DE102008005480A1 - Gas turbine, has running-in layer connected with material feeder, which contains air-hardening material, where running-in layer is provided with material openings that are formed by pores of material of running-in layer - Google Patents

Gas turbine, has running-in layer connected with material feeder, which contains air-hardening material, where running-in layer is provided with material openings that are formed by pores of material of running-in layer Download PDF

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Abstract

The turbine has blades provided with a free end, and a running-in layer (6) formed adjacent to the free end of the blades at a circular housing region (9). The running-in layer is connected with a material feeder (2), which contains an air-hardening material (1). The running-in layer is provided with material openings that are formed by pores of the material of the running-in layer. The running-in layer is arranged in a circular bag of a running-in layer carrier (4), which is provided with recesses (7) for conducting the air-hardening material. An independent claim is also included for a method for running-in of free end regions of blades of a compressor of a gas turbine.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The invention relates to a gas turbine according to the Features of the preamble of claim 1.

Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf eine Gasturbine mit einem Verdichter, welcher zumindest eine Reihe von Schaufeln umfasst, wobei die Schaufeln jeweils mit einem freien Ende versehen sind, wobei angrenzend an das freie Ende der Schaufel an einem ringförmigen Gehäusebereich und/oder an einem ringförmigen Trommelbereich eine Einlaufschicht ausgebildet ist.in the More specifically, the invention relates to a gas turbine with a Compressor comprising at least one row of blades, wherein the blades are each provided with a free end, wherein adjacent to the free end of the blade on an annular Housing area and / or on an annular Drum area is formed an inlet layer.

Heutige Axialkompressoren (Verdichter) bestehen aus einem Rotor mit mindestens einer Laufschaufelreihe und einem Gehäuse. Diese Laufschaufelreihe soll zu dem Gehäuse einen möglichst kleinen Abstand haben, um Wirkungsgradverluste zu vermeiden. Um im Falle eines Anstreifens der Laufschaufeln Schäden zu vermeiden, sind im Gehäuse Einlaufbeläge eingebracht. Im Falle des Anstreifens werden Bereiche des Einlaufbelages abgetragen.today Axial compressors (compressors) consist of a rotor with at least a blade row and a housing. This blade row should be the smallest possible distance to the housing have to avoid loss of efficiency. In case of painting the blades to avoid damage are in the housing Inlet linings introduced. In the case of painting, areas become removed the inlet lining.

Es sind verschiedenste Lösungen vorbekannt, die das Spaltverhalten zu optimieren versuchen. Oftmals wird versucht, mittels Luftströmungen das thermische Verhalten der Gehäuse dem des Rotors anzupassen, wie z. B. US 7,086,233 . Andere Lösungen versuchen mit mechanischen Mitteln den Spalt zu minimieren.Various solutions are already known which attempt to optimize the splitting behavior. Often attempts to adapt by means of air currents, the thermal behavior of the housing that of the rotor, such. B. US 7,086,233 , Other solutions try to minimize the gap by mechanical means.

Der Laufspalt zwischen den Rotorschaufeln und dem Gehäuse wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst:

  • 1. Zentrifugallasten durch den Rotor und die Schaufeln,
  • 2. Thermische Bewegungen, wobei das Gehäuse meistens thermisch schneller reagiert, als der Rotor,
  • 3. Elastische Dehnungen der Rotoren und Gehäuse durch Flugmanöver,
  • 4. Thermische Dehnungen von Rotoren und Gehäusen nach dem Abschalten des Triebwerkes.
The running gap between the rotor blades and the housing is influenced by several factors:
  • 1. Centrifugal loads through the rotor and the blades,
  • 2. Thermal movements, where the housing mostly reacts thermally faster than the rotor,
  • 3. Elastic stretching of the rotors and housings by flight maneuvers,
  • 4. Thermal expansions of rotors and housings after switching off the engine.

Der letztgenannte Faktor ist schwer zu kontrollieren.Of the The latter factor is difficult to control.

Unter normalen Betriebsbedingungen und mit herkömmlichen Einlaufbelägen wird der Spalt so eingestellt, dass die Rotorschaufeln nur sehr leicht oder gar nicht in dieser Einlaufschicht einlaufen. So wird sichergestellt, dass bei normalen Bedingungen ein kleiner Spalt existiert. Unter extremen Betriebsbedingungen kann das Rotorblatt in diese Einlaufschichten stärker einlaufen und dort Material abnehmen.Under normal operating conditions and conventional inlet coverings the gap is adjusted so that the rotor blades only very run in easily or not at all in this running-in layer. So will ensured that under normal conditions a small gap exist. Under extreme operating conditions, the rotor blade can enter into these inlet layers stronger and there material lose weight.

Nachteilig ist dabei, dass auch bei normalen Betriebsbedingungen ein größerer Spalt zwischen den Rotorschaufeln und der Einlaufschicht vorhanden ist, was einen negativen Einfluss auf die Pumpgrenze und den Wirkungsgrad hat.adversely is that even under normal operating conditions a larger Gap between the rotor blades and the inlet layer present is what has a negative impact on the surge line and the efficiency Has.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine sowie ein Verfahren zum Einlaufen von Schaufeln zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Wirksamkeit die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und ein hohes Maß an Betriebssicherheit aufweist.Of the Invention is based on the object, a gas turbine and a To provide a method of running in blades, which in a simple structure and simple, reliable operation the disadvantages of the state avoid technology and a high degree of operational safety having.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination der unabhängigen Ansprüche gelöst, die jeweiligen Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the task by the feature combination of the independent Claims solved, the respective subclaims show further advantageous embodiments of the invention.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Einlaufschicht porös ausgebildet ist und mit einem luftaushärtenden Material beaufschlagt werden kann.According to the invention thus provided that the inlet layer formed porous is and subjected to an air-hardening material can be.

Das luftaushärtbare oder luftaushärtende Material ist in einer ringförmigen Vorratskammer oder in einem ringförmigen Vorratsbehälter bevorratet. Bei Berührung der Oberfläche des ringförmigen Gehäusebereichs oder des Trommelbereichs durch die freien Schaufelenden der Verdichterschaufeln wird das luftaushärtende Material freigesetzt und durch die Einlaufschicht geleitet. Durch diese dringt es bis in den Luftstrom des Ringkanals des Rotors (Verdichters) und härtet aus.The air-hardenable or air-hardening material is in an annular storage chamber or in an annular reservoir stored. When touching the surface of the annular Housing area or the drum area through the free Blade ends of the compressor blades becomes the air-hardening Material released and passed through the inlet layer. By this penetrates it into the air flow of the annular channel of the rotor (compressor) and hardens.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:in the The invention is based on an embodiment described in conjunction with the drawing. Showing:

1 eine Teil-Darstellung eines Verdichters oder Kompressors einer erfindungsgemäß zu verwendenden Gasturbine; 1 a partial view of a compressor or compressor of a gas turbine to be used according to the invention;

2 eine vergrößerte Detailansicht einer Einlaufschicht gemäß dem Stand der Technik; und 2 an enlarged detail view of an inlet layer according to the prior art; and

3 eine vergrößerte Darstellung, analog 2, der erfindungsgemäßen Ausgestaltung. 3 an enlarged view, analog 2 , the embodiment of the invention.

Die 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer Teildarstellung eines Verdichters oder Kompressors einer erfindungsgemäß zu verwendenden Gasturbine. Dabei ist in einem ringförmigen Gehäusebereich 15 ein Rotor 14 (Rotortrommel) drehbar gelagert, so wie dies der Stand der Technik zeigt. Der Rotor 14 umfasst einen Trommelbereich 13, an welchem Reihen von Rotorschaufeln 11 gelagert sind. Alternierende Reihen von Statorschaufeln 18 sind an dem ringförmigen Gehäusebereich 15 gelagert. Hierdurch wird ein Verdichter 12 gebildet, so wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.The 1 shows a schematic structure of a partial view of a compressor or compressor of a gas turbine to be used according to the invention. It is in an annular housing area 15 a rotor 14 (Rotor drum) rotatably mounted, as shown in the prior art. The rotor 14 includes a drum area 13 on which rows of rotor blades 11 are stored. Alternating rows of stator blades 18 are on the annular housing portion 15 stored. This will be a compressor 12 formed as known from the prior art.

Freie Schaufelenden 16 der Rotorschaufeln 11 und Statorschaufeln 18 legen sich mit einem geringen Spalt an der Wandung eines Gehäuses 9 bzw. der Rotortrommel an. Dabei ist erfindungsgemäß eine Einlaufschicht 6 vorgesehen, um den Abstand der freien Schaufelenden von der Oberfläche des Gehäuses 9 bzw. des Trommelbereichs 13 durch Einlaufen einstellen zu können.Free shovel ends 16 the rotor blades 11 and stator blades 18 lie with a small gap on the wall of a housing 9 or the rotor drum. In this case, according to the invention is an inlet layer 6 provided the distance of the free blade ends from the surface of the housing 9 or the drum area 13 to be able to stop by running in.

Bei der Erfindung ist nunmehr folgendes vorgesehen:
Erfindungsgemäß wird bevorzugterweise ein bei Luft aushärtendes (luftaushärtbares) Material 1, z. B. Silikon, verwendet. Dieses wird in einem Vorratsbehälter 2 hinter dem Einlaufschichtträger bevorratet. Die Wandung des Vorratsbehälters 2 ist flexibel ausgebildet, sie besteht beispielsweise aus einer Kunststofffolie 3.The invention now provides the following:
According to the invention is preferably an air-curing (air-curable) material 1 , z. As silicone used. This is in a storage container 2 stored behind the inlet layer carrier. The wall of the reservoir 2 is flexible, it consists for example of a plastic film 3 ,

Auf einem Einlaufschichtträger 4 ist eine Einlaufschicht 6 aufgebracht. Durch Löcher/Ausnehmungen 7 im Einlaufschichtträger 4 kann das luftaushärtbare Material (Aushärtmasse) zur Einlaufschicht 6 gelangen.On a run-in layer carrier 4 is an enema layer 6 applied. Through holes / recesses 7 in the inlet layer carrier 4 can the air-hardenable material (curing mass) to the inlet layer 6 reach.

Erfindungsgemäß besteht die Grundschicht der Einlaufschicht 6 aus einem porösen Grundstoff oder weist feine Röhrchen auf. Eine oberste Schicht 8 der Einlaufschicht 6, welche den freien Schaufelenden 16 zugewandt ist, ist luftundurchlässig. Über ein Zuführrohr 17 kann druckbeaufschlagte Luft über das Gehäuse 9 in eine Kammer 10 geleitet werden und einen Druck auf die Wandung des Vorratsbehälters 2 ausüben.According to the invention, the base layer of the inlet layer 6 from a porous base material or has fine tubes. A top layer 8th the inlet layer 6 , which the free shovel ends 16 facing, is impermeable to air. Via a feed tube 17 can pressurized air through the housing 9 in a chamber 10 be directed and a pressure on the wall of the reservoir 2 exercise.

Ein Spalt zwischen den Rotorschaufeln 11 und der Einlaufschicht 6 wird erfindungsgemäß so eingestellt, dass unter normalen Betriebsbedingungen die Deckschicht 8 (obere Schicht) nicht beschädigt wird. Kommt es bei einem extremen Manöver zu einem Einlaufen der Rotorschaufeln 11 in die Deckschicht 8, wird diese abgetragen. Hierdurch wird die Grundstruktur der Einlaufschicht 6 freigelegt.A gap between the rotor blades 11 and the enema layer 6 is adjusted according to the invention that under normal operating conditions, the topcoat 8th (upper layer) is not damaged. Does it come in an extreme maneuver to a run-in of the rotor blades 11 in the topcoat 8th , this is removed. As a result, the basic structure of the inlet layer 6 exposed.

Nun setzt der erfindungsgemäß vorgesehene Selbstheilungsprozess ein. Das luftaushärtende Material (Aushärtmasse) wird an der beschädigten Stelle durch die Einlaufschicht 6 gedrückt und kommt mit dem Luftsauerstoff des Verdichters 12 in Verbindung und härtet dabei aus.Now, the invention provided self-healing process begins. The air-hardening material (hardening compound) gets into the damaged area through the inlet layer 6 pressed and comes with the atmospheric oxygen of the compressor 12 in connection and hardens.

Das Spaltverhalten eines Triebwerkes ist schwer zu kontrollieren. Die Erfindung erlaubt es, dass sich die Einlaufschicht selbst regeneriert und der Laufspalt wenigstens teilweise wieder hergestellt wird.The Splitting behavior of an engine is difficult to control. The Invention allows the run-in layer to regenerate itself and the running gap is at least partially restored.

11
Luftaushärtendes/luftaushärtbares MaterialLuftaushärtendes / luftaushärtbares material
22
Vorratsbehälter/MaterialzuführungsvorrichtungReservoir / material feeder
33
Elastische Folie/Kunststofffolieelastic Foil / plastic film
44
EinlaufschichtträgerIncoming substrate
55
Ringkanal des Rotorsannular channel of the rotor
66
Einlaufschichtrunning-in layer
77
Loch/AusnehmungHole / recess
88th
Oberste Schicht/DeckschichtTop Layer / top coat
99
Gehäusecasing
1010
Kammerchamber
1111
Rotorschaufelnrotor blades
1212
Verdichtercompressor
1313
Trommelbereichdrum area
1414
Rotor/TrommelRotor / drum
1515
Ringförmiger Gehäusebereichannular housing area
1616
Freies SchaufelendeFree blade end
1717
Zufuhrrohrsupply pipe
1818
Statorschaufelnstator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 7086233 [0004] US 7086233 [0004]

Claims (11)

Gasturbine mit einem Verdichter (12), welcher zumindest eine Reihe von Schaufeln (11) umfasst, wobei die Schaufeln (11) jeweils mit einem freien Ende (16) versehen sind, wobei angrenzend an das freie Ende (16) der Schaufel (11) an einem ringförmigen Gehäusebereich (15, 9) eine Einlaufschicht (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufschicht (6) mit einer Materialzuführvorrichtung (2) verbunden ist, welche ein luftaushärtendes Material (1) enthält, und dass die Einlaufschicht (6) mit Materialdurchtrittsöffnungen versehen ist.Gas turbine with a compressor ( 12 ), which comprises at least one row of blades ( 11 ), the blades ( 11 ) each with a free end ( 16 ), wherein adjacent to the free end ( 16 ) of the blade ( 11 ) on an annular housing area ( 15 . 9 ) an enema layer ( 6 ), characterized in that the inlet layer ( 6 ) with a material feed device ( 2 ), which is an air-hardening material ( 1 ) and that the enema layer ( 6 ) is provided with material passage openings. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdurchtrittsöffnungen der Einlaufschicht (6) durch Poren des Werkstoffs der Einlaufschicht (6) gebildet sind.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the material passage openings of the inlet layer ( 6 ) through pores of the material of the inlet layer ( 6 ) are formed. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialdurchtrittsöffnungen der Einlaufschicht (6) durch feine Röhrchen des Werkstoffs der Einlaufschicht (6) gebildet sind.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the material passage openings of the inlet layer ( 6 ) through fine tubes of the material of the inlet layer ( 6 ) are formed. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufschicht (6) in einer ringförmigen Tasche eines Einlaufschichtträgers (4) angeordnet ist, welcher mit Ausnehmungen (7) zur Durchleitung des luftaushärtenden Materials versehen ist.Gas turbine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inlet layer ( 6 ) in an annular pocket of an enema support ( 4 ) is arranged, which with recesses ( 7 ) is provided for the passage of the air-hardening material. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Einlaufschichtträgers (4) ein ringförmiger Vorratsbehälter (2) ausgebildet ist, welcher elastisch ausgebildet und luftdicht verschlossen ist und aus welchem durch Druckbeaufschlagung (Luft oder auch durch Zentrifugalkräfte) das luftaushärtende Material in die Einlaufschicht (6) eingebracht wird.Gas turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that outside the run-in layer carrier ( 4 ) an annular reservoir ( 2 ) is formed which is elastically formed and hermetically sealed and from which by pressurization (air or by centrifugal forces) the air-hardening material in the inlet layer ( 6 ) is introduced. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass radial angrenzend an die Vorratsbehälter (2) eine mit Druckluft beaufschlagbare ringförmige Kammer (10) in dem Gehäuse (9) ausgebildet ist.Gas turbine according to one of claims 1 to 5, characterized in that radially adjacent to the reservoir ( 2 ) a pressurizable annular chamber ( 10 ) in the housing ( 9 ) is trained. Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (10) mittels einer elastischen Folie gegen den Vorratsbehälter (2) abgegrenzt ist.Gas turbine according to claim 6, characterized in that the chamber ( 10 ) by means of an elastic film against the reservoir ( 2 ) is delimited. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das luftaushärtende Material Silikon umfasst.Gas turbine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the air-hardening material Silicone includes. Verfahren zum Einlaufen von freien Endbereichen (16) von Schaufeln (11) eines Verdichters (12) einer Gasturbine, wobei die Endbereiche (16) mit zumindest einer im Wesentlichen ringförmigen Einlaufschicht (6) eines ringförmigen Gehäusebereichs (15, 9) in Kontakt gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (15) der Einlaufschicht (6) mit einem luftaushärtbaren Material beaufschlagbar ist.Method for entering free end regions ( 16 ) of blades ( 11 ) of a compressor ( 12 ) of a gas turbine, wherein the end regions ( 16 ) with at least one substantially annular inlet layer ( 6 ) of an annular housing region ( 15 . 9 ), characterized in that a surface ( 15 ) of the enema layer ( 6 ) can be acted upon with an air-hardenable material. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als luftaushärtbares Material Silikon verwendet wird.Method according to claim 11, characterized in that silicone is used as the air-hardenable material. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderes aushärtbares Material verwendet wird.Method according to claims 11 and 12, characterized that another hardenable material is used.
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