DE19651881A1

DE19651881A1 - Brennkammer mit integrierten Leitschaufeln

Info

Publication number: DE19651881A1
Application number: DE19651881A
Authority: DE
Inventors: Pierre Meylan
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-18
Also published as: EP0848210A2; TW374821B; CA2219421C; DE59709849D1; US5953919A; CN1130522C; CA2219421A1; EP0848210A3; JPH10184387A; CN1188210A; EP0848210B1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit zwischen Brennraum und Turbinenlaufrad angeordneten Leitschaufeln nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Eine Gasturbine weist zwischen Brennraum und Turbinenlaufrad eine eigenständige Einheit bildende Leitschaufelgruppe auf, welche im wesentlichen funktionell und konstruktiv von den be nachbarten Baugruppen, wie Brennkammer und Turbinenlaufrad, separiert ist und auch separate Verankerungen im Turbinen gehäuse aufweist. Dies hat den Nachteil, daß jede dieser Bau gruppen separat hergestellt und separat montiert und vor allem auch zueinander justiert werden muß, was sehr hohe Kosten verursacht. Insbesondere erfordert eine solche Bauweise eine sehr große Anzahl der Bauteile mit all den komplexen Nach teilen, von den Fertigungs- und Montagevorgängen, dem Trans portgewicht bis zum insbesondere thermischen Betriebsverhal ten.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine mit zwischen Brennraum und Turbinenlaufrad angeordneten Leitschaufeln an zugeben, welche die aufwendige separate Fertigung und Montage zusätzlich zu den Baugruppen jeder Brennkammer vermeiden.

Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Kennzei chens von Anspruch 1 umschrieben. Details der Ausführungs formen einer solchen Gasturbine sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschrei bung von beispielsweisen Ausführungsformen anhand der Zeich nung. In dieser zeigt

Fig. 1 schematisch eine Leitschaufelanordnung nach dem Stand der Technik

Fig. 2 einen im wesentlichen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Leitschufelanordnung [Schnitt AA],

Fig. 3 den Schnitt BB durch zwei benachbarte Leitschaufeln einer Leitschaufelgruppe.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt; insbesondere ist nicht der an sich be kannte und unveränderte Teil der Gasturbine dargestellt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Bei einer Gasturbine mit zwischen jeder Brennkammer 1.2 und dem Turbinenlaufrad 2 angeordneten Leitschaufeln 1.1 sind diese erfindungsgemäß in die Brennkammerwand 1.2.1 integriert und als Teile derselben ausgebildet. Sie stellen eine im wesentlichen monolithische Brennkammer-Leitschaufeleinheit 1 dar. Die Brennkammerwand 1.2.1 geht in die Wand jeder zugehö rigen Leitschaufel 1.1 über, ohne von ihr getrennt zu sein. Diese Brennkammer-Leitschaufeleinheit 1 ist in eine sogenannte kalte Tragstruktur 3.1 der Gasturbinenanlage eingesetzt und wird von dieser getragen. Aus Gründen der Montage der ganzen Gasturbinenanlage ist diese Brennkammer-Leitschaufeleinheit 1 geteilt ausgebildet, wodurch ein radial äußeres und ein radial inneres Segment 1.B bzw. 1.A entsteht, wobei in jedem Segment die Leitschaufelhälften durch korrespondierende Be grenzungswände 1.1.i voneinander getrennt sind, also jede Leitschaufel 1.1 einen nach außen abgeschlossenen radial inneren und radial äußeren Teil, je in einem entsprechenden Segment 1.A bzw. 1.B, aufweist. Jedes dieser Segmente sitzt in einer zugeordneten kalten Tragstruktur 3.1 der Gasturbinen anlage. Zwischen jeder dieser kalten Tragstrukturen 3.1 und dem ihr zugeordneten Segment 1.A bzw. 1.B sind Kühlluftkanäle 4 vorgesehen, welche teilweise im Innern der Leitschaufeln 1.1 verlaufen. Dabei sind die Einströmöffnungen 4.1 der Kühlluftkanäle 4 in der kalten Tragstruktur 3.1 im Bereich der Leitschaufeln 1.1 angeordnet, wodurch eine Gegenstrom kühlung der Brennkammerwand 1.2.1 verwirklicht wird. Um den thermischen Gegebenheiten gerecht zu werden sind in den Kühl luftkanälen 4 der Leitschaufeln 1.1 Leiteinrichtungen 4.2, z. B. Prallbleche oder Leitbleche, für die Kühlluft vorgese hen. Die die Leitschaufel 1.1 in radialer Richtung teilenden und einander benachbarten Begrenzungswände 1.1.i einer jeden so gebildeten Leitschaufelhälfte entsprechender Segmente kann wenigstens einen mit der benachbarten Begrenzungswand 1.1.i korrespondierenden Absatz 1.1.k als Dichtelement zur Verringe rung von Leckageverlusten aufweisen. Außerdem weist jede der Leitschaufeln 1.1 an ihren Mantelseiten Kühlluftöffnungen 1.1.m auf, wobei diese vorzugsweise und je nach den ther mischen Gegebenheiten, laufradseitig [Hinterkante] oder im Be reich der die Leitschaufel 1.1 in zwei radiale Segmente tei lenden Begrenzungswände 1.1.i angeordnet sind. Dabei sind diese Kühlluftöffnungen 1.1.m in den Begrenzungswänden 1.1.i von innerem Segment 1.A zu äußerem Segment 1.B zueinander versetzt angeordnet.

Die Höhe der Teilung in das radial innere und das radial äu ßere Segment 1.A bzw. 1.B kann je nach speziellen Anlagege gebenheiten, d. h. bei optimaler Fertigung [Gießtechnik] und den Kühlverhältnissen zwischen radial ganz innen oder radial ganz außen (0% und 100% der Kanalhöhe) liegen.

Die die Leitschaufeln 1.1 teilenden und einander benachbarten Begrenzungswände 1.1.i jeder Leitschaufelhälfte entsprechender Segmente kann zur Rotorachse beliebig geneigt angeordnet sein.

Mit dieser integrierten Ausbildung der Leitschaufeln stellen sie eine Fortsetzung der Brennkammer dar mit der zusätzlichen Aufgabe, die Gasströmung zu den Laufschaufeln des Turbinen rades umzulenken. Damit kann die im allgemeinen sehr komplex strukturierte, separat aufgebaute und separat zu montierende Leitschaufelreihe entfallen. Dies bewirkt auch, daß Kühlluft verluste [Leckage] durch die montagebedingten Spalte reduziert bzw. eliminiert werden.

Außerdem wird die Kühlluft wieder fast vollständig dem Verbrennungskreislauf zugeführt, wobei sie durch die Gegen stromführung schon sehr gut vorgewärmt ist. Durch die inte grierte Bauweise können die Kühlluftverluste sehr stark redu ziert werden. Außerdem wird durch die Gegenstromführung der Kühlluft sichergestellt, daß die thermisch sehr hoch belaste ten Leitschaufeln die frische und damit kältere Kühlluft erhalten, somit besser gekühlt werden. Außerdem kann die Länge der Brennkammer mit integrierter Leitschaufel um etwa die axiale Erstreckung der ersten Leitschaufelreihe gekürzt werden. Außerdem ergibt sich dadurch der Vorteil, daß die Kühlluft für die erste Laufschaufelreihe der ersten Turbine nicht mehr durch die Leitschaufelreihe, sondern direkt vom Verdichter kommend der Laufschaufelreihe zugeführt werden kann. Dies ergibt somit eine deutliche Verkürzung des Kühl luftweges und somit eine Verringerung der Strömungsverluste und der zu kühlenden Oberfläche; auch eine einfachere kon struktive Ausbildung der entsprechenden Anlageteile. Durch die Teilung in die beiden Segmente der Brennkammer-Leitschau feleinheit 1 läßt sich zudem der Vorteil verwirklichen, daß die Kühllufterwärmung zwischen den radial äußeren und den radial inneren Segmenten etwa gleichmäßig verteilt wird.

Da die Kühlluftströme erfindungsgemäß im wesentlichen in Serie geschaltet sind, ergeben sich gegenüber der Parallel schaltung der Kühlluftströme nach dem Stand der Technik auch wesentliche Vorteile betreffend dem Wirkungsgrad der Kühlung. Außerdem entfallen bei der integrierten Leitschaufelausbil dung die Leckageverluste an Kühlluft durch die Spalten in der Umgebung der separat gefertigten und eingesetzten Leitschau feln.

Bezugszeichenliste

1

Brennkammer-Leitschaufeleinheit

1.

A inneres Segment der Brennkammer-Leitschaufeleinheit

1.

B äußeres Segment der Brennkammer-Leitschaufeleinheit

1.1

Leitschaufeln

1.1.

i Begrenzungswände korrespondierender Segmente der Leitschaufeln

1.1.

k Absatz korrespondierender Segmente der Leitschaufeln

1.1.

m Kühlluftöffnungen

1.2

Brennkammer

1.2.1

Brennkammerwand

2

Turbinenlaufrad

3

Gasturbinenanlage

3.1

kalte Tragstrukturen

4

Kühlluftkanäle

4.1

Einströmöffnung

4.2

Leiteinrichtungen

Claims

1. Gasturbine mit zwischen Brennraum und Turbinenlaufrad angeordneten Leitschaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (1.1) in die je zugehörige Brenn kammer (1.2) integriert sind.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (1.1) und die zugehörige Brenn kammerwand (1.2.1) im wesentlichen einstückig ausge bildet und als eine Brennkammer-Leitschaufeleinheit (1) aufgebaut sind.

3. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammerwand (1.2.1) und die mit ihr im wesentlichen einstückig ausgebildeten Leitschaufeln (1.1) in zugehörigen Bereichen in kalten Tragstrukturen (3.1) der Gasturbinenanlage (3) sitzen.

4. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitschaufel (1.1) und jede zugehörige Brennkammerwand (1.2.1) im Zusammenwirken mit der zugehörigen kalten Tragstruktur (3.1) Kühlluftkanäle (4) bildet, welche teilweise im Innern der Leitschaufeln (1.1) verlaufen.

5. Gasturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmöffnung (4.1) der Kühlluftkanäle (4) im Bereich der Leitschaufeln (1.1) angeordnet ist und so die Brennkammerwand (1.2.1) für eine Gegenstromkühlung der Brennkammer (1.2) ausgebildet ist.

6. Gasturbine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Leitschaufeln (1.1) Leitein richtungen (4.2) für die Kühlluft in den Kühlluftkanälen (4) aufweisen.

7. Gasturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese Brennkammer-Leitschaufel einheit (1) einen radial äußeren und einen radial inne ren Bereich aufweist, daß die Brennkammer-Leitschaufel einheit (1) entsprechend diesen Bereichen in ein inneres bzw. äußeres Segment (1.A bzw. 1.B) geteilt ist, wobei pro Leitschaufel (1.1) diese Segmente durch korrespon dierende Begrenzungswände (1.1.i) voneinander getrennt sind, also jede Leitschaufel (1.1) einen radial inneren und einen radial äußeren Teil, je in einem entspre chenden Segment (1.A bzw. 1.B), aufweist.

8. Gasturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leitschaufel (1.1) tei lenden und einander benachbarten Begrenzungswände (1.1.i) jeder Leitschaufelhälfte entsprechender Segmente zur Rotorachse geneigt angeordnet sind.

9. Gasturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die die Leitschaufel (1.1) tei lenden und einander benachbarten Begrenzungswände (1.1.i) jeder Leitschaufelhälfte entsprechender Segmente wenigstens einen korrespondierenden Absatz (1.1.k) zur Verringerung von Leckageverlusten aufweisen.

10. Gasturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Leitschaufeln (1.1) an ihren Mantelseiten Kühlluftöffnungen (1.1.m) aufweist.

11. Gasturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftöffnungen (1.1.m) laufradseitig oder im Bereich der die Leitschaufel (1.1) teilenden Begren zungswände (1.1.i) angeordnet sind.