DE60312630T2 - Entlüftungssystem für eine Rotationsmaschine mit axialer Strömung - Google Patents

Entlüftungssystem für eine Rotationsmaschine mit axialer Strömung Download PDF

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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 von 1, welche den Aktuator für den Ventilmechanismus in dem Zapfsystem der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der Maschine von 1, 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 Gasturbinenmaschine 10. Die Gasturbinenmaschine 10 hat einen Bläser 12 und eine Verdichterstufe 14. Der Bläser 12 bringt ein Arbeitsmedium in die Gasturbinenmaschine 10 ein, die einen Primärströmungsweg 16 und einen Sekundärströmungsweg 18 hat. Die Maschine 10 weist ferner eine Zapfpassage 20 zum Abzapfen eines Teils des Arbeitsmediums von dem Primärströmungsweg 16 zu dem Sekundärströmungsweg auf. Ein Zapfsystem 22 ist in der Maschine 10 zum Öffnen der Zapfpassage 20 vorgesehen, um es dem Abzapfanteil des Arbeitsmediums zu erlauben, von dem Primärströmungsweg 16 zu dem Sekundärströmungsweg 18 zu strömen, und um die Zapfpassage 20 geschlossen zu halten, wenn kein Arbeitsmedium zu dem Sekundärströmungsweg 18 abgezapft werden soll.
  • Es wird nun auf die 2 bis 6 Bezug genommen. Das Zapfsystem 22 weist ein Zapfventil 24 auf, welches durch einen Aktuator 26 für eine Bewegung zwischen der in 2 gezeigten geschlossenen Position, der in 3 gezeigten zum Teil offenen Position und der in 4 gezeigten vollständig offenen Position betätigt wird. Der Aktuator 26 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 Zapfventil 24 ist mit dem Aktuator 26 durch einen Verbindungsmechanismus verbunden, der Verbindungselemente 28 und einen Umlenkhebel 30 aufweist. Wenn der Befehl zum Schließen des Abzapfens gegeben ist, geht das Ventil 24 gegen die Zapfpassage 20 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 Zapfsystems 22 positioniert ist. Der Verbindungsmechanismus ist mit dem Gehäuse 32 über einen Abstützhalter 34 und Befestigungselemente 36 und Muttern 38 ver bunden. Der Abstützhalter 34 und der Mechanismus 28 können miteinander mit jedem geeigneten Mittel verbunden sein, die im Technikgebiet bekannt sind, wie beispielsweise Befestigungselement 40 und Mutter 42.
  • Das Ventil 24 weist eine erste Dichtung 44, welche gegen eine erste Kontaktfläche 46 der Zapfpassage 20 anliegt, und eine zweite Dichtung 48 auf, welche gegen eine zweite Kontaktfläche 50 der Zapfpassage 20 anliegt, wenn das Ventil 24 in einer geschlossenen Position ist. Das Ventil 24 hat außerdem Lippenfortsätze 52 und 54, welche Seitenflächen der ersten und der zweiten Dichtung 44 bzw. 48 überdecken. Der erste Lippenfortsatz 52 überdeckt die Seitenflächen der ersten Dichtung 44 ausreichend, um ein Aufbiegen der ersten Dichtung 44 zu vermeiden. Der zweite Lippenfortsatz 54 überdeckt die Seitenoberflächen der zweiten Dichtung 48 ausreichend, um ein Aufbiegen der zweiten Dichtung 48 zu vermeiden. Das Verhindern eines Aufbiegens oder Aufkräuselns der Dichtungen 44 und 48 ist vom Standpunkt des Vermeidens einer Veränderung der Zapfströmung und der umfangsmäßigen Gleichförmigkeit während des Betriebs bei zum Teil bei offenem Ventil wichtig. Die Lippenfortsätze 52 und 54 verhindern, dass die Dichtungen 44 und 48 vollständig zusammengedrückt werden. In der Folge wirken die Dichtungen 44 und 48 wie „O"-Ringe zum effektiven Abdichten.
  • Die Kontaktflächen 56 und 58 der Lippen 52 bzw. 54 sind oberflächengehärtet zur Verschleißbeständigkeit. Ähnlich sind die Kontaktflächen 46 und 50 oberflächengehärtet. Es ist auch wünschenswert, die Kontaktflächen 46 und 50 mit einem selbstschmierenden Material, beispielsweise TEFLON® (PTFE), zu imprägnieren, um Verschleiß der Dichtungen 44 und 48 zu verhindern. Ein Verfahren zum Oberflächenhärten der Oberflächen 46, 50, 56 und 58 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 Oberflächen 46, 50, 56 und 58 gebildet werden. Alternativ kann an den Oberflächen 46, 50, 56 und/oder 58 eine gehärtete anodisierte Aluminiumoxid-Beschichtung gebildet werden. Die Dichtungen 44 und 48 können aus jedem im Technikgebiet bekannten geeigneten Material hergestellt sein.
  • Um Zugang zu dem Ventil 24, dem Mechanismus 28, dem Umlenkhebel 30 und dem Abstützhalter 34 zu erhalten, ist eine entfernbare Zugangstafel 60 vorgesehen. Die Zugangstafel 60 kann an dem Niederdruckverdichterabstützgehäuse 32 über ein oder mehrere lösbare Befestigungselemente 62 befestigt sein und sie ist, wie man aus der 2 erkennen kann, radial außerhalb des Zapfsystems 22 angeordnet. Die Tafeln bilden auch die innere Strömungswand für den Sekundärströmungsweg. Die Zugangstafel 60 hat mindestens eine Öffnung 64, vorzugsweise eine Mehrzahl von Öffnungen 64, um Abzapfen von Arbeitsmedium aus dem Primärströmungsweg zum Zuliefern zu dem Sekundärströmungsweg zu erlauben. 5 und 6 zeigen den Zugang zu dem Ventil 24, der Abstützstruktur 34, dem Mechanismus 28 und dem Umlenkhebel 30, wenn die Tafel 60 entfernt ist.
  • Es wird nun auf die 2 Bezug genommen. Ein Schlitz 66 ist zwischen einem Hinterrand 68 der Tafel 60 und dem Verdichterzwischengehäuse 70 gebildet. Der Schlitz 66 erlaubt auch das Abzapfen von Arbeitsmedium von dem Primärströmungsweg 16 zum Zuführen zu dem Sekundärströmungsweg 18.
  • Durch das Inkorporieren des Zapfsystems 22 und des Zapfventils 24 an dem Außendurchmesser des Niederdruckverdichterabstützgehäuses 32 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 Zapfventils 24, um die Verdichterstabilität beizubehalten. Das Zapfsystem der vorliegenden Erfindung erlaubt einen Zugang und ein Austauschen von Teilen, beispielsweise den Verbindungselementen 28, dem Umlenkhebel 30, den Abstützhaltern 32, den Dämpfern 72 und der Dichtungen 44 und 48, am Flügel, ohne das Triebwerk abzubauen. Zugang zu den Zapfbauteilen kann man einfach durch Entfernen einer jeden der Tafeln 60 von dem hinteren Bereich des Zwischengehäuses 70 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)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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).
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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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