CN104220703A - 承载环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气涡轮设备的高压燃气涡轮的承载环(13)，该燃气涡轮设备在高压燃气涡轮上游具有高压燃烧室，在高压燃烧室上游具有压缩机，在高压燃气涡轮下游具有低压燃烧室，在低压燃烧室下游具有低压燃气涡轮，并且具有转子，该转子承载用于压缩机、用于高压燃气涡轮以及用于低压燃气涡轮的动叶片。承载环(13)承载高压燃气涡轮(4)的导叶(16)和/或热防护屏(17)并且可固定在高压燃烧室(3)处。通过承载环(13)至少在其导叶(16)和/或其热防护屏(17)的区域中在周向上分段，可简化承载环(13)的装配，其中分段的承载环(13)具有至少两个环形区段(18)，其分别承载导叶(16)和/或热防护屏(17)。

Description

承载环
技术领域
本发明涉及一种用于燃气涡轮设备的高压燃气涡轮的承载环。本发明此外涉及一种配备有这种承载环的燃气涡轮设备，尤其地用于驱动发电机以用于在发电设备中产生电流。
背景技术
例如从文献EP 0 620 362 B1中得到的顺序燃气涡轮设备具有高压燃气涡轮，其通过布置在上游的高压燃烧室的热气加载。在该高压燃烧室上游，压缩机保证提供压缩空气。然后在高压燃气涡轮下游设置有低压燃烧室。该低压燃烧室的热气加载布置在下游的低压燃气涡轮。这种类型的燃气涡轮设备优选地以共同的转子运行，其承载压缩机、高压燃气涡轮以及低压燃气涡轮的动叶片(Laufschaufel，有时称为转子叶片)。
在这种类型的燃气涡轮设备中，在高压燃气涡轮的区域中应用开头所述类型的承载环，以承载高压燃气涡轮的导叶和/或热防护屏或者将导叶和/或热防护屏定位在燃气路径中。在此，承载环可承载高压燃气涡轮的导叶，其与高压燃气涡轮的动叶片处于有效连接中。附加地，承载环在周向上邻近的导叶之间也可承载热防护屏。备选地，承载环也可用于承载这样的热防护屏，即该热防护屏径向上邻近高压燃气涡轮的动叶片并且轴向上位于相同的平面中。
在这种类型的燃气涡轮的装配的范围中基本上可行的是，预装配的承载环轴向地被推到转子上，该转子已经配备有用于压缩机和两个燃气涡轮的导叶。之后为了继续装配可借助于作为装配辅助件的保持元件将承载环在正确的轴向位置中固定在转子处。紧接着，转子可与承载环一起安装在燃气涡轮设备的定子罩壳中。此外之后紧接着将承载环固定在定子罩壳处。
在此再次移除保持元件，对于装配来说该保持元件已经实现了承载环在转子处的固定。这种方式是相对复杂的。此外，为了能够使承载环被推到安装了叶片的转子上成为可能，通过承载环的自由直径限制压缩机或低压燃气涡轮的动叶片组(Laufbeschaufelung)的轴向长度。最后，用于更换承载环的导叶或热防护屏的维护工作非常复杂，因为必须从定子罩壳中拆出整个转子，以再次取下承载环。在这种类型的燃气涡轮设备中，承载环常常也被称为HPT环，其中HPT指的是高压涡轮。
从文献DE 199 50 108 A1中已知一种热防护环，其在燃气涡轮中径向上邻近燃气涡轮的动叶片布置。已知的热防护环包括多个热屏区段，其在周向上相继布置并且借助于固定在定子罩壳处的夹紧件区段保持。在此，该夹紧件区段在定子罩壳处轴向上布置在热屏区段两侧，并且在其轴向上彼此面对的内侧处分别具有在周向上延伸的槽，热屏区段在边缘侧轴向地接合到该槽中。
从文献WO 2010/040339 A1中已知用于燃气涡轮的转子的工作叶片环(Laufschaufelkranz)，其由多个在周向上邻近的动叶片组成。为了装配工作叶片环，提供在周向上被分段的装配环，其中为了连接在周向上邻近的环形区段，设置合适的连接件。使用如此分段的装配辅助件简化了预紧力到工作叶片环中的引入。
发明内容
本发明针对这样的问题，即为开头提及类型的承载环或者对于配备有这种类型的承载环的燃气涡轮设备给出改进的或者至少另一实施形式，其使燃气涡轮设备的简化的装配或者燃气涡轮设备的简化的维护成为可能。
在本发明中，该问题尤其地通过独立权利要求的特征实现。有利的根据目标的实施形式是从属权利要求的对象。
本发明基于这样的通用的想法，即如此使承载环至少在其导叶的区域中或在其热防护屏的区域中在周向上分段，即存在至少两个环形区段，其分别承载导叶或热防护屏。通过承载环的分段，承载环不必再轴向地被推到转子上。相反地可行的是，单个的环形区段在相对于转子为承载环所设置的轴向位置处相互关联地组合成承载环。
由此，省去了高成本地且复杂地将承载环穿到配备有其动叶片的转子上。此外，转子的动叶片的尺寸不再与承载环的自由的内横截面相关。由此尤其地压缩机的第一动叶片列和/或低压燃气涡轮的最后动叶片列的外直径可大于承载环的自由的内直径。
此外，也简化了在承载环的区域中的燃气涡轮的维护，例如以便更换或检查承载环的导叶或热防护屏。
为了拆卸承载环，可行的是，再次将承载环分段，而不必将整个转子从定子罩壳中拆卸出来。承载环的周向在承载环的装配状态中涉及燃气涡轮设备的转子的旋转轴线。
相应于尤其有利的实施形式，承载环此外可在轴向方向上被划分并且具有在周向上分段的、承载导叶和/或热防护屏的主子环以及至少一个在周向上分段的侧子环。在此这样的变型方案是优选的，即在其中仅仅主子环配备有导叶或热防护屏，从而相应的侧子环既不承载导叶也不承载热防护屏。借助于相应的侧子环尤其地实现了稳定主子环。优选地，侧子环的区段可用于使主子环的区段相互连接。在此，轴向方向在承载环的安装状态中平行于燃气涡轮设备的转子的旋转轴线延伸。
在另一有利的实施形式中，承载环可具有刚好两个分段的侧子环，其布置在主子环两侧。由此可尤其有效地使主子环平稳(ausstreifen)。
在此这样的改进方案是优选的，即在其中两个侧子环是相同的。侧子环设计为相同部件降低了制造成本。此外由此可在装配期间避免混淆。
主子环区段可设计成相同的部件。附加地或备选地，侧子环区段可设计成相同的部件。
这样的实施形式是尤其有利的，即在其中主子环的环形区段相对于相应的侧子环的环形区段在周向上错位地布置。由此，主子环区段与侧子环区段在周向上重叠，由此所构成的承载环具有更高的稳定性。在此这样的改进方案是优选的，即在其中主子环的环形区段相对于相应的侧子环的环形区段在周向上以其周向长度的约50%错位地布置。以这种方式，每个侧子环区段基本上各一半与每两个邻近的主子环区段相关联。
在另一有利的实施形式中，主子环的轴向壁厚比相应的侧子环的轴向壁厚大至少50%。以这种方式，主子环可更好地用于其在导叶或热防护屏方面的承载功能。同时，相应的侧子环的减小的轴向壁厚导致在此提出的承载环在轴向上紧凑的结构形式。
这样的实施形式是尤其有利的，即在其中相应的侧子环具有刚好四个环形区段。对于主子环来说，具有刚好四个环形区段的实施方案也是优选的。适宜地在此单个环形区段在其在周向上的弧长方面尺寸设计成基本上同样大。由此在四个环形区段的情况下相应的单个的环形区段分别延伸约90°。已表明，这种类型的90°环形区段可相对简单地操作并且在装配的状态中保证了承载环的期望的稳定性。
显而易见的是，原则上也可设想主子环或相应的侧子环的其它划分。例如也可划分成刚好两个或刚好三个或者刚好五个环形区段。这样的实施形式是优选的，即在其中主子环的划分与相应的侧子环的划分相同。然而原则上也可设想主子环和侧子环的其它或不同的划分。
这样的实施形式是尤其有利的，即在其中主子环与相应的侧子环利用旋拧件连接在一起。这种旋拧件使在主子环和相应的侧子环之间有效的、高强度的可松开的连接成为可能。在此，这样的改进方案是优选的，即在其中相应的旋拧件轴向地延伸，以这种方式使主子环和相应的侧子环轴向地彼此夹紧，由此在装配好的承载环中可实现期望的刚性。如果两个侧子环设置在主子环两侧，则相应的旋拧件穿过主子环延伸。如果实现了旋拧件连接，则螺栓头部可轴向地支撑在一个侧子环处。在另一侧子环处可设置用于相应的螺栓的螺纹孔。同样可行的是，相应的螺栓在另一侧子环处通过螺母如有可能利用垫圈支撑。
由此，根据本发明的燃气涡轮设备包括压缩机、布置在压缩机之后的高压燃烧室、布置在高压燃烧室之后的高压燃气涡轮、布置在高压燃气涡轮之后的低压燃烧室以及布置在低压燃烧室之后的低压燃气涡轮。根据本发明的燃气涡轮设备的特征在于以上描述的类型的承载环，其固定在高压燃烧室处并且承载用于高压燃气涡轮的导叶和/或热防护屏。
原则上，根据本发明的承载环的应用不是仅仅限制于顺序运行的燃气涡轮设备(也称为燃气涡轮组)，而是也可实现其它燃气涡轮方案，其例如包括压缩机、燃烧室以及涡轮，并且其可从所描述的根据本发明的承载环的优点中获利。
在此将焦点主要集中在顺序点火的燃气涡轮设备中仅仅具有这样的目的，即尤其明确地公开通过应用根据本发明的承载环有利地的得到解决的技术问题。
从从属权利要求、图纸和相关的根据图纸的附图描述中得到本发明的其它重要特征和优点。
可理解的是，以上所述的以及以下还将解释的特征可在不离开本发明的范围的情况下不仅以相应地给出的组合的方式应用，而且也可以其它组合的方式或者独立地应用。
附图说明
本发明的优选的实施例在图纸中示出并且在以下描述中详细进行解释，其中相同的参考标号表示相同或者相似的或者功能相同的部件。省去了所有对于本发明的直接理解不重要的特征。
其中：
图1示意性地显示了燃气涡轮设备的非常简化的、线路图式的原理图，
图2示意性地显示了在将转子装配在定子罩壳中时燃气涡轮设备的简化的侧视图，
图3示意性地显示了承载环的轴向视图，
图4示意性地显示了承载环的分解的等轴示图。
具体实施方式
相应于图1，优选地可用于驱动在此未示出的发电机以在发电设备中产生电流的燃气涡轮设备1具有压缩机2、布置在压缩机2之后的高压燃烧室3、布置在高压燃烧室3之后的高压燃气涡轮4、布置在高压燃气涡轮4之后的低压燃烧室5以及布置在低压燃烧室5之后的低压燃气涡轮6。在图1中通过箭头指出工作气体被引导通过燃气涡轮设备1。燃气涡轮设备1适宜地针对于压缩机2和两个燃气涡轮4,6具有共同的转子7，其在燃气涡轮设备1的运行中绕转子轴线8旋转。
根据图2，转子7承载压缩机2的动叶片组9，其在该示例中由多个在平行于旋转轴线8延伸的轴向上彼此相继的动叶片列9形成。在此在相应的动叶片列9之内在基于旋转轴线8的周向上布置多个单独的动叶片9。转子7此外承载高压燃气涡轮4的动叶片组10，其具有至少一个包括多个在周向上邻近的单独的动叶片10的动叶片列10。最后转子7此外承载低压燃气涡轮6的动叶片组11，其在该示例中包括多个在轴向上彼此相邻布置并且分别包括在周向上邻近的单独的动叶片11的动叶片列11。
根据图2，燃气涡轮设备1此外包括定子罩壳12，在图2中仅仅示出了其下半部并且定子罩壳用于容纳和支承转子7。向下定向的箭头指出了在装配期间转子7沉入到定子罩壳12中。在罩壳12处也构造有高压燃烧室3和低压燃烧室5。
此外，燃气涡轮设备1配备有承载环13，其布置在定子侧并且与高压燃气涡轮4关联。在图2的示例中，承载环13已经定位在转子7处，确切地说定位在高压燃气涡轮4的动叶片组10的区域中。在图2的示例中借助于装配辅助件14实现仅仅对于将转子7装配在定子罩壳12中所需的在承载环13和转子7之间的位置固定。那么在完成装配的状态中，承载环13装配即固定在定子罩壳12处优选地在高压燃烧室3处。之后可再次移除装配辅助件14。
下面参考图3和4详细阐述承载环13。该承载环13在其内周缘处承载高压燃气涡轮4的定子侧的部件15。在此其可为导叶16或热防护屏17。同样部件15既可为导叶16也可为热防护屏17。
根据图4，承载环13至少在导叶16或热防护屏17的区域中在周向上被分段，从而其具有至少两个承载导叶16或热防护屏17的环形区段18。在该示例中设置刚好四个这种环形区段18。此外在图4的优选的示例中该承载环13此外在轴向方向上如此被划分，即其具有在周向上被分段的主子环19和至少一个同样在周向上被分段的侧子环20。主子环19承载导叶16或热防护屏17并且由此包括上文提及的区段18，其以下也被称为主子环区段18。在图4的示例中，设置两个侧子环20，该侧子环的区段以下以21表示。侧子环20用于使主子环区段18彼此固定，以在已装配的状态中形成本身稳定的承载环13。由此，侧子环20既不承载导叶16也不承载热防护屏17。两个侧子环20基于在承载环13的安装状态中与转子7的旋转轴线8重合的轴向方向布置在主子环19的两侧。侧子环20在所显示的示例中也分别具有刚好四个侧子环区段21。主子环19的区段以及侧子环20区段在此以对称的方式实现，从而单个区段18,21在周向上分别在约90°上延伸。
如在图4中指出的那样，主子环19的环形区段18相对于两个侧子环20的环形区段21在周向上错位地布置，确切地说优选地以其相应周向长度的约50%错位。换句话说，在此显示的90°主子环区段18在周向上以相对于90°侧子环区段21错位45°的方式布置。侧子环20或其区段21轴向上直接贴靠在主子环19处或其区段18处。以22指出旋拧件，其包括多个分别轴向地取向并且在周向上彼此相邻布置的单独的螺栓23。单个螺栓23在相应的通过孔24中穿过一个侧子环20并且在相应的通过孔25中穿过主子环19。另一侧子环20也具有相应数量的孔26。根据旋拧件22的设计形式，另一侧子环20的孔26形成螺纹孔26，螺栓23拧入该螺纹孔26中，或者同样形成通过孔26，其由螺栓23穿过，其中那么螺栓23可在另一侧子环20的背离主子环19的外侧处与相应的螺母(在此未显示)旋拧在一起。
然而适宜地，两个侧子环20设计成相同的。通过子环19,20的90°分段，从属的环形区段18,21也可分别设计成相同的。由此优选地，主子环区段18是相同的部件。附加地或备选地，侧子环区段21同样是相同的部件。
在图4中显示的示例中，主子环19或从属的区段18分别具有大于两个侧子环20或从属的区段21的轴向的壁厚28的轴向的壁厚27。优选地，主子环19的壁厚27比相应的侧子环20的轴向壁厚28大至少50%。尤其地，主子环29在其壁厚27方面尺寸设计成约为侧子环20的两倍。
与图2的图示不同地，在此提出的分段的承载环13也可在稍后、即在转子7已经被插入定子罩壳12中时围绕转子7安装到定子罩壳12中。同样可拆卸承载环13，而不必为此从定子罩壳12中拆卸转子7。
参考标号列表
1 燃气涡轮设备
2 压缩机
3 高压燃烧室，第一燃烧室
4 高压燃气涡轮，第一涡轮
5 低压燃烧室，第二燃烧室
6 低压燃气涡轮，第二涡轮
7 转子
8 旋转轴线
9 2的动叶片
10 4的动叶片
11 6的动叶片
12 定子罩壳
13 承载环
14 装配辅助件
15 部件
16 导叶
17 热防护屏
18 19的区段
19主子环
20侧子环
21 20的区段
22旋拧件
23螺栓
24孔
25孔
26孔
27 19的壁厚
28 20的壁厚

Claims (11)

1. 一种用于燃气涡轮设备(1)的承载环，所述燃气涡轮设备包括至少一个压缩机、至少一个在所述压缩机下游运行的燃烧室以及至少一个位于所述燃烧室下游的且利用来自所述燃烧室的热气加载的涡轮，其中，所述压缩机和所述涡轮的动叶片布置在共同的转子轴上，其特征在于，承载环(13)承载所述涡轮(4)的导叶(16)和/或热防护屏(17)并且可固定在所述燃烧室(3)处，并且所述承载环(13)至少在其导叶(16)和/或其热防护屏(17)的区域中在周向上分段并且具有至少两个环形区段(18)，所述环形区段承载所述导叶(16)和/或所述热防护屏(17)。
2. 根据权利要求1所述的承载环，其特征在于，所述燃气涡轮设备基本上由包含至少一个压缩机的压缩机单元、在所述压缩机单元下游作用的第一燃烧室、在所述第一燃烧室下游作用的第一涡轮、在所述第一涡轮下游作用的第二燃烧室、在所述第二燃烧室下游作用的第二涡轮组成，并且所述承载环(13)承载至少所述第一涡轮(4)的导叶(16)和/述热防护屏(17)并且至少固定在所述第一燃烧室(13)处。
3. 根据权利要求1或2所述的承载环，其特征在于，所述承载环(13)此外在轴向方向上被划分并且具有在周向上分段的、承载所述导叶(16)和/或所述热防护屏(17)的主子环(19)以及至少一个在周向上分段的侧子环(20)。
4. 根据权利要求3所述的承载环，其特征在于，所述承载环(13)具有两个分段的侧子环(20)，这两个侧子环布置在所述主子环(19)两侧。
5. 根据权利要求4所述的承载环，其特征在于，所述两个侧子环(20)是相同的。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的承载环，其特征在于，所述主子环(19)的环形区段(18)相对于相应的侧子环(20)的环形区段(21)在周向上错位地布置。
7. 根据权利要求3至6中任一项所述的承载环，其特征在于，所述主子环(19)的轴向壁厚(27)比相应的侧子环(20)的轴向壁厚(28)大至少50%。
8. 根据权利要求3至7中任一项所述的承载环，其特征在于，相应的侧子环(20)具有刚好四个环形区段(21)，和/或相应的侧子环(20)对称地分段。
9. 根据权利要求3至8中任一项所述的承载环，其特征在于，所述主子环(19)具有刚好四个环形区段(18)，和/或所述主子环(19)对称地分段。
10. 根据权利要求3至9中任一项所述的承载环，其特征在于，所述主子环(19)与相应的侧子环(20)利用旋拧件连接在一起。
11. 一种燃气涡轮设备，尤其地用于驱动发电机以在发电设备中产生电流，该燃气涡轮设备具有：
至少一个压缩机(2)，
布置在所述压缩机(2)之后的第一燃烧室(3)，
布置在所述第一燃烧室(3)之后的第一涡轮(4)，
布置在所述第一涡轮(4)之后的第二燃烧室(5)，
布置在所述第二燃烧室(5)之后的第二涡轮(6)，
其中，至少所述第一涡轮(4)具有根据权利要求1至10中任一项所述的承载环(13)，该承载环至少固定在所述第一燃烧室(3)处。
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