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Der
Bereich dieser Erfindung ist eine Durchmesser-Regel-Einrichtung eines
Gasturbinen-Stators.
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Bestimmte
Gasturbinen umfassen heutzutage Vorrichtungen zum Regeln des Innen-Durchmessers
des Stators, um das Spiel, welches zwischen dem Stator und den Enden
beweglicher Schaufeln des Rotors existiert, auf einen so geringen
Wert wie möglich
zurück
zu bringen; eine gängige
Anordnung, um dieses Durchmesser-Regeln sicherzustellen, besteht
darin, einen Teil der kälteren
Gase zu entnehmen, welche aus den Kompressoren stammen, und sie
durch den Stator zu leiten, um sie auf die Leit-Ringe des Stators
zu blasen, welche sich vor den Schaufeln des Rotors erstrecken.
Man realisiert eine sogenannte Belüftung des Stators, dessen Durchmesser in
Abhängigkeit
von der Temperatur und dem Belüftungs-Gas-Durchfluss modifiziert
wird. Im Allgemeinen erfolgt die Gas-Entnahme in zweifacher Weise: eine als
warm bezeichnete Quelle mit festem Durchfluss erlaubt die Ausdehnung
des Gehäuses,
wenn dies notwendig ist, eine andere, als kalt bezeichnete Quelle,
welche einen variablen und kontrollierten Durchfluss aufweist, erlaubt
ein Kontrahieren des Gehäuses.
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Die
Bahn der Belüftungs-Gase
der warmen Quelle nimmt ein internes Volumen vom Stator, zwischen
den Belüftungs-Ringen
und einem Gehäuse, welches
sie umgibt, in Anspruch. Abstandhalter, welche die Ringe mit dem
Gehäuse
verbinden, umfassen insbesondere transversale Trennwände, welche das
Volumen der Bahn in Kammern unterteilen, und quer zu welchen daher
Verbindungen eingearbeitet/angeordnet werden müssen, um den Durchfluss der
Belüftungs-Gase
zu ermöglichen.
Dies ist insbesondere durch das Dokument
US 4 573 866 gezeigt, wo der Durchgang
der Gase durch die Abstandhalter mittels Bohrungen in den Trennwänden und
letzteren bewirkt wird. Eine Vielzahl weiterer Realisations-Beispiele
dieser Verbindungen wurden im Stand der Technik vorgeschlagen, aber
man beobachtet, dass eine gute Belüftung nicht einfach sicherzustellen
ist, weil sie nicht nur zwischen den aufeinanderfolgenden Ringen,
sondern auf der Oberfläche
jedes der Ringe gut verteilt werden muss, weil ansonsten Welligkeiten
der Ringe beobachtet werden, welche von den Belüftungs-Intensitäts-Differenzen
und thermischer Ausdehnung rings ihrer Umfänge erzeugt werden, und daher
von Regionen, wo die Gas-Auslässe am
Ende der Schaufeln des Rotors vorhanden sind. Darüber hinaus
bewirken die durch die Abstandhalter eingearbeiteten Öffnungen
ihre Schwächung,
mit gefährlichen
Konsequenzen für
Abschnitte der Maschine, welche starken mechanischen Beanspruchungen,
sowie Belastungs-Konzentrationen
unterworfen sind, welche im Allgemeinen rings dieser Öffnungen auftreten.
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Das
Ziel der Erfindung ist daher, eine Gasturbinen-Stator-Einrichtung vorzuschlagen,
deren Inneres unterteilt ist, aber mit Öffnungen versehen ist, welche
Belüftungs-Gas
ermöglichen,
auf Ringe des Stators geblasen zu werden, welche einer Regelung unterworfen
sind, wobei die Öffnungen
dazu vorgesehen sind, eine große
Belüftungs-Regelmäßigkeit rings
der Ringe zu erzeugen, ohne in übertriebenem Maße die Struktur-Elemente
zu schwächen,
durch welche hindurch sie gebohrt sind.
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Die
Erfindung betrifft daher in ihrer allgemeinsten Form eine Durchmesser-Regel-Einrichtung eines
Gasturbinen-Stators, wobei der Stator umfasst: ein Gehäuse, Ringe,
welche einen Durchfluss-Kanal der Gase begrenzen, und welche vor
jeweiligen/zugehörigen
Lagen beweglicher Schaufeln eines Rotors angeordnet sind, wobei
die Ringe vom Gehäuse umgeben,
und am Gehäuse
mittels kreisförmiger
Abstandhalter angekoppelt sind, von welchen jeder eine transversale
Trennwand umfasst, welche sich vom Gehäuse aus zu einem der Ringe
erstreckt, und zwei Kammern trennt, wobei die Trennwand einen hakenförmig gebogenen
Abstandhalter-Außen-Rand
umfasst, und sich zwischen einem Gehäuse-Haupt-Abschnitt und einem
zugehörigen
hakenförmig
gebogenen Gehäuse-Anhang,
welcher mit dem Abstandhalter-Haken assoziiert ist, im Eingriff
befindet, Durchgangs-Verbindungen für eine zwischen den Kammern
bereitgestellte, unter Druck stehenden Gas-Menge, dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine der Verbindungen mittels Ausnehmungen realisiert
ist, welche quer zu einer Haken-Verbindung eingearbeitet
sind, welche aus einem Abstandhalter-Haken und dem Gehäuse-Haken zusammengesetzt ist,
mit welchem er verbunden ist.
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Da
die Haken von Abstandhalter und Gehäuse Anhänge oder Enden dieser Strukturen
sind, sind sie moderaten Belastungen unterworfen, so dass das Erzeugen
der Öffnung
quer zu ihnen nur akzeptable Belastungs-Niveaus erzeugt. Bevorzugt
umfasst die Verbindung zwischen Kammern, welche hier vorgeschlagen
wird. longitudinale Nuten, welche quer zu jedem der Abstandhalter-Haken
ausgegraben sind, wobei ein kreisförmiges Intervall unter dem
zugehörigen
Gehäuse-Haken
und am Ende des Abstandhalter-Hakens angeordnet ist, und radiale
Nuten, welche zwischen den longitudinalen Nuten in den Abstandhalter-Haken
eingearbeitet sind, und sich in eine der Kammern öffnen.
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Man
kann zwei grundsätzliche
Konzeptionen für
diese Ausführungsform
vorschlagen: sei es, dass sich die radialen Nuten zu einer Tiefe
erstrecken, welche ausreicht, um den Gehäuse-Haken zu passieren, sei
es, dass sie von Bohrungen gefolgte Sammel-Abschnitte umfassen;
diese letzte Anordnung bietet sich bereitwillig an für eine Kalibrierung
der Belüftungs-Menge
(nach dem Eintritt-Querschnitt der radialen Nuten oder der Bohrungen)
und zu einer Beruhigung der Gase in der flussabwärtigen Durchfluss-Kammer (nach
dem Durchgang durch den von den Bohrungen verengten Abschnitt).
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Weitere
Eigenschaften der Erfindung seien mittels der beigefügten Figuren
beschrieben, welche bestimmte konkrete Ausführungen der Erfindung zeigen:
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1 zeigt
einen Abstandhalter, welcher mit der Erfindung versehen ist, und
seine Umgebung;
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2 zeigt
die Anwesenheit eines fakultativen zweiten Belüftungs-Kreislaufs, mit der
gleichen Ausführung
des/eines Belüftungs-Abstandhalters;
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3 zeigt
die Abstandhalter-Haken;
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und
die 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zeigen
bestimmte Möglichkeiten,
um Bohrungen zu erzeugen, welche die Belüftung vervollständigen oder
erleichtern.
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1 zeigt
ein Fragment eines Gasturbinen-Stators 1, welchen man zusammen
mit umgebenden Elementen in 2 findet.
Der Stator 1 umfasst außen ein Gehäuse 2, welches Ringe 3 umgibt, welche
Lagen beweglicher Schaufeln 5 eines Rotors 6 im
Innern eines Durchfluss-Kanals 7 von Gasen gegenüberliegen,
wobei sich die Ringe 3 mit anderen Ringen 8 abwechseln,
welche entlang des Kanals 7 feste Schafueln 9 tragen.
Die Gasturbinen umfassen mehrere aufeinanderfolgende Ringe 3 und 8,
aber ein einzelner von jeder Sorte ist im Fragment der 1 und 2 gezeigt,
da die Erfindung hier nur auf einen Ring 3 angewendet wird.
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Abstandhalter 10,
verbinden die Ringe 3 mit dem Gehäuse 1. Verbindungen,
welche im Allgemeinen durch das Zusammenfügen eines Paares von Haken
zusammengesetzt sind, und welche noch im Detail beschrieben werden,
verbinden vorne und hinten den Abstandhalter 10 mit dem
Stator 1, und den Abstandhalter 10 vorne und hinten
mit dem Ring 3; sie tragen die Bezugszeichen 11, 12, 13 beziehungsweise 14.
Man sucht das Spiel zwischen dem Ring 3 und den beweglichen
Schaufeln 5 während
des Betriebs der Gasturbine zu reduzieren. Kühlere Gase, welche aus einem
Kompressor stromaufwärts
von der Gasturbine stammen, werden entnommen, um außen auf
den Ring 3 geblasen zu werden, auf die von den beweglichen
Schaufeln 5 abgewandte Seite. Der Abstandhalter 10 umfasst:
eine vordere transversale Trennwand 15 zwischen den Verbindungen 11 und 13,
eine hintere transversale Trennwand 16 zwischen den Verbindungen 12 und 14 und
eine dazwischenliegende transversale Trennwand 17, welche die
zwei vorhergehenden verbindet, und schräg und im Wesentlichen zwischen
den Verbindungen 13 und 12 angeordnet ist, wobei
die Belüftungs-Gase
durch das Innere des Gehäuses 2 verlaufen,
aber um die Ringe 3 und 8 herum, wobei sie zuerst
durch eine erste Kammer 18 vorne an der vorderen Trennwand 15,
dann durch eine dazwischen liegende Kammer 19 zwischen
der vorderen Trennwand 15 und der dazwischen liegenden
Kammer 17, und schließlich durch
eine flußabwärtige Kammer 20 zwischen
der dazwischen liegenden Kammer 17 und dem Ring 3 verlaufen.
Diese flußabwärtige Kammer 20 ist
wiederum durch die hintere Trennwand 16 begrenzt, und sie
ist durch einen mit Bohrungen versehenen Deckel, oder allgemeiner
eine Deckel-Vorrichtung 21, welche aus mehreren dieser
Deckel zusammengesetzt ist, abgetrennt, wie es bereits in der Technik
vorgeschlagen wurde (beispielsweise im Patent der Vereinigten Staaten
5 273 396), um das Egalisieren der Belüftung zu unterstützen. Die
hintere Trennwand 16 ist eine äußere Trennwand der Belüftungs-Kammern 18, 19 und 20,
weil der Belüftungs-Durchfluss
stoppt und weil eine andere Atmosphäre sich von hier aus erstreckt.
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Die
Verbindungen, welche ermöglichen,
die Kompressor-Gase durch die Kammern 18, 19 und dann 20 passieren
zu lassen, umfassen gemäß der Erfindung Öffnungen,
welche im Wesentlichen quer zu den Verbindungen 11 und 12 im
Gehäuse
angeordnet sind. Der Teil der Beschreibung, welcher dieses erreicht,
wird unter gleichzeitigem Bezug auf die 3 erhellt
werden.
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Die
Verbindung 11 ist aus einem Rand der vorderen Trennwand 15,
welcher nach flußabwärts (oder
nach hinten) gekrümmt
ist, um einen Abstandhalter-Haken 26 zu bilden, und einem
dem Gehäuse 2 zugeordneten
Anhang zusammengesetzt, dessen Ende nach flußaufwärts (oder nach vorne) gekrümmt ist,
um einen Gehäuse-Haken 27 zu
ergeben. In analoger Weise enden die hinteren und dazwischen liegenden
Trennwände 16 und 17 auf
einem gemeinsamen, nach hinten weisenden Rand, und bilden einen anderen
Abstandhalter-Haken 28, während ein dem Gehäuse 2 zugeordneter
Anhang gleichermaßen nach
vorne zurück-gekrümmt ist,
um einen anderen Gehäuse-Haken 29 zu
ergeben. Die Abstandhalter-Haken 26 und 28 sind
zwischen dem Gehäuse 2, außen, beziehungsweise
den Gehäuse-Haken 27 und 29,
innen, eingefügt.
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Der
vorne angeordnete Abstandhalter-Haken 26 ist nicht eine
kontinuierliche oder intakte Struktur, sondern er ist von longitudinalen
Nuten 30 durchgraben, welche auf seinem Umfang regelmäßig aufgeteilt,
und untereinander parallel sind, welche ihn teilweise an seiner
Außenseite
einschneiden, und sich daher von der flußaufwärtigen Kammer 18 bis zum
ringförmigen
Intervall 31 erstrecken, welches zwischen dem Ende des
Abstandhalter-Hakens 26 und dem Boden des Gehäuse-Hakens 27 umfasst
ist; der Abstandhalter-Haken 26 ist außerdem von radialen Nuten 32 eingeschnitten,
welche gleichermaßen untereinander
parallel sind, und regelmäßig auf
dem Umfang des Abstandhalter-Hakens 26 aufgeteilt sind,
bei halbem Abstand zwischen den longitudinalen Einschnitten 30,
und diese radialen Einschnitte 32 weisen eine ausreichende
Tiefe auf, um am Ende des Gehäuse-Hakens 27 vorbei
zu verlaufen: die zwischen den Enden der Abstandhalter-Haken 26 und 28 angeordneten
Intervalle 31 und 34 und die Böden der Gehäuse-Haken 27 und 29 erhalten
ihre Meridional-Querschnitte verstärkt, unter Einarbeitung von Falzen 50 (in 3 gezeigt)
auf den Außenseiten
der Abstandhalter-Haken 26 und 28, an der Seite
der Gehäuse-Haken 27 und 29,
und in Verlängerung
der longitudinalen Nuten 30 und 33. Es gibt mehrere
Vorteile für
die Falze 50: Reduktion der Kontakt-Fläche Abstandhalter-Gehäuse und
daher der Erwärmung des
Gehäuses
mittels Leitung; bessere Beherrschung des Querschnitts des Luft-Durchgangs
bei Umfangs-Zirkulation, da die Herstellungs-Streuungen für die Falze 50 geringer
sind als für
die Kehle-Böden
der Gehäuse-Haken;
und daher bessere Beherrschung der Umfangs-Geschwindigkeit des Luft-Durchflusses
und der Koeffizienten konvektiven Austausches; größere Fläche für konvektiven
Oberflächen-Austausch
im Gehäuse 1 und
daher bessere Beherrschung des Wärme-Durchflusses
und seiner Homogenität.
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In
den Intervallen 31 und 34 werden thermische Austausche
erzeugt. Sie werden geregelt mittels: der Oberfläche, welche mit den Gasen des
Gehäuses 1 in
Kontakt ist; der Geschwindigkeit des Luft-Durchstroms in Umfangs-Richtung;
der Anzahl der longitudinalen Einschnitte 30 und 33 und
daher der Länge
der Umfangs-Bahnen.
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Auf
diese Weise wird eine Verbindung zwischen den Kammern 18 und 19 etabliert,
wobei die Belüftungs-Gase
durch die longitutinalen Nuten 30, dann durch das Intervall 31,
wo sie sich zerstreuen, und schließlich durch die radialen Nuten 32 passieren.
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Die
Nuten 30 und 32, Erzeuger von Konzentrationen
von Kräften
und Schwächung
der Struktur, werden nur in den Haken der Verbindung 11 etabliert, das
heißt
Abschnitten am Rand, welche weniger dazu neigen, starke Konzentrationen
von Kräften
zu liefern. Die Zerstreuungs-Bewegung des Durchflusses durch das
Intervall 31 trägt
zum Vereinheitlichen der Gas-Menge am Umfang der Maschine bei, und somit
zur Belüftungs-Wirkung;
die Richtungs-Änderungen,
denen der Durchfluss unterworfen ist, erzeugen Beanspruchungs-Verluste,
welche für
die Effizienz der Belüftung
gerngesehen sind; schließlich
treten die Gase in Zentripetal-Richtung in Richtung des Ringes 3 aus.
Es sei angemerkt, dass die Nuten nur in dem Abstandhalter-Haken 26 ausgegraben
sind, aber höchstwahrscheinlich
würde man
entsprechende Resultate erhalten, wenn die radialen Nuten in den
Gehäuse-Haken 27 eingearbeitet
worden wären.
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Eine
analoge Anordnung erlaubt es, die Kammern 19 und 20 zu
verbinden. Der hinten angeordnete Abstandhalter-Haken 28 wird
zuerst von longitudinalen Nuten 33 durchgraben, ähnlich denen 30 des
Hakens 26, und ein Intervall 34, analog dem Intervall 31,
existiert zwischen dem Ende des Abstandhalter-Hakens 28 und
dem Boden des Gehäuse-Hakens 29;
die Belüftungs-Gase
verteilen sich in diesem Intervall 34 auf die radialen
Nuten 35 zu, welche zwischen den longitudinalen Nuten 33 eingearbeitet sind.
Allerdings sind sie nicht direkt mit der flussabwärtigen Kammer 20 verbunden,
sondern durch Bohrungen 36 in einer variablen Anzahl, pro
radialer Nut 35. Die Bohrungen 36 erstrecken sich
bis zur Kammer 20, wobei sie das Material des Abstandhalters 10 bei
der Verbindung der Zwischenwände 16 und 17 queren.
Diese Einrichtung bietet die gleichen Merkmale und Vorzüge wie diejenige
der vorhergehenden Anordnung 11, und die Bohrungen 36 sind
schräg
geführt,
mit einer starken Zentripetal-Komponente, welche das Belüftungs-Gas gut zum Ring 3 hin
leitet. Die Nuten 33 können
sich auch in die Falze 50 öffnen, welche sie zum Intervall 34 hin
verlängern.
Die Gase belüften
den Ring mit einer Regelmäßigkeit,
welche noch von der Deckel-Vorrichtung 21 gesteigert wird, bevor
sie rings von ihr mittels der Lecks der Struktur und mittels der
Emissions-Kanäle 51,
welche in der Außenhaut
des Rings 3 eingearbeitet sind, und in den Kanal 7 einspeisen,
verteilt werden.
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Die
Existenz der Intervalle 31 und 34 ist durch das
Andrücken
garantiert, welches mittels des Gehäuse-Hakens 29 etabliert
wird, welcher hinten gegen die hintere Trennwand 16 angeordnet
ist, und der Ring 8, welcher unmittelbar flußaufwärts angeordnet
ist, hält
dieses Andrücken/Anstoßen aufrecht, indem
er auf die vordere Trennwand 15 bei der vorderen äußeren Verbindung 13 drückt. Die
Dichtigkeit flußabwärts von
der Verbindung 12 ist mittels einer Verbindung 37 garantiert,
welche in einer Kehle des Hakens 29 aufgenommen ist, und
zwischen ihm und der hinteren Trennwand 16 komprimiert
ist; es handelt sich um eine Verbindung, deren Querschnitt aus drei
Lappen zusammengesetzt ist, als Verlängerung, und welche man daher
Omega-Verbindung nennt.
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Die
Dichtigkeit dieser Verbindung 37 in der Nähe des Hakens 29 wird
verdoppelt durch den ebenen Andruck 52 des Gehäuse-Hakens an der hinteren
Trennwand 16, welche eine ununterbrochene Dichtigkeits-Linie
bildet. Die radialen Nuten 35, die Bohrungen 36, 42 und 43 sind
so vorgesehen, dass diese Dichtigkeits-Linie beim Verbinden des
Intervalls 34 mit der Kammer der Verbindung 37 nicht
unterbrochen wird. Die Anordnungen der 8 und 9 sind
daher möglich,
um das gleiche Resultat zu erreichen: in 8 erstrecken
sich die radialen Nuten 53 (anstelle von 35) blattförmig durch/über einen
Abschnitt 54 der hinteren Trennwand 16, um den Zugang
zu den Bohrungen 36 freizugeben, bei gleichzeitigem Reduzieren
der Größe des ebenen Andrucks 52,
aber ohne sie zu unterbrechen; in 9 erstrecken
sich die Nuten 55 (anstelle von 35 und 53)
nur bis zur Innenseite des Abstandhalter-Hakens 28, vor
den Gehäuse-Haken 29,
wodurch sie die Bahn der Gase in den Hohlräumen 34 vergrößern. Weitere
Anordnungen sind ebenfalls möglich. Der
aus der hinteren Trennwand 16 ausgehöhlte Abschnitt 54 erleichtert
den Eintritt von Luft in die Bohrungen.
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Die
Deckel-Vorrichtung 21 kann ein einzelnes Auftreff-Blech, und/oder mehrfach
perforiert sein. Sie kann, sei es am Ring, sei es am Abstandhalter,
fixiert sein. Die Deckel-Vorrichtung 21 ist
an Rändern 38 und 39 des
Ringes 3 aufgehängt/befestigt,
in einer in der Technik gebräuchlichen
Weise (siehe 1); die bevorzugte Richtung
der Belüftungs-Gase würde ermöglichen,
die Deckel-Vorrichtung 21 dem Eingang der Gase in die Kammer
näher zu
bringen, wobei sie mittels der Ränder 40 und 41 des
Abstandhalters 10 unterstützt wird, welcher auf den Trennwänden 15 und 16 angeordnet
wäre, wie
die 4 zeigt.
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Die
dargestellten Bohrungen 36 waren von konstantem Querschnitt.
Sie könnten
durch divergente Bohrungen ersetzt werden, deren Querschnitt zur
flussabwärtigen
Kammer 20 anwachsen würde, wie
die abgestufte Bohrung 42, oder mit einer plötzlichen
Durchmesser-Variation, gemäß 5,
und der Horn-förmigen
Bohrung 43, oder mit einer progressiven Durchmesser-Variation,
gemäß 6;
diese Bohrungen 42 und 43 währen wie die Bohrung 36 angeordnet,
aber die Proportionen, welche sie in der Lage wären, den Eintritts-Durchmessern oder
den Austritts-Durchmessern zu geben, würden ermöglichen, gegebenenfalls auf
die Kalibration der eingelassenen Gas-Menge einzuwirken (dank dem
kleineren Durchmesser am Eintritt), und auf die Beruhigungs-Wirkung,
welche am Eintritt der Kammer 20 erhalten wird (dank dem
größeren Durchmesser
am Austritt), was mit einer verbesserten Versorgung der Deckel-Vorrichtung 21 einhergeht.
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Die
Erfindung kann auch mit stärker
klassischen Verbindungen zwischen den Kammern kombiniert werden,
wie den Bohrungen 44 der 7, welche
von der Kammer 18 zur Kammer 20 durch das Material
des Abstandhalters 10 gearbeitet sind, welches an der Verbindung
der transversalen Trennwände 15 und 17 angeordnet
ist; die Erfindung könnte daher
zur Folge haben, die Wirkung der mechanischen Schwächung abzuschwächen, welche
von den Bohrungen 44 erzeugt wird, indem ihre benötigte Anzahl
reduziert wird.
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Schließlich sieht
man in 2, dass der Stator mit äußeren Rippen 45 versehen
sein kann, vor oder zwischen welchen die Verteilungs-Kammern 46 eines
anderen Belüftungs-Gas-Netzes angeordnet sind,
welches eine kalte Quelle bildet, wobei diese Verteilungs-Kammern 46 mit
Versorgungs-Rohren 47 verbunden sind, welche der Gas-Zirkulation
dienen. Die Verteilungs-Kammern 46 sind mit vor den Rippen 45 liegenden
Belüftungs-Öffnungen
angebohrt, damit das Gas sie erreiche. In der Praxis wird häufig die zweite
Belüftungs-Gas-Menge
einem Abschnitt des Kompressors entnommen, welcher weiter flussaufwärts angeordnet
ist als der Abschnitt zum Entnehmen der ersten Menge, so dass das
Gas dieser zweiten Menge kälter
sein wird. Das Regeln des Durchmessers des Ringes 3 wird
dann in einem kombinierten Regeln der zwei Belüftungs-Mengen bestehen, was
eine vorzügliche
Präzision
ergeben wird.