DE2728190C3 - Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Gasturbine ist bekannt aus der US-PS Sl 27 4-: 6.

In einer Gasturbine wie auch in allen anderen Turbinen und Turbomaschinen is. man bestrebt, das Spiel zwischen der Innenseite des Statorgehäuses und den peripheren Spitzen der Rotorschaufeln möglichst klein zu halten, um ein dichtes Schaufelsystem mit möglichst geringen Spaltverlusten zu erhalten. Bei der Bemessung des Spaltes zwischen Rotorschaufeln und Statorinnenwand muß jedoch auf die thermischen Längenänderungen des Systems, die besonders bei Gasturbinen sehr groß sind, sowie auf Längenänderungen infolge von Rotationskräften Rücksicht genommen werden. Die Größenveränderung des Schaufelspitzenspieles während eines Anfahrvorganges verläuft in der Regel so, daß das kleinste Spiel während einer gewissen Zeitdauer von beispielsweise 10 Minuten nach dem Anfahren auftritt, während anschließend das Spiel infolge unterschiedlicher Erwärmungszeiten für Stator und Rotor wieder zunimmt. Um ein Anschlagen der Schaufeln an der Statorwand zu vermeiden, muß das Spiel beim Anfahren daher relativ groß sein, was zur Folge hat, daß das Spiel auch bei Vollast unnötig groß ist.

Bei der aus der US-PS 32 Π 418 bekannten Gasturbine ist der eigentliche Stator aus einem zylindrischen Gehäuse aufgebaut, in das mittels eines Innengewindes eine Hülle axial einscltiraubbar ist, deren radial nach innen gerichtete Seite konisch verläuft und den Spalt gegenüber den umlaufenden Schaufeln als Statorwand begrenzt. Durch Drehen der schraubbaren Hülle verändert sich die axiale Lage der Statorwand und damit der Spalt zwischen Statorwancl und Schaufelspitzen. Für die Drehung der Hülle ist ein Antriebsorgan erforderlich, das als Stellglied eines Regelkreises arbeitel. Für die Beaufschlagung des Stellgliedes ist ein Meßglied zur Messung des Spaltes zwischen Schaufelspitzen und Statorwand erforderlich. Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht in dem mechanisch und meßtechnisch hohen Aufwand, Außerdem muß das Verstellglied sehr kräftig ausgebildet sein, damit -die hohen Kräfte zur Verstellung der großen Hülle aufgebracht werden. Auch dürften sich unerwünschte Spiele zwischen den verschiedenen ineinandergreifenden beweglichen mechanischen Teilen störend bemerkbar machen.

ίο Aus der DE-OS 21 65 528 ist eine Strömungsmaschine bekannt, bei der zum Zwecke der Einstellung des Spaltes zwischen Schaufeln und Statorwand der Stator selbst in axialer Richtung aus zwei Teilen besteht, die in ihrer gegenseitigen axialen Lage vor Inbetriebnahme

is der Strömungsmaschine mittels Stellschrauben eingestellt werden und in dieser gegenseitigen Lage fixiert werden. Während des Betriebes bleibt diese gegenseitige Lage unveränderlich erhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

M Gasturbine nach gattungsgemäßer Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß die Erzielung eines relativ kleinen Spieles im eingefahrenen Zustand durch eine wenig aufwendige Einrichtung erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Gasturbine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genanmen Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine einfache Verstellvorrichtung. Die erforderlichen großen Kräfte ergeben sich automatisch durch Wärmedehnung. Ein Meßglied ist nicht erforderlich. Ebenfalls sind in der Verstellvorrichtung keine losen Teile vorhanden, da die Stütze gegen den elastisch aufgehängten Stator drückt.

Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispieles der Erfindung soll diese näher erläutert werden. Die Figur zeigt einen Axialschnitt, durch eine Gasturbine nach der Erfindung.

Die Welle 11 des Turbinenrotors 1 ist in einem reinen Radiallager 7 und einem kombinierten Axial-Radiallager 8 gelagert, das im Maschinenfundament verankert ist Das Kombinationslager 8 kann beispielsweise in einem von der Turbine angetriebenen elektrischen Generator angeordnet sein.

Der Stator 4 ist an den nicht dargestellten Gasgenerator der Turbine mittels des Mantels 2 angeschlossen, in dem innere, koaxiale, zylindrische Wärmeschilde 9 angeordnet sind. Am anderen Ende des

V) Stators befindet sich ein Abzuggehäuse 3 für die Abgase.

Der nicht rotierbare Teil, d. h. der Mantel 2, der Stator 4 und das Abzuggehäuse 3, wird in senkrechter und seitlicher Richtung gehalten und ist im Verhältnis zum

Vj Rotor 1 axial beweglich angeordnet, was beispielsweise mit Hilfe nicht gezeigter Pendelstreben und Pendelstützen erreicht werden kann.

Die axiale Länge des Stators wird von der Stütze 5 bestimmt, die wie ein Rohr geformt sein kann, dessen

M) eines Ende über eine Rohrleitung 6 an geeigneter Stelle an das Statorinnere angeschlossen ist, während das andere Ende des Rohres über einen Austritt 13 beispielsweise an einen Schornstein angeschlossen ist. Auf diese Weise wird die Stütze von einem Teil der

μ warmen Gase in der Turbine durchströmt. Das eine Ende der Stütze ist an dem Stator 4 angelenkt, während das andere Ende am Fundament im Punkt IO befestigt wird.

Durch diese Anordnung erreicht man zwischen den Rotorschaufeln und der Statorinnenwand beim Anfahren große Spiele a\ und 32, und trotzdem ein kleines Spiel bei Vollast

Bei Belastung wird die Stütze 5 erwärmt, und der ^r· Stator wird weiter über den Rotor geschoben, so daß die Spiele a\ und ai kleiner werden. Hierzu tragen auch die Erwärmung der Rotorschaufeln und die an ihnen angreifenden Zentrifugalkräfte bei, während die Wärmedehnung des Statorgehäuses dazu neigt, das Spiel zu w vergrößern.

Der axiale Bewegungshub des Stators kann durch Wahl der Länge L und des Materials der Stütze 5 so bestimmt werden, daß man eine geeignete Wärmedehnung erhält Die Wärmeträgheit der Stütze kann durch Wahl ihrer Wanddicke T beeinflußt werden, und die Wärmeübergangszahl kann durch Wahl des Spieles 5 zwischen der Innenseite der Stütze und einem in der Stütze anseordneten Zylinder 12 beeinflußt werden. Eventuell kann die Rohrleitung 6 mit einem Regulierventil oder einer Drosselscheibe versehen werden.

Aus dem Vorgesagten geht hervor, daß das Prinzip gemäß der Erfindung eine genaue Berechnung der Bewegungen des Stators und des Rotors im Verhältnis zu Belastung und in Abhängigkeit der Zeit usw. erfordert, so daß die Änderungen der Spiele a genau bekannt sind. Danach können, ausgehend von den Spielen, die bei Stillstand und Vollast gewünscht werden, die Abmessungen der Stütze 5 bestimmt werden, so daß man die gewünschte Freiheit zwischen Stator und Rotor beim Anfahren und Stillsetzen und gleichzeitig die gewünschte Dichtigkeit bei Vollast erhält

Hierzu 1 Blatt Zeichnungesi

Claims (3)

1 Patentansprüche;

1. Gasturbine mit Rotor, Stator und zugehörigem Schaufelsystem, wobei der vorn Stator gebildete Schaufelraum konisch ist und sich in Richtung des Gasstromes erweitert, mit einer Anordnung zur Veränderung der relativen axialen Lage zwischen Rotor und Stator zur Sicherung des erforderlichen Spiels zwischen den Schaufelspitzen des Rotors und der konischen Statorwand in Abhängigkeit von dem jeweiligen thermischen Zustand der Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anordnung aus einer Stütze (5) besteht, die von einem Teil des die Gasturbine: durchströmenden Gases derart beeinflußt wird, daß die Länge der Stütze (5) und damit die axiale Lage des Stators relativ zum Rotor von der Temperatur dieses Gases abhängig ist.

2. Gasturbine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, ds.3 die Stütze (5) hohl ist und von einem Teil des die Gasturbine durchströmenden Gases durchströmt wird.

3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeträgheit und Empfindlichkeit der Stütze (5) durch Wahl ihrer Wanddicke (T) und des Strömungsquerschnitts ^bestimmt wird.