DE1963364C3

DE1963364C3 - Cooling arrangement for gas turbines with axial flow

Info

Publication number: DE1963364C3
Application number: DE19691963364
Authority: DE
Inventors: James H. Springfield; Scalzo Augustine J. Philadelphia; Pa. Borden (V.StA.)
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-01-17
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1976-08-26

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung für axial durchströmte Gasturbinen mit Laufradscheiben und in Axialnuten der Laufradscheiben festgelegten Laufschaufeln, die am Übergang des Schaufelfußes in das Schaufelblatt mit Plattformen versehen sind, wobei die Laufschaufeln an ihren Plattformen mit radial nach innen weisenden Umfangsnuten und die Laufradscheiben mit in Umfangsrichtung verlaufenden axialen Ansätzen versehen sind, die der Aufnahme von ebenen, kreisringförmigen Dichlplatten dienen, welche zusammen mit den Stirnseiten der Laufradscheiben Kühlgaszuführungskammern einschließen, die der Kühlgaszufuhr zu den Schaufelfüßen dienen.The invention relates to a cooling arrangement for gas turbines with axial flow through and with impeller disks Axial grooves of the impeller disks fixed rotor blades, which at the transition of the blade root in the The airfoil is provided with platforms, the rotor blades on their platforms with radially following inwardly pointing circumferential grooves and the impeller disks with axially extending in the circumferential direction Approaches are provided that serve to accommodate flat, circular ring-shaped Dichlplatten, which together with the end faces of the impeller disks, enclose cooling gas supply chambers that are used for the cooling gas supply serve to the blade roots.

Eine derartige Anordnung ist aus der GB-PS 8 06 033 bekannt.Such an arrangement is known from GB-PS 8 06 033.

Die dort gezeigten Dichtplatten erstrecken sich fast über die gesamte radiale Höhe der Laufradscheiben und der Laufschaufelfüße und sind an vier verschiedenen Stellen gegenüber den Laufradscheiben und den Laufschaufeln abgestützt. Die Abdichtung nach außen erfolet im wesentlichen über einen gesonderten, axial angesetzten Dichtungsring mit Dichtungsspitzen. Bei einet derartigen Abstützung von Dichtpbtten und Laufradscheiben an vier verschiedenen Stellen, wobei diese Abstützung auch noch eine radiale Beweglichkeit der Bauteile gegeneinandei ermöglichen soll, ergeben sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten bei der Einhaltung der Fertigungstoleranzen und beim Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen.The sealing plates shown there extend almost over the entire radial height of the impeller disks and the blade roots and are in four different places opposite the impeller disks and the Blades supported. The sealing to the outside takes place essentially via a separate, axial attached sealing ring with sealing tips. With such a support of sealing pads and Impeller disks at four different points, with this support also providing radial mobility the components should allow against each other, result However, there are considerable difficulties in maintaining the manufacturing tolerances and in compensation different thermal expansions.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe vor, eine einfache Kühlanordnung zu schaffen, die im Betrieb selbstdichtend und gegen thermische Verformung der Laufradscheibe unempfindlich ist.The object of the invention is therefore to create a simple cooling arrangement that can operate during operation is self-sealing and insensitive to thermal deformation of the impeller disc.

Ausgehend von einer Kühlanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindunsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:Starting from a cooling arrangement of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention solved by the combination of the following features:

a) Der axiale Ansatz jeder Laufradscheibe bildet eine in Umfangsrichtung nicht unterbrochene, radial nach außen geöffnete Außenut, die radial nach innen an die Sohlen der Axialnuten angrenzt:a) The axial extension of each impeller disc forms a radial, uninterrupted in the circumferential direction Outwardly open outer groove that adjoins the soles of the axial grooves radially inwards:

b) die zur Laufradscheibe hin liegende Stirnwand der Außennut weist axial in die Auöennut ragende, in Umfangsrichtung unterbrochene Vorsprünge mit schräg radial nach innen weisenden Paßflächen auf;b) the end wall of the outer groove facing the impeller disc has axially protruding into the outer groove, in Circumferentially interrupted projections with obliquely radially inwardly pointing fitting surfaces;

c) die in jede Außennut einsetzbare kreisringförniige Dichtplatte ist in einzelne Plattensegmente unterteilt und weist an ihrem Innenumfang sowohl axial von der einen Stirnseite vorstellende, in Umfangsrichtung unterbrochene Vorsprünge mit schräg radial nach außen weisenden Paßflächen auf, die an den Paßflächen der Vorsprünge der Außennut anliegen, als auch einen axial von der anderen Stirnfläche vorstehenden in Umfangsrichtung nicht unterbrochenen Dichtungsring;c) the circular ring-shaped that can be inserted into each external groove Sealing plate is divided into individual plate segments and has both axially on its inner circumference from the one end face, interrupted in the circumferential direction projections with oblique radially outwardly facing mating surfaces on the mating surfaces of the projections of the outer groove rest, as well as an axially protruding from the other end face in the circumferential direction interrupted sealing ring;

d) in den Außennutgrund sind radiale Bohrungen vorgesehen, die die Kühlgaszuführungskammer der Turbinenstufe mit der Kühlgaszuleitung verbinden.d) Radial bores are provided in the base of the outer groove, which the cooling gas supply chamber of the Connect the turbine stage to the cooling gas supply line.

Durch eine derartige Halterung und Abstützung der Dichtplatten ergibt sich eine Dichtungsanordnung für die Kühlgaszuführungskammern, die durch Wirkung der im Betrieb aufeinandergleitenden Paßflächen und eine dadurch bedingte Abdichtung der Dichtplatten über den Dichtungsring auf der anderen Stirnseite selbstdichtend ausgebildet ist. Auch unterschiedliche Wärmedehnungen beeinträchtigen die Anordnung nicht, da stets noch radiale Dehnungsmöglichkeilen gegeben sind.Such a holder and support of the sealing plates results in a sealing arrangement for the cooling gas supply chambers, which by the action of the mating surfaces sliding on each other during operation and a the resulting sealing of the sealing plates via the sealing ring on the other face is self-sealing is trained. Even different thermal expansions do not affect the arrangement, since they still do radial expansion possibilities are given.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigtA schematic drawing shows the structure and mode of operation of an exemplary embodiment the invention explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die ersten beiden Turbinenstufen einer Gasturbine,1 shows a longitudinal section through the first two turbine stages of a gas turbine,

Fig.2 und 3 einen vergrößerten Teilausschnitt nach Fig. 1 im Bereich eines Schaufelfußes mit einer Dichtplatte in unterschiedlicher Einbaulage und2 and 3 show an enlarged partial section according to Fig. 1 in the area of a blade root with a sealing plate in different installation positions and

Fig.4 eine Aufsicht auf die Außennut der Laufradscheibe mit und ohne eingeschobener Deckplatte bei unterschiedlichem Montagefortschritt.4 shows a plan view of the outer groove of the impeller disk with and without inserted cover plate with different assembly progress.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht der Läufer 10 der Gasturbine aus mehreren Laufradscheiben 12 und 14, die über axiale Zuganker 15 gegeneinander verspannt sind. Die Laufschaufeln 16 bzw. 18 sind dabei in Axialnuten der Laufradscheiben festgelegt.As can be seen from FIG. 1, the rotor 10 consists the gas turbine consists of several impeller disks 12 and 14, which are connected to each other via axial tie rods 15 are tense. The blades 16 and 18 are fixed in axial grooves in the impeller disks.

Zur Kühlung der hochbeanspruchten Laufschaufeln sind dabei in herkömmlicher Weise Kühlkanäle 31 in den L.aufschaufelfüßcn 26 bzw. 28 freigelassen, durch die ein Kühlgas strömen kann. Zur Führung dieses Kühlgases und zur Abdichtung gegenüber dem heißen Arbeitsmittel wird das Kühlgas über axiale und radiale Kühlgaszuleitungen 33 in KühlgaszuführungskammernIn order to cool the highly stressed rotor blades, cooling channels 31 in FIG the L.aufschaufelfußcn 26 and 28 left free, through the a cooling gas can flow. To guide this cooling gas and to seal against the hot The cooling gas is the working medium via axial and radial cooling gas supply lines 33 in cooling gas supply chambers

52 vor den Schaufelfüßen 26 bzw. 28 geführt, von wo ei dann durch die Kühlkanäle 31 zur Kühlung der Laufschaufeln hindurchströmen kann.52 guided in front of the blade roots 26 and 28, from where egg can then flow through the cooling channels 31 for cooling the blades.

Die Kühlgaszuführungskammern 52 sind dabei gegen das heiße, durch die Schaufelreihen strömende Arbeiismittel durch kreisringförmige Dichtplatten 50 abgedichtet, deren Ausbildung und Halterung im einzelnen in den vergrößerten Querschnitten nach F i g. 2 und 3 erläutert ist.The cooling gas supply chambers 52 are against the hot working fluid flowing through the rows of blades is sealed off by annular sealing plates 50, their training and mounting in detail in the enlarged cross-sections according to FIG. 2 and 3 explained is.

Dabei weisen die Laufradscheiben Ί2 einer· axialer Ansatz 62 auf, der eine in Umfangsrichtung nicht unterbrochene, radial nach außen geöffnete Außennut 42 bildet, die radial nach innen an die Sohlen der Axialnuten zur Aufnahme der Laufschaufeln angrenzt. Die zur Laufradscheibe 12 hin liegende Stirnwand der Außennut 42 weist nunmehr axial in die Außennut ragende, in Umfangsrichtung unterbrochene Vorsprünge 44 mit schräg radial nach innen weisenden Paßflächen 46 auf, deren Bedeutung noch später erläutert wird.The impeller disks Ί2 have an axial shoulder 62 which forms an outer groove 42 which is uninterrupted in the circumferential direction, is open radially outward and which adjoins the soles of the axial grooves for receiving the rotor blades radially inward. The end wall of the outer groove 42 facing the impeller disk 12 now has projections 44 which protrude axially into the outer groove, are interrupted in the circumferential direction and have mating surfaces 46 which point obliquely radially inward, the meaning of which will be explained later.

/n diese Außennuten 42 sind nunmehr kreisringförmige, in einzelne Plattensegmente unterteilte Dichtplatten 50 einsetzbar. Diese Plattensegmente weisen an ihrem .Innenumfang axial von der einen Stirnfläche vorstehende und in Umfangsrichtung unterbrochene Vorsprünge/ n these outer grooves 42 are now circular, Sealing plates 50 divided into individual plate segments can be used. These plate segments point to their .Inside circumference protruding axially from one end face and interrupted in the circumferential direction

53 auf, die mit schräg radial nach außen weisenden Paßflächen 56 versehen sind. Auf der anderen Stirnfläche weisen die Plattenscgmente ebenfalls axial vorstehende, jedoch in Umfangsrichtung nicht unterbrochene Dichtungsringe 54 auf.53, which are provided with fitting surfaces 56 which point obliquely radially outward. On the other The end face of the plate segments also protrudes axially, but is not interrupted in the circumferential direction Sealing rings 54 on.

Zur Halterung der radial außenliegenden Enden der Dichtplatten 50 sind die Laufschaufeln 16 am Übergang vom Schaufelfuß 26 in das Schaufelblatt 16 mit Plattformen 47 versehen, die radial nach innen weisende Umfangsnuten 48 aufweisen, in die die oberen Enden der Dichtplatten 50 eingreifen.To hold the radially outer ends of the sealing plates 50, the blades 16 are at the transition from the blade root 26 into the blade 16 provided with platforms 47, the radially inwardly facing Have circumferential grooves 48 in which the upper ends of the sealing plates 50 engage.

Die Montage der Dichtplatten 50 ist im einzelnen auch in Fi g. ^ erläutert. Dabei zeigt Fig. 4A zunächst eine Aufsicht auf die noch leere Außennut 42, die von dem axialen Ansatz 62 jeder Laufradscheibe 12 gebildet wird. Aus dieser Ansicht sind auch besonders deutlich die radialen Bohrungen 40 zur Verbindung der Kühlgaszuleitungen 33 mit den durch die Dichtplatten 50 zu bildenden Kühlgaszuführungskammern 52 zu erkennen. Die Segmente der Dichtplatten 50 werden nunmehr in die Laufradscheiben 12 eingefügt, bevor die Laufschaufeln an den Laufradscheiben befestigt sind, und zwar auf folgende Weise: alle Plattensegmente einer Dichtplatte 50 werden in radialer Richtung in die Außennuten 42 geschoben, indem die Aussparungen 55 der Vorsprünge 53 in Flucht gebracht werden mit den Vorsprüngen 44 in der Außennut 42, wie das aus Fig.4B zu ersehen ist. Anschließend werden die Segmente der Dichtplatten 50 — wie insbesondere aus F i g. 2 zu ersehen ist - durch Halteklammern 61 gegen Herausfallen gesichert. Diese Halteklammern 61 umfassen dabei die in Umfangsrichtung verlaufenden axialen Ansätze 62 und werden in ihrer Lage durch die Gewindelöcher 59 eingesetzte Schrauben 63 gehalten.The assembly of the sealing plates 50 is also shown in detail in Fi g. ^ explained. 4A initially shows a plan view of the still empty outer groove 42 formed by the axial shoulder 62 of each impeller disk 12 will. The radial bores 40 for connecting the are also particularly clear from this view Cooling gas supply lines 33 with the cooling gas supply chambers 52 to be formed by the sealing plates 50 recognize. The segments of the sealing plates 50 are now inserted into the impeller disks 12 before the Blades are attached to the impeller disks in the following way: all plate segments a sealing plate 50 are pushed in the radial direction into the outer grooves 42 by the recesses 55 the projections 53 are brought into alignment with the projections 44 in the outer groove 42, as shown in FIG 4B can be seen. Then the segments of the sealing plates 50 - such as in particular from F i g. 2 can be seen - secured against falling out by retaining clips 61. These retaining clips 61 comprise while the circumferential axial lugs 62 and are in their position by the Threaded holes 59 inserted screws 63 held.

Nachdem alle Plattensegmente einer Dichtplatte 50 auf diese Weise eingefügt und gehalten sind, werden sie in Umfangsrichtung innerhalb der Außennut 42 so weit verschoben, bis die Aussparungen 55 zwischen den Vorsprüngen 53 mit den Aussparungen 45 der Vorsprünge 44 der Außennut 42 in Deckung kommen, so daß die Bohrungen 40 im Außennutgrund wieder frei werden, wie das aus F i g.4C zu ersehen ist.After all the plate segments of a sealing plate 50 are inserted and held in this way, they are Moved so far in the circumferential direction within the outer groove 42 until the recesses 55 between the Projections 53 come into alignment with the recesses 45 of the projections 44 of the outer groove 42, so that the bores 40 in the base of the outer groove become free again, as can be seen from FIG. 4C.

Nachdem alle Segmente der Deckplatten entsprechend ausgerichtet sind, werden nunmehr die Laufschaufeln 16 in die entsprechenden Axialnuten der Laufradscheiben 12 eingeschoben, und zwar so weit, bis die radial nach innen weisenden Umfangsnuten 48 in den Plattformen 47 in Flucht zu den Deckplattensegmenten kommen. Nachdem die Laufschaufeln eingeschoben sind, werden die Halteklammern 61 entfernt und die Plattensegmente der Deckplatten radial nach außen angehoben und mit ihrer Außenkante in die radial nach innen weisenden Umfangsnuten 48 geschoben. In dieser Lage werden die Plattensegmente durch in die Gewindebohrungen 59 eingeschraubte Haltebol/en S8 gehalten. In dieser Lage stehen dann die Paßflächen 46 und 56 miteinander in Eingriff.After all segments of the cover plates have been aligned accordingly, the rotor blades are now 16 pushed into the corresponding axial grooves of the impeller disks 12, namely until the radially inwardly pointing circumferential grooves 48 in the platforms 47 in alignment with the cover plate segments come. After the rotor blades have been pushed in, the retaining clips 61 are removed and the plate segments of the cover plates are raised radially outward and with their outer edge in the radial direction inwardly facing circumferential grooves 48 pushed. In this position, the plate segments are through into the Threaded holes 59 screwed-in retaining bolts S8 held. In this position, the mating surfaces 46 and 56 are then in engagement with one another.

Während des Betriebes wird nun ein unter Druck stehendes Kühlgas durch die Kühlgaszuleitung 33 /ur ersten Laufradscheibe 12 geleitet. Der Kühlluftstrom teilt sich dabei in zwei Teilströme auf, wobei der eine durch die Axialkanäle 30 der Laufradscheibe 12 zur nächsten Laufradscheibe 14 strömt. Der andere Teilstrom wird radial auswärts gemäß den in F i g. 1 dargestellten Pfeilen zu den radialen Bohrungen 40 geleitet und gelangt von hier in die Kühlgaszuführungskammern 52. Von hier strömt das Kühlgas durch die axialen Kühlkanäle 31 in den Schaufelfüßen zur anderen Stirnseite und tritt durch dort angeordnete Lochplatten 65 in den nachgeschalteten Stufenraum über.During operation, a pressurized cooling gas is now through the cooling gas supply line 33 / ur first impeller disk 12 passed. The cooling air flow is divided into two partial flows, one of which flows through the axial channels 30 of the impeller disk 12 to the next impeller disk 14. The other Partial flow is radially outwards according to the in F i g. 1 to the radial bores 40 guided and from here into the cooling gas supply chambers 52. From here, the cooling gas flows through the axial cooling channels 31 in the blade roots to the other end face and passes through perforated plates arranged there 65 into the downstream step room.

Bei umlaufendem Läufer werden dabei die Segmente der Dichtplatten 50 aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen gedruckt. Dabei gleiten die Paßflächen 56 der Vorsprünge 55 auf den Paßflächen 46 der Nutvorsprünge 44, so daß der Dichtungsring 54 auf der anderen Stirnseite dicht gegen die radiale Außenflanke der Außennut 42 anliegt. Dadurch werden die Kühlgaszuführungskammern 52 sicher gegen den Außenraum abgedichtet.With the rotor rotating, the segments of the sealing plates 50 become radial due to the centrifugal force printed outwards. The mating surfaces 56 of the projections 55 slide on the mating surfaces 46 of the Groove projections 44, so that the sealing ring 54 on the other end face tightly against the radial outer flank the outer groove 42 rests. As a result, the cooling gas supply chambers 52 are secure against the Sealed outside space.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

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Claim:

Cooling arrangement for gas turbines with axial flow through them with impeller disks and in axial grooves of the Loufradisk fixed rotor blades, which at the transition of the blade root in the blade mil Platforms are provided, with the blades on their platforms with radially inward pointing circumferential grooves and the impeller disks <° are provided with running in the circumferential direction axial lugs that the inclusion of planar Circular sealing plates are used, which together with the end faces of the impeller disks Include cooling gas supply chambers, which serve to supply cooling gas to the blade roots, identifies g e by combining the following features:

a) The axial shoulder (62) of each impeller disc (12) does not form a » interrupted, radially outwardly open outer groove (42), which radially inward to the Adjacent soles of the axial grooves;

b) the end wall of the outer groove (42) facing the impeller disk (12) points axially into the Projections (44) protruding outside the groove and interrupted in the circumferential direction and having an oblique radial direction inwardly facing mating surfaces (46);

c) the annular sealing plate (50) which can be inserted into each outer groove (42) is divided into individual plate segments divided and has on its inner circumference both axially from the one End face protruding in the circumferential direction interrupted projections (53) with oblique radially outwardly facing mating surfaces (56) on the mating surfaces (46) of the projections (44) rest on the outer groove (42), as well as an axially protruding from the other end face, in the circumferential direction uninterrupted sealing ring (54);

d) Radial bores (40) are provided in the base of the outer groove, which the cooling gas supply chamber (52) of the turbine stage with the cooling gas supply line (33).