DE10251468A1

DE10251468A1 - Verdichter- und Turbinendeckbandsegmentbefestigung

Info

Publication number: DE10251468A1
Application number: DE2002151468
Authority: DE
Inventors: Stuart Lee
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-05-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung mit einem Gehäuse 1 und mehreren in dem Gehäuse 1 angeordneten Deckbandsegmenten 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckbandsegment 2 mittels zumindest eines Lagerelements 3 an dem Gehäuse 1 gelagert ist und dass das Lagerelement 3 in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen seiner Temperatur und der Temperatur des Gehäuses 1 seine Form ändert und damit der radiale Abstand zwischen dem Deckbandsegment 2 und dem Gehäuse 1 variabel ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichter- und Turbinendeckbandsegmentbefestigung mit einem Gehäuse und mehreren in dem Gehäuse angeordneten Deckbandsegmenten.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Gasturbinen mittels Deckbändern den Spalt zwischen den Spitzen einer Rotorschaufel geeignet zu steuern, um zum einen einen Kontakt der Spitze der Rotorschaufel mit dem Gehäuse zu vermeiden und um zum anderen eine ausreichende Abdichtung in diesem Bereich sicherzustellen.
Es stellt sich hierbei das generelle Problem, dass bei Temperaturänderungen der Rotorschaufeln und Scheiben diese durch thermische Expansion oder Kontraktion ihre Länge ändern. Gleiches gilt für den Durchmesser des Gehäuses. Dieses hat im kalten Zustand einen geringeren Durchmesser, als im erwärmten Zustand.
Abgesehen von der üblichen Erwärmung auf Betriebstemperatur erweisen sich Situationen, bei welchen das Gehäuse relativ kalt und die Rotorschaufel sowie Scheibe relativ heiß sind, als problematisch. In all diesen Fällen muss sichergestellt sein, dass die Deckbandsegmente den gewünschten Abstand zur Spitze der Rotorschaufel aufweisen.

Eine Anordnung zur Steuerung des Abstands bzw. des Freiraums zeigt beispielsweise die EP 0 381 895 A1 .

Die bekannten Konstruktionen zeichnen sich dadurch aus, dass die Deckbandsegmente mehr oder weniger fest an dem Gehäuse gelagert sind, sodass eine Spaltkontrolle im Wesentlichen nur durch eine thermische Expansion des Gehäuses erfolgen kann. Hieraus ergibt sich der Nachteil, dass bei großen Temperaturunterschieden zwischen dem Gehäuse und den Rotorschaufelspitzen das Spaltmaß nicht oder nicht ausreichend präzise eingehalten werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine verbesserte Anpassung des Spaltes zwischen der Spitze der Rotorschaufel und dem Deckbandsegment gewährleistet und dadurch eine Leistungsverbesserung hinsichtlich des Kraftstoffverbrauches erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass das Deckbandsegment mittels zumindest eines Lagerelements an dem Gehäuse gelagert ist und dass das Lagerelement in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Gehäuses und der Temperatur des Deckbandsegments bzw. des Lagerelements seine Form ändert. Hierdurch ändert sich der radiale Abstand zwischen dem Deckbandsegment und dem Gehäuse und in der Folge der Abstand zwischen der Spitze der Rotorschaufel und dem Deckbandsegment.

Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus.

Durch die Verwendung eines Lagerelements, welches selbsttätig seine Form ändert, sind keine externen Steuermittel er forderlich. Vielmehr genügt die Temperaturdifferenz, um die Verformung des Lagerelements sicherzustellen.

Die erfindungsgemäße Turbinendeckbandsegmentbefestigung arbeitet somit vollautomatisch. Bei geeigneter Konstruktion und Materialauswahl des Lagerelements ist dieses gänzlich verschleißfrei und wartungsarm.

Besonders günstig ist es, wenn benachbarte Deckbandsegmente jeweils mittels des Lagerelements miteinander gekoppelt sind. Zu diesem Zwecke kann es günstig sein, wenn das Lagerelement einen Arm umfasst, an dessen Endbereich die Deckbandsegmente befestigt sind. Der Arm kann sich bei Temperaturänderungen entsprechend verformen, sodass die Deckbandsegmente radial nach außen bzw. nach innen bewegt werden.

Weiterhin kann es günstig sein, wenn das Lagerelement ein Abstützteil umfasst, welches ohne Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Gehäuses und der Temperatur des Lagerelements ein Spiel zu dem Gehäuse aufweist. Dieses bemessene, vordefinierte Spiel ermöglicht dem Lagerelement einen freien Bewegungsbereich. Wird dieser überschritten, so liegt das Abstützteil gegen das Gehäuse an und verhindert in diesem Bereich des Lagerelements weitere Verformungen. Dabei ist es besonders günstig, wenn das Abstützteil über einen Hebelarm an dem Lagerelement gelagert ist. Der Hebelarm kann, wie der Arm zur Lagerung der Deckbandsegmente, leicht bei Temperaturänderungen verformt werden.

Die Lagerelemente sind bevorzugter Weise an einem einstückigen Trägerring befestigt, welcher wiederum in dem Gehäuse gelagert ist. Hierdurch erfolgt eine entsprechende Zentrierung und Zuordnung der einzelnen Deckbandelemente, zusammen mit den Lagerelementen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt.
1 eine schematische Teil-Schnittansicht einer Deckbandsegmentlagerung nach dem Stand der Technik,
2 eine Ansicht, ähnlich 1, eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
3a, 3b Teil-Stirnansichten des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels,
4 eine Ansicht, analog 1, eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbe-festigung,
5a, 5b Teil-Schnittansichten, analog 3a, 3b, der in 4 gezeigten Anordnung,
Fig. 6 + 7 unterschiedliche Betriebszustände des in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig. 8 + 9 unterschiedliche Betriebszustände des in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiels, und
10 eine vereinfachte Teil-Gesamtansicht der Zuordnung der Deckbandsegmente zu einer Turbine.
Die 1 und 10 zeigen jeweils in vereinfachter Darstellung einen Teil einer Rotorschaufel 8, die in üblicher Weise an einer im Einzelnen nicht beschriebenen Scheibe gelagert ist. Die Bezugszeichen 10 und 11 geben jeweils eine Statorschaufel wieder. Radial außerhalb der Spitze 9 der Rotorschaufel 8 sind einzelne Deckbandsegmente 2 so gelagert, dass sie zusammen einen Ring bilden. Die Deckbandsegmente 2 sind an einem (inneren) Gehäuse 1 gelagert, welches, wie aus den Figuren ersichtlich ist, von einem äußeren Gehäuse 12 umgeben sein kann. Mit dem Bezugszeichen 13 sind in 1 äußere Gehäuseringe bezeichnet.
Erfindungsgemäß sind die einzelnen Deckbandsegmente 2 jeweils mittels der Lagerelemente 3 miteinander verbunden, so wie dies aus den 3b und 5b ersichtlich ist. Die Befestigung erfolgt dabei jeweils an einem Arm 7 des Lagerelements, welcher zu diesem Zwecke mit geeigneten Ausnehmungen versehen ist, um Bolzen oder Schrauben aufzunehmen. Der Arm 7 erstreckt sich, ebenso wie ein Hebelarm 6 (4, 5, 8 und 9) von einem zentrischen Bereich des Lagerelements 3 aus. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4, 5, 8 und 9 trägt das freie Ende des Hebelarms 6 ein Abstützteil 5, welches im unbelasteten Zustand (keine Temperaturdifferenz zwischen dem Lagerteil 3 und dem Gehäuse 1) ein Spiel 14 zu dem Gehäuse 1 aufweist. Durch eine Temperaturdifferenz erfolgt eine Formänderung des Hebelarms 6, sodass dieser, wie in 9 gezeigt, gegen das Gehäuse 1 zur Anlage gelangt. Eine weitere Erhöhung der Temperaturdifferenz bewirkt eine Verformung des Arms 7 (so wie dies durch den Doppelpfeil A in 9 gezeigt ist). Hierdurch erfolgt eine radiale Lageänderung der Deckbandsegmente 2.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2, 3, 6 und 7 ist das Lagerelement 3 an seinem zentrischen Teil mit dem Abstützteil 5 versehen. Das Abstützteil 5 weist wiederum, wie in 6 gezeigt, im neutralen Zustand (keine Temperaturdifferenz zwischen dem Lagerteil 3 und dem Gehäuse 1) ein Spiel 14 zu dem Gehäuse 1 auf. Durch eine Temperaturdifferenz verformt sich das Lagerelement 3, so wie dies in 7 gezeigt ist. Hierdurch gelangt das Abstützteil 5 in Anlage an das Gehäuse 1. In der Folge wird der Arm 7 verformt (siehe Dop pelpfeil B in 7), sodass sich die radiale Lage der Deckbandsegmente 2 ändert.
Wie sich insbesondere aus den 3 und 5 ergibt, ist innerhalb des Gehäuses 1 ein Trägerring 4 angeordnet, welcher sowohl die Deckbandsegmente 2 als auch die Lagerelemente 3 zentriert und entsprechend lagert.
Wie sich aus oben stehenden Ausführungen ergibt, sind erfindungsgemäß zwei Lösungsvarianten möglich. Bei den Ausführungsbeispielen der 5, 8 und 9 wird jeweils der Hebelarm 6 verformt, sodass auf diese Weise das Abstützteil 5 gegen das Gehäuse 1 abgestützt wird. Demgegenüber ist bei dem Ausführungsbeispiel der 3, 6 und 7 der einstückige Trägerring 4 so ausgebildet, dass sich dieser bei Temperaturerhöhung verformt. Dies geschieht dadurch, dass durch die Temperaturerhöhung des Trägerringes 4 das Abstützteil 5 gegen das Gehäuse 1 gedrückt wird.

1: Gehäuse
2: Deckbandsegment
3: Lagerelement
4: Trägerring
5: Abstützteil
6: Hebelarm
7: Arm
8: Rotorschaufel
9: Spitze
10: Statorschaufel
11: Statorschaufel
12: Äußeres Gehäuse
13: Äußerer Gehäusering
14: Spiel

Claims

Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung mit einem Gehäuse (1) und mehreren in dem Gehäuse (1) angeordneten Deckbandsegmenten (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Deckbandsegment (2) mittels zumindest eines Lagerelements (3) an dem Gehäuse (1) gelagert ist und dass das Lagerelement (3) in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen seiner Temperatur und der Temperatur des Gehäuses (1) seine Form ändert und damit der radiale Abstand zwischen dem Deckbandsegment (2) und dem Gehäuse (1) variabel ist.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Deckbandsegmente (2) jeweils mittels des Lagerelements (3) miteinander gekoppelt sind.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (3) an einem einstückigen Trägerring (4) befestigt sind.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (3) ein Abstützteil (5) umfasst, welches ohne Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Gehäuses (1) und der Temperatur der Lagerelements (3) ein Spiel (14) zu dem Gehäuse (1) aufweist.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützteil (5) über einen Hebelarm (6) an dem Lagerelement (3) gelagert ist.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (3) einen Arm (7) umfasst, an dessen Endbereich die Deckbandsegmente (2) befestigt sind.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (6) und der Arm (7) bei Temperaturänderung ihre Form ändern.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung mit einem Gehäuse (1) und mehreren in dem Gehäuse (1) angeordneten Deckbandsegmenten (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Deckbandsegment (2) mittels zumindest eines Lagerelements (3) an dem Gehäuse (1) gelagert ist, wobei die Lagerelemente (3) an einem einstückigen Trägerring (4) befestigt sind und dass der Trägerring (4) in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen seiner Temperatur und der Temperatur des Gehäuses (1) seine Form ändert und damit der radiale Abstand zwischen dem Deckbandsegment (2) und dem Gehäuse (1) variabel ist.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Deckbandsegmente (2) jeweils mittels des Lagerelements (3) miteinander gekoppelt sind.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (3) ein Abstützteil (5) umfasst, welches ohne Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Gehäuses (1) und der Temperatur der Lagerelements (3) ein Spiel (14) zu dem Gehäuse (1) aufweist.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützteil (5) über einen Hebelarm (6) an dem Lagerelement (3) gelagert ist.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement (3) einen Arm (7) umfasst, an dessen Endbereich die Deckbandsegmente (2) befestigt sind.
Verdichter- bzw. Turbinendeckbandsegmentbefestigung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (6) und der Arm (7) bei Temperaturänderung ihre Form ändern.