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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Gasturbinensysteme, insbesondere eine Biegedichtungsanordnung für den Diffusorbereich einer Gasturbine.
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Gasturbinensysteme schließen im Allgemeinen einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine ein. Der Verdichter komprimiert einen Luftstrom von einem Lufteinlass und leitet den komprimierten Luftstrom zur Brennkammer. Die Brennkammer verbrennt ein Gemisch aus verdichtetem Luftstrom und Brennstoff zur Erzeugung von heißen Verbrennungsgasen, die zur Turbine geleitet werden, um eine Leistung zu erbringen, wie etwa den Antrieb eines elektrischen Generators oder einer anderen Last. Die von der Turbine erzeugten Verbrennungsgase können zu einem Diffusorbereich vor Turbine des Gasturbinensystems geleitet werden.
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Aufgrund der Konfiguration des Diffusorbereichs und hoher Temperaturen durch die Verbrennung von Gasen sind herkömmliche Diffusorbereiche des Gasturbinensystems hohen Belastungen ausgesetzt. Folglich können herkömmlichen Diffusorbereiche hohe Belastungen durch thermische Ausdehnung und Kontraktion erfahren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bestimmte Ausführungsformen, die dem Schutzumfang der ursprünglich beanspruchten Erfindung entsprechen, sind nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung nicht einschränken, sondern nur eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der Erfindung bereitstellen. Im Übrigen kann die Erfindung eine Vielzahl von Formen umfassen, die den nachstehend dargelegten Ausführungsformen ähneln oder sich von diesen unterscheiden können.
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In einer ersten Ausführungsform schließt eine Biegedichtungsanordnung mehrere Leitungssegmente ein, die ausgelegt sind, um rund um eine Verbindung zwischen einer Turbine eines Turbinensystems und einem Diffusor des Turbinensystems angeordnet zu werden. Die Vielzahl von Leitungssegmenten schließt eine Nut ein, die ausgelegt ist, um sich in Umfangsrichtung um die Verbindung zu erstrecken. Zusätzlich schließt die Vielzahl der Leitungssegmente ein erstes Leitungssegment der Vielzahl von Leitungssegmenten und ein zweites Leitungssegment der Vielzahl von Leitungssegmenten ein. Das zweite Leitungssegment schließt einen Ablauf ein. Ferner schließt die Vielzahl von Leitungssegmenten eine Isolierung ein, die in der Nut der Vielzahl von Leitungssegmenten angeordnet ist.
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In einer zweiten Ausführungsform schließt ein System eine Turbine, einen Diffusor, ausgelegt zur Aufnahme eines Luftstroms aus der Turbine, und eine Biegedichtungsanordnung ein. Die Biegedichtungsanordnung schließt eine Vielzahl von Leitungssegmenten ein, die ausgelegt sind, um rund um eine Verbindung zwischen der Turbine und dem Diffusor angeordnet zu werden, und die Vielzahl von Leitungssegmenten ist ausgelegt zum Umschließen der Verbindung und mindestens eines Endabschnitts der Turbine. Die Vielzahl von Leitungssegmenten schließt ein erstes Leitungssegment der Vielzahl von Leitungssegmenten, ein zweites Leitungssegment der Vielzahl von Leitungssegmenten, das einen Ablauf aufweist, und eine in jedem der Vielzahl von Leitungssegmenten angeordnete Isolierung ein.
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In einer dritten Ausführungsform schließt ein Verfahren das Anordnen einer Vielzahl von Leitungssegmenten um eine Verbindung eines Turbinensystems zwischen einer Turbine und einem Diffusor des Turbinensystems ein. Ein erstes Leitungssegment der Vielzahl von Leitungssegmenten ist in der Nähe eines unteren Teils der Verbindung angeordnet, und das erste Leitungssegment schließt einen Ablauf ein und unterscheidet sich von anderen Leitungssegmenten der Vielzahl von Leitungssegmenten. Das Verfahren schließt auch das Koppeln des ersten Leitungssegments der Vielzahl von Leitungssegmenten an den Diffusor des Turbinensystems in der Nähe des unteren Teils der Verbindung, das Koppeln einer flexiblen Dichtung an die Vielzahl von Leitungssegmenten und das Koppeln der anderen Leitungssegmente der Vielzahl von Leitungssegmenten am Diffusor und dem ersten Leitungssegment der Vielzahl von Leitungssegmenten ein.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen gleiche Zeichen in allen Zeichnungen gleiche Teile darstellen, wobei:
- 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems mit einer Biegedichtungsanordnung für einen Diffusorbereich einer Gasturbine ist;
- 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung und einer Ausführungsform des Diffusors von 1 ist;
- 3 eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung aus 1 ist;
- 4 eine perspektivische Rückansicht der Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung aus 3 ist;
- 5 eine perspektivische Vorderansicht der Anordnung der Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung aus 3 ist;
- 6 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Biegedichtungsanordnung und eines Abschnitts eines Diffusorbereichs einer Gasturbine ist;
- 7 eine Querschnittsansicht der Ausführungsform des Leitungsabschnitts aus 5 ist;
- 8 eine zusätzliche Querschnittsansicht der Ausführungsform des Leitungsabschnitts aus 5 ist; und
- 9 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Installieren einer Biegedichtungsanordnung auf einen Diffusorbereich eines Gasturbinensystems ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. In dem Bemühen, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsformen zu liefern, können nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben werden. Es versteht sich, dass bei der Entwicklung einer jeden solchen Implementierung, wie in jedem technischen oder konstruktiven Projekt, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie etwa Übereinstimmung mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Randbedingungen, welche sich von einer Implementierung zur anderen ändern können. Darüber hinaus versteht es sich, dass eine derartige Entwicklungsanstrengung komplex und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch eine Routinemaßnahme in Konstruktion, Fertigung und Herstellung für den durchschnittlichen Fachmann, der über den Vorteil dieser Offenbarung verfügt.
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Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeführt werden, sollen die Artikel, „ein“, „eine“ und „der/die/das“ bedeuten, dass es eines oder mehrere der Elemente gibt. Die Begriffe „umfassend,“ „einschließlich,“ und „mit“ sind als einschließend zu verstehen und bedeuten, dass außer den aufgelisteten Elementen weitere Elemente vorhanden sein können.
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Gasturbinensysteme dehnen Verbrennungsgase durch Turbinen aus, um Leistung zum Antrieb einer oder mehrerer Lasten zu erzeugen. Einige Gasturbinensysteme können in kombinierten Zyklus- und/oder Abwärmenutzungsanlagen verwendet werden, die Leistung aus der Wärme der Verbrennungsgase erbringen, wie etwa durch Erzeugen von Dampf und Richten des Dampfes hin zu einer Dampfturbine. Ein Gasturbinensystem kann ausgewählt werden, um eine zulässige Last einer bekannten Größe anzutreiben, jedoch kann sich die tatsächliche Belastung des Gasturbinensystems während des Betriebs des Gasturbinensystems ändern.
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Wenn ein Gasturbinensystem arbeitet, können Verbrennungsgase von einer Turbine zu einem Diffusor strömen. Die unten ausführlich beschriebenen Systeme und Verfahren beschreiben verschiedene Ausführungsformen einer nachrüstbaren Biegedichtungsanordnung, die konfiguriert ist, um in Umfangsrichtung einen Abschnitt eines Diffusors zu umgeben und einen Ablauf für Flüssigkeit (z. B. Wasser) bereitzustellen, die sich zwischen einem Auslass der Turbine und einem Einlass des Diffusors ansammeln kann. Insbesondere kann die Biegedichtungsanordnung eine flexible Dichtung einschließen, die mit dem Diffusor und der Turbine verbunden ist. Die Biegedichtungsanordnung kann auch mehrere Leitungssegmente einschließen, welche die flexible Dichtung umgeben. Die Leitungssegmente können miteinander gekoppelt sein, um eine Leitungsanordnung zu bilden, die sich in Umfangsrichtung um Abschnitte der Turbine und des Diffusors erstrecken kann. Darüber hinaus schließt wenigstens eines der Leitungssegmente einen Ablauf ein.
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Bezug nehmend auf die Zeichnungen wird in 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Gasturbinensystems 10 veranschaulicht. Das Diagramm schließt eine Brennstoffdüse 12, Brennstoff 14 und eine Brennkammer 16 ein. Wie dargestellt, wird der Brennstoff 14 (z. B. ein flüssiger Brennstoff und/oder Gasbrennstoff, wie etwa Erdgas) durch die Brennstoffdüse 12 in die Brennkammer 16 zum Turbinensystem 10 geleitet. Die Brennkammer 16 zündet und verbrennt das Luft-Kraftstoff-Gemisch 34, und leitet dann das heiße, unter Druck stehende Abgas 36 in eine Turbine 18 weiter. Das Abgas 36 strömt durch Turbinenschaufeln eines Turbinenrotors in der Turbine 18, wodurch die Turbine 18 angetrieben wird, um sich um die Welle 28 zu drehen, die mit mehreren anderen Komponenten (z. B. Verdichter 22, Last 26) im gesamten Turbinensystem 10 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist ein Diffusor 38 mit der Turbine 18 gekoppelt, und eine nachrüstbare Biegedichtungsanordnung 40 kann mindestens teilweise zwischen dem Diffusor 38 und der Turbine 18 eingeschlossen sein. Wie nachstehend im Detail diskutiert, schließt die Biegedichtungsanordnung 40 bestimmte Strukturen und Komponenten ein, welche die Zuverlässigkeit im Zusammenhang mit dem Diffusor 38 (z. B. durch Verringern der Belastung) verbessern. Zum Beispiel kann die Biegedichtungsanordnung 40 eine flexible Dichtung umfassen, die axial (z. B. entlang der Achse 46) zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 angeordnet ist; die Biegedichtungsanordnung 40 kann auch mehrere Leitungssegmente einschließen, die sich in einer Umfangsrichtung 48 um die flexible Dichtung erstrecken. Der Diffusor 38 ist so ausgelegt, dass er die Abgase 36 von der Turbine 18 während des Betriebs empfängt. Das Abgas 36 des Verbrennungsprozesses kann über den Diffusor 38 und den Abgasauslass 20 aus dem Turbinensystem 10 austreten. Die Biegedichtungsanordnung 40 ist ausgelegt, um aufgrund einer thermischen Ausdehnung und Kontraktion eine Relativbewegung in axialer Richtung 46 zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 zu ermöglichen, während das unter Druck gesetzte Abgas 36 innerhalb der Turbine 18 und des Diffusors 38 zurückgehalten wird.
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In einer Ausführungsform des Turbinensystems 10 sind Verdichterleitschaufeln oder -Schaufeln als Komponenten des Verdichters 22 eingeschlossen. Schaufeln innerhalb des Verdichters 22 können mit der Welle 28 durch einen Verdichterrotor gekoppelt sein und drehen sich, wenn die Welle 28 von der Turbine 18 angetrieben wird. Der Verdichter 22 kann über einen Lufteinlass 24 Oxidationsmittel 30 (z. B. Luft) in das Turbinensystems 10 einsaugen. Ferner kann die Welle 28 mit der Last 26 gekoppelt sein, die über die Drehung der Welle 28 angetrieben werden kann. Wie zu erkennen ist, kann die Last 26 eine beliebige geeignete Vorrichtung zum Erzeugen von Leistung durch die Drehausgabe des Turbinensystems 10 sein, wie etwa eine Energieerzeugungsanlage oder eine externe mechanische Last. Beispielsweise kann die Last 26 eine externe mechanische Last, wie etwa einen elektrischen Generator, einschließen. Der Lufteinlass 24 zieht das Oxidationsmittel 30 (z. B. Luft) über einen geeigneten Mechanismus ein, wie etwa einen Kaltlufteinlass, in das Turbinensystem 10 zur anschließenden Mischung von Luft 30 mit Brennstoff 14 über die Brennstoffdüse 12. Das von dem Turbinensystem 10 angesaugte Oxidationsmittel 30 (z. B. Luft) kann durch rotierende Schaufeln innerhalb des Verdichters 22 in Druckluft 32 eingespeist und komprimiert werden. Die unter Druck stehende Luft 32 kann dann in eine oder mehrere Brennstoffdüsen 12 eingespeist werden. Die Brennstoffdüsen 12 können anschließend die Druckluft 32 und Kraftstoff 14 mischen, um ein geeignetes Luft-Kraftstoff-Gemisch 34 zur Verbrennung herzustellen.
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2 veranschaulicht eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung 40 und des Diffusors 38 des Gasturbinensystems 10. Wie oben beschrieben, kann der Diffusor 38 Abgase 36 von der Turbine 18 empfangen, bevor er die Abgase ausstößt (z. B. als Abgas). Beispielsweise schließt der Diffusor 38, wie veranschaulicht, einen Einlassabschnitt 50 ein, der die Abgase 36 von der Turbine 18 empfängt, und einen Auslassabschnitt 52, über den die Abgase 36 aus dem Diffusor 38 austreten. Ebenfalls veranschaulicht ist eine Verbindung 54, die hinter der Turbine 18 in Bezug auf die Abgasströmung 36 angeordnet ist. Insbesondere definiert die Verbindung 54 eine Schnittstelle oder einen Raum zwischen dem Einlassabschnitt 50 des Diffusors 38 und einem Auslassabschnitt 55 der Turbine 18, aus dem Abgas 36 ausgestoßen werden kann. Der Einlassabschnitt 50 schließt einen Halsabschnitt 56 ein, der ringförmig ist und axial zwischen einem Körper 58 des Diffusors 38 und einem Dichtungsabschnitt 60 des Einlassabschnitts 50 positioniert ist. Der Dichtungsabschnitt 60, der ebenfalls allgemein ringförmig ist, weist einen Umfang auf, der größer ist als der des Halsabschnitts 56. In einigen Ausführungsformen kann der Dichtungsabschnitt 60 eine Komponente sein, die vom Einlassabschnitt 50 des Diffusors 38 getrennt ist. Zusätzlich kann der Dichtungsabschnitt 60 zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 eingeschlossen sein, um eine Abdichtung zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 bereitzustellen. Während des Betriebs des Turbinensystems 10, einschließlich Ein- und Abschalten, steigen und fallen die Temperaturen der Turbine 18 und des Diffusors 38, wodurch es zu einer thermischen Ausdehnung und Kontraktion von Abschnitten der Turbine 18 und des Diffusors 38 kommt. Zum Beispiel kann sich beim Starten und während des Betriebs des Turbinensystems 10 mindestens ein Abschnitt des Diffusors 38 in axialer Richtung 46 zur Turbine 18 erstrecken, oder mindestens ein Abschnitt der Turbine 18 kann sich in axialer Richtung 46 izum Diffusor 38 erstrecken, wodurch eine axiale Breite der Verbindung 54 zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 verringert wird. Eine Abschaltung des Turbinensystems 10 kann den Diffusor 38 kühlen und mindestens einen Abschnitt des Diffusors 38 in axialer Richtung 46 weg von der Turbine 18 zusammenziehen. Ebenso kann das Abschalten des Turbinensystems 10 die Turbine 18 kühlen und mindestens einen Abschnitt der Turbine 18 in axialer Richtung 46 weg vom Diffusor 38 zusammenziehen. Wie unten beschrieben, kann die Biegedichtungsanordnung 40 eine axiale Bewegung der Turbine 18 (z. B. Bewegung längs der Achse 46) in Bezug auf den Diffusor 38 ermöglichen, während die Abgase 36 von einer Umgebung isoliert werden, in der sich das Turbinensystem 10 befindet. Darüber hinaus können Änderungen der Temperatur die Abschnitte der Biegedichtungsanordnung 40 thermisch ausdehnen und zusammenziehen. Die Isolierung kann innerhalb der Biegedichtungsanordnung 40 angeordnet sein, um die Wärmeausdehnung und Kontraktion von inneren Abschnitten der Biegedichtungsanordnung 40 zu steuern, während die Temperatur von äußeren Abschnitten der Biegedichtungsanordnung 40 unter einer gewünschten Schwellentemperatur gehalten wird.
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Die Biegedichtungsanordnung 40 kann um den Auslassabschnitt 55 der Turbine 18 und den Einlassabschnitt 50 des Diffusors 38 angeordnet sein, so dass sich die Leitungssegmente 44 der Biegedichtungsanordnung 40 um die Verbindung 54 erstrecken. Zum Beispiel kann ein vorderer Abschnitt 62 des Leitungssegments 44 in einer Umfangsrichtung 48 um den Dichtungsabschnitt 60 herum angeordnet sein, und ein hinterer Abschnitt 64 des Leitungssegments 44 kann in der Umfangsrichtung 48 um den Halsabschnitt 56 der Verbindung 54 herum angeordnet sein. Die Biegedichtungsanordnung 40 kann auch mit dem Auslassabschnitt 55 der Turbine 18 gekoppelt und in Umfangsrichtung 48 um ihn angeordnet sein. Die Biegedichtungsanordnung 40 kann mit der Turbine 18 und/oder mit dem Diffusor 38 gekoppelt sein, um die Biegedichtungsanordnung 40 an Ort und Stelle zu halten, sobald sie um die Verbindung 54, den Diffusor 38 und/oder die Turbine 18 angeordnet ist. Zum Beispiel kann die Geometrie der Biegedichtungsanordnung 40 und des Einlassabschnitts 50 dabei helfen, die Anordnung der Biegedichtungsanordnung 40 um den Diffusor 38 beizubehalten. Genauer gesagt kann der hintere Abschnitt 64 an den Dichtungsabschnitt 60 des Einlassabschnitts 50 angrenzen, welcher bei der Beibehaltung einer axialen Position der Biegedichtungsanordnung 40 entlang der Verbindung 54 in Bezug auf die Turbine 18 (z. B. entlang der Achse 46) unterstützen kann. Ferner kann der hintere Abschnitt 64 der Biegedichtungsanordnung 40 mit dem Diffusor 38 über Befestigungselemente gekoppelt sein, die sich durch Öffnungen 69 des hinteren Abschnitts 64 erstrecken können, die in 4 veranschaulicht sind. Das Koppeln der hinteren Abschnitte 64 mit dem Diffusor 38 verringert die Bewegung in andere als einer axialen Richtung, wie etwa der Umfangsrichtung 48, einer vertikalen Richtung 66 und einer oder mehreren lateralen Richtungen 68.
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3 stellt eine vordere perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung 40 des Gasturbinensystems 10 dar, und 4 stellt eine perspektivische Rückansicht der Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung 40 aus 3 dar. Um die Erläuterung der Biegedichtungsanordnung 40 zu vereinfachen, werden 3 und 4 nachstehend zusammen erörtert.
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Wie veranschaulicht, schließt die Biegedichtungsanordnung 40 vier Leitungssegmente 44 ein, die Flansche 70 einschließen, die über Befestigungselemente, wie etwa Bolzen oder Schrauben, mit den Flanschen 70 von benachbarten Leitungssegmenten 44 gekoppelt sein können. Die Leitungssegmente 44 umfassen auch Hebeösen 72, die während der Installation der Biegedichtungsanordnung 40 verwendet werden können. Die Hebeösen 72 sind so ausgelegt, dass sie das Gewicht jedes Leitungssegments 44 während der Installation der Biegedichtungsanordnung 40 unterstützen. Genauer gesagt kann die Biegedichtungsanordnung 40 in das Turbinensystem 10 installiert werden, nachdem Turbine 18 und Diffusor 38 hergestellt worden sind. In anderen Worten, die Biegedichtungsanordnung 40 kann nachträglich bei einem vorhandenen Turbinensystem nachgerüstet werden.
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In der veranschaulichten Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung 40, werden zwei Arten von Leitungssegmenten 44 gezeigt. Insbesondere die Leitungssegmente 44a sind eine erste Art von Leitungssegment, während das Leitungssegment 44b eine zweite Art von Leitungssegment ist. Allgemein gesprochen haben die erste und die zweite Art von Leitungssegmenten ungefähr die gleiche Form und Größe, unterscheiden sich aber in der Anordnung (z. B. Umfangsanordnung) innerhalb der Biegedichtungsanordnung 40. Das Leitungssegment 44b schließt ein Ablaufrohr 74 ein, über das Flüssigkeit (z. B. Wasser) innerhalb der Leitungssegmente 44 aus der Biegedichtungsanordnung 40 austreten kann. Während die vorliegende Ausführungsform vier Leitungssegmente 44 einschließt, kann zusätzlich eine andere Anzahl von Leitungssegmenten 44 in anderen Ausführungsformen verwendet werden. Beispielsweise können zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Leitungssegmente 44 insgesamt verwendet werden. In jeder dieser Ausführungsformen kann die Größe der Leitungssegmente 44 so modifiziert werden, dass ein Umfang der gekoppelten Leitungssegmente 44 etwa dem Umfang der gekoppelten Leitungssegmente 44 in 3 und 4 entspricht und unabhängig von der in der Biegedichtungsanordnung 40 eingeschlossenen Anzahl der Leitungssegmente 44 beibehalten wird. Darüber hinaus kann in solchen Ausführungsformen mindestens ein Leitungssegment 44b der zweiten Art enthalten sein. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform mit zwei Leitungssegmenten 44 eines ein Leitungssegment 44a der ersten Art sein, und ein anderes kann ein Leitungssegment 44b der zweiten Art sein. Als ein weiteres Beispiel können in einer Ausführungsform mit sechs Leitungssegmenten 44 fünf oder weniger der Leitungssegmente 44 Leitungssegmente 44a der ersten Art und ein oder mehrere der Leitungssegmente 44 können Leitungssegmente 44b der zweiten Art sein.
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Die Leitungssegmente 44 erleichtern das Nachrüsten der Biegedichtungsanordnung 40 in das Turbinensystem 10. Insbesondere die segmentierte Bauweise der Leitungssegmente 44 ermöglicht es, dass die Leitungssegmente 44 in einem vorhandenen Turbinensystem 10 installiert werden kann, ohne die Turbine 18 bewegen zu müssen. Gleichermaßen können die Leitungssegmente 44 um den Diffusor 38 herum installiert werden, ohne den Diffusor 38 zu bewegen. Mit anderen Worten, die Leitungssegmente 44 um die Verbindung 54 herum können installiert werden, während die Turbine 18 und der Diffusor 38 miteinander gekoppelt sind. Genauer gesagt, die Leitungssegmente 44 können mit dem Diffusor 38 über Befestigungselemente gekoppelt sein, die sich durch Öffnungen in dem Einlassabschnitt 50 und die Öffnungen 69 der Leitungssegmente 44 erstrecken.
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Wie zusätzlich veranschaulicht, können die Leitungssegmente 44 Transportsicherungen 76 einschließen. Die Transportsicherungen 76 sind so ausgelegt, dass sie während des Transports und/oder während der Installation den Leitungssegmenten 44 eine strukturelle Unterstützung bieten. In einigen Ausführungsformen können die Transportsicherungen 76 entfernt werden, bevor die Leitungssegmente 44 in das Turbinensystem 10 installiert werden.
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Eine flexible Dichtung 42, die in Umfangsrichtung 48 von den Leitungssegmenten 44 umgeben sein kann, schließt Laschen 78 ein, die sich axial 46 von der Biegeversiegelung 42 erstrecken und verwendet werden können, um die Biegeversiegelung 42 mit der Turbine 18 des Turbinensystems 10 zu koppeln. Insbesondere können sich die Laschen 78 axial in den Auslassabschnitt 55 der Turbine 18 erstrecken und eine radiale Kraft gegen die innere Wand des Turbinenauslasses 55 ausüben. Das Koppeln oder Verbinden der flexiblen Dichtung 42 mit der Turbine 18 über die Laschen 78 kann ermöglichen, dass sich die flexible Dichtung 42 durch eine Bewegung der Turbine 18 bewegt (z. B. in einer axialen Richtung, angegeben durch die Achse 46, einer vertikalen Richtung 66 und einer lateralen Richtung 68). Zum Beispiel können, wie oben beschrieben, Betriebszyklen des Turbinensystems 10 eine thermische Ausdehnung und Kontraktion der Materialien, die der hohen Temperaturumgebung der Turbine 18 und des Diffusors 38 ausgesetzt sind, bewirken. Dementsprechend kann die flexible Dichtung 42 eine Bewegung der Turbine 18 in Bezug auf den Diffusor 38 ermöglichen. Wenn die flexible Dichtung 42 mit der Turbine 18 gekoppelt ist und die Leitungssegmenten 44 installiert worden sind, können die Leitungssegmente 44 darüber hinaus eine Umfangsfläche eines Abschnitts der Turbine 18 umgeben, sodass sie einen Raum zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 umschließen, durch den Abgase 36 geleitet werden können. Als solche kann die flexible Dichtung 42 hohen Temperaturen und hohen Drücken in Verbindung mit den Abgasen 36 ausgesetzt werden. Zum Beispiel kann die Temperatur innerhalb der Turbine 18 mehr als 1200 °F, 1500 °F, oder 2000 °F betragen. Die flexible Dichtung 42 kann aus einem Material hergestellt werden, das gegen Hitze und hohen Druck beständig ist, wie beispielsweise Nickel oder Chrom, Inco-Legierungsmaterialien oder andere geeignete Hochleistungsmaterialien. Während sich die flexible Dichtung 42 thermisch expandieren und zusammenziehen kann, wenn die flexible Dichtung 42 den Abgasen 36 ausgesetzt wird, kann die flexible Dichtung 42 dementsprechend ihre strukturelle Integrität beibehalten, während sie die Bewegung der Turbine 18 in Bezug auf den Diffusor 38 ermöglicht und eine abgedichtete Verbindung zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 bereitstellt.
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Die Leitungssegmente 44 schließen hintere Abschnitte 64 ein, die einen hinteren Abschnitt 80 einer Leitungsanordnung 81 bilden können, die den Halsabschnitt 56 des Einlassabschnitts 50 in der Umfangsrichtung 48 umgibt. Mit anderen Worten können die Leitungssegmente 44, wie veranschaulicht, miteinander gekoppelt werden, um eine Leitungsanordnung 81 zu bilden. Genauer gesagt bilden die hinteren Abschnitte 64 der Leitungssegmente 44 den hinteren Abschnitt 80 der Leitungsanordnung 81, wenn die Leitungssegmente 44 miteinander gekoppelt sind, um die Leitungsanordnung 81 zu bilden. Die Leitungsanordnung 81 kann auch einen vorderen Abschnitt 82 einschließen, der durch die vorderen Abschnitte 62 der Leitungssegmente 44 gebildet wird, wenn diese zusammengebaut werden, um die Leitungsanordnung 81 zu bilden. Der hintere Abschnitt 80, der durch die hinteren Abschnitte 64 gebildet wird, hat einen Umfang, der kleiner ist als ein Umfang eines vorderen Abschnitts 82 der Leitungsanordnung 81, die durch die vorderen Abschnitte 62 der Leitungssegmente 44 gebildet wird. Das heißt, der hintere Abschnitt 80 kann eine charakteristische Abmessung, wie etwa einen Durchmesser oder eine Breite, einschließen, die kleiner ist als eine ähnliche charakteristische Abmessung des vorderen Abschnitts 82. Wie veranschaulicht, können die Leitungssegmente 44 so ausgelegt sein, dass der vordere Abschnitt 82 und der hintere Abschnitt 80 Abschnitte der Turbine 18 und den Diffusor 38 in der Umfangsrichtung 48 umgeben. Zum Beispiel kann der vordere Abschnitt 82 teilweise Abschnitte von sowohl der Turbine 18 und dem Diffusor 38 umgeben, während der hintere Abschnitt 80 einen Abschnitt des Diffusors 38 umgibt.
- • Die Leitungssegmente 44 können mehrere unterschiedliche Komponenten einschließen, und die Leitungssegmente 44 können jeweils eine Nut 84 einschließen. Wenn die Leitungssegmente 44 gekoppelt sind um den hinteren Abschnitt 80 und den vorderen Abschnitt 82 zu bilden, können die Nuten 84 der jeweiligen Leitungssegmente 44 ausgerichtet sein, um eine Umfangsnut zu bilden, die sich in der Umfangsrichtung 48 um eine Innenfläche des vorderen Abschnitts 82 der Leitungsanordnung 81 erstreckt. Die flexible Dichtung 42 kann innerhalb der Umfangsnut 84 angeordnet sein. In diesem Sinn, veranschaulicht 5 eine Anordnungsansicht der Biegedichtungsanordnung 40. Wie veranschaulicht, schließt das Leitungssegment 44 Auskleidungen 90 ein, die aus Edelstahl hergestellt sein können. Die Auskleidungen 90 bilden eine innere Oberfläche für jedes Leitungssegment 44, das dem Innenraum des vorderen Abschnitts 82 und dem durch die Leitungssegmente 44 gebildeten hinteren Abschnitt 80 gegenüberliegt. In anderen Worten können die Auskleidungen 90 die inneren Wände der Leitungssegmente 44 bilden. Zusätzlich kann das Leitungssegment 44 Außenwände 92 einschließen, die aus Karbonstahl hergestellt sein können. Die Isolierung 94 kann radial zwischen den Außenwänden 92 und den Auskleidungen 90 eingeschlossen sein. Insbesondere kann die Isolierung 94 mehrere Isolationssegmente 94 einschließen, die zwischen den Leitblechen 96 der Leitungssegmente 44 beabstandet sind. In anderen Worten können die Leitbleche 96 und die Isolierung 94 in den Leitungssegmenten 44 eingeschlossen sein. Die Auskleidungen 90 können die Leitbleche 96 und die Isolation 94 ummanteln. Mit anderen Worten kann die Isolierung 94 zwischen den Leitblechen 96 platziert werden, und die Auskleidungen 90 können mit den Leitblechen 96 (z. B. über Befestigungselemente) gekoppelt werden, um die Isolierung 94 abzudecken. Die Leitbleche 96 können eine strukturelle Unterstützung für die umschlossene Form bereitstellen, die durch die Auskleidungen 90, die Isolierung 94 und Leitbleche 96 gebildet wird. In einigen Ausführungsformen werden mehrere Schichten von Auskleidungen 90 verwendet, um die Isolierung 94 und die Leitbleche 96 abzudecken.
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Durch Einbeziehung der Isolierung 94 können die Leitungssegmente 44 hohen Temperaturumgebungen besser widerstehen. Zum Beispiel isoliert die Isolierung 94 die Außenkomponenten der Biegedichtungsanordnung 40 vor hohen Temperaturen durch die Abgasen 36, die von der Turbine 18 in den Diffusor 38 geleitet werden. Dementsprechend ermöglicht die Isolierung 94 eine relativ höhere Temperaturdifferenz zwischen den Auskleidungen 90 und der äußeren Wand 92 der Biegedichtungsanordnung 40, wenn das Turbinensystem 10 betrieben wird. Die Isolierung 94 kann thermische Belastungen in der äußeren Wand 92 durch Verringerung der zyklischen Temperaturänderung der äußeren Wand 92 während des Starts, Betriebs und Herunterfahrens des Turbinensystems 10 verringern.
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Um mehr Details in Bezug auf die Leitungssegmente 44 leichter zu veranschaulichen, zeigt 6 eine Querschnittsansicht der Biegedichtungsanordnung 40. Genauer gesagt ist die in 6 bereitgestellte Ansicht im Allgemeinen eine Ansicht entlang der Linie 6-6 von 5. Es sollte jedoch beachtet werden, dass einige Komponenten der Biegedichtungsanordnung 40 in 6 weggelassen wurden, um die Übersichtlichkeit zu erhöhen.
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Wie veranschaulicht, sind in der Biegedichtungsanordnung 40 Leitbleche 96 angeordnet. Die Leitbleche 96 können über Befestigungselemente mit Wänden der Leitungssegmente 44 gekoppelt sein. Wie oben beschrieben, kann die Isolierung 94 zwischen Sätzen von Leitblechen 96 eingeschlossen sein, die Leitbleche 96 einschließen, die im Allgemeinen entlang der sich axial erstreckenden Flächen angeordnet sind. Zum Beispiel ist in der veranschaulichten Ausführungsform ein Satz von drei Leitblechen 96 im Allgemeinen entlang einer Ebene ausgerichtet, um eine „J“-Form zu bilden. Andere Sätze von Leitblechen 96 können umlaufend entlang der Nut 84 des Leitungssegments 44 angeordnet sein. Ferner kann die Isolierung 94 umlaufend zwischen zwei Sätzen von Leitblechen 96 angeordnet sein. Solch ein Muster (d. h. Isolierung 94 umlaufend angeordnet zwischen Sätzen von Leitblechen 96) kann sich über eine Länge jedes Leitungssegments 44 hinweg wiederholen. Ferner können sich aufgrund der „J“-Form des Leitungssegments 44 die Leitbleche 96 und die Isolierung 94 radial in die Nut 84 erstrecken, die sich über die Umfangslänge des Leitungssegments 44 erstreckt.
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Zusätzlich veranschaulicht 6 die Platzierung der Biegedichtung 42. Insbesondere die Biegedichtung 42 kann im Allgemeinen bündig mit einer Oberfläche des Einlassabschnitts 50 des Diffusors 38 angeordnet sein. Dementsprechend kann die Biegedichtung 42 eine Abdichtung zwischen der Turbine 18 und dem Diffusor 38 bilden, die ermöglicht, dass Abgase 36 innerhalb der Schaltung gehalten werden, die durch die Turbine 18, die Biegedichtungsanordnung 40 und den Diffusor 38 gebildet wird.
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Zur weiteren Veranschaulichung von Merkmalen der Leitungsabschnitte 44 zeigt 7 eine Querschnittsansicht des Leitungsabschnitts 44 entlang der Linie 7-7 in 5. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, sind die Leitbleche 96 gestrichelt veranschaulicht. Wie veranschaulicht, können die Isolierung 94 und die Leitbleche 96 innerhalb eines Innenraums 102 des Leitungsabschnitts 44 angeordnet sein, der als Raum innerhalb einer Innenwand 104 und Außenwand 106 des Leitungsabschnitts 44 definiert ist. Die Innenwand 104 und die Außenwand 106 können durch mehrere Auskleidungen 90 gebildet werden. Wie in 7 gezeigt, kann die Isolierung 96 hinter den Leitblechen 96 angeordnet sein. Die Isolierung 94 kann auch im vorderen Bereich anderer Leitbleche 96 angeordnet sein, die in dem Leitungsabschnitt 44 angeordnet sind. Zum Beispiel veranschaulicht 8 einen anderen Umfangsquerschnitt als 7. In 8 wird ein Satz von drei Leitblechen 96 innerhalb des Innenraums 102 des Leitungssegments 44 gezeigt. Wie oben erläutert, kann jeder Satz von Leitblechen 96 in Umfangsrichtung innerhalb des Innenraums 102 des Leitungssegments 44 beabstandet sein, wobei die Isolierung zwischen Sätzen von Leitblechen 96 angeordnet ist.
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8 veranschaulicht auch, dass die Leitbleche 96 über Befestigungselemente 108 mit den Auskleidungen 90 der Innenwand 104 gekoppelt sein können. Die Leitbleche 96 können auch an eine Innenseite der Außenwand 106 angrenzen und/oder an diese koppeln (z. B. Abschnitten der Außenwand 106, die dem Innenraum 102 zugewandt sind). Durch Anordnen der Leitbleche 96 im Innenraum 102 des Leitungsabschnitts 44 mit der Isolierung 94 dazwischen werden die Leitungsabschnitte 44 radial um den Umfang der Biegedichtungsanordnung 40 abgestützt.
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In weiterer Erörterung der Biegedichtung 42 und unter erneuter Bezugnahme auf 5 kann die Biegedichtung 42 mit den Leitungssegmenten 44 über Befestigungselemente, die sich durch die Öffnungen in den Halterungen 98 und einer Platte 100 erstrecken, gekoppelt sein. Insbesondere ein Ende der Halterungen 98 kann über Befestigungselemente mit der Biegedichtung 42 gekoppelt sein. Die Halterungen 98 können sich im Allgemeinen radial nach innen erstrecken, und ein anderes Ende der Halterungen 98 kann mit der Platte 100 (z. B. über Befestigungselemente) gekoppelt sein. Die Platte 100 kann auch mit dem hinteren Abschnitt 64 der Leitungssegmente 44 gekoppelt sein, wie in 4 veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 7 kann ein Empfangselement 112 (z. B. eine Lippe) der Auskleidung 90 konfiguriert sein, um einen Abschnitt der flexible Dichtung 42 innerhalb einer Öffnung 110 (z. B. einer Nut, Tasche) aufzunehmen. Darüber hinaus kann die flexible Dichtung 42 über ein Befestigungselement mit dem Leitungsabschnitt 44 gekoppelt sein, das sich durch das Aufnahmeelement 112, die Öffnung 110, die flexible Dichtung 42 und eine oder mehrere Auskleidungen 90 erstreckt, welche die Innenwand 104 bilden. Als solche kann die flexible Dichtung 42 mit dem vorgeschalteten Ende der Leitungssegmente 44 in der Nähe der Turbine 18 sowie einem nachgeordneten Ende der Leitungssegmente in der Nähe des Diffusors 38 gekoppelt sein.
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Weiter in den Zeichnungen zeigt 9 ein Flussdiagramm eines Prozesses 120 zum Installieren einer nachrüstbaren Biegedichtungsanordnung in einem Turbinensystem. Zum Beispiel kann der Prozess 120 durchgeführt werden, um die Biegedichtungsanordnung 40 innerhalb des Turbinensystems 10 zu installieren. Ferner sei darauf hingewiesen, dass, während der Prozess 120 unten in einer Reihenfolge beschrieben wird, der Prozess 120 in anderen Ausführungsformen in anderen Reihenfolgen ausgeführt werden kann.
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In Prozessblock 122 kann ein erstes Leitungssegment 44 rund um und mit dem Diffusor 38 gekoppelt angeordnet werden. Wie oben angemerkt können die Leitungssegmente 44 mit dem Diffusor 38 über Befestigungselemente gekoppelt sein, die sich durch den hinteren Abschnitt 64 der Leitungssegmente 44 erstrecken. Ferner sei darauf hingewiesen, dass das erste Leitungssegment 44 ein Leitungssegment 44 der ersten Art (z. B. Leitungssegment 44a) oder ein Leitungssegment der zweiten Art (z. B. Leitungssegment 44b) sein kann.
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In Prozessblock 124 kann die Biegedichtung 42 am Diffusor 38 angebracht (z. B. angrenzend an den Einlassabschnitt 50 des Diffusors 38) und mit dem ersten Leitungssegment 44 gekoppelt sein. Zum Beispiel können das erste Leitungssegment 44 und die Biegedichtung 42 miteinander über Befestigungselemente gekoppelt sein, die sich durch die Halterung 98 und die Platte 100 erstrecken, wie oben beschrieben.
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Bei Prozessblock 126 können alle verbleibenden Leitungssegmente 44 mit dem ersten Leitungssegment 44 oder anderen Leitungssegmenten 44 der verbleibenden Leitungssegmente 44 gekoppelt werden, und die verbleibenden Leitungssegmente 44 können auch mit dem Diffusor 38 gekoppelt werden. Zum Beispiel können die Leitungssegmente 44 platziert werden, um die flexible Dichtung 42 in Umfangsrichtung zu umgeben und miteinander über Befestigungselemente gekoppelt sein, die sich durch die Flansche 70 der Leitungssegmente 44 erstrecken. Zusätzlich kann die Biegedichtung 42 mit den verbleibenden Leitungssegmenten 44 über Befestigungselemente gekoppelt werden, die sich durch die Halterungen 98 und Platten 100 erstrecken, die den verbleibenden Leitungssegmenten 44 zugeordnet sind. Darüber hinaus können die verbleibenden Leitungssegmente 44 mit dem Diffusor 38 über Befestigungselemente gekoppelt werden, die sich durch die hinteren Abschnitte 64 des Leitungssegmente 44 in den Diffusor 38 erstrecken.
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Ferner bilden, die Leitungssegmente 44, wenn installiert, den vorderen Abschnitt 82 der Leitungsanordnung 81, die sich in Umfangsrichtung um den Diffusor 38 und die Turbine 18 erstreckt. Wie oben angemerkt und in Abhängigkeit von der Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung 40, können variierende Anzahlen von Leitungssegmenten 44 verwendet werden. Dementsprechend kann der Prozess 120 entsprechend der Ausführungsform der Biegedichtungsanordnung 40 modifiziert werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Biegedichtungsanordnung 40 mit mehr als zwei Leitungssegmenten 44, mehr als einem Leitungssegment 44 mit dem Diffusor 38 bei Prozessblock 122 gekoppelt sein, was vor dem Einbau der Biegedichtung 42 der Fall sein kann. Zusätzlich sollte beachtet werden, dass in einigen Ausführungsformen des Prozesses 120, die Biegedichtung 42 mit dem Diffusor 38 gekoppelt sein kann, bevor Leitungssegmente 44 installiert werden.
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Technische Wirkungen der vorliegenden Offenbarung schließen eine nachrüstbare Biegedichtungsanordnung ein, die in einem Turbinensystem installiert werden kann, nachdem das Turbinensystem hergestellt worden ist. Zusätzlich stellt die Biegedichtungsanordnung eine Verbindung zwischen einem Auslass einer Turbine und einem Einlass eines Diffusors bereit, die eine axiale Bewegung zwischen der Turbine und dem Diffusor ermöglicht, während die Isolierung heißer, unter Druck stehender Abgase innerhalb der Turbine von der Umgebung aufrechterhalten wird. Die Biegedichtungsanordnung schließt auch einen Ablauf ein, der konfiguriert ist, um zu ermöglichen, dass Flüssigkeit (z. B. Wasser), die sich in der Biegedichtungsanordnung bildet, ausgestoßen werden kann. Ferner schließt die Biegedichtungsanordnung eine Isolierung ein, die Abschnitte der Biegedichtungsanordnung, die Umgebungsbedingungen außerhalb der Biegedichtungsanordnung ausgesetzt sind, besser vor den hohen Temperaturen der Abgase in der Turbine und dem Diffusor zu schützen.
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Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Verfahrensweise, und auch um einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und der Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele einschließen, die dem Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
