DE2315745A1

DE2315745A1 - Gasturbine mit schaufelkuehlung

Info

Publication number: DE2315745A1
Application number: DE2315745A
Authority: DE
Inventors: Leslie G Kish; Thomas J Rahaim
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1972-04-07
Filing date: 1973-03-29
Publication date: 1973-10-18
Also published as: JPS5017603B2; IT982711B; SE379079B; CH576065A5; GB1373898A; JPS498609A; FR2179455A5; NL7304355A; US3781125A; CA965352A

Description

WESTINGHOUSE 8520 Erlangen, den Electric Corporation Werner-von-Siemens-Str.50 East Pittsburgh Fa. USA

,._fa 2 a HRZ. 1973

Unser Zeichen:

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Gasturbine mit Schaufelkiihlung

(Zusatz zur Patentanmeldung P 20 46 402.2). Es wird die Priorität der Voranmeldung in den USA, Serial No. 241,943 vom 7.4.1972, in Anspruch genommen.

Im Hauptpatent (Patentanmeldung P 20 46 402.2) ist eine Gasturbine mit Schaufelkiihlung durch Preßluft oder andere unter Druck zugeflihrte Gase, die über einen Hohlraum im Bereich zwischen Innen- und Außengehäuse den Schaufeln des Leitschau?« felkranzes zugeführt werden, beschrieben. Dabei weisen unter gruppenweiser Zusammenfassung von Schaufeln eines Leitschaufelkranzes die einzelnen Kranzsegmente für die ihnen zugeordneten, mit Austrittsöffnungen für das Kühlmittel versehenen Schaufeln eine gemeinsame Kühlmittelzuführungskammer im Außenbereich der Schaufeln auf. Die Zuführungskammer ist dabei nach Art eines an fünf Seiten durch feste Wände gebildeten, im Innengehäuse gelagerten Kastens ausgebildet, der nach außen durch eine wärmebeweglich in den festen Wänden gelagerte Abdeckung abgeschlossen ist.

Durch einen derartigen Aufbau ist eine optimale Kühlung der Leitschaufeln gewährleistet. Es ergeben sich jedoch zwischen den radial außenliegenden Kühlmittelzuführungskammern und den innenliegenden Leitschaufelspitzen Temperaturunterschiede von mehreren hundert Grad, da die KühlmittelzufUhrungskammern mit der relativ kalten Kühlluft beaufschlagt sind. Durch diese großen Temperaturgradienten ergeben sich zusätzliche Spannungen, die zu Brüchen oder Rissen in den seitlichen Begrenzungswänden der KühlmittelZuführungskammern führen können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kühlmittelzuf Uhrungskammern so auszubilden, daß diese zusätzlichen

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Spannungen weitgehend vermieden werden, wobei gleichzeitig eine optimale Dichtheit des Kuhlmittelzufu.hrungsbereich.es gegenüber den heißen '!reibgasen gewährleistet ist.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß mindestens eine der quer zur Strömungsrichtung der Treibgase liegenden Begrenzungswände der Kühlmittelzuführungskammern sich radial nach außen erstreckende offene Schlitze aufweist, an deren unteren, in Form einer kreisförmigen Ausnehmung erweiterten Enden jeweils eine Buchse mit Innengewinde zur Aufnahme eines abdichtend eingeführten Schraubbolzens eingesetzt ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den unteranSprüchen genannt.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Pig. 1 einen axialen Teillängsschnitt durch die Gasturbine im Bereich der Kühlmittelzuführung zn einem ersten Leitschaufelkranz,

Fig. 2 eine Frontansicht auf ein Leitschaufelkranzsegment mit zugehöriger Kühlmittelzuführungekasmer,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch einen Schlitz in den Kühlmittelzuführungskammern-Begrenzungswänden mit den entsprechenden Abdichtmitteln und

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer derartigen Kühlmittelzuführungskammer.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die obere Hälfte einer Gasturbine im Bereich der ersten Schaufelstufe gezeigt. Die Gasturbine weist dabei ein AuSengehäuse 11 und ein Innenge-

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häuse 12 auf, das über einen radialen Flansch 26 im Außengehäuse 11 gehalten ist. Der Läufer 14 ist im Innengehäuse 12 gelagert und weist mehrere Laufschaufelkränze auf, von denen der erste Kranz 16 hier gezeigt ist. Der in Strömungsrichtung davor angeordnete Leitschaufelkranz 18 ist im Innengehäuse gelagert.

Die Leitschaufeln 18 weisen ein stromlinienförmiges Profil auf und sind über einen inneren Ring 20 und einen äußeren Ring 22 verbunden, wobei der äußere Ring in einer Ausnehmung 24 des Innengehäuses 12 gehalten ist und eine bogenförmige Kühlmittelzufiihrungskammer 28 bildet. Die hohlen Schaufeln sind mit Kanälen 31 und Kühlmittelauslaßschlitzen 32 an der Abströmkante versehen. Die Leitschaufeln 18 sind, wie insbesondere aus Fig. 2 und 4 hervorgeht, in Kranzsegmente 34 zusammengefaßt, wobei sich die Kühlmittelzufiihrungskammern in gleicher Weise über diese Segmente erstrecken. Dabei kann ein Segment einen Winkel von 45 überstreichen, so daß im ganzen acht derartige Kranzsegmente einen Leitschaufelkranz ergeben.

Die außenliegenden KühlmittelzufUhrungskammern weisen jeweils eine sich radial nach außen erstreckende Begrenzungswand 35 auf der Anströmseite und eine entsprechende Begrenzungewand 36 auf der Abströmseite auf, die beide entsprechend dem Kranzsegment gebogen sind und sich über einen Winkel von 45° erstrecken. In axialer Richtung sind die Seitenwände 37 vorgesehen, so daß sich eine kammerartige » Ausbildung 38 entsprechend Fig. 4 ergibt. Auf der Oberseite ist diese Kammer mit einer Platte 40 verschlossen, die in entsprechende Stege 41 und 42 eingesetzt und in den gebogenen Begrenzungswänden 35 und 36 gehalten ist.

Ein derartiges Leitschaufelkranzsegment 34 ist in die Gehäuseausnehmung 24 eingesetzt und dort durch ein Rohrverbindungsstück 46 in das innere Gehäuse 12 eingesetzt. Dieses Rohrstück 46 erstreckt sich dabei durch eine Öffnung 48 im Deckel

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40 der KUhlmittelzuführungskammer. Über die zentrale Bohrung 50 des Rohratückea 46 strömt das Kühlmittel aus dem Zwischenraum 27 zwischen Außen- und Innengehäuse in die Kühlmittelzufiihrungskammer 28 und von dort durch die hohlen Leitschaufeln 18 und die Auslaßkanäle 32 in die Treibgasströmung.

Die Treibgase, die in Richtung der Pfeile 53 die Leitschaufeln 18 beaufschlagen, haben eine höhere Temperatur als sie an sich fiir die Leitschaufeln 19 zuträglich ist. Aus diesem Grunde werden die Leitschaufeln auch in der vorstehend beschriebenen Weise gekühlt.

Während des Betriebes wird aber durch das durchströmende Kühlmediun der äußere Ringteil 35 stärker gekühlt, so daß er eine geringere Temperatur annimmt, als das radial innenliegende und die Schaufeln verbindende Ringsegment 20. Durch den radialen Temperaturgradienten wird der äußere Ringteil 35 bestrebt sein, seinen Durchmesser zu vergrößern, wodurch es zu erheblichen Spannungen in diesem Teil kommt.

Gemäß der Erfindung ist nun jedoch die vordere Begrenzungswand 35 der Zuführungskatnmer 28 mit mehreren voneinander beabstandeten offenen Schlitzen 54 versehen, die sich radial nach innen erstrecken und in einer kreisförmigen Erweiterung 55 enden, so daß diese Schlitze 54 in etwa die iorm eines Schlüsselloches aufweisen.

Wie am besten aus iig. 2 zu ersehen ist, sind die Schlitze untereinander gleich und erstrecken sich über die gesamte Höhe der Begrenzungswand 35, um eine Flexibilität des Ringsegmentes 22 zu ermöglichen. Wie aus Pig. 3 hervorgeht, ist jeweils eine dünne Buchse 57 mit einem eingezogenen Absatz dicht in die ringförmige Erweiterung 55 der Schlitze 54 eingesetzt und auf der Oberseite durch einen Schlitz 60, der mit dem Schlitz 54 fluchtet, geteilt. Die Buchse 57 ist dabei in der Begrenzungswandung 35 etwa durch eine Schweißnaht W gesichert. Die Buchse 57 weist ferner ein Innengewinde auf, in

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das ein Schraubbolzen 62 mit einem zylindrischen Kopf 63 an einem Ende und einer Nut 65 zum Ansetzen eines Schraubenziehers in der anderen Stirnfläche auf. Wie am besten aus Fig. 4 zu ersehen ist, weist der zylindrische Kopf 63 der Schraubbolzen denselben Durchmesser wie die kreisförmige Ausnehmung 55 auf und liegt mit seiner Einziehung 64 am Gewinde^ anfang an der Stirnfläche 66 der Buchse 57 an.

In Fig. 3 ist der Bolzenkopf 63 in seiner endgültigen Form in ausgezogenen Linien dargestellt, während seine ursprungliche Kontur F in strichpunktierten Linien angegeben ist. Dabei ist der ursprungliche Seil F zwischen den strichpunktierten Linien und der endgültigen Kontur nach Einschrauben des Bolzens in die Buchse 57 entsprechend der Außenkontur der Begrenzungswand 35 abgeschnitten. Ss ergibt sich somit eine glatte AuSenfläche der Begrenzungswandung 35, die somit dicht an der Ausnehmung des Innengehäuses 12 anliegt.

Vie aus Fig. 2 zu ersehen ist, sind vier Paar derartiger Schlitze 54 in jedem Kranzsegment 34 vorgesehen und jeweils im Bereich einer Leitschaufel 19 angeordnet. Die abatrömseitige Begrenzungswand 36 ist in ähnlicher Weise wie die vordere Begrenzungewand 35 ausgebildet und weist ebenfalls entsprechende Schlitze 54 auf, die jeweils in ihrer unteren kreisförmigen Erweiterung mit einer Buchse 57 und einem Schraubbolzen 62 verschlossen sind. In Fig. 4 ^a4-°d sechs der Bolzenköpfe 63 im Einbauzustand mit ihrer Originalkontur vor dem Abschneiden gezeigt, während ein Kopf 63 (am rechten Ende des Segmentes 34) mit seiner endgültigen Kontur dargestellt ist.

Um eine Leckage des Kühlmittels von der Kühlmittelzuführungskammer 28 durch die oberen Enden der Schlitze 54 zu verhindern, sind die Seitenwände 70 und 71 der Ausnehmung 24 so weit radial einwärts vorgezogen, daß sie diese Teile der Schlitze überdecken, wie auch aus Fig· 1 ersichtlich.

Durch das Anbringen derartiger Schlitze ist eine gewisse

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Flexibilität dea Kranzaegmentes 34 gewährleiatet, ohne daß hohe örtliche Spannungen auftreten.

4 Ansprüche 4 Figuren

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Claims

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- 7 Patentan spräche

Γ1,) Ga a turbine mit Schau felklihlung durch Preßluft oder andere, unter Druck zugeführte Gase, die Über einen Hohlraum im Bereich zwischen Innen- und Außengehäuse den Schaufeln des Leitschaufelkranzes zugeführt werden, wobei unter gruppenweiser Zusammenfassung von Schaufeln eines Leitschaufelkranzes die einzelnen Kranzsegmente für die ihnen zugeordneten, mit Austrittsöffnungen für das Kühlmittel versehenen Schaufeln eine gemeinsame Kühlmittelzuführungskammer im Außenbereich der Schaufeln aufweisen und die Zuführungskammern nach Art eines an fünf Seiten durch feste Wände gebildeten, im Innengehäuse gelagerten Kastens ausgebildet ist, der nach außen durch eine wärmebeweglich in den festen Wänden gelagerte Abdeckung geschlossen ist, nach Patent (Patentanmeldung P 20 46 402.2), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der quer zur Strömungsrichtung der Treibgase liegenden Begrenzungswände (35, 36) der Kühlmittelzuführungskammern (28) sich radial nach außen erstreckende, offene Schlitze (54) aufweist, an deren unteren, in Form einer kreisförmigen Ausnehmung (55) erweiterten Enden jeweils eine Buchse (57) mit Innengewinde zur Aufnahme eines abdichtend eingeführten Schraubbolzens (62) eingesetzt ist.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchsen (57) jeweils einen in Einbaulage mit den Schlitzen (54) fluchtenden Längsschlitz (60) aufweisen.
3. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (62) einen die Stirnseite (66) der Buchse (57) überdeckenden verstärkten Kopf (63) aufweist und abdichtend mit der Buchse (57) verbunden ist.

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Gasturbine nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Einbau nach außen über die Begrenzungswände (35> 36) überstehende Kopf (63) der Bolzen (62) entsprechend der Außenkontur der Begrenzungswände (35* 36) abgeschnitten wird.

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