EP1006264A2 - Coolable shroud for a turbomachine - Google Patents
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- EP1006264A2 EP1006264A2 EP99811095A EP99811095A EP1006264A2 EP 1006264 A2 EP1006264 A2 EP 1006264A2 EP 99811095 A EP99811095 A EP 99811095A EP 99811095 A EP99811095 A EP 99811095A EP 1006264 A2 EP1006264 A2 EP 1006264A2
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- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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- F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05D2260/201—Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
Definitions
- the invention relates to a coolable jacket of a gas turbine or the like according to the preamble of claim 1.
- EP 0 516 322 B1 is a coolable jacket known for a gas turbine.
- the jacket is made up of several arcuate jacket segments formed that adjoining one another in the circumferential direction is a jacket ring form, which surrounds an impeller of a high-pressure turbine stage.
- An annular jacket cooling chamber is located on the side of the jacket segments facing away from the impeller provided, which is located in the radial direction between the shell segments and arcuate guide segments extends.
- the leading segments are out Shaped sheet metal sections, which are provided with a plurality of through openings are.
- the carrier also has an air supply duct which opens into the air duct chamber.
- Cooling air is fed into the air supply duct to cool the jacket. From there it passes through the through holes, creating high-speed air jets train that is substantially perpendicular to the Impact the back of the jacket segments. After the impact, they are redirected and there is a cross flow in the jacket cooling chamber.
- the high cooling effect that can be achieved with this device is based in particular on the combination of impingement and convection cooling.
- To the particularly cheap To make optimal use of the heat transfer of the impingement cooling it is particularly important to achieve the highest possible speed of the cooling air jets emerging through the through openings.
- the basic prerequisite for this is the setting of the highest possible pressure difference between the air duct chamber and the jacket cooling chamber.
- the invention tries to avoid the disadvantages described. You are the Based on the task of specifying a coolable jacket of the type mentioned at the outset, which is constructed in a structurally simple manner without a serious loss in cooling effectiveness is, which both the manufacturing and the repair and Have maintenance costs reduced. In addition, the mechanical loads reduced and thus in the described transient processes an increased lifespan can be achieved.
- this is achieved in that with a coolable jacket according to the preamble of claim 1, the guide segments loose and with a radial Play are stored.
- This type of storage means that there are relative movements between the carrier or carrier segment and the jacket segments possible.
- the radial play is dimensioned so that a largely unimpeded relative movement is also possible for the most unfavorable transient operating state. This occurs during the run-up phase, when the leading segments are exposed to cooling air be, which has a comparatively high temperature, whereby the carrier is still comparatively cold.
- a particularly simple structural design can be realized if the guide segments are loosely guided between the carrier and spacers, the spacers protruding in the radial direction on the back of the Sheath segments are attached.
- the cooling air flow hitting the leading segments presses them against the spacers, creating a fixed predetermined distance observed between the guide segments and the back of the jacket segments becomes.
- the jacket cooling chamber is thus fixed in the radial direction, whose radial extension corresponds to the height of the spacers.
- the comparative high pressure, under which the cooling air is supplied ensures that the Guiding segments against cool air during the duration of the exposure the spacers are held down.
- Ribs which are continuous, have proven particularly useful as spacers Allow support of the leading segments along a continuous line.
- point support elements such as pins or bumps are suitable in a cylindrical or conical configuration, their arrangement is in principle arbitrary and thereby an even better equalization of the Allow cooling effect.
- a particularly secure storage of the guide segments can then be achieved if these are provided with at least two radial webs that have a small engage axial play in corresponding guide grooves of the carrier.
- the on the one hand, slight play allows the guide segments to move radially, on the other hand, minimizes the leakage losses due to the flow around the guide segments even with a comparatively high overpressure of the cooling air supply.
- the design of the guide segments with a U-shaped is particularly favorable Cross-sectional profile that is particularly easy to manufacture.
- a chipless Forming process can be formed laterally legs, which as in Crosspieces running through the circumferential direction ensure the exact guidance of the respective guide segment to ensure.
- the guide segments are preferably arranged to overlap in the circumferential direction. This creates a continuous, uninterrupted separating surface in the circumferential direction between the jacket cooling chamber and the air supply duct, so that Leakage losses at the transition points of two adjacent ones Leading segments are further minimized.
- An increased number of through holes can be provided in the overlap area be to the formation of cooling air jets in this area too to provide sufficient quantity. This takes the effect into account that the relative assignment is borne by the loose storage of the individual leading segments can vary in the circumferential direction, associated with the risk that in Overlap area too few through holes of two overlapping guide segments to be brought to cover.
- flange sections In the contact area between the jacket segment and the carrier are in the circumferential direction extending flange sections are provided, so that jacket segment and Carrier by means of brackets, which are the adjacent flange sections reach around, are releasably connected.
- the retaining clips press the jacket segments and carrier firmly against one another so that Leakage losses due to cooling air escaping between the two components largely is prevented.
- the retaining clips allow a simple one Disconnect and restore the connection, so that not only the assembly of the Coat, but also to a special extent the repair by exchanging individual Elements is greatly simplified.
- an embodiment of the invention is based on a coolable Sheath of the first impeller of a high-pressure turbine stage shown.
- FIG. 1 It is a section of the first high-pressure turbine stage a gas turbine consisting of an impeller 110 and a stator 120 shown.
- the impeller 110 is in the radial direction from a jacket ring surrounded by several, in the circumferential direction strung together jacket segments 10 is constructed.
- Each jacket segment 10 is assigned to a carrier segment 20, which in is not shown in detail on a housing 100 is fixed.
- the support segment 20 is in a substantially radial direction from an air supply duct 26 penetrates through the cooling air from a not shown Cooling air supply is supplied.
- Cooling air supply is supplied.
- the air supply duct 26 opens into a continuous recess 24 in the circumferential direction, which is part of an air duct chamber 25.
- the air guide chamber 25 becomes radial limited on the inside by a guide segment 30.
- the leading segment 30 has a U-shaped basic shape with two webs 32, which designed in corresponding Engage guide grooves 22 of the carrier segment 20.
- the guide segment 30 is supported on two ribs Spacers 12, which run in the circumferential direction and in the radial Direction protruding on the back of the shell segment 10 are attached.
- a jacket cooling chamber 15 arises in the radial direction between the shell segment 10 and the Guide segment 30 a jacket cooling chamber 15.
- the guide segments 30 have a large number through openings 34 which provide a fluid connection between represent the air guide chamber 25 and the jacket cooling chamber 15 and the Training of cooling air jets serve.
- the carrier segment 20 and the jacket segment 10 have flange sections 28 or 18, which are surrounded by retaining clips 80 and thus that Connect the carrier segment 20 and the jacket segment 10 to one another.
- the retaining clips 80 have an approximately U-shaped cross-sectional profile with two axial webs 89, which in corresponding axial grooves 29, 19 of the support segment 20th or the shell segment 10 engage. This creates an axial aligned transition from the carrier segment 20 to the jacket segment 10.
- Sealing elements 90 are in corner areas between the retaining clips 80 on the one hand and the flange portions 28 of the support segment 20 and Flange sections 18 of the shell segment 10, on the other hand, used to form a largely pressure-tight seal between the air-guiding areas, in particular the jacket cooling chamber 15 and the air duct chamber 25 and the surrounding area.
- the guide segments 30 are for forming in the circumferential direction continuous air-guiding channels overlapping.
- two abutting guide segments 30 are arranged such that there is an overlap area 38.
- the leading segments are 30 each shaped at one end so that it fits into the adjacent one Guide segment 30 can be inserted.
- the outer contour gives way slightly backwards, so that a kind Leadership results.
- the cooling air supplied via the air duct 26 acts on the guide segment 30 and presses it radially inward against the ribs 12 of the Sheath segment 10.
- a permanent pressure supply creates a pressure difference maintained between the air guide chamber 25 and the jacket cooling chamber 15, so that the guide segment 30 is securely fixed during operation.
- the maintenance of the pressure difference is required in order to to achieve the desired impingement cooling by cooling air jets, which are caused by the Through openings 34 are generated.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen kühlbaren Mantel einer Gasturbine oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a coolable jacket of a gas turbine or the like according to the preamble of claim 1.
Aus der EP 0 516 322 B1, von der die Erfindung ausgeht, ist ein kühlbarer Mantel
für eine Gasturbine bekannt. Der Mantel wird durch mehrere bogenförmige Mantelsegmente
gebildet, die in Umfangsrichtung aneinandergrenzend einen Mantelring
bilden, der ein Laufrad einer Hochdruckturbinenstufe umgibt. Zur Kühlung der
dem Laufrad abgewandten Seite der Mantelsegmente ist eine ringförmige Mantelkühlkammer
vorgesehen, die sich in radialer Richtung zwischen den Mantelsegmenten
und bogenförmigen Leitsegmenten erstreckt. Die Leitsegmente sind aus
Blechabschnitten geformt, die mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen versehen
sind. Ferner ist eine Luftführungskammer vorhanden, die sich in radialer Richtung
zwischen den Leitsegmenten und einem gehäuseseitigen Träger bzw. Trägersegment
erstreckt. Der Träger weist ferner einen Luftzuführungskanal auf, der
in die Luftführungskammer mündet.
Zur Kühlung des Mantels wird Kühlluft in den Luftzuführungskanal eingespeist. Von dort tritt sie durch die Durchgangsöffnungen hindurch, wobei sich Hochgeschwindigkeits-Luftstrahlen ausbilden, die im Wesentlichen senkrecht auf die Rückseite der Mantelsegmente aufprallen. Nach dem Aufprall werden sie umgelenkt und es stellt sich eine Querströmung in der Mantelkühlkammer ein.Cooling air is fed into the air supply duct to cool the jacket. From there it passes through the through holes, creating high-speed air jets train that is substantially perpendicular to the Impact the back of the jacket segments. After the impact, they are redirected and there is a cross flow in the jacket cooling chamber.
Die mit dieser Einrichtung erzielbare hohe Kühlwirkung beruht insbesondere auf der Kombination von Prall- und Konvektionskühlung. Um den besonders günstigen Wärmeübergang der sich einstellenden Prallkühlung optimal zu nutzen, kommt es im besonderen Maße darauf an, eine möglichst hohe Geschwindigkeit der durch die Durchgangsöffnungen austretenden Kühlluftstrahlen zu realisieren. Grundvoraussetzung hierfür ist die Einstellung einer möglichst hohen Druckdifferenz zwischen der Luftführungskammer und der Mantelkühlkammer. The high cooling effect that can be achieved with this device is based in particular on the combination of impingement and convection cooling. To the particularly cheap To make optimal use of the heat transfer of the impingement cooling it is particularly important to achieve the highest possible speed of the cooling air jets emerging through the through openings. The basic prerequisite for this is the setting of the highest possible pressure difference between the air duct chamber and the jacket cooling chamber.
Problematisch ist in diesem Zusammenhang der Leckverlust, der sich durch Seitenumströmungen der Leitsegmente ergibt. Zur Vermeidung solcher Leckagen sind deshalb die einzelnen Leitsegmente mit dem Träger vollständig und umlaufend verlötet. Der hierfür erforderliche Aufwand ist enorm und führt deshalb zu hohen Herstellkosten. Darüberhinaus ist diese Konzeption auch deshalb problematisch, weil derartige Mantelsegmente speziell bei modernen Gasturbinen mit extrem hohen Turbineneintrittstemperaturen stark beschädigungsgefährdet sind. Im Falle eines notwendigen Austausches oder einer Reparatur der Leitsegmente fallen überproportional hohe Kosten an, die unter anderem auf die damit verbundenen Lötarbeiten zurückzuführen sind.The problem in this context is the leakage loss caused by the flow around the sides of the leading segments. To avoid such leaks the individual leading segments with the carrier are therefore complete and encircling soldered. The effort required for this is enormous and therefore leads to high costs Manufacturing costs. Furthermore, this concept is also problematic because such jacket segments, especially in modern gas turbines with extreme high turbine inlet temperatures are at risk of damage. in the In the event of a necessary exchange or repair of the leading segments disproportionately high costs, among other things on the associated Soldering work.
Auch ist diese Art der Anbindung der Leitsegmente an den Träger bei instationären Vorgängen, wie beispielsweise beim Hochfahren der Gasturbine oder bei Lastwechseln, problematisch, da bei diesen Betriebszuständen hohe Temparaturgradienten innerhalb der Bauteile und Baugruppen auftreten und zu hohen mechanischen Spannungen führen können. Besonders gefährdet ist hierbei die Lötverbindung zwischen den Leitsegmenten und dem Träger.This type of connection of the leading segments to the carrier is also with transient ones Operations, such as when starting up the gas turbine or at Load changes, problematic because of the high temperature gradients in these operating conditions occur within the components and assemblies and too high mechanical Can cause tension. The solder connection is particularly at risk between the lead segments and the beam.
Die Erfindung versucht, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen kühlbaren Mantel der eingangs genannten Art anzugeben, der ohne gravierende Einbuße an Kühleffektivität konstruktiv einfach aufgebaut ist, wodurch sich sowohl die Herstellungs- als auch die Reparatur- und Wartungskosten reduzieren lassen. Darüber hinaus sollen die mechanischen Belastungen bei den beschriebenen instationären Vorgängen verringert und somit eine erhöhte Lebensdauer erzielt werden.The invention tries to avoid the disadvantages described. You are the Based on the task of specifying a coolable jacket of the type mentioned at the outset, which is constructed in a structurally simple manner without a serious loss in cooling effectiveness is, which both the manufacturing and the repair and Have maintenance costs reduced. In addition, the mechanical loads reduced and thus in the described transient processes an increased lifespan can be achieved.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass bei einem kühlbaren Mantel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Leitsegmente lose und mit radialem Spiel gelagert sind. Durch diese Art der Lagerung sind Relativbewegungen zwischen dem Träger bzw. Trägersegment und den Mantelsegmenten möglich. Das radiale Spiel ist so bemessen, dass eine weitgehend ungehinderte Relativbewegung auch für den ungünstigsten instationären Betriebszustand möglich ist. Dieser tritt während der Hochlaufphase auf, bei der die Leitsegmente mit Kühlluft beaufschlagt werden, die eine vergleichsweise hohe Temperatur besitzt, wodurch hingegen der Träger noch vergleichsweise kalt ist.According to the invention this is achieved in that with a coolable jacket according to the preamble of claim 1, the guide segments loose and with a radial Play are stored. This type of storage means that there are relative movements between the carrier or carrier segment and the jacket segments possible. The radial play is dimensioned so that a largely unimpeded relative movement is also possible for the most unfavorable transient operating state. This occurs during the run-up phase, when the leading segments are exposed to cooling air be, which has a comparatively high temperature, whereby the carrier is still comparatively cold.
Ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau lässt sich dann realisieren, wenn die Leitsegmente lose zwischen dem Träger und Abstandshaltern geführt sind, wobei die Abstandshalter in radialer Richtung abstehend an der Rückseite der Mantelsegmente angebracht sind. Der auf die Leitsegmente auftreffende Kühlluftstrom drückt diese gegen die Abstandshalter, wodurch ein fest vorgegebener Abstand zwischen den Leitsegmenten und der Rückseite der Mantelsegmente eingehalten wird. Damit ist in radialer Richtung die Mantelkühlkammer festgelegt, deren radiale Erstreckung der Höhe der Abstandshalter entspricht. Der vergleichsweise hohe Druck, unter dem die Kühlluft zugeführt wird, sorgt dafür, dass die Leitsegmente während der Dauer der Beaufschlagung mit Kühlluft sicher gegen die Abstandshalter gedrückt gehalten sind.A particularly simple structural design can be realized if the guide segments are loosely guided between the carrier and spacers, the spacers protruding in the radial direction on the back of the Sheath segments are attached. The cooling air flow hitting the leading segments presses them against the spacers, creating a fixed predetermined distance observed between the guide segments and the back of the jacket segments becomes. The jacket cooling chamber is thus fixed in the radial direction, whose radial extension corresponds to the height of the spacers. The comparative high pressure, under which the cooling air is supplied, ensures that the Guiding segments against cool air during the duration of the exposure the spacers are held down.
Als Abstandshalter haben sich besonders Rippen bewährt, die eine durchgehende Unterstützung der Leitsegmente längs einer durchgehenden Linie erlauben. Ebenso eignen sich punktuelle Stützelemente, wie beispielsweise Pins oder Erhebungen in zylindrischer beziehungsweise kegeliger Ausgestaltung, deren Anordnung prinzipiell beliebig ist und dadurch eine noch bessere Vergleichmäßigung der Kühlwirkung zulassen.Ribs, which are continuous, have proven particularly useful as spacers Allow support of the leading segments along a continuous line. As well point support elements such as pins or bumps are suitable in a cylindrical or conical configuration, their arrangement is in principle arbitrary and thereby an even better equalization of the Allow cooling effect.
Eine besonders sichere Lagerung der Leitsegmente lässt sich dann erreichen, wenn diese mit zumindest zwei radialen Stegen versehen sind, die mit geringem axialem Spiel in korrespondierende Führungsnuten des Trägers eingreifen. Das geringe Spiel erlaubt einerseits die radiale Verschiebebewegung der Leitsegmente, minimiert andererseits die Leckverluste infolge seitlichen Umströmens der Leitsegmente auch bei vergleichsweise hohem Überdruck der Kühlluftzufuhr.A particularly secure storage of the guide segments can then be achieved if these are provided with at least two radial webs that have a small engage axial play in corresponding guide grooves of the carrier. The on the one hand, slight play allows the guide segments to move radially, on the other hand, minimizes the leakage losses due to the flow around the guide segments even with a comparatively high overpressure of the cooling air supply.
Besonders günstig ist die Ausgestaltung der Leitsegmente mit einem U-förmigen Querschnittsprofil, das sich besonders einfach herstellen lässt. Durch einen spanlosen Umformvorgang können jeweils seitlich Schenkel gebildet werden, die als in Umfangsrichtung durchlaufende Stege die exakte Führung des jeweiligen Leitsegmentes sicherstellen. The design of the guide segments with a U-shaped is particularly favorable Cross-sectional profile that is particularly easy to manufacture. By a chipless Forming process can be formed laterally legs, which as in Crosspieces running through the circumferential direction ensure the exact guidance of the respective guide segment to ensure.
Bevorzugt sind die Leitsegmente in Umfangsrichtung überlappend angeordnet. Damit entsteht in Umfangsrichtung eine durchgängige, nicht unterbrochene Trennfläche zwischen der Mantelkühlkammer und dem Luftzuführungskanal, so dass Leckverluste an den Übergangsstellen von jeweils zwei benachbart angeordneten Leitsegmenten weiter minimiert werden.The guide segments are preferably arranged to overlap in the circumferential direction. This creates a continuous, uninterrupted separating surface in the circumferential direction between the jacket cooling chamber and the air supply duct, so that Leakage losses at the transition points of two adjacent ones Leading segments are further minimized.
Im Überlappungsbereich kann eine erhöhte Zahl von Durchgangsbohrungen vorgesehen sein, um auch in diesem Bereich die Ausbildung von Kühlluftstrahlen in ausreichender Menge zur Verfügung zu stellen. Damit wird dem Effekt Rechnung getragen, dass durch das lose Lagern der einzelnen Leitsegmente die relative Zuordnung in Umfangsrichtung variieren kann, verbunden mit der Gefahr, dass im Überlappungsbereich zu wenig Durchgangsbohrungen zweier überlappender Leitsegmente zur Deckung gebracht werden.An increased number of through holes can be provided in the overlap area be to the formation of cooling air jets in this area too to provide sufficient quantity. This takes the effect into account that the relative assignment is borne by the loose storage of the individual leading segments can vary in the circumferential direction, associated with the risk that in Overlap area too few through holes of two overlapping guide segments to be brought to cover.
Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle einer erhöhten Zahl von Durchgangsbohrungen im Überlappungsbereich bei jeweils einem der beiden Leitsegmente Durchgangsöffnungen mit vergrößertem Querschnitt in Umfangsrichtung vorzusehen, so dass unabhängig von der augenblicklich eingenommenen Rela tivlage zweier benachbarter Leitsegmente die Durchgangsbohrungen freibleiben.Of course, it is also possible instead of an increased number of through holes in the overlap area for each of the two leading segments Through openings with an enlarged cross-section in the circumferential direction to be provided so that regardless of the currently taken Rela tivlage of two adjacent guide segments, the through holes remain free.
Im Kontaktbereich jeweils zwischen Mantelsegment und Träger sind in Umfangsrichtung verlaufende Flanschabschnitte vorgesehen, so dass Mantelsegment und Träger mittels Halteklammern, die die jeweils aneinandergrenzenden Flanschabschnitte umgreifen, miteinander lösbar verbunden sind. Die Halteklammern pressen einerseits die Mantelsegmente und Träger fest aneinander, so dass Leckverluste durch zwischen den beiden Bauteilen austretende Kühlluft weitgehend unterbunden wird. Andererseits gestatten die Halteklammern ein einfaches Lösen und Wiederherstellen der Verbindung, so dass nicht nur die Montage des Mantels, sondern im besonderen Maße auch die Reparatur durch Austausch einzelner Elemente stark vereinfacht ist.In the contact area between the jacket segment and the carrier are in the circumferential direction extending flange sections are provided, so that jacket segment and Carrier by means of brackets, which are the adjacent flange sections reach around, are releasably connected. The retaining clips press the jacket segments and carrier firmly against one another so that Leakage losses due to cooling air escaping between the two components largely is prevented. On the other hand, the retaining clips allow a simple one Disconnect and restore the connection, so that not only the assembly of the Coat, but also to a special extent the repair by exchanging individual Elements is greatly simplified.
Zusätzliche Dichtelemente zwischen den Halteklammern einerseits und den Flanschabschnitten andererseits gewährleisten eine praktisch vollständige Abdichtung im Kontaktbereich zwischen Mantelsegment und Träger. Damit lässt sich der Kühlluftbedarf auf niedrigem Niveau halten. Additional sealing elements between the retaining clips on the one hand and the Flange sections, on the other hand, ensure practically complete sealing in the contact area between the jacket segment and the carrier. With that, the Keep cooling air requirement at a low level.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines kühlbaren Mantels des ersten Laufrades einer Hochdruck-Turbinenstufe dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is based on a coolable Sheath of the first impeller of a high-pressure turbine stage shown.
Es zeigen:
- Fig. 1
- Kühlbarer Mantel im Axialschnitt (Teilansicht);
- Fig. 2
- Überlappungsbereich zweier aneinandergrenzender Leitsegmente in perspektivischer Ansicht.
- Fig. 1
- Coolable jacket in axial section (partial view);
- Fig. 2
- Overlapping area of two adjacent leading segments in a perspective view.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.Only the elements essential for understanding the invention are shown.
Das der Erfindung zugrundeliegende Konzept eines kühlbaren Mantels ergibt sich
insbesondere aus Fig. 1. Es ist ein Ausschnitt aus der ersten Hochdruck-Turbinenstufe
einer Gasturbine, bestehend aus einem Laufrad 110 und einem Leitrad
120 dargestellt. Das Laufrad 110 ist in radialer Richtung von einem Mantelring
umgeben, der aus mehreren, in Umfangsrichtung aneinandergereihten Mantelsegmenten
10 aufgebaut ist.The concept of a coolable jacket on which the invention is based arises
in particular from FIG. 1. It is a section of the first high-pressure turbine stage
a gas turbine consisting of an
Jedes Mantelsegment 10 ist einem Trägersegment 20 zugeordnet, welches in
nicht näher dargestellter Art und Weise an einem Gehäuse 100 fixiert ist. Das Trägersegment
20 wird in im Wesentlichen radialer Richtung von einem Luftzuführungskanal
26 durchsetzt, durch den Kühlluft aus einer nicht näher dargestellten
Kühlluftversorgung zugeführt wird. Als Kühlluft wird beispielsweise ein Teilluftstrom
aus einer der vorangeschalteten Verdichterstufen verwendet. Der Luftzuführungskanal
26 mündet in eine in Umfangsrichtung durchgehende Vertiefung 24,
die Teil einer Luftführungskammer 25 ist. Die Luftführungskammer 25 wird radial
innenliegend von einem Leitsegment 30 begrenzt. Das Leitsegment 30 besitzt
eine U-förmige Grundform mit zwei Stegen 32, die in korrespondierend gestaltete
Führungsnuten 22 des Trägersegmentes 20 eingreifen. Each
Gegenüberliegend stützt sich das Leitsegment 30 an zwei als Rippen ausgebildeten
Abstandshaltern 12 ab, die in Umfangsrichtung verlaufend und in radialer
Richtung abstehend an der Rückseite des Mantelsegmentes 10 angebracht sind.
Somit entsteht in radialer Richtung zwischen dem Mantelsegment 10 und dem
Leitsegment 30 eine Mantelkühlkammer 15.Opposite, the
Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, sind die Leitsegmente 30 mit einer Vielzahl
von Durchgangsöffnungen 34 versehen, die eine Fluidverbindung zwischen
der Luftführungskammer 25 und der Mantelkühlkammer 15 darstellen und der
Ausbildung von Kühlluftstrahlen dienen.As can be seen in particular from FIG. 2, the
Das Trägersegment 20 und das Mantelsegment 10 weisen Flanschabschnitte 28
beziehungsweise 18 auf, die von Halteklammern 80 umfaßt werden und damit das
Trägersegment 20 und das Mantelsegment 10 miteinander verbinden. Die Halteklammern
80 besitzen ein in etwa U-förmiges Querschnittsprofil mit zwei Axialstegen
89, die in korrespondierende Axialnuten 29, 19 des Trägersegments 20
beziehungsweise des Mantelsegmentes 10 eingreifen. Hierdurch entsteht ein axial
fluchtender Übergang vom Trägersegment 20 zum Mantelsegment 10.The
Dichtungselemente 90 sind in Eckbereichen zwischen den Halteklammern 80 einerseits
und den Flanschabschnitten 28 des Trägersegments 20 und den
Flanschabschnitten 18 des Mantelsegments 10 andererseits eingesetzt, um einen
weitgehend druckdichten Abschluss zwischen den luftführenden Bereichen, insbesondere
der Mantelkühlkammer 15 beziehungsweise der Luftführungskammer
25 und der Umgebung sicherzustellen.
In Umfangsrichtung sind die Leitsegmente 30 zur Bildung von in Umfangsrichtung
durchgehenden luftführenden Kanälen überlappend angeordnet. Wie sich aus Fig.
2 ergibt, sind jeweils zwei aneinanderstoßende Leitsegmente 30 so angeordnet,
dass sich ein Überlappungsbereich 38 ergibt. Zu diesem Zweck sind die Leitsegmente
30 jeweils an einem Ende so geformt, dass sie in das benachbarte
Leitsegment 30 eingeschoben werden können. Hierzu weicht die Außenkontur
geringfügig nach innen zurück, so dass sich im Übergangsbereich 38 eine Art
Führung ergibt. In the circumferential direction, the
Die Besonderheit der vorliegenden Konstruktion besteht nun darin, dass die Leitsegmente
30 lose mit etwas radialem Spiel gelagert sind und somit eine Relativbewegung
zwischen dem Trägersegment 20 und dem Leitsegment 30 ermöglicht
wird. Diese Relativbewegung gestattet insbesondere den spannungsfreien Ausgleich
unterschiedlicher thermischer Expansion bei instationärem Betriebszuständen,
wie beispielsweise beim Hochfahren der Gasturbine, bei denen die Bauteile
unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Im Falle einer Startphase ist das Trägersegment
20 noch kalt (beispielsweise Umgebungstemperatur), wohingegen
das Leitsegment 30 bereits durch Kühlluft höherer Temperatur aus einer der Verdichterstufen
stark erwärmt wird.The peculiarity of the present construction is now that the leading
Die über den Luftführungskanal 26 zugeführte Kühlluft beaufschlagt das Leitsegment
30 und drückt dieses radial einwärts gerichtet gegen die Rippen 12 des
Mantelsegmentes 10. Durch permanente Kühlluftzufuhr wird eine Druckdifferenz
zwischen der Luftführungskammer 25 und der Mantelkühlkammer 15 aufrechterhalten,
so dass das Leitsegment 30 während des Betriebes sicher fixiert ist.
Darüber hinaus ist die Aufrechterhaltung der Druckdifferenz erforderlich, um die
angestrebte Prallkühlung durch Kühlluftstrahlen zu realisieren, welche durch die
Durchgangsöffnungen 34 erzeugt werden.The cooling air supplied via the
Zur Vermeidung von Leckverlusten infolge Seitenumströmung der Leitsegmente
30 im Bereich der Stege 32 ist es erforderlich, das axiale Spiel der Stege 32 in
den korrespondierenden Führungsnuten 22 möglichst eng zu bemessen.To avoid leakage losses due to the flow around the
Darüber hinaus wird deutlich, dass infolge der losen Lagerung der einzelnen Leitsegmente
30 auch eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen den einzelnen
Leitsegmenten 30 auftreten kann. Der Überlappungsbereich 38 muss deshalb
so dimensioniert sein, dass gewisse Relativbewegungen ermöglicht werden.
Zweckmäßigerweise sind deshalb im Überlappungsbereich 38 zusätzliche Durchgangsöffnungen
vorgesehen (in Fig. 2 nicht dargestellt), um die Ausbildung von
Kühlluftstrahlen auch in diesem Bereich sicherzustellen. In addition, it becomes clear that due to the loose storage of the individual leading
- 1010th
- MantelsegmentSheath segment
- 1212th
- Abstandshalter, RippeSpacer, rib
- 1515
- MantelkühlkammerJacket cooling chamber
- 1818th
- FlanschabschnittFlange section
- 1919th
- AxialnutAxial groove
- 2020th
- TrägersegmentCarrier segment
- 2222
- FührungsnutGuide groove
- 2424th
- Vertiefungdeepening
- 2525th
- LuftführungskammerAir duct chamber
- 2626
- LuftzuführungskanalAir supply duct
- 2828
- FlanschabschnittFlange section
- 2929
- AxialnutAxial groove
- 3030th
- LeitsegmentLead segment
- 3232
- Stegweb
- 3434
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 3838
- ÜberlappungsbereichOverlap area
- 8080
- HalteklammerBracket
- 8989
- AxialstegAxial web
- 9090
- DichtungselementSealing element
- 100100
- Gehäusecasing
- 110110
- LaufradWheel
- 120120
- LeitradDiffuser
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsegmente (30) lose zwischen dem Trägersegment (20) und Abstandshaltern (12) geführt sind, welche in radialer Richtung abstehend an der Rückseite der Mantelsegmente (10) angebracht sind.Coat according to claim 1,
characterized in that the guide segments (30) are loosely guided between the carrier segment (20) and spacers (12) which are attached in a radial direction to the rear of the jacket segments (10).
gekennzeichnet durch Abstandshalter (12) in Form von Stegen, Rippen, Pins oder Auflageerhebungen.Coat according to claim 2,
characterized by spacers (12) in the form of webs, ribs, pins or elevations.
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsegmente (30) radiale Stege (32) aufweisen, die mit geringem axialem Spiel in Führungsnuten (22) des Trägersegments (20) geführt sind.Sheath according to one of the preceding claims,
characterized in that the guide segments (30) have radial webs (32) which are guided in guide grooves (22) of the carrier segment (20) with little axial play.
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsegmente (30) ein U-förmiges Querschnittsprofil aufweisen. Sheath according to one of the preceding claims,
characterized in that the guide segments (30) have a U-shaped cross-sectional profile.
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsegmente (30) in Umfangsrichtung überlappend angeordnet sind.Sheath according to one of the preceding claims,
characterized in that the guide segments (30) are arranged to overlap in the circumferential direction.
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsegmente (30) im Überlappungsbereich (38) eine erhöhte Anzahl von Durchgangsöffnungen (34) aufweisen.Coat according to claim 6,
characterized in that the guide segments (30) have an increased number of through openings (34) in the overlap region (38).
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitsegmente (30) im Überlappungsbereich (38) Durchgangsöffnungen mit vergrößerter Fläche aufweisen.Coat according to claim 6,
characterized in that the guide segments (30) have through openings with an enlarged area in the overlap region (38).
dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelsegmente (10) und die Trägersegmente (20) in Axialrichtung weisende Flanschabschnitte (18; 28) aufweisen und mittels die Flanschabschnitte (18; 28) umgreifender Halteklammern (80) miteinander lösbar verbunden sind.Sheath according to one of the preceding claims,
characterized in that the jacket segments (10) and the carrier segments (20) have flange sections (18; 28) pointing in the axial direction and detachably connected to one another by means of retaining clips (80) encompassing the flange sections (18; 28).
gekennzeichnet durch Dichtungselemente (90) zwischen den Halteklammern (80) einerseits und den Flanschabschnitten (18; 28) andererseits.Coat according to claim 9,
characterized by sealing elements (90) between the retaining clips (80) on the one hand and the flange sections (18; 28) on the other.
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