DE1178253B - Axial-durchstroemte Kreiselradmaschine mit einstellbarem Deckband - Google Patents

Description

• Axial-durchströmte Kreiselradmaschine mit einstellbarem Deckband Die Erfindung betrifft eine axial-durchströmte Kreiselradmaschine, insbesondere Axial-Gasturbine, in der den abgeschrägten Laufschaufelspitzen mit entsprechender Konizität ausgebildete Abdeckringe zugeordnet sind, die entweder als geschlossene Ringe oder als Ringsegmente mit im Axialschnitt T-förmigem Halteteil versehen und in einer Umfangsnut des Gehäuses gehalten sind. Derartige Befestigungen des Deckbandes werden hauptsächlich bei Gasturbinen ausgeführt, bei deren Inbetriebnahme oder Abschaltung ungleiche Dehnungen bzw. Schrumpfungen der Läufer- und Statorteile eintreten können, so daß die Laufschaufeln an den Abdeckungen anstreifen. Solches Anstreifen kann aber auch durch die bei den hohen Betriebstemperaturen auftretende Zeitdehnung hervorgerufen werden. Die eingangs beschriebene Befestigung des Deckbandes erlaubt nun den schnellen Austausch desselben im Falle einer Beschädigung.
• Die Einstellung des sogenannten Kopfspaltes erfolgt bei konischen Deckbändern im allgemeinen durch Verschiebung des gesamten Läufers in axialer Richtung und anschließender Fixierung am Blocklager. Ferner wurde schon vorgeschlagen, die Festpunkte von Roter und Stator einer Turbine an entgegengesetzten Enden anzuordnen, damit im Betrieb infolge Dehnung zueinander das Kopfspiel kleiner werde. In beiden Fällen können jedoch unterschiedliche Dehnungen sowohl im Läufer als auch im Gehäuse nicht berücksichtigt werden. Außerdem haben Verschiebungen des Läufers auch Veränderungen des Laufspiels der Labyrinthstopfbüchsen zur Folge, deren Betriebssicherheit dadurch gefährdet wird.
• Zur Erzielung kleinster Kopfspalte sind auch sogenannte Verschleißkanten bekanntgeworden, die man durch Anschärfen des Schaufelkopfes oder durch Anbringen schmaler Blechstreifen herstellt. Wirkungsmäßig ebenbürtig sind auf die Schaufelspitzen oder auf das Deckband aufgebrachte Schichten aus leicht verschleißendem keramischem Material, z. B. splittartige oder schaumige Massen. Alle diese Verschleißkanten haben jedoch den Mangel, daß der einmal durch Anschleifen vergrößerte Laufspalt nicht mehr verringert werden kann.
• Die Nachteile der vorgenannten Vorrichtungen und Maßnahmen werden nun gemäß vorliegender Erfindung dadurch vermieden, daß der Abdeckring in der Befestigungsnut axial verschieblich angeordnet ist und daß er an seinem großen Durchmesser außen und an seinem kleinen Durchmesser innen mit achsparallelen Flächen versehen ist, denen ebensolche Flächen des Gehäuses gegenüberstehen. Die erste Maßnahme ermöglicht überhaupt die Einstellung kleinster Laufspiele unter Beseitigung von Herstellungsungenauigkeiten. Die zweite Maßnahme stellt sicher, daß das Strömungsmedium an der äußeren Kanalwand auch nach vorgenommener Axialverschiebung des Deckbandes gut geführt wird und nicht etwa an einem klaffenden Axialspalt abreißt. Die dadurch etwa hervorgerufenen Wirbel könnten nämlich den mit der Kopfspaltverminderung erzielten Gewinn mehr als zunichte machen. Auf Grund dieser Tatsache wird die Erfindung auch nicht durch eine bekannte Labyrinthstopfbüchse nahegelegt, bei der der feststehende Teil zwecks Einstellung des Laufspiels axial verschieblich angeordnet ist. Die Labyrinthstopfbüchse hat nämlich reine Dichtungsfunktion, wogegen für den Abdeckring der Laufschaufeln die wirbelfreie Führung des Strömungsmediums von mindestens gleich großer Bedeutung ist.
• Ferner ist die Erfindung auch nicht zu verwechseln mit einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag, nach welchem in einer Gasturbine zur Begrenzung des Kopfspaltes ein konischer Abdeckring so angeordnet ist, daß er sich nur in Richtung der Erweiterung frei dehnen kann, wogegen er in radialer Richtung an Stegen eines, äußeren Ringes anliegt. Dadurch soll erreicht werden, daß das radiale Spiel zwischen den Laufschaufeln und dem Abdeckring bei verschiedenen Temperaturen unverändert bleibt.
• Die Erfindung wird an einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in F i g. 1 eine Laufschaufelabdeckung mit im Stillstand der Maschine einstellbarem Ring, F i 2. 2 ein mittels Schrauben einstellbares Deckband, v F i g. 3 eine Einrichtung mit im Betrieb mechanisch verstellbarem Abdeckring, F i g. 4 einen Schnitt längs Linie IV-IV der F i g. 3, Fi a. 5 eine Halterung des Deckringes mit pneunaiatischer Verstellung und F i g. 6 einen Schnitt längs Linie V-V der F i g. 4. In F i g. 1 bezeichnet 1 das Gehäuse einer axialdurchströmten Gasturbine mit den Leitschaufeln 2 und den Laufschaufeln 3, die an den Spitzen unter dem Winkel -, zur Achsrichtung abgeschrägt sind. Jede Schaufelreihe wird von dem konischen Abdeckring 4 abgedeckt, der bei entsprechender Teilung des Gehäuses 1 als geschlossener Ring oder auch aus Ringsegmenten hergestellt werden kann und mit einem T-förmigen Halteteil s versehen ist, mit welchem er in der Umfangsnut 6 des Gehäuses gehalten ist. Zwischen den Schaufelspitzen und dem Deckring 4 besteht also der Kopf- oder Laufspalt »s«, der möglichst klein sein soll, um Verluste zu vermeiden.
• Die Breite »a« der Umfangsnut ist nun mindestens um den axialen Verschiebeweg größer als die Breite »b« des Flansches vom T-förmigen Halteteil s. Der Deckring 4 kann somit in axialer Richtung verschoben und nach genauer Einstellung mit Hilfe von Keilen 7 oder sonstigen Beilagen fixiert werden. Er ist an seinem großen Durchmesser & außen und an seinem kleinen Durchmesser D1 innen mit achsparallelen Flächen 9 und 10 versehen, denen ebensolche Flächen Il und 12 des Gehäuses gegenüberstehen. Auf diese Weise wird bei einer Axialverschiebuna des Deckringes die äußere Kanalbegrenzung nicht unterbrochen.
• An Stelle der Keile 7 kann gemäß F i g. 2 die Fixierung der Deckringe auch mit Hilfe von die Halteflansche durchdringenden Stellschrauben 13 vorgenommen werden, deren Gesamtlänge »I« der Breite »a« der Umfangsnut gleich ist.
• Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Deckringe auch im Betrieb der Turbine, also besonders beim Anfahren oder Abstellen, wo die Gefahr des Anstreifens am größten ist, verstellbar gemacht werden können. Solche Steilmechanismen sind in den F i g. 3 bis 6 gezeigt, in denen die mit F i g. 1 übereinstimmenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
• Gemäß F i g. 3 und 4 ist jedem Ringsegment mindestens eine in achsnormaler Ebene des Rotors liegende Exzenterwelle 14 zugeordnet, die mittels einer Gewindebüchse 15 in dem Leitapparat gelagert ist. Am inneren Ende der Welle 14 ist der Exzenter 16 angebracht, der mit Hilfe eines in eine Nut 17 des Haiteteiles 5' geführten Gleitsteines 18 die Axialverschiebung des Deckbandes bewirkt. Um zu verhindern, daß die Segmente in Umfangsrichtung wandern, sind kleine Axialnuten 24 vorgesehen, in welche die Radialstifte 25 eingreifen. y Bei der Ausführung gemäß F i g. 5 und 6 erfolgt die Verstellung pneumatisch mit Hilfe von Druckluft, die durch die Kanäle 19 und 20 in die Umfang angsnut 6" eingeführt werden kann. Die Stirnflächen des T-Flansches des Halteteils 5" dienen hier also als Kolbenflächen. Außerdem ist an die Umfangsnut 6" noch ein Kanal 21 angeschlossen, dessen Öffnung von dem Flansch des Halteteils 5" freigegeben wird, wenn der Radialspalt »s« seine größte Weite erreicht hat. Die durch den Kanal 19 in die Nut 6" einströmende Druckluft entweicht dann durch den Kanal 21 und zeit, z. B. beim Anfahren der Turbine, an, daß alle @ Deckringsegmente auf größter Spaltweite stehen. Die kleinste Spaltweite wird durch die in den Flansch eingepaßten oder eingeschraubten Stifte 22 festgelegt.
• Bekanntlich müssen die Deckringsegmente von heißbetriebenen Turbinen in Umfangsrichtung etwas Dehnungsspiel aufweisen. Um nun zu verhindern, daß durch diese Spalte Druckluft von einer Stirnseite zur anderen überströmt, sind an den Enden der Ringsegmente Dichtungsleisten 23 axial verschieblich angebracht, die den gesamten Querschnitt der Umfangsnut 6" ausfüllen. Die durch den Kanal 20 in die Umfangsnut 6" eintretende Druckluft verschiebt das Deckringsegment in die Stellung der kleinsten Kopfspaltweite. Irgendwelche durch Undichtigkeiten am Flansch des Halteteils 5" entweichende Luft wird dabei zweckmäßig zur Kühlung des Deckbandes oder anderer Teile des Leitapparates verwendet.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Axial-durchströmte Kreiselradmaschine, insbesondere Axial-Gasturbine, in der den abgeschrägten Laufschaufelspitzen mit entsprechender Konizität ausgebildete Abdeckringe zugeordnet sind, die entweder als geschlossene Ringe oder als Ringse@"mente mit im Axialschnitt T-förmigem Halteteil versehen und in einer Umfangsnut des Gehäuses gehalten sind, d a d u r c h gekennzeichnet. daß der Abdeckring (4) in der Befestigungsnut (6) axial verschieblich angeordnet ist und daß er seinem großen Durchmesser (DJ außen und an seinen kleinen Durchmesser (D;) innen mit achsparallelen Flächen (9, 10) versehen ist, denen ebensolche Flächen (I1, 12) des Gehäuses gegenüberstehen.
2. 2. Kreiselradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckringe bzw. -segmente mittels Stellschrauben (13) in ihrer Axialstellung fixiert sind.
3. 3. Kreiselradmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß der Abdeckring (4) auch im Betrieb verstellbar ist.
4. 4. Kreiselradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Ringsegment mindestens eire in achsnormaler Ebene des Rotors liegende Exzenterwelle (14) zugeordnet ist, deren Exzenter (16) mit Hilfe eines in einer Nut (17) des Halteteils (5') geführten Gleitsteines (18) die Axialverschiebung des Deckbandes bewirkt.
5. 5. Kreiselradmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebung hydraulisch oder pneumatisch erfolgt, zu welchem Zweck die Stirnflächen des T-Flansches als Kolbenflächen dienen.
6. 6. Kreiselradmaschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Kontrollkanal (21), welcher die Stellung des Deckringes bei größter Spaltweite anzeigt.
7. 7. Kreiselradmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Ringsegmente Dichtleisten (23) axial verschieblieh angebracht sind, die den Querschnitt der Umfangsnut voll ausfüllen. B. Kreiselradmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einstellbare Anschläge (22) zur Begrenzung des axialen Verschiebeweges. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1128 708.