DE10356586A1

DE10356586A1 - Verdichterrotor

Info

Publication number: DE10356586A1
Application number: DE10356586A
Authority: DE
Inventors: René Bachofner; Wolfgang Kappis; Kurt Rubischon
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2005-07-07
Also published as: TWI350877B; US8033784B2; US20060228210A1; WO2005054634A1; CA2549136A1; EP1689979A1; TW200525077A

Abstract

Ein Verdichter hat einen Rotor (13), welcher Rotor (13) in axialer Richtung hintereinander mehrere voneinander beabstandete Reihen von Laufschaufeln (14, 14') aufweist, wobei zwischen benachbarten Reihen von Laufschaufeln (14, 14') am Umfang des Rotors (13) in Umfangsrichtung hintereinander eine Mehrzahl von lösbar am Rotor (13) befestigten, in Umfangsrichtung verschiebbar gelagerten Wärmestausegmenten (10) angeordnet ist und wobei an den Wärmestausegmenten (10) Sicherungsmittel (15) vorgesehen sind, welche die Wärmestausegmente (10) gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung sichern. Bei einem solchen Rotor (13) wird eine Vereinfachung in Herstellung und Montage dadurch erreicht, dass nur ein Teil der Wärmestausegmente (10) mit den Sicherungsmitteln (15) ausgestattet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Turbomaschinen. Sie betrifft einen Verdichter mit einem Rotor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hochdruckverdichter, wie sie insbesondere in Gasturbinen zur Verdichtung der Verbrennungsluft eingesetzt werden, umfassen eine mehrstufige Beschaufelung, die aus in axialer Richtung alternierend angeordneten Laufschaufeln und Leitschaufeln besteht. Die Laufschaufeln sind auf dem drehbar gelagerten Rotor befestigt. Die Leitschaufeln sind zwischen benachbarten Laufschaufelkränzen am inneren Gehäuse des Verdichters angeordnet.

Die Luft, die durch den zwischen Rotor und innerem Gehäuse gebildeten Ringkanal des Verdichters strömt und dabei komprimiert wird, erhitzt sich aufgrund der Kompression. Um den Rotor und das innere Gehäuse vor einer übermässigen thermischen Belastung durch die erhitzte Luft zu schützen, werden zwischen benachbarten Laufschaufel- und Leitschaufelkränzen häufig Wärmestauelemente angeordnet, die einen umlaufenden Schutzring bilden (siehe z.B. die DE-A1-198 08 740). Da die Wärmestausegmente jeweils den Schaufelspitzen der Laufschaufeln bzw. Leitschaufeln gegenüberliegen und an diese anstossen, sind sie massgeblich an der Einstellung des Schaufelspiels beteiligt. Damit ein direkter Kontakt zwischen den Schaufelspitzen und den Wärmestausegmenten verhindert wird, sind zwischen den Wärmestausegmenten Schneidwerkzeuge angeordnet, welche die Wärmestausegmente um einen vorbestimmten Betrag überragen und gleichzeitig eine Verschiebung der Wärmestausegmente in Umfangsrichtung verhindern. Ein solcher Rotoraufbau ist jedoch sehr aufwendig in der Herstellung und Montage.

Eine bekannte Ausführungsform der rotorseitigen, d.h., den Leitschaufeln gegenüberliegenden Wärmestausegmente ist in der DE-A-1-196 15 549 wiedergegeben und auch in 1 der vorliegenden Anmeldung dargestellt. Die bekannten Wärmestausegmente 10 sind als schalenförmige Kreisringsegmente ausgebildet, die eine glatte Aussenfläche 11 aufweisen und auf deren Unterseite zwei sich parallel in Umfangsrichtung erstreckende Segmentfüsse 12 mit hakenförmigem Querschnitt angeformt sind. Zur Befestigung der Wärmestausegmente 10 ist zwischen benachbarten Laufschaufelkränzen im Rotor eine Umfangsnut mit zwei sich über den gesamten Umfang erstreckenden Haken vorgesehen, hinter welchen die Wärmestausegmente mit ihren Segmentfüssen eingehakt werden. Jedes der Wärmestausegmente ist gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung durch einen Befestigungsstift gesichert (3 und Anspruch 4 der DE-A-1-196 15 549). Auch in diesem Falle stellt die Sicherung jedes Wärmestausegments in Umfangsrichtung einen erheblichen Aufwand dar, weil die entsprechenden Bohrungen in den Rotor und die Wärmestausegmente eingebracht und die Befestigungsstifte montiert werden müssen. Darüber hinaus ist in diesem Fall keine Vorkehrung getroffen, ein vorbestimmtes Spiel zwischen Wärmestausegmenten und Schaufelspitzen einzustellen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Verdichter mit einem Rotor zu schaffen, welcher die Nachteile bekannter Lösungen vermeidet und sich durch eine vereinfachte Herstellung und Montage auszeichnet.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, nicht jedes Wärmestausegment gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung zu sichern, sondern nur eine Teilmenge von ausgewählten Segmenten mit entsprechenden Sicherungsmitteln auszustatten. Hierdurch wird eine erhebliche Reduktion des Aufwandes sowohl bei der Herstellung als auch bei der Montage erreicht. Die nicht mit Sicherungsmitteln ausgerüsteten Wärmestausegmente werden dabei durch die mit Sicherungsmitteln ausgestatteten Wärmestaussegmente mit gesichert.

Besonders vorteilhaft ist diese Art der Sicherung, wenn gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in Umfangsrichtung gesehen jedes zweite Wärmestausegment mit den Sicherungsmitteln ausgestattet ist, weil dadurch eine maximale Sicherung mit einem minimalen Aufwand erzielt werden kann.

Insbesondere weisen die Wärmestausegmente Segmentfüsse mit einem hakenförmigen Querschnitt auf, mit welchen sie hinter am Rotor angeformten, umlaufenden Rotorhaken eingehakt werden, und umfassen die Sicherungsmittel einen Sicherungsstift, welcher sich in axialer Richtung durch die Segmentfüsse und Rotorhaken hindurch erstreckt, wobei insbesondere der Sicherungsstift in Umfangsrichtung gesehen jeweils in der Mitte des Wärmestausegmentes angeordnet ist.

Wenn im Bereich der Wärmestausegmente Leitschaufeln angeordnet sind, welche mit ihrer Schaufelspitze an einer Aussenfläche der Wärmestausegmente enden, ist es bei dieser Art der Sicherung besonders vorteilhaft, wenn die Aussenfläche der Wärmestausegmente mit einer Abreibschicht versehen ist, welche bei einem Schleifen der Schaufelspitzen der Leitschaufeln an den Aussenflächen der Wärmestausegmente einen Materialabtrag an den Schaufelspitzen bewirkt.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
1 in einer perspektivischen Seiteansicht ein an sich bekanntes Wärmestausegment, wie es im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommt;
2 in einer teilweise geschnittenen Ansicht die Anordnung der Wärmesegmente zwischen benachbarten Reihen von Laufschaufeln mit Sicherungsmitteln gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 den Schnitt entlang der Ebene A-A aus 2 und
4 in einer zu 2 vergleichbaren Ansicht ein mit einer Abreibschicht versehenes Wärmestausegment nach der Erfindung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung geht aus von einem Wärmestausegment 10 der in 1 dargestellten Art, das mittels der Segmentfüsse 12 am Rotor zwischen zwei Laufschaufelreihen befestigt wird und mit einer Aussenfläche 11 den Schaufelspitzen der zwischen den Laufschaufelreihen angeordneten Leitschaufeln (16 in 4) gegenüberliegt. Aus 2 ist die Anordnung der Wärmestausegmente 10 am Rotor 13 zwischen den Laufschaufeln 14, 14' benachbarter Laufschaufelreihen ersichtlich. Dazu ist im Rotor 13 eine Umfangsnut 21 eingelassen, in der in Umfangsrichtung parallel zwei Rotorhaken 19 verlaufen (siehe auch 4). In diese Rotorhaken 19 sind die Wärmestausegmente 10 mit den Segmentfüssen 12 eingehakt, so dass die Aussenfläche 11 der Wärmestausegmente an die Plattformen der Laufschaufeln 14, 14' anschliesst. Zur Sicherung des in 2 gezeigten Wärmestausegments 10 ist ein axial orientierter Sicherungsstift 15 in Form eines kreiszylindrischen Bolzens vorgesehen, der durch entsprechende Bohrungen in den Segmentfüssen 12 und einem der Rotorhaken 19 gesteckt ist. Der Sicherungsstift 15 ist dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung gesehen in der Mitte des Wärmestausegments 10 angeordnet.
Der in 3 dargestellte Schnitt in der Ebene A-A der 2 zeigt, dass bei zwei benachbarten Wärmestausegmenten nur das eine (in 3 das rechte) Wärmestausegment mit einem Sicherungsstift 15 gesichert ist. Alle zwischen den beiden Laufschaufelreihen 14 und 14' angeordneten Wärmestausegmente zusammen bilden einen segmentierten Wärmestauring, bei dem jedes zweite Segment mit einem Sicherungsstift 15 gegen ein „Wandern" über den Umfang gesichert ist.
Damit sich bei den derart gesicherten Wärmestausegmenten das gewünschte optimale Spiel zwischen der Aussenfläche 11 der Wärmestausegmente 10 und den Schaufelspitzen der anstossenden Leitschaufeln einstellen kann, ist gemäss 4 die Aussenfläche mit einer Abreibschicht 18 behaftet. Die Abreibschicht 18 ist aus einem Material, das härter ist als das Material der anstossenden Leitschaufeln 16. Dadurch wird erreicht, dass sich die über die Abreibschicht 18 laufenden Leitschaufeln 16 beim Streifen am Wärmestausegment 10 abnützen, in dem an der Schaufelspitze 20 in einem Abtragsbereich 17 Material abgetragen wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die Oberfläche am Wärmestausegment 10 dauerhaft durch Reibung erhitzt wird.

10: Wärmestausegment
11: Aussenfläche (Wärmestausegment)
12: Segmentfuss
13: Rotor
14: Laufschaufel
15: Sicherungsstift
16: Leitschaufel
17: Abtragsbereich
18: Abreibschicht
19: Rotorhaken
20: Schaufelspitze (Leitschaufel)
21: Umfangsnut

Claims

Verdichter mit einem Rotor (13), welcher Rotor (13) in axialer Richtung hintereinander mehrere voneinander beabstandete Reihen von Laufschaufeln (14, 14') aufweist, wobei zwischen benachbarten Reihen von Laufschaufeln (14, 14') am Umfang des Rotors (13) in Umfangsrichtung hintereinander eine Mehrzahl von lösbar am Rotor (13) befestigten, in Umfangsrichtung verschiebbar gelagerten Wärmestausegmenten (10) angeordnet ist, und wobei an den Wärmestausegmenten (10) Sicherungsmittel (15) vorgesehen sind, welche die Wärmestausegmente (10) gegen eine Verschiebung in Umfangsrichtung sichern, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Wärmestausegmente (10) mit den Sicherungsmitteln (15) ausgestattet ist.
Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung gesehen jedes zweite Wärmestausegment (10) mit den Sicherungsmitteln (15) ausgestattet ist.
Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmestausegmente (10) Segmentfüsse (12) mit einem hakenförmigen Querschnitt aufweisen, mit welchen sie hinter am Rotor (13) angeformten, umlaufenden Rotorhaken (19) eingehakt werden, und dass die Sicherungsmittel einen Sicherungsstift (15) umfassen, welcher sich in axialer Richtung durch die Segmentfüsse (12) und Rotorhaken (19) hindurch erstreckt.
Verdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherungsstift (15) in Umfangsrichtung gesehen jeweils in der Mitte des Wärmestausegmentes (10) angeordnet ist.
Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Wärmestausegmente (10) Leitschaufeln (16) angeordnet sind, welche mit ihrer Schaufelspitze (20) an einer Aussenfläche (11) der Wärmestausegmente (10) enden, und dass die Aussenfläche (11) der Wärmestausegmente (10) mit einer Abreibschicht (18) versehen ist, welche bei einem Schleifen der Schaufelspitzen (20) der Leitschaufeln (16) an den Aussenflächen der Wärmestausegmente (10) einen Materialabtrag an den Schaufelspitzen (20) bewirkt.