DE112017001487B4 - Turbinenhaltestruktur - Google Patents

Abstract

Turbinenhaltestruktur für eine Turbine (5) eines Gasturbinentriebwerks (GE), bei der mehrere Leitschaufeln (13) und ein Deckband (21), das einem Rotorblatt (17) nahe den Leitschaufeln (13) gegenüberliegt, von einem Turbinengehäuse (23) gehalten sind, das einen Außenumfang der Turbine (5), die Leitschaufeln (13) und das Deckband (21), welche die Turbine (5) bilden, bedeckt, wobeijede Leitschaufel (13) einen Außenumfangsflansch (19) mit einem Vorderend-Flanschabschnitt (19a) und einem Rückend-Flanschabschnitt (19b) aufweist, die jeweils mit einem Innenumfangsabschnitt (23a) des Turbinengehäuses (23) zusammengreifen,ein vorderer Endabschnitt des Deckbands (21) mit dem vor dem Deckband (21) positionierten Rückend-Flanschabschnitt (19b) des Außenumfangsflanschs (19) zusammengreift, und ein hinterer Endabschnitt des Deckbands (21) mit dem hinter dem Deckband (21) positionierten Vorderend-Flanschabschnitt (19a) des Außenumfangsflanschs (19) zusammengreift,nur an einem des Vorderend-Flanschabschnitts (19a) und des Rückend-Flanschabschnitts (19b) des Außenumfangsflanschs (19) ein Überlage-Zusammengriffsabschnitt (49) ausgebildet ist, an dem ein Gehäusezusammengriffsabschnitt (45) des Turbinengehäuses, ein Zusammengriffsabschnitt des Außenumfangsflanschs (19) und ein Zusammengriffsabschnitt des Deckbands (21) in Radialrichtung einander überliegen,eine in radialer Richtung äußere Fläche des Gehäusezusammengriffsabschnittes (45) des Turbinengehäuses (23) direkt eine in radialer Richtung innere Fläche des Zusammengriffsabschnitts des Außenumfangsflanschs (19) kontaktiert,unddie Leitschaufel (13) und das Deckband (21) von dem Turbinengehäuse (23) mit Hilfe eines Haltestifts (51) gehalten sind, der in der Radialrichtung durch den Überlage-Zusammengriffsabschnitt (49) hindurch verläuft.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• (Gebiet der Erfindung)
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Struktur für eine Turbine eines Gasturbinentriebwerks, bei der Leitschaufeln und Deckbänder, welche die Turbine bilden, durch ein Turbinengehäuse gehalten werden, das den Außenumfang der Turbine bildet.
• (Beschreibung des relevanten Standes der Technik)
• Für eine Turbine eines Gasturbinentriebwerks sind verschiedene Strukturen vorgeschlagen worden, um die Leitschaufeln und die Deckbänder zu halten. Beispielsweise ist eine Struktur bekannt, bei der sowohl von vorne als auch von hinten her ein Halteteil am Innenumfang eines Turbinengehäuses angeordnet ist und mittels Stiften befestigt ist, und Leitschaufeln und Deckbänder mit dem Halteteil zusammengreifen (siehe Patentdokument 1).
• [Relevantes Dokument]
• [Patentdokument 1] JP 3 034 519 B1
• Weiterer Stand der Technik ist aus den Patentdokumenten US 2004 / 0 213 673 A1 und US 5 192 185 A bekannt.
• Aus der US 5 192 185 A ist eine Turbine bekannt, die eine Haltstruktur aufweist, bei welcher zur Befestigung Haken des Turbinengehäuses, der Leitschaufel und des Deckbands in Radialrichtung derart einander überliegen, dass eine in radialer Richtung äußere Fläche des Hakens des Turbinengehäuses nicht direkt eine in radialer Richtung innere Fläche des Hakens der Leitschaufel kontaktiert.
• Aus Patentdokument 1 ist eine Turbine bekannt, die eine Haltestruktur aufweist. Diese weist aufgrund der Vielzahl der Bauteile einen vergleichsweise hohen Montageaufwand auf.
• ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
• Bei der oben beschriebenen, in Patentdokument 1 beschriebenen Struktur wird jedoch nur das Halteteil zum Halten der Leitschaufeln und der Deckbänder verwendet, was einen Anstieg der Anzahl der Bauteile sowie der Arbeitsstunden bei der Montage verursacht.
• Zur Lösung des oben beschriebenen Problems besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Turbinenhaltestruktur zu schaffen, die ein zu verlässiges Halten der Leitschaufeln und Deckbänder ermöglicht, während die Anzahl der Bauteile und der Arbeitsstunden bei der Montage reduziert werden kann.
• Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe handelt es sich bei einer Turbinenhaltestruktur gemäß der vorliegenden Erfindung um eine Struktur für eine Turbine eines Gasturbinentriebwerks, bei der mehrere Leitschaufeln und ein Deckband, das einem Rotorblatt nahe den Leitschaufeln gegenüberliegt, von einem Turbinengehäuse gehalten sind, das einen Außenumfang der Turbine, die Leitschaufeln und das Deckband, welche die Turbine bilden, bedeckt, wobei bei dieser Turbinenhaltestruktur jede
  Leitschaufel einen Außenumfangsflansch mit einem Vorderend-Flanschabschnitt und einem Rückend-Flanschabschnitt aufweist, die jeweils mit einem Innenumfangsabschnitt des Turbinengehäuses zusammengreifen, ein
  zusammengreifen, ein vorderer Endabschnitt des Deckbands mit dem vor dem Deckband positionierten Rückend-Flanschabschnitt des Außenumfangsflanschs zusammengreift, und ein hinterer Endabschnitt des Deckbands mit dem hinter dem Deckband positionierten Vorderend-Flanschabschnitt des Außenumfangsflanschs
  zusammengreift, nur an einem des Vorderend-Flanschabschnitts und des Rückend-Flanschabschnitts des Außenumfangsflanschs ein Überlage-Zusammengriffsabschnitt ausgebildet ist, an dem ein Gehäusezusammengriffsabschnitt des Turbinengehäuses, ein Zusammengriffsabschnitt des Außenumfangsflanschs und ein Zusammengriffsabschnitt des Deckbands in Radialrichtung einander überliegen, und die
  Leitschaufel und das Deckband von dem Turbinengehäuse mit Hilfe eines Haltestifts gehalten sind, der in der Radialrichtung durch den Überlage-Zusammengriffsabschnitt hindurch verläuft.
• Bei dieser Konfiguration werden die Leitschaufel sowie das Deckband selbst und der für die mehreren Teile gemeinsame Haltestift verwendet, so dass diese Teile von dem Turbinengehäuse gehalten sind, wodurch es möglich ist, die Anzahl der Bauteile der Turbine und der Arbeitsstunden zum Zusammenbau der Turbine beträchtlich zu reduzieren.
• Gemäß einer Ausführungsform kann der Haltestift an dem Zusammengriffsabschnitt an einer vorderen Endseite des Außenumfangsflanschs angeordnet sein, und ein Stützring, über den die auf den Außenumfangsflansch aufgebrachte Axialkraft auf das Turbinengehäuse übertragen wird, kann hinter dem Außenumfangsflansch angeordnet sein. Bei dieser Konfiguration wird durch das Platzieren des Stützrings verhindert, dass eine große Axialkraft, die auf einen Leitschaufelzusammengriffsabschnitt des Außenumfangsflanschs einwirkt, weiter auf das relativ zu diesem an der Rückseite positionierte Deckband einwirkt, so dass diese Teile stabil gehalten werden können. Ferner können der Haltestift und der Stützring angeordnet werden, während das Positionsverhältnis zwischen der Leitschaufel und dem Deckband korrekt beibehalten wird.
• Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Leitschaufel mehrere Leitschaufel-Unterteilungsabschnitte aufweisen, die durch Unterteilen der Leitschaufel in Umfangsrichtung gebildet sind, und das Deckband kann Deckband-Unterteilungsabschnitte aufweisen, die durch Unterteilen des Deckbands in Umfangsrichtung gebildet sind und deren Anzahl das Doppelte der Anzahl der Leitschaufel-Unterteilungsabschnitte beträgt, jeder Leitschaufel-Unterteilungsabschnitt kann einen Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt aufweisen, der an einem umfangsmäßig mittleren Bereich mit einer mittleren Einführungsnut versehen ist und an umfangsmäßig gegenüberliegenden Endabschnitten mit Endabschnitteinführungsnuten versehen ist, und mehrere Haltestifte können jeweils in die mittlere Einführungsnut und die Endabschnitteinführungsnuten eingeführt sein, und zwischen jeder Endabschnitteinführungsnut und dem in die Endabschnitteinführungsnut eingeführten Haltestift kann ein Spalt in einem Zustand ausgebildet sein, in dem der Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt mittels des in die mittlere Einführungsnut eingeführten Haltestifts in der Umfangsrichtung positioniert ist. Bei dieser Konfiguration ist die Bemessung in der Umfangsrichtung jedes Deckbandunterteilungsabschnitts reduziert, so dass dessen Wärmeausdehnungsbetrag reduziert ist, und eine übermäßige Hemmung gegen Wärmeausdehnung jedes Leitschaufelunterteilungsabschnitts wird vermieden.
• BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Ein deutlicheres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich in jedem Fall aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen dienen jedoch nur zur Veranschaulichung und Erläuterung und sind in keiner Weise im Sinne einer Beschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung aufzufassen, wobei der Schutzumfang durch die beigefügten Ansprüche zu definieren ist. Die verschiedenen Ansichten der beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, zeigen Folgendes:
• 1 zeigt eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht zur schematischen Darstellung der Konfiguration eines Gasturbinentriebwerks mit einer Haltestruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 2 zeigt eine vergrößerte längsgeschnittene Ansicht eines Bereichs an einer sowie um eine Turbine des Gasturbinentriebwerks gemäß 1;
• 3 zeigt eine vergrößerte längsgeschnittene Ansicht eines Bereichs an sowie um die Haltestruktur gemäß 2; und
• 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung in der Umfangsrichtung einer Leitschaufel und eines Deckbands der Turbine gemäß 2.
• BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt.
• 1 zeigt eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines (im Folgenden einfach als Gasturbine bezeichneten) Gasturbinentriebwerks GE mit einer Turbinenhaltestruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Gasturbine GE wird Luft A, die von außen her eingeführt wird, durch einen Verdichter 1 verdichtet und einer Brennkammer 3 zugeführt, und Kraftstoff F wird zusammen mit der verdichteten Luft CA in der Brennkammer 3 verbrannt, so dass eine Turbine 5 durch das erhaltene Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas angetrieben wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Brennkammern 3 des Rohrbrennkammertyps mit gleichen Intervallen entlang der Umfangsrichtung der Gasturbine GE angeordnet. In der nachfolgenden Beschreibung kann hinsichtlich der Richtung der Achse C der Gasturbine GE die Seite des Verdichters 1 als „vordere Seite“ bezeichnet werden, und die Seite der Turbine 5 kann als „hintere Seite“ bezeichnet werden. Die Ausdrücke „vordere(r)“ und „hintere(r)“, die in den Bezeichnungen von Elementen, welche die Ausführungsform bilden, enthalten sind, werden in den gleichen Bedeutungen verwendet. Ferner sind in der nachfolgenden Beschreibung, falls nicht anderweitig angegeben, mit den Ausdrücken „Achsenrichtung“, „Umfangsrichtung“ und „Radialrichtung“ die Richtung der Achse C bzw. die Umfangsrichtung bzw. die Radialrichtung der Gasturbine GE bezeichnet.
• Das Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas G, das in der Brennkammer 3 erzeugt wird, strömt aus einer Erst-Stufen-Leitschaufel (Erst-Stufen-Statorblatt) 11 der Turbine 5 in die Turbine 5. Gemäß 2 sind in der Turbine 5 mehrere Leitschaufeln (Statorblätter) 13 und mehrere Rotorblätter 17, die an der Außenumfangsfläche eines Rotors R angeordnet sind, der einen Drehabschnitt der Gasturbine GE bildet, alternierend derart in der Achsrichtung angeordnet, dass sie aneinander angrenzen. Jede Leitschaufel weist an ihrem Außenumfangsabschnitt einen Außenumfangsflansch 19 mit konischer Oberflächenform auf. Die radial äußeren Seiten der jeweiligen Rotorblätter 17 sind von Deckbändern 21 abgedeckt. Dies bedeutet, dass die Deckbänder 21 den Enden der jeweiligen Rotorblätter 17 gegenüberliegen, während sie in Radialrichtung im Abstand von diesen angeordnet sind. Die Deckbänder 21 und die Außenumfangsflansche 19 sind alternierend derart in der Achsrichtung angeordnet, dass sie einander kontaktieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Leitschaufeln 13 und die Deckbänder 21 von einem Turbinengehäuse 23 gehalten, das den Außenumfang der Turbine 5 abdeckt. In der nachstehenden Beschreibung kann ein Deckband 21, das derart angeordnet ist, dass es einem Rotorblatt 17_n der n-ten Stufe gegenüberliegt, als „n-Stufen-Deckband 21_n“ bezeichnet werden. Eine Struktur, bei der die Leitschaufeln 13 und die Deckbänder 21 durch das Turbinengehäuse 23 gehalten sind, wird später detailliert beschrieben.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Erst-Stufen-Leitschaufel 11 der Turbine 5 über einen Erst-Stufen-Leitschaufel-Haltekörper 25, der den Außenumfang der Erst-Stufen-Leitschaufel 11 bedeckt, von einem Gehäuse H der Gasturbine GE gehalten. In dieser Beschreibung bezeichnet das „Turbinengehäuse 23“ ein Gehäuseteil, das separat von dem Erst-Stufen-Leitschaufel-Haltekörper 25 ausgebildet ist und den Außenumfang eines Abschnitts der Turbine bedeckt, der hinter der Erst-Stufen-Leitschaufel 11 angeordnet ist, d.h. einen Abschnitt der Turbine, der von dem Erst-Stufen-Rotorblatt 17₁ zu der hinteren Seite verläuft. In der nachstehenden Beschreibung bezeichnet, falls nicht anderweitig angegeben, die „Leitschaufel 13“ unter Ausschluss der Erst-Stufen-Leitschaufel 11 die Leitschaufeln 13, die hinter dem Erst-Stufen-Rotorblatt 17₁ angeordnet sind (in dem gezeigten Beispiel eine Zweit-Stufen-Leitschaufel und eine Dritt-Stufen-Leitschaufel). Das Turbinengehäuse 23 ist nicht von einem unterteilten Typ, bei dem das Turbinengehäuse 23 in Umfangsrichtung in zwei Teile unterteilt ist, sondern ist ein einstückiges Bauteil. Deshalb werden die Leitschaufeln 13, die Rotorblätter 17, die Deckbänder 21 und dgl. von der hinteren Seite her in dem Turbinengehäuse 23 angeordnet.
• Gemäß 2 ist die Außenumfangsfläche der Turbine 5 durch die mehreren Außenumfangsflansche 19 und Deckbänder 21 als teilweise konische Fläche mit einem Durchmesser gebildet, der in vertikaler Querschnittsansicht betrachtet zur hinteren Seite hin im Wesentlichen linear zunimmt. Das Turbinengehäuse 23 weist auf: einen Gehäusekörperabschnitt 23a, bei dem es sich um einen Abschnitt handelt, der den Außenumfang der Turbine 5 bedeckt; und einen zylindrischen Verbindungsabschnitt 23b, der sich von dem Gehäusekörperabschnitt 23a zu der hinteren Seite hin erstreckt. Der den Außenumfang der Turbine 5 bedeckende Gehäusekörperabschnitt 23a hat eine Form dahingehend, dass sein Durchmesser zu der hinteren Seite hin abnimmt. An dem hintersten Endabschnitt des Verbindungsabschnitts 23b ist ein hinterer Endflansch 27 derart vorgesehen, dass er radial nach außen absteht. Das Turbinengehäuse 23 ist an dem hinteren Endflansch 27 zwischen einem hinteren Endabschnitt Ha des Gehäuses H der Gasturbine GE und einem hinteren Kanal 31 in einem Zustand gehalten, in welchem es positioniert ist, indem es mit dem hinteren Endabschnitt Ha mittels eines Verbindungsteils wie z.B. eines Verbindungsstifts P1 verbunden ist. Der hintere Kanal 31 ist mit dem hinteren Endabschnitt Ha mittels eines Bolzens verbunden, der nicht gezeigt ist. Der Abschnitt zwischen dem Gehäuse H und dem hinteren Kanal 31 ist mittels eines Verbindungsstifts P2 positioniert.
• Im Folgenden wird die Struktur beschrieben, in der die Leitschaufeln 13 und die Deckbänder 21 von dem Turbinengehäuse 23 gehalten sind. Die Haltestruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere angewandt an einem Deckband 21, das zwischen zwei Leitschaufeln 13, 13 (in dem gezeigten Beispiel dem Zweit-Stufen-Deckband 21₂) und den beiden Leitschaufeln 13, 13 angeordnet ist, welche an einander gegenüberliegenden Vorder- bzw. Hinterseiten des Deckbands 21 angeordnet sind, wobei diese Leitschaufeln und Deckbänder unter den in 3 gezeigten mehreren Leitschaufeln 13 und mehreren Deckbändern 21 ausgewählt sind. Bei dem gezeigten Beispiel ist das einzige Deckband 21, an dem die Haltestruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewandt wird, das Zweit-Stufen-Deckband 21₂, jedoch können die Anzahl der Leitschaufeln 13 und die Anzahl der Deckbänder 21 auch größer sein als diejenigen in dem gezeigten Beispiel. In diesem Fall kann die Haltestruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform an mehreren Deckbändern 21 angewandt werden.
• Gemäß 3 ist der Außenumfangsflansch 19 der Leitschaufel 13 mit Leitschaufelzusammengriffsabschnitten 41 versehen, die von dem Flansch abstehen. Das Deckband 21 ist mit Deckbandzusammengriffsabschnitten 43 versehen, die von dem Deckband abstehen. Ein Innenumfangsabschnitt des Gehäusekörperabschnitts 23a ist mit einem Gehäusezusammengriffsabschnitt 45 versehen, der von dem Innenumfangsabschnitt absteht und zum Zusammengriff mit dem Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41 konfiguriert ist. Bei dem gezeigten Beispiel sind mehrere (in dem gezeigten Beispiel, zwei) der Gehäusezusammengriffsabschnitte 45 des Turbinengehäuses 23 an verschiedenen Axialpositionen ausgebildet. In der folgenden Beschreibung kann ein Zusammengriffsabschnitt unter den beiden Gehäusezusammengriffsabschnitten 45, 45, der an der Vorderseite vorgesehen ist, als Vorderseiten-Gehäusezusammengriffsabschnitt 45F bezeichnet werden, und ein Zusammengriffsabschnitt unter den beiden Gehäusezusammengriffsabschnitten 45, 45, der an der hinteren Seite vorgesehen ist, kann als Rückseiten-Gehäusezusammengriffsabschnitt 45R bezeichnet werden.
• Hinsichtlich der Leitschaufelzusammengriffsabschnitte 41 ist ein Vorderseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41F, der ein zur Vorderseite hin vorstehendes Vorsprungsstück ist, an einem vorderen Endabschnitt des Außenumfangsflanschs 19 der Leitschaufel 13 vorgesehen, und ein Rückseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41R, der ein zur Vorderseite hin vorstehendes Vorsprungsstück ist, ist an einem hinteren Endabschnitt des Außenumfangsflanschs 19 der Leitschaufel 13 vorgesehen. Ferner ist ein Vorderseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitt 43F, der ein zur Vorderseite hin vorstehendes Vorsprungsstück ist, an einem vorderen Endabschnitt des Zweit-Stufen-Deckbands 21₂ vorgesehen, und ein Rückseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitt 43R, der ein zur Rückseite hin vorstehendes Vorsprungsstück ist, an einem hinteren Endabschnitt des Zweit-Stufen-Deckbands 21₂ vorgesehen.
• Ferner ist bei der vorliegenden Ausführungsform der Außenumfangsflansch 19 mit Leitschaufelaufnahmeabschnitten 47 versehen, die als Aufnahmeabschnitte dienen, mit denen die Deckbandzusammengriffsabschnitte 43 des Deckbands 21 in Eingriff gebracht werden. Bei dem gezeigten Beispiel sind hinsichtlich der Leitschaufelaufnahmeabschnitte 47 ein Vorderseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt 47F, der ein am vorderen Endabschnitt des Außenumfangsflanschs 19 ausgebildeter, zur Hinterseite hin ausgesparter Ausnehmungsabschnitt ist, und ein Rückseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt 47R vorgesehen, der ein am hinteren Endabschnitt des Außenumfangsflanschs 19 ausgebildeter, zur Vorderseite hin ausgesparter Ausnehmungsabschnitt ist.
• Insbesondere ist ein radial vorstehender Vorderend-Flanschabschnitt 19a über den gesamten Umfang eines Abschnitts vorgesehen, der etwas hinter einer Vorderendfläche des Außenumfangsflanschs 19 angeordnet ist, und der Vorderseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41F ist derart vorgesehen, dass er von dem äußeren Rand des Vorderend-Flanschabschnitts 19a zu der Vorderseite hin vorsteht. Eine Ausnehmungsabschnitt, der zwischen dem vorderen Endabschnitt des Außenumfangsflanschs 19 und dem Vorderseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41F ausgebildet ist, bildet den Vorderseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt 47F. Andererseits ist ein radial nach außen vorstehender Rückend-Flanschabschnitt 19b über den gesamten Umfang hinweg an einer Position vorgesehen, die sich etwas vor einer hinteren Endfläche des Außenumfangsflanschs 19 befindet. Der Rückseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41R des Außenumfangsflanschs 19 ist derart vorgesehen, dass er von dem äußeren Rand des Rückend-Flanschabschnitts 19b zu der Vorderseite hin vorsteht. Der Rückseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt 47R ist als ein Ausnehmungsabschnitt ausgebildet, der von der hinteren Endfläche des Außenumfangsflanschs 19 zu der Vorderseite hin ausgespart ist.
• Bei der vorliegenden Ausführungsform stehen das Turbinengehäuse 23, die Außenumfangsflansche 19 der Leitschaufeln und das Deckband 21, welche die genannten Strukturen aufweisen, in der folgenden Weise in gegenseitigem Zusammengriff.
• Der vordere Endabschnitt (Vorderseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41F) und der hintere Endabschnitt (Rückseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41R) der Außenumfangsflansche 19 der Leitschaufeln 13 greifen zusammen mit den Gehäusezusammengriffsabschnitten 45 (dem Rückseiten-Gehäusezusammengriffsabschnitt 45R und dem Vorderseiten-Gehäusezusammengriffsabschnitt 45F), die an dem Innenumfangsabschnitt des Turbinengehäuses 23 ausgebildet sind. Der vordere Endabschnitt (Vorderseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitt 43F) des Deckbands 21 greift mit dem hinteren Endabschnitt (Rückseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt 47R) des Außenumfangsflanschs 19 zusammen, der vor dem Deckband 21 positioniert ist, und der hintere Endabschnitt (Rückseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitt 43R) des Deckbands 21 greift mit dem vorderen Endabschnitt (Vorderseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt 47F) des Außenumfangsflanschs 19 zusammen, der hinter dem Deckband 21 positioniert ist.
• Nur an einem des vorderen Endabschnitts und des hinteren Endabschnitts des Außenumfangsflanschs 19 (in dem gezeigten Beispiel, dem vorderen Endabschnitt des Außenumfangsflanschs 19 an der Hinterseite) ist ein Überlage-Zusammengriffsabschnitt 49 ausgebildet, an dem der Gehäusezusammengriffsabschnitt 45 des Turbinengehäuses 23, der Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41 des Außenumfangsflanschs 19 und der Deckbandzusammengriffsabschnitt 43 des Deckbands 21 in Radialrichtung einander überliegen. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Überlage-Zusammengriffsabschnitt 49 durch Teile gebildet, die an dem vorderen Endabschnitt des Außenumfangsflanschs 19 an der hinteren Seite miteinander zusammengreifen, d.h. durch den Vorderseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41F, den Rückseiten-Gehäusezusammengriffsabschnitt 45R und den Rückseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitt 43R. Ein gemeinsam für diese Teile vorgesehener Haltestift 51 verläuft in Radialrichtung durch den Überlage-Zusammengriffsabschnitt 49 hindurch. Es sind mehrere dieser Haltestifte 51 in Umfangsrichtung vorgesehen. Die Leitschaufel 13 und das Deckband 21 sind mittels der Haltestifte 51 in der Umfangsrichtung relativ zu dem Turbinengehäuse 23 positioniert und gehalten. Indem somit die Leitschaufel 13 und das Deckband 21 durch die Haltestifte 51 in Umfangsrichtung positioniert sind, kann die Anzahl der Teile reduziert werden. Die Formen der Zusammengriffsabschnitte und der Zusammengriffsaufnahmeabschnitte sind nicht auf diejenigen in dem gezeigten Beispiel beschränkt.
• Ein ringförmiger Stützring 55 ist hinter dem Rückseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41R des Außenumfangsflanschs 19 angeordnet. Bei dem gezeigten Beispiel ist der Stützring 55 mit einem im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt ausgebildet. Die Innenumfangsfläche der Turbinengehäuses 23A ist mit einer Einpassnut 57 versehen, die radial nach außen ausgespart ist, und der Stützring 55 ist in die Einpassnut 57 eingepasst. Insbesondere weist der im Querschnitt im Wesentlichen L-förmige Stützring 55 einen radial nach außen abstehenden ringförmigen Vorsprungsabschnitt 55a auf, und der ringförmige Vorsprungsabschnitt 55a ist in die Einpassnut 57 eingepasst. Eine Wandoberfläche (der hinteren Seite zugewandte Wandoberfläche) 57a an der Vorderseite der Einpassnut 57 ist an einer derartigen Position ausgebildet, dass sie in einem Zustand, in dem der Außenumfangsflansch 19 mit dem Gehäusezusammengriffsabschnitt 45 zusammengreift, im Wesentlichen mit einer hinteren Endfläche 19ba des Rückend-Flanschabschnitts 19b des Außenumfangsflanschs 19 ausgerichtet ist (d.h. mit der hinteren Endfläche des Rückseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitts 41R des Außenumfangsflanschs 19). Somit wird eine auf den Rückseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41R ausgebrachte Axialkraft über den Stützring 55 auf das Turbinengehäuse 23 übertragen (insbesondere eine Wandfläche 57b an der hinteren Seite der Einpassnut 57). Der Stützring 55 kann entfallen. Wenn der Stützring 55 vorgesehen ist, wird jedoch verhindert, dass eine starke Axialkraft, die auf den Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41 des Außenumfangsflanschs 19 einwirkt, weiter auf das an der hinteren Seite an diesen angrenzenden Deckband 21 aufgebracht wird, so dass diese Teile stabil von dem Turbinengehäuse 23 gehalten werden können. Ferner können durch Anordnen des Haltestifts 51 an dem Vorderseiten-Leitschaufelzusammengriffsabschnitt 41F an der vorderen Endseite des Außenumfangsflanschs 19 der Haltestift 51 und der Stützring 55 platziert werden, während die Positionsbeziehung zwischen der Leitschaufel 13 und dem Deckband 21 korrekt beibehalten wird.
• Bei dem gezeigten Beispiel ist der Stützring 55 in Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Vorderseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitts 43F des Zweit-Stufen-Deckbands 21₂ angeordnet. Somit kann der Stützring 55 unter Verwendung des mit dem Außenumfangsflansch 19 zusammengreifenden Deckbands 21 stabil angeordnet werden. Der Stützring 55 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist als Schnappring ausgebildet und ist in einem Zustand, in dem sein Durchmesser reduziert ist, in die Einpassnut 57 eingepasst.
• Im Folgenden wird eine Anordnung in der Umfangsrichtung der Leitschaufel 13 und des Deckbands 21 beschrieben. Gemäß 4 weist bei der vorliegenden Ausführungsform die Leitschaufel 13 mehrere Leitschaufelunterteilungsabschnitte 13A auf, die durch Unterteilen der Leitschaufel 13 in Umfangsrichtung gebildet sind. An Außenumfangsabschnitten der jeweiligen Leitschaufelunterteilungsabschnitte 13A sind Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitte 19A ausgebildet, die durch Unterteilen des Außenumfangsflanschs 19 in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Das Deckband 21 weist mehrere Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A auf, die durch Unterteilen des Deckbands 21 in Umfangsrichtung gebildet sind. Die Anzahl der in Umfangsrichtung angeordneten Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A beträgt das Doppelte der Anzahl der Leitschaufelunterteilungsabschnitte 13A. Anders ausgedrückt beträgt in Umfangsrichtung die Bemessung eines jeden der Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A ungefähr die Hälfte der in Umfangsrichtung vorhandenen Bemessung eines jeden der Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitte 19A der Leitschaufel-Unterteilungsabschnitte 13A. Beispielsweise sind die in Umfangsrichtung anzuordnenden Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A in einer Anzahl von 24 vorgesehen, und die in Umfangsrichtung anzuordnenden Leitschaufelunterteilungsabschnitte 13A sind in einer Anzahl von 12 vorgesehen. Zwischen benachbarten Deckband-Unterteilungsabschnitten 21A und zwischen benachbarten Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitten 19A werden im Voraus Spalte zur Aufnahme der Wärmeausbildung ausgebildet.
• Die mehreren Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A sind, sind wie im Folgenden beschrieben, auf der Basis der in Umfangsrichtung befindlichen Positionen der Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitte 19A angeordnet. Dies bedeutet, dass die mehreren Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A derart angeordnet sind, dass die Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A, deren Mittenpositionen in der Umfangsrichtung mit den in Umfangsrichtung befindlichen Mittenpositionen der Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitte 19A übereinstimmen, und Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A, deren Mittenpositionen in der Umfangsrichtung mit Abschnitten zwischen den benachbarten Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitten 19A übereinstimmen, alternierend angeordnet sind.
• Jeder Deckband-Unterteilungsabschnitt 21A weist einen Seitenabschnitt auf, an dem eine im Querschnitt bogenförmige Deckbandeinführungsnut 61 mit einem Innendurchmesser ausgebildet ist, der im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser der Haltestifte 51 ist. Andererseits weist jeder Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt 19A einen Seitenabschnitt, an dem eine mittlere Einführungsnut 63 ausgebildet ist, welche an der Mitte des Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitts 19A in Umfangsrichtung positioniert ist, und Endabschnitteinführungsnuten 65 auf, die an gegenüberliegenden Endabschnitten des Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitts 19A in der Umfangsrichtung positioniert sind. Die mittlere Einführungsnut 63 des Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitts 19A ist als im Querschnitt bogenförmige Nut ausgebildet, deren Innendurchmesser im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Haltestifts 51 ist. Jede Endabschnitteinführungsnut 65 ist als im Querschnitt bogenförmige Nut ausgebildet, deren Innendurchmesser im Wesentlichen größer als der Außendurchmesser des Haltestifts 51 ist. Somit ist in einem Zustand, in dem der Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt 19A in Umfangsrichtung mittels des in die mittlere Einführungsnut 63 eingeführten Haltestifts 51 positioniert ist, ein Spalt zwischen der Endabschnitteinführungsnut 65 und dem in die Endabschnitteinführungsnut 65 eingeführten Haltestift 51 gebildet.
• Die Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A sind gekrümmte plattenförmige Teile und werden somit leicht unter dem Einfluss der von der Turbine 5 ausgehenden Wärme verformt. Somit können, indem wie oben beschrieben die Anzahl der Unterteilungen vergrößert wird, die in der Umgangsrichtung zur Bildung der Deckband-Unterteilungsabschnitt 21A vorgenommen werden, die Bemessungen der Deckband-Unterteilungsabschnitte 21A in der Umfangsrichtung reduziert werden, so dass das Maß der thermischen Verformung jedes Deckband-Unterteilungsabschnitts 21A reduziert werden kann. Zudem ist jeder Deckband-Unterteilungsabschnitt 21A zuverlässig in der Umfangsrichtung positioniert, während mittels des einen Haltestifts 51 und der Deckbandeinführungsnut 61, die keinen Spalt mit dem Stift bildet, eine übermäßige Hemmung gegenüber Wärmeausdehnung verhindert wird. Auch der Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt 19A jeder Leitschaufel ist mittels eines Haltestifts 51 und der mittleren Einführungsnut 63, die keinen Spalt mit dem Stift bildet, zuverlässig in der Umfangsrichtung positioniert, und dabei sind die Endabschnitteinführungsnuten 65 den Haltestiften 51 zugewandt, die an in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Endabschnitten ohne Spalte zwischen den Nuten und den Stiften positioniert sind, so dass eine übermäßige Hemmung gegenüber Wärmeausdehnung verhindert wird.
• Bei der Turbinenhaltestruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden gemäß 2 die Leitschaufeln 13 und die Deckbänder 21 selbst und der für die mehreren Teile gemeinsame Haltestift verwendet, so dass diese Teile von dem Turbinengehäuse 23 gehalten sind, wodurch es möglich ist, die Anzahl der Bauteile der Turbine 5 und der Arbeitsstunden zum Zusammenbau der Turbine beträchtlich zu reduzieren.
• [Bezugszeichen]

1

Verdichter

3

Brennkammer

5

Turbine

11

Erst-Stufen-Leitschaufel

13

Leitschaufel

13A

Leitschaufel-Unterteilungsabschnitt

17

Rotorblatt

17n

Rotorblatt der n-ten Stufe (n-Stufen-Rotorblatt)

19

Außenumfangsflansch der Leitschaufel

19A

Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt

19a

Vorderend-Flanschabschnitt

19b

Rückend-Flanschabschnitt

19ba

hintere Endfläche

21

Deckband

21A

Deckband-Unterteilungsabschnitt

21n

Deckband der n-ten Stufe (n-Stufen-Deckband)

23

Turbinengehäuse

23A

Innenumfangsabschnitt des Turbinengehäuses

23a

Gehäusekörperabschnitt

23b

Verbindungsabschnitt

25

Erst-Stufen-Leitschaufel-Haltekörper

27

hinterer Endflansch

31

hinterer Kanal

41

Leitschaufelzusammengriffsabschnitt

41F

Vorderseiten-Leitschaufelzussammengriffsabschnitt

41R

Rückseiten-Leitschaufelzussammengriffsabschnitt

43

Deckbandzusammengriffsabschnitt

43F

Vorderseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitt

43R

Rückseiten-Deckbandzusammengriffsabschnitt

45

Gehäusezusammengriffsabschnitt

45F

Vorderseiten-Gehäusezusammengriffsabschnitt

45R

Rückseiten-Gehäusezusammengriffsabschnitt

47

Leitschaufelaufnahmeabschnitt

47F

Vorderseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt

47R

Rückseiten-Leitschaufelaufnahmeabschnitt49 Überlage-Zusammengriffsabschnitt

51

Haltestift

55

Stützring

55a

Vorsprungabschnitt

57

Einpassnut

57a

Wandoberfläche

57b

Wandfläche

61

Deckbandeinführungsnut

63

mittlere Einführungsnut

65

Endabschnittseinführungsnut

A

Luft

C

Achse

CA

verdichtete Luft

F

Kraftstoff

G

Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsgas

GE

Gasturbinentriebwerk

H

Gehäuse

Ha

hinterer Endabschnitt

P1

Verbindungsstift

P2

Verbindungsstift

Claims (2)

1. Turbinenhaltestruktur für eine Turbine (5) eines Gasturbinentriebwerks (GE), bei der mehrere Leitschaufeln (13) und ein Deckband (21), das einem Rotorblatt (17) nahe den Leitschaufeln (13) gegenüberliegt, von einem Turbinengehäuse (23) gehalten sind, das einen Außenumfang der Turbine (5), die Leitschaufeln (13) und das Deckband (21), welche die Turbine (5) bilden, bedeckt, wobei jede Leitschaufel (13) einen Außenumfangsflansch (19) mit einem Vorderend-Flanschabschnitt (19a) und einem Rückend-Flanschabschnitt (19b) aufweist, die jeweils mit einem Innenumfangsabschnitt (23a) des Turbinengehäuses (23) zusammengreifen, ein vorderer Endabschnitt des Deckbands (21) mit dem vor dem Deckband (21) positionierten Rückend-Flanschabschnitt (19b) des Außenumfangsflanschs (19) zusammengreift, und ein hinterer Endabschnitt des Deckbands (21) mit dem hinter dem Deckband (21) positionierten Vorderend-Flanschabschnitt (19a) des Außenumfangsflanschs (19) zusammengreift, nur an einem des Vorderend-Flanschabschnitts (19a) und des Rückend-Flanschabschnitts (19b) des Außenumfangsflanschs (19) ein Überlage-Zusammengriffsabschnitt (49) ausgebildet ist, an dem ein Gehäusezusammengriffsabschnitt (45) des Turbinengehäuses, ein Zusammengriffsabschnitt des Außenumfangsflanschs (19) und ein Zusammengriffsabschnitt des Deckbands (21) in Radialrichtung einander überliegen, eine in radialer Richtung äußere Fläche des Gehäusezusammengriffsabschnittes (45) des Turbinengehäuses (23) direkt eine in radialer Richtung innere Fläche des Zusammengriffsabschnitts des Außenumfangsflanschs (19) kontaktiert, und die Leitschaufel (13) und das Deckband (21) von dem Turbinengehäuse (23) mit Hilfe eines Haltestifts (51) gehalten sind, der in der Radialrichtung durch den Überlage-Zusammengriffsabschnitt (49) hindurch verläuft.
2. Turbinenhaltestruktur für eine Turbine (5) eines Gasturbinentriebwerks (GE), bei der mehrere Leitschaufeln (13) und ein Deckband (21), das einem Rotorblatt (17) nahe den Leitschaufeln (13) gegenüberliegt, von einem Turbinengehäuse (23) gehalten sind, das einen Außenumfang der Turbine (5), die Leitschaufeln (13) und das Deckband (21), welche die Turbine (5) bilden, bedeckt, wobei jede Leitschaufel (13) einen Außenumfangsflansch (19) mit einem Vorderend-Flanschabschnitt (19a) und einem Rückend-Flanschabschnitt (19b), die jeweils mit einem Innenumfangsabschnitt (23a) des Turbinengehäuses (23) zusammengreifen, ein vorderer Endabschnitt des Deckbands (21) mit dem vor dem Deckband (21) positionierten Rückend-Flanschabschnitt (19b) des Außenumfangsflanschs (19) zusammengreift, und ein hinterer Endabschnitt des Deckbands (21) mit dem hinter dem Deckband (21) positionierten Vorderend-Flanschabschnitt (19a) des Außenumfangsflanschs (19) zusammengreift, nur an einem des Vorderend-Flanschabschnitts (19a) und des Rückend-Flanschabschnitts (19b) des Außenumfangsflanschs (19) ein Überlage-Zusammengriffsabschnitt (49) ausgebildet ist, an dem ein Gehäusezusammengriffsabschnitt (45) des Turbinengehäuses, ein Zusammengriffsabschnitt des Außenumfangsflanschs (19) und ein Zusammengriffsabschnitt des Deckbands (21) in Radialrichtung einander überliegen, die Leitschaufel (13) und das Deckband (21) von dem Turbinengehäuse mit Hilfe eines Haltestifts (51) gehalten sind, der in der Radialrichtung durch den Überlage-Zusammengriffsabschnitt (49) hindurch verläuft, die Leitschaufel (13) mehrere Leitschaufel-Unterteilungsabschnitte (13A) aufweist, die durch Unterteilen der Leitschaufel (13) in Umfangsrichtung gebildet sind, das Deckband (21) Deckband-Unterteilungsabschnitte (21A) aufweist, die durch Unterteilen des Deckbands (21) in Umfangsrichtung gebildet sind und deren Anzahl das Doppelte der Anzahl der Leitschaufel-Unterteilungsabschnitte (13A) beträgt, jeder Leitschaufel-Unterteilungsabschnitt (13A) einen Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt (19A) aufweist, der an einem umfangsmäßig mittleren Bereich mit einer mittleren Einführungsnut (63) versehen ist und an umfangsmäßig gegenüberliegenden Endabschnitten mit Endabschnitteinführungsnuten (65) versehen ist, und mehrere Haltestifte (51) jeweils in die mittlere Einführungsnut (63) und die Endabschnitteinführungsnuten (65) eingeführt sind, und zwischen jeder Endabschnitteinführungsnut (65) und dem in die Endabschnitteinführungsnut (65) eingeführten Haltestift (51) ein Spalt in einem Zustand ausgebildet ist, in dem der Außenumfangsflansch-Unterteilungsabschnitt (19A) mittels des in die mittlere Einführungsnut (63) eingeführten Haltestifts (51) in der Umfangsrichtung positioniert ist.

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