DE102016203615A1

DE102016203615A1 - Gasturbinensystem

Info

Publication number: DE102016203615A1
Application number: DE102016203615.7A
Authority: DE
Inventors: Moritz Nett; Josip Kutnjak; Urs Ertel; Axel Widenhorn; Fabian Uhlig; Philipp Biewer
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2017-09-07
Also published as: DE112017001143A5; WO2017148891A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinensystem (10) mit einer mit Heißgas beaufschlagbaren Turbine (12) mit einem Turbinenrad (18), mit einer Brennkammer (14) zum Erzeugen von Heißgas für die Turbine (12) und mit einem Verdichter (24) mit einem Verdichterrad (26) für das Erzeugen von in die Brennkammer (14) zuführbarer verdichteter Ansaugluft. Erfindungsgemäß gibt es ein an dem Verdichterrad (26) ausgebildetes verdichterseitiges Zentrierorgan (66) und ein turbinenseitiges, an dem Turbinenrad (18) ausgebildetes Zentrierorgan (68), das zu dem verdichterseitigen Zentrierorgan (66) komplementär ist und das mit dem turbinenseitigen Zentrierorgan (68) eine Zentrierpassung bildet, die das Verdichterrad (26) und das Turbinenrad (18) relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse (16) zentriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinensystem mit einer mit Heißgas beaufschlagbaren Turbine mit einem Turbinenrad, mit einer Brennkammer zum Erzeugen von Heißgas für die Turbine und mit einem Verdichter mit einem Verdichterrad für das Erzeugen von in die Brennkammer zuführbarer verdichteter Ansaugluft.
Gasturbinensysteme werden insbesondere für das Erzeugen von elektrischer Energie in Kleinkraftwerken eingesetzt. Hier werden Turbinen in der Regel mit sehr hohen Drehzahlen des Turbinenrads betrieben, die um die 50.000 U/min oder auch mehr betragen. Um zu erreichen, dass der Verschleiß des Turbinenrads beim Betreiben des Gasturbinensystems möglichst gering ist, ist eine präzise Lagerung des Turbinenrads erforderlich.
Aus der WO 01/86130 A1 ist ein Gasturbinensystem der eingangs genannten Art bekannt, das einen Generator mit einer Generatorwelle enthält, an die eine Einlaufwelle angeschlossen ist, die sowohl das Turbinenrad der Gasturbine als auch das Verdichterrad des Verdichters frei trägt. Das Verdichterrad hat hier einen Anschlussflansch, an den das Turbinenrad angeschlossen ist. Das Turbinenrad wiederum ist mit dem an die Einlaufwelle fest angelegten Verdichterrad verbunden. Z. B. nach Revisionsarbeiten an dem Turbinenrotor ist es hier für den unwuchtarmen Betrieb des Gasturbinensystems erforderlich, dass das Verdichterrad des Verdichterrotors zunächst zu der Einlaufwelle zentriert wird und im Anschluss daran das Turbinenrad des Turbinenrotors zu dem Verdichterrad.
Dabei wird unter dem Zentrieren einer Baugruppe relativ zu einer anderen Baugruppe um eine Achse der Vorgang des zueinander koaxialen Anordnens der Hauptträgheitsachsen der Baugruppen zu der Achse verstanden.
Zu bemerken ist, dass die Hauptträgheitsachsen des Verdichterrads und des Turbinenrads im Regelfall auch Symmetrieachsen dieser Baugruppen sind.
Bei dem in der WO 01/86130 A1 beschriebenen Aufbau für ein Gasturbinensystem besteht insbesondere das Problem, dass sich etwaige Zentrierungsfehler durch die Verkettung der Toleranzen addieren. Darüber hinaus besteht bei bekannten Gasturbinensystemen das Problem, dass die bei hohen Turbinendrehzahlen auftretenden Materialbelastungen in Positionierungsbohrungen in einem Turbinenrad und/oder in einem Verdichterrad überhöht sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gasturbinensystem bereitzustellen, das bei lediglich geringem Wartungs- und/oder Montageaufwand einen unwuchtarmen Betrieb ermöglicht und das einen kompakten Aufbau hat.
Diese Aufgabe wird mit dem in Anspruch 1 angegebenen Gasturbinensystem gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In dem erfindungsgemäßen Gasturbinensystem gibt es ein an dem Verdichterrad ausgebildetes verdichterseitiges Zentrierorgan und ein turbinenseitiges, an dem Turbinenrad ausgebildetes Zentrierorgan, das zu dem verdichterseitigen Zentrierorgan komplementär ist und das mit dem turbinenseitigen Zentrierorgan ein Zentriermittel bildet, die das Verdichterrad und das Turbinenrad relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse zentriert.
Das verdichterseitige Zentrierorgan kann dabei einen Abschnitt mit wenigstens einer verdichterseitigen Passfläche haben und das turbinenseitige Zentrierorgan einen Abschnitt mit wenigstens einer turbinenseitigen Passfläche, die zu der wenigstens einen verdichterseitigen Passfläche weist.
Zu bemerken ist, dass unter dem Begriff der Passfläche einer Baugruppe vorliegend eine Fläche verstanden wird, die mit einer Passfläche einer anderen Baugruppe zusammenpasst. Die eine Baugruppe und die andere Baugruppe bilden dann eine Passung, d. h. es besteht hier eine maßliche Beziehung zwischen den Baugruppen. Die beiden Baugruppen können grundsätzlich toleranzbehaftet sein und z. B. das gleiche Nennmaß aufweisen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Lage und Größe der Toleranzfelder für die Baugruppen unterschiedlich sind.
Um in einem Gasturbinensystem eine Zentrierung einzelner Baugruppen zueinander zu gewährleisten, müssen die von den Baugruppen gebildeten Passungen bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder unterschiedlichen Drehzahlen spielfrei sein.
Von Vorteil ist es, wenn das verdichterseitige Zentrierorgan nach der Art eines Hohlzylinders eine Hülsenform hat und auch das turbinenseitige Zentrierorgan nach der Art eines Hohlzylinders hülsenförmig gestaltet ist. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass der Wärmefluss in der axialen Richtung aus der Turbine in den Verdichter gering gehalten werden kann. Der von einem Wärmestrom aus der Turbine in den Verdichter durchsetzte Materialquerschnitt hat dann nämlich bei dem verdichterseitigen Zentrierorgan und dem turbinenseitigen Zentrierorgan eine Engstelle.
Eine Idee der Erfindung ist es, dass die wenigstens eine turbinenseitige Passfläche und die wenigstens eine verdichterseitige Passfläche eine Spielpassung oder eine Übergangspassung bilden. Auf diese Weise wird das einfache Montieren des Gasturbinensystems gewährleistet. Insbesondere ist es eine Idee der Erfindung, dass in wenigstens einem Gasturbinensystem-Betriebszustand, in dem die Turbine mit Heißgas beaufschlagt wird, die turbinenseitige Passfläche wenigstens abschnittsweise an der verdichterseitigen Passfläche mit Flächenkontakt anliegt.
Die verdichterseitige Passfläche kann insbesondere wenigstens abschnittsweise als eine Mantelfläche eines zu der Drehachse konzentrischen Rotationskörpers ausgebildet sein. Insbesondere kann die turbinenseitige Passfläche wenigstens abschnittsweise als eine Mantelfläche eines zu der Drehachse konzentrischen Rotationskörpers ausgebildet sein. Z. B. ist es möglich, dass die turbinenseitige Passfläche der Drehachse zugewandt oder von der Drehachse abgewandt ist. Entsprechend ist die verdichterseitige Passfläche dann von der Drehachse abgewandt oder der Drehachse zugewandt. Insbesondere ist es möglich, dass das verdichterseitige Zentrierorgan mit dem turbinenseitigen Zentrierorgan eine selbstzentrierende Stirnverzahnung, insbesondere eine Hirth-Verzahnung bildet. Darüber hinaus ist es möglich, dass das verdichterseitige Zentrierorgan als ein Nutenabschnitt in dem Verdichterrad ausgebildet ist und das turbinenseitige Zentrierorgan ein mit dem Turbinenrad drehfest verbundener und in das Verdichterrad ragender Wellenkörper ist, der einen zu dem Nutenabschnitt komplementären Nasenabschnitt hat, oder dass das turbinenseitige Zentrierorgan als ein Nutenabschnitt in dem Turbinenrad ausgebildet ist und das verdichterseitige Zentrierorgan ein mit dem Verdichterrad drehfest verbundener und in das Verdichterrad ragender Wellenkörper ist, der einen zu dem Nutenabschnitt komplementären Nasenabschnitt hat.
Ein erfindungsgemäßes Gasturbinensystem kann als eine Mikrogasturbine gestaltet sein. Unter einer Mikrogasturbine wird vorliegend ein Gasturbinensystem mit einer kleinen, schnelllaufenden Turbine verstanden, das niedrige Brennkammerdrücke und Brennkammertemperaturen aufweist. Die Leistung einer Mikrogasturbine kann weniger als 300 kW betragen und liegt in der Regel zwischen 25 kW und 100 kW. Die Bauform von Mikrogasturbinen ist eine Abwandlung der Bauform von konventionellen Industriegasturbinen.
Eine Mikrogasturbine enthält einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine. Wie eine Industriegasturbine arbeitet eine Mikrogasturbine nach dem sogenannten Joule- bzw. Braytonprozess. Entsprechend diesem Prozess wird aus der Umgebung Luft angesaugt und in einem Verdichter komprimiert. Die verdichtete Luft wird dann einer Brennkammer zugeführt, in der aufgrund der Zugabe von Brennstoff, z. B. Gas oder Öl, eine Verbrennungsreaktion erfolgt, bei der sogenanntes Rauchgas entsteht. Dieses Rauchgas wird dann in der Turbine der Mikrogasturbine entspannt. Die Turbine treibt einerseits den Verdichter und andererseits z. B. einen Generator für die Stromerzeugung an.
In einer Mikrogasturbine verlässt das entspannte Rauchgas die Turbine mit einem Abgasstrom, dessen Temperatur in dem Bereich zwischen 400 °C und 700 °C liegt. Die in dem Abgasstrom der Mikrogasturbine enthaltene Restwärme wird regelmäßig als Prozesswärme genutzt, z. B. als Prozesswärme für das Aufheizen von Wasser.
Anders als eine Industriegasturbine enthält eine Mikrogasturbine regelmäßig einen Rekuperator. Ein Rekuperator ist ein Wärmetauscher, der mittels Abwärme aus dem Abgas der in der Mikrogasturbine angeordneten Turbine verdichtete Luft vorheizt, die für das Verbrennen mit einem Kraftstoff einer Brennkammer zugeführt wird. Aufgrund des Rekuperators ist die Mikrogasturbine ein Gasturbinensystem, das im Vergleich zu konventionellen Industriegasturbinen in dem Leistungsbereich zwischen 25 kW und 500 kW mit einem höheren elektrischen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Durch das Vorheizen der verdichteten Luft ermöglicht der Rekuperator, dass die im Abgas enthalten Wärmemenge teilweise wieder dem Gasturbinenprozess zugeführt wird.
In einem erfindungsgemäßen, als eine Mikrogasturbine ausgebildeten Gasturbinensystem kann optional vorgesehen sein, dass die Verbrennungsluft über einen Generator in die Mikroturbine eintritt, um diesen zu kühlen. In einem erfindungsgemäßen Gasturbinensystem kann optional auch vorgesehen sein, dass die Verbrennungsluft in einem Radialverdichter auf etwa 4 bar komprimiert wird. Insbesondere kann in einem erfindungsgemäßen Gasturbinensystem vorgesehen sein, dass die komprimierte Verbrennungsluft mittels des Rekuperators vorgewärmt wird, um einen guten elektrischen Wirkungsgrad trotz niedriger Spitzentemperaturen zu erzielen. Die heißen Verbrennungsgase werden hier dann als Rauchgas in der Turbine entspannt, wodurch der Verdichter und der Generator angetrieben werden. Nachdem das Rauchgas einen Teil seiner Wärmeenergie in dem Rekuperator abgegeben hat, verlässt es die Mikrogasturbine.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus der in dem Rauchgas aufgenommenen Restwärme zusätzlich Prozesswärme gewonnen wird.
Bevorzugt sind in einem erfindungsgemäßen Gasturbinensystem der Generator, die Turbine und der Verdichter auf eine gemeinsame Welle montiert. Mittels eines solchen Gasturbinensystems kann dann z. B. bei einer Wellendrehzahl von etwa 96.000 U/min hochfrequenter Wechselstrom mit einer Frequenz von 1.600 Hz erzeugt werden. Für das Gleichrichten dieses Wechselstroms kann ein erfindungsgemäßes Gasturbinensystem eine Leistungselektronik enthalten, die diesen Strom gleichrichtet und dann z. B. einen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von 400 V bereitstellt.
Von Vorteil ist es, wenn der Generator in einem erfindungsgemäßen Gasturbinensystem einerseits als ein Elektromotor und andererseits als ein elektrischer Energieerzeuger betrieben werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Generator zum Starten des Gasturbinensystems als ein Elektromotor eingesetzt werden kann, der die Turbine antreibt, bis diese eine bestimmte Startdrehzahl hat. In diesem Betriebszustand muss das Gasturbinensystem elektrische Energie aus einem Stromnetz oder aus Akkumulatoren erhalten. Dieser Motorbetrieb erfolgt solange, bis die mit der Turbine erzeugte Bewegungsenergie groß genug ist, dass damit der Energieverbrauch des Verdichters kompensiert werden kann. Es ist deshalb möglich, ein solches Gasturbinensystem sowohl in einem sogenannten Netzparallel- als auch in einem sogenannten Inselbetrieb zu nutzen. Bei Netzparallelbetrieb wird die Energie zum Starten der Turbine aus dem Netz bezogen. Bei Inselbetrieb muss diese Energie mit Akkumulatoren bereitgestellt werden. Daher ist es von Vorteil, wenn das Gasturbinensystem auch Akkumulatoren enthält. Diese Akkumulatoren können dann z. B. für den Betrieb des DC/AC/DC-Wandlers genutzt werden.
Aufgrund der Möglichkeit, die Leistung eines erfindungsgemäßen Gasturbinensystems über die Drehzahl der Turbine zu regeln, kann bei einem erfindungsgemäßen Gasturbinensystem auch der Massenstrom bei Bedarf geregelt werden. Durch Regeln des Massestroms ist es möglich, die Temperatur der Brennkammer über weite Lastbereiche in einem thermodynamisch optimalen Auslegungspunkt zu halten. Ein als eine Mikrogasturbine ausgebildetes, erfindungsgemäßes Gasturbinensystem kann deshalb auch bei Teillast mit einem Wirkungsgrad betrieben werden, der sehr viel größer ist als der Wirkungsgrad eines Gasmotors.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Gasturbinensystems ist vorgesehen, dass die Generatorwelle zusätzlich auch das Verdichterrad frei trägt. Ein Gedanke der Erfindung ist insbesondere, in einem Gasturbinensystem den Turbinenrotor der Turbine, das Verdichterrad des Verdichters und den Läufer des elektrischen Generators auf einer gemeinsamen Welle so aufzunehmen, dass die Turbine und der Verdichter sich thermisch ausdehnen können, ohne dass die Zentrierung einzelner Baugruppen verloren geht oder sich mit der Zeit verschlechtert.
Der Verdichter kann dabei zwischen dem elektrischen Generator und der Turbine angeordnet sein. Bevorzugt weist der Generator in dem Gasturbinensystem ein den Läufer und den Stator umgebendes Generatorgehäuse mit einem auf einer der Turbine zugewandten Seite des Läufers angeordneten ersten Lager sowie einem auf einer der Turbine abgewandten Seite des Läufers angeordneten zweiten Lager für die Generatorwelle auf. Das erste Lager und das zweite Lager können dabei jeweils als ein Radiallager für die Generatorwelle ausgebildet sein.
Das Verdichterrad und das verdichterseitige Zentrierorgan bilden bevorzugt ein einstückiges Bauteil. Das Verdichterrad in dem Gasturbinensystem kann insbesondere einen Verdichterschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt mit einer Strömungsführungskontur aufweisen und einen mit dem Zentrierorgan und dem Nabenabschnitt verbundenen Kraftflussentkopplungsabschnitt enthalten, der das Einleiten von in der radialen Richtung in Bezug auf die Drehachse wirkenden Fliehkräften aus dem Nabenabschnitt in das Zentrierorgan unterbindet oder zumindest abschwächt. Von Vorteil ist es, wenn an dem Kraftflussentkopplungsabschnitt zwischen dem Zentrierorgan und dem Nabenabschnitt ein axialer Freistich ausgebildet ist.
Auch das Zentrierorgan kann eine der Drehachse zugewandte Passfläche aufweisen. Insbesondere kann das Turbinenrad einen Turbinenschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt mit einer Strömungsführungskontur aufweisen und einen Anschlussabschnitt für das Zentrierorgan an den Nabenabschnitt haben, wobei das Zentrierorgan zylinderförmig ist und eine von der Drehachse abgewandte Passfläche hat, und der Anschlussabschnitt als ein verrundeter Übergang ausgehend von dem Zentrierorgan zu dem Nabenabschnitt ausgebildet ist.
Das Turbinenrad und das turbinenseitige Zentrierorgan bilden bevorzugt ein einstückiges Bauteil, d. h. dass das Zentrierorgan dann eine mit dem Nabenabschnitt des Turbinenrads stoffschlüssig verbundene Baugruppe ist, die hiervon nicht zerstörungsfrei getrennt werden kann.
Das Turbinenrad weist bevorzugt einen Turbinenschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt mit einer Strömungsführungskontur auf und enthält einen mit dem Zentrierorgan und dem Nabenabschnitt verbundenen Kraftflussentkopplungsabschnitt, der das Einleiten von in der radialen Richtung in Bezug auf die Drehachse wirkenden Fliehkräften aus dem Nabenabschnitt in das Zentrierorgan unterbindet oder zumindest abschwächt. Von Vorteil ist es, wenn an dem Kraftflussentkopplungsabschnitt zwischen dem Zentrierorgan und dem Nabenabschnitt ein axialer Freistich ausgebildet ist. Das Zentrierorgan kann dabei eine der Drehachse zugewandte Passfläche aufweisen. Hier ist es auch möglich, dass das Verdichterrad einen Verdichterschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt mit einer Strömungsführungskontur aufweist und einen Anschlussabschnitt für das Zentrierorgan an den Nabenabschnitt hat, wobei das Zentrierorgan zylinderförmig ist und eine von der Drehachse abgewandte Passfläche hat, und der Anschlussabschnitt als ein verrundeter Übergang ausgehend von dem Zentrierorgan zu dem Nabenabschnitt ausgebildet ist.
Eine Idee der Erfindung ist es insbesondere, dass es einen zwischen dem Turbinenrad und dem Verdichterrad angeordneten rotationssymmetrischen Zwischenwellenkörper mit einer turbinenseitigen Anschlusspartie gibt, die in der axialen Richtung der Drehachse dem Turbinenrad zugewandt ist und dort an eine zu dieser Anschlusspartie komplementäre Anschlusspartie des Turbinenrads angeschlossen ist. Der Zwischenwellenkörper hat dann eine verdichterseitige Anschlusspartie, die in der axialen Richtung der Drehachse dem Verdichterrad zugewandt ist und dort an eine zu dieser Anschlusspartie komplementäre Anschlusspartie des Verdichterrads angeschlossen ist, und eine drehachsenseitige Anschlusspartie, die an eine an dem verdichterseitigen und/oder dem turbinenseitigen Zentrierorgan ausgebildete hierzu komplementäre Anschlusspartie angeschlossen ist. Mittels des Zwischenwellenkörpers wird in dem Gasturbinensystem der axiale Abstand des Turbinenrads von dem Verdichterrad exakt vorgegeben.
Von Vorteil ist es insbesondere, wenn in der drehachsenseitigen Anschlusspartie des Zwischenwellenkörpers ein axialer Freistich ausgebildet ist. Diese Maßnahme ermöglicht, dass die drehachsenseitige Anschlusspartie des Zwischenwellenkörpers auch bei sehr hohen Drehzahlen an dem Verdichterrad formschlüssig anliegt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Gasturbinensystem einen Generator mit einem Läufer und mit einem Stator hat, der eine den Läufer aufnehmende und mit dem Turbinenrad drehgekoppelte Generatorwelle aufweist. Eine Idee der Erfindung in diesem Zusammenhang ist es, eine mit der Generatorwelle drehfest verbundene Einlaufwelle vorzusehen, an der das Verdichterrad festgelegt ist.
Von Vorteil ist es insbesondere, wenn die Generatorwelle und die Einlaufwelle jeweils als Hohlwellen gestaltet sind und ein die Generatorwelle und die Einlaufwelle durchgreifender, auf der dem Verdichter abgewandten Seite an der Generatorwelle festgelegter, in dem Turbinenrad verankerter Zuganker vorgesehen ist, der das Turbinenrad mit einer in der axialen Richtung der Drehachse zu dem Generator weisenden Zugkraft beaufschlagt.
Insbesondere ist es von Vorteil, wenn die Generatorwelle das Verdichterrad und das Turbinenrad frei trägt und dabei der Verdichter zwischen dem elektrischen Generator und der Turbine angeordnet ist.
In einem erfindungsgemäßen Gasturbinensystem kann ein den Läufer und den Stator umgebendes Generatorgehäuse und ein auf einer der Turbine abgewandten Seite des Läufers angeordnetes erstes Lager sowie ein auf einer der Turbine zugewandten Seite des Läufers angeordnetes zweites Lager für die Generatorwelle vorgesehen sein. Das erste Lager und das zweite Lager kann dabei insbesondere ein Radiallager für die Generatorwelle sein, wobei es von Vorteil ist, wenn das zweite Lager zusätzlich auch ein Axiallager für die Generatorwelle ist. Zu bemerken ist allerdings, dass ein erfindungsgemäßes Gasturbinensystem auch ein zusätzliches Axiallager für die Generatorwelle enthalten kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Schaltbild eines Gasturbinensystems mit einer mit Heißgas aus einer Brennkammer beaufschlagbaren Turbine mit einem Verdichter und mit einem Rekuperator;
2 einen ersten Turbomaschinenrotor mit einem Verdichterrad und einem Turbinenrad sowie einer Generatorwelle in dem Gasturbinensystem;
3 einen Abschnitt eines zweiten, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotors für den Einsatz in dem Gasturbinensystem;
4 einen Abschnitt eines dritten, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotors für den Einsatz in dem Gasturbinensystem;
5 einen Zwischenwellenkörper in dem dritten Turbomaschinenrotor;
6 einen Abschnitt eines vierten, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotors für den Einsatz in dem Gasturbinensystem; und
7 einen Abschnitt eines fünften, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotors für den Einsatz in dem Gasturbinensystem.
Das in der 1 gezeigte Gasturbinensystem 10 enthält eine Turbine 12, die mit Heißgas aus einer Brennkammer 14 beaufschlagbar ist. Die Turbine 12 weist einen Turbinenrotor mit einem um eine Drehachse 16 drehbaren Turbinenrad 18 mit daran angeordneten Turbinenschaufeln 20 auf, der in einem Turbinengehäuse 22 angeordnet ist. Die Turbine 12 setzt bei Beaufschlagen mit Heißgas aus der Brennkammer 14 einen Abgasstrom frei, der durch einen Rekuperator 32 geführt ist. In dem Gasturbinensystem 10 gibt es einen Verdichter 24 für das Erzeugen von der Brennkammer 14 zuführbarer verdichteter Ansaugluft. Der Verdichter 24 enthält einen mit dem Turbinenrad 18 drehgekoppelten Verdichterrotor mit einem Verdichterrad 26, das in einem Verdichtergehäuse 30 angeordnet ist und an dem sich Verdichterschaufeln 28 befinden. Der Turbinenrotor und der Verdichterrotor bilden jeweils einen Abschnitt eines Turbomaschinenrotors (siehe 2).
Der Rekuperator 32 dient für das Übertragen von Wärme aus dem Abgasstrom auf die mittels des Verdichters 24 verdichtete Ansaugluft. Für das Erzeugen von elektrischer Energie hat das Gasturbinensystem 10 einen elektrischen Generator 34 mit einem durch eine Generatorwelle 36 mit dem Verdichterrad 26 des Verdichters 24 und dem Turbinenrad 18 der Turbine 12 drehgekoppelten Läufer. In dem Gasturbinensystem 10 ist der Verdichter 24 zwischen dem elektrischen Generator 34 und der Turbine 12 angeordnet.
Die 2 ist eine schematische Teilansicht des Turbomaschinenrotors 11 in dem Gasturbinensystems 10 mit dem Turbinenrad 18 und dem Verdichterrad 26 und mit dem Generator 34. Der Generator 34 hat ein Generatorgehäuse 38, in dem die Generatorwelle 36 in einem ersten Lager 40 und in einem zweiten Lager 42 um die Drehachse 16 drehbar gelagert ist. Das erste Lager 40 ist ein Radiallager für die Generatorwelle 36. Das zweite Lager 42 bildet für die Generatorwelle 36 ein kombiniertes Axial- und Radiallager. Mittels des zweiten Lagers 42 wird damit die Generatorwelle 36 in Bezug auf die Drehachse 16 nicht nur in der radialen Richtung sondern auch in der axialen Richtung fixiert. Die Generatorwelle 36 ist als eine Hohlwelle gestaltet und hat eine dem Verdichterrad 26 zugewandte Schnittstelle 44, an die eine Einlaufwelle 46 angeschlossen ist. Die Einlaufwelle 46 ist wie die Generatorwelle 36 als eine Hohlwelle ausgeführt. Die Einlaufwelle 46 ist an einer Schnittstelle 48 mit dem Turbomaschinenrotor 11 an dem Verdichterrad 26 drehfest verbunden.
Von der Generatorwelle 36 wird das Verdichterrad 26 und das Turbinenrad 18 frei getragen, d. h. sowohl das Turbinenrad 18 als auch das Verdichterrad 26 kragen über die Lagerung der Generatorwelle 36. Dabei ist zwischen dem Verdichterrad 26 und dem Turbinenrad 18 ein Zwischenwellenkörper 50 angeordnet, der eine in der axialen Richtung der Drehachse 16 dem Turbinenrad 18 zugewandte turbinenseitige Anschlusspartie 52 mit einer als ein axialer Freistich 107 ausgebildeten Entlastungsnut aufweist. Die turbinenseitige Anschlusspartie 52 des Zwischenwellenkörpers 50 ist an eine zu dieser Anschlusspartie 52 komplementäre Anschlusspartie 54 des Turbinenrads 18 angeschlossen. Der Zwischenwellenkörper 50 hat außerdem eine verdichterseitige Anschlusspartie 56, die in der axialen Richtung der Drehachse 16 dem Verdichterrad 26 zugewandt ist und dort an eine zu dieser Anschlusspartie 56 komplementäre Anschlusspartie 58 des Verdichterrads 26 angeschlossen ist. Der Zwischenwellenkörper 50 ist mit vier Positionierstiften 60, die jeweils in eine in dem Verdichterrad 26 ausgebildete Bohrung 62 und eine in dem Zwischenwellenkörper 50 ausgebildete Bohrung 64 eingreifen, an das Verdichterrad 26 lösbar angeschlossen. Die Positionierstifte 60 ermöglichen, dass der Zwischenwellenkörper 50 und das Verdichterrad 26 relativ zueinander in vier voneinander verschiedenen exakt definierten Winkelpositionen um die Drehachse 16 des Turbomaschinenrotors 11 anordenbar sind.
An dem Verdichterrad 26 ist ein Zentrierorgan 66 ausgebildet, das mit einem an dem Turbinenrad 18 angeordneten hierzu komplementären turbinenseitigen Zentrierorgan 68 eine Zentrierpassung bildet. Das Zentrierorgan 68 ist dabei ein Teil des Verdichterrads 26. Es ist mit dem Körper des Verdichterrads 26 bevorzugt einstückig, d. h. es kann hiervon nicht zerstörungsfrei getrennt werden.
Die von dem verdichterseitigen Zentrierorgan 66 und dem turbinenseitigen Zentrierorgan 68 gebildete Zentrierpassung zentriert das Verdichterrad 26 und das Turbinenrad 18 relativ zueinander um die gemeinsame Drehachse 16.
Das verdichterseitige Zentrierorgan 66 hat einen hülsenförmigen Abschnitt 70 mit einer verdichterseitigen Passfläche 72. Das turbinenseitige Zentrierorgan 68 weist einen als Hohlzylinder gestalteten hülsenförmigen Abschnitt 74 mit einer turbinenseitigen Passfläche 76 auf, die an der verdichterseitigen Passfläche 72 anliegt. Die turbinenseitige Passfläche 76 ist also wenigstens abschnittsweise als eine Mantelfläche eines zu der Drehachse 16 konzentrischen Rotationskörpers ausgebildet. Die verdichterseitige Passfläche 72 ist der Drehachse 16 zugewandt und die turbinenseitige Passfläche 76 von der Drehachse 16 abgewandt. Die verdichterseitige Passfläche 72 ist ebenfalls wenigstens abschnittsweise als eine Mantelfläche eines zu der Drehachse 16 konzentrischen Rotationskörpers ausgebildet. Das turbinenseitige Zentrierorgan 68 ragt in das Verdichterrad 26. Das Verdichterrad 26 und das verdichterseitige Zentrierorgan 66 sind als ein einstückiges Bauteil ausgebildet. Das verdichterseitige Zentrierorgan 66 ist ebenfalls hohlzylindrisch und hat eine Hülsenform. Das Verdichterrad 26 weist einen die Verdichterschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt 25 mit einer Strömungsführungskontur auf und hat einen Kraftflussentkopplungsabschnitt 27 mit einem Wurzelabschnitt 80 und mit einer als ein axialer Freistich ausgebildeten Entlastungsnut 84, der den Nabenabschnitt 25 mit dem verdichterseitigen Zentrierorgan 66 verbindet. An dem Wurzelabschnitt 80 nimmt die radiale Materialdicke d_r in der dem Verdichterrad 26 zugewandten Richtung entlang der Drehachse 16 stetig zu. Dort ist die Oberfläche des Verdichterrads 26 in der radialen Richtung 82 konkav gekrümmt. In der in Bezug auf die Drehachse 16 des Turbomaschinenrotors 11 radial nach außen weisenden Richtung 82 und zu der Entlastungsnut 84 versetzt weist das Verdichterrad 26 einen Stegabschnitt 85 auf, der eine Ringform hat und um die Drehachse 16 des Turbomaschinenrotors 11 umläuft. An diesem Stegabschnitt 85 ist die Anschlusspartie 58 des Verdichterrads 26 für den Zwischenwellenkörper 50 ausgebildet.
Der Kraftflussentkopplungsabschnitt 27 mit dem Wurzelabschnitt 80 und der Entlastungsnut 84 des Verdichterrads 26 gewährleisten, dass sich der radiale Abstand der verdichterseitigen Passfläche 72 an dem hülsenförmige verdichterseitige Zentrierorgan 66 von der Drehachse 16 auch bei hohen Drehzahlen und hoher Temperatur, wenn sich der die Verdichterschaufeln tragende Abschnitt des Verdichterrads 26 ausdehnt, nicht oder nur minimal verändert, weil mittels der vorstehend beschriebenen Geometrie eine radiale Ausdehnung des Verdichterrads 26 im Bereich des verdichterseitigen Zentrierorgans 66 minimiert ist. Damit wird also erreicht, dass das Zentrierorgan 66 des Verdichterrads 26 bei Betrieb des Gasturbinensystems 10 die Zentrierung zur Drehachse 16 nicht verliert.
Auch das Turbinenrad 18 und das turbinenseitige Zentrierorgan 68 bilden ein einstückiges Bauteil. Das turbinenseitige Zentrierorgan 68 hat ebenfalls eine Hülsenform nach der Art eines Hohlzylinders. Es ist durch einen Zentrierorgananschlussabschnitt 19 des Turbinenrads 18 an den die Turbinenschaufeln tragenden, eine Strömungsführungskontur aufweisenden Nabenabschnitt 17 des Turbinenrads 18 angeschlossen. Der Zentrierorgananschlussabschnitt 19 des Turbinenrads 18 weist einen Wurzelabschnitt 86 auf, dessen Oberfläche ebenfalls in der radialen Richtung 82 gesehen konkav gekrümmt ist. Auch in dem Wurzelabschnitt 86 nimmt die radiale Materialdicke d_r entlang der Drehachse 16 in der dem Verdichterrad 26 abgewandten Richtung stetig zu, wobei der Wurzelabschnitt 86 in die Anschlusspartie 54 des Turbinenrads 18 für den Zwischenwellenkörper 50 übergeht.
Der Zentrierorgananschlussabschnitt 19 mit dem Wurzelabschnitt 86 des Turbinenrads 18 gewährleistet hier, dass sich der radiale Abstand der turbinenseitigen Passfläche 76 an dem hülsenförmigen Abschnitt 74 des turbinenseitigen Zentrierorgans 68 von der Drehachse 16 auch bei hohen Drehzahlen und hoher Temperatur, wenn sich der die Turbinenschaufeln tragende Abschnitt des Turbinenrads 18 ausdehnt, nicht oder nur minimal verändert, weil mittels der vorstehend beschriebenen Geometrie eine radiale Ausdehnung des Turbinenrads 18 im Bereich des turbinenseitigen Zentrierorgans 68 minimiert ist. Damit wird also erreicht, dass das Zentrierorgan 68 des Turbinenrads 18 bei Betrieb des Gasturbinensystems 10 die Zentrierung zur Drehachse 16 nicht verliert.
Der Zwischenwellenkörper 50 weist eine drehachsenseitige Anschlusspartie 104 auf, die an der Passfläche 76 des turbinenseitigen Zentrierorgans 68 anliegt. Der Zwischenwellenkörper 50 gewährleistet zum einen die zuverlässige Drehmomentübertragung zwischen dem Verdichterrad 26 und dem Turbinenrad 18 und zum anderen einen im Wesentlichen gleichleibenden axialen Abstand zwischen diesen Baugruppen.
Die turbinenseitige Passfläche 76 des turbinenseitigen Zentrierorgans 68 und die verdichterseitige Passfläche 72 des verdichterseitigen Zentrierorgans 66 bilden bevorzugt eine sogenannte Spielpassung oder eine sogenannte Übergangspassung. Dies ermöglicht eine einfache Montage des Turbomaschinenrotors 11. Die Passung des verdichterseitigen und des turbinenseitigen Zentrierorgans 66, 68 ist dabei so gewählt, dass in wenigstens einem Gasturbinensystem-Betriebszustand, in dem die Turbine 12 mit Heißgas beaufschlagt wird, die turbinenseitige Passfläche 76 wenigstens abschnittsweise an der verdichterseitigen Passfläche 72 mit Flächenkontakt anliegt. Damit lässt sich sowohl eine einfache Montage als auch ein verschleißarmer Betrieb des Gasturbinensystems gewährleisten.
Zu bemerken ist, dass alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau des Turbomaschinenrotors 11 auch vorgesehen sein kann, dass das Turbinenrad 18 ein Zentrierorgan 68 hat, dessen Geometrie der vorstehend beschriebenen Geometrie des Verdichterrads 26 entspricht und das Verdichterrad 26 ein Zentrierorgan 66 aufweist, dessen Geometrie der vorstehend beschriebenen Geometrie des Turbinenrads 18 entspricht.
Das an dem Verdichterrad ausgebildete Zentrierorgan ragt dann mit einem hülsenförmigen Abschnitt in den hülsenförmigen Abschnitt des Zentrierorgans des Turbinenrads. Die turbinenseitige Passfläche ist hier der Drehachse 16 zugewandt, die verdichterseitige Passfläche dagegen von der Drehachse 16 abgewandt.
In diesem Fall hat das Turbinenrad 18 bevorzugt einen an den Nabenabschnitt des Turbinenrads 18 für das Tragen der Verdichterschaufeln angeschlossenen Kraftflussentkopplungsabschnitt, der dem vorstehend beschriebenen Kraftflussentkopplungsabschnitt 27 des Verdichterrads 26 entspricht und an dem das turbinenseitige Zentrierorgan 68 aufgenommen ist.
Entsprechend hat dann das Verdichterrad 26 bevorzugt einen an seinen die Verdichterschaufeln tragenden Nabenabschnitt angeschlossenen Zentrierorgan-Anschlussabschnitt, dessen Oberfläche ebenfalls in der radialen Richtung 82 gesehen konkav gekrümmt ist. Auch in diesem Zentrierorgan-Anschlussabschnitt nimmt dann die radiale Materialdicke d_r entlang der Drehachse 16 in der dem Verdichterrad 26 abgewandten Richtung stetig zu, wobei an dem Zentrierorgan-Anschlussabschnitt dann die Anschlusspartie des Verdichterrads 26 für den Zwischenwellenkörper 50 ausgebildet ist.
Der Generator 34 hat einen an der Generatorwelle 36 aufgenommenen Läufer 90 und enthält einen Stator 92. In der Generatorwelle 36 ist ein Zuganker 94 aufgenommen, der die Einlaufwelle 46, das Verdichterrad 26 und den Zwischenwellenkörper 50 durchgreift. Der Zuganker 94 weist an seinem turbinenseitigen Ende 96 ein Gewinde 98 auf, das für das Verankern des Zugankers 94 in dem Turbinenrad 18 in ein dort ausgebildetes Gegengewinde 100 eingreift. Der Zuganker 94 ist mittels einer Wellenmutter 102 auf der dem Verdichter 24 abgewandten Seite der Generatorwelle 36 gegen diese abgestützt und zieht das Turbinenrad 18 in der axialen Richtung der Drehachse 16 gegen das Verdichterrad 26.
Zwischen der dem Turbinenrad 18 zugewandten turbinenseitigen Anschlusspartie 52 des Zwischenwellenkörpers 50 und der zu dieser Anschlusspartie 52 komplementären Anschlusspartie 54 des Turbinenrads 18 einerseits sowie der verdichterseitige Anschlusspartie 56 des Zwischenwellenkörpers 50 andererseits, die in der axialen Richtung der Drehachse 16 dem Verdichterrad 26 zugewandt ist, sowie der zu dieser Anschlusspartie 56 komplementären Anschlusspartie 58 des Verdichterrads 26 entsteht ein von dem Zuganker 94 hervorgerufener Kraftschluss, der eine Drehkopplung von dem Turbinenrad 18 und dem Verdichterrad 26 bewirkt.
Die 3 zeigt einen Abschnitt eines zweiten, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotor 11' für den Einsatz in dem Gasturbinensystem der 1. Soweit die Baugruppen des Turbomaschinenrotors 11' den Baugruppen des vorstehend beschriebenen Turbomaschinenrotors 11 funktional entsprechen, sind diese durch die gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht. Der Turbomaschinenrotor 11' weist einen Zwischenwellenkörper 50 auf, der mit vier Positionierstiften 60, die jeweils in eine in dem Turbinenrad 18 ausgebildete Bohrung 62 und eine in dem Zwischenwellenkörper 50 ausgebildete Bohrung 64 eingreifen, an das Turbinenrad 18 lösbar angeschlossen ist. Die Positionierstifte 60 ermöglichen, dass der Zwischenwellenkörper 50 und das Turbinenrad 18 relativ zueinander in vier voneinander verschiedenen, exakt definierten Winkelpositionen um die Drehachse 16 des Turbomaschinenrotors 11 anordenbar sind.
Die 4 zeigt einen Abschnitt eines dritten, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotors 11'' für den Einsatz in dem Gasturbinensystem der 1. Soweit die Baugruppen des Turbomaschinenrotors 11'' den Baugruppen des vorstehend beschriebenen Turbomaschinenrotors 11 funktional entsprechen, sind diese durch die gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht. Bei dem Turbomaschinenrotor 11'' durchgreift die Einlaufwelle 46 das Verdichterrad 26.
Die 5 zeigt den Zwischenwellenkörper 50 des Turbomaschinenrotor 11''. Der Zwischenwellenkörper 50 des Turbomaschinenrotor 11'' weist einen Vierkantabschnitt 114 auf, der mit vier zu dem Vierkantabschnitt 114 komplementären Flachabschnitten 116 an dem Turbinenrad 18 und dem Verdichterrad 26 in Eingriff ist. Der Zwischenwellenkörper 50 dient dazu, in dem Gasturbinensystem 10 eine definierte Winkelposition des Turbinenrads 18 relativ zu dem Verdichterrad 26 zu gewährleisten.
Die 6 zeigt einen Abschnitt eines vierten, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotors 11''' für den Einsatz in dem Gasturbinensystem der 1. Soweit die Baugruppen des Turbomaschinenrotors 11''' den Baugruppen des vorstehend beschriebenen Turbomaschinenrotors 11 funktional entsprechen, sind diese durch die gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
Der Turbomaschinenrotor 11''' hat hier ein Turbinenrad 18 mit einem hierzu drehfesten Wellenkörper 118 als ein turbinenseitiges Zentrierorgan, der formschlüssig in eine zu dem Wellenkörper 118 komplementäre Aufnahme in dem Verdichterrad 26 ragt, die ein verdichterseitiges Zentrierorgan ist. Der Wellenkörper 118 weist einen Nasenabschnitt 112 auf, der in einen hierzu komplementären Nutabschnitt 110 in der Einlaufwelle 46 eingreift, die das Verdichterrad 26 teilweise durchgreift und an der dieses festgelegt ist. Auf diese Weise wird sowohl die Zentrierung als auch das Positionieren des Verdichterrads 26 relativ zu dem Turbinenrad 18 in einer definierten Winkelposition sichergestellt.
Die 7 zeigt einen Abschnitt eines vierten, alternativ aufgebauten Turbomaschinenrotors 11'''' für den Einsatz in dem Gasturbinensystem der 1. Soweit die Baugruppen des Turbomaschinenrotors 11'''' den Baugruppen des vorstehend beschriebenen Turbomaschinenrotors 11 funktional entsprechen, sind diese durch die gleichen Zahlen als Bezugszeichen kenntlich gemacht.
In dem Turbomaschinenrotor 11'''' ist an dem Verdichterrad 26 ein als ein verdichterseitiges Zentrierorgan wirkender Verzahnungsabschnitt ausgebildet. Das Turbinenrad 18 weist einen Zwischenwellenkörper 50 mit einem als Verzahnungsabschnitt 120 ausgebildeten turbinenseitigen Zentrierorgan auf. Der Verzahnungsabschnitt 120 greift in den an dem Verdichterrad 26 angeordneten, hierzu komplementären Verzahnungsabschnitt 119 ein und bildet dabei eine als Hirth-Verzahnung ausgebildete selbstzentrierende Stirnverzahnung. Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, sowohl die Zentrierung als auch das Positionieren des Verdichterrads 26 relativ zu dem Turbinenrad 18 in einer definierten Winkelposition sicherzustellen.
Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten: Ein Gasturbinensystem 10 enthält eine mit Heißgas beaufschlagbare Turbine 12 mit einem Turbinenrad 18 und hat eine Brennkammer 14 zum Erzeugen von Heißgas für die Turbine 12 sowie einen Verdichter 24 mit einem Verdichterrad 26 für das Erzeugen von in die Brennkammer 14 zuführbarer verdichteter Ansaugluft. In dem Gasturbinensystem 10 gibt es ein an dem Verdichterrad 26 ausgebildetes verdichterseitiges Zentrierorgan 66 und ein turbinenseitiges, an dem Turbinenrad 18 ausgebildetes Zentrierorgan 68, das zu dem verdichterseitigen Zentrierorgan 66 komplementär ist und das mit dem turbinenseitigen Zentrierorgan 68 eine Zentrierpassung bildet, die das Verdichterrad 26 und das Turbinenrad 18 relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse 16 zentriert.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbinensystem
11, 11', 11'', 11''', 11'''': Turbomaschinenrotor
12: Turbine
14: Brennkammer
16: Drehachse
17: Nabenabschnitt Turbinenrad
18: Turbinenrad
19: Zentrierorgananschlussabschnitt (Turbinenrad)
20: Turbinenschaufel
22: Turbinengehäuse
24: Verdichter
25: Nabenabschnitt Verdichterrad
26: Verdichterrad
27: Kraftflussentkopplungsabschnitt (Verdichterrad)
28: Verdichterschaufel
30: Verdichtergehäuse
32: Rekuperator
34: Generator
36: Generatorwelle
38: Generatorgehäuse
40: erstes Lager
42: zweites Lager
44: Schnittstelle
46: Einlaufwelle
48: Schnittstelle
50: Zwischenwellenkörper
52: Zwischenwellenkörper-Anschlusspartie (turbinenseitig)
54: Turbinenrad-Anschlusspartie
56: Zwischenwellenkörper-Anschlusspartie (verdichterseitig)
58: Verdichterrad-Anschlusspartie
60: Positionierstift
62: Bohrung in Verdichterrad
64: Bohrung in Zwischenwellenkörper
66: verdichterseitiges Zentrierorgan
68: turbinenseitiges Zentrierorgan
70: hülsenförmiger Abschnitt
72: verdichterseitige Passfläche
74: hülsenförmiger Abschnitt
76: turbinenseitige Passfläche
80: Wurzelabschnitt
82: Richtung
84: Freistich (Entlastungsnut)
85: Stegabschnitt
86: Wurzelabschnitt
90: Läufer
92: Stator
94: Zuganker
96: Ende
98: Gewinde
100: Gegengewinde
102: Wellenmutter
104: Zwischenwellenkörper-Anschlusspartie (drehachsenseitig)
107: Freistich (Entlastungsnut)
110: Nutabschnitt
112: Nasenschnitt
114: Vierkantabschnitt
116: Flachabschnitt
118: Wellenkörper
119: Verzahnungsabschnitt (verdichterseitig)
120: Verzahnungsabschnitt (turbinenseitig)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 01/86130 A1 [0003, 0006]

Claims

Gasturbinensystem (10) mit einer mit Heißgas beaufschlagbaren Turbine (12) mit einem Turbinenrad (18), mit einer Brennkammer (14) zum Erzeugen von Heißgas für die Turbine (12) und mit einem Verdichter (24) mit einem Verdichterrad (26) für das Erzeugen von in die Brennkammer (14) zuführbarer verdichteter Ansaugluft, gekennzeichnet durch ein an dem Verdichterrad (26) ausgebildetes verdichterseitiges Zentrierorgan (66) und ein turbinenseitiges, an dem Turbinenrad (18) ausgebildetes Zentrierorgan (68), das zu dem verdichterseitigen Zentrierorgan (66) komplementär ist und das mit dem turbinenseitigen Zentrierorgan (68) ein Zentriermittel bildet, die das Verdichterrad (26) und das Turbinenrad (18) relativ zueinander um eine gemeinsame Drehachse (16) zentriert.
Gasturbinensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichterseitige Zentrierorgan (66) einen Abschnitt (70) mit wenigstens einer verdichterseitigen Passfläche (72) hat und das turbinenseitige Zentrierorgan (68) einen Abschnitt (74) mit wenigstens einer turbinenseitigen Passfläche (76) hat, die zu der wenigstens einen verdichterseitigen Passfläche (72) weist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichterseitige Zentrierorgan (66) eine Hülsenform hat und das turbinenseitige Zentrierorgan (68) hülsenförmig gestaltet ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine turbinenseitige Passfläche (76) und die wenigstens eine verdichterseitige Passfläche (72) eine Spielpassung oder eine Übergangspassung bilden.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Gasturbinensystem-Betriebszustand, in dem die Turbine (12) mit Heißgas beaufschlagt wird, die turbinenseitige Passfläche (76) wenigstens abschnittsweise mit Flächenkontakt an der verdichterseitigen Passfläche (72) anliegt.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichterseitige Passfläche (72) wenigstens abschnittsweise als eine Mantelfläche eines zu der Drehachse (16) konzentrischen Rotationskörpers ausgebildet ist.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die turbinenseitige Passfläche (76) wenigstens abschnittsweise als eine Mantelfläche eines zu der Drehachse (16) konzentrischen Rotationskörpers ausgebildet ist.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die turbinenseitige Passfläche (76) der Drehachse (16) zugewandt ist.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die turbinenseitige Passfläche (76) von der Drehachse (16) abgewandt ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichterseitige Zentrierorgan (66) mit dem turbinenseitigen Zentrierorgan (68) eine selbstzentrierende Stirnverzahnung, insbesondere eine Hirth-Verzahnung bildet, oder dass das verdichterseitige Zentrierorgan als ein Nutabschnitt (110) in dem Verdichterrad (26) ausgebildet ist und das turbinenseitige Zentrierorgan ein mit dem Turbinenrad (18) drehfest verbundener und in das Verdichterrad (26) ragender Wellenkörper (118) ist, der einen zu dem Nutabschnitt (110) komplementären Nasenabschnitt (112) hat, oder dass das turbinenseitige Zentrierorgan als ein Nutabschnitt (110) in dem Turbinenrad (18) ausgebildet ist und das verdichterseitige Zentrierorgan ein mit dem Verdichterrad (26) drehfest verbundener und in das Verdichterrad (26) ragender Wellenkörper (118) ist, der einen zu dem Nutabschnitt (110) komplementären Nasenabschnitt (112) hat.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (26) und das verdichterseitige Zentrierorgan (66) ein einstückiges Bauteil bilden.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (26) einen Verdichterschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt (25) mit einer Strömungsführungskontur aufweist und einen mit dem Zentrierorgan (66) und dem Nabenabschnitt (25) verbundenen Kraftflussentkopplungsabschnitt (27) enthält, der das Einleiten von in der radialen Richtung in Bezug auf die Drehachse (16) wirkenden Fliehkräften aus dem Nabenabschnitt (25) in das Zentrierorgan (66) unterbindet oder zumindest abschwächt.
Gasturbinensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kraftflussentkopplungsabschnitt (27) zwischen dem Zentrierorgan (66) und dem Nabenabschnitt (25) ein axialer Freistich ausgebildet ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierorgan (66) eine der Drehachse (16) zugewandte Passfläche aufweist.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (18) einen Turbinenschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt (17) mit einer Strömungsführungskontur aufweist und einen Zentrierorgananschlussabschnitt (19) hat, an den das Zentrierorgan (68) angeschlossen ist, wobei das Zentrierorgan (68) zylinderförmig ist und eine von der Drehachse (16) abgewandte Passfläche (76) aufweist, und der Zentrierorgananschlussabschnitt (19) als ein verrundeter Übergang ausgehend von dem Zentrierorgan (68) zu dem Nabenabschnitt (17) ausgebildet ist.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (18) und das turbinenseitige Zentrierorgan (68) ein einstückiges Bauteil bilden.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad (18) einen Turbinenschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt (17) mit einer Strömungsführungskontur aufweist und einen mit dem Zentrierorgan (68) und dem Nabenabschnitt (17) verbundenen Kraftflussentkopplungsabschnitt (27) enthält, der das Einleiten von in der radialen Richtung in Bezug auf die Drehachse (16) wirkenden Fliehkräften aus dem Nabenabschnitt (17) in das Zentrierorgan (68) unterbindet oder zumindest abschwächt.
Gasturbinensystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kraftflussentkopplungsabschnitt (27) zwischen dem Zentrierorgan (68) und dem Nabenabschnitt (17) ein axialer Freistich (84) ausgebildet ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierorgan (68) eine der Drehachse (16) zugewandte Passfläche (76) aufweist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichterrad (26) einen Verdichterschaufeln aufnehmenden Nabenabschnitt (25) mit einer Strömungsführungskontur hat und einen Zentrierorgan-Anschlussabschnitt aufweist, an den das Zentrierorgan (66) angeschlossen ist, wobei das Zentrierorgan (66) zylinderförmig ist und eine von der Drehachse (16) abgewandte Passfläche (76) aufweist, und der Zentrierorgan-Anschlussabschnitt als ein verrundeter Übergang ausgehend von dem Zentrierorgan (66) zu dem Nabenabschnitt (25) ausgebildet ist.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Turbinenrad (18) und dem Verdichterrad (26) angeordneten rotationssymmetrischen Zwischenwellenkörper (50) mit einer turbinenseitigen Anschlusspartie (52), die in der axialen Richtung der Drehachse (16) dem Turbinenrad (18) zugewandt ist und dort an eine zu dieser Anschlusspartie komplementäre Anschlusspartie (54) des Turbinenrads (18) angeschlossen ist, mit einer verdichterseitigen Anschlusspartie (56), die in der axialen Richtung der Drehachse (16) dem Verdichterrad (26) zugewandt ist und dort an eine zu dieser Anschlusspartie komplementäre Anschlusspartie (58) des Verdichterrads (26) angeschlossen ist, und mit einer drehachsenseitigen Anschlusspartie (104), die an eine an dem verdichterseitigen (66) und/oder dem turbinenseitigen Zentrierorgan (68) ausgebildete hierzu komplementäre Anschlusspartie angeschlossen ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in der drehachsenseitige Anschlusspartie (104) ein axialer Freistich (107) ausgebildet ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch einen Generator (34) mit einem Läufer (90) und mit einem Stator (92), der eine den Läufer (90) aufnehmende und mit dem Turbinenrad (18) drehgekoppelte Generatorwelle (36) hat.
Gasturbinensystem nach Anspruch 22 oder 23, gekennzeichnet durch eine mit der Generatorwelle (36) drehfest verbundene Einlaufwelle (46), an der das Verdichterrad (26) festgelegt ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle (36) und die Einlaufwelle (46) jeweils als Hohlwellen gestaltet sind und ein die Generatorwelle (36) und die Einlaufwelle (46) durchgreifender, auf der dem Verdichter (24) abgewandten Seite an der Generatorwelle (36) festgelegter, in dem Turbinenrad (18) verankerter Zuganker (94) vorgesehen ist, der das Turbinenrad (18) mit einer in der axialen Richtung der Drehachse (16) zu dem Generator (34) weisenden Zugkraft beaufschlagt.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle (36) das Verdichterrad (26) und das Turbinenrad (18) frei trägt.
Gasturbinensystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (24) zwischen dem elektrischen Generator (34) und der Turbine (12) angeordnet ist.
Gasturbinensystem nach einem der Ansprüche 23 bis 27, gekennzeichnet durch ein den Läufer (90) und den Stator (92) umgebendes Generatorgehäuse (38) und ein auf einer der Turbine (12) abgewandten Seite des Läufers (90) angeordnetes erstes Lager (40) sowie ein auf einer der Turbine (12) zugewandten Seite des Läufers (90) angeordnetes zweites Lager (42) für die Generatorwelle (36).
Gasturbinensystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (40) und das zweite Lager (42) ein Radiallager für die Generatorwelle (36) ist.
Gasturbinensystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lager (42) zusätzlich auch ein Axiallager für die Generatorwelle (36) ist oder ein zusätzliches Axiallager für die Generatorwelle (36) vorgesehen ist.