DE10223655B3

DE10223655B3 - Anordnung zum axialen und radialen Fixieren der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer Gasturbine

Info

Publication number: DE10223655B3
Application number: DE10223655A
Authority: DE
Inventors: Werner Humhauser
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: US7396206B2; EP1507959B1; EP1507959A1; WO2003102379A1; US20050238490A1; DE50305849D1

Abstract

Gasturbine (10) mit mindestens einem Leitschaufelkranz, dessen Leitschaufeln (12) über lösbare Verriegelungselemente (18, 18', 18'', 30) axial und radial fixiert sind, die einen eine Anschlagfläche (19) und Passflächen (20) tragende Vorsprünge (21) aufweisenden, als frei bearbeitbares Bauteil ausgebildeten Mantelring (18) sowie für jede Leitschaufel (12) ein Haltestück (30) umfassen, das in entsprechende Ausnehmungen (27, 27') an einem stromabwärtigen Mantelring (18'') eingreift, wobei über Federbügel (35) die Haltestücke (30) in ihrer durch die Verriegelungselemente bestimmten Lage gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 die von der DE-PS 843700 ausgeht.
Bekanntlich bildet der Stator einer Gasturbine keine integrale Einheit sondern weist bezüglich der einzuhaltenden Spalte kritische Verbindungs- und Lagerstellen auf. Es müssen dabei den zwischen Turbinengehäuse und Leitgitterkranz auftretenden Temperaturgradienten Rechnung tragende Fixierungen vorgesehen werden, deren Realisierung erhebliche Schwierigkeiten bereiten kann. Infolge der beengten Raumverhältnisse und der schlechten Zugänglichkeit sind Fräsarbeiten an am Turbinengehäuse befindlichen Anschlagflächen für die Realisierung der geforderten Fixierungen nur mit großem Aufwand durchführbar. Dies gilt nicht nur für die Erstmontage, sondern auch für Nacharbeiten in Folge Verschleiß während des Betriebes solcher Gasturbinen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen, durch eine neue Gestaltung der Mittel zum Fixieren der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer Gasturbine.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die neuen, den nabenfernen Enden der Leitschaufeln des Leitschaufelgitters zugeordneten, formschlüssigen Verriegelungselemente mit ihren das Spiel und die Lage der Leitschaufeln bestimmenden Anlageflächen werden die zur Vorgabe der notwendigen Maße und Spalte erforderlichen Fräsarbeiten auf vom Turbinengehäuse getrennte Mantelringe und Haltestücke verlagert, die für die Bearbeitung und für eine Nachbearbeitung besser zugänglich sind. Darüber hinaus können die Leitschaufeln mittels der neuen Verriegelungselemente vor dem Einsetzen in die Turbine zu einem Baumodul zusammengefasst werden, was zu einem einfachen Partner-Interface führt und die Montage wesentlich erleichtert. Insbesondere aber ermöglichen die neuen Verriegelungselemente eine annähernd spielfreie Fixierung der Leitschaufelkränze unmittelbar an der Speichenzentrierung bei Wegfall der bisher notwendigen Ringdichtungen. Die Anordnung der Lagerstellen an den Mantelringen bringt eine Abkoppelung der Speichenzentrierung vom Turbinengehäuse und vermeidet dadurch einen direkten Einfluss der während des Betriebes der Gasturbine auftretenden Verformungen des Turbinengehäuses auf die Speichenzentrierung. Schließlich kann durch die neuen Verriegelungselemente auf das bisher übliche Angießen von Lagerstellen für die sogenannten "outer air seals" verzichtet werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung des Leit- und Laufschaufelkränze umfassenden Niederdruckteils einer Gasturbine und
2 in vergrößerter Explosionsdarstellung die den Leitschaufelspitzen des Leitschaufelkranzes zugeordneten Verriegelungselemente nach der Erfindung.
Von einer insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Gasturbine sind in 1 deren Niederdruckteil mit einem Leitschaufeln 12, 12' aufweisenden Stator ST und mit einem Laufschaufeln 14, 14' aufweisenden Rotor RT sowie das zugehörige Turbinengehäuse 16 ausschnittsweise dargestellt.
Die Leit- und Laufschaufeln sind jeweils zu sogenannten Leit- und Laufschaufelkränzen zusammengefasst, die mit ihren zugehörigen, weiter nicht näher beschriebenen Bauelementen sogenannte Partnerbauteile – nämlich den genannten Stator und den genannten Rotor – der von dem Turbinengehäuse 16 umschlossenen Gasturbine 10 bilden.
Wie 1 zeigt, ragt der von den Leitschaufeln 12 gebildete Leitschaufelkranz 13 zwischen zwei Laufschaufelkränze mit ihren Laufschaufeln 14 und 14'. Stromauf ist ein weiterer Leitschaufelkranz 15 mit Leitschaufeln 12' zwischen Nabe und Gehäuse fixiert. Der in noch zu beschreibender Weise zwischen dem Turbinengehäuse 16 und einem Dichtungsträger 17 des Stators ST befindliche Leitschaufelkranz 13 ist durch Temperaturgradienten verursachte Dilatationen zwischen Turbinengehäuse und Leitgitter ausgesetzt, die über definierte Spalte aufgenommen werden. Zur Fixierung sind die in 2 dargestellten Verriegelungselemente vorgesehen, die einem jeden der Nabe abgewandten Ende einer Leitschaufel 12 zugeordnet sind.
Diese Verriegelungselemente umfassen für den Leitschaufelkranz 13 einen Mantelring 18 mit einer axialen Anschlagfläche 19 und mit Paaren von ebene Passflächen 20 einschließenden, radialen Vorsprüngen 21 zwecks Aufnahme von korrespondierenden ebenen Lagerflächen 24 an einem stromabwärtigen Mantelring 18''. Ein gut aus 2 ersichtlicher, axialer Fortsatz des Mantelringes 18'' besitzt ferner beidseitig einander gegenüberliegend rechtwinklige Ausnehmungen 27 und 27', die jeweils der Aufnahme der Schenkel 28, 28' eines U-förmigen Haltestückes 30 dienen. Jedes Haltestück 30 weist an seiner hinteren Basis eine Widerlagerfläche 32 auf, hinter die ein noch zu beschreibender Spannbügel 35 nach der Montage der Leitschaufeln am Turbinengehäuse greift. In der Betriebslage fluchten die Leitschaufeln 12 mit entsprechenden Passflächen mit den Passflächen 20 der Vorsprünge 21 des Mantelrings 18, dieser steht mit seiner Anlagefläche 19 in axialer Anlage mit den Leitschaufeln 12. Die in die Ausnehmungen 27 und 27' mittels der Schenkel 28, 28' eingreifenden Haltestücke 30 fixieren die Leitschaufeln 12 und den Mantelring 18 am Mantelring 18'', wobei letzterer am Turbinengehäuse festgelegt und fixiert ist.
Auf diese Weise ist eine unmittelbar am Ort der üblichen Speichenzentrierung befindliche formschlüssige Verriegelung gebildet, die in 1 insgesamt mit VE bzw. VE' bezeichnet ist und die für jede Leitschaufel jeweils über den bereits genannten Federbügel 35 gesichert ist. Hierzu greifen die Federbügel 35 mit ihren freien Enden unter die radial inneren Lagerflächen 24 am Mantelring 18'', genauer an dessen axialem Fortsatz.
Die Leitschaufelspitzen weisen ferner Vorsprünge 41, 41' auf, denen entsprechende Anschlagflächen 42, 42' an den Mantelringen 18, 18' zugeordnet sind.
Die dem Dichtungsträger 17 des Stators ST zugewandten Enden der Leitschaufeln 12 tragen an sich bekannte Dichtungsbeläge 44, deren zugeordnete Dichtfins 45 auf dem Rotorteil 46 angeordnet sind.

10: Gasturbine
12, 12': Leitschaufeln
13: Leitschaufelkranz
14, 14': Laufschaufeln
15: Leitschaufelkranz
16: Turbinengehäuse
17: Dichtungsträger
18, 18', 18'': Mantelringe
19: Anschlagfläche Mantelring
20: Passflächen
21: Vorsprünge des Mantelrings
24: Lagerflächen
27, 27': Ausnehmungen
28, 28': Schenkel
30: Haltestücke
32: Widerlagerfläche
35: Federbügel
36: Anschlagflächen
39: Anschlagflächen
41, 41': Vorsprünge der Leitschaufeln
42, 42': Anschläge
44: Dichtungsbeläge
45: Dichtfins
46: Rotorteil

Claims

Anordnung zum axialen und radialen Fixieren der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer Gasturbine mit einem, axial nebeneinanderliegend angeordnete Leit- und Laufschaufelkränze umschließenden Turbinengehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die der Fixierung dienenden Anschlagflächen (19, 24, 32, 39) für die Leitschaufeln (12, 12') des Leitschaufelkranzes (13, 15) an von dem Turbinengehäuse (16) baulich getrennten Verriegelungselementen (18, 18', 18'', 30) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungselemente (18, 18', 18'', 30) den nabenfernen, radial äußeren Enden der Leitschaufeln (12, 12') zugeordnet sind, formschlüssig ineinandergreifen, jeweils zwei axiale Anschlagflächen (19, 39) aufweisende Mantelringe (18, 18', 18'') und jeweils in korrespondierende Ausnehmungen (27, 27') der Mantelringe (18, 18'') eingreifende und als Widerlager (32) für Federbügel (35) dienende Haltestücke (30) umfassen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass radiale und circumferentiale Anlageflächen (20) des Mantelringes (18) an radialen Vorsprüngen (21) angeordnet sind, denen korrespondierende Anlageflächen an den radial äußeren Enden der Leitschaufeln (12) zugeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den an den Widerlagerflächen (32) der Haltestücke (30) angreifenden Federbügeln (35) entsprechende Lagerflächen (24) an dem Mantelring (18'') zugeordnet sind, um die Haltestücke (30) lösbar zu fixieren.