DE60026236T2

DE60026236T2 - Dampfkühlungssystem für eine Gasturbine

Info

Publication number: DE60026236T2
Application number: DE60026236T
Authority: DE
Inventors: Ian David Mauldin Wilson; Kevin Joseph Halfmoon Barb; Ming Cheng Cincinnati Li; Susan Marie Schenectady Hyde; Thomas Charles Coxsackie Mashey; Ronald Richard Albany Wesorick; Christopher Charles Hamilton Glynn; Martin C. Cincinnati Hemsworth
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2020-06-10
Also published as: KR100437584B1; JP2001073802A; US20010006601A1; EP1079069A2; EP1079069B1; DE60026236D1; EP1079069A3; JP4874458B2; KR20010021011A; ATE318994T1; US6464461B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Turbinen und insbesondere landbasierte Gasturbinen für die Stromerzeugung, die einen geschlossenen Dampfkühlungskreislauf zum Kühlen der Heißgaskomponenten und zum Rückführen des abgegebenen Kühldampfes an eine Rücklaufsammelstelle nutzen, bei der es sich beispielsweise um einen in einem kombinierten System eingesetzten Dampfgenerator für die Wärmerückgewinnung handeln kann.
Die Dampfkühlung von Heißgasstromkomponenten, wie z.B. den Schaufeln einer Gasturbine, wurde bereits in der Vergangenheit vorgeschlagen und hat sich in stationären Stromversorgungsanlagen als wirkungsvoll erwiesen. Obgleich Gasturbinen üblicherweise mit Luft gekühlt werden – Jettriebwerke nutzen beispielsweise Verdichterabluft zum Kühlen der Heißgaskomponenten – ist die Dampfkühlung insofern effizienter, dass die mit der Nutzung von Dampf als Kühlmittel verbundenen Verluste nicht so groß sind wie die Verluste, die durch das Abführen von Verdichterabluft zu Kühlungszwecken auftreten. Beim Betrieb von kombinierten Systemen ist die Dampfkühlung zudem besonders von Vorteil, weil die Wärmeenergie, die auf den Dampf übertragen wird, wenn dieser die Gasturbinenkomponenten kühlt, beim Betrieb des kombinierten Systems als Nutzarbeit für den Antrieb der Dampfturbine zurückgewonnen wird.
Im US-Patent 5,593,274 des Anmelders auch dieser Anmeldung ist eine Gasturbine mit koaxialen Dampfkanälen dargelegt, die zum Zuführen von Kühldampf zu Heißgaskomponenten des Rotors, z.B. den Schaufeln, und zum Rückführen des abgegebenen Kühldampfes an eine Rücklaufsammelstelle dienen. Von der vorliegenden Erfindung werden jedoch verschiedene Optimierungen und Verbesserungen der Zuführung und Rückführung des für Kühlzwecke genutzten Dampfes geboten.
Des Weiteren beschreibt das Dokument CH322772 eine Gasturbine mit Zufuhr- und Rücklaufleitungen für ein Kühlmedium zum Kühlen der Scheiben und der entsprechenden Schaufeln der Gasturbine.
Die vorliegende Erfindung stellt ein geschlossenes Dampfkühlungssystem zum Kühlen der Heißgaskomponenten des Gasturbinenrotors und zum Rückführen des abgegebenen Kühldampfes an eine Rücklaufsammelstelle bereit. In einer Ausführungsform enthält das System eine Bohrung-Rohr-Baugruppe, um aus einem Kühlmitteleinlauf Kühldampf aufzunehmen, damit dieser im Wesentlichen entlang der Achse des Gasturbinenrotors strömen kann. Der zugeführte Kühldampf wird im Wesentlichen in radialer Richtung umgeleitet, damit er Rohre in einer hinter der Welle liegenden Scheibe durchströmen kann, die den Kühldampf am Rand des Rotors vorbeileiten. Der Kühldampf wird durch eine Anzahl von Lieferkanälen oder Rohren, die durch Öffnungen in den übereinander angeordneten Rädern und Abstandshaltern verlaufen, die zusammen den Gasturbinenrotor bilden, in axialer Richtung am Rand des Rotors entlanggeleitet. Jeder Lieferkanal oder jedes Rohr führt einem Lieferverteilersegment Kühldampf zu, wobei eine Anzahl dieser Segmente in Umfangsrichtung voneinander beabstandet um den Rotor herum angeordnet sind. Jedes Lieferverteilersegment weist eine Anzahl von Auslassanschlüssen und Lieferkanälen auf, um jeder der ersten und zweiten Schaufeln der entsprechenden Turbinenräder, vorzugsweise der ersten und zweiten Stufe der Gasturbine, zum Kühlen der Schaufeln Kühldampf zuzuführen. Der abgegebene Kühldampf wird über Rücklaufkanäle und Einlassanschlüsse von den Schaufeln zu einer Anzahl von Rücklaufverteilersegmenten zurückgeleitet, die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet um den Rand des Rotors angeordnet sind. Die Rücklaufverteilersegmente sind jeweils mit einem axialen Rücklaufrohr verbunden, das sich entlang dem Rand des Rotors zur hinter der Welle liegenden Scheibe erstreckt. Der abgegebenen Kühldampf, der die Rücklaufrohre axial entlangströmt, wird zur Rückführung zu der Bohrung-Rohr-Baugruppe und zur Abgabe an eine Rücklaufsammelstelle, beispielsweise an den zur Wärmerückgewinnung eingesetzten Dampfgenerator eines kombinierten Systems, sich in der hinteren Scheibe erstreckenden radialen Rohren zugeführt.
Verschiedene Aspekte des im Vorangegangenen allgemein beschriebenen Kühldampfsystems sind von besonderer Bedeutung. Beispielsweise wird der Zulauf- und Rücklauffluss des thermischen Mediums am Rand des Rotors zwischen radialer und axialer Richtung umgeleitet. Neuartige Rohrkrümmer sind in radialen Öffnungsschlitzen innerhalb der hinteren Scheibe angeordnet und stehen zum Ändern der Flussrichtung mit den axialen und radialen Rohren in Verbindung. Beispielsweise werden Rohrkrümmer zur Verbindung der radialen Lieferrohre mit den Dampflieferrohren entlang dem Rand des Rotors bereitgestellt, um den Fluss des zugeführten Dampfes von radialer in axiale Richtung umzuleiten. Gleichermaßen verbinden Rohrkrümmer die axialen Rücklaufrohre mit den radialen Rohren, um den Fluss des abgegebenen Kühlmediums von axialer in radiale Richtung umzuleiten. Die Rohrkrümmer sind vorzugsweise angegossene Teile, die sich mühelos in den Schlitzen der hinteren Scheibe montieren lassen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die Lieferverteiler für den Kühldampf und die Rücklaufverteiler für abgegebenen Kühldampf jeweils innerhalb von in Umfangsrichtung beabstandeten Verteilersegmenten bereitgestellt. Die Liefer- und Rücklaufverteilersegmente sind auch in axialer Richtung voneinander beabstandet. Jeder Verteiler steht in Verbindung mit den Schaufeln eines Räderpaares. Beispielsweise steht jeder Lieferverteiler mit bestimmten Schau feln auf sich gegenüberliegenden axialen Seiten von benachbarten Rädern in Verbindung. Gleichermaßen nehmen die Rücklaufverteilersegmente abgegebenen Kühldampf von bestimmten Schaufeln auf, die ebenfalls auf sich gegenüberliegenden Seiten der Rücklaufverteilersegmente angeordnet sind. Röhrchen dienen zum Verbinden der Liefer- und Rücklaufverteilersegmente mit den verschiedenen Kanälen in den Schaufeln. Verschiedene andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die Beschreibung und die Zeichnungen verdeutlicht, die im Anschluss aufgeführt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Turbinenrotor mit axial voneinander beabstandeten Rädern, an denen Schaufeln montiert sind, mit zwischen den Rädern angeordneten Abstandshaltern und mit einem Kühlsystem zum Kühlen der Schaufeln, umfassend eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, um einen Rand des Rotors herum und zu diesem benachbart angeordneten Lieferkanälen, eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, um den Rand des Rotors herum und zu diesem benachbart angeordneten Rücklaufkanälen für abgegebenes Kühlmedium, eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, um den Rand des Rotors herum und zu diesem benachbart angeordneten Lieferverteilersegmenten, wobei jeder Lieferverteiler zum Aufnehmen des Kühlmediums in Verbindung zu wenigstens einem der Lieferkanäle steht, und wobei jedes Lieferverteilersegment eine Anzahl von Lieferanschlüssen aufweist, die das Lieferverteilersegment mit den Kühlmitteleinlässen an den Turbinenschaufeln der axial voneinander beabstandeten Räder verbinden, sowie umfassend eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, um den Rand des Rotors herum und zu diesem benachbart angeordneten Rücklaufverteilersegmenten, wobei jedes Rücklaufverteilersegment zum Aufnehmen des abgegebenen Kühlmediums mit wenigstens ei nem der Rücklaufkanäle in Verbindung steht und wobei jedes Rücklaufverteilersegment eine Anzahl von Rücklaufanschlüssen aufweist, die das Rücklaufverteilersegment und Auslässe für abgegebenes Kühlmedium an den Turbinenschaufeln der axial voneinander beabstandeten Räder miteinander verbinden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Turbinenrotor, der axial voneinander beabstandete Räder, an denen Schaufeln montiert sind, und Abstandshalter zwischen den Rädern aufweist, ein Kühlsystem zum Kühlen der Schaufeln geschaffen, das aufweist: eine Anzahl von sich im Wesentlichen axial erstreckenden, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, um einen Rand des Rotors herum und zu diesem benachbart angeordneten Kühlmediumlieferkanälen, eine Anzahl von sich im Wesentlichen axial erstreckenden, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, um den Rand des Rotors herum und zu diesem benachbart angeordneten Rücklaufkanälen für abgegebenes Kühlmedium, erste und zweite Sätze einer Anzahl von sich jeweils im Wesentlichen radial erstreckenden Kanälen zum Liefern von Kühlmedium zu den axialen Kühlmediumlieferkanälen bzw. zum Rückführen des abgegebenen Kühlmediums von den axialen Rücklaufkanälen für abgegebenes Kühlmedium, eine hintere Scheibe, die Teil des Rotors ist und sich in Axialrichtung erstreckende Schlitze an ihrer Peripherie aufweist, sowie eine Anzahl von in den Schlitzen angeordneten Flussumleitelementen, die sich axial und radial erstreckende Kanäle verbinden und Durchgänge aufweisen, um den Fluss zwischen im Wesentlichen axialer und radialer Richtung umzuleiten.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Turbinenrotor, der axial voneinander beabstandete Räder, an denen Schaufeln montiert sind, und Abstandshalter zwischen den Rädern aufweist, ein Kühlsystem zum Kühlen der Schaufeln geschaffen, mit einer Anzahl von sich im Wesentlichen axial erstreckenden, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, um einen Rand des Rotors und zu diesem benachbart angeordneten Kühlmediumleitkanälen, die in Verbindung mit den Schaufeln stehen, einer Anzahl von sich im Wesentlichen radial erstreckenden Kanälen, die in Verbindung mit den axialen Kanälen zum Leiten des thermischen Mediums stehen, einer hinteren Scheibe, die Teil des Rotors ist und sich in Axialrichtung erstreckende Schlitze an ihrer Peripherie aufweist, sowie mit einer Anzahl von in den Schlitzen angeordnete Flussumleitelemente, die sich axial und radial erstreckende Kanäle verbinden und Durchgänge aufweisen, um den Fluss zwischen im Wesentlichen axialer und im Wesentlichen radialer Richtung umzuleiten.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Turbinenrotor, der axial voneinander beabstandete Räder, an denen Schaufeln montiert sind, und Abstandshalter zwischen den Rädern aufweist, ein Kühlsystem zum Kühlen der Schaufeln geschaffen, umfassend einen sich im Wesentlichen axial entlang dem Rotor erstreckenden Kühlmediumlieferkanal, einen sich im Wesentlichen axial entlang dem Rotor erstreckenden Kühlmediumrücklaufkanal, einen zum Rand des Rotors benachbart angeordneten und zum Aufnehmen des Kühlmediums mit dem Lieferkanal in Verbindung stehenden Lieferverteiler mit einer Anzahl von Lieferanschlüssen, die den Lieferverteiler und die Kühlmitteleinlässe an den Turbinenschaufeln der axial voneinander beabstandeten Räder miteinander verbinden, und einen Rücklaufverteiler zum Aufnehmen des abgegebenen Kühlmediums, der eine Anzahl von Rücklaufanschlüssen aufweist, die den Rücklaufverteiler und Auslässe für abgegebenes Kühlmedium an den Turbinenschaufeln der axial voneinander beabstandeten Räder miteinander verbinden, sowie dünnwandige Röhrchen mit kugelförmigen Endstücken, die (i) zwischen dem Lieferverteiler und den Kühlmitteleinlässen und (ii) zwischen dem Rücklaufverteiler und den Auslässen für abgegebenes Kühlmedium angeordnet sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels detaillierter beschrieben, wobei auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen wird:
1 ist eine Querschnittansicht eines Bereichs einer Gasturbine und veranschaulicht einen Turbinenabschnitt der Teile eines Kühlsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist eine perspektivische Teilansicht von Bereichen eines Turbinenrotors mit herausgebrochenen und im Querschnitt dargestellten Teilen zur besseren Veranschaulichung.
3 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen den 3A, 3B, 3C und 3D.
3A ist ein Teilquerschnitt, der einen Rand des Rotors einschließlich des Rücklaufrohrs für das thermische Medium darstellt.
3B ist eine vergrößerte Querschnittansicht eines hinteren Bereichs des Rotors neben dessen Rand und stellt die radialen Liefer- und Rücklaufrohre sowie ihre Verbindung mit einer Bohrung-Rohr-Baugruppe dar.
3C ist eine vergrößerte Querschnittansicht, die eine Fortsetzung der in 3B dargestellten Bohrung-Rohr-Baugruppe bildet.
3D ist eine vergrößerte Querschnittansicht des hinteren Endes der Bohrung-Rohr-Baugruppe.
4 ist eine perspektivische Teilansicht mit herausgebrochenen und im Querschnitt dargestellten Teilen zur Veranschaulichung der Liefer- und Rücklaufrohre, die mit den Lieferverteiler- bzw. Rücklaufverteilersegmenten verbunden sind.
5 ist ein allgemein entlang der Linie 5-5 aus 4 erstellter vergrößerter Teilquerschnitt zur Veranschaulichung eines Lieferverteilersegments und verschiedener Kanäle, die das Kühlmedium zu den Schaufeln von benachbarten Rädern leiten.
6 ist ein allgemein entlang der Linie 6-6 aus 4 erstellter Teilquerschnitt zur Veranschaulichung eines Rücklaufverteilersegments für das Zurückführen des abgegebenen Kühlmediums von axial benachbarten Schaufeln in ein Rücklaufrohr.
7 ist eine reduzierte Querschnittansicht zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen den Lieferverteiler- und Rücklaufverteilersegmenten.
Die 8 und 9 sind perspektivische Ansichten des Rücklaufverteiler- bzw. des Lieferverteilersegments.
Die 10 und 11 sind Querschnittansichten des Liefer- bzw. des Rücklaufrohrkrümmers zum Umleiten des Kühlmediums zwischen axialer und radialer Flussrichtung.
12 ist eine Teilvorderansicht von der Seite mit im Querschnitt dargestellten Teilen zur Veranschaulichung einer Verbindung zwischen einem Rohrkrümmer und einem sich radial erstreckenden Leitrohr der hinteren Scheibe für das thermische Medium.
13 ist eine perspektivische Ansicht eines Federbügels zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Rohrkrümmer und dem radialen Rohr.
14 ist eine nach vorn zeigende Teilvorderansicht der hinteren Scheibe.
15 ist eine im Querschnitt dargestellte Teilvorderansicht eines repräsentativen Röhrchens mit in kugelförmige Aufnahmen von benachbarten Teilen eingreifenden kugelförmigen Endstücken.
In 1 ist eine Turbineneinheit dargestellt, die allgemein durch die Nummer 10 gekennzeichnet ist und eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. Die Turbineneinheit 10 enthält ein Turbinengehäuse 12, das einen Turbinenrotor R umschließt. Der Rotor R weist im vorliegenden Beispiel vier aufeinander folgende Stufen mit den Rädern 14, 16, 18 und 20 auf, die eine Anzahl entsprechender, in Umfangsrichtung voneinander beabstandeter Schaufeln 22, 24, 26 und 28 tragen. Die Räder sind abwechselnd zwischen den Abstandshaltern 30, 32 und 34 angeordnet. Die Außenränder der Abstandshalter 30, 32 und 34 sind radial deckungsgleich mit einer Anzahl von Leitschaufeln 36, 38 und 40 angeordnet, wobei der erste Satz von Leitschaufeln 42 vor den ersten Turbinenschaufeln 22 angeordnet ist. Es ist folglich nachvollziehbar, dass eine vierstufige Turbine dargestellt ist, wobei die erste Stufe Leitschaufeln 42 und Turbinenschaufeln 22, die zweite Stufe Leitschaufeln 36 und Turbinenschaufeln 24, die dritte Stufe Leitschaufeln 38 und Turbinenschaufeln 26 und schließlich die vierte Stufe Leitschaufeln 40 und Turbinenschaufeln 28 umfasst. Die Räder und Abstandshalter des Rotors sind durch eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Bolzen 44 aneinander befestigt, die durch aneinander ausgerichtete Öffnungen in den Rädern und Ab standshaltern verlaufen. Eine Anzahl von Brennern, von denen einer bei Nummer 45 schematisch dargestellt ist, ist um die Turbineneinheit herum angeordnet, um Verbrennungsheißgase durch den Heißgaspfad der Turbineneinheit zu befördern, der die Leit- und Turbinenschaufeln des Rotors umfasst. Der Rotor weist außerdem eine hintere Scheibe 46 auf, die eine Einheit mit einer Bohrung-Rohr-Baugruppe bildet, die allgemein mit der Nummer 48 bezeichnet wird und eine hintere Welle definiert.
Mindestens einem und vorzugsweise beiden Schaufelsätzen 22 und 24 vorzugsweise der ersten zwei Stufen, wird ein thermisches Medium zum Kühlen bereitgestellt, wobei es sich bei dem thermischen Medium vorzugsweise um Kühldampf handelt. Kühldampf wird durch die Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 zu- und abgeführt. In den 1 und 2 sowie in einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 einen ringförmigen Kanal 50 auf, dem aus einem Dampfplenum 52 Kühldampf zugeführt wird, um zu einer Anzahl von sich radial erstreckenden Rohren 54 zu strömen, die in der hinteren Scheibe 46 ausgebildet sind. Die Rohre 54 sind mit in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, sich axial erstreckenden Lieferrohren 56 für das thermische Medium verbunden, die mit Kühlkanälen in den Schaufeln der ersten und zweiten Stufe in Verbindung stehen. Mit einer erhöhten Temperatur abgegebener oder zurückgeführter Kühldampf strömt von den Schaufeln der ersten und zweiten Stufe durch eine Anzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten und sich axial erstreckenden Rücklaufrohren 58. Die Rücklaufrohre 58 sind an ihren hinteren Enden mit sich radial nach innen erstreckenden Rücklaufrohren 60 in der hinteren Scheibe 46 verbunden. von den Rohren 60 strömt der abgegebene Dampf in die zentrale Bohrung 88 der Bohrung-Rohr-Baugruppe 48, um in eine Versorgungseinrichtung zurückgeführt zu werden oder um in einen Dampfgenerator zu strömen, der in einem kombinierten System für die Wärmerückgewinnung eingesetzt wird.
Anhand der vorhergehenden Beschreibung ist nachvollziehbar, dass die sich axial erstreckenden Liefer- bzw. Rücklaufrohre 56 bzw. 58 benachbart zum Rand des Rotors und in Umfangsrichtung um den Rotor herum angeordnet sind, wobei jedes Liefer- und Rücklaufrohr durch axial aneinander ausgerichtete Öffnungen verläuft, welche die axial übereinander angeordneten Räder und Abstandshalter durchdringen. Die aneinander ausgerichteten Öffnungen 62 und 64 des Rads 20 bzw. des Abstandshalters 34 der vierten Stufe sind beispielsweise in 3A dargestellt. Ähnlich aneinander ausgerichtete Öffnungen befinden sich in den Rädern und Abstandshaltern der ersten, zweiten und dritten Stufe.
Wie in 3A dargestellt, sind an verschiedenen Positionen innerhalb der durch die Räder und Abstandshalter gehenden Öffnungen Lagerbuchsen angeordnet, um das Liefer- und das Rücklaufrohr 56 bzw. 58 zu lagern. Beispielsweise sind die Lagerbuchsen 66 und 68 an den sich gegenüberliegenden Enden der durch den Abstandshalter 34 gehenden Öffnung 64 angeordnet. Ähnliche Lagerbuchsen sind an den sich gegenüberliegenden Enden des Abstandshalters 32 der dritten Stufe angeordnet. Die Lagerbuchsen 73 und 75 befinden sich an der vorderen Öffnung von Rad 16 bzw. an der hinteren Öffnung des Abstandshalters 30. Ähnliche Lagerbuchsen befinden sich in den aneinander ausgerichteten Öffnungen des Lieferrohrs.
In 3A ist insbesondere ein Rücklaufrohr 58 dargestellt. Es ist jedoch nachvollziehbar, dass die um den Rand des Rotors herum angeordneten Liefer- und Rücklaufrohre sich in für diese Erfindung relevanten Aspekten ähneln und dass eine Beschreibung des einen Rohrs, sofern nicht anders angegeben, als Beschreibung des anderen genügt. Darüber hinaus weisen das Lieferrohr 56 und das Rücklaufrohr 58 Mittelpunkte im gleichen Radius von der Rotorachse A (3A) auf und sind in Umfangsrichtung im gleichen Abstand zueinander angeordnet. Jedes Rohr umfasst eine dünnwandige Struktur mit einer Anzahl von erhöhten Graten 70 an axial beabstandeten Positionen entlang der Rohrlänge auf. Die axialen Positionen der Grate 70 decken sich mit den Positionen der Lagerbuchsen in den Öffnungen durch die Räder und Abstandshalter. Zwischen den Graten 70 befinden sich dünnwandige Rohrabschnitte 72. Es ist nachvollziehbar, dass die Außenflächen der Grate 70 radial außerhalb der Außenflächen der dünnwandigen Abschnitte 72 liegen. Übergangsabschnitte 74 befinden sich zwischen jedem Grat 70 und den benachbarten dünnwandigen Abschnitten 72. Übergangsabschnitte weisen bogenförmige Außenflächen auf, die radial nach innen von der Außenfläche der Grate zu den Außenflächen der dünnwandigen Abschnitte einen Übergang bilden. Ein vergrößerter Grat oder Flansch 76 ist benachbart zu den hinteren Bereichen jedes Rohrs angeordnet. Eine ausführlichere Beschreibung der Liefer- und Rücklaufrohre, der Art und Weise ihrer Abdichtung und der dafür vorgesehenen Dichtungen enthalten die US-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 09/334,187 (veröffentlicht als US2001/0046441), 09/304,202 (veröffentlicht als US644369981 ) und 09/332,330 (veröffentlicht als US6471478B1 ), die respektive am 16. Juni 1999, am 3. Mai 1999 und am 14. Juni 1999 eingereicht wurden (Attorney Docket Nos. 51DV-9817, 839-561; 51DV-9856, 839-581 und 51DV-9858, 839-583).
Im Folgenden wird insbesondere auf die 3B–3D Bezug genommen, in denen eine Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 Teil des Rotors ist und an diesem zur Drehung um die Rotorachse A montiert ist. Die Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 enthält die hintere Scheibe 46 und stellt den Strom eines Kühlmediums, beispielsweise Dampf, zu den Turbinenschaufeln sowie einen Kanal bereit, durch den das abgegebene Kühlmedium zu einer Rücklaufsammelstelle strömt. Wie eingangs erwähnt, kann das Kühlsystem in einem kombinierten System als Teil eines geschlossenen Systems für das Zuführen und Rückführen von Kühldampf, d.h. abgetrennt von der Abströmung einer Hochdruckdampfturbine, ausgeführt oder von einer vorhandenen anlageninternen Versorgung gespeist werden. Die Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 enthält ein Außenrohr 82 und ein Innenrohr 84, das konzentrisch zum Außenrohr 82 um die Rotationsachse der Rotorwelle angeordnet ist. Das Außen- und das Innenrohr 82 bzw. 84 bilden zusammen einen ringförmigen Kühldampflieferkanal 86, während das Innenrohr einen Kanal 88 für abgegebenen Kühldampf bereitstellt. Insbesondere in 3C ist eine Dampfkupplung 90 um die Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 angeordnet und bildet eine Kammer 52. Es ist nachvollziehbar, dass die Dampfkupplung 90 fixiert ist und dass sich die Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 um die Wellenachse A dreht. Die Dampfkammer 52 ist mit einer Dampfzuführung von einer geeigneten, nicht dargestellten, Quelle verbunden und steht in Verbindung mit einem durch das Außenrohr 82 hindurch gebildeten Dampfeinlass 94 für das Zuführen von Kühldampf zu dem Kanal zwischen dem Außen- und dem Innenrohr 82 bzw. 84. In 3C sind vorzugsweise federbelastete Labyrinthdichtungen 96 und 98 auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Dampfkupplung 90 angeordnet, um das Außenrohr 82 abzudichten. In einer Variante dieses Aufbaus können Bürstendichtungen statt Labyrinthdichtungen eingesetzt oder Labyrinthdichtungen mit Bürstendichtungen kombiniert werden. Das hintere Ende der Dampfkupplung 90 ist mit einem stationären Dampfrohr verbunden, das von der Rücklaufsammelstelle R für die Aufnahme von abgegebenem Kühldampf schematisch dargestellt wird. Die Dampfkupplung enthält außerdem Leckagedampfkammern 100 und 102 zum Auffangen des an den Labyrinthdichtungen entweichenden Dampfes, sodass der Dampf nicht nach außen zum hinteren Hauptlager 104 (3C) strö men kann. Das Lager 104 ist ein konventionelles Lager und nimmt die hintere Welle 106 auf, die in die hintere Scheibe 46 integriert ist. Folglich lässt sich die Welle 106 mit der Bohrung-Rohr-Baugruppe 80 drehen.
In 3B weist das vordere Ende der Bohrung-Rohr-Baugruppe 48 eine allgemein mit der Nummer 108 bezeichnete Endabdeckungsbaugruppe auf. Die Endabdeckung 108 enthält Durchgänge, um das thermische Medium vom Lieferkanal 86 zu den radialen Rohren 54 zu leiten und um den abgegebenen Kühldampf von den radialen Rücklaufrohren 60 zum Rücklaufkanal 88 zu leiten. Eine ausführliche Beschreibung der Endabdeckungsbaugruppe 108 enthält die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/216,363, die als US6435812B1 veröffentlicht und am 18. Dezember 1998 eingereicht wurde, (Attorney Docket No. 51DV-98-02; 839-540).
Wenn im Folgenden auf die 4 und 5 Bezug genommen wird, ist nachvollziehbar, dass jedes der Kühlmediumlieferrohre 56 das Kühlmedium einem Verteiler zuführt, der allgemein durch die Zeichenfolge SM gekennzeichnet ist. Der Verteiler SM umfasst eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Lieferverteilersegmenten 120 (9), die vorzugsweise zwischen der hinteren Teilfläche des Abstandshalters 30 und der vorderen Teilfläche des Rads 16 der zweiten Stufe angeordnet ist. Ein Segment 120 wird für jedes Lieferrohr 56 bereitgestellt und weist einen bogenförmigen Rand 122 (9) mit einem davon abhängenden, mittigen und sich radial nach innen erstreckenden Vorsprung 124 auf. Der Vorsprung 124 weist einen Einlassanschluss 126 auf, der sich zur Verbindung mit dem Kühlmediumlieferrohr 56 axial nach hinten öffnet. Genauer gesagt und unter Bezugnahme auf 5 verbindet ein Röhrchen 128 das vordere Ende eines Kühlmediumlieferrohrs 56 mit dem Einlassanschluss 126. Das Röhr chen umfasst eine kurzes Rohr mit kugelförmigen Endstücken. Beispielsweise weist das Röhrchen ein kugelförmiges Endstück 130 auf, um in eine ringförmige Innenfläche am Ende des Kühlmediumlieferrohrs 56 einzugreifen. Gleichermaßen weist das gegenüberliegende Ende des Röhrchens 128 ein kugelförmiges Endstück 132 auf, um in eine ringförmige Fläche des Einlassanschlusses 126 am Verteilersegment 120 einzugreifen. Die Kugelform der Endstücke aller in diesem Dokument beschriebenen Röhrchen ermöglicht die Relativbewegung zwischen dem Röhrchen und dem zugehörigen verbundenen Teil oder Kanal. In diesem speziellen Beispiel wird die zwischen jedem Röhrchen 128, dem Lieferrohr 56 und dem Verteilersegment 120 stattfindende Bewegung, die auf die in Axialrichtung erfolgende Wärmeausdehnung sowie auf Zentrifugallasten zurückzuführen ist, ausgeglichen.
Der Verteiler 120 weist entlang entsprechender axialer Teilflächen außerdem eine Anzahl von Auslassanschlüssen 134 und 136 auf, die in Verbindung mit der Kammer 138 (5) im Verteilersegment 120 stehen. Im vorliegenden Beispiel hat das Verteilersegment 120 sechs Auslassanschlüsse 134, die sich axial nach hinten öffnen, um das Kühlmedium den Schaufeln des benachbarten Rads, z.B. den Schaufeln des Rads 16 aus der zweiten Stufe zuzuführen. Zusätzlich weist das Verteilersegment 120 sechs Auslassanschlüsse 136 (5) auf, die sich axial nach vorn öffnen. Jeder Auslassanschluss 136 deckt sich axial mit einem Kanal 140 durch den Abstandshalter 30 zwischen den Rädern 14 und 16 der ersten und zweiten Stufe.
Genauer gesagt, ist ein Röhrchen 142 zwischen jedem der hinteren Auslassanschlüsse 134 und einer vorderen integrierten Erweiterung 144 der Schaufel 24 von Rad 16 angeordnet. Die integrierte Erweiterung 144 ist vorzugsweise an die Schaufel angegossen und bildet einen Kühlmediumeinlass für eine Schaufel der zweiten Stufe. Es wurde festgestellt, dass sich die Erweiterungen zu niedrigeren Kosten herstellen lassen, wenn sie in Form eines festen Blocks an die Tannenbaumfüße der Schaufeln angegossen werden. Der gegossene Erweiterungsblock wird bearbeitet, d.h., er wird gebohrt, um die axialen Eingangsöffnungen zur Aufnahme der Röhrchen 142 zu erzeugen. Dieses anfängliche Angießen sorgt für eine verbesserte Lagetoleranz der Öffnungen im Tannenbaumfuß der Schaufel. Es ist jedoch nachvollziehbar, dass zur Realisierung des Röhrchens 142 ein separates Hohlrohr hart in ein vorgebohrtes Loch im Tannenbaumfuß der Schaufel eingelötet werden kann. Das Röhrchen 142 ähnelt hinsichtlich des Typs dem Röhrchen 128, d.h., es weist kugelförmige Endstücke zur Aufnahme in Bereichen des Auslassanschlusses 134 und der Erweiterung 144 auf.
Jeder der Kanäle 140 ist mit einem Verbindungsrohr 146 ausgestattet, dass durch ein weiteres Röhrchen 148 mit dem axial nach vorn zeigenden Auslassanschluss 138 des Lieferverteilersegments 120 in Verbindung steht. Folglich weist das hintere Ende jedes Verbindungsrohrs eine ringförmige Aufnahme zur Aufnahme des vorderen kugelförmigen Bereichs von Röhrchen 148 auf, während die Auslassanschlüsse 136 gleichermaßen jeweils eine ringförmige Aufnahme zur Aufnahme des hinteren kugelförmigen Bereichs von Röhrchen 148 aufweisen. Wie in 5 dargestellt, weist jedes Verbindungsrohr 146 einen benachbart zu einem seiner hinteren Enden angeordneten, in seinem Durchmesser vergrößerten Grat 150 und einen in seinem Durchmesser vergrößerten Grat 152 in der Mitte der Länge des Verbindungsrohrs auf. Jedes Verbindungsrohr 146 weist außerdem einen radial vergrößerten Flansch 154 am vorderen Ende des vergrößerten Bereichs 152 auf, der gegen eine Fase 156 am vorderen Ende der durch den Abstandshalter 30 gehenden Öff nung 140 gesetzt ist. Jedes Verbindungsrohr 146 erstreckt sich nach vorn zum Rad 14 der ersten Stufe und weist zusätzlich ein Paar axial beabstandeter Flansche 158 und 160 auf, die abstehende Rückhaltemäntel auf einem auskragenden vorderen Endbereich des Rohrs 146 bilden. Das vordere Ende des Verbindungsrohrs 146 ist mit einem Röhrchen 162 verbunden, das an seinem gegenüberliegenden Ende wiederum mit einer hinteren Erweiterung 164 einer Schaufel des Rads der ersten Stufe verbunden ist. Die Erweiterung 164 bildet somit einen Kühlmediumeinlass für eine Schaufel der ersten Stufe. Das Verbindungsrohr 146 wird gegen eine axiale Bewegung in rückwärtiger Richtung gesichert, d.h. in 5 von links nach rechts durch das Eingreifen des Flansches 154 in die Teilfläche des Abstandshalters 30. Jede hintere Erweiterung 164 jeder Schaufel des Rads der ersten Stufe wird vorzugsweise an den Tannenbaumfuß der Schaufel in Blockform angegossen und weist ähnlich wie die Erweiterungen 144 bearbeitete axiale Öffnungen auf.
Die Rückhaltebuchsen 166 überlagern die Flansche 158 und 160 der Verbindungsrohre 146, und das hintere Ende jedes Mantels 166 greift in den Flansch 154 ein. Das gegenüberliegende Ende jedes Rückhalterohrs ist bei 168 nach außen gekelcht und weist einen begrenzten Abstand zu der hinteren Teilfläche der Schaufel der ersten Stufe auf, um die axiale Ausdehnung des Verbindungsrohrs 146 zu ermöglichen. Ausführliche Informationen zum Verbindungsrohr und zur Rückhaltebuchse enthält die gleichzeitig anhängige Anmeldung mit der Seriennummer 09/312,334, die am 14. Mai 1999 eingereicht wurde.
Der Lieferverteiler weist zudem Aussparungen 127 (9) an den Flügelspitzen des Verteilers und an dessen hinterer Teilfläche auf. In Umfangsrichtung beabstandete, radial nach innen ausgerichtete Flansche an der hinteren Teilfläche des Abstandshalters 30 greifen in die Aussparungen ein, um den Lieferverteiler zusammen mit seiner Verbindung zum Lieferrohr in Position zu halten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in Umfangsrichtung beabstandeten und sich axial erstreckenden Kühlmediumlieferrohre 56 ein Kühlmedium, vorzugsweise Dampf, zu den Kammern 138 der Lieferverteilersegmente 120 leiten, die in Umfangsrichtung um den Rotor angeordnet sind. Das Kühlmedium durchströmt die Auslassanschlüsse 134 axial in rückwärtiger Richtung, um den Schaufeln 24 des Rads 16 der zweiten Stufe zugeführt zu werden. Das Kühlmedium wird außerdem über die Auslassanschlüsse 136 axial in Vorwärtsrichtung durch die Verbindungsrohre 146 und in die Schaufeln 22 des Rads 14 der ersten Stufe geleitet. Die Strömung innerhalb der Schaufeln der Räder der ersten und zweiten Stufe ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung, obwohl die Strömungsstrecke durch eine Schaufel 24 der zweiten Stufe in den 3A und 4 dargestellt ist.
In 6 ist dargestellt, wie abgegebenes Kühlmedium von den Schaufeln der Räder der ersten und zweiten Stufe zu den allgemein durch die Zeichenfolge RM gekennzeichneten Rücklaufverteilern zurückgelangt, die den abgegebenen Kühldampf wiederum den Rücklaufrohren 58 zuführen. Der Rücklaufverteiler RM umfasst eine Anzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Rücklaufverteilersegmenten 170 (8), die vorzugsweise zwischen der vorderen Teilfläche des Abstandshalters 30 und der hinteren Teilfläche des Rads 14 der ersten Stufe angeordnet sind. Aus 8 geht hervor, dass jedes Segment einen radialen äußeren Rand 172 und einen sich nach innen erstreckenden Vorsprung aufweist, wobei der Rand 172 und der Vorsprung 174 eine Kammer 176 bilden. Jeder Vorsprung 174 weist einen Auslassanschluss 178 auf, der sich in axialer rückwärtiger Richtung öffnet, um Dampf vom Verteilersegment 170 über ein Röhrchen 180 in das Rücklaufrohr 58 zurückzuleiten. Der Auslass oder Auslassanschluss 178 weist eine im Wesentlichen ringförmige Aufnahme für den bündigen Eingriff des kugelförmigen Endstücks 182 des Röhrchens 180 auf. Das gegenüberliegende Ende des Röhrchens 180 weist ein ähnliches kugelförmiges Endstück für den Eingriff in eine ringförmige Aufnahme 186 am vorderen Ende des Rücklaufrohrs 58 auf.
Der Rand 172 jedes Rücklaufverteilersegments 170 weist eine Anzahl, beispielsweise sechs, von sich in rückwärtiger Richtung öffnenden Einlassanschlüssen 188 sowie eine Anzahl, beispielsweise sechs, von sich in Vorwärtsrichtung öffnenden Einlassanschlüssen 190 auf. Zum Leiten von abgegebenem Kühlmedium von den Schaufeln 22 der ersten Stufe zum Verteilersegment 170 wird eine Erweiterung 192 vorzugsweise an die hintere Teilfläche jedes der Tannenbaumfüße der Schaufeln 22 der ersten Stufe gegossen und bildet einen dafür vorgesehenen Kühlmediumauslass aus. Ein Röhrchen 194 mit kugelförmig ausgebildeten, sich gegenüberliegenden Endstücken greift in ringförmige Bereiche am Ende jeder Erweiterung 192 bzw. jedes Einlassanschlusses 190 ein. Infolgedessen strömt abgegebenes Kühlmedium von den Schaufeln 22 der ersten Stufe durch die Erweiterungen 192, Röhrchen 194 und Einlassanschlüsse 190 in die in Umfangsrichtung angeordneten Verteilerkammern 176.
Zum Leiten von abgegebenem Kühldampf von den Schaufeln 24 der zweiten Stufe zur Rücklaufverteilerkammer 176 wird eine Anzahl von Rücklaufverbindungsrohren 196 durch sich in Axialrichtung erstreckende Bohrungen 198 durch den dazwischenliegenden Abstandshalter 30 verlegt. Jedes Rücklaufverbindungsrohr 196 weist Grate 200, 202 und 204 für den Eingriff in die Bohrung 198 auf. Ein Flansch 206 mit vergrößertem Durchmesser drückt gegen den Rand der durch den Abstands halter 30 gehenden Öffnung 198, um eine nach vorn gerichtete axiale Bewegung des Rücklaufverbindungsrohrs 196 zu verhindern. Ein Rückhaltemantel 208 greift an einem Ende in den Flansch 206 ein und weist ein gekelchtes gegenüberliegendes Ende auf, das einen schmalen axialen Spalt an der vorderen Teilfläche der Schaufel der zweiten Stufe bildet. Infolgedessen wird das Verbindungsrohr 196 durch das Eingreifen seines Flansches 206 in die hintere Teilfläche des Abstandshalters 30 gegen eine axiale Bewegung in Vorwärtsrichtung gesichert und durch das Eingreifen des gekelchten Endes des Rückhaltemantels in die vordere Teilfläche der Schaufeln der zweiten Stufe in seiner axialen rückwärtigen Bewegung begrenzt, wobei das vordere Ende des Mantels 208 gegen den Flansch 206 drückt.
Wie in den vorherigen Ausführungsformen verbinden die Röhrchen 210 vordere, vorzugsweise angegossene Erweiterungen 212 der Schaufeln der zweiten Stufe mit den hinteren Enden der Verbindungsrohre 196, wobei die Erweiterungen 212 Kühlmediumauslässe für die Schaufeln der zweiten Stufe bilden. Gleichermaßen verbinden die Röhrchen 214 die vorderen Enden der Rücklaufverbindungsrohre 196 und die Einlassanschlüsse 188 der Rücklaufverteilersegmente 170. Die Röhrchen 210 und 214 sind, wie zuvor beschrieben, ähnlich aufgebaut, d.h., sie weisen an den sich gegenüberliegenden Enden kugelförmige Bereiche zur Aufnahme in ringförmige Flächen der angrenzenden Teile auf.
Anhand der Darstellung in 6 lässt sich nachvollziehen, dass die Verbindungsrohre 196 über das axial benachbart angeordnete, radial eingesetzte Rücklaufverteilersegment 120 hinweglaufen. Aus den 4 und 5 geht jedoch hervor, dass mindestens ein Paar der Rücklaufverbindungsrohre 146, welche die Rücklaufverteilersegmente 120 und die Schaufeln 22 der ersten Stufe miteinander verbinden, und an den sich gegenüberliegenden Enden oder Spitzen der Lieferverteilersegmentränder 122 axial durch die Öffnungen 220 (4 und 6) verlaufen, die in einem Mittelteil des Rücklaufverteilersegments 170 an den gleichen Positionen in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Die übrigen Rücklaufverbindungsrohre 146 verlaufen von den Rücklaufverteilersegmenten 120 kommend unter den äußeren Flügeln der Ränder 172 von in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Rücklaufverteilersegmenten 170 hindurch. Aus einer näheren Betrachtung von 4 geht außerdem nicht nur hervor, dass die Rücklaufverteilersegmente 120 radial nach innen von den Rücklaufverteilersegmenten 170 beabstandet sind, sondern auch, dass die Segmente 120 und 170 in Umfangsrichtung gestaffelt zueinander angeordnet sind.
Jedes Rücklaufverteilersegment weist zudem Aussparungen 175 an den Flügelspitzen des Verteilersegments und an einer von dessen vorderen Teilflächen auf. In Umfangsrichtung voneinander beabstandete und radial nach innen ausgerichtete Flansche 177 (5) an der vorderen Teilfläche des Abstandshalters 30 greifen in die Aussparungen 175 ein, um das Rücklaufverteilersegment zusammen mit dem Rücklaufrohr in Position zu halten.
Zusammenfassend lässt sich bezüglich des Rücklaufkühlsystems für die Schaufeln der ersten und zweiten Stufe festhalten, dass abgegebenes Kühlmedium, z.B. Dampf, von den Schaufeln 22 der ersten Stufe nach hinten durch Tannenbaumfußerweiterungen 192 und Röhrchen 194 über Einlassanschlüsse 190 in Rücklaufverteilersegmentkammern 176 strömt. Abgegebener Kühldampf von den Schaufeln 24 der zweiten Stufe strömt von den Tannenbaumfußerweiterungen 212 der Schaufeln nach vorn über Röhrchen 210, Verbindungsrohre 196 und Röhrchen 214 sowie über Einlassanschlüsse 188 in die Rücklaufverteilersegmentkammern 176. Der abgegebene Kühldampf strömt von den Kammern 176 über Röhrchen 180 in Rücklaufrohre 58, um durch den zugehörigen Rohrkrümmer, das zugehörige radiale Rohr und den zugehörigen axialen Kanal 88 in die Rücklaufsammelstelle zu strömen.
Es ist nachvollziehbar, dass, obgleich das Verbindungsteil eine ringförmige Aufnahme aufweisen kann, die kugelförmigen Endstücke 132 der dünnwandigen Röhrchen auch an kugelförmige Aufnahmen an den Gegenteilen angrenzen können, um während des Betriebs eine Entkopplung und/oder einen Bruch zu verhindern. Kugelförmige Aufnahmen sind bei radial ausgerichteten Röhrchen von besonderer Bedeutung, um eine radiale Bewegung unter Zentrifugallasten zu verhindern. Der Presssitz an den Enden der Röhrchen verhindert Leckagen, sorgt für eine ausreichende Vorlast zur Überwindung der Zentrifugallasten und ermöglicht die Selbstausrichtung während des Betriebs. Die kugelförmigen Enden der Röhrchen sind vorzugsweise mit Triballoy 800 beschichtet. Ein Beispiel für ein kugelförmiges Endstück eines Röhrchens und für eine dazu passende kugelförmige Aufnahme ist in 15 dargestellt. Bei dem Röhrchen 250 kann es sich um ein beliebiges der Röhrchen 128, 142, 148, 162, 194, 210, 214 oder 170 mit kugelförmigen Endstücken 252 handeln. Die benachbarten Teile 254 können ringförmige Aufnahmen oder die dargestellten kugelförmigen Aufnahmen 256 aufweisen.
Unter Bezugnahme auf die 2, 3B und 10–14 werden im Folgenden die in der hinteren Scheibe 46 enthaltenen Verbindungen, z.B. Rohrkrümmer, beschrieben, die zum Umleiten des zugeführten und rückgeführten thermischen Mediums zwischen axialer und radialer Richtung dienen. In 2 enthält die hintere Scheibe 46 eine Anzahl von in Umfangsrich tung beabstandeten, allgemein in Schwalbenschwanzform ausgeführten und sich radial öffnenden Schlitzen 200. Die Schlitze 200 nehmen Liefer- und Rücklaufverbindungen, z.B. die Rohrkrümmer 202 bzw. 204, auf. Jeder der Rohrkrümmer weist eine im Wesentlichen komplementär zu den Schwalbenschwanznuten an der hinteren Scheibe 46 geformte Außenfläche auf, sodass die Rohrkrümmer axial in die Schlitze 200 eingeführt werden können und gegen eine radiale Bewegung nach außen gesichert sind. In 10 ist ein Lieferrohrkrümmer 206 dargestellt. Der Lieferrohrkrümmer 206 besteht vorzugsweise aus Gussmaterial und weist, wie dargestellt, einen in Längsrichtung verlaufenden Bohrungsabschnitt 208 sowie einen sich radial erstreckenden Bohrungsabschnitt 210 auf, die durch eine einen 90°-Winkel beschreibende Übergangsbohrung 212 miteinander verbunden sind. Das hintere Ende des Rohrkrümmers 206 weist eine sich radial nach innen öffnende Nut 214 auf.
In 11 ist ein Rücklaufrohrkrümmer 216 dargestellt. Der Rücklaufrohrkrümmer 216 weist eine sich axial erstreckende Bohrungsöffnung 218 und eine sich radial erstreckende Bohrungsöffnung 220 auf, die durch eine einen 90°-Winkel beschreibende Übergangsbohrung miteinander in Verbindung stehen. Das hintere Ende des Rücklaufrohrkrümmers 216 weist auch eine sich radial nach innen öffnende Nut 224 auf. Es ist nachvollziehbar, dass beide sich radial öffnenden Bohrungen 210 und 220 des Liefer- und Rücklaufrohrkrümmers 206 bzw. 216 in Umfangsrichtung und axial voneinander versetzt angeordnet sind, um die in Umfangsrichtung und radial voneinander versetzt angeordneten Liefer- und Rücklaufrohre 54 bzw. 60 auf zunehmen.
Die sich axial erstreckenden Bohrungen 208 und 218 des Liefer- und des Rücklaufrohrkrümmers 206 bzw. 216 sind mit den sich axial erstreckenden Liefer- und Rücklaufrohren 56 bzw. 58 durch Röhrchen verbunden, die einen ähnlich Aufbau wie die zuvor beschriebenen Röhrchen aufweisen. Ein Beispiel für ein Röhrchen 226 zum Verbinden des Rücklaufrohrkrümmers 226 mit dem sich axial erstreckenden Rücklaufrohr 58 ist in 3A dargestellt. Ein ähnliches Röhrchen verbindet jeden der Lieferrohrkrümmer 206 mit den Lieferrohren 56.
In 12 weist jedes der radialen äußeren Enden des Liefer- und des Rücklaufrohrs 54 bzw. einen Bund 230 auf. Das äußere Ende des Bunds ist für den konischen Eingriff in die sich radial erstreckende Bohrung 210 oder 220 des zugehörigen Rohrkrümmers konisch erweitert, um eine Strömungsverbindung zwischen dem Rohrkrümmer und dem radialen Rohr herzustellen. Zur Verbindung des radialen Rohrs mit den Rohrkrümmern wird ein in 13 dargestellter Federbügel 232 bereitgestellt. Der Federbügel umfasst einen Winkel mit einem radialen Bereich 234, an dem in Umfangsrichtung beabstandete, radial nach außen gerichtete runde Vorsprünge 236 mit Öffnungen 238 montiert sind. Der sich im Wesentlichen in Axialrichtung erstreckende Bereich 240 des Federbügels 232 weist ein Paar sich axial erstreckender Beine 241 auf, die eine im Wesentlichen halbkreisförmige Öffnung 242 bilden und an ihren benachbarten distalen Enden in ein Paar radial nach außen hervorstehender runder Vorsprünge 244 münden. Wie in 12 dargestellt, ist der Federbügel an den Armen des unter dem Bund 230 liegenden axialen Abschnitts 240 mit den Bolzen 243 an dem zugehörigen Rohrkrümmer 206 oder 216 befestigt. Genauer gesagt, greifen die runden Vorsprünge 244 in die Unterseiten des Bunds 230 ein.
Wie in 3B dargestellt, weist die hintere Teilfläche der hinteren Scheibe 42 zwischen den Schlitzen 200 sich radial nach innen öffnende Nuten 246 auf. Es ist nachvollziehbar, dass beim axialen Einführen der Rohrkrümmer 206 und 216 in die Schlitze 200 ein Band oder Draht 248, das bzw. der sich in Umfangsrichtung erstreckt und in radialer Richtung nach außen federbelastet sein kann, in die Nuten 214, 224 und 246 eingeführt wird, um die Rohrkrümmer gegen axiales Versetzen in rückwärtige Richtung zu sichern, wobei die Nuten 246 und das Band 248 den Rohrkrümmern als axiale Haltemittel dienen. Die hinteren Flansche 250 und 252 der Rohrkrümmer 206 bzw. 216 stoßen an die hintere Teilfläche der hinteren Scheibe 46, um eine relativ zum Rotor erfolgende axiale Bewegung der Rohrkrümmer in Vorwärtsrichtung zu verhindern. 14 stellt einen Liefer- und einen Rücklaufrohrkrümmer in den entsprechenden Schlitzen 200 der hinteren Scheibe 46 dar.

Claims

Kühlsystem zum Kühlen von Schaufeln eines Turbinenrotors (R) mit axial voneinander beabstandeten Rädern (14, 16, 18, 20), an denen Schaufeln (22, 24, 26, 28) montiert sind und mit Abstandshaltern (30, 32, 34) zwischen den Rädern, wobei zu dem Kühlsystem gehören: eine Anzahl von Kühlmediumlieferkanälen (56), die voneinander in Umfangsrichtung beabstandet und einem Rand des Rotors benachbart angeordnet sind, eine Anzahl von Rücklaufkanälen (58) für abgegebenes Kühlmedium, die von einander in Umfangsrichtung beabstandet und die um den Rand des Rotors herum und diesem benachbart angeordnet sind und eine Anzahl von Lieferverteilersegmenten (120), die voneinander in Umfangsrichtung beabstandet und um den Rotor herum und zu diesem benachbart angeordnet sind, wobei die Lieferverteiler in Verbindung mit wenigstens einem der Lieferkanäle stehen, um Kühlmedium aufzunehmen, wobei jedes der Lieferverteilersegmente eine Anzahl von Lieferanschlüssen (134, 136) aufweist, die das Lieferverteilersegment und Kühlmitteleinlässe (144, 164) für die Turbinenschaufel der axial beabstandeten Räder miteinander verbinden, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Rücklaufsammlersegmenten (170), die in Umfangsrichtung voneinander beabstandet und um den Rand des Rotors herum und zu diesem benachbart angeordnet sind, wobei jedes Rücklaufsammlersegment in Verbindung mit wenigstens einem der Rücklaufkanäle steht, um abgegebenes Kühlmedium aufzunehmen, wobei jedes Rücklaufsammlersegment eine Anzahl von Rücklaufanschlüssen (188, 190) aufweist, die das Rücklaufsammlersegment und Auslässe (192, 212) für abgegebenes Kühlmedium an den Turbinenschaufeln der axial voneinander beabstandeten Räder miteinander verbinden.
Kühlsystem nach Anspruch 1 mit einem ersten Satz von Lieferanschlüssen (134) für jedes Lieferverteilersegment zur Belieferung des Satzes von Schaufeln (24) des Rads (16) mit dem Kühlmedium, mit einem zweiten Satz von Lieferanschlüssen (136) für jedes Lieferverteilersegment zum Liefern von Kühlmedium an einen zweiten Satz von Schaufeln (22) eines anderen Rades (14).
Kühlsystem nach Anspruch 2 mit wenigstens einem Röhrchen (142, 162), die den ersten und den zweiten Satz Lieferanschlüsse und den entsprechenden Satz Schaufeln des einen und des anderen Rads miteinander verbinden.
Kühlsystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Rücklaufanschlüsse jedes Rücklaufsammlersegments einen ersten Satz (188) beinhalten, um ausgegebenes Kühlmedium von einem Satz Schaufeln (24) zu einem der Räder (16) zurückzuleiten und mit einem zweiten Satz Rücklaufanschlüsse (90) an jedem Rücklaufsammlerelement zum Zurückleiten des ausgegebenen Kühlmediums von einem Satz Schaufeln (22) zu einem anderen der Räder (14).
Kühlsystem nach Anspruch 1 mit ersten und zweiten Sätzen (54, 60) einer Anzahl sich jeweils im Wesentlichen radial erstreckenden Kanäle zum entsprechenden Liefern von Kühlmedium zu den axialen Kühlmediumlieferkanälen und zur Rückführung des ausgegebenen Mediums von dem axialen Rücklaufkanal für abgegebenes Kühlmedium, mit einer hinteren Scheibe (46), die Teil des Rotors ist und sich in Axialrichtung erstreckende Schlitze an ihrem Umfang aufweist und mit einer Anzahl von Flussumleitelementen (206, 216), die in den Schlitzen angeordnet sind und sich axial und radial erstreckende Kanäle verbinden und Durchgänge (208, 210, 212, 218, 220, 222) aufweisen, um den Fluss zwischen im Wesentlichen axialer und im Wesentlichen radialer Richtung umzuleiten.
Kühlsystem nach Anspruch 5, bei dem die sich in Axialrichtung erstreckenden Kanäle Rohre (56, 58) umfassen, die sich in axial fluchtende Bohrlöcher durch die Räder und Abstandshalter erstrecken, wobei sich die sich radial erstreckende Kanäle aufweisenden Rohre in Bohrungen durch die hintere Scheibe erstrecken, wobei die Kanäle der Flussumleitelemente in Verbindung mit dem sich axial und radial erstreckenden Rohren stehen.
Kühlsystem nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Schlitze in Axialrichtung offen sind, wobei in den Schlitzen in Axialrichtung Elemente anordenbar sind und mit einem Haltemittel (246, 258) zum Zurückhalten des Elements in den Schlitz gegen axiale Bewegung in rückwärtiger Richtung.
Kühlsystem nach Anspruch 1: mit einer Anzahl sich im Wesentlichen radial erstreckender Kanäle (54, 56), die in Verbindung mit den Axialkanälen stehen, zum Leiten des Wärmemediums, mit einer hinteren Scheibe, die einen Teil des Rotors bildet und sich in Axialrichtung erstreckende Schlitze (200) an ihrer Peripherie aufweist, und mit einer Anzahl von flussleitenden Elementen (206, 216), die in den Schlitzen angeordnet sind und die sich axial und radial erstreckenden Kanäle verbinden und Kanäle aufweisen, um den Fluss zwischen einer im Wesentlichen axialen und einer im Wesentlichen radialen Richtung umzuleiten.
Kühlsystem nach Anspruch 8, bei dem die sich in Axialrichtung erstreckenden Kanäle Rohre (56, 58) aufweisen, die sich in axialfluchtende Bohrlöcher durch die Räder und Abstandshalter erstrecken, wobei die sich radial erstreckenden Kanäle Rohre (54, 60) umfassen, die sich in durch die hintere Scheibe führende Bohrlöcher erstrecken, wobei die Kanäle der beiden flussleitenden Elemente in Verbindung mit den sich axial und radial erstreckenden Rohren stehen, wobei sich die Schlitze in Axialrichtung öffnen und die Elemente in den Schlitzen in Axialrichtung aufgenommen werden können.