DE1960693B2 - Einrichtung zur verringerung des waermedurchgangs zwischen dem radialturbinen- und dem radialverdichterschaufelrad einer gasturbinenanlage - Google Patents

Description

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weiteren Stellen gegen eine wesentliche Bewegung in Turbinenschaufelrad einzuschieben. Dies ermöglicht

Achsrichtung des Schirms gehaltert ist. eine besonders gedrängte Anordnung der beiden

Infolge dieser Ausgestaltung kann sich jedes Seg- Schaufelräder. An der Außenkante kann das Segment des Wärmeschirms unabhängig von den übrigen ment ohne die Anwendung axia'. verlaufender Bolzen Segmenten bewegen und wird nicht so großen Span- 5 oder ähnlicher Befestigungsglieder befestigt werden, nungen ausgesetzt wie ein zusammenhängender die angesichts des geringen zwischen den Schaufelrä-Schinn. Weiler wird jedes von den Segmenten natiir- dem vorhandenen Raums sehr schwer einzusetzen lieh sehr viel kleiner im Verhältnis zum Krümmuags- und anzuziehen wäre. So können die Segmente an halbmesser al* ein zusammenhängender Schirm, so der Außenkante einen axial gerichteten Flansch aufdaß die axiale Durchbiegung wesentlich kleiner wird. io weisen, durch den sich das an der Außenkante be-Ein erfindungsgemäß aus Einzelsegmenten bestehen- nutzte Befestigungsglied radial hindurch erstreckt, der Wärmeschirm eröffnet weiter die Möglichkeit, Ein solches Befestigungsglied, beispielsweise ein BoI-den Schirm zu montieren, ohne das Verdichter- und zen, kann in radialer Richtung eingesetzt und mittels das Turbinenschaufelrad voneinander zu trennen. einfacher Werkzeuge gespannt werden.

Aus der USA.-Patentschrift 2 915 280 ist bereits 15 Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der eine I eitschaufelanordnung bei einer Axialgasturbine folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung herbekannt, bei welcher der innere Kranz des Schaufel- vor, die eine bevorzugte Ausführung eines erfinringes radial nach innen verlängert ist und einen zy- dungsgemäßen Wärmeschirms zeigt,
lindrischen Dichtungsteil trägt, der an einem rotie- Fig. 1 stellt einen Ausschnitt eines axialen renden, an der Turbinenwellc befestigten Teil dich- 20 Schnitts durch eine Radialgasturbinenanlage dar und tend anliegt. Damit der DiclUungstcil stets ordnungs- 'cigt die Anordnung des erfindungsgemäßen Wärmegemäß dichtend und nicht vom Schaufelring bei des- schirms;

sen Erwärmung nach außen gezogen oder deformiert F i g. 2 zeigt die Segmente, aus denen der erfin-

wcrden kann, ist der Dichtungsteil radial gleitbar an dungsgemäße Wärmeschirm besteht, von hinten gese-

der Verlängerung des inneren Kranzes befestigt, wo- 25 hen;

bei dieser Kranz in Segmente aufgeteilt ist. Wenn- Fig.? im eine Endansicht eine:; Segments von der gleich dieser Kranz in einzelne Segmente aufgeteilt Linie II!-111 in Fig. 2 aus gesehen;
ist. um gewisse Wärmedchnungsprobleme zu vermci- F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch den Wärmeden, so kann er jedoch weder hinsichtlich seiner schirm nach der Linie IV-IV in F i g. 2;
Konstruktion noch hinsichtlich der zu lösenden Auf- 3° Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Wärmegabe mit dem erfindungsgemäßen Wärmeschirm schirm an einer Fuge nach der Linie V-V in F i g. 2 verglichen werden. bei eingesetztem Dichtungsstreifen;

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 285 255 sind Fig. 6 zeigt einen Schnitt ähnlieh Fig. 5. jedoch auch bereits Leitgittersegmenle für Axialgaslurbincn nach der Linie IV-IV in F i g. 2.
bekannt, welche mittels in radialen Flanschen der 35 In Fig. 1 sind die äußeren Enden eines VerSegmente und des Gehäuses axial gelagerter Bolzen dichterschaufclrads 1 mit Schaufeln 2 und eines Turim Gehäuse wärmebeweglich aufgehängt sind, wobei binenschaufelrads 3 mit Schaufeln 4 dargestellt. Vom zwischen benachbarten Leitgittcrscgmenlen in Um- Verdichterschaufelradi tritt die komprimierte Luft fangsrichtung eingreifende Dichtleisten angeordnet nach außen durch Diffusorringe hindurch, die bei 5 sind und jedes Leitgittersegment ^;n einer zur Läufer- 40 und 6 angedeutet und an einer Diffusorplatte 7 befeachsc senkrechten Ebene zwei eine axiale Bewegung stigt sind. Aus der Brennkammer gelangen die heißen zulassende Bolzen aufweist, von denen der eine in Verbrennungsgase durch einen Eintrittsdüsenring 8 Paßbohrungen und der andere in Paßbohrungen in in die Turbine.

den Flanschen des Gehäuses und in einem eine Be- Die Schaufelräder 1 und 3 sind miteinander ver-

wcgung in Umfangsrichtung zulassenden Langloch 45 spannt und liegen an einer Stelle aneinander an, die

im Flanell des Segments gelagert ist. Diese bekannte nicht in F i g. 1 dargestellt ist. Zwischen den äußeren

Anordnung von Leitgittersegmenten dient aber nicht Teilen der Schaufelräder ist aber ein Unifangsspalt 9

zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden vorhanden, in den ein feststehender ringförmiger

Problems, da es sich nicht um einen in einer Radial- Aufbau 10 einragl. Der Aufbau IO ist an der Diffu-

ebenc angeordneten Wärmeschirm, sondern um zu 5" sorplatte 7 mittels Bolzen 11 befestigt und trägt an

einem Ring zusammengesetzte Leitgittersegmente seinem inneren Ende Dichtungsmittel 12, die mit der

handelt, wobei der Ring in radialer Richtung abgc- Rückseite des umlaufenden Verdichtcrschaufclrads I

dichtet sein soll. eine Labyrinthdichtung bilden. Der feststehende Auf-

Der erfindungsgemäße Wärmeschirm ermöglicht bau 10 trägt weiter einen ringförmigen Wärme-

aucli eine einfache Art der Befestigung der einzelnen 55 schirm, der von Segmenten 13 gebildet ist und in

Segmente an dem dahintcrliegenden feststehenden axialem Abstand vom feststehenden Aufbau 10 steht.

Tragaufbau, in einer Weise, die nur geringe Span- so daß zwischen dem letzteren und dem Wärmc-

nungen in den Segmenten und den Befcstigungsglie- schirm fin im wesentlichen geschlossener Raum 14

dem ergibt. So ist jedes Segment nur an einer einzi- mit praktisch stillstehendem Gas gebildet wird, das

gen Stelle lösbar eingespannt und an zwei weiteren ^6o als Wärmeisolierung dient.

Stellen gegen eine Bewegung in Achsrichtung des Die Ausbildung der Wärmcschirmsegmenle geSchirms geballert. Die beiden Stellen, an denen das maß der Erfindung geht aus F i g. 2 bis 6 hervor. In Segment nur in Achsrichtung des Schirms gehaltert der dargestellten Ausführungsform kommen acht ist, liegen an der Innenkante des Segments, und die Segmente vor. die durch Spalten eines Rings in sol-Befestigungsglicder sind derart ausgebildet, daß sie 65 eher Weise hergestellt wird, daß jeder Spalt 17 eine im voraus angebracht weiden können, so daß es gewisse Breite erhält, die für einen Ring mit einem ohne Anwendung von Werkzeugen möglich ist, die Durchmesser von etwa 600 mm etwa 3 mm betragen Semncntc einfach radial zwischen Verdichter- und kann. Jedes Segment 13 ist im wesentlichen eben, hat

aber einen verdickten inneren Rand 15 und einen axial gerichteten Flansch 16 am äußeren Rand. Im Flansch 16 ist mittig zwischen den Enden des Segments ein Loch 18 gebohrt. An den Ecken zwischen der gekrümmten Innenkante 19 und den den Nachbarsegmenten zugekehrten Endkanten 20 sind gegen die Innenseite 22 des Segments offene Ausnehmungen 21 vorgesehen, die am besten in F i g. 2 und 5 gezeigt sind. Mit einer entsprechenden Ausnehmung in einem Nachbarsegment zusammen bildet jede Ausnehmung 21 eine Öffnung für einen Befestigungsbolzen 23, der in F i g. 1 gezeigt ist. Die Ausnehmung 21 ist, wie bei 24 (F i g. 5) dargestellt, im Inneren des verdickten Randteils 15 erweitert, um Raum und Anlage für den Kopf 25 des Befestigungsbolzens 23 zu schaffen.

In den einander zugekehrten Endkanten 20 der Segmente sind weiter Nuten 26 vorgesehen, die sich in einer gemeinsamen, zur Ebene der Segmente parallelen Ebene erstrecken. In diese Nuten können dünne Streifen 27 eingesetzt werden, deren Breite der doppelten Tiefe jeder Nut 26 gleich oder kleiner als diese ist und gleichzeitig größer ist als die Tiefe einer Nut zusätzlich des größten gegenseitigen Abstands zwischen den Segmenten im kalten Zustand der letzteren. Dadurch können die Streifen 27 die Wärmeausdehnung der Segmente 13 nicht behindern, wobei sie gleichzeitig stets die Fugen 17 dichten und dadurch verhindern, daß die an der Vorderseite der Segmente entlangströmenden heißen Gase in den Hohlraum 14 eintreten und hier unerwünschte Gasbewegungen und Gasaustausch verursachen.

Die Befestigung der Segmente 13 geht am besten aus F i g. 1 hervor, in welcher der feststehende Aufbau 10 und die Segmente 13 an ihrem äußeren Ende in einem axialen Schnitt dargestellt sind, der der Linie IV-IV in F i g. 2 entspricht, während sie am inneren Ende in einem axialen Schnitt dargestellt sind, der der Linie III-III in F i g. 2 entspricht. Die Bolzen 23 zur Befestigung der Segemente 13 an deren innerem Rand sind den beiden Nachbarsegmenten gemeinsam. Die Bolzen können im voraus im feststehenden Aufbau 10 unter Einleglang von dazwischenliegenden Tellerfedern 28 montiert werden. Dadurch wird es möglich, die Segmente radial hinter dem Bolzenkopf 25 in ihre richtige Lage zu pressen, indem die Ausnehmungen 21 auf den Bolzenschaft gestülpt

ίο werden, während der Bolzenkopf 25 in der erweiterten Ausnehmung 24 Platz findet. Die Segmente werden hinter dem Bolzenkopf 25 hinuntergepreßt, bis der Flansch 16 am oberen Ende des feststehenden Aufbaus 10 zum Anliegen kommt. Das Segment 13 kann jetzt auch an seinem äußeren Rand an den festen Aufbau 10 mittels eines Bolzens 29 befestigt werden, der sich durch das Loch 18 im Flansch 16 erstreckt und in den feststehenden Aufbau 10 eingeschraubt ist. Somit ist jedes Segment 13 an drei Stellen festgespannt, und zwar teils vom Bolzen 29, der das Segment 13 in solcher Weise festhält, daß dieses an der Einspannungsstelle sich weder in axialer noch in radialer Richtung im Verhältnis zum feststehenden Aufbau 10 bewegen kann, und teils von zwei Bolzen 23, die das Segment gegen Bewegung in axialer Richtung im Verhältnis zum feststehenden Aufbau 10 festhalten, jedoch eine Bewegung in radialer Richtung gestatten. Wenn die Segmente 13 im Betrieb erwärmt werden, dehnen sie sich radial einwärts und in Umfangsrichtung aus; diese Ausdehnung wird durch die Fugen 17 und die Einspannungsart an den Innenkanten der Segmente ermöglicht.

Durch den neuen Aufbau des erfindungsgcmäßin Wärmeschirms ist es möglich. Radialgasturbinen v.v.x

verhältnismäßig großem Durchmesser zu bauen, bei denen das Verdichterschaufelrad und das Turbinenschaufelrad sehr dicht aneinander mit einander zugekehrten Rückseiten angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 bau angebrachten Schirm, der in einer Radialebene Patentansprüche: angeordnet ist, wobei die beiden Schaufelräder auf je einer Seite des Schirms angeordnet sind.

1. Einrichtung zur Verringerung des Wärme- In Gasturbinenanlagen, bei denen das Radialverdurchgangs zwischen dem Radialturbinen- und 5 dichter- und das Radialturbinenschaufelrad dicht nedem Radialverdichterschaufelrad einer Gasturbi- beiieinander mit einander zugekehrten Rückseiten nenanlage, mit einem ringförmigen, an einem angebracht sind, werden die durch den Verdichter verhältnismäßig kalten, feststehenden Tragaufbau hindurchströmende kalte Luft und die durch die angebrachten Schirm, der in einer Radialebene Turbine hindurchströmenden heißen Gase voneinanangeordnet ist, wobei die beiden Schaufelräder io der getrennt gehalten mittels eines feststehenden auf je einer Seite des Schirms angeordnet sind, Aufbaues, der in einen Umfangsspalt zwischen den dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufeirädern einragt und beispielsweise durch eine Schirm aus Segmenten (13) besteht, deren größte Labyrinthdichtung gegen das eine von den beiden Abmessung wesentlich kleiner ist als der Durch- umlaufenden Schaufelrädern abgedichtet ist. Um den messer des gesamten Schirms, wobei die Seg- 15 Verdichter zu schützen, und um zu große Wärmevermente dichtend, jedoch unabhängig ausdehnbar luste der Turbine zu vermeiden, kann das Isolierveraneinanderstoßen, und daß jedes Segment (13) an mögen dieses feststehenden Aufbaues mittels eines einer einzigen Stelle (18) unabhängig von den üb- ringförmigen feststehenden Wärmeschirms erhöht rigen Segmenten am Tragaufbau (10) lösbar fest- werden, der auf der, der Turbine zugekehrten Seite gespannt und an zwei weiteren Stellen (21) gegen ao angeordnet ist, indem die heißen Gase in derselben eine wesentliche Bewegung in Achsrichtung des sich längs des Wärmeschirmes bewegen, der im AbSchirms gehaltert ist. stand vom übrigen Teil des feststehenden Aufbui .s

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- steht, so daß zwischen demselben und dem Wärniekennzcichnet, daß die zum Festhalten der Seg- schirm eine als Wärmeisolierung wirkende Schicht mente (13) gegen Bewegung in Achsrichtung des 25 von verhältnismäßig stillstehendem Gas erhalten Schirms benutzten Befestigungsmittel aus Kopf- wird. Die Temperaturgradienten im Wärmeschirm bolzen (23) bestehen, die sich senkrecht zur sind sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Ebene der Segmente erstrecken, in ihrer Achs- Richtung sehr groß, weil der Wärmeschirm auf der richtung federbelastet sind und hinter deren Außenseite, d. h. der der Turbine zugekehrten Seite. Köpfe (25) die Segmente (13) eingeschoben wer- 30 an seinem äußeren Umfang wärmer ist als an seinem den können, indem an der Innenkante (19) der inneren Umfang, wobei die Temperatur auf der InSegmente Ausnehmungen (21, 24) für die Bolzen nenseite des Wärmeschirms gleichzeitig natürlich we-(23) vorgesehen sind. sentlich niedriger als auf der Außenseite ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Solche vorbekannte ringförmige Wärmeschirme kennzeichnet, daß die feste Einspannstelle (18) 35 haben den Nachteil, daß sie infolge der radialen an der Außenkante des Segments (13) liegt, wäh- Tcmperaiurgradicnten sehr hohen Spannungen ausrend die beiden weiteren Befestigungsstelltn (21) gesetzt werden. Weiter werden die axialen Tcmperaan der Innenkante (19) liegen. turgradienten bewirken, daß der Schirm gekrümmt

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden wird und etwa die Form einer Tellerfeder oder einer Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes 40 Kugelkalotte annimmt. Der Krümmungshalbmesser Segment (13) an der Außenkante einen axial gc- ist von dem Unterschied der Temperaturen auf der richteten Flansch (16) aufweist, der mit einem Außenseite und der Innenseite des Wärmcschirmv einzigen radial angeordneten Befestigungsmittel abhängig. Bei üblich auftretenden Temperaturuntcr-(29) dichtend mit dem Tragaufbau (10) ver- schieden und Stärken des Wärmeschirms wird der spannt ist. 45 Krümmungshalbmesser verhältnismäßig klein sein.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden und der axiale Ausschlag des Wärmeschirms im BeAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den trieb kann daher sehr erheblich werden. Dies erhöht einander zugekehrten Kanten (20) der Segmente natürlich den Raumbedarf zwischen dem Radial ve r-(13) Nuten (26) angeordnet sind, die sich in einer dichterschaufelrad und dem Radialturbinenschaufel- »emcinsamen, zur Ebene der Segmente (13) par- 50 rad, und die bisher üblichen Wärmeschirme sind bei allelen Ebene erstrecken und in welche dünne Radialgaslurhinen mit großem Durchmesser überstreifen (27) eingesetzt sind, deren Breite gleich haupt nicht zu verwenden.

oder kleiner als die doppelte Tiefe einer jeden Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde.

Nut (26), jedoch größer als die Tiefe einer Nut einen ringförmigen Wärmeschirm der eingangs ge-(26) zusätzlich der größten Breite der Fuge (17) 55 nannten Art zu schaffen, der einen wesentlich gerinzwischen den Segementen im kalten Zustand der- geren Platzbedarf in Axialrichtung hat und gcringeselben ist. ren Verformungen bzw. Spannungen als die bekann

ten Ausführungen ausgesetzt ist. und der auch bei Radialgasturbinen mit großem Durchmesser benutzt

60 werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schirm aus Segmenten besteht, deren größte Abmessung wesentlich kleiner ist als

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ver- der Durchmesser des gesamten Schirms, wobei die ringerung des Wärmedurchgangs zwischen dem Ra- 65 Segmente dichtend, jedoch unabhängig ausdehnbar dialturbinen- und dem Radialverdichterschaufelrad aneinanderstoßen, und daß jedes Segment an einer einer Gasturbinenanlage, mit einem ringförmigen, an einzigen Stelle unabhängig von den übrigen Segnieneinem verhältnismäßig kalten, feststehenden Tragauf- ten am Tragaufbau lösbar festgespannt und an zwei