DE1220671B - Housing for gas or steam turbines - Google Patents
Housing for gas or steam turbinesInfo
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Description
Gehäuse für Gas- oder Dampfturbinen Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Gas- oder Dampfturbinen mit einem Außengehäuse und einem Innengehäuse, das einen im Außengehäuse abgestützten Leitschaufelträger aufweist, sowie mit einer den einströmseitigen Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Außengehäuse vom abströmseitigen Zwischenraum zwischen den Gehäusen trennenden Trennwand.Housing for gas or steam turbines The invention relates to a housing for gas or steam turbines with an outer casing and an inner casing, the one Has guide vane carrier supported in the outer casing, as well as with one of the inflow side Space between the inner housing and the outer housing from the space on the downstream side partition between the housings.
Gehäuse dieser Art werden, wie bekannt, insbesondere dann verwendet, wenn das unter Druck stehende Treibmittel hohe Temperaturen aufweist. Das Innengehäuse dient dann zur Führung des Treibmittelstromes und als Träger der Leitschaufelung der Turbine; und der unter etwa gleichem Druck wie der Strömungsraum stehende Zwischenraum zwischen den Gehäusen enthält das Wärmeisoliermittel, so daß das Innengehäuse die Innentemperatur und das Außengehäuse den Innendruck aufzunehmen haben. Dies erlaubt, das Innengehäuse nur auf Wärme- und das Außengehäuse nur auf Druckbeanspruchung auszuführen, was sich dimensions- gewichts- und kostensparend auswirkt.As is known, housings of this type are used in particular when the pressurized propellant is at high temperatures. The inner case then serves to guide the propellant flow and as a carrier for the guide vanes the turbine; and the space under approximately the same pressure as the flow space between the housings contains the heat insulating agent, so that the inner housing the Internal temperature and the external housing have to absorb the internal pressure. This allows the inner housing only to thermal stress and the outer housing only to compressive stress to be carried out, which saves dimensions, weight and costs.
Die Verbindung zwischen dem Außengehäuse und demjenigen Teil des Innengehäuses, der den Leitschaufelträger bildet, muß das auftretende Temperaturgefälle zwischen den Gehäusen sowie die auf die Leitschaufeln axial in Richtung Abströmseite wirkenden Kräfte aufnehmen und die Leitschaufeln relativ zu den Laufschaufeln möglichst in gleicher Lage halten. Es sind Flanschhalterungen bekannt, bei denen der Flansch am ausströmseitigen Ende des Leitschaufelträgers angebracht ist und zugleich die Trennwand zwischen ein- und abströmseitigem Teil des Zwischenraumes zwischen .den Gehäusen bildet, wobei der Flansch zur Vermeidung von durch das radiale Temperaturgefälle bedingten Ringspannungen an mehreren Stellen des Umfanges mit radialen Schlitzen versehen ist, die durch zwei koaxiale Ringe mit durch eine Membrane überbrücktem radialem Spiel überdeckt sind.The connection between the outer housing and that part of the inner housing which forms the guide vane carrier, the temperature gradient between the housings as well as those acting axially on the guide vanes in the direction of the downstream side Absorb forces and the guide vanes relative to the blades as possible in keep the same position. There are known flange mounts in which the flange is attached to the outflow end of the guide vane carrier and at the same time the Partition between the upstream and downstream part of the space between .den Forms housings, the flange to avoid the radial temperature gradient caused ring stresses at several points on the circumference with radial slots is provided, which is bridged by two coaxial rings with a membrane bridged radial play are covered.
Diese Ausführung weist neben dem Vorteil der axial gedrängten Bauweise erhebliche Nachteile auf. Die Rotorwelle ist zweckmäßigerweise einströmseitig, gegebenenfalls außerhalb des Turbinengehäuses axial gelagert und gegebenenfalls von dieser Seite her bis ausschließlich des ersten Laufschaufelkranzes gekühlt. Der Rotor erhitzt sich im Betrieb wesentlich vom ersten Laufschaufelkranz an und dehnt sich axial von dort aus in Richtung nach der Abströmseite der Turbine hin aus. Der sich im Betrieb gleichermaßen erhitzende Leitschaufelträger hingegen ist mit seinem abströmseitigen Ende am Halterungsflansch befestigt und über diesen relativ zum Außengehäuse fixiert, und der Leitschaufelträger dehnt sich daher axial in Richtung nach der Einströmseite hin aus.This version has the advantage of the axially compressed design significant disadvantages. The rotor shaft is expediently on the inflow side, if necessary axially mounted outside the turbine housing and possibly from this side cooled down to exclusively the first rotor blade ring. The rotor heats up During operation, it increases substantially from the first rotor blade ring and expands axially from there in the direction of the downstream side of the turbine. Which is in Operation equally heating guide vane carrier, however, is with its downstream side End attached to the mounting flange and fixed relative to the outer housing via this, and the guide vane carrier therefore expands axially towards the inflow side out.
Der Umstand, daß sich Lauf- und Leitapparat in entgegengesetzter Richtung ausdehnen, bewirkt eine beträchtliche axiale Verschiebung von Lauf- und Leitschaufeln zueinander, welche die Gefahr des Streifens hervorruft, das radiale Spiel an den außen konischen Laufschaufeln unzulässig vergrößert und die Unterbringung einer genügenden Anzahl von Labyrinthen zwischen Leiträdern und Rotor beeinträchtigt.The fact that the barrel and guide apparatus are in opposite directions expand causes a considerable axial displacement of blades and guide vanes to each other, which causes the risk of streaking, the radial play on the outside conical blades inadmissibly enlarged and the accommodation of a Sufficient number of labyrinths between idlers and rotor impaired.
Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu überwinden. Zur Erreichung dieses Zieles wird ein Turbinengehäuse der eingangs geschilderten Art, das einen Leitschaufelträger und eine den einströmseitigen Zwischenraum zwischen Innengehäuse und Außengehäuse trennende Trennwand aufweist, erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß im einströmseitigen Teil des Zwischenraumes zwischen den Gehäusen und koaxialen dazu als Tragelement ein Bohrungen aufweisender, dünner, aus wenig wärmeleitfähigem Material bestehender Kegelstumpfmantel angeordnet ist, dessen weites Ende an der Trennwand und dessen enges Ende am einströmseitigen Ende des Leitschaufelträgers befestigt ist, und daß der Leitschaufelträger in der Trennwand axial verschiebbar gelagert ist.The invention aims to overcome the disadvantages mentioned. To the A turbine housing of the type described above is achieved to achieve this goal, one vane carrier and one between the inflow-side space Has inner housing and outer housing separating partition, according to the invention such formed that in the upstream part of the space between the housings and coaxial to it as a support element having bores, thinner, from little thermally conductive material existing truncated cone jacket is arranged, the wide End on the dividing wall and its narrow end on the inflow end of the guide vane carrier is attached, and that the Guide vane carrier axially in the partition wall is slidably mounted.
In der Zeichnung ist als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen axialen Schnitt durch das Gehäuse einer Gasturbine und F i g. 2 eine Teilansicht der Trennwand zwischen ein- und abströmseitigem Teil des Zwischenraums zwischen den Gehäusen, in Achsrichtung gegen die Abströmseite des Gehäuses gesehen.The drawing shows an embodiment of the invention as an example shown in simplified form. It shows F i g. 1 shows an axial section through the housing a gas turbine and F i g. 2 shows a partial view of the partition between the inflow and outflow side Part of the space between the housings, in the axial direction against the downstream side seen of the housing.
Das Turbinengehäuse weist ein Außengehäuse 1 und ein Innengehäuse auf, das einströmseitig aus dem Einströmteil 2 und dem Leitschaufelträger 3 besteht. Der Leitschaufelträger 3 trägt die Leitschaufeln 4. Mit 5 ist der Rotor bezeichnet, der die Scheiben 6 mit den Laufschaufeln 7 trägt. Sowohl der einströmseitige Teil 8 als auch der ausströmseitige Teil 9 des Zwischenraums zwischen den Gehäusen ist mit Wärmeisoliermaterial 10 ausgefüllt. Ein durch vier Keile 11 im Außengehäuse 1 zentrierter Ring 12 und vier daran befestigte Lappen 13, die mit vier Keilen 14 den Leitschaufelträger 3 zentrieren, bilden zusammen mit einem aus zwei konzentrischen Ringen finit Membrane bestehenden Dichtring 15 bekannter Ausführung eine Trennwand, welche den Zwischenraum zwischen den Gehäusen in den einströmseitigen Teil 8 und den abströmseitigenTeil 9 trennt.The turbine housing has an outer housing 1 and an inner housing which, on the inflow side, consists of the inflow part 2 and the guide vane carrier 3. The guide vane carrier 3 carries the guide vanes 4. The rotor, which carries the disks 6 with the rotor blades 7, is denoted by 5. Both the inflow-side part 8 and the outflow-side part 9 of the space between the housings are filled with thermal insulation material 10. A ring 12 centered by four wedges 11 in the outer housing 1 and four tabs 13 attached to it, which center the guide vane carrier 3 with four wedges 14, together with a sealing ring 15 of known design consisting of two concentric rings of finite membrane form a partition which separates the space between separates the housings into the upstream part 8 and the downstream part 9.
Ein Kegelstumpfmantel 16 ist als `Tragelement mit seiner weiten Öffnung am Ring 22 arid 'an Seiner engen Öffnung mit einem daran befindlichen Flansch 17 am Leitschaufelträger 3 befestigt. Dieser Kegelstumpfmantel16 ist von geringer Wandstärke, weist Bohrungen auf und besteht aus wenig Värmeleitfähigem Material.A truncated cone jacket 16 is attached as a 'support element with its wide opening on the ring 22 arid' at its narrow opening with a flange 17 on the guide vane carrier 3 . This truncated cone jacket16 is of low wall thickness, has bores and consists of little heat-conductive material.
Der Rotor 5 ist einströmseitig außerhalb der Turbine - in der Zeichnung nicht dargestellt - inzinem mit ihr zusammengebauten Luftverdichter axial gelagert. Ein zwischen der Rotörweile und einem rohrförmigen Teilstück des Außengehäuses 1 ausgesparter Spalt 18 läßt kühles Treibmittel vom Luftverdichter entlang der Rotorwelle zurr ersten Laufschaufelkranz strömen.The rotor 5 is on the inflow side outside the turbine - in the drawing not shown - axially mounted inzinem with its assembled air compressor. One between the rotor shaft and a tubular section of the outer housing 1 Recessed gap 18 lets cool propellant from the air compressor along the rotor shaft flow to the first rotor blade ring.
Bella Betrieb der Turbine strömt heißes Treibmittel höhen Drucks in den tnströmtei12 und von da zwischen deüi Leitschaufelträger 3 und den Rotorscheiben 6 bzw. durch die Leitschaufeln. 4 und .die Laufschaufeln 7 in Aalrichtung der Turbine nach dein Aüsströinräum. Da das Treibmittel ;zum ein-'strömsäitigen Zwischenraum 8 zwischen den `Gehäuseei Zutritt hat, herrscht dort der gleiche Dtuck wie ein Einströmventil, doch bewirkt das Wärmeisoliermaterial 10, daß -die Temperatur von der Innengehäüseauß'enwand gegen die Außengehäusennenwändbeträchtlich abnimmt, so däß das Außengehäuse 1 kalt bleibt. Die aus dem Ring 12, den Lappen 13 und dem Dichtring 15 bestehende Trennwand verhindert den Übertritt `von Treibmittel in den Abströmrau unter Umgebung der `Turbinenschaufeln und gleicht die unterschiedlichen Radialdehnungen des Außeugeh'äüses 1 und des LeitschaufeltYägers 3 in bekannter Weise aus.During operation of the turbine, hot propellant at high pressure flows into the inflow part 12 and from there between the guide vane carrier 3 and the rotor disks 6 or through the guide vanes. 4 and .the blades 7 in the eel direction of the turbine to your Aüsströminräum. Since the propellant has access to the interspace 8 between the housings, the same pressure prevails there as an inflow valve, but the thermal insulation material 10 causes the temperature of the outer wall of the inner housing against the outer wall of the outer housing to decrease considerably, so that Outer housing 1 remains cold. The dividing wall consisting of the ring 12, the tabs 13 and the sealing ring 15 prevents propellant from flowing into the outflow area under the environment of the turbine blades and compensates for the different radial expansions of the outer housing 1 and the guide vane carrier 3 in a known manner.
Der Kegelstumpfmantel befindet sich innerhalb des Raus 8 dank dem Wärmeisoliermaterial 10 in einer Umgebung von gegenüber dem Einströmraum niedr ig erer Temperatur. Die höchste T emp eratur wird dein K-egelstüinpfnantel 16 an dessen Berührungslinie mit dem Leitschaüfelträger 3 über den Flansch 17 mitgeteilt, während die Zone tiefster Temperatur bei der Berührungslinie des Kegelstumpfmantels .16 mit dem Ring 12 liegt. Die während des Betriebs der Turbine durch den Kegelstilmpfmante116 vom Leitschaufelträger 3 gegen das Außengehäuse 1 strömende Wärmemenge ist nur unbedeutend, - da der Xegelstumpfmantel dünnWandig ist z Bohrungen aufweist und ' aus wenig wärmeleitfähigem Material besteht. Die Temperatur des Kegelstumpfmantels nimmt vom Flansch 17 ausgehend in Richtung gegen das Außengehäuse 1 rasch ab, da am inneren Ende mit dem kleineren Durchmesser wegen der kleineren Querschnittfläche der Widerstand für den Wärmefluß größer ist als am äußeren Ende. Dies bewirkt, daß die Ausdehnung des Kegelstumpfmantels in axialer Richtung innerhalb unbedeutender Grenzen bleibt.The truncated cone jacket is located inside the room 8 thanks to the heat insulating material 10 in an environment of lower temperature than the inflow space. The highest temperature is communicated to your K-egelstüinpfnantel 16 at its line of contact with the vanes 3 via the flange 17, while the zone of lowest temperature is at the contact line of the truncated cone jacket 16 with the ring 12. The amount of heat flowing through the truncated cone shell 116 from the guide vane carrier 3 to the outer casing 1 during operation of the turbine is only insignificant, since the truncated cone shell is thin-walled, has bores and consists of a material that is not very thermally conductive. The temperature of the truncated cone jacket decreases rapidly from the flange 17 in the direction towards the outer housing 1, since at the inner end with the smaller diameter the resistance to the heat flow is greater than at the outer end because of the smaller cross-sectional area. This has the effect that the expansion of the truncated cone jacket in the axial direction remains within insignificant limits.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß das in der Nähe der Befestigung mit der engen Öffnung des Kegelstumpfmantels liegende cinströmseitige Ende des Leitschaufelträgers zufolge betrieblicher Erhitzung keine wesentliche axiale Lageänderung erfährt, so daß sich der Leitschaufelträger annähernd vom gleichen Projektionspunkt auf die Turbinenachse aus in Richtung auf die Abströmseite der Turbine hin ausdehnt wie der entlang dem Spalt 18 von seinem Axiallager her bis zur ersten Laufschaufel von kühlemTreibmittel umspülten Rotor 5. Da der Leitschaufelträger 3 aus Material gleicher Wärmeausdehnung wieder Rotor 5 finit den Scheiben 6 gefertigt ist, bleiben Leitschaufeln und Laufschaufeln der Turbine relativ zueinander innerhalb des gesamten Betriebsbereichs in annähernd gleicher Lage.This measure ensures that it is in the vicinity of the attachment with the narrow opening of the truncated cone jacket lying cin-flow-side end of the guide vane carrier does not experience any significant axial change in position due to operational heating, see above that the guide vane carrier is approximately from the same projection point on the The turbine axis extends out in the direction of the downstream side of the turbine as along the gap 18 from its axial bearing to the first blade of cool propellant washed around the rotor 5. Since the guide vane carrier 3 is made of the same material Thermal expansion is again made of rotor 5 finite the disks 6, guide vanes remain and blades of the turbine relative to one another within the entire operating range in approximately the same position.
'`Das enge Ende des Kegelstumpfmantels 16 nebst Flansch 17 vermögen der radialen Ausdehnung des Leitschaufelträgers 3 ohne weiteres zu folgen. Eine radiale Ausdehnung des engen Endes des Kegeistumpfmantels 1.6 ist in Ansehung der geringen Neigung zur Turbinenachse von vernachlässigbar kleinem Einfluß auf dessen axiale Lage.'' The narrow end of the truncated cone jacket 16 together with the flange 17 can to follow the radial expansion of the guide vane carrier 3 without further ado. One radial extension of the narrow end of the truncated cone jacket 1.6 is in view of the low inclination to the turbine axis of negligibly small influence on it axial position.
Die Erfindung hat auch den Vorteil der leichten und gleichzeitig äußerst formsteifen Ausführung, welche die beträchtlichen axialen Kräfte in Ausströmrichtung sehr zuverlässig aufnimmt und gegenüber dem herkömmlichen, senkrecht zur Turbinenachse ausgelegten Flansch erhebliche Einsparungen an Gewicht und Volumen von teurem austenitischem Werkstoff erlaubt, wobei der ausströmseitig vorgesehene., senkrecht zur Turbinenachse angeordnete Teil, bestehend aus Ring 12, Lappen 13 und Dichtring 15, bei der .erfindungsgemäßen Ausführung ausschließlich im Hinblick auf die abströmseitige Zentrierung des Leitschaufelträgers 3 und die Trennung des :Zwischenraumes zwischen den Gehäusen in einströmseitigen Teig :8 und den ausströmseitigen Teil 9 dimensioniert werden müssen.The invention also has the advantage of being lightweight and at the same time extremely dimensionally stable design, which absorbs the considerable axial forces in the outflow direction very reliable and compared to the conventional, perpendicular to the turbine axis designed flange significant savings in weight and volume of expensive austenitic Material allowed, with the one provided on the outflow side., Perpendicular to the turbine axis arranged part, consisting of ring 12, tab 13 and sealing ring 15, in the .invention Execution exclusively with regard to the centering of the guide vane carrier on the downstream side 3 and the separation of the: space between the housings in the inflow side Dough: 8 and the outflow-side part 9 must be dimensioned.
Um zu verhindern, daß Wärme vom Leitschaufel= träger 3 über die Trennwand 12,13,15 an die Stelle deren Befestigung am Außengehäuse 1 und .auf diesem Wege an den kaltzuhaltenden weiteren Teil des Kegelstumpfmantels 1.6 .gelangt, ist .die Trennwand 12,13,15 so ausgebildet, daß in ihr möglichst wenig Wärme strömen kann und die Temperatur in ihr vom Leitscbaufelträger 3 gegen das Außengehäuse 1 stark abnimmt.To prevent heat from the guide vane = carrier 3 over the partition 12,13,15 in place of their attachment to the outer housing 1 and .on this way to the further part of the truncated cone jacket 1.6 that is to be kept cold Partition wall 12,13,15 designed so that as little heat as possible can flow in it and the temperature in it from the guide vane 3 against the outer casing 1 is strong decreases.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Trennwand 12513; 15 nicht durchgehend und massiv, sondern durchbrochen ausgeführt und nur zur Aufnahme der Zentrierkräfte -ausgelegt wird, wobei die offen gelassenen Bereiche durch eine dünne Dichtvorrichtung überbrückt werden.This is achieved in that the partition wall 12513; 15 is not continuous and solid, but perforated and designed only to absorb the centering forces, the areas left open being bridged by a thin sealing device.
Der Ring 12 wird mit den vier Zentrierkeilen 11 in einer im Außengehäuse 1 ausgesparten Radialnut geführt und liegt ausströmseitig mit einem erheblichen Teil seiner radialen Breite an einer Druckauflagefläche an, die von der einströmseitigen Flanke einer starken ringförmigen Innenrippe 19 des Außengehäuses 1 gebildet wird. Der Abstand des Innenkreises des Rings 12 vom Außenumfang des Leitschaufelträgers 3 ist annähernd gleich der radialen Breite des Rings 12. Die Verbindung zwischen dem Innenkreis des Rings 12 zum Leitschaufelträger 3 wird über die diesen zentrierenden Keile 14 durch vier Lappen 13 speichenartig hergestellt, wobei die umfangmäßig größeren frei bleibenden Bereiche zwischen dem Ring 12 und dem Leitschaufelträger 3 durch den Dichtring 15 überbrückt werden.The ring 12 is with the four centering wedges 11 in one in the outer housing 1 recessed radial groove and is located on the outflow side with a considerable Part of its radial width on a pressure contact surface, that of the inflow side Flank of a strong annular inner rib 19 of the outer housing 1 is formed. The distance of the inner circle of the ring 12 from the outer circumference of the guide vane carrier 3 is approximately equal to the radial width of the ring 12. The connection between the inner circle of the ring 12 to the guide vane carrier 3 is centered on this Wedges 14 made like spokes by four lobes 13, the circumferentially larger ones areas that remain free between the ring 12 and the guide vane carrier 3 the sealing ring 15 are bridged.
Dieser besteht aus zwei koaxialen Ringen 20 und 21 sowie aus der Membrane 22. Der innere Ring 20 ist mit Schrauben 23 am niederdruckseitigen Ende des Leitschaufelträgers befestigt. Der äußere Ring 21 wird in einer Einsparung in der Innenrippe 19 des Außengehäuses 1 von dieser abströmseitig und vom inneren Ende der abströmseitigen axialen Fläche des Ringes 12 einströmseitig gehalten. Das zwischen den Ringen 20 und 21 vorgesehene temperaturabhängige radiale Spiel 24 wird von der dünnen einteiligen Membrane 22 überbrückt. Vom Leitschaufelträger 3 über die dünnen, speichenartigen Lappen 13 sowie über den inneren Ring 20, die Membrane 22 und den äußeren Ring 21 kann nur wenig Wärme zum Ring 12 strömen, und die Temperatur in diesen wärmedurchströmten Elementen nimmt gegen das Außengehäuse hin rasch ab, so daß auf diesem Wege keine nennenswerte Wärmemenge an das kalt zu haltende weitere Ende des Kegelstumpfmantels 16 gelangt.This consists of two coaxial rings 20 and 21 and the membrane 22. The inner ring 20 is fastened with screws 23 at the end of the guide vane carrier on the low-pressure side attached. The outer ring 21 is in a recess in the inner rib 19 of the Outer housing 1 from this outflow side and from the inner end of the outflow side axial surface of the ring 12 held on the inflow side. That between the rings 20 and 21 provided temperature-dependent radial play 24 is from the thin one-piece Membrane 22 bridged. From the guide vane 3 over the thin, spoke-like Tabs 13 and over the inner ring 20, the membrane 22 and the outer ring 21 only a little heat can flow to the ring 12, and the temperature in these flows through heat Elements decreases rapidly towards the outer housing, so that in this way none Significant amount of heat to the other end of the truncated cone jacket, which is to be kept cold 16 arrives.
Durch tunlichst geringere Neigung des Kegelstumpfmantels zur Turbinenachse bzw. Einhaltung eines kleinen Winkels, vorzugsweise nicht über 30°, zwischen der Kegehnantellinie und der Turbinenachse wird erreicht, daß die wärmebedingte radiale Ausdehnung der durch das einströmseitige Ende des Leitschaufelträgers 3, den Flansch 17 und das heiße enge Ende des Kegelstumpfrnantels 16 gebildeten Zone eine nur geringe axiale Verschiebung in Richtung auf die Einströmseite der Turbine hin zur Folge hat. Zum gleichen Zweck kann auch der Kegelstumpfmantel an seinem heißen engen Ende ein zur Turbine koaxial gelegenes zylindrisches Stück aufweisen, welches die Verbindung mit dem Leitschaufelträger herstellt.By inclining the truncated cone to the turbine axis as little as possible or maintaining a small angle, preferably not more than 30 °, between the Kegehnantellinie and the turbine axis is achieved that the heat-induced radial Expansion of the through the inflow end of the guide vane carrier 3, the flange 17 and the hot narrow end of the truncated cone shell 16 formed only a small zone axial displacement in the direction of the inflow side of the turbine to result Has. For the same purpose, the truncated cone jacket can also be used at its hot, narrow end have a cylindrical piece located coaxially to the turbine, which the connection manufactures with the guide vane carrier.
Claims (4)
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