DE1078374B - Leitapparattraeger fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Der Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage wird bekanntlich, um so höher, je höher die Eintrittstemperatur der Gase in die Turbine ist. Durch Verwendung hochwarmfester Sonderstähle ist es möglich, je nach erwünschter Lebensdauer der Turbine die Temperatur auf etwa 800° C und noch darüber zu steigern.

Diese hochlegierten Stähle enthalten bedeutende Anteile an hochwertigen Legierungselenienten, wie Nickel, Kobalt, Molybdän usw., und sind daher in der Anschaffung außerordentlich teuer. Auch die Bearbeitung dieser Stähle stellt neue Probleme, die eine weitere Verteuerung bedingen.

Infolge der hohen Fliehkraft sind naturgemäß die rotierenden Teile, d. h. die Schaufeln und der Läufer, besonders hoch beansprucht; aber auch die Gehäuse der Gasturbine müssen hohen Beanspruchungen standhalten.

Wenn man den Vorteil des günstigeren Wirkungsgrades nicht durch eine ungewöhnliche Verteuerung der ganzen Anlage erkaufen will, ist man gezwungen, bei der Konstruktion der Gasturbine an hochwarmfesten Legierungen einzusparen, wo es nur möglich ist.

Man hat infolgedessen schon Gasturbinen vorgeschlagen, bei denen das Gehäuse gewissermaßen aus zwei Teiden besteht, einem inneren Gehäuse, das in Berührung mit den heißen Verbrennungsgasen kommt, und um dieses innere Gehäuse herum ein zweites Gehäuse, wobei in den Zwischenraum zwischen diesen beiden Gehäusen Luft niederer Temperatur eingeführt wird. Wenn der Druck der Luft annähernd gleich oder etwas höher ist als der Druck der Verbrennungsgase in der Turbine, ist dadurch das innere Gehäuse, das mit Rücksicht auf die hohen Temperaturen aus hochwarmfestem und hitzebeständigem Werkstoff hergestellt sein muß, von dem inneren Druck entlastet. Die Wandstärke dieses inneren Gehäuses kann daher verhältnismäßig dünn ausgeführt werden. Das äußere Gehäuse kommt mit den heißen Verbrennungsgasen nicht in Berührung; es ist daher temperaturmäßig geringer beansprucht und kann infolgedessen aus einem sehr gering legierten oder sogar aus einem normalen Baustahl hergestellt werden.

Diese beiden ineinander gelagerten Gehäuse unterliegen durch die verschiedenen Temperaturen, die sie annehmen, sehr verschiedenen Wärmedehnungen. Es ist die Aufgabe gestellt, die Konstruktion dieser beiden Teile so zu gestalten, daß ein Verspannen infolge behinderter Dehnung vermieden wird. Da sich diese verschiedenen Teile auch in radialer Richtung verschieden dehnen, muß auch diesem Umstand Rechnung getragen werden, um ein Verklemmen zu vermeiden.

Leitapparatträger für Gasturbinen

Anmelder:

Henschel & Sohn G.m.b.H.,
Kassel, Henschelstr. 2

Dr.-Ing. Alfred Schütte, Kassel,
ist als Erfinder genannt worden

Man hat deswegen das innere Gehäuse, das die Leitschaufeln aufnimmt, durch radiale Bolzen oder Keile in dem äußeren Gehäuse gelagert, wobei das innere Gehäuse in dem äußeren Gehäuse nicht zentriert wird. Die Zentrierung wird vielmehr durch die radialen Bolzen bzw. Keile gewährleistet.

Bei bekannten Anlagen hat man den Leitapparatträger, d. h. das innere Gehäuse an der Eintrittsseite durch radiale Bolzen fixiert, so daß der Leitapparatträger sich in Achsrichtung nach dem Austrittsende hin dehnen kann. Da der Austrittsstutzen der Turbine infolge der Entspannung der Verbrennungsgase in der Turbine durch einen inneren Druck kaum beanspracht wird und die Gase ebenfalls durch die Dehnung eine wesentlich geringere Temperatur angenommen haben, hat man den Abströmstutzen nicht in der Form ummantelt, wie das bei den Turbinengehäusen der Fall ist.

Bei diesen Anlagen bereitet die Abdichtung des Leitapparätes gegenüber dem Abströmgehäuse Schwierigkeiten. Die Dichtung muß vollkommen sein, da sonst die Luft, die zwischen dem Leitapparatträger und dem äußeren Gehäuse vorhanden ist, in den Abströmstutzen entweichen könnte. Andererseits muß die Dichtung eine Verschiebung des Leitapparatträgers in Achsrichtung verhindern.

Nach der Erfindung werden die Schwierigkeiten bei

- den bekannten Anlagen dadurch vermieden, daß der Leitapparatträger fest und dichtend an die austrittsseitige Abschlußwand des Turbinengehäuses angeflanscht wird. Die Halterung und Zentrierung des Leitapparatträgers im Turbinengehäuse wird in bekannter Weise durch radiale Bolzen bzw. Keile vorgenommen.

Erfindungsgemäß ist weiter an den Leitapparat-^! träger an seiner Eintrittsseite das Zuströmgehäuse fest und dichtend angeflanscht. Das Zuströmgehäuse besteht ebenfalls aus einem inneren, aus hochhitze-

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beständigem Werkstoff bestehenden Innenteil und einem herumgelagerten Mantelgehäuse aus gering legiertem oder normalem Baustahl. Das Zuströmgehäuse dehnt sich durch die Erwärmung naturgemäß ebenfalls stärker als der äußere Mantel und wird außerdem noch durch die Dehnung des Leitapparatträgers, mit dem es fest verbunden ist, noch weiter von dem Austrittsende des Leitapparatträgers fortbewegt. Um eine ausreichende Verbindung mit dem von der Brennkammer kommenden Rohr bzw. mit dem Brennkammereinsatz zu gewährleisten, besitzt das Eintrittsende des Leitapparatträgers eine sich nach außen hin etwas konisch erweiternde öffnung, in welche das Austrittsende des Brennkammereinsatzes bzw. des von der Brennkammer zur Turbine führenden Rohres frei dehnbar und verschiebbar eingreift.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 stellt eine Draufsicht auf die Gasturbinenanlage und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Turbine und die Brennkammer dar.

Der Verdichter 1 saugt durch den Schalldämpfer 2 Luft aus der Atmosphäre an, verdichtet sie und drückt sie durch die Leitungen 3 in das Turbinengehäuse 4. Von hier gelangt die Luft in die über der Turbine 4 gelegene Brennkammer 5. Im Turbinengehäuse befindet sich der Turbinenläufer 6 mit den Laufscheiben 7. Der Läufer 6 ist in zwei nicht dargestellten Lagern gelagert. Um den Läufer 6 herum angeordnet ist der Leitapparatträger 8 mit den Leitschaufeln 9. Der Leitapparatträger 8 ist an der austrittsseitigen Abschlußwand 10 des Mantels 11 an der Turbine 4 fest und dichtend angeflanscht. Der Abgasaustrittskrümmer 12 ist unmittelbar an die Abschlußwand 10 angeflanscht und besitzt keinen Luftmantel, da er nur Abgase von etwa dem Atmosphärendruck und durch die Entspannung geringerer Temperatur führt.

Der Leitapparatträger 8 ist zur Eintrittsseite hin frei dehnbar angeordnet. Er ist in der mit großen Durchtrittsöffnungen 13 zum Durchtritt der Luft versehenen Zwischenwand 14 durch nicht dargestellte radiale Keile frei dehnbar zentriert. An die Eintritts-Seite des Leitapparatträgers 8 ist das aus dünnem hitzebeständigem Blech, da praktisch vom Druck entlastet, bestehende Zuströmgehäuse 15 fest und dichtend angeflanscht. Dieses Zuströmgehäuse besitzt an seinem Austrittsende radiale Rippen 16., die den ringförmigen Körper 17 tragen, der mittels Labyrinthbleche die Abdichtung der Verbrennungsgase besorgt. Die Labyrinthbleche können auch fortgelassen werden. Dadurch kann man eine besonders bei hohen Gastemperaturen erwünschte Kühlung der Schaufelfuße erzielen, indem man den sich zwischen dem Körper 17 und dem Turbinenläufer 6 bildenden Luftfilm auf den Außenumfang des Turbinenläufers lenkt. Das Zuströmgehäuse besitzt an seinem der Brennkammer 5 zugekehrten Eintritt eine runde öffnung 18, die nach außen etwas konisch erweitert ist, um bei der Montage das Einfädefln der runden AustrittsÖffnung 19 des Brennkammereinsatzes 20 zu erleichtern. Eine besondere Abdichtung zwischen den Teilen 18 und 19 ist nicht erforderlich, da auf Luft- und Gasseite praktisch der gleiche Druck herrscht, und das Eindringen einer gewissen Luftmenge in die Verbrennungsgase nicht schadet. Auf den an der Eintrittsseite befindlichen Flansch 21 des Turbinengehäuses 11 ist der Brennkammermantel 22 aufgesetzt. Gegebenenfalls kann der frei ragende Teil des Brennkammermantels 22 durch einige nicht dargestellte Stützbleche auf das Turbinengehäuse 11 abgestützt werden. Der Brennkammereinsatz 20 ist im Mantel 22 mittels konzentrischer, durch Rippen 23 mit dem Brennkammermantel 22 verbundener Ringe 24 axial frei dehnbar gelagert. Zwischen den Ringen 24 und dem Brennkammereinsatz 20 ist ein ausreichendes Spiel, um die wesentlich größere radiale Dehnung des Brennkammereinsatzes 20 nicht zu beeinträchtigen. Am Kopf der Brennkammer befindet sich die Brennstoffeinspritzvorrichtung 25. Das Turbinengehäuse 11, der Austrittsstutzen 12, der Leitapparatträger 8 und das Zuströmgehäuse 15 sind in horizontaler Ebene geteilt, während der Brennkammereinsatz 20 ungeteilt ausgeführt ist, und der Brennkammermantel 22 an seinem Austrittsende eine vertikale Trennfuge aufweist. Die Strömung der Luft und der Verbrennungsgase ist in Abb. 2 durch Pfeile näher gekennzeichnet.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Gasturbinenanlage mit einem getrennten Leitapparatträger, in dem die verschiedenen Leitapparate gelagert sind, einem den Leitapparatträger umgebenden Turbinengehäuse, wobei in dem Zwischenraum zwischen dem Leitapparatträger und dem Turbinengehäuse verdichtete Luft zur Entlastung des Leitapparatträgers vom Innendruck eingeführt wird, einem nicht ummantelten Abströmgehäuse und einem ummantelten Zuströmgehäuse, das ebenfalls durch einen Luftmantel vom inneren Druck entlastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparatträger fest und dichtend an die austrittsseitige Abschlußwand des Turbinengehäuses und das Zuströmgehäuse fest und dichtend an das Eintrittsende des Leitapparatträgers angeflanscht sind und die Eintrittsseite des Zuströmgehäuses eine nach außen etwas konisch erweiterte Öffnung besitzt, in das das Austrittsende des Brennkammereinsatzes frei dehnbar und verschiebbar eingreift, wobei der Leitapparatträger an seinen beiden Enden durch an sich bekannte radiale Bolzen bzw. Keile zentrisch und nach der Eintrittsseite hin frei dehnbar gelagert ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 730168; französische Patentschrift Nr. 950005; britische Patentschrift Nr. 609 028.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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