DE2106739A1

DE2106739A1 - Gasturbine

Info

Publication number: DE2106739A1
Application number: DE19712106739
Authority: DE
Inventors: Mark Cary Sedgwick Kenil worth Warwickshire Barnard (Großbritannien), Collett, Peter Jacobus, Gouda (Nieder lande)
Original assignee: Leyland Gas Turbines Ltd
Current assignee: Leyland Gas Turbines Ltd
Priority date: 1970-02-18
Filing date: 1971-02-12
Publication date: 1971-09-09
Also published as: GB1282856A

Description

PATE NTAN WALTE

dr. W.Schalk ■ dipl.-ing. P. Wirth · dipl.-ing. G. Dannenberg DR.V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEI N HOLD · DR. D. GUDEL

6 FRANKFURT AM MAIN

GR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

Da/Kt

11.2.1971

Leyland Gas Turbines Limited

Solihull, Warwickshire / England

Gasturbine

Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen.

Bei Gasturbinen hat der Abstand bzw. das Spiel zwischen den Spitzen der Rotorschaufeln und der sie umgebenden ortsfesten Umhüllung einen wesentlichen Einfluß auf die Leistungsabgabe der Turbine. Infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Komponenten ergibt sich eine beträchtliche Änderung dieses Abstandes über den gesamten Bereich von Betriebsbedingungen der Turbine, und diese muß daher so ausgelegt sein, daß auch im ungünstigten Fall von Betriebsbedingungen noch ein Mindstabstand gewahrt bleibt, um ein Schleifen oder Reiben der Rotorschaufeln an der Umhüllung zu vermeiden.

Im allgemeinen wird der Nabe des Rotors Kühlluft zugeführt, so daß die mittlere Temperatur des Rotors als Ganzes wesentlich unter dem Maximum der Gastemperatur bleibt. Bei Regenerativ-Gasturbinen ist jedoch der Umhüllungsring, welcher die Rotorschaufeln und die Leitschaufeln umhüllt, von Luft hoher Temperatur, welche vom Wärmetauscher abgegeben wird, umgeben. Infolgedessen wird,

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falls beide Komponenten ähnliche oder gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, während des normalen Betriebs durch Ausdehnung des Umhüllungsrings in Richtung von den Rotcföchaufeln weg deren Spitzenabstand vergrößert.

Um diese die Leistungsabgabe der Turbine beeinträchtigende Vergrößerung des Spitzenabstandes zu vermeiden, wird nach der Erfindung der Umhüllungsring aus einem Material hergestellt, das einen wesentlich niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als das Material des Rotors. Das heißt also, daß der Unterschied zwischen den betreffenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausreicht, um die höhere Betriebstemperatur des Umhüllungsrings auszugleichen und somit eine Vergrößerung des Rotor/Umhüllung-Spiels bzw. Abstands während der Zeitspanne vom Starten bis zum normalen Betrieb der Turbine zu vermeiden.

Dem Erfindungsgedanken kann zweckmäßig beispielsweise dadurch Rechnung getragen werden, daß als Material für den Umhüllungsring das unter der Bezeichnung B.S.1648 Klasse B1 bekannte Material und für den Rotor das unter der Bezeichnung 713 LC bekannte Material verwendet wird.

Die Leitschaufeln befinden sich innerhalb des Umhüllungsrings unmittelbar stromaufwärts vom Rotor. Während des ersten Teils der Startperiode erreichen die Leitschaufeln eine wesentlich höhere Temperatur als der Umhüllungsring, so daß im Idealfall der thermische Ausdehnungskoeffizient des Stator- bzw. Leitschaufelmaterials niedriger sein sollte als der des Materials der Umhüllung. Materialien mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten sind jedoch in der Regel

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für Leitschaufeln nicht geeignet wegen ihres geringen Widerstands gegen Oxydation, insbesondere wenn Anström- und Abströmkanten von dünnem Querschnitt verwendet werden. Daher ist es gewöhnlich erforderlich, für die Leitschaufeln ein Material zu verwenden, das einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als das oben erwähnte Material für den Umhüllungsring. -Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, übermäßige Interferenz zwischen dem Leitkranz und der Umhüllung während der anfänglichen Anläufperiode dadurch zu vermeiden und doch minimalen Abstand während des nachfolgenden Dauerbetriebs dadurch zu erhalten, daß ein vorbestimmter geeigneter radialer Abstand zwischen den Spitzen der Leitschaufeln und dem Umhüllungsring bei kaltem Zustand der Turbine vorgesehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen;

Fig. 1 im Schnitt eine Teilansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Gasturbine, wobei ein Umhüllungsring» ein Leitkranz und ein Rotor, teilweise abgebrochen, im kalten Zustand bzw. unter Startbedingungen gezeigt sind; und

Fig. 2 die gleiche Ansicht wie Fig. 1, jedoch unter normalen Betriebsbedingungen der Turbine.

Die Zeichnung zeigt einen Umhüllungsring 1, einen Leitkranz 2, der mit Leitschaufeln 3 versehen ist, und einen Rotor mit Rotorschaufeln 5. Gemäß der Erfindung ist der Umhüllungsring 1 aus einem Material hergestellt, das einen

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wesentlich niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als das für den Rotor 4 verwendete Material. Beispielsweise kann das als B.S. 1648 Klasse B1 bezeichnete Material für den Umhüllungsring 1 verwendet werden und das als 713 LC bekannte Material für den Rotor 4.

Der Leitkranz 2 und seine Leitschaufeln 3 sind aus einem Material hergestellt, das einen höheren thermischen Aus- w dehnungskoeffizienten hat als das für den Umhüllungsring 1 verwendete Material geringer Ausdehnung. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß ein vorbestimmter geeigneter radialer Abstand 6 (Fig.1) zwischen den Spitzen der Leitschaufeln 3 und dem Umhüllungsring 1 vorgesehen wird, wenn die Turbine kalt ist. Der gleiche Abstand wird auch zwischen den Spitzen der Rotorschaufeln 5 und dem Umhüllungsring 1 vorgesehen.

Unter normalen Betriebsbedingungen der Turbine (d.h. bei hoher Temperatur) verringert sich der anfängliche Abstand 6 zwischen den Spitzen der Leitschaufeln 3 und dem heißen Umhüllungsring 1 auf Null (Fig. 2), aber der gleiche Abstand 6 bleibt zwischen den Spitzen der relativ kühlen Rotorschaufeln 5 und dem heißen Umhüllungsring 1 aufrechterhalten .

Bei den in der Beschreibung (beispielsweise Seite 2, Absatz 2, Zeile 3 und 5) angeführten Materialien bedeutet "B.S.1648» = »British Standard 1648», also ein in Großbritannien genormtes Erzeugnis, und

"/13 LC" = eine insbesondere für Gußteile geeignete

Legierung auf Niekelbasis, wobei die Buchstaben

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"LC" die Bedeutung von "low-carbon" (niedriger Kohlenstoffgehalt) haben. Der Kohlenstoffgehalt beträgt tatsächlich nur 0,05%> und die Zusammensetzung von 713 LC ist 12% Cr, 5,9% Al, 4,5% Mo (einige weitere geringfügigere Bestandteile), Rest nickel. Diese Legierung ist ein Erzeugnis der International nickel Company.

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Claims

/tüB739

Da/Kt Leyland Gas Turbines Limited

11.2.1971.

Patentansprüche :

Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Umhüllungsring (1) aus einem Material von wesentlich niedrigerem thermischem Ausdehnungskoeffizienten besteht als das Material des Rotors (4).
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daf3 für den Umhüllung sr ing (1) das als B. S. 1648 Klasse B1 bekannte Material verwendet ist und für den Rotor (4) das als 713 LC bekannte Material.

Gasturbine nach .Anspruch 1 oder 2, bei der innerhalb des Umhüllungsringes unmittelbar stromaufwärts vom Rotor Leitschaufeln angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (3) aus einem Material von wesentlich höhe-;rein thermischem Ausdehnungskoeffizienten als das des ümhüllungsringes bestehen und daß ein vorbestimmter geeigneter radialer Abstand bei kaltem Zustand der Turbine zwischen den Spitzen der Laitschaufeln (3) und dem Umhüllungsring (1) vorgesehen ist,

Paten-auwalt ;

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