiel einer Gasturbine, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung genutzt werden können.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Abschnitts der in 1 gezeigte Gasturbine, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung genutzt werden können.
3 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Beispiel eine Turbinenhaube, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung genutzt werden können.
4 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht einen herkömmlichen inneren Mantel zum Einsatz in einer Turbinenmantelanordnung.
5 zeigt eine Schnittansicht längs der Schnittlinie A-A' des in 4 gezeigten herkömmlichen inneren Mantels.
6 zeigt ein Campbell-Diagramm für den in 4 gezeigten herkömmlichen inneren Mantel.
7 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht ein Beispiel eines inneren Mantels, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8A veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Beispiel eines inneren Mantels, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8B veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Beispiel eines inneren Mantels, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 veranschaulicht Beispiele vielfältiger Arten von Rippen, die als Querstreben in einem inneren Mantel verwendet werden können, gemäß vielfältigen zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung.
10 zeigt ein Beispiel eines Campbell-Diagramms für den inneren Mantel von 7, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 zeigt in einem Flussdiagramm ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines inneren Mantels, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Veranschaulichung dienende Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen eingehender beschrieben, in denen einige, jedoch nicht sämtliche Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. In der Tat kann die Erfindung in vielfältigen Ausprägungen verwirklicht werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsbeispiele beschränkt bewertet werden; vielmehr sind diese Ausführungsbeispiele mit Blick auf eine Genügeleistung dieser Offenbarung hinsichtlich anwendbarer gesetzlicher Bestimmungen unterbreitet. Übereinstimmende Bezugsziffern bezeichnen durchgängig gleichartige Elemente.
Offenbart sind Ausführungsbeispiele innerer Turbinenhauben und Verfahren zur Herstellung innerer Turbinenhauben, um wenigstens eine modale Schwingungsfrequenz des inneren Mantels zu modifizieren. Ein innerer Mantel kann eine oder mehrere Querstreben aufweisen, und die eine oder die mehreren vorgesehenen Querstreben können die Modifikation oder Verschiebung wenigstens einer modalen Schwingungsfrequenz des inneren Mantels weg von einer Erregerfrequenz einer oder mehrerer rotierender Turbinenschaufeln unterstützen, die einer Turbine zugeordnet sind.
1 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines Beispiels einer Gasturbine 100, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung genutzt werden können. Obwohl in 1 eine Gasturbine 100 veranschaulicht ist, können Ausführungsbeispiele der Erfindung in vielfältigen anderen Turbinenkonstruktionen und Turbinenarten genutzt werden, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, Turbinen wie sie für viel fältige Anwendungen der Luftfahrt, Industrie und/oder Stromerzeugung verwendet werden.
Gemäß 1 kann die veranschaulichte Gasturbine 100 einen Ansaugabschnitt 102, einen Verdichterabschnitt 104, einen Brennkammerabschnitt 106, einen Turbinenabschnitt 108 und einen Auslassabschnitt 110 enthalten. In einem allgemeinen Betrieb kann Luft durch den Ansaugabschnitt 102 eintreten und kann in dem Verdichterabschnitt 104 auf einen vordefinierten oder vorbestimmten Druck komprimiert werden. Zumindest ein Teil der verdichteten Luft aus dem Verdichterabschnitt 104 kann dem Verbrennungsabschnitt 106 zugeführt werden. In dem Verbrennungsabschnitt 106 kann die verdichtete Luft mit einem Brennstoff gemischt werden, und das vermengte Brennstoff-Luft-Gemisch kann anschließend verbrannt werden. Die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches in dem Verbrennungsabschnitt 106 kann heiße Gase mit einer relativ hohen Temperatur und einem verhältnismäßig hohen Druck hervorbringen. Die den Verbrennungsabschnitt 106 verlassenden heißen Gase können in dem Turbinenabschnitt 108 der Gasturbine 100 expandiert werden. Anschließend an die Expansion der heißen Gase in dem Turbinenabschnitt 108 können verhältnismäßig geringen Druck aufweisende heiße Gase aus der Gasturbine 100 durch den Auslassabschnitt 110 entlassen werden. Die den Auslassabschnitt 110 verlassenden, verhältnismäßig geringen Druck aufweisenden heißen Gase, können in die Atmosphäre entlassen werden und/oder zu einer Kombiregenerierungskraftwerksanlage und/oder zu einer Rücklaufleitung eines Wärmetauschers übertragen werden.
In speziellen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die verwendete Gasturbine, z. B. die Gasturbine 100, ein Druckverhältnis von etwa 17,5 bis etwa 18,5 in dem Verdichterabschnitt 104 und eine Verbrennungstemperatur (T_fire) von mehr als 2390°F aufweisen. In Abhängigkeit von dem Typ der Turbine, der Verwendung der Turbine, den Anforderungen der Anwendung und/oder den Betriebsparametern kann die Gasturbine 100 vielfältige verschiedene Druckverhältnisse und/oder Verbrennungstemperaturen aufweisen.
2 zeigt eine Schnittansicht eines Abschnitts einer Gasturbine, z. B. der in 1 gezeigten Turbine 100. 2 veranschaulicht eine vergrößerte Schnittansicht eines Beispiels der Positionierung und des Ortes vielfältiger Mantelanordnungen in dem Turbinenabschnitt 108 der Gasturbine 100. Der Turbinenabschnitt 108 kann ein Turbinengehäuse 200 und eine Anzahl von Leitapparaten der ersten Stufe enthalten, z. B. einen Leitapparat 202. Der Turbinenabschnitt 108 kann ferner eine beliebige Anzahl von Expansionsstufen, z. B. drei Expansionsstufen, enthalten. Jede der Expansionsstufen kann einen entsprechenden Satz rotierender Turbinenschaufeln enthalten. Beispielsweise kann in der ersten Expansionsstufe eine erste Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 enthalten sein, in der zweiten Expansionsstufe kann eine zweite Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 208 enthalten sein, und in der dritten Expansionsstufe der Gasturbine 100 kann eine dritte Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 212 enthalten sein. Die Sätze rotierender Turbinenschaufeln 204, 208 und 212 können auf einem (in der Figur nicht gezeigten) Laufrad der Gasturbine 100 sitzen. Mehrere Leitapparate 206 der zweiten Stufe und mehrere Leitapparate 210 der dritten Stufe können der zweiten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 208 bzw. der dritten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 212 vorangehen. Eine Mantelanordnung 214 der ersten Stufe kann benachbart zu der ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 angeordnet sein. In ähnlicher Weise kann eine Mantelanordnung 216 der zweiten Stufe und eine Mantelanordnung 218 der dritten Stufe benachbart zu der zweiten bzw. dritten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 208 und 212 angeordnet sein. Die Man telanordnung 214 der ersten Stufe kann einen Pfad für ein oder mehrere heiße Gase definieren, die den (in 1 gezeigten) Verbrennungsabschnitt 104 der Gasturbine 100 verlassen und durch die mehreren Leitapparate 202 der ersten Stufe eintreten. Das eine oder die mehreren heißen Gase, die durch die mehreren Leitapparate 202 der ersten Stufe gelangen, können die Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 drehend antreiben. Nach der ersten Expansionsstufe der Gasturbine 100 können das eine oder die mehreren heißen Gase zu der zweiten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 208 durch die mehreren Leitapparate 206 der zweiten Stufe für die zweite Expansionsstufe der Gasturbine 100 hindurch gelenkt werden und die zweite Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 208 drehend antreiben. Zuletzt kann das eine oder die mehreren heißen Gase zu der dritten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 212 durch die mehreren Leitapparate 210 der dritten Stufe für die dritte Expansionsstufe der Gasturbine 100 hindurch gelenkt und anschließend zu dem Auslassabschnitt 110 der Gasturbine 100 gelenkt werden. Die Rotation der Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204, 208 und 212 kann über das Laufrad der Gasturbine 100 eine Arbeitsausgangsleistung hervorbringen. Obwohl die Gasturbine 100 mit drei Expansionsstufen gezeigt ist, können vielfältige sonstige Turbinen eine beliebige Anzahl von Expansionsstufen und Mantelanordnungen enthalten.
3 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Beispiel eine Turbinenhaube, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung genutzt werden können. 3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Mantelanordnung der ersten Stufe einer Gasturbine, z. B. einer in 2 veranschaulichten Mantelanordnung 214. Ähnliche Mantelanordnungen können in vielfältigen anderen Turbine genutzt werden. Die Mantelanordnung 214 der ersten Stufe kann einen inneren Mantel 302 und einen äußeren Mantel 304 enthalten. Zwischen dem inneren Mantel 302 und dem äußeren Mantel 304 kann eine Aufprallplatte 306 positioniert oder angeordnet sein. Der innere Mantel 302 kann einen Körper 308, einen ersten Endabschnitt 310 und einen zweiten Endabschnitt 312 aufweisen. In speziellen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Körper 308 auf einer gekrümmten Konstruktion basieren, oder er kann eine oder mehrere gekrümmte Abschnitte und/oder Flächen aufweisen. Der innere Mantel 302 kann ferner ein erstes Befestigungsmittel 314a und ein zweites Befestigungsmittel 314b aufweisen, die an dem ersten Endabschnitt 310 bzw. an dem zweiten Endabschnitt 312 angeordnet sind. Das erste und zweite Befestigungsmittel können auf beliebigen geeigneten Befestigungsmechanismen und/oder Befestigungsvorrichtungen basieren und/oder solche enthalten, die die Verbindung des inneren Mantels 302 an dem äußeren Mantel 304 erleichtern. Beispielsweise kann das Befestigungsmittel 314a, 314b Hakenabschnitte aufweisen, die dazu eingerichtet sind, um mit entsprechenden unteren Haken 316a, 316b in Eingriff zu kommen, die dem äußeren Mantel zugeordnet sind, oder um sich mit diesen abnehmbar verbinden zu lassen. Andere Arten geeigneter Befestigungsmittel können, ohne darauf beschränken zu wollen, auf sonstigen Arten von Haken, Bolzen, Schnappverbindungen, Schrauben, usw. basieren. Der äußere Mantel 304 kann ferner mehrere Befestigungsabschnitte, z. B. Befestigungsabschnitte 318a und 318b, aufweisen, die die Befestigung des äußeren Mantels 304 an einem Turbinengehäuse, z. B. an dem in 2 veranschaulichten Gehäuse 200, erleichtern. Die Befestigungsabschnitte 318a und 318b können mittels eines oder mehrerer an dem Turbinengehäuse 200 vorgesehener (nicht gezeigter) Haken die lösbare Befestigung des äußeren Mantels 304 an dem Turbinengehäuse 200 erleichtern. Der äußere Mantel 304 kann zusätzlich mit einem oder mehreren (nicht gezeigten) Kühllöchern ausgebildet sein, die die Zirkulation eines Kühlfluids ermöglichen, um die Temperatur des äußeren Mantels 304 innerhalb eines vordefinierten Bereichs aufrecht zu erhal ten. Das Kühlfluid kann Kühlluft oder ein beliebiges sonstiges Kühlgas oder Kühlfluid sein.
Der äußere Mantel 304 kann beispielsweise durch ein Schmiedeverfahren hergestellt sein. Der innere Mantel 302 kann beispielsweise durch ein Schmiedeverfahren und/oder durch ein Wachsausschmelzverfahren hergestellt sein. In einem Ausführungsbeispiel kann der innere Mantel 302 aus einer Nickellegierung mit einem Nickelhauptbestandteil (der etwa 50% oder mehr Nickel enthält) hergestellt werden; jedoch kann in weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung ein innerer Mantel 302 basierend auf vielfältigen verschiedenen Metallen, Legierungen, Verbundstoffen und/oder anderen in reiner oder gemischter Form vorliegenden Materialien hergestellt werden.
4 zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht einen herkömmlichen inneren Mantel 400 zum Einsatz in einer Turbinenmantelanordnung. Beispielsweise kann der in 4 veranschaulichte innere Mantel 400 in der in 3 gezeigten Mantelanordnung genutzt werden. Gemäß 4 kann der innere Mantel 400 eine obere Fläche 402, eine untere Fläche 404, einen ersten Endabschnitt 420 und/oder einen zweiten Endabschnitt 425 aufweisen. Zwei Endleisten 406a, 406b und eine Mittelleiste 408 können sich von dem ersten Endabschnitt 420 zu dem zweiten Endabschnitt 425 erstrecken. In einer Gasturbine, z. B. in der in 1 veranschaulichten Turbine 100, kann die untere Fläche 404 des inneren Mantels 400 benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln, z. B. zu den in 2 veranschaulichten Laufschaufeln 204, positioniert oder angeordnet sein. In dieser Hinsicht kann der innere Mantel 400 einen Heißgaspfad für das eine oder die mehreren heißen Gase bilden oder definieren, die einer Anzahl von Leitapparaten, z. B. den in 2 veranschaulichten Leitapparaten 202 der ersten Stufe, entströmen. Die beiden Endleisten 406a, 406b und die Mittelleiste 408 können dem inneren Mantel 400 strukturelle Steifigkeit verleihen. Darüber hinaus können die beiden Endleisten 406a, 406b und die Mittelleiste 408 längs der oberen Fläche 402 des inneren Mantels 400 eine Aufprallkühlfläche 410 bilden, um eine Aufprallkühlplatte, z. B. die in 3 gezeigte Aufprallkühlplatte 306, passend aufzunehmen. Ein Kühlgas kann auf der Aufprallkühlplatte 306 auftreffen, um den inneren Mantel 302 zu kühlen und um die Temperatur innerhalb eines vordefinierten Bereichs zu halten. Ferner können in dem inneren Mantel 400 (in der Figur nicht gezeigte) Kühllöcher ausgebildet sein, um eine wirkungsvolle und effiziente Kühlung einer zugeordneten Mantelanordnung, z. B. der in 2 gezeigten Mantelanordnung 214, vorzusehen oder zu erleichtern.
5 zeigt einen längs der Schnittlinie A-A' genommenen Schnitt des in 4 gezeigten herkömmlichen inneren Mantels 400. 5 veranschaulicht außerdem entsprechende Leistendicken RT1 und RT2 der beiden Endleisten 406a bzw. 406b, eine Mittelleistendicke CT der Mittelleiste 408 und eine Wannendicke BT einer Basis 502 der Aufprallkühlfläche 410. Die Unterseite des Wannenbodens 502 kann gekrümmt sein und kann somit dem inneren Mantel 400 eine gekrümmte Gestalt oder eine gekrümmte Konstruktion verleihen. Die Leistendicken RT1 und RT2, die Mittelleistendicke CT und die Wannendicke BT können drei der Hauptparameter sein, die die modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels 400 steuern. Der für die Leistendicken RT1, RT2, die Mittelleistendicke CT und/oder die Wannendicke BT verwendete Wertebereich kann von vielfältigen Parametern und/oder Eigenschaften abhängen, beispielsweise von Anforderungen der Anwendung und der Steifigkeit hinsichtlich des inneren Mantels 400. Gemäß vielfältigen Betriebsbedingungen, Abmessungen und Anwendungen einer Gasturbine, z. B. der in 1 veranschaulichten Gasturbine 100, kann der Wertebereich der Leistendicken RT1, RT2, der Mittelleistendicke CT und/oder der Wannendicke BT nach Wunsch variieren. Herkömmlich kann eine modale Analyse des inneren Mantels 400 bei der Konstruktion des inneren Mantels und/oder der Turbine 100 in Betracht gezogen werden, da die modale Analyse die Bestimmung einer oder mehrerer Schwingungsfrequenzen erleichtern kann, die dem inneren Mantel 400 zugeordnet sind. Für den in 4 dargestellten inneren Mantel 400 sind die modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels 400, die anhand eines Beispiels einer modalen Analyse gewonnen wurden, in der folgenden Tabelle 1 unterbreitet:

Mode Modale Frequenz (Hz)

1 876,5

2 1444,1

3 3050,6

4 3495,1

5 4534,8

6 4776,1

7 5675,5

8 6310,8

9 6914,2

10 6978,1

Tabelle 1
6 zeigt ein Campbell-Diagramm 600 für den in 4 gezeigten herkömmlichen inneren Mantel 400. Das Campbell-Diagramm 600 veranschaulicht die Koinzidenz einer Resonanz zwischen den modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels 400 und den Erregerfrequenzen der rotierenden Turbinenschaufeln der ersten Stufe einer den innere Mantel 400 verwendenden Turbine, z. B. der in 2 veranschaulichten ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204. In dem Campbell-Diagramm kann auf der Abszisse ein Betriebsbereich für Umdrehun gen pro Minute (U/min) des Laufrads einer Gasturbine, z. B. der in 1 veranschaulichten Turbine 100, abgetragen sein, und auf der Koordinate können die Erregerfrequenzen der ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 abgetragen sein. Die modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels sind auf einer rechts angeordneten senkrechten Achse graphisch abgetragen. In der Gasturbine 100 kann die Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 in der ersten Expansionsstufe eine beliebige Anzahl von Laufschaufeln, z. B. 92 Laufschaufeln, enthalten. In einem Laufradbetriebsbereich von etwa 3600 U/min kann die Erregerfrequenz der ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 in der Nähe der 7-ten modalen Schwingungsfrequenz des inneren Mantels 400 liegen. Eine derartige Bedingung kann Resonanz oder modale Anregungen in dem inneren Mantel 400 zur Folge haben. Diese Resonanz kann das Versagen einer Dichtung, beispielsweise einer Gewebe- oder einer Wabendichtung, die zwischen dem inneren Mantel 400 und der ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln angeordnet ist, fördern oder hervorrufen. Dies kann zu einem Leckstrom der heißen Gase in einen sekundären Strömungspfad führen, was den Wirkungsgrad der Gasturbine 100 reduziert. Außerdem kann Heißgaspfad-(HGP)-Ingestion auftreten und die Kühlung eines zugeordneten äußeren Mantels, z. B. des in 3 veranschaulichten äußeren Mantels 304, reduzieren. Aufgrund dieser Verringerung der Kühlung kann sich die Temperatur des äußeren Mantels 304 erhöhen, was eine strukturelle Beschädigung des äußeren Mantels 304 fördert oder hervorruft. Somit kann der Leckstrom der heißen Gase die Lebensdauer eine Turbinenmantelanordnung, z. B. der Mantelanordnung 214, verkürzen, kann die Wartungs- und Reparaturkosten der Mantelanordnung 214 steigern und kann die Leistung der Gasturbine 100 beeinträchtigen.
Die vorausgehende Beschreibung von 4–6 bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbine 100 und eines herkömmlichen inneren Mantels 400, der in Verbindung mit der Gasturbine 100 verwendet werden kann. In weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können unterschiedliche Gasturbinen oder sonstige Arten von Turbinen genutzt werden. Diese verschiedenen Turbinen können unterschiedliche Komponenten enthalten und/oder Betriebscharakteristiken aufweisen. Beispielsweise können verschiedene Turbinen eine beliebige Anzahl von Laufschaufeln in einer Expansionsstufe enthalten. Als ein weiteres Beispiel können verschiedene Turbinen verschiedene Betriebsbereiche (beispielsweise U/min) für ein Laufrad aufweisen, und diese verschiedenen Betriebsbereiche können wiederum verschiedene zu berücksichtigende Erregerfrequenzen hervorrufen.
In der vorausgehenden Beschreibung von 4–6 wurde der innere Mantel 400 gemeinsam mit mehreren in Zusammenhang mit dem inneren Mantel 400 auftretenden Problemen im Einzelnen erläutert. Um die bisher beschriebenen Probleme zu lindern, sind in 7–10 vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Für spezielle Ausführungsbeispiele der unten beschriebenen Erfindung wurden einige Abwandlungen der Konstruktion in Betracht gezogen und experimentell getestet, wobei sich bei einer Steigerung des Abstands zwischen der betreffenden modalen Frequenz eines inneren Mantels und der Laufschaufelschwingungsfrequenz im Betriebsbereich einer Turbine verbesserte Ergebnisse ergaben.
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines inneren Mantels 700, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der innere Mantel 700 kann einen Körper 702, eine obere Fläche 704, eine untere Fläche 706, einen ersten Endabschnitt 708 und einen dem ersten Endabschnitt 710 gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 710 aufweisen. Der innere Mantel 700 kann ferner zwei Endleisten 712a, 712b und eine Mit telleiste 714 enthalten, die sich von dem ersten Endabschnitt 708 zu dem zweiten Endabschnitt 710 erstrecken. Im Betrieb kann die untere Fläche 706 benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln, z. B. der in 2 veranschaulichten ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204, angeordnet sein, und die untere Fläche 706 kann einen Heißgaspfad für die heißen Gase bilden oder definieren, die mehreren zugeordneten Leitapparate der ersten Stufe, z. B. den in 2 gezeigten Leitapparaten 202, entströmen. Die beiden Endleisten 712a, 712b und die Mittelleiste 714 können dem inneren Mantel 700 strukturelle Steifigkeit verleihen. Darüber hinaus kann der innere Mantel 700 auf einer gekrümmten Konstruktion basieren, oder er kann in einer Abwandlung einen oder mehrere gekrümmte Bereiche und/oder Flächen aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel können die beiden Endleisten 712a, 712b und die Mittelleiste 714 längs der oberen Fläche 704 eine Aufprallkühlfläche 716 definieren, um eine Aufprallkühlplatte, z. B. die in 3 gezeigte Aufprallkühlplatte 306, passend aufzunehmen.
Darüber hinaus kann der innere Mantel 700 gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Querstrebe 718 aufweisen, die auf der oberen Fläche ausgebildet ist und/oder mit dieser verbunden ist. Beispielsweise kann die Querstrebe 718 eine vorspringende Gestalt aufweisen, die auf der oberen Fläche 704 des inneren Mantels 700 angeordnet oder ausgebildet ist. Die Querstrebe 718 kann in einer Richtung vorgesehen sein, die quer zu den beiden Endleisten 712a, 712b und der Mittelleiste 714 verläuft, und die Querstrebe kann die Aufprallkühlfläche 716 halbieren und/oder in zwei Teile unterteilen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der innere Mantel 700 mittels eines Wachsausschmelzverfahrens basierend auf einer (wenigstens etwa 50% Nickel enthaltenden) Ni ckellegierung hergestellt sein. Darüber hinaus kann der innere Mantel 700 Befestigungsmittel 720a und 720b aufweisen, die an dem ersten Endabschnitt 710 bzw. an dem zweiten Endabschnitt 712 vorgesehen sind. Die Befestigungsmittel 720a und 720b können auf geeigneten Befestigungsmechanismen basieren und/oder solche und/oder beliebige Einrichtungen enthalten, die die Befestigung des inneren Mantels 700 an einem äußeren Mantel einer Gasturbine, z. B. dem in 3 gezeigten äußeren Mantel 304, erleichtern. Die Befestigungsmittel 720a und 720b können den gemäß 3 veranschaulichten und oben beschriebenen Befestigungsmitteln 314a und 314b ähneln.
In vielfältigen weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Abmessungen der Querstrebe 718 variiert werden. Beispielsweise lassen sich die Abmessungen der Querstrebe zumindest teilweise auf vielfältigen Faktoren der Gasturbine 100 basierend ermitteln, z. B. dem normalen Betriebsbereich (in U/min) des Laufrads der Gasturbine 100, der Anzahl von Laufschaufeln in einer Expansionsstufe der Gasturbine 100, dem Material des inneren Mantels 700, usw. In einem Ausführungsbeispiel kann die Querstrebe 718 eine Länge von etwa 0,446 Zoll (1,32 cm), gemessen in einer quer zu den beiden Endleisten 712a, 712b verlaufenden Richtung, und eine Breite von etwa 0,145 Zoll (0,37 cm) aufweisen.
In vielfältigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Bereitstellen wenigstens einer Querstrebe 718 auf der oberen Fläche 704 eines inneren Mantels 700 die Modifikation der modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels 700 erleichtern und kann die Vermeidung einer Resonanz oder modalen Anregung des inneren Mantels 700 unterstützen. In einem Ausführungsbeispiel können in einer Mantelanordnung einer Gasturbine 100, z. B. der in 2 gezeigten Mantelanordnung 214, mehrere innere Mantel 700 genutzt werden. Die wenigstens eine Quer strebe 718 jedes Satzes innerer Mäntel 700 kann die Verschiebung der 7-ten modalen Schwingungsfrequenz jedes Satzes innerer Mäntel 700 weg von einer Erregerfrequenz einer Anzahl rotierender Turbinenschaufeln, z. B. der in 2 veranschaulichten ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204, erleichtern. Die Gasturbine 100, die die vielen inneren Mäntel 700 verwendet, kann in vielfältigen Ausführungsbeispielen der Erfindung dem Bedarf entsprechend auch mehrere andere Konstruktionen des inneren Mantels nutzen. Einige wenige Beispiele weiterer Konstruktionen des inneren Mantels, die genutzt werden können, sind im Vorliegenden beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der innere Mantel 700 wenigstens eine modale Schwingungsfrequenz eines oder mehrerer aus der Anzahl von inneren Mänteln 700 weg von einer Erregerfrequenz einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln, die einer Expansionsstufe einer Gasturbine zugeordnet sind, verschieben. Beispielsweise kann in einem Ausführungsbeispiel wenigstens eine modale Schwingungsfrequenz eines inneren Mantels um etwa ±10% weg von einer Erregerfrequenz einer Anzahl rotierender Turbinenschaufeln einer Gasturbine 100 verschoben werden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine modale Schwingungsfrequenz eines inneren Mantels dem Bedarf entsprechend um einen beliebigen anderen Betrag oder Prozentsatz, beispielsweise ±5%, ±7%, ±15%, usw., weg von einer der Gasturbine 100 zugeordneten Erregerfrequenz verschoben werden
Im Falle des Einsatzes in einer Gasturbine, die einen Rotor aufweist, der mit 3600 U/min läuft, hat sich herausgestellt, dass die modalen Schwingungsfrequenzen für den inneren Mantel 700 ausreichend weit von der Erregerfrequenz einer Anzahl von rotierenden Laufschaufeln verschoben sind. Beispielsweise ist die 7-te modale Schwingung des inneren Mantels 700 weg von der Erregerschwingungsfrequenz der ersten Anzahl von rotierenden Laufschaufeln 204 der in 1 und 2 veranschaulichten Turbine 100 verschoben. Ein Beispiel einer Darstellung der modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels 700, die anhand einer modalen Analyse erhalten wurden, ist in der folgenden Tabelle 2 unterbreitet.

Mode Modale Frequenz (Hz)

1 870,0

2 1418,40

3 3002,1

4 3418,1

5 4531,4

6 4787,0

7 5924,2

8 6830,7

9 6958,6

10 7040,2

Tabelle 2
Obwohl das Ausführungsbeispiel von 7 als zwei Endleisten und eine Mittelleiste gemeinsam mit einer Querstrebe verwendend beschrieben ist, fällt auch ein Ausführungsbeispiel, das zwei Endleisten mit wenigstens einer Querstrebe aufweist, in den Schutzbereich der Erfindung.
8A veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Beispiel eines inneren Mantels 800a, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß 8A ist ein innerer Mantel 800a mit zwei Querstreben 802a und 802b gezeigt, die auf einer oberen Fläche 804 des inneren Mantels 800a angeordnet sind. Die beiden Querstreben 802a und 802b können auf vorspringenden Gestalten ba sieren, die sich in einer quer zu den beiden Endleisten 806a und 806b verlaufenden Richtung erstrecken.
8B veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Beispiel eines inneren Mantels 800b gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß 8B ist ein innerer Mantel 800b mit drei Querstreben 808a, 808b und 808c gezeigt, die auf einer oberen Fläche 810 des inneren Mantels 800b angeordnet sind. Die drei Querstreben 808a, 808b und 808c können auf vorspringenden Gestalten basieren, die sich in einer quer zu den beiden Endleisten 812a und 812b des inneren Mantels 800b verlaufenden Richtung erstrecken. In vielfältigen Ausführungsbeispielen kann entweder der innere Mantel 800a oder 800b unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von der Anwendung und Größe einer Gasturbine wenigstens eine modale Schwingungsfrequenz entsprechender innerer Mäntel modifizieren und eine aufgrund der Erregerfrequenz der Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln auftretende modale Anregung oder Resonanz der inneren Mäntel vermeiden.
Darüber hinaus können sich in vielfältigen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine oder mehrere Querstreben entlang der oberen Fläche in vielen verschiedenen Richtungen erstrecken. Beispielsweise könnten sich eine oder mehrere Querstreben zwischen den beiden Endleisten in eine oder mehrere Richtungen erstrecken, die nicht quer zu den beiden Endleisten verlaufen, beispielsweise, bezogen auf eine oder mehrere der beiden Endleisten, in eine oder mehrere diagonale Richtungen und/oder in eine oder mehrere gekrümmte Richtungen.
9 veranschaulicht Beispiele vielfältiger Arten von Rippen, die als Querstreben in einem inneren Mantel verwendet werden können, gemäß vielfältigen zur Veranschaulichung darge stellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. 9 veranschaulicht abgewandelte Querstrebenkonstruktionen, die in den Gasturbinen verwendet werden können, um eine oder mehrere modale Schwingungsfrequenzen eines inneren Mantels, z. B. des in 7 gezeigten inneren Mantels 700, zu modifizieren. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung verwirklichte Querstrebenkonstruktionen können auf einer im Wesentlichen kreisförmigen Rippe 900, auf im Wesentlichen rechtwinkligen Rippen 902a und 902b, auf einer im Wesentlichen ovalen Rippe 904 und/oder auf einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Rippe 906 basieren. Andere Formen und Abmessungen von Rippen können dem Bedarf entsprechend genutzt werden, um ähnliche Ergebnisse einer Modifizierung der modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels in einer Weise zu erreichen, die in Einklang mit maßgebenden Zielen und/oder Anforderungen der Konstruktion stehen, beispielsweise einer ausreichenden Verschiebung der modalen Schwingungsfrequenzen weg von der Turbinenschaufelerregerfrequenz.
10 zeigt ein Beispiel eines Campbell-Diagramms für den inneren Mantel 700 von 7, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Campbell-Diagramm 1000 zeigt die Koinzidenz einer Resonanz zwischen der Erregerfrequenz einer Anzahl rotierender Turbinenschaufeln, z. B. der ersten Anzahl von in 2 gezeigten rotierenden Turbinenschaufeln 204, und den modalen Schwingungsfrequenzen des inneren Mantels 700. In einem Ausführungsbeispiel kann die Erregerfrequenz der ersten Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 in einem Betriebsbereich von etwa 3600 U/min des Laufrads einen ausreichenden Abstand von der 7-ten modalen Schwingungsfrequenz des inneren Mantels 700 haben. Der Einsatz des inneren Mantels 700 kann die Resonanz oder modalen Anregungen in dem inneren Mantel 700 in einer Mantelanordnung der Gasturbine, z. B. der in 2 gezeigten Mantelan ordnung 214, reduzieren und/oder verhindern. Der Wirkungsgrad der Gasturbine, z. B. der in 1 gezeigten Turbine 100, und die Lebensdauer der Mantelanordnung 214 können gesteigert werden, und die Gesamtperformance der Gasturbine 100 kann verbessert werden.
11 zeigt in einem Flussdiagramm ein Beispiel eines Verfahrens 1100 zur Herstellung, Produktion und/oder Erzeugung eines inneren Mantels, gemäß einem zur Veranschaulichung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren 1100 kann zusätzlich auf einem Verfahren basieren, das dazu dient, wenigstens eine modale Schwingungsfrequenz eines inneren Mantels, z. B. des in 7 gezeigten inneren Mantels 700, einer Mantelanordnung in einer Gasturbine zu ändern/modifizieren. Das Verfahren kann in Block 1102 beginnen.
In Block 1102 kann ein Körper des inneren Mantels 700 bereitgestellt werden. Der Körper kann einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt aufweisen. Darüber hinaus kann der Körper in einigen Ausführungsbeispielen auf einer gegenüber dem inneren Mantel 700 gekrümmten Konstruktion basieren. Wenn der Körper bereitgestellt ist, können Arbeitsschritte in Block 1104 fortgesetzt werden.
In Block 1104 können wenigstens zwei Leisten bereitgestellt werden, die sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt des inneren Mantels 100 erstrecken. Wenn die wenigstens zwei Leisten bereitgestellt sind, können Arbeitsschritte in Block 1106 fortgesetzt werden, und es kann wenigstens eine Querstrebe auf der oberen Fläche bereitgestellt werden. Die wenigstens eine Querstrebe kann auf der oberen Fläche in einer Richtung ausgebildet oder bereitgestellt werden, die zu den wenigstens zwei Leisten quer verläuft. Darüber hinaus kann die wenigstens eine Querstrebe in einigen Ausführungsbeispielen eine vorspringende Gestalt aufweisen, die in einer quer zu den wenigstens zwei Leisten verlaufenden Richtung ausgebildet ist. Weiter kann die wenigstens eine auf der oberen Fläche vorgesehene Querstrebe in speziellen Ausführungsbeispielen vielfältige Konstruktionen und Abmessungen aufweisen, z. B. die in 9 veranschaulichten Konstruktionen und Abmessungen. Die wenigstens eine vorgesehene Querstrebe kann die Modifikation einer oder mehrerer Frequenzen erleichtern, die dem inneren Mantel 700 zugeordnet sind. Beispielsweise kann die wenigstens eine Querstrebe die Verschiebung wenigstens einer modalen Frequenzen des inneren Mantels 700 weg von einer Erregerfrequenz erleichtern, die einer entsprechenden Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln in einer Turbine zugeordnet ist.
Das Verfahren 1100 kann nach Block 1106 enden.
Die in dem Verfahren 1100 von 11 beschriebenen Arbeitsschritte brauchen nicht unbedingt in der in 11 dargelegten Reihenfolge ausgeführt zu werden, sondern können vielmehr in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge erfolgen. Darüber hinaus kann in speziellen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine kleinere oder eine größere Zahl als die in 11 dargelegte Zahl von Arbeitsschritten ausgeführt werden.
In vielfältigen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann nach Wunsch eine breite Palette unterschiedlicher Typen und Formen von Querstreben genutzt werden. Die verwendeten Querstreben können die Modifikation der harmonischen und sonstiger modaler Frequenzen des inneren Mantels so durchführen, dass sämtliche Frequenzen außerhalb eines unerwünschten Bereichs fallen, der um eine Turbinenlaufschaufelerregerfrequenz angeordnet ist, beispielsweise, außerhalb eines Bereichs von ±10% der Turbinenlaufschaufelerregerfrequenz. Die Anregung der Tur binenlaufschaufeln kann durch die Rotation des Turbinenlaufrads verursacht sein, auf dem die Laufschaufeln angebracht sind, und die Anregung ist möglicherweise unvermeidlich.
Während die Erfindung in Zusammenhang mit vielfältigen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, von denen gegenwärtig angenommen wird, dass sie sich am besten verwirklichen lassen, ist es jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll, sondern vielmehr vielfältige Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus zu offenbaren, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist in den Ansprüchen definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
Beschrieben sind Mantelanordnungen 214 und Verfahren 1100 zum Ändern wenigstens einer modalen Schwingungsfrequenz eines inneren Mantels 700 einer Mantelanordnung 214 in einer Turbine 100. Eine Mantelanordnung 214 weist einen inneren Mantel 700 und einen äußeren Mantel 304 auf. Der innere Mantel 700 umfasst einen Körper 702 mit einem ersten Endabschnitt 708, ei nem dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt 710, einer oberen Fläche 704 und einer unteren Fläche 706, wobei die untere Fläche benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln 204 angeordnet ist. Der innere Mantel 700 enthält ferner wenigstens zwei Leisten 712a, 712b. Ein Verfahren 1100 zum Vermeiden unerwünschter modaler Anregungen in dem inneren Mantel 700 nutzt wenigstens zwei Leisten (712a, 712b)”), die auf der oberen Fläche 704 ausgebildet sind und sich zwischen dem ersten Endabschnitt 708 und dem zweiten Endabschnitt 710 erstrecken, wobei zwischen den wenigstens zwei Leisten 712a, 712b eine Aufprallkühlfläche 716 definiert ist. Darüber hinaus weist der innere Mantel 700 wenigstens eine Querstrebe 718 auf, die auf der oberen Fläche 704 und in einer Richtung ausgebildet ist, die quer zu den wenigstens zwei Leisten 712a, 712b verläuft.

100: Gasturbine
102: Ansaugabschnitt
104: Verdichterabschnitt
106: Brennkammerabschnitt
108: Turbinenabschnitt
110: Auslassabschnitt
200: Turbinengehäuse
202: Leitapparat der ersten Stufe
204: Laufschaufeln der ersten Expansionsstufe
206: Leitapparate der zweiten Stufe
208: Laufschaufeln der zweiten Expansionsstufe
210: Leitapparate der dritten Stufe
212: Laufschaufeln der dritten Expansionsstufe
214: Mantelanordnung der ersten Stufe
216: Mantelanordnung der zweiten Stufe
218: Mantelanordnung der dritten Stufe
302: innerer Mantel
304: äußerer Mantel
306: Aufprallkühlplatte
308: Grundkörper des inneren Mantels
310: erster Endabschnitt des inneren Mantels
312: zweiter Endabschnitt des inneren Mantels
314a: erstes Befestigungsmittel des inneren Mantels
314b: zweites Befestigungsmittel des inneren Mantels
316a: unterer Haken des äußeren Mantels
316b: unterer Haken der äußeren Mantel
318a: Befestigungsabschnitt des äußeren Mantels
318b: Befestigungsabschnitt des äußeren Mantels
400: innerer Mantel
402: obere Fläche des inneren Mantels
404: untere Fläche des inneren Mantels
406a: Endleiste des inneren Mantels
406b: Endleiste des inneren Mantels
408: Mittelleiste des inneren Mantels
410: Aufprallkühlfläche des inneren Mantels
502: Basis des inneren Mantels
RT1: Endleistendicke des inneren Mantels
RT2: Endleistendicke des inneren Mantels
CT: Mittelleistendicke des inneren Mantels
BT: Aufprallflächendicke des inneren Mantels
700: innerer Mantel
702: Grundkörper des inneren Mantels
704: obere Fläche des inneren Mantels
706: untere Fläche des inneren Mantels
708: erster Endabschnitt des inneren Mantels
710: zweiter Endabschnitt des inneren Mantels
712a: Endleiste des inneren Mantels
712b: Endleiste des inneren Mantels
714: Mittelleiste des inneren Mantels
716: Aufprallkühlfläche des inneren Mantels
718: Querstrebe des inneren Mantels
720a: Befestigungsmittel des inneren Mantels
720b: Befestigungsmittel des inneren Mantels
800a: innerer Mantel
802a: Querstrebe des inneren Mantels
802b: Querstrebe des inneren Mantels
804: obere Fläche des inneren Mantels
806a: Endleiste des inneren Mantels
806b: Endleiste des inneren Mantels
800b: innerer Mantel
808a: Querstrebe des inneren Mantels
808b: Querstrebe des inneren Mantels
808c: Querstrebe des inneren Mantels
810: obere Fläche des inneren Mantels
812a: Endleiste des inneren Mantels
812b: Endleiste des inneren Mantels
900: kreisförmige Rippenkonstruktion für Querstrebe
902a: rechtwinklige Rippenkonstruktion für Querstrebe
902b: rechtwinklige Rippenkonstruktion für Querstrebe
904: ovale Rippenkonstruktion für Querstrebe
906: halbkreisförmige Rippenkonstruktion für Querstrebe
1100: Verfahren
1102: Block
1104: Block
1106: Block

Claims

Mantelanordnung (214) für eine Turbine (100), wobei die Mantelanordnung (214) einen inneren Mantel (700) und einen äußeren Mantel (304) aufweist, wobei der innere Mantel (700) folgendes umfasst: einen Körper (702), der einen ersten Endabschnitt (708), einen dem ersten Endabschnitt (708) gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt (710), eine obere Fläche (704) und eine untere Fläche (706) aufweist, wobei die untere Fläche (706) benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln (204) angeordnet ist; wenigstens zwei Leisten (712a, 712b), die auf der oberen Fläche (704) ausgebildet sind und sich zwischen dem ersten Endabschnitt (708) und dem zweiten Endabschnitt (710) erstrecken, wobei die eine Aufprallkühlfläche (716) zwischen den wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) definiert ist; und wenigstens eine Querstrebe (718), die auf der oberen Fläche (704) und in einer Richtung ausgebildet ist, die quer zu den wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) verläuft.
Mantelanordnung (214) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Querstrebe (718) auf mehreren Querstreben basiert.
Mantelanordnung (214) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Querstrebe (718) das Verschieben wenigstens einer modalen Schwingungsfrequenz des inneren Mantels (700) weg von einer Erregerfrequenz der Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln (204) unterstützt.
Mantelanordnung (214) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Querstrebe (718) eine vorspringende Gestalt aufweist, die auf der oberen Fläche (704) des inneren Mantels (700) ausgebildet ist.
Mantelanordnung (214) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Querstrebe (718) die obere Fläche (704) des inneren Mantels (700) halbiert, um die Aufprallkühlfläche (716) in zwei Teile zu unterteilen.
Mantelanordnung (214) nach Anspruch 1, wobei der Körper (702) des inneren Mantels (700) auf einem Körper mit einer gekrümmten Konstruktion basiert.
Mantelanordnung (214) nach Anspruch 1, wobei der innere Mantel (700) auf einem inneren Mantel basiert, der aus wenigstens einer Nickellegierung hergestellt ist.
Mantelanordnung (214) nach Anspruch 1, wobei der erste Endabschnitt (708) und der zweite Endabschnitt (710) ferner eine oder mehrere entsprechende Befestigungen (720a, 720b) aufweisen, die es erleichtern, den innere Mantel (700) an dem äußeren Mantel zu befestigen.
Turbine (100), zu der gehören: ein Turbinengehäuse (200); ein Laufrad; eine Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln (204), die sich von dem Laufrad ausgehend erstrecken; und eine Mantelanordnung (214), wobei die Mantelanordnung (214) mehrere innere Mäntel (700) und einen an dem Turbinengehäuse (200) befestigten äußeren Mantel (304) aufweist, wobei jeder der mehreren inneren Mantel (700) folgendes umfasst: eine oder mehrere Befestigungen (720a, 720b), die eine Verbindung zwischen dem inneren Mantel (700) und dem äußere Mantel (304) der Mantelanordnung (214) ermöglichen; ein Körper (702) der einen ersten Endabschnitt (708), einen dem ersten Endabschnitt (708) gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt (710), eine obere Fläche (704) und eine untere Fläche (706) aufweist, wobei die untere Fläche (706) benachbart zu der Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln (204) angeordnet ist; wenigstens zwei Leisten (712a, 712b), die auf der oberen Fläche (704) ausgebildet sind und sich zwischen dem ersten Endabschnitt (708) und dem zweiten Endabschnitt (710) erstrecken; und wenigstens eine Querstrebe (718), die auf der oberen Fläche (704) in einer Richtung ausgebildet ist, die quer zu den wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) verläuft.
Verfahren (1100) zum Ändern wenigstens einer modalen Schwingungsfrequenz eines inneren Mantels (700) einer Mantelanordnung (214) in einer Turbine (100), wobei zu dem Verfahren (1100) die Schritte gehören: Bereitstellung (1102) eines Körpers (702) des inneren Mantels (700), wobei der Körper (702) einen ersten Endabschnitt (708), einen zweiten Endabschnitt (710), eine obere Fläche (704) und eine untere Fläche (706) aufweist, wobei die untere Fläche (706) benachbart zu einer Anzahl von rotierenden Turbinenschaufeln (204) angeordnet ist; Bereitstellung (1104) von wenigstens zwei Leisten (712a, 712b), die sich entlang einer Länge des Körpers (702) zwischen dem ersten Endabschnitt (708) und dem zweiten Endabschnitt (710) erstrecken, wobei die wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) auf der oberen Fläche (704) und zwischen den wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) eine Aufprallkühlfläche (716) definieren; und Bereitstellung (1106) wenigstens einer Querstrebe (718) auf der oberen Fläche (704) in einer Richtung, die quer zu den wenigstens zwei Leisten (712a, 712b) verläuft.