CH702159A2 - Gasturbine mit einem Kühlsystem. - Google Patents

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CH702159A2
CH702159A2 CH01790/10A CH17902010A CH702159A2 CH 702159 A2 CH702159 A2 CH 702159A2 CH 01790/10 A CH01790/10 A CH 01790/10A CH 17902010 A CH17902010 A CH 17902010A CH 702159 A2 CH702159 A2 CH 702159A2
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turbine
heat
low temperature
cooling system
housing
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CH01790/10A
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Hua Zhang
Yang Liu
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Gen Electric
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Abstract

Eine Gasturbine (10) weist ein Turbinengehäuse (40), eine in dem Turbinengehäuse angeordnete Turbine (16), die für die Aufnahme von heissem Verbrennungsgas konfiguriert ist, eine thermischer Energie aus dem heissen Verbrennungsgas unterworfene Turbinenkomponente (22) und ein ausserhalb des Turbinengehäuses angeordnetes und darin ein Kühlmedium (110) aufweisendes Kühlsystem (92) auf. Ein Wärmeleitrohr (72, 74) hat ein Hochtemperaturende in Verbindung mit der Turbinenkomponente (22) und ein Niedertemperaturende, das sich aus dem Turbinengehäuse (40) in Verbindung mit dem Kühlmedium (110) in dem Kühlsystem (92) erstreckt, um die Wärmeenergie aus der Turbinenkomponente (22) an das Kühlmedium zu übertragen.

Description

Hintergrund der Erfindung
[0001] Der hier beschriebene Erfindungsgegenstand betrifft Gasturbinen und insbesondere das Temperatur- und Leistungsmanagement in diesen.
[0002] In einer Gasturbine wird Luft in einem Verdichter unter Druck gesetzt und mit Brennstoff in einem Brenner zum Erzeugen von heissem Verbrennungsgas gemischt, das stromabwärts durch eine oder mehrere Turbinenstufen strömt. Eine Turbinenstufe enthält einen stationären Leitapparat mit Statorleitschaufeln, die das heisse Verbrennungsgas durch eine stromabwärts liegende Reihe von Turbinenrotorlaufschaufeln führen. Die Turbinenrotorlaufschaufeln erstrecken sich radial aus einem lagernden Rotor, der durch Entzug von Energie aus dem Gas angetrieben wird.
[0003] Ein Turbinenleitapparat der ersten Stufe erhält Verbrennungsgas aus dem Brenner und leitet ihn zu den Turbinenrotorlauf schaufeln der ersten Stufe für den Entzug von Energie daraus. Ein Turbinenleitapparat einer zweiten Stufe kann stromabwärts von den Turbinenrotorlaufschaufeln der ersten Stufe angeordnet sein, und dieser folgt eine Reihe von Turbinenrotorlaufschaufeln einer zweiten Stufe, die zusätzliche Energie aus dem Verbrennungsgas entziehen. Zusätzliche Stufen von Turbinenleitapparaten und Turbinenrotorlaufschaufeln können stromabwärts von den Turbinenrotorlaufschaufeln der zweiten Stufe angeordnet sein.
[0004] Während Energie aus dem Verbrennungsgas entzogen wird, wird die Temperatur des Gases dementsprechend verringert. Da jedoch die Gastemperatur relativ hoch ist, werden die Turbinenstufen typischerweise durch ein Kühlmittel, wie z.B. verdichtete Luft, gekühlt, die aus dem Verdichter umgeleitet und durch hohle Leit- und Laufschaufelblätter zum Kühlen dieser internen Komponenten der Turbine geführt werden. Da jedoch die Kühlluft der Nutzung durch den Brenner entzogen wird, hat die Menge der aus dem Verdichter entnommenen Kühlluft einen direkten Einfluss auf den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks.
[0005] Es ist daher erwünscht, den Wirkungsgrad, mit welchem Wärme aus den Turbinenstufen abgeführt wird, ohne den Verlust in Verbindung mit der Verdichterkühlluft zu verbessern, um dadurch den Wirkungsgrad der Gasturbine zu verbessern.
Kurzbeschreibung der Erfindung
[0006] Gemäss einem Aspekt der Erfindung weist eine Gasturbine ein Turbinengehäuse, eine in dem Turbinengehäuse angeordnete und für die Aufnahme von heissem Verbrennungsgas konfigurierte Turbine, eine thermischer Energie aus dem heissen Verbrennungsgas unterworfene Turbinenkomponente und ein ausserhalb des Turbinengehäuses angeordnetes und darin ein Kühlmedium aufweisendes Kühlsystem auf. Ein Wärmeleitrohr hat ein Hochtemperaturende in Verbindung mit der Turbinenkomponente, und ein Niedertemperaturende, das sich aus dem Turbinengehäuse in Verbindung mit dem Kühlmedium in dem Kühlsystem erstreckt, um die Wärmeenergie aus der Komponente an das Kühlmedium zu übertragen.
[0007] Gemäss einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Gasturbine ein Turbinengehäuse, eine in der Gasturbine angeordnete und für die Aufnahme von heissem Verbrennungsgas konfigurierte Turbine, eine sich radial von einer drehbaren Nabenbaugruppe nach aussen erstreckende und thermischer Energie aus dem heissen Verbrennungsgas unterworfene Turbinenschaufel und ein in der drehbaren Nabenbaugruppe angeordnetes Kühlsystem mit einem darin angeordneten Kühlmedium auf. Ein Wärmeleitrohr hat ein Hochtemperaturende, das mit der Turbinenschaufel in Verbindung steht, und ein Niedertemperaturende, das sich radial nach innen erstreckt, um in Verbindung mit dem Kühlmedium in dem Kühlsystem in der drehbaren Nabenbaugruppe zu enden, um die Wärmeenergie aus der Turbinenschaufel an das Kühlmedium zu übertragen.
[0008] Gemäss noch einem weiterem Aspekt der Erfindung weist eine Gasturbine eine Turbineneinheit, einen Brenner zur Zuführung von heissem Verbrennungsgas zu der Turbineneinheit und eine Leitapparatbaugruppe mit Schaufelblättern und für die Aufnahme von heissem Verbrennungsgas aus dem Brenner auf. Die Leitapparatbaugruppe ist in einem Gasturbinengehäuse montiert und in Beziehung dazu befestigt. Mehrere supraleitende Festkörper-Wärmeleitrohre sind den Leitapparatschaufeln zugeordnet und haben mit den Leitapparatschaufeln in Verbindung stehende Hochtemperaturenden und Niedertemperaturenden, die sich von dem Gasturbinengehäuse nach aussen erstrecken. Ein Kühlsystem mit einem darin zur Zirkulation enthaltenden Kühlmedium ist ausserhalb des Gasturbinengehäuses angeordnet und dafür konfiguriert, die Niedertemperaturenden der mehreren supraleitenden Festkörper-Wärmeleitrohre aufzunehmen, wobei Wärmeenergie aus dem heissen Verbrennungsgas von den Leitapparatschaufeln an das Kühlsystem durch die Wärmeübertragung aus den Hochtemperaturenden zu den Niedertemperaturenden der Wärmeleitrohre übertragen wird.
[0009] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0010] Der als die Erfindung betrachtete Erfindungsgegenstand wird insbesondere in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung dargestellt und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen: <tb>Fig. 1<sep>eine teilweise schematische axiale Schnittansicht durch einen Abschnitt einer exemplarischen Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist; <tb>Fig. 2<sep>eine vergrösserte Schnittansicht durch einen Abschnitt der Gasturbine von Fig. 1 ist; <tb>Fig. 3<sep>eine vergrösserte Ansicht einer exemplarischen Turbinenkomponente der Gasturbine von Fig. 1ist; <tb>Fig. 4<sep>eine schematische Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines Wärmeleitrohres der Gasturbine von Fig. 1 ist; und <tb>Fig. 5<sep>eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren exemplarischen Ausführungsform eines Wärmeleitrohres der Gasturbine von Fig. 1 ist.
[0011] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0012] In den Fig. 1 und 2 ist ein Abschnitt einer Gasturbine 10 dargestellt. Die Maschine ist um eine Längs- oder axiale Mittellinienachse axialsymmetrisch und enthält in serieller Strömungsbeziehung einen mehrstufigen axialen Verdichter 12, einen Brenner 14 und eine mehrstufige Turbine 16.
[0013] Während des Betriebs der Gasturbine 10 strömt verdichtete Luft aus dem Verdichter 12 zu dem Brenner 14, der zur Verbrennung von Brennstoff mit der verdichteten Luft arbeitet, um heisses Verbrennungsgas 20 zu erzeugen. Das heisse Verbrennungsgas 20 strömt stromabwärts durch die mehrstufige Turbine 16, welche daraus Energie entzieht.
[0014] Wie in Fig. 2 im Detail dargestellt, kann ein Beispiel einer mehrstufigen axialen Turbine 16 in drei Stufen mit sechs Reihen von Schaufelblättern 22, 24, 26, 28, 30, 32 konfiguriert sein, die axial in direkter Aufeinanderfolge angeordnet sind, um das heisse Verbrennungsgas 20 dadurch zu führen und Energie daraus zu entziehen.
[0015] Die Schaufelblätter 22 sind als Leitapparatschaufelblätter der ersten Stufe konfiguriert. Die Schaufelblätter sind in Umfangsrichtung in Abstand voneinander angeordnet und erstrecken sich radial zwischen inneren und äusseren Leitschaufelseitenwänden 34, 36, um eine Leitapparatbaugruppe 38 der ersten Stufe zu definieren. Die Leitapparatbaugruppe 38 ist in dem Turbinengehäuse 40 stationär und hat die Funktion, das heisse Verbrennungsgas 20 aus dem Verdichter 14 aufzunehmen und zu führen. Schaufelblätter 24 erstrecken sich von dem Umfang einer ersten lagernden Scheibe 42 radial nach aussen, um angrenzend an einem stationären Turbinenrotordeckband 44 der ersten Stufe zu enden. Die Schaufeln 24, die lagernde Scheibe 42 und das stationäre Turbinenrotordeckband 44 der ersten Stufe definieren die Turbinenrotorbaugruppe 46 der ersten Stufe, die das heisse Verbrennungsgas 20 aus der Leitapparatbaugruppe 38 der ersten Stufe aufnimmt, um die Rotorbaugruppe 46 der ersten Stufe drehen zu lassen, um dadurch Energie aus dem heissen Verbrennungsgas zu entziehen.
[0016] Die Schaufeln 26 sind als Leitapparatleitschaufeln einer zweiten Stufe konfiguriert. Die Schaufeln sind in Umfangsrichtung voneinander in Abstand angeordnet und erstrecken sich radial zwischen inneren und äusseren Leitschaufelseitenwänden 48 und 50, um eine Leitapparatbaugruppe 52 der zweiten Stufe zu definieren. Die Leitapparatbaugruppe 52 der zweiten Stufe ist in dem Turbinengehäuse 40 stationär und hat die Funktion, das heisse Verbrennungsgas 20 aus der Rotorbaugruppe 46 der ersten Stufe aufzunehmen und zu führen. Schaufelblätter 28 erstrecken sich von einer zweiten lagernden Scheibe 54 radial nach aussen, um angrenzend an einem stationären Turbinenrotordeckband 56 der zweiten Stufe zu enden. Die Schaufeln 28, die lagernde Scheibe 54 und das stationäre Turbinenrotordeckband 56 der zweiten Stufe definieren die Turbinenrotorbaugruppe 58 der zweiten Stufe, um direkt heisses Verbrennungsgas 20 aus der Leitapparatbaugruppe 52 der zweiten Stufe aufzunehmen, um zusätzlich Energie daraus zu entziehen.
[0017] Ähnlich sind die Schaufeln 30 als Leitapparatleitschaufeln einer dritten Stufe konfiguriert, die in Umfangsrichtung voneinander in Abstand angeordnet sind und sich radial zwischen inneren und äusseren Leitschaufelseitenwänden 60 und 62 erstrecken, um eine Leitapparatbaugruppe 64 der dritten Stufe zu definieren. Die Leitapparatbaugruppe 64 der dritten Stufe ist in dem Turbinengehäuse 40 stationär und hat die Funktion, das heisse Verbrennungsgas 20 aus der Rotorbaugruppe 58 der zweiten Stufe aufzunehmen und zu führen. Schaufelblätter 32 erstrecken sich von einer dritten lagernden Scheibe 66 radial nach aussen, um angrenzend an einem stationären Turbinenrotordeckband 68 der dritten Stufe zu enden. Die Schaufeln 32, die lagernde Scheibe 66 und das stationäre Turbinenrotordeckband 68 der dritten Stufe definieren die Turbinenrotorbaugruppe 70 der dritten Stufe, um direkt heisses Verbrennungsgas 20 aus der Leitapparatbaugruppe 64 der dritten Stufe aufzunehmen, um zusätzlich Energie daraus zu entziehen. Die Anzahl der in einer mehrstufigen Turbine 16 verwendeten Stufen kann abhängig von der speziellen Anwendung der Gasturbine 10 variieren.
[0018] Wie dargestellt, sind die Leitapparatbaugruppen 38, 52 und 64 der ersten, zweiten und dritten Stufe in Bezug auf das Turbinengehäuse 40 stationär, während die Turbinenrotorbaugruppen 46, 58 und 70 zur Drehung darin montiert sind. Die Turbinenschaufeln und die stationären Turbinenrotordeckbänder sind dem heissen Verbrennungsgas 20 und der Wärmeenergie aus dem heissen Verbrennungsgas 20 während des Betriebs der Turbine 10 ausgesetzt, wobei sich die heissesten Komponenten unmittelbar an dem Auslass des Brenners 14 befinden. Um die gewünschte Haltbarkeit derartiger interner Komponenten sicherzustellen, werden sie typischerweise gekühlt. Wie im Detail in den Fig. 2 und 3 dargestellt, können Wärmeleitrohre, wie z.B. Leitapparatschaufel-Wärmeleitrohre 72, Turbinenschaufel-Wärmeleitrohre 74 und Wärmeleitrohre 75 für stationäre Turbinenrotordeckbänder verwendet werden, um die Wärme effektiv aus den internen Turbinenkomponenten, wie z.B. den Schaufeln 22, 24, 26, 28, 30, 32 und den stationären Turbinendeckbändern 44, 56, 68, abzuführen, während gleichzeitig die Notwendigkeit eines Kühlmittels, wie z.B. umgeleitete Verdichterluft, verringert oder beseitigt wird.
[0019] In einer schematisch in Fig. 4dargestellten exemplarischen Ausführungsform eines Wärmeleitrohres 72 ist jedes Wärmeleitrohr dafür konfiguriert, Wärmeenergie aus einer Turbinenkomponente, wie z.B. einer Schaufel 22, abzuführen und die Wärmeenergie an ein Kühlmedium zu übertragen. Ein Wärmeleitrohr 72 enthält ein Gehäuse 76, das eine Aussenoberfläche des Wärmeleitrohres definiert. Das Gehäuse 76 ist dicht verschlossen, sodass es eine interne Vakuumkammer definiert. In dem Gehäuse 76 ist ein absorbierender Docht 78 angeordnet, welcher einen Dampfhohlraum 80 umgibt. Ein Wärmeübertragungsfluid 82, wie z.B. Wasser, Natrium oder ein anderes geeignetes Material, ist in dem Dampfhohlraum 80 angeordnet. Ein Hochtemperaturende 84 des Wärmeleitrohres 72 ist in dem Körper 86 der Leitapparatschaufel 22 eingebettet, befestigt oder anderweitig diesem körperlich zugeordnet. Um die Wärmeübertragung aus dem Körper einer Leitapparatschaufel zu verbessern, kann das Hochtemperaturende 84 des Wärmeleitrohres 72 eine durch die Form der Turbinenkomponente definierte Konfiguration haben, um so die Schaufelblattoberfläche zu vergrössern, mit welcher sie in Kontakt steht. Eine exemplarische Ausführungsform einer derartigen Konfiguration ist durch einen serpentinenartigen Endabschnitt 88 des Hochtemperaturendes 84 in Fig. 3dargestellt.
[0020] Ein Niedertemperaturende 90 des Wärmeleitrohres 72 ist ausserhalb des Körpers 86 der Leitapparatschaufel 22 angeordnet und einem Kühlsystem 92 zugeordnet. Bei dem Hochtemperaturende 84 des Wärmeleitrohres 72 wird Wärmeenergie aus dem Körper 86 des Schaufelblattes 22 an das Wärmeleitrohr übertragen, was eine Verdampfung des Wärmeübertragungsfluids 82 in dem absorbierenden Docht 78 an dem Hochtemperaturende 84 zu einem Dampf 94 in dem Dampfhohlraum 80 bewirkt. Der Dampf wandert zu dem Niedertemperaturende 90, kondensiert und wird durch den absorbierenden Docht 78 wieder absorbiert, um dadurch Wärmeenergie freizusetzen. Die Wärmeenergie wird aus dem Wärmeleitrohr 72 durch das Kühlsystem 92 abgeführt, während das Wärmeübertragungsfluid 82 über den absorbierenden Docht 78 zu dem Hochtemperaturende 84 zurück wandert, wo der Wärmeübertragungsprozess wiederholt wird.
[0021] In einer weiteren in Fig. 5dargestellten Ausführungsform kann das Wärmeleitrohr 72 eine Festkörperkonstruktion sein, in welcher die Wärmeenergie aus dem Körper 86 der Schaufel 22 durch ein hoch wärmeleitendes anorganisches festes Wärmeübertragungsmedium 96 absorbiert wird, das auf den Innenwänden 77 des Gehäuses 76 angeordnet ist (z.B. ein supraleitendes Festkörper-Wärmeleitrohr). Ein exemplarisches Festkörperwärmeübertragungsmedium 96 ist auf den Innenwänden 77 in drei Hauptschichten aufgebracht. Die ersten zwei Schichten werden aus Lösungen erzeugt, welche auf die Innenwand 77 des Gehäuses 76 aufgebracht werden. Zu Beginn wird die erste Schicht, welche hauptsächlich in ionischer Form verschiedene Kombinationen von Natrium, Beryllium, ein Metall wie z.B. Mangan oder Aluminium, Kalzium, Bor und ein Dichromatradikal aufweist, in die Innenwand 77 des Gehäuses 76 bis zu einer Tiefe von 0,008 mm bis 0,012 mm absorbiert. Anschliessend baut die zweite Schicht, welche hauptsächlich in ionischer Form verschiedene Kombinationen von Kobalt, Mangan, Beryllium, Strontium, Rhodium, Kupfer, B-Titan, Kalium, Bor, Kalzium, ein Metall wie z.B. Aluminium und Dichromatradikale aufweist, auf der Oberseite der ersten Schicht auf und bildet einen Film mit einer Dicke von 0,008 mm bis 0,012 mm über der Innenwand 77 des Gehäuses 76. Schliesslich ist die dritte Schicht ein Pulver, das verschiedene Kombinationen von Rhodiumoxid, Kaliumdichromat, Radiumoxid, Natriumdichromat, Silberdichromat, monokristallines Silizium, Berylliumoxid, Strontiumchromat, Boroxid, B-Titan und ein Metalldichromat wie z.B. ein Mangandichromat oder Aluminiumdichromat aufweist, welches sich selbst gleichmässig über der Innenwand 77 verteilt. Die drei Schichten werden auf das Gehäuse 76 aufgebracht und werden dann wärmepolarisiert, um ein supraleitendes Wärmeleitrohr 72 auszubilden, das Wärmeenergie mit geringem oder ohne Nettowärmeverlust überträgt. Der zum Aufbauen des Wärmeleitrohrs 72 genutzte Prozess kann jedes geeignete Verfahren, wie z.B. das in dem U.S. Patent 6,132,823, erteilt am 17. Oktober 2000 und mit dem Titel «Superconducting Heat Transfer Medium» Beschriebene sein.
[0022] Die in einer derartigen Anwendung eingesetzten anorganischen Verbindungen sind typischerweise in Luft instabil, haben jedoch eine hohe Wärmeleitfähigkeit im Vakuum. Wärmeenergie aus der Schaufel 22 wandert über das feste Wärmeübertragungsmedium 96 von dem Hochtemperaturende 84 zu dem Niedertemperaturende 90 des Wärmeleitrohres 72, wo die Wärmeenergie aus dem Wärmeleitrohr durch das Kühlsystem 92 abgeführt wird.
[0023] Gemäss nochmaligem Bezug auf Fig. 2können (schematisch dargestellte) Leitapparatschaufel-Wärmeleitrohre 72 in den Körpern 86 der Leitapparatschaufeln 22, 26 und 30 angeordnet sein, und (schematisch dargestellte) Wärmeleitrohre 75 der stationären Turbinenrotordeckbänder können in den stationären Turbinenrotordeckbändern 44, 56, 68 angeordnet sein. Die Wärmeleitrohre können als Teil des Herstellungsprozesses der Turbinenkomponente (z.B. Eingiessen vor Ort) ausgebildet werden oder können mechanisch (z.B. durch Schweissen, Kleben) im Anschluss an den Aufbau eingebaut werden. Jedes Wärmeleitrohr erstreckt sich radial von seiner (m) entsprechenden Leitapparatschaufel oder Turbinenrotordeckband und durch das Turbinengehäuse 40 hindurch nach aussen. In einer exemplarischen Ausführungsform ist ein (schematisch dargestelltes) Kühlsystem 92, das die Niedertemperaturenden 90 der Wärmeleitrohre 72 aufnimmt, ausserhalb des Turbinengehäuses angeordnet. Ein Kühlmedium, wie z.B. Wasser 110 oder ein anderes geeignetes Kühlmittel, wird durch das Kühlsystem 92 geleitet und dient zum Abführen der Wärmeenergie von den Niedertemperaturenden 90.
[0024] In einer weiteren Ausführungsform können die (schematisch dargestellten) Turbinenschaufel-Wärmeleitrohre 74 in den Körpern 100 der Turbinenschaufeln 24, 28 und 32 (in der Turbinenschaufel 32 nicht dargestellt) angeordnet sein. Die Hochtemperaturenden 102 der Wärmeleitrohre 74 sind der Wärmeenergie in den Schaufelblattkörpern 100 ausgesetzt und führen diese daraus ab. Die Niedertemperaturenden 103 der Turbinenschaufelblattleitrohre 74 erstrecken sich radial nach innen, um mit dem Rotorkühlsystem 104 zu kommunizieren. Das Turbinenrotorkühlsystem kann eine Kühlmediumzuführung und Rücklaufleitungen 106 bzw. 108 enthalten, welche dafür konfiguriert sind, ein Kühlmedium, wie z.B. Wasser 110, zirkulieren zu lassen. Das Niedertemperaturende 103 jedes Turbinenschaufel-Wärmeleitrohres 74 ist dem durch das (schematisch dargestellte) Turbinenrotorkühlsystem 104 zugeführten Kühlmedium 110 zugeordnet, das dafür konfiguriert ist, Wärmeenergie aus den Niedertemperaturenden 103 und demzufolge aus dem Turbinenschaufelkörper 100 abzuführen. Die Verwendung von Turbinenschaufel-Wärmeleitrohren 74 zum Abführen von Wärmeenergie aus den Turbinenschaufeln kann die Notwendigkeit einer Umleitung von Verdichterluft für den Zweck der Kühlung von Turbinenkomponenten verringern oder beseitigen, was zu einer Zunahme des Wirkungsgrades der Gasturbine 10 führt.
[0025] Obwohl exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hauptsächlich in Anwendung auf Turbinen-und Leitapparatschaufeln und stationäre Turbinenrotordeckbänder einer mehrstufigen Turbine beschrieben worden sind, dient die Beschreibung nur einer Vereinfachung und der Schutzumfang der Erfindung soll nicht auf diese speziellen Anwendungen beschränkt sein. Die beschriebene Erfindung kann auf ähnliche Gasturbinenbaugruppen und Komponenten über alle Stufen hinweg angewendet werden.
[0026] Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschliesslich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung auszuführen und zu nutzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, wenn sie Strukturelemente haben, die sich nicht von der wörtlichen Beschreibung der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber der wörtlichen Beschreibung der Ansprüche enthalten.
[0027] Eine Gasturbine 10 weist ein Turbinengehäuse 40, eine in dem Turbinengehäuse angeordnete Turbine 16, die für die Aufnahme von heissem Verbrennungsgas konfiguriert ist, eine thermischer Energie aus dem heissen Verbrennungsgas unterworfene Turbinenkomponente 22 und ein ausserhalb des Turbinengehäuses angeordnetes und darin ein Kühlmedium 99 aufweisendes Kühlsystem 92 auf. Ein Wärmeleitrohr 72, 74 hat ein Hochtemperaturende in Verbindung mit der Turbinenkomponente und ein Niedertemperaturende, das sich aus dem Turbinengehäuse in Verbindung mit dem Kühlmedium in dem Kühlsystem erstreckt, um die Wärmeenergie aus der Komponente an das Kühlmedium zu übertragen.
Bezugszeichenliste
[0028] <tb>10<sep>Gasturbinentriebwerk <tb>12<sep>mehrstufiger axialer Verdichter <tb>14<sep>Brenner <tb>16<sep>mehrstufige Turbine <tb>18<sep>verdichtete Luft <tb>20<sep>heisse Verbrennungsgase <tb>22<sep>Leitapparatschaufeln der ersten Stufe <tb>24<sep>Turbinenschaufeln der ersten Stufe <tb>26<sep>Leitapparatschaufeln der zweiten Stufe <tb>28<sep>Turbinenschaufeln der zweiten Stufe <tb>30<sep>Leitapparatschaufeln der dritten Stufe <tb>32<sep>Turbinenschaufeln der dritten Stufe <tb>34<sep>innere Leitschaufelseitenwand <tb>36<sep>äussere Leitschaufelseitenwand <tb>38<sep>Leitapparatbaugruppe der ersten Stufe <tb>40<sep>Turbinengehäuse <tb>42<sep>erste lagernde Scheibe <tb>44<sep>Deckband der ersten Stufe <tb>46<sep>Turbinenrotorbaugruppe der ersten Stufe <tb>48<sep>innere Leitschaufelseitenwand <tb>50<sep>äussere Leitschaufelseitenwand <tb>52<sep>Leitapparatbaugruppe der zweiten Stufe <tb>54<sep>zweite lagernde Scheibe <tb>56<sep>Deckband der zweiten Stufe <tb>58<sep>Turbinenrotorbaugruppe der zweiten Stufe <tb>60<sep>innere Leitschaufelseitenwand <tb>62<sep>äussere Leitschaufelseitenwand <tb>64<sep>Leitapparatbaugruppe der dritten Stufe <tb>66<sep>dritte lagernde Scheibe <tb>68<sep>Deckband der dritten Stufe <tb>70<sep>Turbinenrotorbaugruppe der dritten Stufe <tb>72<sep>Leitapparatschaufel-Wärmeleitröhre <tb>74<sep>Turbinenschaufel-Wärmeleitrohr <tb>75<sep>Wärmeleitrohre der stationären Turbinenrotordeckbänder <tb>76<sep>Gehäuse <tb>77<sep>Innenwände (76) <tb>78<sep>absorbierender Docht <tb>80<sep>Dampfhohlraum <tb>82<sep>Wärmeübertragungsfluid <tb>84<sep>Hochtemperaturende (72) <tb>86<sep>Körper (22) <tb>88<sep>serpentinenartige Endabschnitte (72) <tb>90<sep>Niedertemperaturende (72) <tb>92<sep>Kühlsystem (72) <tb>94<sep>Dampf <tb>96<sep>wärmeleitendes Festkörper-Wärmeübertragungsmedium <tb>99<sep>Kühlmedium <tb>100<sep>Turbinenschaufelkörper <tb>102<sep>Hochtemperaturenden (74) <tb>103<sep>Niedertemperaturende (74) <tb>104<sep>Turbinenrotorkühlsystem <tb>106<sep>Zuführungsleitung <tb>108<sep>Rückführungsleitung <tb>110<sep>Kühlmedium

Claims (10)

1. Gasturbine (10), aufweisend: ein Turbinengehäuse (40); eine Turbine (16), die in dem Turbinengehäuse angeordnet und für die Aufnahme von heissem Verbrennungsgas (20) konfiguriert ist; eine Turbinenkomponente (22, die Wärmeenergie aus dem heissen Verbrennungsgas ausgesetzt ist; ein Kühlsystem (92), das ausserhalb des Turbinengehäuses angeordnet ist und ein darin angeordnetes Kühlmedium (99) aufweist; und ein Wärmeleitrohr (72) mit einem Hochtemperaturende (84) in Verbindung mit der Turbinenkomponente und mit einem sich aus dem Turbinengehäuse heraus erstreckenden Niedertemperaturende (50), wobei das Niedertemperaturende mit dem Kühlmedium in dem Kühlsystem in Verbindung steht, um die Wärmeenergie aus der Komponente zu dem Kühlmedium zu übertragen.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitrohr ferner aufweist: ein Gehäuse (76), das eine vakuumdicht verschlossene Innenkammer (80) definiert; und ein Wärmeübertragungsmedium (82, 96), das in der vakuumdicht verschlossenen Innenkammer des Gehäuses angeordnet und für die Übertragung der Wärmeenergie von dem Hochtemperaturende des Wärmeleitrohres zu dem Niedertemperaturende des Wärmeleitrohres zur Abgabe der Wärmeenergie an das Kühlmedium konfiguriert ist.
3. Gasturbine nach Anspruch 2, wobei das Wärmeübertragungsmedium eine oder mehrere feste Schichten (96) aufweist, die auf eine Innenwand (77) des Gehäuses aufgebracht sind.
4. Gasturbine nach Anspruch 1, wobei die Turbinenkomponente ein stationärer Turbinenleitapparat (22) ist.
5. Gasturbine nach Anspruch 1, wobei die Turbinenkomponente eine Turbinenschaufel (24) ist, die sich radial von einer drehbaren Nabenbaugruppe (46) nach aussen erstreckt, wobei die Turbinenschaufel mit dem Hochtemperaturende (102) des Wärmeleitrohres (74) verbunden ist und sich das Niedertemperaturende (103) des Wärmeleitrohres radial nach innen erstreckt, um in der drehbaren Nabenbaugruppe zu enden.
6. Gasturbine nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein Kühlsystem (104), das in der drehbaren Nabenbaugruppe mit einem darin angeordneten Kühlmedium (110) und in Verbindung mit dem Niedertemperaturende des Wärmeleitrohres angeordnet ist.
7. Gasturbine nach Anspruch 6, ferner aufweisend: ein Zirkulationssystem (106, 108), das dem in der drehbaren Nabenbaugruppe angeordneten Kühlsystem zugeordnet und dafür konfiguriert ist, das Kühlmedium durch das Kühlsystem zirkulieren zu lassen, um die Übertragung von Wärmeenergie aus dem Wärmeleitrohr an das Kühlmedium zu ermöglichen.
8. Gasturbine (10), aufweisend eine Turbine (16); einen Brenner (14) zum Liefern von heissem Verbrennungsgas (20) an die Turbine; eine Leitapparatbaugruppe (38) mit Leitapparatschaufeln (22) und dafür konfiguriert, das heisse Verbrennungsgas aus dem Brenner aufzunehmen, wobei die Leitapparatbaugruppe in einem Gasturbinengehäuse (40) montiert und in Beziehung dazu fixiert ist; mehrere supraleitende Festkörper-Wärmeleitrohre (72), die den Leitapparatschaufeln zugeordnet sind und mit Hochtemperaturenden (84) in Verbindung mit den Leitapparatschaufeln und mit Niedertemperaturenden (90), die sich aus dem Gasturbinengehäuse nach aussen erstrecken; und ein Kühlsystem (92) mit einem zur Zirkulation darin angeordneten Kühlmedium (110), das sich ausserhalb des Gasturbinengehäuses befindet und für die Aufnahme der Niedertemperaturenden der mehreren supraleitenden Festkörper-Wärmeleitrohre konfiguriert ist, wobei Wärmeenergie aus dem heissen Verbrennungsgas von den Leitapparatschaufeln auf das Kühlsystem durch die Wärmeübertragung von den Hochtemperaturenden zu den Niedertemperaturenden der Wärmeleitrohre übertragen wird.
9. Gasturbine nach Anspruch 8, ferner aufweisend: eine Rotorbaugruppe (46), die zur Drehung in dem Turbinengehäuse angeordnet ist; Turbinenschaufeln (24), die sich radial von der Rotorbaugruppe nach aussen erstrecken und für die Aufnahme des heissen Verbrennungsgases (20) aus der Leitapparatbaugruppe (38) konfiguriert sind; supraleitende Festkörper-Wärmeleitrohre (74), die den Turbinenschaufeln zugeordnet sind und mit Hochtemperaturenden (102) in Verbindung damit und Niedertemperaturenden (103), die sich radial davon nach innen erstrecken; und ein Rotorbaugruppenkühlsystem (104), das ein Kühlmedium (110) zur Zirkulation darin enthält, das dafür konfiguriert ist, die Niedertemperaturenden der supraleitenden Festkörper-Wärmeleitrohre aufzunehmen, wobei Wärmeenergie aus dem heissen Verbrennungsgas von den Turbinenschaufeln an das Kühlsystem der Rotorbaugruppe durch Wärmeübertragung von den Hochtemperaturenden zu den Niedertemperaturenden der Wärmeleitrohre übertragen wird.
10. Gasturbine nach Anspruch 8, ferner aufweisend: ein stationäres Turbinenrotordeckband (44), das dafür konfiguriert ist, das heisse Verbrennungsgas (20) aus dem Brenner (14) aufzunehmen, wobei das stationäre Turbinenrotordeckband in dem Turbinengehäuse (40) montiert und in Bezug dazu fixiert ist; supraleitende Festkörper-Wärmeleitrohre (74), die dem stationären Turbinenrotordeckband zugeordnet sind und mit Hochtemperaturenden in Verbindung damit und Niedertemperaturenden, die sich von dem Gasturbinengehäuse nach aussen erstrecken; und ein Kühlsystem (92), das ein für die Zirkulation darin angeordnetes Kühlmedium (110) enthält, das sich ausserhalb des Gasturbinengehäuses befindet und dafür konfiguriert ist, die Niedertemperaturenden der Wärmeleitrohre aufzunehmen, wobei Wärmeenergie aus dem heissen Verbrennungsgas von dem stationären Turbinenrotordeckband an das Kühlsystem durch Wärmeübertragung von den Hochtemperaturenden zu den Niedertemperaturenden der Wärmeleitrohre übertragen wird.
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