In sich starrer, zwei oder, mehr Leitschaufelkränze aufweisender Leitapparat für eine Gas- oder Dampfturbine Die Erfindung betrifft einen in sich starren, zwei oder mehr Leitschaufelkränze aufweisenden Leitap parat für eine Gas- oder Dampfturbine.
Im Wärmekraftturbinenbau ergibt sich mit zu nehmenden Betriebstemperaturen die Notwendigkeit, ein Verziehen des Leitapparates zufolge Wärmedeh nung möglichst zu vermeiden, mit andern Worten, eine möglichst gleichmässige Wärmedehnung dessel ben sicherzustellen, da ein Verziehen zu untragba ren Spielen zwischen Lauf- und Leitteilen sowie zwischen den Labyrinthteilen führen würde. Beson ders bei in sich starren Leitapparaten, wo ein Ver ziehen in nur einem Teilbereich sich auf den ganzen Leitapparat auswirken kann, ist möglichst gleich mässige Wärmedehnung in höchstem Masse notwen dig.
Eine gleichmässige Wärmedehnung wird vor al lem durch möglichst symmetrische Ausbildung des Leitapparates bzw. Vermeidung grosser, ungleich ver teilter Unterschiede des Materialquerschnittes er reicht. Die herkömmlichen in sich starren Leitappa- rate sind jedoch zur Ermöglichung des Zusammen baues mit einem einstückigen Läufer zweiteilig aus gebildet.
Dies bewirkt aber zufolge der damit zwang läufig verbundenen Unregelmässigkeit des Material querschnittes in Umfangsrichtung an den Stossstellen der beiden Leitapparathälften stets eine beträchtliche Neigung zum Verziehen der Hälften und zum Un- rundwerden des Leitapparatquerschnittes.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu über winden. Zu diesem Zwecke wird ein Leitapparat der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss derart ausgebildet, dass sich abwechselnd aneinandergereihte zweiteilige Leitschaufelringe und einteilige Zwischen ringe vorgesehen sind, wobei unmittelbar benach barte Ringe gegeneinander zentriert sind. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes vereinfacht dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Gehäuse einer Gasturbine und Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem achssenk rechten Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1.
Das Turbinengehäuse weist ein Aussengehäuse 1 und ein Innengehäuse auf, das einströmseitig aus dem Einströmteil 2 und dem die Laufschaufeln 3 aufnehmenden Abschnitt 4 besteht, welcher Ab schnitt zusammen mit den Leitschaufeln den Leit- apparat 3, 4 bildet. Mit 5 ist der Rotor bezeich net, der die Scheiben 6 mit den Laufschaufeln 7 trägt. Sowohl der einströmseitige Teil 8 als auch der ausströmseitige Teil 9 des Zwischenraumes zwischen den Gehäusen ist mit Wärmeisoliermaterial 10 aus gefüllt.
Ein durch vier Keile 11 im Aussengehäuse 1 zentrierter, axial fester, zweiteiliger Ring 12 und vier Lappen 13, die an je einem mit dem Ring 12 mittels nicht dargestellter Schrauben verbundenen Klotz 14 befestigt sind, und die mit vier Keilen 15 einen dem axialen Abschnitt 4 des Innengehäuses zugehörigen zweiteiligen Ring 16 zentrieren, bilden zusammen mit einem Dichtring 17 bekannter Aus führung eine Trennwand zwischen dem einströmsei- tigen Teil 8 und dem ausströmseitigen Teil 9 des Zwischenraumes zwischen den Gehäusen. Dabei ist der Ring 16 zur Trennwand 12, 13, 17 axial ver schiebbar.
Der Dichtring 17 besteht in bekannter Weise aus einem äusseren, im Aussengehäuse 1 dichtend axial fest gelagerten Ring 18 und einem dazu koaxialen, inneren, am ausströmseitigen Ende des Ringes 16 befestigten inneren Ring 19, wobei das zwischen den Ringen 18, 19 vorgesehene koaxiale Spiel von einer dünnen, einteiligen Membrane 20 überbrückt wird.
Ein zweiteiliger Kegelstumpfmantel 21 ist als Tragelement mit seiner weiteren Öffnung am Ring 12 befestigt. Dieser Kegelstumpfmantel 21 weist eine dünne Wandstärke auf und besteht aus wenig wärme leitfähigem austenitischem Material.
Der Rotor 5 ist ausserhalb der Turbine, in der Zeichnung nicht dargestellt, in einem mit ihr zu sammengebauten Gasverdichter axial gelagert. Ein zwischen der Rotorwelle und einem rohrförmigen Teilstück des Aussengehäuses 1 ausgesparter Spalt 22 lässt kühles Treibmittel vom Gasverdichter ent lang der Rotorwelle zum ersten Leitschaufelkranz strömen.
Der Einströmteil 2 des Innengehäuses ist mittels vier Lappen 23 im kalten Verdichtergehäuse 24 radial und axial beweglich zentriert, und der die Leitschaufeln 3 aufnehmende Abschnitt 4 des Innen gehäuses ist im Bereiche seines einströmseitigen En des mittels vier Keilen 25 im Einströmteil 2 des Innengehäuses radial und axial beweglich zentriert.
Der Kegelstumpfmantel 21 weist an seinem en geren, einströmseitigen Ende einen Flansch 26 auf und trägt über denselben das einströmseitige Ende eines zweiteiligen zylindrischen Tragringes 27, wobei letzterer mit dem Flansch 26 durch Schrauben 28 verbunden ist. Das ausströmseitige Ende des Trag ringes 27 ist mit dem Ring 16 verbunden, welcher ausströmseitig des letzten Leitschaufelkranzes gele gen ist und den letzten Laufschaufelkranz umgibt.
Von den insgesamt je fünf Leit- und Laufschaufel kränzen umgibt der Tragring 27 zusammen mit dem Ring 16 die je drei äussersten abströmseitig gele genen. Der Tragring 27 weist Längsschlitze 29 auf, wobei die Wandteile zwischen den Längsschlitzen in Umfangrichtung ein Mehrfaches der Wandstärke be tragen, und der vom Kegelstumpfmantel 21, dem Tragring 27 und dem Dichtring 17 umgrenzte Raum ist ebenfalls mit Wärmeisoliermaterial 10 angefüllt.
Der auf dem Leitapparat 3, 4 während des Be triebes der Turbine lastende, in Richtung gegen die Ausströmseite hin wirkende axiale Schub wird vom Ring 16 auf den Tragring 27, von diesem auf dem Kegelstumpfmantel 21 und von diesem auf das Au ssengehäuse 1 übertragen.
Die Leitschaufeln 3 sind in fünf zweiteiligen Leitschaufelringen 30 gelagert, wobei die zusam mengehörenden Hälften durch Schrauben 31 mitein ander verbunden sind. Zwischen je zwei benach barten Leitschaufelringen 30 ist je einer von ins gesamt vier einteiligen Zwischenringen 32 angeord net. Jeder dieser vier Zwischenringe 32 umgibt einen Laufschaufelkranz 6, 7, und der ausströmseitig letzte der insgesamt fünf Laufschaufelkränze ist vom Ring 16 umgeben.
Der Ring 16 weist eine innere Radialnut 33 auf, in welcher eine äussere Radialfeder 34 des aus- strömseitig letzten Leitschaufelringes axial festgehal ten ist. Der genannte ausströmseitig letzte Leitschau- felring ist im Ring 16 durch vier nicht dargestellte Keile radial beweglich zentriert, welche Keile auch das Drehmoment des die Leitschaufeln tragenden Abschnittes 4 des Innengehäuses auf den Ring 16 übertragen.
Die Zwischenringe 32 weisen auf jeder Stirnflä che einen inneren Kranz 35 auf, der in eine ent sprechende Ausnehmung 36 des jeweils anschliessen den Leitschaufelringes 30 satt passend eingreift, wo durch jeder Leitschaufelring zu dem ihm unmittel bar benachbarten Zwischenring zentriert wird. Jeder Leitschaufelring 30 weist eine äussere Umfangsnut 37 auf.
Jeder Zwischenring 32 ist mit den beiden an ihm anliegenden Leitschaufelringen 30 mittels durch den Zwischenring 32 hindurchführender und in die Umfangsnuten 37 der beiden anliegenden Leitschaufelringe 30 hineinreichender Schraubenbol zen 38 verbunden, wobei die Muttern 38' der Schraubenbolzen 38 in den Umfangsnuten 37 der Leitschaufelringe 30 liegen. Die jeweils durch einen Kranz solcher Schraubenbolzen verbundenen Ringe 30, 32, 30 sind durch einen Kranz von axialen Keilen 39, welche sich über alle drei Ringe er strecken und von axial fluchtenden Nuten 40 be herbergt werden, zueinander verdrehungsfest verbun den.
Ein Unrundwerden der einzelnen Leitschaufel- ringe 30 beim Erhitzen zufolge ihrer zweiteiligen Ausführung sowie wegen der damit zwangläufig ver bundenen Unregelmässigkeit des Materialquerschnit tes in Umfangrichtung an den Stossstellen der beiden Hälften wird durch die einteiligen Zwischenringe 32 bzw. die gegenseitige Zentrierung der Leitschau- felringe zu den Zwischenringen in vernachlässigbar kleinen Grenzen gehalten.
Durch den beim Betrieb der Turbine auftreten den Schub der einzelnen Leitschaufelringe in Rich tung nach der Ausströmseite hin werden die einzel nen Ringe 30, 32 gegen die jeweils ausströmseitig von ihnen gelegenen Ringe und diese gegen den axial über den Tragring 27 und den Kegelstumpfmantel 21 im Aussengehäuse 1 axial abgestützten Ring 16 gedrückt, und dabei haben die Schraubenbolzen 38 keine ins Gewicht fallenden Zugkräfte aufzunehmen.
Vom heissen Ring 16, der gut wärmeleitend mit den Ringen 30, 32 verbunden ist, strömt nur wenig Wärme über die Lappen 13 und die Membrane 20 nach dem kalten Aussengehäuse 1, so dass in diesem Bereiche keine ins Gewicht fallenden Wärmespan nungen auftreten können, welche eine Deformation bewirken könnten.
Die hohe Stabilität des Leitapparates 3, 4 er laubt es, diesen leicht und verhältnismässig dünn wandig auszubilden, auf welche Weise beträchtlich an wärmefestem, teurem Werkstoff eingespart wird.
Durch die erfindungsgemässe Ausgestaltung des Leitapparates erhält man somit eine sehr stabile, geringer Deformation unterworfene, in weitem Aus mass rund bleibende Ausführung unter geringem Ma terialaufwand. Bei entsprechender Ausgestaltung des Leitappa- rates 3, 4 sowie bei ausreichenden Platzverhältnis sen kann das Paket der Ringe 30, 32 auch durch einen einzigen Kranz von sich über die ganze axiale Ausdehnung desselben erstreckenden Schrauben zu sammengehalten werden.
Rigid guide apparatus for a gas or steam turbine, having two or more guide vane rings. The invention relates to a guide apparatus, which is rigid in itself, has two or more guide vane rings, for a gas or steam turbine.
In thermal power turbine construction, the operating temperatures that have to be increased make it necessary to avoid warping of the diffuser as a result of thermal expansion, in other words, to ensure that the same thermal expansion is as uniform as possible, since warping leads to unbearable play between running and guide parts and between the labyrinth parts would lead. Particularly in the case of diffusers that are rigid in themselves, where warping in only a part of the diffuser can affect the entire diffuser, the highest possible degree of uniform thermal expansion is necessary.
Uniform thermal expansion is achieved above all by designing the diffuser as symmetrically as possible or avoiding large, unevenly distributed differences in the material cross-section. The conventional intrinsically rigid guide apparatuses are, however, made in two parts with a one-piece runner to enable them to be assembled.
However, due to the inevitably associated irregularity of the material cross-section in the circumferential direction at the joints between the two diffuser halves, this always causes a considerable tendency for the halves to warp and for the diffuser cross-section to become round.
The invention aims to overcome these disadvantages. For this purpose, a diffuser of the type described at the outset is designed according to the invention in such a way that alternately lined up two-part guide vane rings and one-part intermediate rings are provided, with immediately adjacent rings being centered against one another. An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in simplified form in the drawing. They show: FIG. 1 an axial section through a housing of a gas turbine and FIG. 2 a detail from a section perpendicular to the axis along the line II-II in FIG. 1.
The turbine housing has an outer housing 1 and an inner housing which, on the inflow side, consists of the inflow part 2 and the section 4 receiving the rotor blades 3, which section together with the guide vanes forms the guide apparatus 3, 4. The rotor, which carries the disks 6 with the rotor blades 7, is denoted by 5. Both the inflow-side part 8 and the outflow-side part 9 of the space between the housings is filled with thermal insulation material 10.
An axially fixed, two-part ring 12, centered in the outer housing 1 by four wedges 11, and four tabs 13, which are each fastened to a block 14 connected to the ring 12 by means of screws (not shown), and which are attached to the axial section 4 with four wedges 15 Center the two-part ring 16 belonging to the inner housing, together with a sealing ring 17 of known design, form a partition between the inflow-side part 8 and the outflow-side part 9 of the space between the housings. The ring 16 is axially displaceable ver to the partition wall 12, 13, 17.
The sealing ring 17 consists in a known manner of an outer ring 18, axially fixedly mounted in a sealing manner in the outer housing 1, and an inner ring 19 coaxial with it, attached to the outflow end of the ring 16, the coaxial play provided between the rings 18, 19 of a thin, one-piece membrane 20 is bridged.
A two-part truncated cone jacket 21 is attached to the ring 12 with its further opening as a support element. This truncated cone jacket 21 has a thin wall thickness and consists of austenitic material with little thermal conductivity.
The rotor 5 is outside the turbine, not shown in the drawing, axially mounted in a gas compressor assembled with it. A gap 22 cut out between the rotor shaft and a tubular section of the outer housing 1 allows cool propellant to flow from the gas compressor along the rotor shaft to the first guide vane ring.
The inflow part 2 of the inner housing is centered radially and axially movably by means of four tabs 23 in the cold compressor housing 24, and the section 4 of the inner housing receiving the guide vanes 3 is radially and axially in the area of its inflow end by means of four wedges 25 in the inflow part 2 of the inner housing movably centered.
The truncated cone jacket 21 has a flange 26 at its narrow, inflow-side end and carries the inflow-side end of a two-part cylindrical support ring 27 via the same, the latter being connected to the flange 26 by screws 28. The outflow-side end of the support ring 27 is connected to the ring 16, which is gene on the outflow side of the last guide vane ring and surrounds the last blade ring.
Of the total of five guide vane and rotor vane wreaths, the support ring 27, together with the ring 16, surrounds the three outermost outflow sides. The support ring 27 has longitudinal slots 29, with the wall parts between the longitudinal slots in the circumferential direction a multiple of the wall thickness be, and the space bounded by the truncated cone jacket 21, the support ring 27 and the sealing ring 17 is also filled with thermal insulation material 10.
The thrust on the diffuser 3, 4 during the loading of the turbine, acting in the direction towards the outflow side, is transmitted from the ring 16 to the support ring 27, from this to the truncated cone jacket 21 and from this to the outer housing 1.
The guide vanes 3 are mounted in five two-part guide vane rings 30, the halves belonging together being connected to each other by screws 31. Between each two neighboring guide vane rings 30, one of a total of four one-piece intermediate rings 32 is angeord net. Each of these four intermediate rings 32 surrounds a rotor blade ring 6, 7, and the last of the total of five rotor blade rings on the outflow side is surrounded by the ring 16.
The ring 16 has an inner radial groove 33 in which an outer radial spring 34 of the last guide vane ring on the outflow side is axially fixed. The last guide vane ring mentioned on the outflow side is centered in the ring 16 in a radially movable manner by four wedges (not shown), which wedges also transmit the torque of the section 4 of the inner housing carrying the guide vanes to the ring 16.
The intermediate rings 32 have on each Stirnflä surface an inner ring 35, which engages in a corresponding recess 36 of the respective connecting the vane ring 30 snugly, where each vane ring is centered on the intermediate ring immediately adjacent to it. Each guide vane ring 30 has an outer circumferential groove 37.
Each intermediate ring 32 is connected to the two adjacent guide vane rings 30 by means of screw bolts 38 passing through the intermediate ring 32 and reaching into the circumferential grooves 37 of the two adjacent guide vane rings 30, the nuts 38 'of the screw bolts 38 lying in the circumferential grooves 37 of the guide vane rings 30 . The rings 30, 32, 30 connected by a wreath of such bolts are connected by a wreath of axial wedges 39, which stretch over all three rings and be herbergt from axially aligned grooves 40 be, to one another torsion-proof.
The one-piece intermediate rings 32 and the mutual centering of the guide vane rings cause the individual guide vane rings 30 to become out of round due to their two-part design and the inevitably associated irregularity of the material cross-section in the circumferential direction at the joints between the two halves Spacer rings kept within negligibly small limits.
Due to the thrust of the individual guide vane rings occurring during operation of the turbine in the direction of the outflow side, the individual rings 30, 32 are against the respective outflow side of them located rings and these against the axially over the support ring 27 and the truncated cone jacket 21 in the outer housing 1 axially supported ring 16 pressed, and the screw bolts 38 do not have to absorb any significant tensile forces.
From the hot ring 16, which is connected to the rings 30, 32 in a thermally conductive manner, only little heat flows over the flaps 13 and the membrane 20 to the cold outer housing 1, so that no significant thermal stresses can occur in this area could cause deformation.
The high stability of the diffuser 3, 4 it allows it to be made light and relatively thin-walled, which saves a considerable amount of heat-resistant, expensive material.
The design of the diffuser according to the invention thus results in a very stable design that is subject to little deformation and remains round to a large extent with little material expenditure. With a suitable design of the diffuser 3, 4 and with sufficient space, the package of rings 30, 32 can also be held together by a single ring of screws extending over the entire axial extent thereof.