DE3913223A1 - Vorrichtung zum staendigen halten der ringfoermigen auslassmuendung des gasausstroemraums zentriert um die duesenanordnung in einer gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die es ermöglicht, die ringförmige Auslaßmündung des Gasaus­ strömraums oder -diffusors stets um die Düsenanordnung zentriert zu halten, selbst bei Gasturbinen mit hohem Kompressionsverhältnis und hoher Feuer- bzw. Flamm­ temperatur, bei denen hohe Lasten auf die Ausströmkammer wirken. Bei sämtlichen mit einer einzigen Verbrennungskammer versehenen Gasturbinen gibt es eine Ausströmkammer bzw. einen Diffusor mit der Funktion, die heißen Gase aus der Verbrennungskammer ringförmig zur Düsenanordnung hin zu verteilen.

Da die Ausströmkammer zusammen mit den Verbrennungs­ kammerwänden den heißesten Teil der Turbine darstellt, muß sie notwendigerweise aus der leichtestmöglichen Blechkon­ struktion sein, um Wärmespannungen auf ein Minimum herab­ zusetzen und zu begrenzen. Dies hat zur Folge, daß sie nicht in der Lage ist, örtlich festgelegten hohen Belastungen zu widerstehen.

Wiederum kann die Verbindung zwischen der ringförmigen Auslaßmündung des Ausströmraums und der Düsenhalterung nicht starr sein, da ihre Massen unterschiedlich sind und sie unter unterschiedlichen Arbeitsbedingungen in Funktion sind, und die beiden Elemente nehmen sehr unterschiedliche Tem­ peraturen mit demzufolge beträchtlich verschiedener Wärme­ dehnung (Expansion) an.

Es besteht daher das Problem, die ringförmige Auslaßmündung des Ausströmraums um die Düsenanordnung herum zentriert zu halten und dies sicherzustellen, da jede beliebige Fehl­ ausrichtung auf Grund der in der Gasdurchführungsleitung erzeugten scharfen Stufen zu einem Verlust des Turbinen­ wirkungsgrades führt. Der Ausströmraum unterliegt mecha­ nischen Belastungen, die sich aus seinen im allgemeinen vernachlässigbaren Gewicht und insbesondere aus dem Gasdruck und den Gesamtbewegungsdifferenzen zwischen dem Einlaß und Auslaß ergeben. Diese mechanischen Belastungen, die mit höher werdenden Turbinenarbeitsdrücken zunehmen und somit deren Kompressionsverhältnis erhöhen, erzeugen eine nach oben gerichtete Kraft, die die ringförmige Auslaßmündung des Ausströmraums nach oben bewegt.

Gemäß dem aktuellen Stand der Technik besteht die klassische Anordnung, die gewöhnlich zur Führung der Bewegung und zum Halten von beliebigen, einer beträchtlich verschiedenen Expansion ausgesetzten zwei Teilen konzentrisch zueinander verwendet wird, darin, die beiden Teile mittels eines Satzes radialer Keile miteinander zu verbinden, der es ermöglicht, daß die beiden Teile eine relative Verschiebebewegung aus­ führen, während sie konzentrisch bleiben.

Ein derartiges Verfahren kann jedoch nicht auf Gasturbinen mit hohem Kompressionsverhältnis und hoher Feuer- bzw. Flammtemperatur angewendet werden, da die demzufolge beachtlichen, auf den Ausströmraum wirkenden Belastungen über die radialen Keile und insbesondere lediglich über die Keile in einer horizontalen Ebene übertragen werden müßten. Diese Belastungskonzentration an den Keilen würde nicht­ tolerable Spannungszustände im Ausströmraum bewirken, der wie festgestellt auf Grund der hohen Gastemperatur von einer sehr leichten Konstruktion sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu vermeiden, indem eine Vorrichtung zur Verbindung der ringförmigen Auslaßmündung des Ausströmraums mit der Dü­ senhalterung vorgesehen wird, die es trotz des Verzichts auf die Verwendung von Keilen selbst bei Gasturbinen mit hohem Kompressionsverhältnis ermöglicht, eine wirksame Zentrierung beizubehalten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht im wesentlichen darin, daß die Verbindung durch zwei Halte-Halbringe ausgeführt ist, die an der Düsenhalterung zum Umfassen der ringförmigen Auslaßmündung des Ausströmraums befestigt sind. Der obere Halbring bildet dabei mit dem oberen Flansch der Mündung einen vorbestimmten Spalt, der die verschiedene Expansion zwischen dem Ausströmraum und der Düsenhalterung ausgleicht, um auf diese Weise den Ausströmraum während des normalen Betriebes um die Düsen zentriert zu halten.

Während des normalen Betriebes ruht in dieser Hinsicht die ringförmige Auslaßmündung des Ausströmraums unter der Wir­ kung der nach oben gerichteten Kraft an dem oberen Halbring und stützt sich an diesem ab. Wenn die von dem Ausströmraum und dem Düsenhalterungsring erreichten Temperaturen bekannt sind, kann daher eine genaue Berechnung des Spalts aus­ geführt werden, der zwischen dem Außenflansch der Aus­ strömraumauslaßmündung und dem oberen Halbring gelassen werden muß, so daß die Mündung während des normalen Betriebes um die Düsen herum zentriert ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der untere Halte-Halbring einen Innenradius auf, der größer als der­ jenige des oberen Halbrings ist. Wenn eine verschiedene Expansion zwischen der ringförmigen Auslaßmündung des Ausströmraums und dem Halte-Halbring auftritt, die größer als vorhergesehen ist, wird auf diese Weise das Risiko eines kritischen Zusammenwirkens vermieden, da sich die ring­ förmige Mündung weiter in den verfügbaren größeren leeren Raum ausdehnen kann.

Die Vorrichtung zum stets zentrierten Halten der ring­ förmigen Auslaßmündung des Gasausströmraums um die Dü­ senanordnung in einer Gasturbine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Halte-Halbringe umfaßt, die am Düsenhaltering zum Umgreifen der ringförmigen Mündung be­ festigt sind, wobei der untere Halbring einen Innenradius größer als derjenige des oberen Halbrings aufweist, der mit dem Außenflansch der ringförmigen Auslaßmündung des Aus­ strömraums einen vorbestimmten Spalt bildet, der zur Kom­ pensation der verschiedenen Expansion zwischen der ring­ förmigen Mündung und dem Düsenhalterungsring angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden im einzelnen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der Zeichnung be­ schrieben. Das Beispiel ist als nicht einschränkend anzu­ sehen, und es können selbstverständlich technische oder konstruktive Abwandlungen ausgeführt werden, ohne den Be­ reich der Erfindung zu verlassen. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine seitliche Teilschnittansicht durch eine Gasturbine, bei der die erfindungsgemäße Vor­ richtung verwendet wird, und

Fig. 2 eine Teilschnittansicht von vorne gemäß Linie A-A von Fig. 1.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Gasturbinengehäuse be­ zeichnet, das auf Lagern 2 die die Scheiben oder Platten 4 der Turbinenschaufeln 5 tragende Welle 3 drehunterstützt. Eine Verbrennungskammer 6 ist mit einem Gasausströmraum oder -diffusor 7 verbunden, dessen ringförmige Auslaßmündung bzw. -öffnung 8 der die Düsen 9 umfassenden Zone gegenüberliegt. Die Düsen 9 sind mittels eines vom Turbinengehäuse 1 ge­ tragenen Düsenhalterings 10 radial abgestützt.

Um die ringförmige Auslaßmündung 8 stets um die Düsen­ anordnung 9 zentriert zu halten, sind zwei Halte-Halbringe 12 und 13 mittels Bolzen 11 am Düsenhaltering 10 befestigt, um die ringförmige Mündung 8 auf solche Weise zu umgreifen, daß ein vorbestimmter Spalt 14 zwischen dem oberen Halbring 12 und dem Außenflansch 7′ der ringförmigen Auslaßmündung 8 gelassen wird. Außerdem weist der untere Halbring 13 einen größeren Innenradius als der obere Halbring 12 auf (vgl. insbesondere Fig. 2), so daß ein größerer Leerraum 15 zur Verfügung steht.

Zusammengefaßt hat die Erfindung somit eine Vorrichtung zum ständig zentrierten Halten der ringförmigen Auslaßmündung des Gasausströmraums um die Düsenanordnung in einer Gas­ turbine zum Gegenstand, bestehend aus zwei die ringförmige Mündung umgreifenden Halte-Halbringen, von denen der untere Halbring einen größeren Innenradius als der obere Halbring aufweist und der obere Halbring einen vorbestimmten Spalt bzw. Zwischenraum mit der ringförmigen Mündung bildet.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum stets zentrierten Halten der ringförmigen Auslaßmündung des Gasausströmraums um die Düsenanordnung in einer Gasturbine, gekennzeichnet durch zwei Halte-Halbringe (12, 13), die am Düsenhaltering (10) zum Umgreifen der ringförmigen Mündung (8) befestigt sind, wobei der untere Halbring (13) einen größeren Innenradius als der obere Halbring (12) aufweist, der mit dem Außenflansch (7′) der ringförmigen Auslaßmündung des Ausströmraums einen vor­ bestimmten Spalt (14) bildet, angeordnet zur Kompensation der verschiedenen Expansion zwischen der ringförmigen Mündung und dem Düsenhaltering.