DE2439339A1

DE2439339A1 - Gasturbine

Info

Publication number: DE2439339A1
Application number: DE2439339A
Authority: DE
Inventors: Augustine J Scalzo
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-09-05
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1975-03-06
Also published as: CH583850A5; FR2242565B1; GB1461965A; US3841787A; CA975300A; JPS5337484B2; JPS5053708A; NL7410982A; SE7411255L; IT1020335B; DE2439339C2; SE392151B; FR2242565A1

Description

PATB	NT	ANWAtT
DIPU IN(J.	R.	HOLZEE
α ι;	ίί S	β ιτ η ο
PHILIPPINE	WET.SEH-Sa'llASSH 14
Γκι.κριιΝι 11373

W.693

Augsburg, den 12. August

Afestinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St,A,

Gasturbine

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem etwa zylindrischen Auftengehäuse, einem darin angeordneten, zwischen sich und dem Außengehäuse eine Ringkammer bildenden Innengehäuse und einem mit Laufschaufelkränzen bestückten Rotor, weiter mit feststehenden, radial außerhalb der" Laufschaufel-

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kränze angeordneten und diese umgreifenden, bogenförmigen Ringsegnenten und mit zwischen den Laufschaufelkränzen befir.ci-• liehen ringförmigen Anordnungen von feststehender,, von [.ίγκ nt/'·- häuse'getragenen l.s itschaufclsegrnenteri mit radial ^:.iufoercn v-Zandungs segment er..

Gasturbinen benötigen Aühlmittel, beispielsweise Luft, un die Temperaturen sowonl der feststehenden r.onpor.enten al:; auch der umlaufenden Komponenten in Grenzen zu halter;» Die Turbinen weisen gewann Lieh ein in einer Horizontalerer.e geteiltes -Außengehäuse auf, dessen obere Hälfte und untere
Hälfte zwecks leicnten Zusammenbaues und Ie ieuter ./'i"tunij zusammengeschraubt sind,, Durch die zwischen dem Au Ee π-gehäuse und dem Innengehäuse gebildete Ringkamrr.er und von da aus durch die feststehenden Leitschaufeln nindurch wiru unter Druck stehende K'ihlluft oder ein anderes geeignetes Kühlmedium geleitet, ^s^-hat sich aber herauogeütelLt, daß im Betrieb ein unerwünschter rvünlluftleckstrom aus aem
Ringraum in den Treibgaskanal hinein auftritt. Jieser ueckstrom ist an der horizontalen Teilung der Leitschaufelkränze der Turbine und an den Verbindungsstellen zwischen den aneinander angrenzenden w'andungssegmenten der feststehenden Leitschaufelsegmente des Leitschaufelk.-anzes
besonders ausgeprägt. Eine Analyse der harmoniscnen
Schwingungen der Lecks trömungsimpulse zeigt, daß gerauzanlige Oberschwlngurigen der VurDinenarehzan L erzeugt

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^C°PV BAD ORIGINAL

wer-ieri, die in manchen Fällen zur Schaufelerregung führen, •was eine Zerstörung der Schaufeln zur Folge haben kann.

Selbst unter der Annahme, daß das Auslecken von Kühlluft an der horizontalen Teilung beseitigt werden kann, kann noch ein iirregungsbi Id infolge von Änderungen der Leitschaufelzwischenräume , d.h. des Abstandes zwischen benachbarten Leitschaufeln, bestehen bleiben. Diese Änderungen entstehen, wenn sich die radial äußeren Wandungssegirente der feststehenden Leitscnaufelsegmente relativ zum Gehäuse dehnen und ungleichförmig in Umfangsrichtung verschieben. Das Maß dieser Abstandsänderung ist proportional der Anzahl der Schaufeln in einem einstückigen Leitschaufelsegment. Diese Zanl ist bei einem aus zwei Hälften bestehenden Leitschaufelkranz am größten.

Außerdem können Beschränkungen der'Bewegungsmöglichkeit der Wandungsseginente bei Leitschaufelsegmenten mit l80°-Teilung zum Aufbau übermäßiger, Zerstörungen herbeiführender Wärmespannungen fünren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine der eingangs dargelegten Art im Sinne der Verminderung der genannten Schaufelschwingungserregung und der Temperatur-

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dehnungsbeanspruchungen zu verbessern.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Gasturbine gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufelsegmente und die genannten Ringsegmente jeweils mittels bogenförmiger Haltesegmente mit dem Innengehäuse verbunden sind, welche jeweils zur Ermöglichung umfangsmäßiger Wärmedehnung an nur einer Stelle ihres Umfangs am Innengehäuse befestigt sind, und daß die iVandungssegmente der Leitschaufelsegmente und die Ringsegmente ineinander greifen und zum Schutz des Innengehäuses vor hohen Temperaturen zwischen sich und dem Innengehäuse eine Ringkammer bilden.

Eine bevorzugte Ausführungform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. i einen Axialschnitt durch einen

Teil einer Gasturbine nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch die

Befestigungsanordnung für die Haltesegmente der erfindungsgemäßen Gasturbine,

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Fig„ 3 einen Schnitt in der Ebene III-III

in Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung der Befestigungs

anordnung für die Wandungssegmente der feststehenden Leitschaufelsegmente der erfindungsgemäßen Gasturbine, und

Fig, 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V

in Fig. 4.

In den Zeichnungen, insbesondere in Fig» 1, ist ein Teil einer Axialgasturbine mit einem etwa rohrförmigen Außengehäuse 12, einem davon umgebenen, ringförmigen, mehrteiligen Innengehäuse 14 und einem in geeigneter, nicht dargestellter vVeise im Innengehäuse 14 drehbar gelagerten .Rotor 16 dargestellte Der Rotor 16 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Laufschaufelkränze 18 und 20 auf.

Mit den Laufschaufelkränzen 18 und 20 wirken beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Bildung zweier Stufen zwei vom Innengehäuse 14 gehalterte Leitschaufelkränze 22 und 24 zur Treibgasexpansion zusammen. Eine Gruppe von Leitscnaufeln 22 bzw. 24 bilden jeweils ein eins'tückiges,

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bogenförmiges Leitschaufelsegment 23,

"Die Laufschaufeln 18 und 20 sind, abgesehen von der allmählichen Zunahme der Schaufelhöhe von links nach rechts, im wesentlichen gleich ausgebildet und haben keine Deckbänder. Die Schaufeln weisen jeweils ein radial auswärts ragendes Schaufelblatt 26 und einen auf geeignete Weise im Rotor 16 befestigten Schaufelfuß 28 auf.

In ähnlicher Weise sind die Leitschaufeln 22 und 2H einander ähnlich ausgebildet, jedoch nimmt auch hier die Schaufelhöhe von links nach rechts zu. Die Leitscnaufeln weisen jeweils ein radial einwärts ragendes Schaufelblatt 30, einen radial inneren Basisteil 32 und einen radial äußeren Wandungsteil 34 auf. Der äußere Wandungsteil 3^ weist ein Element einer Verbindungsanordnung nach Art einer prismatiscnen Führung zur Halterung der einstückigen Schaufelsegmente 23 auf.

Heißes Treibmittel, beispielsweise unter Druck
stehende Verbrennungsgase, werden in bekannter Weise in
einer geeigneten, nicht dargestellten Brennkammer erzeugt und durch den ersten Leitschaufelkranz 22 und die Laufschaufelkränze 18 und 20 in Ricntung des Pfeiles 3!5a geleitet, wobei es expandiert und den Rotor 16 dreht.

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Das Innengehäuse 14 ist mittels Verbindungskeilen 36, die in einer Horizontalebene angeordnet sind, im Außengehäuse 12 gehaltert. Die Verbindungskeile 36 sind jeweils in einer Nut 38 angeordnet und stellen eine horizontale Halterung für die einzelnen Teile des mehrteiligen Innengehäuses 14 dar. Eine .Vielzahl vin vertikal angeordneten Zapfen 40 sind in der Vertikal-Längsebene der Turbine sowohl in der oberen Turbinenhälfte als auch der unteren Turbinenhälfte angeordnet und übertragen die Drehmomente von den feststehenden Leitschaufeln 22 und 24 auf das Außengehäuse Außerdem halten diese vertikalen Zapfen 40 die einzelnen Teile des mehrteiligen Innengehäuses 14 in miteinander koaxialer Lage.

Radial außerhalb des mehrteiligen Innengehäuses 14 befindet sich eine Ringkammer 42. Aus dieser Ringkammer wird unter Druck stehende Kühlluft durch nicht gezeichnete Kanäle im Innengehäuse 14 in die feststehenden Schaufeln und 24 hinein geleitet. Eine aus Segmenten zusammengesetzte, bogenförmige federbelastete Dichtung 43 verhindert ein Auslecken von Gas zwischen dem Treibgaskanal und der Ringkammer 42.

An der radial inneren Seite jedes Teils des mehrteiligen Innengehäuses 14 sind bogenförmige Haltering-

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segmente 44 angeordnet« Diese Halteringsegmente 44 tragen die radial äußeren Wandungssegmente 34 der bogenförmigen, feststehenden Leitschaufelsegmente 23, aus denen die Leitschaufelkränze 22 und 24 zusammengesetzt sind. Die Halteringsegmente 44 sind mittels einer prismatischen Führung in Nuten 45 des Innengehäuses 14 verschieblich angeordnet. Die Halteringsegmente 44 dienen auch der axialen Halterung der angrenzenden bogenförmigen Ringsegmente 46, Die Anzahl der feststehenden Schaufelsegmente 23 und der bogenförmigen Ringsegmente 45 bestimmen die Anzahl der Zwischenräume zwischen einander in Umfangsrichtung benachbarten Wandungssegmenten 34 und zwischen einander umfangsmäßig benachbarten Ringsegmenten 46. Dadurch ist das Auslecken von Kühlluft durch diese Zwischenräume bestimmt. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit unerwünschter geradzahliger Oberschwingungen ausgeschaltet, welche die Laufschaufeln und 20 beschädigen können. Die äußeren Wandungssegmente 34 und die Ringsegmente 46 sind gleitend mit der radial inneren Kante der Halteringsegmente 44 verbunden. Die Ringsegmente sind stromaufseitig mittels einer Flansch-Schulter-Führung gleitfähig mit den stromabseitigen Stirnseiten der Wandungssegmente 34 verbunden. Diese Verbindung 47 und die Verbindung 51 zwischen dem Innengehäuse 14 und den Halteringsegmenten 44 ermöglichen umfangsmäßige Wärmedehnungen der verschiedenen Teile relativ zueinander, ohne daß sich

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dabei Spannungen aufbauen.

Eine ähnliche prismatische Führung 49 ist zwischen den Halteringsegmenten 44 und den jeweils von ihnen gehalterten Teilen, also den Wandungssegmenten 34 und den Ringsegmenten 46, vorgesehen. Die Halteringsegmente 44 trennen die Teile des Innengehäuses 14 von den heißeren Teilen der Turbine, d.h. von den Schaufelsegmenten 23 und den Ringsegmenten 46, damit eine Verformung des Innengehäuses 14 vermieden wird. Eine übermäßige -Verformung des Innengehäuses 14 kann ein Schleifen der Laufschaufeln und folglich eine Verminderung der Turbinenleistung hervorrufen.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Befestigung der rialteringsegmente 44. Zur Verankerung der Halteringsegmente am Innengehäuse 14 sind Schrauben 48 vorgesehen. An die Teile des Innengehäuses 14 angeschraubte Halteelemente 50 und halten die Halteringsegmente 44 am Innengehäuse 14. Außerdem dienen die Halteelemente 50 der Festlegung der Ringsegmente mit Bezug auf das Innengehäuse 14, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Einander benachbarte Flächen aneinander angrenzender Halteringsegmente 44, aneinander angrenzender Wandungssegmente 34 und benachbarter Ringsegmente 46 sind mit Dicntstreifen 52 versehen, welche jeweils eine Dichtung zwischen den benachbarten Teilen darstellen« Dadurch wird

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das Auslecken von Kühlluft aus der Ringkammer 42 in den Treib gasstrahl verringert. Die Verwendung einstückiger, .bogenförmiger Leitschaufelsegmente 23 läßt, wenn überhaupt, nur Aus Ie ck-Ob erschwingungen auftreten, die" nicnt schädlich für die Turbine sind.

Die Schaufelsegmente 23 sind mittels einer in den Fig. 4 und 5 dargestellten Anordnung bezüglich des Innengehäuses 14' festgelegt. Jedes Schaufelsegment 23 ist nur am Mittelpunkt eines UmfangS am inneren Gehäuse Ϊ4 Defestigt. Dadurch werden die schädlichen Auswirkungen der relativen Wärmedehnung zwischen den einzelnen Teilen verringert. Ein Haltebolzen 54 ragt durch das Innengehäuse 14 hindurch und ist mit angefrästen Planflächen 55 versehen, mit welchen der Bolzen 54 in einem Schlitz 60 im radial äußeren Teil des Wandungssegments 34 eingreift. Der Bolzen 54 ragt durch einen Teil des Halteringsegments 5 4 hindurch und wird von einer Bolzensicherung am Innengehäuse gehalten, welche mittels Schrauben 57 am Innengehäuse 14 angeschraubt ist.

Die ringförmige Anordnung der einzeln befestigten Schaufelsegmente 23 erzeugt eine einzige Leck-Oberschwingung entsprechend der Anzahl von Schaufelsegmenten 23. Dadurch wird die gefährliche Gruppe geradzahliger Oberschwingungen

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beseitigt, die bei horizontaler Teilung auftreten. Die Dichtstreifen 52 zwischen benachbarten Ringsegmenten 46, rialteringsegmenten 44 und Schaufelsegmenten 23 tragen dazu bei, die Leckströmung in Grenzen zu halten.

Es ist ersichtlich, daß die Wärmedehnung der Komponenten in Betrieb leicht aufgenommen werden kann, während trotzdem die Abdichtung gegen Auslecken von Kühlmittel aus der Ringkammer 42 in den Schaufelbereich aufrechterhalten und die dann auftretenden Wärmespannungen auf einem Minimum gehalten werden.

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Claims

Patentansprüche

/ 1, !Gasturbine mit einem etwa zylindrischen Außengehäuse, einem darin angeordneten, zwischen si cn und dem Außengehäuse eine Ringkammer bildenden Innengehäuse und einem mit Laufs chaufelkränzen bestückten Rotor, weiter mit feststehenden, radial außerhalb der Laufschaufelkränze angeordneten und diese umgreifenden, bogenförmigen Ringsegmenten und mit zwischen den Laufscnaufelkränzen befindlichen ringförmigen Anordnungen von feststenenden, vom Innengehäuse getragenen Leitschaufelsegmenten mit radial äußeren WandungsSegmenten, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufelsegmente (23) und die genannten Ringsegmente (46) jeweils mittels bogenförmiger Haltesegmente (44) mit dem Innengehäuse 14) verbunden sind, welche jeweils zur Ermöglichung umfangsmäßiger Wärmedehnung an nur einer Stelle inres Umfangs am Innengehäuse befestigt sind, und daß die rtandungssegmente (34) der Leitschaufelsegmente und die Ringsegmente ineinandergreifen und zum Schutz des Innengehäuses vor hohen Temperaturen zwischen sich und dem Innengehäuse eine Ringkammer bilden»

2, Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteringsegmente (44) in ringförmige, im Innengehäuse (14) gebildete Nuten (45) eingesetzt sind und daß

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die rialteringsegmente und die radial äußeren Wandung ssegmente (3¹O der feststehenden Leitschaufelsegmente (23) nach Art einer prismatischen Führung ineinandergreifend angeordnet sind,

3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tfandungssegmente (34) der Leitschaufelsegmente (23) und die angrenzenden Ringsegmente (46) nach Art einer prismatischen Führung ineinandergreifend angeordnet sind,

4. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse mittels im wesentlichen horizontal angeordneter Keile (46) in Nuten (58) des Außengehäuses (12) gehaltert ist.

5. Gasturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Außengehäuse (12) und dem Innengehäuse (14) mindestens zwei etwa vertikale Zapfen (40) angeordnet sind, welche das Innengehäuse koaxial mit dem Außengehäuse halten»

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