DE4309199A1

DE4309199A1 - Vorrichtung zur Befestigung von Wärmestausegmenten und Leitschaufeln in axialdurchströmten Turbinen

Info

Publication number: DE4309199A1
Application number: DE19934309199
Authority: DE
Inventors: Peter Graf; Michael Hock
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1994-09-29

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befestigung von Wärmestausegmenten in axialdurchströmten Turbinen mit hori zontal geteilten Gehäuse.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß bei großen, axialdurchströmten Gastur binen alle Gehäuse- und Statorteile aus Servicegründen eine horizontale Trennebene aufweisen.

Die Befestigung der Turbinenleitschaufeln und der Wärmestau segmente erfolgt in unterschiedlicher Art und Weise. Sie wer den bisher entweder im separaten, horizontal geteilten und im Außengehäuse zentrierten Turbinenschaufelträger befestigt oder die Wärmestausegmente sind direkt am Außengehäuse ange bracht, wobei die Turbinenleitschaufeln wiederum an den Wär mestausegmenten befestigt sind.

Dieser Stand der Technik hat eine Reihe von Nachteilen. So sind Turbinenschaufelträger mit Trennebene und Flansch sehr teuer in der Herstellung. Das Herstellungsverfahren ist auf das Gießen von Halbschalen beschränkt. Verursacht durch die se Art der Herstellung weist die Wandstärkendicke eine gewis se Gußtoleranz auf. Die gegossenen Turbinenschaufelträger können nur innen durch Drehen bearbeitet werden. Außerdem können die Turbinenschaufelträger infolge nichtrotationssym metrischer Steifigkeits-, Massen- und Temperaturverteilung über den Umfang im Betrieb unrund werden und somit die Spiele zwischen rotierenden und stehenden Teilen vergrößern. Da durch wird wiederum die Leckage erhöht und der Wirkungsgrad der Turbine wird verringert.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer axialdurchströmten Tur bine mit einem horizontal geteilten Gehäuse eine Vorrichtung zur Befestigung der Wärmestausegmente und Leitschaufeln zu schaffen, die leicht herzustellen und zu montieren ist, nur zu geringen Spielen zwischen rotierenden und stehenden Teilen führt und bei der die Spiele beherrschbar sind.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Vor richtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 aus mindestens einem, zusammen mit dem Rotor in die untere Außengehäusehälfte einlegbaren statorvollring besteht, an dessen Innen fläche die Wärmestausegmente befestigt sind, wobei im Außengehäuse Ausnehmungen zur Aufnahme des Statorvollringes ange bracht sind und wobei die Leitschaufeln direkt am Außengehäuse befestigt sind.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß die üblicherweise verwendeten Schaufelträger in Form von verschraubten Halbringen bzw. Halbschalen nicht mehr benötigt werden. Die Statorvollringe bleiben wegen ihrer Rotationssym metrie rund und garantieren deshalb kleine Spiele, eine ge ringe Leckage und dadurch einen hohen Wirkungsgrad der axial durchströmten Maschine. Die Herstellung der Statorvollringe ist auf mehreren Wegen möglich, und sie lassen sich allseitig einfach durch Drehen bearbeiten. Durch die kleineren Abmes sungen im Vergleich zu konventionellen Turbinenschaufelträ gern gibt es bei der Materialwahl weniger Einschränkungen.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn bei mehrstufigen Turbinen pro Schaufelreihe ein Statorvollring angeordnet ist. Dann sind die Verluste besonders gering.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Statorvollringe unabhän gig voneinander temperaturregelbar sind. Dadurch können die Spiele zwischen rotierenden und stehenden Teilen der Maschine gezielt beeinflußt werden. Das Laufschaufelspiel jeder Reihe kann somit auf einem Minimum gehalten werden.

Schließlich sind mit Vorteil die Mittel zur Temperatursteue rung der Statorvollringe Luft oder andere Medien in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf oder eine elektrische Erwärmung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine darge stellt. Die einzige Figur zeigt einen Teillängschnitt durch den Rotor und das geteilte Außengehäuse der Gasturbine.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise das Abgasgehäuse der Gasturbine mit Abgasrohr und Kamin.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine axialdurchströmte Gasturbine mit einem geteilten Außengehäuse 1. Das Außengehäuse 1 weist erfindungsgemäß Ausnehmungen 2 für die Aufnahme der Statorvollringe 3 auf. Diese Ausnehmungen 2 sind genau gegenüber den Laufschaufeln 7 im Außengehäuse 1 angebracht. Die Zentrierung der Stator vollringe 3 im Außengehäuse erfolgt auf konventionelle Art mit Hilfe von Keilen.

Bei der Montage wird der Rotor 5 zusammen mit den Statorvoll ringen 3 in die untere Hälfte des geteilten Außengehäuses 1 eingelegt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Reihen von Turbinenlaufschaufeln 7 vorhanden. Die Anzahl der Statorvollringe 3 beträgt ebenfalls drei, so daß pro Schau felreihe ein Statorvollring 3 angeordnet ist.

An der Innenfläche der Statorvollringe 3 sind die Wärmestau segmente 6 befestigt.

Die Leitschaufeln 4 der Gasturbine sind direkt am Außengehäuse 1 befestigt.

Selbstverständlich ist es in einem anderen Ausführungsbei spiel der Erfindung auch möglich, bei einer mehrstufigen Tur bine nur in der ersten Reihe den Statorvollring 3 mit den Wärmestausegmenten 6 einzusetzen. Dort sind kleine Laufschau felspiele von besonderer Bedeutung, da erstens kleine Schau feln vorhanden sind und zweitens bei der ersten Laufreihe keine Honigwabenkonstruktion als "Puffer" zwischen den Wärme stausegmenten 6 und den Laufschaufeln 7 der ersten Reihe an geordnet werden kann.

Ein konventioneller geteilter Turbinenschaufelträger, dessen Teile miteinander verschraubt sind, ist bei der vorliegenden erfindungsgemäßen Lösung nicht mehr notwendig. Die Stator vollringe 3 bleiben wegen ihrer Rotationssymmetrie rund, so daß die Spiele und damit die Leckage gering sind und der Wirkungsgrad hoch ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Statorvollringe 3 auf unterschiedlichen Wegen, z. B. mittels Schleuderguß, Schmieden oder durch Stumpfschweißen eines gebogenen Stabes hergestellt werden können. Die Geomet rie der Statorvollringe 3 erlaubt eine einfache allseitige Bearbeitung.

Da die Statorvollringe 3 wesentlich kleinere Abmessungen als konventionelle Turbinenschaufelträger haben, bestehen bei der erfindungsgemäßen Lösung weniger Einschränkungen bei der Ma terialwahl, weil die Homogenität der Materialeigenschaften besser gewährleistet ist. Außerdem sinken die Materialkosten auf Grund der kleineren Abmessungen und die Temperatur der Ringe 3 und damit die Spiele sind leichter zu beherrschen. Es sind sehr kleine Laufschaufelspiele einstellbar.

In weiteren Ausführungsbeispielen sind die einzelnen Stator vollringe 3 bei mehrstufigen Turbinen unabhängig voneinander temperatursteuerbar. Das kann z. B. mit Luft in einem ge schlossenen Kreislauf erreicht werden. In anderen Ausfüh rungsbeispielen ist das Kühlmittel ein flüssiges Medium. Es kann auch im offenen Kreislauf gearbeitet werden. Selbstver ständlich ist auch eine elektrische Temperatursteuerung, z. B. ähnlich einem Induktionsofen über das Anbringen von Heizlei tern möglich. Durch eine geeignete Abstandsmessung zwischen den Spitzen der Turbinenlaufschaufeln 7 und den Statorvoll ringen 3 kann eine Regelung des Schaufelspiels erreicht wer den.

Bezugszeichenliste

1 Außengehäuse
2 Ausnehmung
3 Statorvollring
4 Leitschaufel
5 Rotor
6 Wärmestausegment
7 Laufschaufel.

Claims

1. Vorrichtung zur Befestigung von Wärmestausegmenten (6) und Leitschaufeln (4) in axialdurchströmten Turbinen mit horizontal geteiltem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus mindestens einem, zusammen mit dem Rotor (5) in die untere Hälfte des Außengehäuses (1) einlegbaren Statorvollring (3) besteht, an dessen Innenfläche die Wärmestausegmente (6) befestigt sind, wobei im Außengehäuse (1) Ausnehmungen (2) zur Aufnahme des Statorvollringes (3) angebracht sind und wobei die Leitschaufeln (4) direkt am Außengehäuse (1) befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrstufigen Turbinen pro Schaufelreihe ein Statorvollring (3) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrstufigen Turbinen nur an den Schaufelreihen ein Statorvollring (3) angeordnet ist, an denen es aus Optimierungsgründen notwendig ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorvollringe (3) unabhängig voneinander temperatursteuerbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Temperatursteuerung der Statorvoll ringe (3) Luft oder andere Medien in einem geschlossenen oder offenen Kreislauf sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Temperatursteuerung der Statorvoll ringe (3) eine elektrische Erwärmung ist.