DE1258662B

DE1258662B - Deckscheibe fuer die Kuehlgasfuehrung von Gasturbinenlaeufern

Info

Publication number: DE1258662B
Application number: DE1964V0027038
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gerold Naecke; Herbert Jackisch; Dipl-Ing Fritz Richter
Original assignee: GOERLITZER MASCHB VEB
Current assignee: GOERLITZER MASCHB VEB
Priority date: 1964-10-28
Filing date: 1964-10-28
Publication date: 1968-01-11

Description

Deckscheibe für die Kühlgasführung von Gasturbinenläufern Die Erfindung betrifft eine Deckscheibe für die Führung des Kühlgases von Gasturbinenläufem, bei denen dieses von einem Raum höheren Druckes in einen von einer Deckscheibe und der Stirnwand des Läufers gebildeten Ringraum geführt ist, von dem es durch die Kühlgaskanäle der Laufschaufelhalterung entlang der Läuferoberfläche strömt.
Es sind Deckscheiben bekannt, die sich, als ganzteilige Ringscheiben ausgebildet, radial über die gesamte Stirnwand bis zum äußeren Durchmesser des Läufers erstrecken. Der Durchmesser von Läufern für große stationäre Gasturbinenanlagen kann erheblich sein, so daß die Deckscheiben festigkeitsmäßig kaum noch beherrschbar sind. Die zentrische wärmebewegliche Befestigung der Deckscheiben auf Grund ihrer relativ großen Masse, der Verbindung von Bauteilen aus ferritischem und austenitischem Werkstoff mit sehr unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, der hohen Drehzahl und der hohen Temperaturen sowie der auftretenden Temperaturschocks bei kurzzeitigem An- und Abfahren der Anlage ist demzufolge problematisch. Die den Durchtrittsraum des meist über 600°C Eintrittstemperatur aufweisenden Arbeitsgases mit begrenzende äußere Mantelfläche der Deckscheibe hat zur Folge, daß diese aus sehr teuerem austenitischem Werkstoff hergestellt ist. .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Deckscheibenausführung vorzuschlagen, die einen wirtschaftlichen Werkstoffeinsatz, eine gute Anpassungsfähigkeit an die unterschiedlichsten Betriebsbedingungen und eine gute Abdichtung gegenüber dem Arbeitsgasdurchtrittsraum ermöglicht.
-Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Deckscheibe aus Segmenten besteht, die einen in radialer Richtung schmalen Ring ergeben und die durch die Teilfuge der benachbarten Segmente überdeckende oder in diese eingreifende Dichtstreifen gegeneinander abgedichtet sind.
Diese Halterung kann sowohl aus einem mit dem Läufer aus einem Stück herausgearbeiteten und vorgezogenen scheibenförmigen Ansatz wie auch aus einem selbständigen, mit dem Läufer verbundenen Bauteil bestehen. Die die Deckscheibe bildenden Segmente können zu ihrer Befestigung beliebige Fußformen, wie Steckfuß-, Hammerkopf-, Tannenzapfenform od. ä., erhalten. Das Profil der Segmente ist an keine bestimmte Form gebunden; es kann ein von der Halterung zur Stirnseite hin geneigtes oder ein anderweitig geformtes Profil sein. Entsprechend der gewählten Kühlgasführung kann die erfindungsgemäße Deckscheibe als vordere und/ oder hintere stirnseitige Abdeckung am Läuferbenutzt werden, wobei im Falle der hinteren stirn4 seitigen Abdeckung die Möglichkeit besteht, die die Deckscheibe bildenden Segmente zur Drosselung des Kühlgasstromes zu benutzen.
Für die in den Teilfugen zwischen den benachbarten Segmenten angeordneten Dichtstreifen ist vorteilhafterweise dünnes warmfestes Blech zu verwenden, wobei die Dichtstreifen in Nuten des benachbarten Segments eingreifen.
Auf Grund der beim Betrieb auftretenden großen Fliehkraft sind die im Stillstand an die Stirnseite des Läufers anliegenden Segmente bestrebt, radial aufzubiegen, wodurch ein axialer Spalt entsteht, den es gilt abzudichten, damit kein Kühlgas nach dem Arbeitsgasdurchtrittsraum übertreten kann.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist daher an der Stoßstelle zwischen Deckscheibe und Stirnwand des Läufers ein mit dem Läufer und/oder den Laufschaufeln verbundenes, innerhalb des Kühlgasführungsraumes angeordnetes, an der Deckscheibe innen anliegendes dünnes elastisches Dichtelement, vorzugsweise bestehend aus abgewinkelten Blechsegmenten, vorgesehen. Durch die Fliehkraft und gegebenenfalls durch eine Vorspannung bewirkt" wird der im wesentlichen axial liegende Schenkel des Dichtelementes im Betrieb an der Deckscheibe innen anliegen und so einen Übertritt des Kühlgases vermeiden.
Das gleiche Abdichtungsprinzip könnte man für die Teilfuge zwischen den benachbarten Segmenten anwenden, falls das Einarbeiten der Nut zum Eingreifen der Dichtstreifen fertigungsmäßig unwirtschaftlich erscheint. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, für die Teilfuge zum benachbarten Segment und für die Stoßstelle zwischen Deckscheibe und Läufer bzw. Schaufel, für jedes Segment ein kombiniertes Dichtelement anzuwenden.
Folgende Vorteile treten durch die erfindungsgemäße Deckscheibenausführung ein: Durch die in radialer Richtung schmale Ausführung der Deckscheibe ist der Einsatz von teurem austenitischem .Werkstoff auf ein Minimum beschränkt.
Die Aufteilung der Deckscheibe in Segmente vermeidet bei den hohen Temperaturen und bei den auftretenden Temperaturschocks hohe Spannungsspitzen gegenüber der bisher ganzteiligen Deckscheibenausführung.
Die Anpassungsfähigkeit dieses Bauteiles an die unterschiedlichsten Betriebszustände und die Betriebssicherheit der Anlage sind wesentlich erhöht.
Die Erfindung ist nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 die Ansicht A nach F i g. 2, F i g. 2 den Schnitt II-11 nach F i g. 1, F i g. 3 die Einzelheit III der F i g. 2, F i g. 4 eine Einzelheit bei IH der F i g. 2 als weitere Ausführungsform, F i g. 5 eine weitere Ausführungsform im Längsschnitt.
Ein Läufer 1 besitzt eine oder mehrere Stufen von Laufschaufeln 2, deren Stegfüße 3 durch ein aus dem stirnseitigen Ringraum 4 einströmendes Kühlgas gekühlt werden. Zwecks intensiver Kühlwirkung ist ein Kühlgasübertritt nach dem Arbeitsgasdurchtrittsraum 5 weitestgehend zu vermeiden. Erfindungsgemäß besteht die den Ringraum 4 abdeckende Deckscheibe aus Segmenten 6, die in einer möglichst nahe am Arbeitsgasdurchtrittsraum 5 liegenden Halterung 7 befestigt sind. Letztere kann mit dem Läufer 1 aus einem Stück (F i g. 1) oder aus einem selbständigen, mit dem Läufer 1 verbundenen Bauteil (F i g. 5) bestehen.
Die in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Segmente 6 besitzen einen Steckfuß 8, der mittels eines Kegelstiftes 9 in der Halterung 7 befestigt ist. Die Abdichtung der Teilfugen 10 zum benachbarten Segment erfolgt durch Dichtstreifen 11, die in gegenüberliegend angeordneten Nuten benachbarter Segmente 6 eingreifen und gegen Herausgleiten umgebördelt -sind. Die Stoßstelle 12 zwischen den Laufschaufeln2 und den Segmenten 6 ist zweckmäßigerweise durch ein an den Laufschaufeln 2 befestigtes elastisches Dichtelement13, das die Teilung der Laufschaufeln2 aufweist; abgedichtet. Die vordere Kante des horizontalen Schenkels dieses Dichtelementes liegt am Segment 6 innen an. Bei einem durch die Fliehkraft bewirkten Aufbiegen der Segmente 6 folgt der horizontale Schenkel des Dichtelements 13 dieser relativ geringen Bewegung, wodurch der an derStoßstelle 12 entstehende Spalt abgedeckt bleibt.
Die F i g. 4 zeigt eine weitere Abdichtungsmöglichkeit an der Stoßstelle 12. In die Stirnseiten der Segmente 6 und der Laufschaufeln 2 sind Ringnuten eingearbeitet, in die ein Dichtelement 14 eingreift. Letzteres ist zwecks einfacher Demontage einzelner Laufschaufeln 2 mehrteilig ausgeführt.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Segmente 6 an der Stoßstelle 12 stirnseitig innen anzufassen und durch einen nicht dargestellten, in der Fase radial anliegenden Drahtring abzudichten.
Auch kann man den Dichtstreifen 11 und das Dichtelement 13 zu einem nicht dargestellten Dichtelement vereinen.
Aus F i g. 5 geht eine weitere Profilform der Segmente 6; die mit einem Tannenbaumfuß in der Halterung 7 befestigt sind, hervor. Es wird jedoch der Segmentausführung nach F i g. 2 der Vorzug zu geben sein, da die von den heißen Arbeitsgasen angestrahlte, axial sich erstreckende äußere Mantelfläche der Segmente 6 wesentlich kleiner ist.
Die Zahl der Teilungen der Segmente 6 ist nicht an das Ausführungsbeispiel gebunden, es erscheint aus Montage- und insbesondere aus Demontagegründen zweckmäßig, die Teilung der Segmente 6 gleich der den Laufschaufeln 2 auszuführen.
Das Primäre im Rahmen der Erfindung ist jedoch, daß die Deckscheibe aus Segmenten besteht, die. in radialer Richtung einen schmalen Ring ergeben.

Claims

Patentansprüche: 1. Deckscheibe für die Führung des Kühlgases von Gasturbinenläufern, bei denen dieses von einem Raum höheren Druckes in einen von einer Deckscheibe und der Stirnwand des Läufers gebildeten Ringraum geführt ist, von dem es durch die Kühlgaskanäle der Laufschaufelhalterung entlang der Läuferoberfläche strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe aus Segmenten (6) besteht, die einen in radialer Richtung schmalen Ring ergeben, und daß die Teilfugen (10) zwischen benachbarten Segmenten (6) durch die Teilfuge überdeckende oder in Nuten der Segmente eingreifende Dichtstreifen (11) abgedichtet sind.
2. Deckscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stoßstelle (12) zwischen den Segmenten (6) und den Laufschaufeln (2) Dichtelemente (13 bzw.14) vorgesehen sind, die die Stoßstelle (12) lediglich durch Formschluß abdecken. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 953 205, 918 667.