DE-102025144416-A1 - DEHNUNGSFUGE FÜR GASTURBINEN-ABGASSYSTEM

Abstract

Offenbart wird eine Dehnungsfuge (100) für ein Gasturbinenabgassystem (102). Die Dehnungsfuge (100) schließt bogenförmige Dehnungsfugensegmente (130) ein, die eine starre Dichtungsplatte (140) mit einem inneren radialen Ende (144) und einem äußeren radialen Ende (142) einschließen. Eine erste Schwenkkupplung (160) koppelt das innere radiale Ende (144) der starren Dichtungsplatte (140) schwenkbar mit dem Turbinenkanalflansch (120), und eine zweite Schwenkkupplung (162) koppelt das äußere radiale Ende (142) der starren Dichtungsplatte (140) schwenkbar mit dem Diffusorkanalflansch (124). Die Schwenkkupplungen (160, 162) schließen ein Montageelement (170), das fest mit einem jeweiligen Kanalflansch (120, 124) gekoppelt ist und schwenkbar mit einer ersten axialen Seite der starren Dichtungsplatte (140) in Eingriff steht, ein Klemmelement (174), das schwenkbar mit einer zweiten axialen Seite der starren Dichtungsplatte (140) gegenüber der ersten axialen Seite der starren Dichtungsplatte (140) in Eingriff steht, und ein oder mehrere Stellglieder (180) ein, die konfiguriert sind, um ein jeweiliges radiales Ende der starren Dichtungsplatte (140) zwischen das Klemmelement (14) und das Montageelement (170) zu drücken.

Inventors

• Javeed Iqbaluddin Mohammed
• Bradly Aaron Kippel

Assignees

• GE Vernova Technology GmbH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251029

Priority Date

20241101

Claims (15)

1. Dehnungsfuge zur Verwendung zwischen einem Turbinenkanalflansch und einem Diffusorkanalflansch eines Gasturbinenabgassystems, wobei die Dehnungsfuge umfasst: eine Vielzahl von bogenförmigen Dehnungsfugensegmenten, die konfiguriert sind, um entlang des Umfangs angeordnet zu werden, um gemeinsam eine ringförmige Dehnungsfugenanordnung zu bilden, wobei die Vielzahl der bogenförmigen Dehnungsfugensegmente jeweils einschließt: eine starre Dichtungsplatte mit einem inneren radialen Ende und einem äußeren radialen Ende; eine erste Schwenkkupplung, die das innere radiale Ende schwenkbar mit dem Turbinenkanalflansch koppelt; und eine zweite Schwenkkupplung, die das äußere radiale Ende schwenkbar mit dem Diffusorkanalflansch koppelt, wobei jede der ersten und der zweiten Schwenkkupplung einschließt: ein Montageelement, das fest mit einem entsprechenden Kanalflansch gekoppelt ist und schwenkbar mit der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht; ein Klemmelement, das schwenkbar mit der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht; und mindestens ein Stellglied, das konfiguriert ist, um ein jeweiliges radiales Ende der starren Dichtungsplatte zwischen das Klemmelement und das Montageelement zu drücken.
2. Dehnungsfuge nach Anspruch 1 , wobei das mindestens eine Stellglied einschließt: einen Pfosten, der an einem Ende fest mit einem entsprechenden Kanalflansch gekoppelt ist und sich durch eine erste Öffnung im Montageelement, eine zweite Öffnung in einem entsprechenden radialen Ende der starren Dichtungsplatte und eine dritte Öffnung im Klemmelement erstreckt; einen Kraftapplikator, der operativ mit dem Pfosten gekoppelt ist; und einen Halter, der mit dem Pfosten gekoppelt ist und mit dem Kraftapplikator in Eingriff steht, wobei der Kraftapplikator das Klemmelement und das jeweilige radiale Ende der starren Dichtungsplatte gegen das Montageelement drückt.
3. Dehnungsfuge nach Anspruch 2 , wobei die zweite Öffnung im inneren radialen Ende der starren Dichtungsplatte ein Durchgangsloch einschließt, das sich durch die starre Dichtungsplatte erstreckt, und die zweite Öffnung im äußeren radialen Ende der starren Dichtungsplatte einen Schlitz einschließt, der sich durch die starre Dichtungsplatte erstreckt und zu einer radialen Außenkante der starren Dichtungsplatte hin offen ist.
4. Dehnungsfuge nach Anspruch 2 oder 3 , ferner umfassend mindestens eine Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte, die an einer axialen Seite der starren Dichtungsplatte zwischen der starren Dichtungsplatte und dem Montageelement oder dem Klemmelement angrenzend an die zweite Öffnung an einem jeweiligen radialen Ende der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht, wobei die mindestens eine Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte mindestens eine dritte Öffnung einschließt, durch die sich ein jeweiliger Pfosten erstreckt, wobei die mindestens eine dritte Öffnung kleiner ist als die daran angrenzende zweite Öffnung in der starren Dichtungsplatte.
5. Dehnungsfuge nach Anspruch 4 , wobei die mindestens eine Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte einschließt: ein erstes Paar von Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatten am äußeren radialen Ende der starren Dichtungsplatte, wobei das erste Paar von Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatten eine erste Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte, die mit einer ersten axialen Seite der starren Dichtungsplatte zwischen der starren Dichtungsplatte und dem Montageelement in Eingriff steht, und eine zweite Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte einschließt, die mit einer zweiten axialen Seite der starren Dichtungsplatte zwischen der starren Dichtungsplatte und dem Klemmelement in Eingriff steht; ein zweites Paar von Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatten am inneren radialen Ende der starren Dichtungsplatte, wobei das zweite Paar von Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatten eine dritte Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte, die mit der zweiten axialen Seite der starren Dichtungsplatte zwischen der starren Dichtungsplatte und dem Montageelement in Eingriff steht, und eine vierte Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte einschließt, die mit der ersten axialen Seite der starren Dichtungsplatte zwischen der starren Dichtungsplatte und dem Klemmelement in Eingriff steht; oder oder sowohl das erste Paar von Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatten als auch das zweite Paar von Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatten.
6. Dehnungsfuge nach Anspruch 4 oder 5 , wobei die starre Dichtungsplatte gegenüberliegende Umfangsenden einschließt, die konfiguriert sind, um mit einer angrenzenden starren Dichtungsplatte eines angrenzenden bogenförmigen Dehnungsfugensegments zusammenzupassen, und ferner mindestens eine Segmentend-Schnittstellen-Dichtungsplatte umfasst, die sich über einen Spalt erstreckt, der sich vom äußeren radialen Ende zum inneren radialen Ende an angrenzenden Umfangsenden bogenförmig angrenzender starrer Dichtungsplatten erstreckt, wobei jede Segmentend-Schnittstellen-Dichtungsplatte an einer axialen Seite der bogenförmig angrenzenden starren Dichtungsplatten in Eingriff steht und mindestens eine dritte Öffnung einschließt, durch die sich ein entsprechender Pfosten erstreckt, wobei die dritte Öffnung kleiner ist als die daran angrenzende zweite Öffnung in der starren Dichtungsplatte.
7. Dehnungsfuge nach Anspruch 6 , wobei die Umfangsenden der mindestens einen Segmentend-Schnittstellen-Dichtungsplatte und die Umfangsenden der mindestens einen Pfosten-Schnittstellen-Dichtungsplatte zusammenpassende Stecker-Buchsen-Kupplungen einschließen.
8. Dehnungsfuge nach einem der Ansprüche 2 bis 7 , wobei der Kraftapplikator eine Druckfeder einschließt, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die eine Schraubenfeder und eine Kegelstumpffeder umfasst.
9. Dehnungsfuge nach einem der Ansprüche 2 bis 8 , wobei der Pfosten mindestens entlang eines Abschnitts davon mit einem Außengewinde versehen ist und der Halter durch ein Gewinde einstellbar mit dem mindestens einen Abschnitt des Pfostens gekoppelt ist.
10. Dehnungsfuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich in einem kalten Betriebszustand des Gasturbinenabgassystems das innere radiale Ende der starren Dichtungsplatte axial vor dem äußeren radialen Ende der starren Dichtungsplatte befindet und sich in einem heißen Betriebszustand des Gasturbinenabgassystems das innere radiale Ende der starren Dichtungsplatte axial hinter dem äußeren radialen Ende der starren Dichtungsplatte befindet.
11. Dehnungsfuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Montageelement und das Klemmelement beide im Wesentlichen halbkugelförmig sind oder Hälften eines zylindrischen Rohrs sind.
12. Dehnungsfuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die starre Dichtungsplatte an ihren Umfangsenden eine Stecker-Buchsen-Kupplung einschließt, die konfiguriert ist, um mit einer in Umfangsrichtung angrenzenden starren Dichtungsplatte zusammenzupassen.
13. Dehnungsfuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Drahtgeflecht-Dichtungselement, das einen Spalt zwischen einem angrenzenden Kanalflansch, dem Klemmelement und dem Montageelement ausfüllt.
14. Dehnungsfuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die starre Dichtungsplatte, das Klemmelement und das Montageelement rostfreien Stahl einschließen.
15. Dehnungsfuge zur Verwendung zwischen einem Turbinenkanalflansch und einem Diffusorkanalflansch eines Gasturbinenabgassystems, wobei die Dehnungsfuge umfasst: eine Vielzahl von bogenförmigen Dehnungsfugensegmenten, die konfiguriert sind, um gemeinsam eine ringförmige Dehnungsfugenanordnung zu bilden, wobei jedes bogenförmige Dehnungsfugensegment einschließt: eine starre Dichtungsplatte mit einem inneren radialen Ende, einem äußeren radialen Ende, einem Durchgangsloch, das sich durch das innere radiale Ende der starren Dichtungsplatte erstreckt, und einem Schlitz, der sich durch das äußere radiale Ende der starren Dichtungsplatte erstreckt und zu einer radialen Außenkante der starren Dichtungsplatte hin offen ist; eine erste Schwenkkupplung, die das innere radiale Ende der starren Dichtungsplatte schwenkbar mit dem Turbinenkanalflansch koppelt, wobei die erste Schwenkkupplung einschließt: ein erstes Montageelement, das fest mit dem Turbinenkanalflansch gekoppelt ist und schwenkbar an einer ersten axialen Seite der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht, ein erstes Klemmelement, das schwenkbar an einer zweiten axialen Seite der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht, die der ersten axialen Seite der starren Dichtungsplatte gegenüberliegt, und mindestens ein erstes Stellglied, das einschließt: einen ersten Pfosten, der an einem Ende fest mit dem Turbinenkanalflansch gekoppelt ist und sich durch eine erste Öffnung im ersten Montageelement, das Durchgangsloch im inneren radialen Ende der starren Dichtungsplatte und eine zweite Öffnung im ersten Klemmelement erstreckt; und einen ersten Kraftapplikator, der operativ mit dem ersten Pfosten gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, um das erste Klemmelement und das innere radiale Ende der starren Dichtungsplatte gegen das erste Montageelement zu drücken; und eine zweite Schwenkkupplung, die das äußere radiale Ende der starren Dichtungsplatte schwenkbar mit dem Diffusorkanalflansch koppelt, wobei die zweite Schwenkkupplung einschließt: ein zweites Montageelement, das fest mit dem Diffusorkanalflansch gekoppelt ist und schwenkbar mit der zweiten axialen Seite der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht, ein zweites Klemmelement, das schwenkbar an der ersten axialen Seite der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht, und mindestens ein zweites Stellglied, der einschließt: einen zweiten Pfosten, der an einem Ende fest mit dem Diffusorkanalflansch gekoppelt ist und sich durch eine dritte Öffnung im zweiten Montageelement, den Schlitz im äußeren radialen Ende der starren Dichtungsplatte und eine vierte Öffnung im zweiten Klemmelement erstreckt; und einen zweiten Kraftapplikator, der operativ mit dem zweiten Pfosten gekoppelt ist und konfiguriert ist, um das zweite Klemmelement und das äußere radiale Ende der starren Dichtungsplatte gegen das zweite Montageelement zu drücken.

Description

TECHNISCHES GEBIET Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen Dehnungsfugen. Genauer betrifft die Offenbarung eine Dehnungsfuge für ein Gasturbinenabgassystem. STAND DER TECHNIK Gasturbinensysteme (GT), wie sie zur Stromerzeugung verwendet werden, schließen üblicherweise einen Kompressorabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt, der aus Brennstoff und Luft aus dem Kompressorabschnitt heiße Verbrennungsgase erzeugt, einen Turbinenabschnitt, der die heißen Verbrennungsgase ausdehnt, um Arbeit zu erzeugen, und einen Abgasabschnitt ein, der die energiearmen Gase aus dem GT-System abführt. Zwischen dem Turbinenabschnitt und dem Abgasabschnitt befindet sich üblicherweise ein Diffusorkanal. Der Diffusorkanal bietet Leistungsvorteile für das gesamte GT-System, indem er die Abgase ausdehnt, um eine optimale aerodynamische Druckrückgewinnung zu erreichen. Der Diffusorkanal kann zwei Teilen aufweisen, wie einen vorderen Teil, der außen isoliert ist, und einen hinteren Teil, der innen isoliert ist. Eine Dehnungsfuge kann verwendet werden, um den vorderen und den hinteren Teil des Diffusorkanals zusammenzufügen und auch um den Turbinenkanalflansch mit dem Diffusorkanalflansch zu verbinden. Die meisten Turbinenkanäle laufen heiß und sind maschinell bearbeitete Strukturen, während die meisten Diffusorkanäle kostengünstigere, vorgefertigte Gehäuse sind, die innen isoliert und relativ kalt sind. Aufgrund der thermischen Fehlanpassung an dieser Verbindung ist eine Dehnungsfuge erforderlich, um den großen relativen Verschiebungen zwischen diesen Komponenten Rechnung zu tragen. Die Dehnungsfugen müssen großen axialen, vertikalen und seitlichen Bewegungen Rechnung tragen können. Ein Ansatz zur Bereitstellung einer Dehnungsfuge besteht in der Verwendung eines vertikal montierten flexiblen Elements, das zwischen dem hinteren Flansch des Turbinenkanals und dem vorderen Flansch des Diffusorkanals angebracht ist. Ein vertikaler Versatz zwischen den Flanschen stellt einen Ort zum Befestigen jedes Endes des flexiblen vertikalen Elements bereit. Dieser Ansatz bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Beispielsweise kommt es mit der zunehmenden Verwendung von Wasserstoff als Kraftstoff immer häufiger zu Abgasen mit höheren Temperaturen. Die flexiblen Elemente müssen aus hochflexiblem Material hergestellt sein, wie Superlegierungen aus Nickel mit Chrom, Eisen und anderen Metallen wie Kobalt, Mangan, Kupfer, Niob und Tantal (z. B. INCONEL®-Materialien), sie sind jedoch nicht in der Lage, höheren Abgastemperaturen, z. B. über 650 °C (~1200 °F) standzuhalten. Leider können herkömmliche Dehnungsfugen mit flexiblen Elementen den höheren Gegendrücken der aktuellen nachgeschalteten Emissionsminderungssysteme möglicherweise nicht standhalten. Die flexiblen Elemente müssen außerdem mithilfe komplexer Montagesysteme sorgfältig gekoppelt werden, um Verschleiß vorzubeugen und einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen, was den Montage- und Wartungsaufwand erhöht. Die flexiblen Elemente erfordern außerdem eine separate Auffangrinne, um das aus der Turbine austretende Wasser aufzufangen, das in die Dehnungsfugenisolierung eindringen und andernfalls auf den Boden fließen könnte. KURZBESCHREIBUNG Alle nachstehend genannten Aspekte, Beispiele und Merkmale können in einer beliebigen technisch möglichen Weise kombiniert werden. Ein Aspekt der Offenbarung stellt eine Dehnungsfuge zur Verwendung zwischen einem Turbinenkanalflansch und einem Diffusorkanalflansch eines Gasturbinenabgassystems bereit, wobei die Dehnungsfuge umfasst: eine Vielzahl von bogenförmigen Dehnungsfugensegmenten, die konfiguriert sind, um in Umfangsrichtung angeordnet zu werden, um gemeinsam eine ringförmige Dehnungsfugenanordnung zu bilden, wobei die Vielzahl der bogenförmigen Dehnungsfugensegmente jeweils einschließt: eine starre Dichtungsplatte mit einem inneren radialen Ende und einem äußeren radialen Ende; eine erste Schwenkkupplung, die das innere radiale Ende schwenkbar mit dem Turbinenkanalflansch koppelt; und eine zweite Schwenkkupplung, die das äußere radiale Ende schwenkbar mit dem Diffusorkanalflansch koppelt, wobei die erste und die zweite Schwenkkupplung jeweils einschließen: ein Montageelement, das fest mit einem jeweiligen Kanalflansch gekoppelt ist und schwenkbar mit der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht; ein Klemmelement, das schwenkbar mit der starren Dichtungsplatte in Eingriff steht; und mindestens ein Stellglied, das konfiguriert ist, um ein jeweiliges radiales Ende der starren Dichtungsplatte zwischen das Klemmelement und das Montageelement zu drücken. Ein weiterer Aspekt der Offenbarung schließt einen beliebigen der vorhergehenden Aspekte ein, und das mindestens eine Stellglied schließt ein: einen Pfosten, der an einem Ende fest mit einem entsprechenden Kanalflansch gekoppelt ist und sich durch eine erste Öffnung im Montageelement, eine zweite Öffnung in einem entsprechenden radialen Ende der starren Dichtungsplatte und eine dritte Öffnung im Klemmel