EP0251125A1 - Gehäusezentrierung - Google Patents

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EP0251125A1
EP0251125A1 EP87108959A EP87108959A EP0251125A1 EP 0251125 A1 EP0251125 A1 EP 0251125A1 EP 87108959 A EP87108959 A EP 87108959A EP 87108959 A EP87108959 A EP 87108959A EP 0251125 A1 EP0251125 A1 EP 0251125A1
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housing
centering
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bearing
casing
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • F01D25/162—Bearing supports
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246—Fastening of diaphragms or stator-rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/60—Assembly methods
    • F05D2230/64—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins
    • F05D2230/642—Assembly methods using positioning or alignment devices for aligning or centring, e.g. pins using maintaining alignment while permitting differential dilatation

Definitions

  • the invention relates to a housing for a gas turbine according to the preamble of claim 1.
  • a housing for a gas turbine is known, the housing being separable in the region of an impeller which is arranged on a shaft.
  • the compressor housing is centered on the bearing carrier housing via a projection which interacts with a machined surface of the bearing carrier housing. The centering extends over the entire circumference of the turbine housing.
  • the shaft carrying the impeller is mounted in a bearing body which is connected to the bearing carrier housing by means of ribs. Furthermore, channels are arranged in the ribs, which carry cooling and sealing air as well as lubricating oil, which is led to the bearing units.
  • the fins directly adjoin the combustion chambers of the gas turbine.
  • the ribs are exposed to high temperature differences and therefore expand differently or faster than the inner and outer annular housing parts.
  • the inner parts of the housing are usually cooler than the outer parts, through which compressor air or hot gas flow. Due to these different tem Temperatures occur in the ribs and in the ring-shaped housing parts, which lead to plastic deformations. This is particularly the case if the compressor housing and the bearing carrier housing are made from materials with different thermal expansions.
  • the object of the invention is to provide a centering of a bearing support housing in relation to a compressor housing or turbine housing in a gas turbine in such a way that the thermal stresses caused by temperature influences during operation of the gas turbine and the mechanical deformations resulting therefrom have no adverse effect on the centering.
  • the interruption of the centering extends in a range from half to a full width of the ribs on both sides of the ribs opening into the outer jacket on the peripheral region of the housing.
  • Such a centering interruption dimensioned is large enough to allow the stresses or deformations to subside.
  • the depth of the centering interruption is dimensioned so that the two housing parts do not touch each other at the maximum deformations in the region of the centering interruption.
  • the centering is interrupted on the surface of the outer jacket of the compressor housing or of the turbine housing that has been machined for centering.
  • the centering is interrupted on the machined surface of the outer ring of the bearing support housing.
  • the interruption of the centering will be arranged in the housing part, in which it can be attached more advantageously, for example for processing reasons. In certain applications it can also be advantageous to interrupt the centering in both housing parts at the same time.
  • the parting line between the compressor or turbine housing and the bearing support housing is arranged in a region of the ribs which open into the outer jacket of the bearing support housing and which is axially up to a rib thickness away from the junction point of the ribs.
  • the housing part of a gas turbine 1 shown in FIG. 1 shows the connection between the compressor housing 2 and the bearing carrier housing 3.
  • the compressor housing 2 and the bearing carrier housing 3 enclose an impeller 4 in a cylindrical shape, which is arranged on a shaft 5 indicated by its center line.
  • a large number of blades 6 are fastened on the impeller 4.
  • the incoming air flow is conveyed from the blades 6 into a radial diffuser 7, from which the air flow essentially passes through a is deflected by 90 ° angled annular channel 8 in the axial direction and is guided through channels 9 in the bearing bracket housing 3 into the combustion chamber 10, which is only indicated.
  • the impeller 4 is rotatably supported together with the shaft 5 via a bearing unit 11 in the bearing body 12 of the bearing carrier housing 3.
  • the bearing unit 11 is supplied with lubricating oil via supply channels 13, which lead in ribs 14 to the outer jacket 15 of the bearing carrier housing 3.
  • the outer casing 15 of the bearing support housing 3 is essentially aligned with an outer ring 16 of the compressor housing 2.
  • holes 17 are machined in alignment, through which screws 18 are made.
  • the compressor housing 2 and the bearing carrier housing 3 are clamped together by means of the screws 18.
  • a projection 19 is attached on the outer casing 15 of the bearing support housing 3, which a projection 19 is attached in the area of the bores 17, which cooperates with a corresponding recess in the outer ring 16 of the compressor housing 2.
  • the shoulder 20 thus formed between the outer casing 15 and the outer ring 16 forms the centering for the two housing parts 2 and 3.
  • the centering of the two housing parts 2 and 3 is interrupted and the two housing parts 2 and 3 radially enclose a gap 21 indicated by arrows.
  • the area of the bearing bracket housing 3 shown in FIG. 2 essentially shows the components already described for FIG. 1.
  • the attached to the outer jacket 15 before jump 19 with its inner diameter 22 forms the centering diameter of the centering which cooperates with the outer ring 16 of the compressor housing 2.
  • the inner diameter 22 of the projection 19 is enlarged to the diameter 23 in the region of the ribs opening into the outer jacket 15.
  • the area of the enlarged diameter 23 extends approximately one rib width on both sides of the ribs 14 opening into the outer jacket 15. This results in the gap 21 shown in FIG. 1 when the two housings 2 and 3 are assembled.

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Abstract

Es wird eine Gehäusezentrierung für eine Gasturbine (1) vorgestellt, wobei die Zentrierung in dem Bereich von in den Außenmantel (15) des Lagerträgergehäuses (3) einmündenden Rippen (14) unterbrochen ist. Dadurch wird erreicht, daß die beim Betrieb auftetenden und durch die unterschiedlichen Temperaturen versursachten Dehnungen keine nachteiligen Beeinflussungen der Zentriervorrichtung bewirken können (Fig. 1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Gasturbine ge­mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus der DE-PS 27 41 063 ist ein Gehäuse für eine Gastur­bine bekannt, wobei das Gehäuse im Bereich eines Lauf­rades, das auf einer Welle angeordnet ist, teilbar ist. Dabei ist das Verdichtergehäuse über einen mit einer bear­beiteten Fläche des Lagerträgergehäuses zusammenwirkenden Vorsprung zu dem Lagerträgergehäuse zentriert. Die Zen­trierung erstreckt sich über den gesamten Umfang des Tur­binengehäuses. Die das Laufrad tragende Welle ist in einem Lagerkörper gelagert, der über Rippen mit dem Lagerträger­gehäuse verbunden ist. Weiterhin sind in den Rippen Kanäle angeordnet, die Kühl- und Sperrluft sowie Schmieröl führen, welche zu den Lagereinheiten geleitet wird. Zudem grenzen die Rippen direkt an die Brennkammern der Gastur­bine. Dadurch werden die Rippen hohen Temperaturunter­schieden ausgesetzt und dehnen sich daher anders bzw. schneller als die inneren und äußeren ringförmigen Ge­häuseteile aus. Dabei sind die inneren Gehäuseteile meist kühler als die äußeren, die von Verdichterluft oder Heiß­gas durchströmt werden. Durch diese unterschiedlichen Tem­ peraturen treten in den Rippen und in den ringförmigen Ge­häuseteilen Wärmespannungen auf, die zu plastischen Ver­formungen führen. Dies ist in verstärktem Maße der Fall, wenn das Verdichtergehäuse und das Lagerträgergehäuse aus Materialien unterschiedlicher Wärmedehnung hergestellt sind.
  • Diese plastischen Verformungen führen dazu, daß die Ver­dichter- oder Turbinenrotoren sich exzentrisch verlagern und an Labyrinthen und Schaufeln anstreifen können. Auch treten größere Probleme bei einer Montage der Gehäuseteile nach einer Überholung oder Reparatur auf. Da die Zen­trierungen durch die thermischen Einflüsse unrund verformt sind, ist eine Montage ohne Nacharbeit nicht möglich. Durch plastische Verformung tritt zudem in vielen Fällen ein gegenüber den Sollwerten größeres Spiel an den Zen­trierungen auf, so daß eine zentrische Montage der Ge­häuseteile zueinander nicht mehr möglich ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Gasturbine eine Zentrierung von einem Lagerträgergehäuse gegenüber einem Verdichtergehäuse oder Turbinengehäuse so auszubilden, daß die beim Betrieb der Gasturbine durch Temperatureinflüsse hervorgerufenen thermischen Spannungen und daraus resul­tierenden mechanischen Verformungen ohne nachteiligen Ein­fluß auf die Zentrierung sind.
  • Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, daß die Zentrierung des Lagerträgergehäuses gegenüber dem Verdichtergehäuse oder Turbinengehäuse im Bereich der in einen Außenmantel des Lagerträgergehäuses einmündenden Rippen unterbrochen ist, können sich die Rippen in diesem Bereich verlängern oder verkürzen ohne daß die Rippen sich, den Außenmantel oder die Gehäuse als solches bleibend plastisch verformen. Da­mit wird im Betrieb vermieden, daß eine Exzentrität der Gehäuse zueinander und damit ein Anstreifen von Rotoren auftritt. Da sich darüber hinaus die Rippen bzw. die Ge­häuseteile durch die als Dehnfuge wirkenden Zentrierungs­unterbrechungen nicht bleibend plastisch verformen, treten bei Reparatur- bzw. Überholungs- Montagen der Gasturbine keine Zentrierprobleme auf.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung er­streckt sich die Unterbrechung der Zentrierung in einem Bereich von einer halben bis zu einer ganzen Rippenbreite beidseits der in den Außenmantel einmündenden Rippen auf dem Umfangsbereich des Gehäuses. Eine derartig bemessene Zentrierungsunterbrechung ist genügend groß, um die auf­tretenden Spannungen bzw. Verformungen abklingen zu las­sen. Die Tiefe der Zentrierungsunterbrechung ist im übri­gen so bemessen, daß die beiden Gehäuseteile sich bei den maximal auftretenden Verformungen im Bereich der Zentrie­rungsunterbrechung nicht berühren.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Unter­brechung der Zentrierung an der zur Zentrierung bear­beiteten Fläche des Außenmantels des Verdichtergehäuses oder des Turbinengehäuses vorgenommen. In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, die Unterbrechung der Zentrierung an der bearbeiteten Fläche des Außenringes des Lagerträgergehäuses vorzunehmen. Dabei wird die Unter­brechung der Zentrierung in dem Gehäuseteil angeordnet werden, in dem sie beispielsweise aus bearbeitungs­technischen Gründen vorteilhafter anzubringen ist. In be­stimmten Anwendungsfällen kann es auch vorteilhaft sein, gleichzeitig in beiden Gehäuseteilen eine Unterbrechung der Zentrierung vorzunehmen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Trennfuge zwischen dem Verdichter- bzw. Turbinengehäuse und dem Lagerträgergehäuse in einem Bereich der in den Außenmantel des Lagerträgergehäuses einmündenden Rippen angeordnet, der bis zu einer Rippendicke axial von der Einmündungs­stelle der Rippen entfernt ist. Dadurch werden die Tot­räume zwischen dem Verdichter- bzw. Turbinengehäuse und dem Lagerträgergehäuse weitgehend minimiert, wodurch die an die Rippen angrenzende Brennkammer der Gasturbine größer dimensioniert werden kann oder die Gasturbine ins­gesamt entsprechend kompakter gebaut werden kann.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel der Er­findung beschrieben ist. Es zeigen:
    • Fig 1 einen Gasturbinenausschnitt im Bereich des Ver­dichtergehäuses und des Lagerträgergehäuses,
    • Fig. 2 einen Ausschnitt der axialen Draufsicht auf ein nicht montiertes Lagerträgergehäuse.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Gehäuseteil einer Gasturbine 1 zeigt die Verbindung von dem Verdichtergehäuse 2 und dem Lagerträgergehäuse 3. Das Verdichtergehäuse 2 und das Lagerträgergehäuse 3 umschließen zylinderförmig ein Lauf­rad 4, das auf einer durch deren Mittellinie angedeuteten Welle 5 angeordnet ist. Auf dem Laufrad 4 sind eine Viel­zahl von Schaufeln 6 befestigt. Von den Schaufeln 6 wird der eintretende Luftstrom in einen Radialdiffusor 7 ge­fördert, aus dem der Luftstrom über einen im wesentlichen um 90° abgewinkelten Ringkanal 8 in axialer Richtung umge­lenkt wird und durch Kanäle 9 in dem Lagerträgergehäuse 3 in die nur andeutungsweise dargestellte Brennkammer 10 ge­leitet wird. Das Laufrad 4 ist zusammen mit der Welle 5 über eine Lagereinheit 11 in dem Lagerkörper 12 des Lager­trägergehäuses 3 drehbar abgestützt. Die Lagereinheit 11 wird über Versorgungskanäle 13, die in Rippen 14 zu dem Außenmantel 15 des Lagerträgergehäuses 3 führen, mit Schmieröl versorgt.
  • Der Außenmantel 15 des Lagerträgergehäuses 3 fluchtet im wesentlichen mit einem Außenring 16 des Verdichtergehäuses 2. In den Außenmantel 15 und den Außenring 16 sind mit­einander fluchtende Bohrungen 17 eingearbeitet, durch die Schrauben 18 durchgeführt werden. Mittels der Schrauben 18 werden Verdichtergehäuse 2 und Lagerträgergehäuse 3 mit­einander verspannt. An den Außenmantel 15 des Lagerträger­gehäuses 3 ist im Bereich der Bohrungen 17 ein Vorsprung 19 angesetzt, der mit eine entsprechenden Ausnehmung in dem Außenring 16 des Verdichtergehäuses 2 zusammenwirkt. Der so zwischen dem Außenmantel 15 und Außenring 16 ge­bildete Absatz 20, bildet die Zentrierung für die beiden Gehäuseteile 2 und 3.
  • In dem in Fig. 1 dargestellten Bereich des Absatzes 20 ist die Zentrierung der beiden Gehäuseteile 2 und 3 unter­brochen und die beiden Gehäuseteile 2 und 3 schließen ra­dial zueinander einen durch Pfeile gekennzeichneten Spalt 21 ein.
  • Der in Fig. 2 dargestellte Bereich des Lagerträgergehäuses 3 zeigt im wesentlichen die schon zu Fig. 1 beschriebenen Bestandteile. Der an den Außenmantel 15 angesetzte Vor­ sprung 19 bildet mit seinem Innendurchmesser 22 den Zen­trierdurchmesser der mit dem Außenring 16 des Verdichter­gehäuses 2 zusammenwirkenden Zentrierung. Der Innendurch­messer 22 des Vorsprungs 19 ist im Bereich der in den Außenmantel 15 einmündenden Rippen auf den Durchmesser 23 vergrößert. Der Bereich des vergrößerten Durchmessers 23 erstreckt sich etwa eine Rippenbreite beidseits der in den Außenmantel 15 einmündenden Rippen 14. Somit ergibt sich beim Zusammenbau der beiden Gehäuse 2 und 3 der in Fig. 1 dargestellte Spalt 21.

Claims (5)

1. Gehäuse für eine Gasturbine (1), wobei das Gehäuse zumindest ein auf einer Welle (5) angeordnetes Laufrad (4) zylinderförmig umschließt und die Welle (5) gegenüber dem Gehäuse mittels zumindest einer Lagereinheit (11) abge­stützt ist, wobei das Gehäuse im Bereich des Laufrades (4) in ein Verdichtergehäuse (2) und ein Lagerträgergehäuse (3), das aus einem über Rippen (14) miteinander verbunden­den Außenring (16) und einem Lagerkörper (12) besteht, teilbar ist und wobei das Lagerträgergehäuse (3) im Be­reich des Außenmantels (15) gegenüber dem Verdichterge­häuse (2) zentriert ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrierung im Bereich der in den Außmantel (15) einmündenden Rippen (14) unter­brochen ist.
2. Gehäuse für eine Gasturbine (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Zen­trierung sich in einem Bereich von einer halben bis zu einer vollen Rippenbreite beidseits der in den Außenmantel (15) einmündenden Rippen (14) auf dem Umfangbereich des Gehäuses erstreckt.
3. Gehäuse für eine Gasturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Zen­trierung in einem Außenring (16) des Verdichtergehäuses (2) angeordnet ist.
4. Gehäuse für einen Gasturbine (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechung der Zen­trierung in dem Außenmantel (15) des Lagerträgergehäuses (3) angeordnet ist.
5. Gehäuse für eine Gasturbine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfuge zwischen dem Außenmantel (15) und dem Außenring (16) im Bereich von bis zu einer Rippendicke axial von dem Rippen (14) entfernt angeordnet ist.
EP87108959A 1986-06-24 1987-06-23 Gehäusezentrierung Expired EP0251125B1 (de)

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EP0251125A1 true EP0251125A1 (de) 1988-01-07
EP0251125B1 EP0251125B1 (de) 1989-03-15

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