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Gasturbine .Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung
der die Laufschaufeln von Gasturbinen unter Bildung eines engen radialen Spalts
umgebenden Mantelringe am Gehäuse.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung für Gasturbinen zu
schaffen, mit deren Hilfe die die Laufschaufeln umgehenden Mantelringe mit Bezug
auf die Schaufelköpfe so eingestellt werden können, daß ein möglichst enger, eine
gleichmäßige Stärke aufweisender Spalt gebildet wird. Der Aufwand an mechanischer
Feinbearbeitung soll weitgehend verringert und der Ausgleich von Exzentrizitäten
und Fehlern ermöglicht werden. Es ist bekannt, daß an diesem Spalt Strömungs- und
sogenannte Spaltverluste entstehen, die in nachteiliger Weise in den Wirkungsgrad
eingehen. Durch engere Ausführung des Spaltes werden diese Verluste vermindert.
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Die Erfindung geht von der bekannten Möglichkeit, Leitkränze mit radialer
Beweglichkeit vorzusehen, aus und besteht darin, daß die Mantelringe mit ihren radialen
Flanschen am Turbinengehäuse mit radialer Beweglichkeit durch Schrauben befestigt
sind, die je eine Büchse mit einer gegenüber der Gesamtstärke der Flansche größeren
Länge und einem gegenüber der entsprechenden Bohrung in den Flanschen kleineren
Durchmesser tragen, und daß die Ausrichtung der Mantelringe durch mindestens drei
am Umfang gleichmäßig verteilte, am Turbinengehäuse befestigte Paßbolzen erfolgt,
die je eine einstellbare Exzenterbüchse tragen, die von einem in radialen Aussparungen
der Flansche gleitbar gelagerten Führungsstück vorzugsweise rechteckigen Querschnitts
umgeben ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Einstellung eines engen,
gleichmäßigen Spaltes durch Korrektur von Maßfehlern und Exzentrizitäten, ohne daß
die Kosten der Maschine wesentlich erhöht werden. Die Vorrichtung gewährleistet
weiterhin das Einhalten dieses Spaltes in allen Betriebszuständen der Turbine.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Teil einer Turbine mit einem Laufrad, den Mantelringen und der erfindungsgemäßen
Einstellvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, Fig.3 einen
vergrößerten Querschnitt durch die Einstellvorrichtung.
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Wie aus Fig. 1 zu ersehen, sind in einer Gasturbine Mantelringe und
ein Umlenkschaufelkranz für den Laufschaufelkranz 21 der ersten Turbinenstufe und
den Laufschaufelkranz 22 der zweiten Turbinenstufe vorgesehen. Die Anordnung weist
einen ersten Mantelring 61 auf, der die Schaufelköpfe des Laufradkranzes 21, und
einen zweiten Mantelring 62, der die Schaufelköpfe des zweiten Laufradkranzes 22
umgibt. Der Umlenkschaufelkranz 23 ist in Ringnuten der Mantelringe 61 und 62 geführt.
Die Scheibe des Umlenkschaufelkranzes 23 trägt an ihrem radial inneren Umfang eine
Labyrinthdichtung 64, die mit Nieten 65 an der Scheibe befestigt ist. Die Labyrinthdichtung
umgibt die Nabe 66 des Laufrades 22 und behindert so den Durchtritt des Arbeitsmediums
zwischen den Turbinenrädern 22 und 21. In dem Mantelring 62 und dem Deckband des
Umlenkschaufelkranzes 23 sind Stifte 63 angeordnet, die jede relative Verdrehung
zwischen diesen Teilen verhindern. Jeder der Mantelringe 61 und 62 weist einen sich
radial nach außen erstreckenden Flansch 67 bzw. 68 auf, die einander anliegen. Der
Mantelring 61 weist einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt 71 auf, der. den
Umlenkschaüfelkranz 23 und den Mantelring 62 teilweise umgibt und den Flansch 67
mit dem den Laufschaufalkranz 21 umgebenden Teil verbindet.
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Jeder der Ringflansche 67 und 68 weist mehrere Bohrungen 73 auf. Ein
Paßstift sorgt für einwandfreies Fluchten dieser Bohrungen und Ausnehmungen in den
Flanschen 67 und 68, deren Bedeutung noch näher erläutert wird.
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In jeder der Bohrungen 73 ist eine Büchse 70 angeordnet, die einen
zylindrischen Teil 74 von kleinerem Außendurchmesser als dem Innendurchmesser der
Bohrung 73 und einen Bund 75 aufweist. Eine Schraube 76 führt durch die Büchse und
durch eine Bohrung 77 des Gehäuses 44 und durch eine weitere
Bohrung
78 des Ringflansches 52. Mittels einer Mutter 81 sind diese Teile gegeneinander
verspannt und somit die Mantelringe und der Umlenkschaufelkranz an dem Gehäuse 44
befestigt. Die Länge des zylindrischen Teiles 74 der Büchsen ist um ein geringes
Maß größer ausgeführt als die Gesamtbreite der Flansche 67, 68 der Mantelringe 61,
62. Hierdurch wird ein loser Sitz der Ringmantelanordnung erreicht, wenn die Muttern
81 angezogen sind. Die Mantelringe werden in radialer Richtung beweglich, in axialer
Richtung unbeweglich gehalten.
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Mehrere exzentrische Einstellelemente 82 bis 87 sind vorgesehen, um
die Mantelringe 61, 62 exakt über den Schaufelköpfen der Turbinenlaufräder21, 22
zu führen und die Labyrinthdichtung 64 und die Nabe 66 des Turbinenlaufrades 22
zu zentrieren. Jedes dieser Einstellelemente weist einen Paßbolzen 91 auf, der in
dem Gehäuse 44 in einer Bohrung 92 sitzt und darin mittels eines ihn radial durchdringenden
Stiftes 93 gesichert ist. Auf den Bolzen 91 wird eine exzentrische Büchse 94, deren
Ende 95 mit Schlüsselflächen versehen ist, gesteckt. Ein Führungsstück 96 ist auf
die exzentrische Büchse 94 aufgesteckt und in einer Aussparung 97 in den radial
nach außen sich erstreckenden Flanschen 67, 68 der Mantelringe 61, 62 gleitbar geführt.
Die Aussparungen weisen rechteckigen Querschnitt auf. Eine Scheibe 101 und eine
Mutter 98 auf dem gewindeseitigen Ende des Bolzens 91 sichern die exzentrische Büchse
94 gegen Drehung.
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Wie bereits beschrieben, sind die Mantelringe und der Umlenkschaufelkranz
beweglich angeordnet. Die exzentrische Einstellvorrichtung dient zum genauen Einstellen
der Mantelringe gegenüber den Turbinenlaufrädern. Mindestens drei dieser exzentrischen
Vorrichtungen sind in einem Abstand von jeweils 120° auf dem Umfang der Mantelringe
verteilt. Es können beispielsweise die Vorrichtungen 82, 84 und 86 zunächst eingestellt
werden, während die Vorrichtungen 83, 85, 87 nach der Einstellung festgeschraubt
werden. Es ist offensichtlich, daß bei einer Drehung der exzentrischen Büchsen 94
der Vorrichtungen 82, 84, 86 die Mantelringe 61, 62 in bezug auf die Schaufelköpfe
der Turbinenlaufräder 21, 22 so ausgerichtet werden, daß der Spalt zwischen
den Schaufelköpfen und dem Mantelring 61 bzw. dem Mantelring 62 überall gleich ist.
Die Verdrehung der exzentrischen Büchsen wird mit einem auf die Schlüsselfläche
95 aufgesetzten Schlüssel bewerkstelligt.
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Zwischen dem Grund der Aussparungen 97 und der radial inneren Kante
der Führungsstücke 96 ist ein Spalt vorhanden. Jede dieser Einstellvorrichtungen
bewegt die Mantelringe in einer zu dem Grund der Aussparung parallelen Richtung,
wenn die zugehörige exzentrische Büchse verdreht wird. Ist die Einstellung vollendet,
werden die Muttern 98 angezogen, so daß die exzentrischen Büchsen gegen weitere
Drehung gesichert sind. Die Einstellvorrichtungen 83, 85 und 87 werden hiernach
eingesetzt und ebenfalls festgeschraubt. Obwohl nur drei exzentrische Einstellvorrichtungen
zum genauen Ausrichten der Mantelringe gegenüber den Turbinenlaufrädern nötig wären,
sind vorzugsweise sechs dieser Vorrichtungen vorgesehen.
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Das Gehäuse 44, in dem die Bolzen 91 befestigt sind, ist gegen die
heißen Gase im Diffusor isoliert. Der Abstand der Bolzen wird daher relativ konstant
bleiben, während die Mantelringe, die verschiedenen Temperaturen ausgesetzt sind,
sich ausdehnen bzw. zusammenziehen werden. Hierdurch können Abweichungen von der
Kreisringform an den Mantelringen zwischen den Bolzen entstehen; durch die Anordnung
von sechs Bolzen und Einstellvorrichtungen wird die Größe dieser Abweichungen aber
stark vermindert.
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Da die Führungsstücke 96 in den Aussparungen 97 gleitbar geführt sind
und ein Spalt zwischen dem Grund der Aussparungen und der inneren Kante der Führungsstücke
vorhanden ist, kann sich die gesamte Mantelringanordnung in radialer Richtung entsprechend
den Betriebstemperaturen der Maschine ausdehnen oder zusammenziehen. Diese Bewegungen
werden weiterhin ermöglicht durch den losen Sitz zwischen den Büchsen 70 der Schrauben
76 und Muttern 81. Die durch die Einstellvorrichtungen bewirkte Lage wird daher
in allen Betriebszuständen der Maschine gleichbleiben.