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Hintergrund der Erfindung
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[Technisches Gebiet der Erfindung]
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage, insbesondere
zum Reduzieren eines Druckverlustes zu einem Zeitpunkt, bei dem
eine unter hohem Druck stehende Luft, die durch einen Luftkompressor
erzeugt wird, als ein Kühlmedium
verwendet wird, und die unter hohem Druck stehende Luft an eine
Gasturbinenwelle über
eine Zwischenwelle geliefert wird.
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[Betreffender Stand der Technik]
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Wie
in 20 gezeigt, enthält im Allgemeinen eine Gasturbinenanlage
einen Luftkompressor 1, einen Gasturbinenbrenner 2 und
eine Gasturbine 3, die wirkend verbunden sind, und ist
in einer Art und Weise aufgebaut, dass eine Luftkompressorwelle 4 und
eine Gasturbinenwelle 5 mittels einer Zwischenwelle 8 verbunden
sind, die eine äußere zylindrische Welle 7 enthält, die
koaxial in einer inneren zylindrischen Welle 6 angeordnet
ist.
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Der
Luftkompressor 1 ist mit einer Mehrzahl von bewegbaren
(drehbaren) Kompressorschaufeln 9 und stationären Luftkompressorschaufeln 10 entlang
einer Axialrichtung von diesen bereitgestellt und komprimiert eine
angesaugte Luft, um dadurch eine Hochdruckluft (starke druckbeaufschlagte
Luft) zu erzeugen. Der Luftkompressor 1 liefert ferner
einen Teil der Hochdruckluft an den Gasturbinenbrenner 2 als ein
Oxidierungsmittel, um dadurch ein Verbrennungsgas darin zu erzeugen,
und dann das Verbrennungsgas, das folglich erzeugt worden ist, an
eine stationäre
Gasturbinenschaufel 11 und eine bewegbare Gasturbinenschaufel 12 der
Gasturbine 3 zu liefern, um Expansionsarbeit zu verrichten.
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Darüber hinaus
liefert der Luftkompressor 1 einen Teil der verbleibenden
Hochdruckluft an die Gasturbinenwelle 5 über einen
Aussparungsbereich 13 und einen Abstandsbereich 14 zwischen
der Luftkompressorwelle 4 und der äußeren zylindrischen Welle 7 der
Zwischenwelle 8, um die rotierende Gasturbinenschaufel 12 und
ihren Ansatzabschnitt (nicht gezeigt) zu kühlen.
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Die
Hochdruckluft wird nach dem Kühlen
der sich bewegenden Gasturbinenschaufel 12 und ihres Ansatzabschnitts
dann an die nächste
sich bewegende Turbinenschaufelstufe über einen Durchgang 15, einen
Aussparungsabschnitt 16 und ein Zentralloch 17 geliefert.
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Wie
in den 21 und 22 gezeigt,
sind andererseits die Luftkompressorwelle 4 und die Gasturbinenwelle 5 beide ähnlich einer
Scheibe 18 geformt. Die Scheibe 18 ist aufgeschichtet ähnlich einer laminierten
Schicht entlang einer Axialrichtung, und dann ist eine Zugstange
(nicht gezeigt) in ein Bolzenloch 19 eingesetzt und folglich
als eine Scheibenwelle geformt. Ferner, wie in 22 gezeigt,
sind die Luftkompressorwelle 4 und die Gasturbinenwelle 5 beide
mit einem Schaufelansatzabschnitt 20 gebildet, der verschiedenen
konkave konvexe Bereiche an einem Randbereich der Scheibe 18 aufweist.
Der Schaufelansatzabschnitt 20 ist mit der sich bewegenden
Luftkompressorschaufel 9 und der sich bewegenden Gasturbinenschaufel 12 bereitgestellt.
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Wie
oben beschrieben, sind in der herkömmlichen Gasturbinenanlage
die Luftkompressorwelle 4 und die Gasturbinenwelle 5 beide ähnlich den
oben beschriebenen Scheiben 18 ausgebildet, und dann werden
die Scheiben 18 entlang der Axialrichtung gestapelt, wodurch
eine Scheibenwelle gebildet wird, um Gewicht zu reduzieren. Ferner
wird GD2 (G: Gravitationsbeschleunigung;
D: Durchmesser der Scheibe) relativ klein, und eine Hochgeschwindigkeitsrotation
wird stabil ausgeführt.
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Übrigens
besteht in einer jüngsten
Gasturbinenanlage, um eine Ausgangsleistung pro einzelner Anlage
groß zu
machen, eine Tendenz die Gasturbinenanlage bei hoher Temperatur
zu betreiben. Aus diesem Grund ist eine große Menge Kühlluft erforderlich, um eine
Materialbeanspruchbarkeit sicherzustellen. In der Gasturbinenanlage,
die den herkömmlichen
Aufbau aufweist, wie in 20 gezeigt,
wenn die Hochdruckluft, die von der sich bewegenden Luftkompressorschaufel 9 extrahiert
worden ist, als ein Kühlmittel
an die Gasturbinenschaufel 5 über den Aussparungsabschnitt 13 und
den Abstandabschnitt 14 geliefert wird, wird jedoch ein
Wirbelstrom erzeugt. Ein Strom der unter hohem Druck stehenden Luft
wird aufgrund des erzeugten Wirbelstroms schlechter, und aus diesem
Grund nimmt der Druckverlust zu. Als Ergebnis wird es unmöglich eine
Konvektionskühlleistung
gemäß einem
geplanten Designwert auszulegen, wodurch Nachteile und Probleme
entstehen. Insbesondere nimmt in letzter Zeit die Kapazität einer
einzelnen Anlage zu, und aus diesem Grund, selbst wenn die begrenzte
Hochdruckluft effizient als ein Kühlmedium verwendet wird, ist
es aufgrund des erhöhten
Druckverlustes unmöglich
die Konvektionskühlung
ausreichend zu nutzen. Als Ergebnis besteht im Fall einer großen Gasturbinenanlage
die Befürchtung,
dass eine übermäßige thermische
Spannung in der Gasturbinenwelle 5 lokal erzeugt wird,
und ein Abbrand in der sich rotierenden Gasturbinenschaufel erzeugt
wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Mängel oder Nachteile, die der
oben genannte Stand der Technik mit sich bringt, im Wesentlichen
zu beseitigen und eine Gasturbinenanlage bereitzustellen, die einen
Druckverlust einer unter hohem Druck stehenden Luft reduziert, indem
wirkungsvoll eine Kühlung
zu einem Zeitpunkt der Lieferung der unter hohem Druck stehenden
Luft, die von einem Luftkompressor extrahiert worden ist, an eine
Gasturbinenwelle über
eine Zwischenwelle erfolgt, um die Gasturbinenwelle zu kühlen.
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Dies
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht durch Bereitstellung einer Gasturbinenanlage
gemäß Anspruch
1.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der ausgebauchte Bereich geformt, um die Form einer hängenden
Glocke oder eine Trapezform bereitzustellen.
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Gemäß einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist jede der Scheiben integral mit einem stufenförmigen flachen Bereich ausgebildet,
an dem ein Führungsdurchlass
gebildet ist.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist der Führungsdurchlass
geradlinig in einer radialen Richtung der Scheibe ausgebildet. Der
Führungsdurchlass
ist an einer inneren Durchmesserseite davon mit einem gebogenen
Durchlass ausgebildet, der zu einer Drehrichtung der Scheibe hin
gebogen ist.
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Der
Führungsdurchlass
ist an einer äußeren Durchmesserseite
davon mit einem gebogenen Durchlass versehen, der in Richtung entgegengesetzt
zu der Drehrichtung der Scheibe gebogen ist. Der Zwischenbereich
zwischen dieser inneren und äußeren Durchmesserseite
kann geradlinig ausgebildet sein.
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Der
Führungsdurchlass
ist geformt, um eine konvexe, gekrümmte Fläche zu bilden, die sich von der
inneren Durchmesserseite in Richtung zu der äußeren Durchmesserseite in rückwärtsseitiger
Richtung erstreckt. Der stufenförmige
flache Bereich kann mit einem Durchlassteil ausgebildet sein, an
dem der Führungsdurchlass
gebildet ist.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat die Zwischenwelle eine Stirnseite, an der ein vorspringender
Teil ausgebildet ist, wobei der vorspringende Teil mit einem Führungsdurchlass ausgebildet
ist. Der Führungsdurchlass,
der an dem vorspringenden Teil ausgebildet ist, ist in einer radialen
Richtung der Scheibe geradlinig gebildet. Der Führungsdurchlass, der an dem
vorspringenden Teil gebildet ist, ist an einer inneren Durchmesserseite davon
mit einem gebogenen Durchlass vorgesehen, der in einer Richtung
entgegen der Drehrichtung der Scheibe gebogen ist. Der Führungsdurchlass,
der an dem vorspringenden Teil ausgebildet ist, ist auf einer inneren
Durchmesserseite davon gebildet, mit einem gebogenen Durchlass,
der in Rückwärtsrichtung
zu der Drehrichtung der Scheibe gebogen ist, und ebenfalls auf einer äußeren Durchmesserseite
davon bereitgestellt ist mit einem gebogenen Durchlass, der zu einer
Drehrichtung der Scheibe gebogen ist, und ein Zwischenbereich zwischen
der inneren und außeren
Durchmesserseite ist gerade ausgebildet.
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Der
Führungsdurchlass,
der an dem vorspringenden Teil gebildet ist, kann ausgebildet sein, um
eine konvexe, gekrümmte
Oberfläche
bereitzustellen, die sich von der inneren Durchmesserseite in Richtung
der äußeren Durchmesserseite
in rückwärtsseitiger
Richtung erstreckt.
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Die
ausgebauchten Bereiche erstrecken sich in einer radialen Richtung
der Scheiben von einer Seitenfläche
der Drehzentrallinien der Scheiben.
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Die
Zwischenwelle ist aus einem inneren zylindrischen Wellenabschnitt
und einem äußeren zylindrischen
Wellenabschnitt, von denen wenigstens einer eine Stirnfläche aufweist,
an der vorspringende Teile in ringförmiger Gestalt ausgebildet
sind, wobei die vorspringenden Teile mit Führungsdurchlässen ausgebildet
sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung der Strukturen und Eigenschaften, wie oben erwähnt, enthält die Gasturbinenanlage
ein Mittel (eine Struktur) zum Reduzieren des Druckverlusts der
unter hohem Druck stehenden Luft, die von der Luftkompressorstufe
extrahiert und als ein Kühlmedium
an die Gasturbinenwelle geliefert wird, und vorzugsweise zum Führen der
Hochdruckluft. Dieses Mittel ist durch die Merkmale des Anspruchs
1 definiert. Folglich ist es möglich
wirkungsvoll eine Konvektionskühlung
durchzuführen,
selbst wenn die Strömungsrate der
unter hohem Druck stehenden Luft begrenzt ist, und eine hohe Beanspruchbarkeit
der Scheibe der Gasturbinenwelle aufrechtzuerhalten, und folglich
mit der hohen Temperatur einer Gasturbinenanlage fertig zu werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Beschreibungen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
deutlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In
den beigefügten
Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht, die einen oberen Halbbereich einer montierten
Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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3 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein modifiziertes Beispiel
des ersten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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4 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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5 eine
Frontansicht, die die Scheibe zeigt, wenn diese von der V-V Pfeilrichtung
gemäß 4 aus
betrachtet wird;
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6 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein erstes modifiziertes
Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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7 eine
Frontansicht, die die Scheibe zeigt, wenn diese von der VII-VII
Pfeilrichtung gemäß 6 aus
betrachtet wird;
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8 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein zweites modifiziertes
Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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9 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein drittes modifiziertes
Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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10 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein viertes modifiziertes
Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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11 eine
Frontansicht, die die Scheibe zeigt, wenn diese von der XI-XI Pfeilrichtung
gemäß 10 aus
betrachtet wird;
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12 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein fünftes modifiziertes Beispiel
des zweiten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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13 eine
Frontansicht, die die Scheibe zeigt, wenn diese von der XIII-XIII
Pfeilrichtung gemäß 12 aus
betrachtet wird;
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14 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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15 eine
Frontansicht, die die Scheibe zeigt, wenn diese von der XV-XV Pfeilrichtung
gemäß 14 aus
betracht wird;
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16 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein erstes modifiziertes
Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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17 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein zweites modifiziertes
Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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18 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch ein drittes modifiziertes
Beispiel des dritten Ausführungsbeispiels
der Scheibe zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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19 eine
Frontansicht, die die Scheibe zeigt, wenn diese von der XIX-XIX
Pfeilrichtung gemäß 18 aus
betrachtet wird;
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20 eine
Teilquerschnittsansicht, die schematisch eine Gasturbinenanlage
gemäß dem Stand
der Technik zeigt;
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21 eine
Querschnittsseitenansicht, die schematisch eine Scheibe gemäß dem Stand
der Technik zeigt, die als eine Luftkompressorwelle und eine Gasturbinenwelle
der Gasturbinenanlage gemäß dem Stand
der Technik verwendet wird; und
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22 eine
Ansicht, die die Scheibe gemäß dem Stand
der Technik zeigt, betrachtet von der XXII-XXII Pfeilrichtung gemäß 21.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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Im
Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Bezugszeichen,
die in den Zeichnungen gezeigt sind, Ausführungsbeispiele einer Gasturbinenanlage
gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist die Gasturbinenanlage
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einem Luftkompressor 21, einem Gasturbinenbrenner 22 und
einer Gasturbine 23 aufgebaut, die betriebsmäßig in Reihe
miteinander verbunden sind.
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Der
Luftkompressor 21 ist in einem Luftkompressorgehäuse 24 an
dem Zentrum des Gehäuses untergebracht
und enthält
eine Luftkompressorwelle 26, die durch eine Achslagerung 25 abgestützt ist. Eine
sich bewegende (drehende) Luftkompressorschaufel 27, die
an der Luftkompressorwelle 26 angebracht ist, und eine
stationäre
Luftkompressorschaufel 28, die fest an dem Luftkompressorgehäuse 24 angebracht
ist, bilden eine Luftkompressorstufe 29. Eine Luft, die von
einem Einlassanschluss 30 angesaugt wird, wird mittels
der Luftkompressorstufe 29 komprimiert, so dass eine unter
hohem Druck stehende Luft erzeugt wird.
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Der
Gasturbinenbrenner 22 ist mit einem Brennereinsatz 31 und
einem Übergangsteil 32 in dessen
Innerem bereitgestellt und ausgelegt, um einen Kraftstoff zu der
unter hohem Druck stehenden Luft, die von dem Luftkompressor 21 geliefert
wird, hinzu zugeben, so dass ein Verbrennungsgas in dem Brennereinsatz 31 erzeugt
wird. Das Verbrennungsgas wird an die Gasturbine 23 über das Übergangsteil 32 geliefert.
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Die
Gasturbine 23 ist in einem Gasturbinengehäuse 33 am
Zentrum des Gehäuses
untergebracht und enthält
eine Gasturbinenwelle 35, die durch eine Achslagerung 34 abgestützt wird.
Eine stationäre
Gasturbinenschaufel 36, die fest an dem Gasturbinengehäuse 33 angebracht
ist, und eine sich bewegende (drehende) Gasturbinenschaufel 37, die
an der Gasturbinenwelle 35 angebracht ist, bilden eine
Gasturbinenstufe 38. In der Gasturbinenstufe 38 wird
Expansionsarbeit ausgeübt
unter Verwendung eines Verbrennungsgases, das von dem Übergangsteil 32 geliefert
wird, um die Treibereinrichtungen (nicht gezeigt), beispielsweise
einen Generator oder dergleichen, anzutreiben.
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Eine
Zwischenwelle 39 ist zwischen der Luftkompressorwelle 26 und
der Gasturbinenwelle 35 angeordnet. Die Zwischenwelle 39 enthält eine
innere zylindrische Welle 40 und eine äußere zylindrische Welle 41,
die koaxial angeordnet sind. Durch die Zwischenwelle 39 wird
ferner ein Teil der unter hohem Druck stehenden Luft, die von der
Luftkompressorstufe 29 extrahiert wird, als Kühlluft an
die sich bewegende Gasturbinenschaufel 37, die an der Gasturbinenwelle 35 angebracht
ist, über
einen äußeren zylindrischen
Wellenabstandsabschnitt 42 geliefert, um einen Ansatzbereich
der drehenden Gasturbinenschaufel 37 zu kühlen. Darüber hinaus
wird die verbleibende unter hohem Druck stehende Luft an die drehende
Gasturbinenschaufel 37 über
einen inneren zylindrischen Wellenabstandsabschnitt 43 und ein
Ausgleichsloch 44 der Gasturbinenwelle 35 geliefert,
um einen Ansatzabschnitt der nächsten
bewegenden Gasturbinenschaufelstufe 37 zu kühlen.
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Andererseits
sind die Luftkompressorwelle 26 und die Gasturbinenwelle 35 beide
in der folgenden Art und Weise aufgebaut. Die Scheiben 45 und 46 werden
entlang einer Axialrichtung gestapelt, und die folglich gestapelten
Scheiben 45 und 46 werden miteinander mittels
Spannschrauben 47 und 48 jeweils gekoppelt, wodurch
ein Rotor gebildet wird. Die Scheiben 45 und 46 können gemäß der oben
gegebenen Bedeutung als Scheibeneinheiten oder Scheibengruppen angesehen
werden.
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Wie
in 2 gezeigt, haben die Luftkompressorwelle 26 und
die Gasturbinenwelle 35 beide ferner ausgebauchte Bereiche 49a und 49b ähnlich einer
hängenden
Glocke, die sich zu einer Radialrichtung von mindestens einer Seite
einer Rotationszentrumslinie RCL der gekoppelten Scheiben 45 und 46 erstrecken.
Die ausgebauchten Bereiche 49a und 49b dienen
vorzugsweise zum Führen
der unter hohem Druck stehenden Luft, die von der Luftkompressorstufe 29 extrahiert
wird und als ein Kühlmedium verwendet
wird, zu dem äußeren zylindrischen
Wellenabstandsabschnitt 42 der Zwischenwelle 39 und dem
inneren zylindrischen Wellenabstandsabschnitt 43 davon.
Darüber
hinaus dienen die ausgebauchten Bereiche 49a und 49b vorzugsweise
zum Führen
der unter hohem Druck stehenden Luft, die als ein Kühlmedium
von jedem, dem äußeren zylindrischen
Wellenabstandsabschnitt 42 der Zwischenwelle 39 und dem
inneren zylindrischen Wellenabstandsabschnitt 43 davon,
zu den Scheiben 46 der Gasturbinenwelle 35 geliefert
wird.
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Herkömmlicherweise
strömt
eine unter hohem Druck stehende Luft, die als ein Kühlmedium entlang
der rotierenden Scheiben 45 und 46 strömt, in Radialrichtung
(Radiantrichtung) der Scheiben aufgrund der Zentrifugalkraft, die
während
der Rotation der Scheiben erzeugt wird. Aus diesem Grund wird ein
Strom zum Kompensieren der verwehten Fluidrate unwillkürlich in
Richtung der Rotationszentrumslinie RCL der Scheiben 45 und 46 erzeugt.
In diesem Fall, wenn ein Abstand zwischen den Scheiben 45 und 46 und
einer Wand als ein stationärer
Bereich, der zu diesen Scheiben weist, groß ist, wie beispielsweise in
dem Dokument „Boundary-Layer Theory (7. Ausgabe,
Seite 102, H. Schlicting, 1979) beschrieben, strömt das Fluid in Axialrichtung
der Rotationszentrumslinie RCL. Umgekehrt, wenn der Abstand zwischen
den Scheiben 45 und 46 und einer Wand als ein
stationärer
Bereich, der diesen Scheiben gegenüberliegt, klein ist, strömt das Fluid
in Rotationsrichtung parallel zu den Scheiben 45 und 46 entlang der
Wand, und wird dann mit dem zuvor genannten Fluss in Axialrichtung
kombiniert, wodurch ein komplizierter dreidimensionaler Fluss gebildet
wird. Der Luftkompressor 21 und die Gasturbinenanlage 23 haben
jeweils komplizierte interne Strukturen mit vielen Zurückhal tungswänden. Entsprechend
wird ein Fluss des Fluids entlang der Scheiben 45 und 46 komplizierter
als der Fluss, der oben beschrieben wurde. Die Scheiben 45 und 46 sind
jedoch mit Führungsbereichen
versehen.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
ist unter Berücksichtigung
der oben genannten Punke gemacht worden, und die Scheiben 45 und 46 sind
mit ausgebauchten Bereichen 49a und 49b ähnlich einer
hängenden
Glocke versehen, die sich zu der radialen Richtung von wenigstens
einer Seite der Drehzentrumslinie RCL der gebildeten Scheiben 45 und 46 erstrecken.
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Wie
oben beschrieben, sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel
die Scheiben 45 und 46 der Luftkompressorwelle 26 und
der Gasturbinenwelle 35 mit ausgebauchten Bereichen 49a und 49b an mindestens
einer Seite der Drehzentrumslinie RCL bereitgestellt, und ferner
wird die unter hohem Druck stehende Luft, die von der Luftkompressorstufe 29 extrahiert
wird, an die Zwischenwelle 39 über den ausgebauchten Bereich 49a geführt, während die
unter hohem Druck stehende Luft, die von der Zwischenwelle 39 geliefert
wird, an die Scheiben 46 der Gasturbinenwelle 35 über den
ausgebauchten Bereich 49b geführt wird. Folglich strömt die unter
hohem Druck stehende Luft gegen eine Zentrifugalkraft, die während der
Drehung erzeugt wird, um dadurch einen Druckverlust zu reduzieren,
und die Scheibe 46 der Gasturbinenwelle 35 kann
ausreichend der Konvektionskühlung
unterworfen werden, durch eine begrenzte Stromrate der unter hohem
Druck stehenden Luft. Folglich ist es möglich eine hohe Beanspruchbarkeit
der Scheibe 46 der Gasturbinenwelle 35 aufrechtzuerhalten
und mit der Neigung zu einer hohen Temperatur einer Gasturbinenanlage
fertig zu werden. Darüber
hinaus werden in diesem Ausführungsbeispiel
die ausgebauchten Bereiche 49a und 49b, die eine
Gestalt einer hängenden
Glocke haben, an mindestens einer Seite der Drehzentrumslinie der Scheiben 45 und 46 während ihrer
Drehung gebildet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses
Ausführungsbeispiel
beschränkt,
und beispielsweise, wie in 3 gezeigt,
können
trapezoid ausgebauchte Bereiche 49a und 49b vorgesehen
werden.
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Die 4 und 5 zeigen
Ansichten, die ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Scheibe verdeutlichen, die als eine Luftkompressorwelle und eine
Gasturbinenwelle der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um die
gleichen Teile, wie gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
beschrieben, zu kennzeichnen.
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In
diesem zweiten Ausführungsbeispiel
der Scheibe, ähnlich
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel,
sind die Scheiben 45 und 46 der Luftkompressorwelle 26 und
der Gasturbinenwelle 35 mit ausgebauchten Bereichen 49a und 49b,
die die Gestalt einer hängenden
Glocke oder eine trapezoide Gestalt haben, jeweils an mindestens
einer Seite der Drehzentrumslinie RCL bereitgestellt. Ferner, werden
stufenähnliche
(geformte) flache Bereich 50a und 50b integral
mit den Scheiben 45 und 46 ausgebildet, und, wie
in 5 gezeigt, werden die stufenähnlichen flachen Bereiche 50a und 50b mit
Führungsdurchlässen 51a und 51b bereitgestellt,
die sich geradlinig in der radialen Richtung (Radiantrichtung) bezüglich der
Drehzentrumslinie RCL erstrecken. Die Bezugszeichen 52a und 52b kennzeichnen
Bolzenlöcher
zum Fixieren der Scheiben 45 und 46, die entlang
der Axialrichtung gestapelt sind, mittels einer Spannschraube.
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Wie
oben beschrieben, sind in diesem Ausführungsbeispiel Führungsdurchlässe 51a und 51b jeweils
als stufenähnliche
flache Bereiche 50a und 50b an mindestens einer
Seite der Drehzentrumslinie der Scheiben 45 und 46 der
Luftkompressorwelle 26 und der Gasturbinenwelle 35 gebildet.
Die unter hohem Druck stehende Luft als ein Kühlmedium, die von der Luftkompressorstufe 29 über die
Scheiben 45 der Luftkompressorwelle 26 extrahiert
wird, wird an die Zwischenwelle 39 geführt, ohne dass ein Verwirbelungsstrom
erzeugt wird, und die unter hohem Druck stehende Luft, die von der
Zwischenwelle 39 geführt
wird, wird an die Scheiben 46 der Gasturbinenwelle 35 geliefert
ohne Erzeugung eines Verwirbelungsstroms. Folglich ist es möglich, den
Druckverlust der unter hohem Druck stehenden Luft zu reduzieren
und wirkungsvoll die Konvektionskühlung bezüglich der Scheiben 45 und 46 durchzuführen, wodurch
eine hohe Beanspruchbarkeit der Scheiben aufrechterhalten bleibt,
selbst wenn die Gasturbinenanlage unter hoher Temperatur betrieben
wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die stufenähnlichen
(geformten) flachen Bereich 50a und 50b der Scheiben 45 und 46 jeweils
mit den Führungsdurchlässen 51a und 51b ausgebildet.
Beispielsweise, wie in 7 gezeigt, ist eine innere Durchmesserseite
jedes der Führungsdurchlässe 51a und 51b entgegen
der Uhrzeigersinnrichtung gebogen, um dadurch gebogene Führungsdurchlässe 53a und 53b zu
bilden.
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Ferner
soll angemerkt werden, dass die Begriffe „entgegen dem Uhrzeigersinn" und „im Uhrzeigersinn", wie oben und im
Folgenden verwendet, als Richtungen verwendet werden, die von einem
Bereich aus zwischen der kompressorseitigen Scheibe und der gasturbinenseitigen
Scheibe zu sehen sind, also von der Zwischenwellenseite aus. In
anderen Worten, diese Richtungen können bezeichnet werden als
die Rotor(Scheiben)-Drehrichtung und deren Rückwärtsrichtung, und in modifizierten
Ausführungsbeispielen
können
diese Ausdrücke „Richtung entgegen
dem Uhrzeigersinn" und „Richtung
im Uhrzeigersinn" miteinander
substituiert werden. Wenn die Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn
als „Drehrichtung
der (Rotor) Scheibe bezeichnet wird, kann die Richtung im Uhrzeigersinn
als „Richtung
entgegen der Scheibendrehrichtung" bezeichnet werden.
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Ferner,
wie in 8 gezeigt, ist eine äußere Durchmesserseite jedes
der Führungsdurchlässe 51a und 51b im
Uhrzeigersinn gebogen, wodurch gebogene Führungsdurchlässe 54a und 54b gebildet werden.
Darüber
hinaus, wie in 9 gezeigt, ist die innere Durchmesserseite
der Führungsdurchlässe 51a und 51b entgegen
der Uhrzeigersinnrichtung gebogen, um dadurch gebogene Führungsdurchlässe 53a und 53b zu
bilden, und die äußere Durchmesserseite
davon ist im Uhrzeigersinn gebogen, um dadurch gebogene Führungsdurchlässe 54a und 54b zu
bilden. Anschließend
kann der Zwischenbereich zwischen der inneren und äußeren Durchmesserseite
geradlinig geformt werden. Ferner, wie in 10 und
in 11 gezeigt, kann eine konvexähnliche Kurvenfläche auf
der Uhrzeigersinnrichtungsseite von der inneren Durchmesserseite
der Führungsdurchlässe 51a und 51b zu
der äußeren Durchmesserseite
davon gebildet werden. Darüber
hinaus, wie in den 12 und 13 gezeigt,
sind die Durchgangselemente 55a und 55b unabhängig von
dem stufenähnlichen
flachen Bereich 50a und 50b gebildet, die integral
mit den Scheiben 45 und 46 ausgebildet sind, und
die Durchgangselemente 55a und 55b bedecken dann
den stufenähnlichen
flachen Bereich 50a und 50b, und gerade (radial)
Führungsdurchlässe 51a und 51b sind
jeweils an den Durchgangselementen 55a und 55b gebildet.
Spezieller ist eine weitere Scheibe als Durchlasselemente, die mit Löchern gebildet
ist, mit der Rotorscheibe verbunden (gebonded), die mit Ausschneidungsrillen
versehen sind, wenn das Kühlmedium
passiert, um den Kühldurchlass
zu bedecken. Das Durchlasselement kann vorzugsweise aus einem ultraspannungswiderstandsfähigen Stahl
gebildet sein.
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14 und 15 zeigen
Ansichten, die ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Scheibe verdeutlichen, die als eine Luftkompressorwelle und
eine Gasturbinenwelle der Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, wobei die gleichen Bezugszeichen verwendet werden,
um die gleichen Teile zu bezeichnen, wie diejenigen, die in dem
ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben wurden.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind ringförmige
vorspringende Teile (Vorsprungsteile) 57a und 57b gebildet,
um zu den ausgebauchten Bereichen 49a und 49b zu
weisen, die die Gestalt einer hängenden
Glocke oder eine trapezoide Gestalt aufweisen, und an mindestens
einer Seite der Drehzentrumslinie der Scheiben 45 und 46 der
Kompressorwelle 36 und der Gasturbinenwelle 35 gebildet
sind, und an der Stirnfläche
mindestens eines der Durchlässe 56a und 56b der
inneren zylindrischen Welle 40 und der äußeren zylindrischen Welle 41 der
Zwischenwelle 39 gebildet sind. Wie in 15 gezeigt,
sind gerade (radial) Führungsdurchlässe 58a und 58b von
der inneren Durchmesserseite des vorspringenden Teils 57a und 57b zu
der äußeren Durchmesserseite
davon ausgebildet.
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Wie
oben beschrieben, sind in diesem Ausführungsbeispiel die ringförmig vorstehenden
Bereiche 57a und 57b an der Stirnfläche mindestens
eines der Durchlässe 56a und 56b der
inneren zylindrischen Welle 40 und der äußeren zylindrischen Welle 41 der
Zwischenwelle 39 in einem Fall ausgebildet, wo eine Zentrifugalkraft,
die während
der Drehung erzeugt wird, kleiner als die Scheiben 45 und 46 ist,
und die ringförmig
vorstehenden Bereiche 57a und 57b sind mit geraden
Führungsdurchlässen 58a und 58b gebildet,
die sich von der inneren Durchmesserseite zu der äußeren Durchmesserseite
(radiale Richtung) erstrecken, so dass die unter hohem Druck stehende Luft,
die als ein Kühlmedium
verwendet wird, vorzugsweise strömt.
Es ist folglich möglich
eine hohe Beanspruchbarkeit der Scheiben 45 und 46 aufrechtzuerhalten
und den Druckverlust der unter hohem Druck stehenden Luft, die als
Kühlmedium
verwendet wird, zu reduzieren.
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Darüber hinaus
sind in diesem Ausführungsbeispiel
die vorstehenden Bereiche 57a und 57b mit geraden
Führungsdurchlässen 58a und 58b ausgebildet,
die sich von der inneren Durchmesserseite zu der äußeren Durchmesserseite
erstrecken. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt,
und wie beispielsweise in 16 gezeigt,
kann eine inne re Durchmesserseite jedes der Führungsdurchlässe 58a und 58b im
Uhrzeigersinn gebogen sein, um dadurch gebogene Führungsdurchlässe 59a und 59b zu
bilden.
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Ferner,
wie in 17 gezeigt, ist die innere Durchmesserseite
der Führungsdurchlässe 58a und 58b im
Uhrzeigersinn gebogen, um dadurch gebogene Führungsdurchlässe 59a und 59b zu
formen, und die äußere Durchmesserseite
davon ist entgegen dem Uhrzeigersinn gebogen, um dadurch gebogene Führungsdurchlässe 60a und 60b zu
formen. Danach kann der Zwischenbereich zwischen der inneren und äußeren Durchmesserseite
geradlinig geformt sein. Darüber
hinaus, wie in den 18 und 19 gezeigt,
kann eine konvexähnliche
gekrümmte
Fläche
auf der Uhrzeigersinnrichtungsseite von der inneren Durchmesserseite
der Führungsdurchlässe 58a und 58b zu
der äußeren Durchmesserseite davon
geformt werden.