Gehäuse für Gas- oder Dampfturbinen Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Gas- oder Dampfturbinen mit einem Aussengehäuse und einem Innengehäuse, das einen im Aussengehäuse abgestütz ten Leitschaufelträger aufweist, sowie mit einer den einströmseitigen Zwischenraum zwischen Innen gehäuse und Aussengehäuse vom abströmseitigen Zwi schenraum zwischen den Gehäusen trennenden Trennwand.
Gehäuse dieser Art werden, wie bekannt, ins besondere dann verwendet, wenn das unter Druck stehende Treibmittel hohe Temperaturen aufweist. Das Innengehäuse dient dann zur Führung des Treib mittelstromes und als Träger der Leitschaufelung der Turbine, und der unter etwa gleichem Druck wie der Strömungsraum stehende Zwischenraum zwischen den Gehäusen enthält das Wärmeisoliermittel, so dass das Innengehäuse die Innentemperatur und das Au ssengehäuse den Innendruck aufzunehmen haben.
Dies erlaubt, das Innengehäuse nur auf Wärme- und das Aussengehäuse nur auf Druckbeanspruchung aus zuführen, was sich dimensions-, gewichts- und kosten sparend auswirkt.
Die Verbindung zwischen dem Aussengehäuse und demjenigen Teil des Innengehäuses, der den Leit- schaufelträger bildet, muss das auftretende Tempera turgefälle zwischen den Gehäusen sowie die auf die Leitschaufeln axial in Richtung Abströmseite wirken den Kräfte aufnehmen und die Leitschaufeln relativ zu den Laufschaufeln möglichst in gleicher Lage halten.
Es sind Flanschhalterungen bekannt, bei de nen der Flansch am ausströmseitigen Ende des Leit- schaufelträgers angebracht ist und zugleich die Trenn wand zwischen ein- und abströmseitigem Teil des Zwischenraumes zwischen den Gehäusen bildet.
Diese Ausführung weist neben dem Vorteil der axial gedrängten Bauweise erhebliche Nachteile auf. Die Rotorwelle ist zweckmässigerweise einströmseitig, gegebenenfalls ausserhalb des Turbinengehäuses axial gelagert und gegebenenfalls von dieser Seite her bis ausschliesslich des ersten Laufschaufelkranzes gekühlt. Der Rotor erhitzt sich im Betrieb wesentlich vom ersten Laufschaufelkranz an und dehnt sich axial von dort aus in Richtung nach der Abströmseite der Turbine hin aus.
Der sich im Betrieb gleichermassen erhitzende Leitschaufelträger hingegen ist mit seinem abströmseitigen Ende am Halterungsflansch befestigt und über diesen relativ zum Aussengehäuse fixiert, und der Leitschaufelträger dehnt sich daher axial in Richtung nach der Einströmseite hin aus.
Der Umstand, dass sich Lauf- und Leitapparat in entgegengesetzter Richtung ausdehnen, bewirkt eine beträchtliche axiale Verschiebung von Lauf- und Leitschaufeln zueinander, welche die Gefahr des Streifens hervorruft, das radiale Spiel an den aussen konischen Laufschaufeln unzulässig vergrössert und die Unterbringung einer genügenden Anzahl von Labyrinthen zwischen Leiträdern und Rotor beein trächtigt.
Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nach teile zu überwinden. Zur Erreichung dieses Zieles wird ein Turbinengehäuse der eingangs geschilderten Art, das einen Leitschaufelträger und eine den ein- strömseitigen Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Aussengehäuse trennende Trennwand aufweist, erfindungsgemäss derart ausgebildet, dass im einström- seitigen Teil des Zwischenraumes zwischen den Ge häusen und koaxial dazu als Tragelement ein Boh rungen aufweisender, dünner, aus wenig wärmeleit fähigem Material bestehender Kegelstumpfmantel an geordnet ist,
dessen weiteres Ende an der Trennwand und dessen engeres Ende am einströmseitigen Ende des Leitschaufelträgers befestigt ist, und dass der Leitschaufelträger in der Trennwand axial verschieb bar gelagert ist. In der Zeichnung ist als Beispiel eine Ausfüh rungsform der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Schnitt durch das Gehäuse einer Gasturbine und Fig. 2 eine Teilansicht der Trennwand zwischen ein- und abströmseitigem Teil des Zwischenraumes zwischen den Gehäusen in Achsrichtung gegen die Abströmseite des Gehäuses.
Das Turbinengehäuse weist ein Aussengehäuse 1 und ein Innengehäuse auf, das einströmseitig aus dem Einströmteil 2 und dem Leitschaufelträger 3 besteht. Der Leitschaufelträger 3 trägt die Leitschaufeln 4. Mit 5 ist der Rotor bezeichnet, der die Scheiben 6 mit den Laufschaufeln 7 trägt. Sowohl der einström- seitige Teil 8 als auch der ausströmseitige Teil 9 des Zwischenraumes zwischen den Gehäusen ist mit Wärmeisoliermaterial 10 ausgefüllt.
Ein durch vier Keile 11 im Aussengehäuse 1 zentrierter Ring 12 und vier daran befestigte Lappen 13, die mit vier Keilen 14 den Leitschaufelträger 3 zentrieren, bilden zusammen mit einem aus zwei konzentrischen Ringen mit Membrane bestehenden Dichtring 15 bekannter Ausführung eine Trennwand, welche den Zwischen raum zwischen den Gehäusen in den einströmseitigen Teil 8 und den abströmseitigen Teil 9 trennt.
Ein Kegelstumpfmantel 16 ist als Tragelement mit seiner weiteren Öffnung am Ring 12 und an seiner engeren Öffnung mit einem daran befindlichen Flansch 17 am Leitschaufelträger 3 befestigt. Dieser Kegelstumpfmantel 16 weist eine dünne Wandstärke sowie Bohrungen auf und besteht aus wenig wärme leitfähigem Material.
Der Rotor 5 ist einströmseitig ausserhalb der Turbine, in der Zeichnung nicht dargestellt, in einem mit ihr zusammengebauten Luftverdichter axial ge lagert. Ein zwischen der Rotorwelle und einem rohr- förmigen Teilstück des Aussengehäuses 1 ausgesparter Spalt 18 lässt kühles Treibmittel vom Luftverdichter entlang der Rotorwelle zum ersten Laufschaufelkranz strömen.
Beim Betrieb der Turbine strömt heisses Treib mittel hohen Druckes in den Einströmteil 2 und von da zwischen dem Leitschaufelträger 3 und den Rotor scheiben 6 bzw. durch die Leitschaufeln 4 und die Laufschaufeln 7 in Axialrichtung der Turbine nach dem Ausströmraum. Da das Treibmittel zum ein- strömseitigen Zwischenraum 8 zwischen den Gehäu sen Zutritt hat, herrscht dort der gleiche Druck wie im Einströmteil, doch bewirkt das Wärmeisolierma terial 10, dass die Temperatur von der Innengehäuse aussenwand gegen die Aussengehäuseinnenwand be trächtlich abnimmt,
so dass das Aussengehäuse 1 kalt bleibt. Die aus dem Ring 12, den Lappen 13 und dem Dichtring 15 bestehende Trennwand verhindert den Übertritt von Treibmittel in den Abströmraum unter Umgehung der Turbinenschaufeln und gleicht die unterschiedlichen Radialdehnungen des Aussen gehäuses 1 und des Leitschaufelträger 3 in bekannter Weise aus.
Der Kegelstumpfmantel befindet sich innerhalb des Raumes 8 dank dem Wärmeisoliermaterial 10 in einer Umgebung niedrigerer Temperatur als im Ein- strömraum. Die höchste Temperatur wird dem Kegel stumpfmantel 16 an dessen Berührungslinie mit dem Leitschaufelträger 3 über den Flansch 17 mitgeteilt, während die Zone tiefster Temperatur bei der Be rührungslinie des Kegelstumpfmantels 16 mit dem Ring 12 liegt.
Die während des Betriebes der Turbine durch den Kegelstumpfmantel 16 vom Leitschaufel- träger 3 gegen das Aussengehäuse 1 strömende Wärmemenge ist nur unbedeutend, da der Kegel stumpfmantel dünnwandig ist, Bohrungen aufweist und aus wenig wärmeleitfähigem Material besteht. Die Temperatur des Kegelstumpfmantels nimmt vom Flansch 17 ausgehend in Richtung gegen das Aussen gehäuse 1 rasch ab, da am innern Ende mit dem kleineren Durchmesser wegen der kleineren Quer schnittfläche der Widerstand für den Wärmefluss grö sser ist als am äusseren Ende.
Dies bewirkt, dass die Ausdehnung des Kegelstumpfmantels in axialer Rich tung innerhalb unbedeutender Grenzen bleibt.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass das in der Nähe der Befestigung mit der engeren Öffnung des Kegelstumpfmantels liegende einströmseitige Ende des Leitschaufelträgers zufolge betrieblicher Erhitzung keine wesentliche axiale Lageänderung er fährt, so dass sich der Leitschaufelträger annähernd vom gleichen Projektionspunkt auf die Turbinen achse aus in Richtung auf die Abströmseite der Turbine hin ausdehnt, wie der entlang dem Spalt 18 von seinem Axiallager her bis zur ersten Laufschaufel von kühlem Treibmittel umspülte Rotor 5.
Da der Leitschaufelträger 3 aus Material gleicher Wärme ausdehnung gefertigt ist, wie der Rotor 5 mit den Scheiben 6, bleiben Leitschaufeln und Laufschaufeln der Turbine relativ zueinander innerhalb des gesam ten Betriebsbereiches in annähernd gleicher Lage.
Das engere Ende des Kegelstumpfmantels 16 nebst Flansch 17 vermögen der radialen Ausdehnung des Leitschaufelträgers 3 ohne weiteres zu folgen. Eine radiale Ausdehnung des engeren Endes des Kegelstumpfmantels 16 ist in Ansehung der geringen Neigung zur Turbinenachse von vernachlässigbar kleinem Einfluss auf dessen axiale Lage.
Die Erfindung hat auch den Vorteil der leichten und gleichzeitig äusserst formsteifen Ausführung, wel che die beträchtlichen axialen Kräfte in Ausström- richtung sehr zuverlässig aufnimmt und gegenüber dem herkömmlichen, senkrecht zur Turbinenachse ausgelegten Flansch erhebliche Einsparungen an Ge wicht und Volumen von teurem austenitischem Werk stoff erlaubt, wobei der ausströmseitig vorgesehene, senkrecht zur Turbinenachse angeordnete Teil, be stehend aus Ring 12, Lappen 13 und Dichtring 15,
bei der erfindungsgemässen Ausführung ausschliess lich im Hinblick auf die abströmseitige Zentrierung des Leitschaufelträgers 3 und die Trennung des Zwi- schenraumes zwischen den Gehäusen in einström- seitigen Teil 8 und den ausströmseitigen Teil 9 di mensioniert werden müssen.
Um zu verhindern, dass Wärme vom Leitschaufel- träger 3 über die Trennwand 12, 13, 15 an die Stelle deren Befestigung am Aussengehäuse 1 und auf diesem Wege an den kalt zu haltenden weiteren Teil des Kegelstumpfmantels 16 gelangt, ist die Trennwand 12, 13, 15 so auszubilden, dass in ihr möglichst wenig Wärme strömen kann und die Tem peratur in ihr vom Leitschaufelträger 3 gegen das Aussengehäuse 1 stark abnimmt.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Trennwand 12, 13, 15 nicht durchgehend und massiv, sondern durchbrochen ausgeführt und nur zur Aufnahme der Zentrierkräfte ausgelegt wird, wobei die offen gelas senen Bereiche durch eine dünne Dichtvorrichtung überbrückt werden.
Der Ring 12 wird mit den vier Zentrierkeilen 11 in einer im Aussengehäuse 1 ausgesparten Radial nut geführt und liegt ausströmseitig mit einem er heblichen Teil seiner radialen Breite an einer Druck auflagefläche an, die von der einströmseitigen Flanke einer starken ringförmigen Innenrippe 19 des Aussef gehäuses 1 gebildet wird. Der Abstand des Innen kreises des Ringes 12 vom Aussenumfang des Leit- schaufelträgers 3 ist annähernd gleich der radialen Breite des Ringes 12.
Die Verbindung zwischen dem Innenkreis des Ringes 12 zum Leitschaufelträger 3 wird über die diesen zentrierenden Keile 14 durch vier Lappen 13 speichenartig hergestellt, wobei die umfangmässig grösseren frei bleibenden Bereiche zwi schen dem Ring 12 und dem Leitschaufelträger 3 durch den Dichtring 15 überbrückt werden.
Dieser besteht aus zwei koaxialen Ringen 20 und 21 sowie aus der Membrane 22. Der innere Ring 20 ist mit Schrauben 23 am niederdruckseitigen Ende des Leitschaufelträgers befestigt. Der äussere Ring 21 wird in einer Einsparung in der Innenrippe 19 des Aussengehäuses 1 von dieser abströmseitig und vom innern Ende der abströmseitigen axialen Fläche des Ringes 12 einströmseitig gehalten. Das zwischen den Ringen 20 und 21 vorgesehene temperaturabhängige radiale Spiel 24 wird von der dünnen einteiligen Membrane 22 überbrückt.
Vom Leitschaufelträger 3 über die dünnen, speichenartigen Lappen 13 sowie über den innern Ring 20, die Membrane 22 und den äusseren Ring 21 kann nur wenig Wärme zum Ring 12 strömen, und die Temperatur in diesen wärmedurchströmten Elementen nimmt gegen das Aussengehäuse hin rasch ab, so dass auf diesem Wege keine nennenswerte Wärmemenge an das kalt zu haltende weitere Ende des Kegelstumpfmantels 16 gelangt. Durch tunlichst geringere Neigung des Kegel stumpfmantels zur Turbinenachse bzw.
Einhaltung eines kleinen Winkels, vorzugsweise nicht über 30 , zwischen der Kegehnantellinie und der Turbinen achse wird erreicht, dass die wärmebedingte radiale Ausdehnung der durch das einströmseitige Ende des Leitschaufelträgers 3, den Flansch 17 und das heisse, engere Ende des Kegelstumpfmantels 16 gebildeten Zone eine nur geringe axiale Verschiebung in Rich tung auf die Einströmseite der Turbine hin zur Folge hat.
Zum gleichen Zweck kann auch der Kegel stumpfmantel an seinem heissen, engeren Ende ein zur Turbine koaxial gelegenes zylindrisches Stück aufweisen, welches die Verbindung mit dem Leit- schaufelträger herstellt.