DE60312630T2 - Entlüftungssystem für eine Rotationsmaschine mit axialer Strömung - Google Patents
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Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verdichterstabilitäts-Zapfsystem, das gewartet werden kann, zur Verwendung in einer Axialströmungsrotationsmaschine, beispielsweise einer Gasturbinenmaschine.
- Axialströmungsgasturbinenmaschinen weisen einen Verdichterabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt und einen Turbinenabschnitt auf. Ein Strömungsweg für Arbeitsmediumsgase geht durch diese Abschnitte der Maschine. Bei vielen Maschinen gibt es einen Primärströmungsweg und einen Sekundärströmungsweg. Es gibt auch einen Mechanismus zum Abzapfen von Arbeitsmediumsgasen von dem Primärströmungsweg zu dem Sekundärströmungsweg.
- Eine der Schwierigkeiten bei Gasturbinenmaschinen des Stands der Technik ist, dass man für einen Wartungszugang nicht durch die Abstützstruktur für das Arbeitsmediumsgas-Zapfsystem hindurch kann, zumindest nicht ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. In der Folge forderte die Wartung für diese Zapfsysteme einen großen Aufwand und eine erhebliche Ausfallzeit.
- Zapfventilsysteme des Stands der Technik sind in US-A 6161839, EP-A-0902179 und EP-A-0298015 beschrieben.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verdichterstabilitäts-Zapfsystem bereitzustellen.
- Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Zapfsystem, wie vorangehend bereitzustellen, welches einfacher gewartet werden kann.
- Die vorgehnden Ziele werden durch das Verdichterstabilitäts-Zapfsystem der vorliegenden Erfindung erzielt.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Axialströmungsrotationsmaschine gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
- Die Tafel zum Erreichen von Zugang bildet auch vorzugsweise die innere Strömungswand für den Sekundärströmungsweg.
- Andere Details des Verdichterstabilitäts-Zapfsystems der vorliegenden Erfindung, welches gewartet werden kann, sind in der folgenden detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen ausgeführt, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt einen Teil eines Stahltriebwerks mit dem Verdichterzapfsystem der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Verdichterzapfsystems der vorliegenden Erfindung; -
3 ist eine Ansicht, welche das Verdichterzapfsystem der vorliegenden Erfindung in einer zum Teil offenen Position zeigt; -
4 ist eine Ansicht, welche das Verdichterzapfsystem der vorliegenden Erfindung in einer vollständig offenen Position zeigt; -
5 ist eine Seitenansicht eines Teils der Maschine von1 , welche den Aktuator für den Ventilmechanismus in dem Zapfsystem der vorliegenden Erfindung zeigt; und -
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der Maschine von1 , welche eine der Zugangstafeln im entfernten Zustand zeigt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
- Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen.
1 zeigt eine Axialströmungsrotationsmaschine, nämlich eine Gasturbinenmaschine10 . Die Gasturbinenmaschine10 hat einen Bläser12 und eine Verdichterstufe14 . Der Bläser12 bringt ein Arbeitsmedium in die Gasturbinenmaschine10 ein, die einen Primärströmungsweg16 und einen Sekundärströmungsweg18 hat. Die Maschine10 weist ferner eine Zapfpassage20 zum Abzapfen eines Teils des Arbeitsmediums von dem Primärströmungsweg16 zu dem Sekundärströmungsweg auf. Ein Zapfsystem22 ist in der Maschine10 zum Öffnen der Zapfpassage20 vorgesehen, um es dem Abzapfanteil des Arbeitsmediums zu erlauben, von dem Primärströmungsweg16 zu dem Sekundärströmungsweg18 zu strömen, und um die Zapfpassage20 geschlossen zu halten, wenn kein Arbeitsmedium zu dem Sekundärströmungsweg18 abgezapft werden soll. - Es wird nun auf die
2 bis6 Bezug genommen. Das Zapfsystem22 weist ein Zapfventil24 auf, welches durch einen Aktuator26 für eine Bewegung zwischen der in2 gezeigten geschlossenen Position, der in3 gezeigten zum Teil offenen Position und der in4 gezeigten vollständig offenen Position betätigt wird. Der Aktuator26 ist vorzugsweise ein Konstantlast-Zapfventilaktuator, der das Bedürfnis nach Einrichten und Wiedereinrichten (Einstellen und Wiedereinstellen der Aktuatorstellungsposition zum Kompensieren von Toleranzen und Mechanismusverschleiß) eliminiert. Das Zapfventil24 ist mit dem Aktuator26 durch einen Verbindungsmechanismus verbunden, der Verbindungselemente28 und einen Umlenkhebel30 aufweist. Wenn der Befehl zum Schließen des Abzapfens gegeben ist, geht das Ventil24 gegen die Zapfpassage20 in Anlage (harter Anschlag). Aus dieser geschlossenen Position werden die offene Position und die zum Teil offene Position berechnet und über eine Kontrolllogik eingestellt. - Der Verbindungsmechanismus ist mit dem Niederdruckverdichterabstützgehäuse
32 verbunden und von diesem abgestützt, welches radial innerhalb des Zapfsystems22 positioniert ist. Der Verbindungsmechanismus ist mit dem Gehäuse32 über einen Abstützhalter34 und Befestigungselemente36 und Muttern38 ver bunden. Der Abstützhalter34 und der Mechanismus28 können miteinander mit jedem geeigneten Mittel verbunden sein, die im Technikgebiet bekannt sind, wie beispielsweise Befestigungselement40 und Mutter42 . - Das Ventil
24 weist eine erste Dichtung44 , welche gegen eine erste Kontaktfläche46 der Zapfpassage20 anliegt, und eine zweite Dichtung48 auf, welche gegen eine zweite Kontaktfläche50 der Zapfpassage20 anliegt, wenn das Ventil24 in einer geschlossenen Position ist. Das Ventil24 hat außerdem Lippenfortsätze52 und54 , welche Seitenflächen der ersten und der zweiten Dichtung44 bzw.48 überdecken. Der erste Lippenfortsatz52 überdeckt die Seitenflächen der ersten Dichtung44 ausreichend, um ein Aufbiegen der ersten Dichtung44 zu vermeiden. Der zweite Lippenfortsatz54 überdeckt die Seitenoberflächen der zweiten Dichtung48 ausreichend, um ein Aufbiegen der zweiten Dichtung48 zu vermeiden. Das Verhindern eines Aufbiegens oder Aufkräuselns der Dichtungen44 und48 ist vom Standpunkt des Vermeidens einer Veränderung der Zapfströmung und der umfangsmäßigen Gleichförmigkeit während des Betriebs bei zum Teil bei offenem Ventil wichtig. Die Lippenfortsätze52 und54 verhindern, dass die Dichtungen44 und48 vollständig zusammengedrückt werden. In der Folge wirken die Dichtungen44 und48 wie „O"-Ringe zum effektiven Abdichten. - Die Kontaktflächen
56 und58 der Lippen52 bzw.54 sind oberflächengehärtet zur Verschleißbeständigkeit. Ähnlich sind die Kontaktflächen46 und50 oberflächengehärtet. Es ist auch wünschenswert, die Kontaktflächen46 und50 mit einem selbstschmierenden Material, beispielsweise TEFLON® (PTFE), zu imprägnieren, um Verschleiß der Dichtungen44 und48 zu verhindern. Ein Verfahren zum Oberflächenhärten der Oberflächen46 ,50 ,56 und58 ist in der AMS Spec. 2482A dargelegt. Unter Verwendung des dort beschriebenen Verfahrens kann eine harte TEFLON® Beschichtung oder eine gemeinsam abgeschiedene Teflon®-Aluminiumoxid-Beschichtung an den Oberflächen46 ,50 ,56 und58 gebildet werden. Alternativ kann an den Oberflächen46 ,50 ,56 und/oder58 eine gehärtete anodisierte Aluminiumoxid-Beschichtung gebildet werden. Die Dichtungen44 und48 können aus jedem im Technikgebiet bekannten geeigneten Material hergestellt sein. - Um Zugang zu dem Ventil
24 , dem Mechanismus28 , dem Umlenkhebel30 und dem Abstützhalter34 zu erhalten, ist eine entfernbare Zugangstafel60 vorgesehen. Die Zugangstafel60 kann an dem Niederdruckverdichterabstützgehäuse32 über ein oder mehrere lösbare Befestigungselemente62 befestigt sein und sie ist, wie man aus der2 erkennen kann, radial außerhalb des Zapfsystems22 angeordnet. Die Tafeln bilden auch die innere Strömungswand für den Sekundärströmungsweg. Die Zugangstafel60 hat mindestens eine Öffnung64 , vorzugsweise eine Mehrzahl von Öffnungen64 , um Abzapfen von Arbeitsmedium aus dem Primärströmungsweg zum Zuliefern zu dem Sekundärströmungsweg zu erlauben.5 und6 zeigen den Zugang zu dem Ventil24 , der Abstützstruktur34 , dem Mechanismus28 und dem Umlenkhebel30 , wenn die Tafel60 entfernt ist. - Es wird nun auf die
2 Bezug genommen. Ein Schlitz66 ist zwischen einem Hinterrand68 der Tafel60 und dem Verdichterzwischengehäuse70 gebildet. Der Schlitz66 erlaubt auch das Abzapfen von Arbeitsmedium von dem Primärströmungsweg16 zum Zuführen zu dem Sekundärströmungsweg18 . - Durch das Inkorporieren des Zapfsystems
22 und des Zapfventils24 an dem Außendurchmesser des Niederdruckverdichterabstützgehäuses32 kann die Wartung der Zapfsystembauteile und der Ventilbauteile viel einfacher ausgeführt werden. Diese Bauteile verschleißen infolge der zahlreichen Betätigungen während des Maschinenbetriebs, d. h. Öffnen und Schließen des Zapfventils24 , um die Verdichterstabilität beizubehalten. Das Zapfsystem der vorliegenden Erfindung erlaubt einen Zugang und ein Austauschen von Teilen, beispielsweise den Verbindungselementen28 , dem Umlenkhebel30 , den Abstützhaltern32 , den Dämpfern72 und der Dichtungen44 und48 , am Flügel, ohne das Triebwerk abzubauen. Zugang zu den Zapfbauteilen kann man einfach durch Entfernen einer jeden der Tafeln60 von dem hinteren Bereich des Zwischengehäuses70 erhalten. - Man erkennt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verdichterstabilitäts-Zapfsystem bereitgestellt wurde, welches gewartet werden kann, welches die Ziele, Mittel und Vorteile, die vorangehend ausgeführt wurden, erfüllt. Obwohl die vorliegende Erfindung in den Kontext von speziellen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird der Fachmann, der die vorangegangene Beschrei bung gelesen hat, andere Alternativen, Modifikationen und Variationen erkennen. Folglich sollen diese Alternativen, Modifikationen und Variationen, die in den breiten Umfang der angefügten Ansprüche fallen, mit eingeschlossen sein.
Claims (6)
- Axial-Rotationsmaschinen (
10 ), aufweisend: einen Primärströmungsweg (16 ) für ein Arbeitsmedium; einen Sekundärströmungsweg (18 ) für das Arbeitsmedium; ein Zapfsystem (22 ), um das Liefern eines Zapfanteils des Arbeitsmediums, welches in dem Primärströmungsweg (16 ) fließt, in den Sekundärströmungsweg (18 ) zu erlauben; eine Abstützstruktur (32 ) für das Zapfsystem (22 ), welche radial innerhalb des Zapfsystems (22 ) angeordnet ist; und einen Tafel (60 ) zum Erlangen von Zugang zu dem Zapfsystem (22 ), wobei die Tafel radial außerhalb des Zapfsystems (22 ) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Zugangstafel (60 ) mindestens eine Öffnung (64 ) hat, um das Liefern von mindestens etwas von dem Zapfanteil des Arbeitsmediums zu dem Sekundärströmungsweg (18 ) zu erlauben; und dass die Maschine außerdem ein Gehäuse (70 ) aufweist, welches einen von einem Hinterrand der Zugangstafel (60 ) beabstandeten Rand hat und einen Schlitz (66 ) zu dem Hinterrand der Zugangstafel (60 ) bildet, um das Liefern von mindestens etwas von dem Zapfanteil des Arbeitsmediums in den Sekundärströmungsweg (18 ) zu erlauben. - Maschine nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Zapfpassage (
20 ), die mit dem Primärströmungsweg (16 ) verbunden ist; und wobei das Zapfsystem (22 ) ein Ventil (24 ) zum Schließen der Zapfpassage (20 ) in einer ersten Position und zum Öffnen der Zapfpassage (20 ) in einer zweiten Position aufweist. - Maschine nach Anspruch 2, ferner aufweisend: das Zapfsystem (
22 ) hat einen Verbindungsmechanismus (28 ,30 ) zum Betätigen des Ventils (24 ); und einen Aktuator (26 ) zum Betreiben des Verbindungsmechanismus (28 ,30 ). - Maschine nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Zapfpassage (
20 ) eine erste Kontaktfläche (46 ) hat und das Ventil (24 ) eine erste Dichtung (44 ) aufweist, die an der ersten Kontaktfläche (46 ) ansitzt, und wobei die Zapfpassage (20 ) eine zweite Kontaktfläche (50 ) hat und das Ventil (24 ) eine zweite Dichtung (48 ) aufweist, die an der zweiten Kontaktfläche (50 ) ansitzt. - Maschine nach Anspruch 4, wobei das Ventil (
24 ) außerdem einen ersten Lippenfortsatz (52 ) hat, der die Seitenoberflächen der ersten Dichtung (44 ) ausreichend überdeckt, um ein Aufbiegen der ersten Dichtung (44 ) zu verhindern, und einen zweiten Lippenfortsatz (54 ) hat, der die Seitenoberflächen der zweiten Dichtung (48 ) ausreichend überdeckt, um ein Aufbiegen der zweiten Dichtung (48 ) zu verhindern, und wobei jede Kontaktfläche des ersten und des zweiten Lippenfortsatzes (52 ,54 ) zur Verschlussbeständigkeit oberflächengehärtet ist und wobei jede Kontaktfläche (46 ,50 ) der Passage (20 ) oberflächengehärtet ist und mit einem selbstschmierenden Material imprägniert ist. - Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Abstützstruktur ein Niederdruckverdichter-Abstützgehäuse (
32 ) aufweist und wobei die Maschine eine Gasturbinenmaschine ist.
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