DE1960693C - Einrichtung zur Verringerung des Wärmedurchgangs zwischen dem Radialturbinen- und dem Radialverdichterschaufelrad einer Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

F.beiie der Segmente erstrecken, in ihrer Achs- Richtung sehr groß, weil der Wärmeschirm aiii Λ

richtung lederbelastet sind und hinter deren Außenseile, d. h. öcr der Turbine zugekehrten Sa:.

Kopie (25) die Segmente (13) eingeschoben wer- 30 an seinem äußeren Umfang wärmer ist als an sein·.:

können, indem an der 1 .neukante (19) der inneren Umfang, wobei die Temperatur auf der

Segmente .Aiisiiehmungci. (21. 14) für die Bolzen nenseite des Warmeschirms gleichzeitig natürlich (23i vorgesehen sind. sentlich niedriger als auf der Außenseite ist.

3. Hinrichtung nach Anspruch I. dadurch ge- Solche vorhekannte ringförmige W ärmesciiu r. . kennzeichnet, daß die feste Hinspannstdle (18) 35 haben den Nachteil, daß sie infolge der radiale: an der Außenkante des Segments (13) liegt, wan- I emperuturgradienten sehr hohen Spannungen aurend die beiden weiteren Befesiigiingsstelii.n. (21Ί gese'./t werden. Weiter werden die axialen Tempera .::; der Innenkante 119) liegen. iiirgradienten bewirken. dart der Schirm gckriinm.-:

4. Hinrichtung nach einem der vorhergehenden wird und etwa tue Form einer 'tellerfeder ocer eine: Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede·-· 4" Kugelkaloite annimmt. Der Krümmimgshalbmessc! Segment (13) an der Außenkante einen axial ge- ist von dem Unterschied der Temperaturen auf der richteten Flansch (16) aufweist, der mit einem Außenseite und der Innenseite des Wärmeschirm^ ein/inen radial angeordneten Befestigungsmittel abhängig. Bei üblich auftretenden 1 empcraturunlei (29) dichtend mit dem Tnigaufbau (10) ver- schieden und Stärken des Wärnieschirms wird der spannt ist. 45 Kriiinmungshalbmessei verhältnismäßig kieni sein.

5. Hinrichtung nach einem dei vorhergehenden und der axiale Ausschlag des Warmeschirms im BeAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den trieb kann daher sehr erheblich werden. Dies erhöh! einander zugekehrten Kanten (2O) der Segmente natürlich den Raumbedarf /wischen dem Radialvc-(13) Ni :en (26) angeordnet sind, die sich in einer 'iichterschaufclrad und dem Radialturbinenscha.'.feliiemeins.imeiL /ur Hhene der Segmente (13) par- 50 rad. und die bisher üblichen W'äimesehirnie sii bei allelen Hbene erstrecken und in welche dünne Radialgasiurbinen mit großem Durchmesser überstreifen (27) eingesetzt sind, deren Breite gleich haupt nicht zu verwenden.

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

Nut (26). jedoch größer als die liefe einer NuI einen ringförmigen Wärmeschirm der eingangs ge-(26) zusätzlich der größten Breite der Fuge (17) 55 nannten Art zu schaffen, der einen wesentlich gerin-/wischen den SegemeiHen im kalten Zustand der- geren Platzbedarf in Axialrichtung hat und geringevclbcn isl. ren Verformungen bzw. Spannungen als die bekann

ten Ausführungen ausgesetzt ist, und der auch bei Radialgasturbincn mit großem Durchmesser benutzt

60 werden kann.

Gemäß der Hrfindung wird diese Aulgabe dadurch gelöst, daß der Schirm aus Segmenten besteht, tieren größte Abmessung wesentlich kleiner ist als

Die Hrfindung betrifft eine Hinrichtung zur Ver- der Durchmesser des gesamten Schirms, wobei die migcrung des Wärmedurchgangs zwischen dem Ra- 65 Segmente dichtend, jedoch unabhängig ausdehnbar dialturbinen- und dem Radialverdichterschaufelracl aneinanderstoßen, und daß jede«; Segment an einer einer Gasturbinenanlage, mit einem ringförmigen, an ein/igen Stelle unabhängig von den übrigen Segmeneiiiem verhältnismäßig kalten, feststehenden Tragauf fen am Tragaufbau lösbar festgespannt und an zwei

. itercn Stellen gegen eine wesentliche B..· * hsrichuinu des Schirms gehalten i,<
Infold diocr Ausgestaltung kann - / ;. _t j,\ V\.irmeschirms unabhängig von ·.!.' c-tmen'^i belegen und wird mehl -·< ι-,··¹ !^,nocn ausgesetzt wie em /us.;-:-—·■ S. ν.,ίΓοΓ xviid JcJCSSMiI^nS,-.-.. ν '-r : _vl kleiner im Verhältnis /im: K.· u

lungsgemäß au-

-■i-eschirm erotinet weite!
•v. /u montieren, ohne --'..:

.-,enschaufelrad vonenand
- L.'SA.-Patentschrift 2 ^l:
.haufelanordnur.g hei c;:u
;iei wel. ner der innere kr

Js.\\ nach innen verlangen

. ι Dichtungstell trägt, de
■n der Tiirbinenwelle Kl-.=!. Damit der Dichtungs:

unbinensdKHUeirad einzuschieben ni, erblich.

.-in- besonders eedran^te Anordi, ^r

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-^;:/^:;;:HeW:^d;.d.Ke,sPie,swe,se ein Bol-

,nn in radialer Richtung einsetzt und m.tuU her Werk/eu'-e gespannt werdr'.·. _

_h, _cine bevorzugte Au-uihrung eines ,,,m-ϋ,'ΐν-ißen W:irmeschirms zeigt.

■\tell! einen Au-s.nnu; ^.«^ ^¹-¹-"-'-

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l· ι e. 1 stellt einen A

Schnitts durch eine Radialgasr -binenanlage d.ar d id n'üemaßen Wa

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-.u'htend und nicht vom Scha::;' aiming nach außen ne/ouen ■■■ rann, ist der Diehumüstcii ; :, .: .-.ngeruug des inneren kra: .-.--·. r kranz in Segmente au:.;.:; .!■eser kranz in einzelne Se;.:-· ::^wisse Wärmedehnuniisprr:·:. : kann er jedoch weder -i;-.:V.titTi noch hinsichtlich der , ·: '■■\\\ dem erfindunüsgema'L ..■■ .-en werden.

der deutschen Auslegeschnn reits Feitgiltersegmente iiir .' iii. welche mittels in radialen .■nte und des Gehäuses a\:..i -jelaüe: '.er Bol-'eii •^li.iuse wärniebeweulich aut^elianct -;:id. wobei i-.-n benachbarten LeitgiHersef'mente:i m t mrichtung eingreiiende Dic'illesien angeordnet -,:iid jedes Leitgittersegment in einer zur Läufer- 4υ

senkrechten Ebene zwei eine axiale Bewegung -ende Bolzen aufweist, von denen der eine in lohrunucn und der andere in Paßbohruriuen in Haa-chen des Gehäuses und ii, einem eine Bev.e'jiinc in UmfangsrichUinu zulassjiiilen 1 aimloeh im ilanch des Segments gelagert isi. Diese b.kannte Αϊ;, rdnuiig von I vitgittersegmenten dient abei nicht /ur Lösung des der Erfindung /umrunde liegenden Probkms. da es sich nicht um einen in einer Radialebene angeordneten Wärmeschirm, sondern um zu ; einem Ring zusammengesetzte Feitgiitersegmenie handelt, wobei der Ring in radialer Richtung abgcd'chtet sein soll.

Der erfindungsgemäße Wärmeschirm ermöglicht auch eine einfache Art der Befestigung der einzelnen Segmente an dem dahinlerhegenden feststehenden Tragaufbau, in einer Weise, die nur geringe Spannungen in den Segmenten und den Befestigungsgliedern eruibt. So ist jedes Segment nur an einer einzigen Stelle lösbar eingespannt und an zwei weiteren Stellen gegen eine Bewegung in Achsrichtung des Schirms gehalten. Die beiden Stellen, an denen das Segment nur in \chsrichtung des Schirms gehaltert ist. liegen au der Innenkante des Segments, und die Befestigungsglieder sind derart ausgebildet, daß sie im voraus anger acht werden können, so daß es ohne Anwendung von Werkzeugen möglich is!, die einfach radial /Avischen Verdichter- und

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l· ι g. 2 zeigt die Seemenie. a.us denen der er!mduniisueniLÜ'e Warmeschirn¹. besteht, mhi hinten eesehen!

F ι i 3 ist eine Undansicht eines Secnunts von der

Linie Il LI 11 in Y i g. 2 ausgesehen.

F 1 g. 4 /eigt einer, Schnitt durch den Wärmeschirm nach der Linie 1V-1V in r 1 g. 2;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch ilen Wärmeschirm an einer Fuge nach der 1 inie VV _in F'i g. 2 bei einiesei/tem Dichtunusstreifen:

F i g. (1 zeigt einen Schnitt ähnlich F 1 g. 5. ledoeh nach der Linie 1 V-I\ :n F i g. 2

In F i g. 1 sind d>e äußeren Enden eines Ver dichterschaufelrads 1 mit Schaufein 2 und eiius Turbinenschaufelrads 3 mit Schaufeln 4 dargestellt. Vom Vcrdiehtersjliaufelrad 1 tritt die kompr-.mie.rie Luft nach außer durch Diffusorrin^c hmduich. die bei 5 und 6 angedeutet und an einer DilUisuiplatte 7 befestigt sinj. Aus der Brennkammer eelangen die heißen Verbrennungsüase durch einen Fmiriitsdüsenrmg 8

in die Turbine.

Die Schaufelräder 1 und 3 sind miteinander \c; ^:. spanm und liegen an einer Stelle aneinander an. die nicht in Fig. 1 dargestellt ist. /wischen den äußeren I eilen der Schautelräder ist aber ein l^:mfan^sspalt 9 vorhanden, in den ein feststellender ringförmige! Aulhau 10 einragt. Der Aufbau 10 ist an der Difüisorplatie 7 mittols Bolzen 11 befestigt und ;ragi ui s.:inem inneren Ende Dichtungsmittel 12. die mit dei Rückseite des umlaufenden \ crdichtcrschaufelrads I eine l.abv r nthdiehtung bilden. Der feststehende Aufbau 10 trägt weiter einen rmglörnugen Wärme-J3 schirm, der von Segmenten 13 gebildet ist und in axialem Abstand vom feststehenden Aufbau 10 steht, so daß zwischen dem letzteren und dem Wärme schirm ein im wesentlichen geschlossener Raum mit praktisch stillstehendem Gas gebildet wird, das als Wärmeisolierung dient.

Die Ausbildung der Wärmescliiimsegmeni,· gemäß der F."iindung nein aus I- i u. 2 bis (1 hervor. In der dargestellten Ausfuhrungslorm kommen acht Segmente vor. die durch Spalten eines Rings in sol ^f)5 eher Weise hergestellt wird, daß jeder Spalt 17 eine gewisse Breite erhält, die für einen Ring mit einem Durchmesser xon etwa 600 mm etwa 3 111111 betragen kann. Jedes Segment 13 ist im wesentlichen eben, hat

1

iiber einen verdickten inneren R;md 15 und einen axial gerichteten Flansch 16 am äußeren Rand. Im Flansch 16 ist mitlig /wischen den Finden des Segments ein Loch 18 gebohrt. An den Feken /wischen der gekrümmten Innenkante 19 und den den Nachbarsegmenten zugekehrten F.ndkanten 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 BefcstigungsbolziMi 23. der in Fig. I gezeigt ist. !Die Ausnehmung 21 ist. wie bei 24 (F" ig. 5) dargestellt, im Inneren des verdickten Raiulteils 15 erweitert, um Raum und Anlage für den Kopf 25 des Belestigungsbol/ens 23 zu schaffen.

In den einander zugekehrten Fndkanten 20 der Segmente sind weiter Nuten 26 vorgesehen, die sieh in einer gemeinsamen, zur Flbene der Segmente parallelen Fhcne erstrecken. In diese Nuten können an dünne Streifen 27 eingesetzt werden, deren Breite der doppelten Tiefe jeder Nut 26 gleich oiler kleiner aN diese ist und gleichzeitig größer ist als die Tiefe einer Nut zusätzlich des größten gegenseitigen Abslands /wischen den Seumeiiten im kalten Zustand der letzteren. Dadurch können die Streifen 27 die Wärmeausdehnu.ig der Segmente 13 nicht behindern, wobei sie gleichzeitiu stets die Fugen 17 dichten und dadurch verhindern. liaiA die .111 der Vorderseite der Segmente entlangströmenden heißen (i:\se in den Hohlraum 14 eintreten und hier unerwünschte Gasbcwegungen und (iasaustausch 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 F.nde in einem axialen Schnitt dargestellt sind, der der Linie IV-IV in F i g. 2 entspricht, während sie am inneren Finde in einem axialen Schnitt dargestellt sind.

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der der Linie 11FIII in Fig. 2 entspricht. Die Bolzen 23 zur Befestigung der Segemente 13 an deren innerem Rand sind den beiden Nachbarsegnienten gemeinsam. Die Bolzen können im vo^raus im feststehenden Aul bau 10 unter Finlegung von dazwischenliegenden Tellerfeder!! 28 montiert werden. Dadurch wird es möglich, die Segmente radial hinter iIlmii Bolzenkopf 25 in ihre richtige Lage zu pressen, indem die Ausnehmungen 21 auf den Bolzenschaft gestülpt werden, während der Bolzenkopf 25 in der erweiterten Ausnehmung 24 Platz, findet. Die Segmente werden hinler dem Bolzenkopf 25 hinunlergcpreßt. bis der I lausch 16 am oberen F.nde des feststehenden Aulbaus 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 I och 18 im Flansch 16 erstreckt und in den feststehenden Aufbau 10 eingesehraubt 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 Flinspannungsstelle sich weder in axialer noch in radialer Richtung im Verhältnis zum feststehenden Aufbau 10 bewegen kann, und teils von zwei Bolzen 23. d,, das Segment gegen Bewegung in axialer Richtung im Verhältnis /um feststehenden Aufbau 10 festhalten, jedoch eine Bewegung in radialer Rieh Hing gestatten. Wenn die Segmente 13 im Betrieb erwärmt werden, dehnen sie sich radial einwärts um! in Umfangsrichtung ;;us; diese Ausdehnung wird duich die Fugen 17 und die Hinspannungsart an den Innen kanten der Segmente ermöglicht.

Durch den neuen Aufbau des erfindungsgemäßer Wärmeschirms ist es möglich. Radialgasturbinen mi¹ verhältnismäßig großem Durchmesser zu bauen. K-denen das Verdichterschaufelrad und das Turbinen schaufelrad sehr dicht aneinander mit einander /uüc keimen Rückseiten angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnuntien

Claims (2)

1 2

bau angebrachten Schirm, der in einer Radiaiebene

Patentansprüche: angeordnet is!, wobei die beiden Schaufelräder auf ic

einer Seite des Schirms angeordnet sind.

! Hinrichtung /ur Verringerung de- Wärme- In Gasturbinenanlagen. Km denen das RadiaKer-

durchgangs zwischen dem Radialturbinen- rd 5 dichter- und das Radiallurbmenschauielrad dicht iie-

dem Radlalverdichtersehaufelrad einer Gasturbi- beneinander mit einander zugekehrten Rückseiten

nenanlane. mit einem ringförmigen, an einem angebracht -md. werden die durch den Verdienter

verhältnismäßig kalten, fesisiehendcn Iragaufbau hindurchströmende kalte Luft und die durch dse

angehiachien Schirm, der in einer Radialebene Turbine hindurchströmenden heißen Gase ν »neinar--

angeordnet lsi. wobei die beiden Schaufelräder io der getrennt gehalten mittels eines ,eslsleher.ee

au! je einer Seile des Schirms angeordnet sind. Aufbaues, der in einen Umfangsspait /wischen ·;.:ι

d a u u r c h g e k e η η / e ι c h π e f. daß der Schaufelrädern einragt und beispielsweise durch e:r..

Schirm aus Segmenten (13) besteht, deren größte Labv ringdichtung geg-^n das e:ne von den N. ;,:_··

Abmessung wesentlich kleiner ist als der Durch- umlaufenden Schaufelrädern abgedichtet i-'>. L m d.

messer des besannen Sehn ms. wobei die Seg- i₅ Verdichter zu >chüt/en. und um /u große W a: nie ·..

nienie dichtend, jedoch unabhängig ausdehnbar luste der Turbine zu vermeiden, kann das Isolier■-..■-

aneinanderstoßen, und daß jedes Segment (13) an mögen dieses feststehenden Autbaues mittels . -

einer einzigen Meile (.18) unabhängig mn den üb- nniiönvuge-n feststehenden Warmeschirms er-

ngen Segmer ι η am I ragaufbau (10) lösbar fest- werden, der auf der. der Turbine zugekehrten Se:

gesp.mnl und an zwei weileren Steilen (21) gegen 20 angeordnet ist. indem die heißen Gase in dersei,-.

eine wesentliche Bewegung in Achsrichtung des sich längs des Wärmeschirmes bewegen, der im \

V'iürms gehalten ist. stand \om übrigen Teil des teststehenden Aufk;-...

2 Hinrichtung nach Anspruch 1. dadurch ge- steht, so daß /wischen demselben und dem Wa::-

kenn/eichnet. daß die zum Festhalten der Seg- schirm cmc als Wärmeisolierung wirkende Sch-.·-

::ie.te (13i gegen Bewegung i; Achsrichtung des 2s von verhältnismäßig stillstehendem Gas erha'r.

Schirms !icnuizien Befestigungsmittel aus Kopf- wird. Die Ί enipeiaturgradienlen im Wärmesch.:

bol/en 123) bestehen, die sieh senkrecht /ur sind sowohl in radialer Richtung als auch in axial.