DE4338745B4 - Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors in Gasturbinen - Google Patents
Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors in Gasturbinen Download PDFInfo
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
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Abstract
Vorrichtung
zur Wärmeabschirmung des
Rotors (1) in Gasturbinen in Bereichen mit geometrisch glatter Oberfläche, dadurch
gekennzeichnet, dass über dem
Rotor (1) eine in Umfangsrichtung durchgehende Verkleidung (2) angeordnet
ist, welche in Zentriereinrichtungen (9) gegenüber dem Rotor (1) elastisch
und wärmebeweglich
zentriert ist, wobei die Verbindung zum Rotor (1) durch mindestens
zwei ebenfalls in Umfangsrichtung geschlossene Verbindungsglieder
(3) erfolgt und das eine Ende des Verbindungsgliedes (3) mit dem
Rotor (1) und das andere Ende des Verbindungsgliedes (3) mit der
Verkleidung (2) verbunden ist.
Description
- Technisches Gebiet
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors in Gasturbinen, welche besonders für Bereiche mit geometrisch glatter Oberfläche, beispielsweise für den Gasturbinentrommelbereich, geeignet ist.
- Stand der Technik
- Der Trend zur Erhöhung der Effektivität und des Wirkungsgrades von Gasturbinen führt u.a. zu immer höheren Verdichter-Druckverhältnissen. Schon bei den jetzt üblichen Verdichter-Druckverhältnissen und den daraus resultierenden Temperaturen und Wärmeübergangszahlen werden das Verdichterende und die Trommel bei Start und Stop der Anlage transient sehr stark beansprucht.
- Bekannt ist die Wärmeabschirmung im Bereich der Turbine in Form von Wärmestausegmenten, welche zusätzlich durch Kühlluft unterspült sein können. Die radiale Anbindung der Abschirmung an den Rotor wie bei den Wärmestausegmenten belastet diesen aber nicht nur mit deren Fliehkraft, sondern diese Lösung ist auch sehr aufwendig. Aufgrund der Dehnungsdifferenzen ist nämlich eine feine Segmentierung notwendig, so dass viele Teile hergestellt werden müssen und eine zusätzliche Bearbeitung erforderlich ist.
- Ähnliche Nachteile weist ein bekannter HD-Turbinenläufer auf, welcher durch Schaufeln, Zwischenstücke und Abdeckringe vollständig gegenüber dem heissen Gasstrom abgedeckt ist (Weissleder, H.; Schult, E.; Schilg, G.; Vetter, O.: Entwicklung einer 25-MW-Spitzenlast-Gasturbinenanlage für die Energiewirtschaft der Deutschen Demokratischen Republik; In: Maschinenbautechnik; 12. Jahr gang; 1963; Heft 3, S.113-123). Hinzu kommt, dass die Abdeckringe aus sehr massivem Material sind und daher schon bei geringfügiger Exzentrizität hohe Unwuchtkräfte erzeugen. Die aus
DE 11 63 611 B bekannte Lösung, in die Hohlwelle einer Turbomaschine einen Wärmeverteil- und Kühlkörper einzusetzen und damit einen Wärmeschutz für das Lager der Turbomaschine zu erzielen, reicht bei hohen Verdichter-Druckverhältnissen und den daraus resultierenden hohen Temperaturen nicht für eine ausreichende Wärmeabschirmung des Rotors aus. - Darstellung der Erfindung
- Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbine eine einfache Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors zu entwickeln, welche insbesondere für Bereiche mit geometrisch glatter Oberfläche geeignet ist und weitere Druck- und Temperatursteigerungen ohne Einbusse der Wartungs- und Inspektionsfreiheit des Rotors ermöglicht.
- Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass über dem Rotor eine in Umfangsrichtung durchgehende Verkleidung angeordnet ist, welche in Zentriereinrichtungen gegenüber dem Rotor elastisch und wärmebeweglich zentriert ist, wobei die Verbindung zum Rotor durch mindestens zwei ebenfalls in Umfangsrichtung geschlossene Verbindungsglieder erfolgt und das eine Ende des Verbindungsgliedes mit dem Rotor und das andere Ende des Verbindungsgliedes mit der Verkleidung verbunden ist.
- Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass der Rotor vor der direkten Berührung mit dem Medium hoher Strömungsgeschwindigkeit und vor hohen Temperaturen abgeschirmt wird und damit gegebenfalls eine eigentliche Wärmeisolation erzielt werden kann, so dass eine Erhöhung von Druck und Temperatur des Gases ohne Schädigung des Rotors ermöglicht wird.
- Es ist besonders zweckmässig, wenn die Verbindungsglieder zylindrische bis leicht konische Ringe sind und diese in Abhängigkeit von den Biege- und Umstülpspannungen so kurz wie möglich ausgebildet sind, weil sich dann ein linearer Temperaturverlauf in Längsrichtung zwischen den unterschiedlichen Temperaturen von Rotor und Verkleidung einstellt und dadurch nur geringe Thermospannungen auftreten.
- Ferner ist es vorteilhaft, wenn dass in der Verkleidung gezielt Leckagen angeordnet sind, weil dadurch ebenfalls die transiente Temperaturverteilung der Verbindungsglieder linearisiert werden kann.
- Schliesslich werden mit Vorteil die Verbindungsglieder gelenkig an der Verkleidung angeordnet, da dadurch das Auftreten von Biege- und Umstülpspannungen vermieden wird.
- Ausserdem ist es aus Montagegründen vorteilhaft, wenn die Verkleidung aus mindestens zwei Teilen bestehen, welche hochfest, beispielsweise durch Verschweissen, Verklammern oder mehrschnittige Schraub- bzw. Nietverbindungen miteinander verbunden sind.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung
- In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine dargestellt.
- Es zeigen:
-
1 einen Teillängsschnitt der Gasturbine mit Verdichter, Trommel und Turbine; -
2 einen Teillängsschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer festen Verbindung von Rotor und Verkleidung; -
3 einen Teillängsschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einer gelenkigen Verbindung von Rotor und Verkleidung; -
4 einen Querschnitt der durch Verschweissen entstandenen Verbindungsstellen der Einzelteile der Verkleidung; -
5 einen Querschnitt der durch Verklammern entstandenen Verbindungsstellen der Einzelteile der Verkleidung; -
6 einen Querschnitt der durch mehrschnittige Schraub- bzw. Nietverbindungen entstandenen Verbindungsstellen der Einzelteile der Verkleidung. - Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
- Weg zur Ausführung der Erfindung
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der
1 bis6 näher erläutert. - Bei der in
1 dargestellten Gasturbine ist zwischen Verdichter5 und Turbine6 im Bereich der Trommel4 eine in Umfangsrichtung durchgehende Verkleidung2 um den Rotor1 angeordnet. Sie besteht aus Blech und ist mit dem Rotor1 über ebenfalls in Umfangsrichtung geschlossenen Verbindungsglieder3 in Form von zylindrischen Ringen verbunden. Wie aus2 hervorgeht, ist die Verkleidung2 gegenüber dem Rotor1 in Zentriereinrichtungen9 elastisch und wärmebeweglich relativ genau zentriert. Je nach Material und Randbedingungen kann die Verkleidung2 während des Betriebes der Gasturbine ihre eigene Fliehkraft selbst tragen. Im Falle zu grosser Umfangsbelastung wird ein Teil der Fliehkraft über die elastische Verbindung in den Rotor1 geleitet. - Unter der Voraussetzung eines nur geringen Wärmeaustausches mit der Umgebung stellt sich infolge der Verbindung des einen Endes der Verbindungsgliedes
3 mit dem Rotor1 und des anderen Endes des Verbindungsgliedes3 mit der Verkleidung2 stationär ein linearer Temperaturverlauf in Längsrichtung zwischen den unterschiedlichen Temperaturen des Rotors TR und TV ein. Dieser Temperaturverlauf ist schematisch in2 mit dargestellt. Aus diesem Grunde treten auch kaum Thermospannungen auf. - Damit keine zu grossen Abweichungen vom idealen linearen Temperaturverlauf auftreten, werden die Verbindungsglieder
3 so kurz wie mit Rücksicht auf Biege- und Umstülpspannungen nur möglich gestaltet. - Infolge der Abschirmung des Rotors
1 vor der direkten Berührung mit dem Medium hoher Strömungsgeschwindigkeit und damit vor zu hohen Temperaturen durch die erfindungsgemässe Anordnung der Verkleidung2 ist genügend Potential für weitere Druck- und Temperatursteigerungen der Gasturbinenanlage vorhanden. Weitere Effektivitätssteigerungen sind möglich, wenn die Verkleidung2 mit einer zusätzlichen Kühlung versehen wird. - In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine transiente lineare Temperaturverteilung der Verbindungsglieder
3 auch durch gezielte Leckagen in der Verkleidung2 erreicht werden. -
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Es ist hier eine gelenkige Verbindung des Verbindungsgliedes3 mit der Verkleidung2 abgebildet. Auf diese Weise können Biege- und Umstülpspannungen vermieden werden, allerdings wird die erwünschte gute Wärmeleitung zwischen den zu verbindenden Teilen beeinträchtigt. - Zur Montage, besonders im Trommelbereich, ist die Verkleidung
2 aus mindestens zwei Teilen2a ,2b (Halbschalen) zusammengesetzt. Zur Sicherstellung der Selbsttragfähigkeit auch bei hohen Fliehkraftbelastungen sind deshalb die Teile der Verkleidung2a ,2b miteinander verbunden. Verschiedene Ausführungsvarianten sind in den4 bis6 dargestellt. Die Teile der Verkleidung2a ,2b können gemäss diesen Figuren unter schiedliche Formen aufweisen und durch Verschweissen (4 ), mittels Klammern7 und Schrauben bzw. Nieten8 (5 ) oder durch mehrschnittige Schraub- bzw. Nietverbindungen (6 ) verbunden sein. -
- 1
- Rotor
- 2
- Verkleidung
- 2a,b
- Teile der Verkleidung
- 3
- Verbindungsglied
- 4
- Trommel
- 5
- Verdichter
- 6
- Turbine
- 7
- Klammer
- 8
- Schraube, Niet
- 9
- Zentriereinrichtung
Claims (7)
- Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors (
1 ) in Gasturbinen in Bereichen mit geometrisch glatter Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Rotor (1 ) eine in Umfangsrichtung durchgehende Verkleidung (2 ) angeordnet ist, welche in Zentriereinrichtungen (9 ) gegenüber dem Rotor (1 ) elastisch und wärmebeweglich zentriert ist, wobei die Verbindung zum Rotor (1 ) durch mindestens zwei ebenfalls in Umfangsrichtung geschlossene Verbindungsglieder (3 ) erfolgt und das eine Ende des Verbindungsgliedes (3 ) mit dem Rotor (1 ) und das andere Ende des Verbindungsgliedes (3 ) mit der Verkleidung (2 ) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (
3 ) in Abhängigkeit von den Biege- und Umstülpspannungen so kurz wie möglich ausgebildet sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verkleidung (
2 ) gezielt Leckagen angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (
3 ) gelenkig an der Verkleidung (2 ) angeordnet sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsglieder (
3 ) zylindrische bis leicht konische Ringe sind. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleidung (
2 ) aus mindestens zwei Teilen (2a ,2b ) besteht, welche hochfest miteinander verbunden sind. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Verkleidung (
2 ) verbindbar sind durch Verschweissen, Verklammern oder mehrschnittige Schraub- bzw. Nietverbindungen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934338745 DE4338745B4 (de) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors in Gasturbinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934338745 DE4338745B4 (de) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors in Gasturbinen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4338745A1 DE4338745A1 (de) | 1995-05-18 |
DE4338745B4 true DE4338745B4 (de) | 2005-05-19 |
Family
ID=6502497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934338745 Expired - Fee Related DE4338745B4 (de) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | Vorrichtung zur Wärmeabschirmung des Rotors in Gasturbinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4338745B4 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19648641A1 (de) * | 1996-11-25 | 1998-05-28 | Asea Brown Boveri | Wärmeschutzvorrichtung für die Lagerung einer Turbine |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE1163611B (de) * | 1961-02-14 | 1964-02-20 | Bbc Brown Boveri & Cie | Einrichtung zum Waermeschutz eines Lagers |
US3866417A (en) * | 1973-02-09 | 1975-02-18 | Gen Electric | Gas turbine engine augmenter liner coolant flow control system |
US4425079A (en) * | 1980-08-06 | 1984-01-10 | Rolls-Royce Limited | Air sealing for turbomachines |
DE3445835A1 (de) * | 1983-12-19 | 1985-07-11 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Blechplatte |
-
1993
- 1993-11-12 DE DE19934338745 patent/DE4338745B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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Title |
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Maschinenbautechnik 12, 1963, Heft 2, S. 120, Bild 9 * |
WEISSLEDER, H. et al.: Entwicklung einer 25-MW-Spitzenlast-Gastur- binenanlage für die Energiewirtschaft der Deutschen Demokratischen Republik In: Maschinenbau- technik, 12. Jg., 1963, Heft 3, S. 113-123 * |
WEISSLEDER, H.; SCHULT, E.; SCHILG, G.; VETTER, O.: Entwicklung einer 25-MW-Spitzenlast-Gastur- binenanlage für die Energiewirtschaft der Deut- schen Demokratischen Republik; In: Maschinenbau- technik, 12. Jg., 1963, Heft 3, S. 113-123 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4338745A1 (de) | 1995-05-18 |
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