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Gasturbine Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit konzentrisch
untereiltem, in Gasdurchströmungsrichtung sich kegelig erweiterndem Gehäuse.
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Bei Gasturbinen sind bekanntlich zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades
unter anderem kleine radiale Spiele zwischen den Turbinenschaufeln und dem sie umschließenden
feststehenden Gehäuse während des Betriebes, d. h. sobald alle dieses Spiel beeinflussenden
Bauteile der Turbine ihre Betriebstemperatur erreicht haben und damit Wärmegleichgewicht
herrscht, Voraussetzung. Abhängig ist dieses radiale Spiel im wesentlichen von den
Wärmedehnungseigenschaften der Turbinenscheibe, der von dieser getragenen Laufschaufeln
und der beide Teile umschließenden feststehenden Ummantelung. Angenommen, die Ummantelung
würde sich radial überhaupt nicht dehnen, so wäre die Forderung nach Einhaltung
eines geringen radialen Spiels einfach zu erfüllen. Das Montagekaltspiel würde sich
dann aus der radialen Dehnungslänge des Laufrades und dem gewünschten Betriebsspiel
zusammensetzen. Die nicht ausweichende Ummantelung stellt somit den Idealfall dar.
Tatsächlich aber dehnt sich auch die Ummantelung, da sie den heißen Gasen ausgesetzt
ist, radial, was wiederum zu einer Verkleinerung des Montagekaltspiels zwingt, sofern
sich während des Betriebes das gleiche radiale Spiel einstellen soll wie bei nicht
radial ausweichender Ummantelung. Diese Verkleinerung des Montagekaltspiels birgt
indessen die Gefahr in sich, daß das Turbinenlaufrad beim Anfahren außen anschlägt,
da es sich radial schneller dehnt als die Ummantelung. Man hat diese Gefahr dadurch
ausgeschaltet, daß man das Turbinengehäuse konzentrisch aufteilte und den die eigentliche
Ummantelung bildenden inneren, verhältnismäßig dünnen Ring in dem äußeren, das eigentliche
Turbinengehäuse darstellenden Ring über entsprechende Stützen radial nachgiebig
zentriert anordnete. Hierbei weicht die Ummantelung schneller vor dem Laufrad aus,
da sie sich schneller erwärmt. Während nun diese konzentrische Aufteilung bei einer
Gasturbine mit innen zylindrischer Ummantelung zum Ziel führt, ergeben sich Schwierigkeiten
bei einer Turbine mit sich in Gasdurchströmungsrichtung kegelig erweiterndem Gehäuse.
Hierbei tritt noch eine Beeinflussung des radialen Spiels durch die axiale Wärmedehnung
der Ummantelung auf, ein Umstand, der um so schwerer wiegt, als zu seiner Milderung
oder Beseitigung aus material- und lagertechnischen Gründen bei der Entwicklung
der Turbine in der Regel wenig getan werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Gasturbine mit konzentrisch
unterteiltem, in Gasdurchströmrichtung sich kegelig erweiterndem Gehäuse so auszugestalten,
daß die günstigsten Voraussetzungen für die Einhaltung eines sehr kleinen radialen
Betriebsspiels bei Vermeidung der Gefahr des Streifens des Laufrades oder der Laufräder
beim Anfahren gegeben sind.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Erweiterungswinkel
des Turbinengehäuses größer bemessen wird als der Reibungswinkel der Ruhe bei einer
Keilverbindung und daß der innere Gehäusering eine verhältnismäßig geringe Wandstärke
erhält und durch den äußeren Ring unmittelbar in einem in möglichst geringem Ausmaß
Wärme übertragenden Kegelsitz gehalten ist, der eine Ausdehnung des inneren Ringes
in der Berührungsebene zuläßt und dessen Kegelwinkel gleich dem Erweiterungswinkel
des Turbinengehäuses ist.
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Die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Gasturbine beruht darauf,
daß der nach Inbetriebnahme der Turbine sich schnell erwärmende innere Gehäusering
radial praktisch keine Ausdehnungsmöglichkeit hat, da der äußere Gehäusering, auf
den erfindungsgemäß möglichst wenig Wärme übertragen wird, nicht nennenswert ausweicht.
Der innere Ring kann sich lediglich in der Sitzebene ausdehnen. Diese Ausdehnung
aber hat keinen Einfluß auf das radiale Spiel, da der Kegelwinkel des konischen
Sitzes des inneren Ringes gleich dessen Erweiterungswinkel ist. Bezüglich der Einhaltung
des radialen Spiels verhält sich die erfindungsgemäße Gasturbine also insofern ideal,
als dieses Spiel nur noch abhängig ist von der Wärmedehnung des äußeren Gehäuses.
Im Rahmen der Erfindung muß das Bestreben somit dahin gehen, diesen äußeren Gehäusering
möglichst kalt zu halten, und es empfiehlt sich, die Berührungsfläche in dem kegeligen
Sitz, in dem der innere, verhältnismäßig
dünne Gehäusering gehalten
ist, möglichst klein zu halten, etwa dadurch, daß man in demjenigen Bereich des
kegehgen Sitzes, der durch die Innenfläche des äußeren Ringes und die Umfangsfläche
des äußeren Ringes gebildet ist, eine gegenseitige Berührung über rasterartige oder
ausschließlich parallel zueinander verlaufende Stege vorsieht. Sofern erforderlich,
kann durch die so gebildeten -Hohlräume noch ein gasförmiges oder flüssiges Medium
zwecks Kühlung geleitet werden. Des weiteren kann auch die Außenfläche des äußeren
Ringes gekühlt werden. Es versteht sich von selbst, daß-beim Aufbau der erfindungsgemäßen
Gasturbine wie bei jeder anderen Turbine auch die durch die Fliehkraft hervorgerufene
radiale Längung der Rotorteile berücksichtigt werden muß.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Lenkung der Rückstellbewegung
des inneren Ringes nach Abstellen der Turbine ein besonderer Ablaufkonus vorgesehen
werden, beispielsweise dergestalt, daß sich der Kegelsitz aus einem zur Umfangsfläche
des inneren Gehäuseringes gehörenden Abschnitt und einem durch die Innenfläche oder
einen Teil der Innenfläche eines sich mit dem äußeren Ring überlappenden Fortsatzes
des Innenringes gebildeten Abschnitt zusammensetzt.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen
Gasturbine schematisch dargestellt.
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Die Abbildung zeigt einen Teil einer Gasturbine im Längsschnitt, deren
sich aus der Turbinenscheibe 1 und den Laufschaufeln 2 zusammensetzendes Laufrad
um die Achse x-x zwischen zwei Leitapparaten 3 und 4 dreht. Das Gehäuse der Turbine
erweitert sich in Gasdurchströmrichtung kegelig unter demWinkel a und ist konzentrisch
unterteilt in einen äußeren Ring 5 und einen inneren Ring 6. Der Ring 6 ist gegenüber
dem äußeren Ring 5 verhältnismäßig dünn bemessen und in letzterem in einem kegeligen
Sitz gehalten, dessen Kegelwinkel (3 gleich dem Erweiterungswinkel a der Turbine
ist. In Längsrichtung kann sich dieser innere Ring 6 frei dehnen, während er in
radialer Richtung über Stege 8 fest an dem äußeren Ring 5 anliegt. Erwärmt sich
der innere Ring 6 beim Anfahren, so bleibt ihm praktisch nur die Möglichkeit, sich
in Längsrichtung auszudehnen, wodurch allerdings das radiale Spiel y zwischen den
Laufschaufeln 2 und dem inneren Ring 6 nicht beeinflußt wird. Von Einfuß auf das
radiale Spiel y beim Hochfahren der Turbine ist lediglich die Wärmedehnung des äußeren
Ringes 5, die dadurch sehr klein gehalten wird, daß einerseits der innere Ring 6
nur über Stege 8 am äußeren Ring anliegt, wodurch der Wärmeübergang gemindert wird,
und daß außerdem durch die öffnung 9 noch zusätzlich Kühlluft zwischen die Stege
geleitet wird. Zur Führung des nach dem Abstellen der Turbine sich wieder zusammenziehenden
Ringes 6 ist zusätzlich ein besonderer Abgleitkonus vorgesehen, dessen Berührungsfläche
10 zusammen mit dem Abschnitt 7 der Innenfläche des äußeren Ringes 5 in jeder Stellung
des inneren Ringes 6 den Kegelsitz bildet, in dem letzterer in dem äußeren Ring
5 gehalten ist. Der Kegelwinkel #" des Konus ist gleich den Winkeln a und ß.