DE102010045976B4

DE102010045976B4 - turbomachinery

Info

Publication number: DE102010045976B4
Application number: DE102010045976A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bayer Erwin; Dr. Hiller Sven-J.
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2010-09-18
Filing date: 2010-09-18
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2030-09-19
Also published as: DE102010045976A1

Abstract

Turbomaschine, insbesondere Gasturbine, mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Rotor Laufschaufeln und der Stator ein Gehäuse und Leitschaufeln aufweist, wobei die rotorseitigen Laufschaufeln mindestens einen Laufschaufelkranz bilden, wobei der oder jeder Laufschaufelkranz an einem radial außen liegenden Ende an einen statorseitigen Innenring bzw. Mantelring (10) des Gehäuses angrenzt, von demselben umgeben ist und mit demselben einen Spalt begrenzt, wobei der jeweilige Mantelring (10) einen Einlaufbelag (16) für die radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln des jeweiligen Laufschaufelkranzes trägt, wobei der Mantelring (10) zumindest abschnittsweise aus aneinandergrenzen Metallen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet ist, um so bei einer Temperierung des Mantelrings (10) eine radiale Verkürzung oder eine radiale Verlängerung des Mantelrings (10) zur Spaltmaßhaltung zwischen dem vom Mantelring (10) getragenen Einlaufbelag (16) und den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln des jeweiligen Laufschaufelkranzes bereit zu stellen.A turbomachine, in particular a gas turbine, with a stator and a rotor, wherein the rotor blades and the stator comprises a housing and vanes, wherein the rotor-side blades form at least one blade ring, wherein the or each blade ring at a radially outer end to a stator-side inner ring or The outer ring (10) of the housing is adjacent, surrounded by the same and limited with the same a gap, wherein the respective shroud (10) carries an inlet lining (16) for the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring, wherein the shroud ( 10) is at least partially formed of contiguous metals with different coefficients of thermal expansion, so at a temperature of the shroud (10) a radial shortening or a radial extension of the shroud (10) for Spaltmaßhaltung between the shroud (10) worn inlet lining (16) un d to provide the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbomaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 5, wie aus der Druckschrift DE 10 2009 043 860 A1 bekannt ist.The invention relates to a turbomachine according to the preamble of claim 1 or 5, as from the document DE 10 2009 043 860 A1 is known.

Aus der DE 10 2004 037 955 A1 ist eine Turbomaschine mit einem Stator und einem Rotor bekannt, wobei der Rotor Laufschaufeln und der Stator ein Gehäuse und Leitschaufeln aufweist. Die rotorseitigen Laufschaufeln bilden mindestens einen Laufschaufelkranz, der an einem radial außen liegenden Ende an eine radial innen liegende Gehäusewand des Gehäuses angrenzt, von derselben umgeben ist und mit derselben einen radialen Spalt begrenzt. Die radial innen liegende Gehäusewand des Gehäuses wird auch als Innenring bzw. Mantelring bezeichnet und dient insbesondere als Träger für einen Einlaufbelag. Der Innenring bzw. Mantelring kann segmentiert und demnach aus mehreren Mantelringsegmenten zusammengesetzt sein, wobei ein Mantelringsegment auch als Shroud bezeichnet wird.From the DE 10 2004 037 955 A1 For example, a turbomachine including a stator and a rotor is known, wherein the rotor includes rotor blades and the stator includes a housing and vanes. The rotor-side blades form at least one blade ring, which is adjacent at a radially outer end to a radially inner housing wall of the housing, is surrounded by the same and defines a radial gap with the same. The radially inner housing wall of the housing is also referred to as inner ring or shroud and serves in particular as a carrier for an inlet lining. The inner ring or sheath ring can be segmented and therefore composed of several shroud segments, wherein a shroud segment is also referred to as Shroud.

Aus der Druckschrift JP S58-202307 A ist eine Turbomaschine bekannt, bei welcher der Wärmeaus- dehnungskoeffizient von Dichtrippen im Mantelring größer ist als der des Deckbandes eines Laufschaufelkranzes, um den Dichtspalt zu minimieren. Aus der Druckschrift JP S59-015605 A ist ebenfalls eine Turbomaschine bekannt, die den Dichtspalt bei Bedarf minimiert.From the publication JP S58-202307 A For example, a turbomachine is known in which the thermal expansion coefficient of sealing ribs in the shroud ring is greater than that of the shroud of a rotor blade ring in order to minimize the sealing gap. From the publication JP S59-015605 A is also known a turbomachine, which minimizes the sealing gap when needed.

Aus der DE 10 2004 037 955 A1 ist weiterhin bekannt, dass der Spalt zwischen dem Mantelring des Gehäuses und dem radial außen liegenden Ende des oder jedes Laufschaufelkranzes zur Bereitstellung eines sogenannten Active Clearance Control über Stelleinrichtungen in seinem Spaltmaß eingestellt bzw. angepasst werden kann, um so automatisch den Spalt zu beeinflussen und über alle Betriebsbedingungen eine optimale Spalthaltung zu gewährleisten. Dabei ist nach diesem Stand der Technik jedem Mantelringsegmenten des Mantelrings eine Stelleinrichtung zugeordnet ist, die vorzugsweise als elektro-mechanische Aktuatoren ausgeführt sind. Auf diese Art und weise kann ein aktives Spaltmaßhaltungsprinzip bereitgestellt werden.From the DE 10 2004 037 955 A1 It is also known that the gap between the casing ring of the housing and the radially outer end of the or each blade ring for providing a so-called Active Clearance Control via adjusting devices can be adjusted or adjusted in its gap, so as to automatically influence the gap and over all operating conditions to ensure an optimal gap. In this case, an adjusting device is assigned to each shroud segments of the shroud according to this prior art, which are preferably designed as electro-mechanical actuators. In this way, an active Spaltmaßhaltungsprinzip be provided.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine Turbomaschine mit einem neuartigen Spaltmaßhaltungsprinzip zu schaffen.On this basis, the present invention is based on the problem to provide a turbomachine with a novel Spaltmaßhaltungsprinzip.

Dieses Problem wird nach einem ersten Aspekt der Erfindung durch eine Turbomaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.This problem is solved according to a first aspect of the invention by a turbomachine according to claim 1.

Hiernach ist der Mantelring zumindest abschnittsweise aus aneinandergrenzen Metallen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, um so bei einer Temperierung des Mantelrings eine radiale Verkürzung oder eine radiale Verlängerung des Mantelrings zur Spaltmaßhaltung zwischen dem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln des jeweiligen Laufschaufelkranzes bereit zu stellen. Ferner ist der Mantelring bzw. sind die Segmente des Mantelrings als Hohlstruktur mit einer radial äußeren Wand, mit einer radial inneren Wand, welche den Einlaufbelag trägt, und mit die radial äußere Wand und die radial innere Wand verbindenden Seitewänden gebildet, wobei zumindest die Seitewänden aus aneinandergrenzen Metalllagen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoefizienten gebildet sindThereafter, the shroud is at least partially formed of contiguous metals with different coefficients of thermal expansion, so as a tempering of the shroud a radial shortening or a radial extension of the shroud for Spaltmaßhaltung between the casing ring worn inlet lining and the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring to provide. Further, the shroud or the segments of the shroud are formed as a hollow structure with a radially outer wall, with a radially inner wall, which carries the inlet lining, and with the radially outer wall and the radially inner wall connecting side walls, wherein at least the side walls of contiguous metal layers are formed with different thermal expansion coefficients

Nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung kann eine Spaltmaßhaltung zwischen den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln und dem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag dadurch bereitgestellt werden, dass der Mantelring bzw. Mantelringsegmente desselben durch eine Temperierung bzw. thermische Belastung verformt, nämlich radial verkürzt oder radial verlängert wird bzw. werden. Durch eine radiale Verkürzung oder Verlängerung des Mantelrings bzw. der Segmente derselben kann das Spaltmaß des Spalts zwischen dem Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der Leitschaufeln einhalten werden.According to the first aspect of the present invention, a Spaltmaßhaltung between the radially outer ends of the rotor-side blades and the mantle ring worn inlet lining can be provided by the fact that the shroud or shroud segments of the same deformed by a temperature or thermal load, namely radially shortened or is extended radially or become. By a radial shortening or extension of the shroud or the segments thereof, the gap of the gap between the inlet lining and the radially outer ends of the vanes can be maintained.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird dieses Problem durch eine Turbomaschine gemäß Anspruch 5 gelöst. Hiernach sind die Laufschaufeln des jeweiligen Laufschaufelkranzes zumindest abschnittsweise aus aneinandergrenzen Metallen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, um so bei einer Temperierung der Laufschaufeln eine radiale Verkürzung oder eine radiale Verlängerung der Laufschaufeln zur Spaltmaßhaltung zwischen dem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln des jeweiligen Laufschaufelkranzes bereit zu stellen.According to a second aspect of the invention, this problem is solved by a turbomachine according to claim 5. Thereafter, the blades of the respective blade ring are at least partially formed of contiguous metals with different coefficients of thermal expansion, so at a tempering of the blades a radial shortening or a radial extension of the blades for Spaltmaßhaltung between the mantle ring worn inlet lining and the radially outer ends of the rotor-side blades to provide the respective blade ring.

Nach dem zweiten Aspekt der Erfindung erfolgt die Spaltmaßhaltung zwischen dem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln dadurch, dass bei einer thermischen Beeinflussung bzw. Temperierung der Laufschaufeln dieselben einer radialen Verkürzung oder radialen Verlängerung unterliegen.According to the second aspect of the invention, the Spaltmaßhaltung between the mantle ring worn inlet lining and the radially outer ends of the rotor-side blades is characterized in that subject to a thermal influence or temperature control of the blades of a radial shortening or radial extension.

Insbesondere dann, wenn der Mantelring sowohl nach dem ersten Aspekt der Erfindung als auch nach dem zweiten Aspekt der Erfindung aus mehreren Mantelringsegmenten zusammengesetzt ist, ist es mit der hier vorliegenden Erfindung möglich, auch eine sich im Betrieb gegebenenfalls ausbildende Ovalisierung des Ringspalts zwischen dem Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der Laufschaufeln auszugleichen.In particular, when the shroud is composed both of the first aspect of the invention as well as according to the second aspect of the invention of a plurality of shroud segments, it is possible with the present invention, also optionally in operation to compensate for evolving ovalization of the annular gap between the inlet lining and the radially outer ends of the blades.

Die beiden erfindungsgemäßen Aspekte können auch in Kombination miteinander an einer Turbomaschine zum Einsatz kommen.The two aspects according to the invention can also be used in combination with one another on a turbomachine.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:Preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:

1 eine schematisierte Darstellung eines ersten, Mantelringsegments einer erfindungsgemäßen Turbomaschine; 1 a schematic representation of a first, outer ring segment of a turbomachine according to the invention;

2 eine schematisierte Darstellung eines zweiten, alternativen Mantelringsegments einer erfindungsgemäßen Turbomaschine; 2 a schematic representation of a second, alternative shroud segment of a turbomachine according to the invention;

3 eine schematisierte Darstellung eines dritten, alternativen Mantelringsegments einer erfindungsgemäßen Turbomaschine; und 3 a schematic representation of a third, alternative shroud segment of a turbomachine according to the invention; and

4 eine schematisierte Darstellung einer Laufschaufel einer erfindungsgemäßen Turbomaschine. 4 a schematic representation of a blade of a turbomachine according to the invention.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Turbomaschine, insbesondere eine Gasturbine.The present invention relates to a turbomachine, in particular a gas turbine.

Aus der Praxis ist es bereits bekannt, dass eine derartige Turbomaschine über einen Stator und einen Rotor verfügt, wobei der Rotor rotorseitige Laufschaufeln und der Statur ein statorseitiges Gehäuse sowie statorseitige Leitschaufeln aufweist.From practice, it is already known that such a turbomachine has a stator and a rotor, wherein the rotor rotor-side blades and the stature has a stator-side housing and stator-side vanes.

Die rotorseitigen Laufschaufeln des Rotors der Turbomaschine bilden mindestens einen Laufschaufelkranz, wobei der oder jeder Laufschaufelkranz an einem radial außen liegenden Ende an einen statorseitigen Mantelring des Gehäuses angrenzt. Der Mantelring ist vorzugsweise segmentiert und demnach aus mehreren Mantelringsegmenten ausgebildet, die auch als Shroud bezeichnet werden. Der Mantelring umgibt die radial außen liegenden Enden des oder jedes Laufschaufelkranzes und begrenzt mit dem jeweiligen Laufschaufelkranz einen Spalt. Zur Bereitstellung eines guten Wirkungsgrads der Turbomaschine ist es erforderlich, das Spaltmaß dieses Spalts über den gesamten Betriebsbereich der Turbomaschine exakt einzuhalten. Der Mantelring trägt dabei einen Einlaufbelag für die radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufel.The rotor-side blades of the rotor of the turbomachine form at least one blade ring, wherein the or each blade ring adjacent to a radially outer end of a stator-side shroud of the housing. The shroud ring is preferably segmented and therefore formed from a plurality of shroud segments, which are also referred to as shrouds. The shroud surrounds the radially outer ends of the or each blade ring and defines a gap with the respective blade ring. To provide a good efficiency of the turbomachine, it is necessary to exactly maintain the gap of this gap over the entire operating range of the turbomachine. The shroud thereby carries an inlet lining for the radially outer ends of the rotor-side blade.

Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun konstruktive Details einer solchen Turbomaschine, mithilfe derer eine besonders effektive und einfache Spaltmaßhaltung des Spalts zwischen dem Mantelring des Gehäuses und den rotorseitigen Laufschaufeln bzw. dem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln möglich ist.The present invention relates now to constructive details of such a turbomachine, by means of which a particularly effective and simple Spaltmaßhaltung the gap between the outer ring of the housing and the rotor-side blades or the jacket ring worn inlet lining and the radially outer ends of the rotor-side blades is possible.

Nach einem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung ist zur Bereitstellung einer Spaltmaßhaltung der Mantelring zumindest abschnittsweise aus aneinandergrenzenden Metallen bzw. Metalllagen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, um so bei einer Temperierung des Mantelrings eine radiale Verkürzung oder eine radiale Verlängerung desselben zur Spaltmaßhaltung zwischen dem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln des jeweiligen Laufschaufelkranzes bereitzustellen.According to a first aspect of the present invention, to provide a Spaltmaßhaltung the shroud is at least partially formed of adjacent metals or metal layers with different coefficients of thermal expansion, so at a temperature of the shroud a radial shortening or a radial extension of the same for Spaltmaßhaltung between worn by the shroud To provide inlet lining and the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen Mantelring 10 bzw. ein Mantelringsegment 11 desselben, welches nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Das in 1 im Querschnitt gezeigte Mantelringsegment 11 ist als Hohlstruktur mit einer radial äußeren Wand 12, einer radial inneren Wand 13 und zwei die radial äußere Wand 12 und die radial innere Wand 13 verbindenden Seitenwänden 14 und 15 gebildet, wobei die radial innere Wand 13 einen Einlautbelag 16 trägt. 1 shows a cross section through a shroud 10 or a shroud segment 11 of the same, which is formed according to the first aspect of the present invention. This in 1 Shroud segment shown in cross section 11 is as a hollow structure with a radially outer wall 12 , a radially inner wall 13 and two, the radially outer wall 12 and the radially inner wall 13 connecting side walls 14 and 15 formed, with the radially inner wall 13 an inlay covering 16 wearing.

Über eine der radial äußeren Wand 12 zugeordnete Aufhängung 17 kann das Mantelringsegment 11 in eine Gehäusestruktur eingehängt werden.Over one of the radially outer wall 12 associated suspension 17 can the shroud segment 11 be hung in a housing structure.

Gemäß 1 sind die Seitenwände 14 und 15 des Mantelrings 10 bzw. Mantelringsegments 11 aus aneinandergrenzenden Metalllagen 18 und 19 gebildet, wobei die aneinandergrenzenden Metalllagen 18 und 19 unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.According to 1 are the side walls 14 and 15 of the sheath ring 10 or shroud segment 11 from adjacent metal layers 18 and 19 formed, with the adjacent metal layers 18 and 19 have different thermal expansion coefficients.

Nach einer ersten Variante des ersten Aspekts der Erfindung weisen dabei die äußeren Metalllagen 19 der Seitenwände 14 und 15 einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die inneren Metalllagen 18 der Seitenwände 14 und 15 auf, sodass bei einer Erwärmung der Seitenwände 14 und 15 zur Spaltmaßhaltung die radial innere Wand 13 und damit der Einlaufbelag 16 nach radial innen verlagert wird. Dann, wenn nach einer zweiten Variante des ersten Aspekts der Erfindung die inneren Metalllagen 18 der Seitenwände 14 und 15 einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen als die äußeren Metalllagen 19 der Seitenwände 14 und 15, kann bei einer Erwärmung der Seitenwände 14 und 15 die radial innere Wand 13 und damit der Einlaufbelag 16 zur Spaltmaßhaltung nach radial außen verlagert werden.According to a first variant of the first aspect of the invention, in this case, the outer metal layers 19 the side walls 14 and 15 a higher thermal expansion coefficient than the inner metal layers 18 the side walls 14 and 15 on, so when heating the side walls 14 and 15 for Spaltmaßhaltung the radially inner wall 13 and thus the inlet lining 16 is moved radially inward. Then, according to a second variant of the first aspect of the invention, the inner metal layers 18 the side walls 14 and 15 have a higher thermal expansion coefficient than the outer metal layers 19 the side walls 14 and 15 , may cause heating of the side walls 14 and 15 the radially inner wall 13 and thus the inlet lining 16 be displaced radially outward for Spaltmaßhaltung.

Als Materialkombinationen für die innere Metalllagen 18 und äußeren Metalllagen 19 der Seitenwände 14 und 15 können Kombinationen aus Kupfer und Nickel oder Eisen und Kupfer oder aus Titan mit Stahl- oder Nickellegierungen oder auch aus Bronze und Messing eingesetzt werden. Die konkrete Materialwahl hängt vom Einsatzzweck der Turbomaschine sowie von der gewünschten Spaltänderung zur Spaltmaßhaltung ab. As material combinations for the inner metal layers 18 and outer metal layers 19 the side walls 14 and 15 Combinations of copper and nickel or iron and copper or of titanium with steel or nickel alloys or also bronze and brass can be used. The specific choice of material depends on the intended use of the turbomachine as well as the desired gap change for Spaltmaßhaltung.

Im Ausführungsbeispiel der 1 ist ein Hohlraum 20 des als Hohlstruktur ausgebildeten Mantelrings 10 bzw. Mantelringsegments 11 von einer Gasströmung durchströmt, wobei über die Temperatur der den Hohlraum 20 durchströmenden Gasströmung die Temperierung und damit thermische Belastung des Mantelrings 10 bzw. Mantelringsegments 11 realisiert wird.In the embodiment of 1 is a cavity 20 of the formed as a hollow structure sheath ring 10 or shroud segment 11 flows through a gas flow, wherein the temperature of the cavity 20 flowing gas flow, the temperature and thus thermal load of the shroud 10 or shroud segment 11 is realized.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Mantelrings 10 bzw. Mantelringsegments 11 nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung, welches hinsichtlich seines prinzipiellen Aufbaus und seiner prinzipiellen Funktionsweise dem Ausführungsbeispiel der 1 entspricht, weshalb zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. 2 shows a second embodiment of a shroud 10 or shroud segment 11 according to the first aspect of the present invention, which in terms of its basic structure and its basic operation of the embodiment of the 1 therefore, to avoid unnecessary repetition, the same reference numbers will be used for the same assemblies.

Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 lediglich dadurch, dass im Hohlraum 20 der Hohlstruktur Heizelement und/oder Kühlelemente 21 verlaufen, über die die Seitenwände 14 und 15 zur Spaltmaßhaltung temperiert werden können.The embodiment of 2 differs from the embodiment of 1 only in that in the cavity 20 the hollow structure heating element and / or cooling elements 21 run over the side walls 14 and 15 can be tempered to Spaltmaßhaltung.

Die Mantelringe 10 bzw. Mantelringsegmente der 1 und 2 sind vorzugsweise generativ hergestellt. Dabei sind die äußeren Metalllagen 19 der Seitenwände 14 und 15 auf die inneren Metalllagen 18 der Seitenwände 14 und 15 vorzugsweise durch Laserpulverauftragschweißen oder durch kaltkinetisches Kompaktieren (auch 3K Verfahren genannt) aufgebracht.The sheath rings 10 or shroud segments of the 1 and 2 are preferably produced generatively. Here are the outer metal layers 19 the side walls 14 and 15 on the inner metal layers 18 the side walls 14 and 15 preferably applied by laser powder build-up welding or by cold-kinetic compacting (also called 3K process).

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Mantelrings 10 bzw. Mantelringsegments 11 nach dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung, bei welchem die radial äußere Wand 12 als separate Baugruppe in Form eines in die Hohlstruktur des jeweiligen Mantelringsegments 11 einsetzbaren Deckels ausgebildet ist. 3 shows a third embodiment of a shroud 10 or shroud segment 11 according to the first aspect of the present invention, in which the radially outer wall 12 as a separate assembly in the form of a in the hollow structure of the respective shroud segment 11 usable lid is formed.

Diese Variante der Erfindung mit dem einsetzbaren Deckel kommt insbesondere als Ersatz für ein sogenanntes Aligner Segment zum Einsatz, wobei es sich bei einem Aligner Segment um ein loses Zwischengehäuse handelt, das nur in Umfangsrichtung gegen Verdrehen gesichert ist. Ein solches Aligner Segment dient als Abdichtung von thermischen Ausdehnungen eines Gehäuses, sodass keine heißen Gase aus dem Gehäuse entweichen können.This variant of the invention with the insertable lid is used in particular as a replacement for a so-called aligner segment, wherein an aligner segment is a loose intermediate housing which is secured against rotation only in the circumferential direction. Such an aligner segment serves as a seal for thermal expansion of a housing, so that no hot gases can escape from the housing.

Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die als Deckel ausgebildete, radial äußere Wand 12 des Mantelringsegments 11 insbesondere aus Stahl gefertigt, wohingegen die radial innen liegende Wand 13 mit den Seitenwänden 14 und 15 generativ hergestellt ist, indem zum Beispiel die äußeren Metalllagen 19 der Seitenwände 14 und 15 auf die inneren Metalllagen 18 derselben durch Laserpulverauftragschweißen oder kaltkinetisches Kompaktieren aufgebracht sind. Die radial äußere Wand 12 kann dann mit den Seitenwänden 14 und 15 durch Schweißen oder Löten verbunden werden.In the embodiment of 3 is designed as a lid, radially outer wall 12 of the shroud segment 11 especially made of steel, whereas the radially inner wall 13 with the side walls 14 and 15 is produced generatively by, for example, the outer metal layers 19 the side walls 14 and 15 on the inner metal layers 18 the same are applied by laser powder build-up welding or cold-kinetic compacting. The radially outer wall 12 can then with the sidewalls 14 and 15 be joined by welding or soldering.

Die Einlaufbeläge 16 der Mantelringsegmente 11 der 1 bis 3 können als Honeycombs oder auch als Silikonschichten ausgeführt sein, wobei als Honeycombs ausgebildete Einlaufbeläge 16 insbesondere bei Turbinen und als Silikonschichten ausgebildete Einlaufbeläge 16 insbesondere bei Verdichtern zum Einsatz kommen.The inlet coverings 16 the shroud segments 11 of the 1 to 3 can be designed as honeycombs or as silicone layers, wherein trained as honeycombs inlet coverings 16 especially in turbines and trained as silicone layers inlet linings 16 be used in particular for compressors.

Nach einem zweiten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung, der auch in Kombination mit dem ersten Aspekt der hier vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann, sind Laufschaufeln der jeweiligen Laufschaufelkränze zumindest abschnittsweise aus aneinandergrenzenden Metallen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet, um so bei einer Temperierung der Laufschaufeln eine radiale Verkürzung oder eine radiale Verlängerung der Laufschaufeln zur Spaltmaßhaltung zwischen dem Mantelring bzw. dem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag und den radial außen liegenden Enden der rotorseitigen Laufschaufeln des jeweiligen Laufschaufelkranzes bereitzustellen.According to a second aspect of the present invention, which can also be used in combination with the first aspect of the present invention, blades of the respective blade rings are at least partially formed of adjacent metals with different thermal expansion coefficients, so as to a radial temperature at a temperature of the blades Shortening or providing a radial extension of the blades for Spaltmaßhaltung between the shroud or worn by the shroud inlet lining and the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring.

4 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Laufschaufel 22 eines Laufschaufelkranzes einer Turbomaschine, wobei von der Laufschaufel 22 ein Schaufelfuß 23 und ein Schaufelblatt 24 gezeigt ist. Der Schaufelfuß 23 schließt sich radial innen an das Schaufelblatt 24 an, wobei ein radial außen liegendes Ende 25 des Schaufelblatts 24 durch den hinsichtlich seines Spaltmaßes einzuhaltenden Spalts vom Mantelring bzw. vom Einlaufbelag des Mantelrings beabstandet ist. 4 shows a highly schematic representation of a blade 22 a blade ring of a turbomachine, wherein the blade 22 a shovel foot 23 and an airfoil 24 is shown. The blade foot 23 closes radially on the inside of the blade 24 on, with a radially outer end 25 of the airfoil 24 is spaced by the gap to be observed in terms of its gap from the shroud or from the inlet lining of the shroud.

Gemäß 4 ist das Schaufelblatt 24 in Radialrichtung gekrümmt, wobei das in Radialrichtung gekrümmte Schaufelblatt 24 zumindest abschnittsweise aus aneinandergrenzenden Metallen bzw. Metalllagen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet ist.According to 4 is the airfoil 24 curved in the radial direction, wherein the radially curved airfoil 24 at least partially formed of adjacent metals or metal layers with different thermal expansion coefficients.

So zeigt 4, dass an einer nach radial innen gekrümmten Strömungswand 26 eine erste Metalllage 27 und an einer nach radial außen gekrümmten Strömungswand 28 eine zweite Metalllage 29 ausgebildet ist, die aneinandergrenzen und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bei den gekrümmten Strömungswanden 26 und 28 handelt es sich um Saugseite und Druckseite des Schaufelblatts 24 der Laufschaufel 22.So shows 4 in that on a radially inwardly curved flow wall 26 a first metal layer 27 and on a radially outwardly curved flow wall 28 a second metal layer 29 is formed, which adjoin one another and have different thermal expansion coefficients. At the curved flow walls 26 and 28 it is suction side and pressure side of the airfoil 24 the blade 22 ,

Bei einer Leistungsreduzierung dreht sich die Schaufel 24 langsamer und durch die geringeren Fliehkräfte verkürzt sich die Schaufel 24. Nach einer ersten Variante des zweiten Aspekts der hier vorliegenden Erfindung verfügt das Schaufelblatt 24 an der nach innen gekrümmten Strömungswand 26 und demnach im Bereich der Metalllage 27 über einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als an der angrenzenden, nach radial außen gekrümmten Strömungswand 28 und damit der Metalllage 29, sodass bei einer in Folge einer Leistungsreduzierung bewirkten Abkühlung des Schaufelblatts 24 sich die Metalllage 29 stärker zusammenzieht als die Metalllage 27. Diese wärmebedingte Verlängerung der Schaufel 24 ist Träger als die fliehkraftbedingte Verkürzung und findet entsprechend später statt. Das noch warme Gehäuse der Turbine schrumpft ebenfalls bei einer Leistungsreduzierung, jedoch zeitlich später als die Wärmeverlängerung. Dadurch wird eine Spaltmaßhaltung des Spalts zwischen dem radial außen liegenden Ende 25 des Schaufelblatts 24 und dem jeweiligen Mantelring 10 bzw. dem vom jeweiligen Mantelringsegment 11 getragenen Einlaufbelag 16 des Gehäuses bewirkt.With a power reduction, the blade rotates 24 slower and due to the lower centrifugal forces, the blade shortens 24 , According to a first variant of the second aspect of the present invention, the airfoil has 24 on the inwardly curved flow wall 26 and therefore in the area of the metal layer 27 over a lower thermal expansion coefficient than at the adjacent, radially outwardly curved flow wall 28 and thus the metal layer 29 such that upon cooling of the airfoil caused by a reduction in output 24 the metal layer 29 contracting more than the metal layer 27 , This heat-related extension of the blade 24 is carrier as the centrifugal force shortening and takes place later. The still warm casing of the turbine also shrinks at a power reduction, but later in time than the heat extension. As a result, a Spaltmaßhaltung the gap between the radially outer end 25 of the airfoil 24 and the respective shroud 10 or from the respective shroud segment 11 worn inlet lining 16 of the housing causes.

Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, den Mantelring 10 bzw. Mantelringsegmente 11 desselben und/oder Schaufelblätter 24 von Laufschaufeln 22 zumindest abschnittsweise bimetallisch auszuführen. Hierdurch kann dann bei einer entsprechenden Temperierung und entsprechenden Auswahl der Metallkombinationen eine radiale Verlängerung oder radiale Verkürzung des Mantelringsegments bzw. des Schaufelblatts der Laufschaufeln realisiert werden, um so in allen Betriebsbedingungen der Turbomaschine eine optimale Spaltmaßhaltung für den Spalt zwischen den radial außen liegenden Enden der Laufschaufeln und einem vom Mantelring getragenen Einlaufbelag bereitzustellen. Ferner ist es möglich, Ovalisierungen dieses Spalts auszugleichen, wozu dann vorzugsweise der Mantelring segmentiert aus mehreren Mantelringsegmenten zusammengesetzt ist.It is therefore within the meaning of the present invention, the shroud 10 or shroud segments 11 the same and / or blades 24 of blades 22 at least partially perform bimetallic. As a result, a radial extension or radial shortening of the shroud segment or the blade of the blades can then be realized with a corresponding temperature and appropriate selection of metal combinations, so as to optimal Spaltmaßhaltung for the gap between the radially outer ends of the blades in all operating conditions of the turbomachine and to provide an inlet lining carried by the shroud. Furthermore, it is possible to compensate for ovalizations of this gap, for which then preferably the shroud segmented composed of several shroud segments.

Allgemein bedeutet dies, dass bei einer Leistungserhöhung der Ringraum heißer wird. Damit wird das Gehäuse, bestehend aus Mantelringsegment, größer, d. h. der Innendurchmesser wird größer. Um den Spalt klein zu halten, muss die Schaufel 24 entsprechend mitwachsen, wobei die Nabe, an der die Schaufel 24 befestigt ist, praktisch keine Maßänderung widerfährtGenerally, this means that when the power is increased, the annulus becomes hotter. Thus, the housing, consisting of shroud segment, larger, ie the inner diameter is larger. To keep the gap small, the bucket needs to be 24 grow accordingly, with the hub on which the blade 24 fixed, practically no dimensional change takes place

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Mantelringcasing ring
1111: MantelringsegmentShroud segment
1212: radial äußere Wandradially outer wall
1313: radial innere Wandradially inner wall
1414: Seitewandside wall
1515: Seitewandside wall
1616: Einlaufbelaginlet lining
1717: Aufhängungsuspension
1818: innere Metalllageinner metal layer
1919: äußere Metalllageouter metal layer
2020: Hohlraumcavity
2121: Heizelement und/oder KühlelementHeating element and / or cooling element
2222: Laufschaufelblade
2323: Schaufelfußblade
2424: Schaufelblattairfoil
2525: EndeThe End
2626: Strömungswandflow wall
2727: Metalllagemetal sheet
2828: Strömungswandflow wall
2929: Metalllagemetal sheet

Claims

A turbomachine, in particular a gas turbine, with a stator and a rotor, wherein the rotor blades and the stator comprises a housing and vanes, wherein the rotor-side blades form at least one blade ring, wherein the or each blade ring at a radially outer end to a stator-side inner ring or The outer ring of the housing is adjacent, surrounded by the same and limited with the same a gap, wherein the respective shroud bearing an inlet lining for the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring, wherein the shroud ( 10 ) is formed at least in sections of contiguous metals with different coefficients of thermal expansion, so as to be at a temperature of the shroud ( 10 ) a radial shortening or a radial extension of the sheath ring ( 10 ) to the Spaltmaßhaltung between that of the shroud ( 10 ) worn inlet lining ( 16 ) and to provide the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring, characterized in that the outer ring ( 10 ) or segments ( 11 ) of the jacket ring ( 10 ) as a hollow structure with a radially outer wall ( 12 ), with a radially inner wall ( 13 ), which the inlet lining ( 16 ), and with the radially outer wall ( 12 ) and the radially inner wall ( 13 ) connecting side walls ( 14 . 15 ) is formed, wherein at least the side walls ( 14 . 15 ) are formed of contiguous metal layers with different thermal expansion coefficients.

Turbomachine according to claim 1, characterized in that outer metal layers ( 19 ) of the Side walls ( 14 . 15 ) have a higher thermal expansion coefficient than inner metal layers ( 18 ) of the side walls ( 14 . 15 ), so that upon heating the same, the radially inner wall ( 13 ) and thus the inlay worn by the same ( 16 ) moves radially inward.

Turbomachine according to claim 1, characterized in that inner metal layers ( 18 ) of the side walls ( 13 . 14 ) have a higher thermal expansion coefficient than outer metal layers ( 19 ) of the side walls ( 14 . 15 ), so that upon heating the same, the radially inner wall ( 13 ) and thus the inlay worn by the same ( 16 ) moves radially outward.

Turbomachine according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the hollow structure is flowed through by a gas flow, or that in the hollow structure heating elements and / or cooling elements ( 21 ).

A turbomachine, in particular a gas turbine, with a stator and a rotor, wherein the rotor blades and the stator comprises a housing and vanes, wherein the rotor-side blades form at least one blade ring, wherein the or each blade ring at a radially outer end to a stator-side inner ring or The outer ring of the housing is adjacent, surrounded by the same and limited with the same a gap, wherein the respective outer ring carries an inlet lining for the radially outer ends of the rotor-side blades of the respective blade ring, characterized in that the blades ( 22 ) of the respective blade ring are at least partially formed of contiguous metals with different coefficients of thermal expansion, so as in a tempering of the blades a radial shortening or a radial extension of the blades ( 22 ) for Spaltmaßhaltung between the jacket ring worn inlet lining and the radially outer ends ( 25 ) provide the rotor-side blades of the respective blade ring.

Turbomachine according to claim 5, characterized in that a radially curved airfoil ( 24 ) of the blades ( 22 ) of the respective blade ring is at least partially formed of contiguous metals with different thermal expansion coefficients.

Turbomachine according to claim 6, characterized in that the airfoil ( 24 ) on an inwardly curved flow wall ( 26 ) is at least partially formed of a metal with a lower coefficient of thermal expansion than at the respective adjacent outwardly curved flow wall ( 28 ), so that when a cooling of the airfoil (as a result of a power reduction 24 ) extends the same in the radial direction.

Turbomachine according to claim 6, characterized in that the airfoil ( 24 ) on an inwardly curved flow wall ( 26 ) is at least partially formed of a metal having a higher coefficient of thermal expansion than at the respective adjacent outwardly curved flow wall ( 28 ), so that when a cooling of the airfoil (as a result of a power reduction 24 ) the same shortened in the radial direction.