EP1079070A2 - Wärmestaueinheit für eine Rotoranordnung - Google Patents

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EP1079070A2
EP1079070A2 EP00810682A EP00810682A EP1079070A2 EP 1079070 A2 EP1079070 A2 EP 1079070A2 EP 00810682 A EP00810682 A EP 00810682A EP 00810682 A EP00810682 A EP 00810682A EP 1079070 A2 EP1079070 A2 EP 1079070A2
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EP
European Patent Office
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heat accumulation
accumulation unit
rotor
contour
rotor disks
Prior art date
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EP00810682A
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English (en)
French (fr)
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EP1079070A3 (de
EP1079070B1 (de
Inventor
Herbert Brandl
Peter Marx
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Publication date
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Publication of EP1079070A2 publication Critical patent/EP1079070A2/de
Publication of EP1079070A3 publication Critical patent/EP1079070A3/de
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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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • F01D5/066—Connecting means for joining rotor-discs or rotor-elements together, e.g. by a central bolt, by clamps
    • 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
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • 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
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/40—Use of a multiplicity of similar components

Definitions

  • the invention relates to a device for separating a hot Working area flowed through a preferably coolable, Space within a rotor arrangement of a turbomachine, preferably a gas turbine, with at least two axially one behind the other Rotor disks that can be firmly connected to one another via at least one connection area are and at least in the area of their radial peripheral edges from each other are spaced, and with a flat heat accumulation unit, which between two adjacent rotor disks are arranged and two connecting edges has, along which the heat accumulation unit in each case in the region of the peripheral edges the adjacent rotor disks can be brought into operative connection, and some Interspace extending between the two rotor disks on the rotor side covers.
  • the heat accumulation units mainly serve to shape the interior a gas turbine provided hot gas channel on its facing the rotor Diameter and protects rotor structure parts against overheating.
  • the heat accumulation units described above are part of axial turbomachines, flow through the gaseous working media for compression or targeted expansion and due to their high process temperatures, those with the hot working media subject the system components to direct thermal stress.
  • rotating rotor components To protect a high heat input are known in the field the blade feet or the peripheral edges of the rotor disks are annular Heat accumulation units are provided, which are used for sealing the rotor with the Rotation shaft connected rotor disks opposite the hot flow channel to care.
  • Figure 1 is a cross-sectional view through two adjacent rotor disks a screwed rotor shown, on the screw connection not in detail is received.
  • the neighboring ones rotating about an axis of rotation A.
  • Rotor disks 1, 2 see 3 receiving units on their peripheral peripheral edge for the connection of blades 4, 5 before. Here they open in the manner of a fir tree structure trained blade feet in corresponding counter contours in the rotor disks 1, 2.
  • a guide vane 12 is introduced between the two adjacent rotor blades 4, 5 in the case of a gas turbine stage.
  • Via screw connections 6, 7 is an annular between the two adjacent rotor disks 1, 2 Heat accumulation unit 8 firmly integrated.
  • the heat accumulation unit 8 forms a closed one Contour with the outer radii of the rotor disks 1, 2 and enables in this way the separation of a cooling air fed into the rotor into the intermediate space 9 of the hot runner 10 located radially above the heat accumulation unit one is the heat accumulation unit 8 for reasons of its sealing function with the lowest possible Form sealing points, on the other hand, the construction of the heat accumulation unit 8 taking into account those acting on them due to the rotation Train centrifugal forces.
  • FIG 2 shows the cross section through two rotor disks 1, 2 of a welded one Rotor arrangement shown.
  • Welded Disc rotors require access after their preliminary assembly to the welds 11 between the rotor disks 1, 2.
  • Da a closed ring-shaped heat accumulation unit 8 between the cavity 9 would close the rotor disks 1, 2, would be access to the Welded seams 11 of the rotor hindered.
  • the invention has for its object to provide a device for separating a a hot working medium through which a room area flows within a rotor arrangement of a turbomachine in the form of a heat accumulation unit the above-mentioned genus in such a way that preferably in the case of completely pre-assembled rotor disc arrangements, the subsequent Integration of a heat accumulation unit is possible which is state of the art does not have the listed disadvantages.
  • the heat accumulation unit should be possible to use the heat accumulation unit as a completely ring-shaped structure between two fixed pre-assembled rotor disks using an intimate but detachable joint bring in.
  • the heat accumulation unit should also be of the highest degree Tightness between the flow channel and the space facing the rotor allow to have minimal seal gaps and a mechanical stable and stress-optimized shape and geometry.
  • the invention is based on a device for separating one with a hot one Working medium flowing through a room area from a room area within a rotor arrangement of a fluid flow machine, preferably a gas turbine, the provides at least two rotor disks arranged axially one behind the other.
  • the rotor disks are firmly connected to one another via at least one connection area, for example by a welded joint, being in the area of their radial peripheral edges are spaced apart.
  • the flat heat accumulation unit has a toothed contour with web-shaped connecting elements and the connecting elements spaced spaces.
  • the heat accumulation unit (8) roughly corresponding toothed counter contour (13, 14) is provided such that the connecting elements (17) with the toothed counter contour can be brought into a form-fitting, releasably firm connection.
  • each individual connecting element is seen to be form-fitting Connect at least one molding section before that of the rest of the contour of the connecting element protrudes.
  • the mold section can be as Dovetail extension or in the simplest sense transverse to Be longitudinal extension of the connecting element bent.
  • each is in the area of the peripheral edge of the rotor disks, to the toothed contour the connecting edges of the heat accumulation unit approximately corresponding toothed Counter contour provided, with raised teeth, which each provide recesses, the exact fit of a counter contour corresponding to the shaped sections correspond.
  • the one based on the construction according to the invention can be used Use the joining mechanism for segmented heat accumulation units that are in angular series in a row around the circumferential edge of the rotor disks complete annular heat accumulation unit can be assembled.
  • the counter contour provided in the area of the peripheral edge of the rotor disks into which the connecting edges of the heat accumulation unit designed according to the invention can be used can either be worked directly into the material of the rotor disks be, but also in the foot area to be inserted in the peripheral edge of the rotor disks Blades are provided.
  • the heat accumulation unit has an axially circumferential counter contour corresponding curvature, the inner radius of which is approximately the outer radius the radially circumferential counter contour in the area of the peripheral edge of the rotor disk corresponds.
  • the tooth elements of the heat accumulation unit are axially aligned with the interdental spaces within the counter contours located in the area of the peripheral edges - via the Slide rotor disks and at a certain axial position in which the Formed sections of the tooth elements on the connecting edges of the heat accumulation unit angular with the recesses in the raised teeth within the counter contour align, by interlocking with the counter contour by rotating in the circumferential direction.
  • the shaped sections move precisely into the corresponding recesses the teeth contained in the opposite contour.
  • the heat accumulation unit is secured radially.
  • the heat accumulation unit can also provide additional fastening measures a further rotation in the circumferential direction are hindered, whereby the heat accumulation unit is securely fixed within the counter contour.
  • Locking pins prevent twisting in the circumferential direction of the heat accumulation unit help.
  • Figure 3 shows a schematic longitudinal section of a rotor arrangement through two Rotor disks 1, 2 are provided on their radial peripheral edge 3 rotor blades 4, 5 are.
  • a guide vane 12 protrudes between the rotor blades 4, 5.
  • Both rotor disks 1, 2 are permanently connected to one another via a weld seam 11 and rotate together around the axis of rotation A. In the peripheral area, close to their Circumferential edges see the rotor disks 1, 2 on opposite sides of the opposite contours 13, 14, into which the connecting edges 15, 16 protrude.
  • the counter contours are 13, 14 incorporated into the material of the rotor disks 1, 2, but it is also possible as mentioned above, that the counter contours are part of the blade roots. Combinations of both configurations are nevertheless also possible.
  • the rotor blade feet are positively connected to the rotor via an essentially axial Connection, e.g. fir tree connection, dovetail connection, connected.
  • an essentially axial Connection e.g. fir tree connection, dovetail connection
  • the counter contours 13, 14 and the connecting edges 15, 16 each have one serrated contour, which is designed to correspond to each other. So engages in illustrated case according to Figure 3, the connecting element 17 with its dovetail-like formed shaped section 18 into the corresponding recess 19th of the tooth 20 in the counter contour 13.
  • FIG 4 is a section of a perspective view of a section through the rotor disks 1 and 2 are shown, which are fixed to one another via a weld seam 11 are connected.
  • the rotor disk 1 has the counter contour 13 on the peripheral edge, which have a plurality of teeth 20 arranged side by side with teeth in between Interdental spaces 21 provides. The same applies to the counter contour 14 in the Rotor disc 2.
  • the teeth 20 have recesses 19, which are shown in the Provide a dovetail cutout example.
  • the heat accumulation unit is already in the assembled state between the rotor disks 1, 2 8 introduced, which has a curved flat shape.
  • Your connecting edges 15, 16 have toothed elements 17 which have a shaped section in the lower region 18 provide, which is designed in the manner of a dovetail.
  • the mold sections 18 sit in the cutouts 19 and secure on the basis their shape, the heat accumulation unit 8 radial direction.
  • the tooth elements 17 are axially opposite placed between the teeth 21 of the counter contours 13, 14 and in Axial direction between the rotor disks 1, 2 shifted.
  • the mold sections 18 are brought into register with the recesses 19, the heat accumulation unit 8 moved radially in the circumferential direction until the state shown in Figure 4 is reached.

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches von einem Raumbereich innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, mit wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten Rotorscheiben, die über wenigstens einen Verbindungsbereich fest miteinander verbindbar sind und wenigstens im Bereich ihrer radialen Umfangsränder voneinander beabstandet sind, und mit einer flächig ausgebildeten Wärmestaueinheit, die zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben angeordnet ist und zwei Verbindungskanten aufweist, entlang derer die Wärmestaueinheit jeweils im Bereich der Umfangsränder der benachbarten Rotorscheiben in Wirkverbindung bringbar ist, und die einen rotorseitig sich zwischen beiden Rotorscheiben erstreckenden Zwischenraum abdeckt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Verbindungskanten der Wärmestaueinheit jeweils eine gezahnte Kontur mit stegartig ausgebildeten Verbindungselementen mit dazwischenbefindlichen Zwischenräumen aufweisen, daß jeweils im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben eine, zu der gezahnten Kontur der Verbindungskanten der Wärmestaueinheit in etwa korrespondierende gezahnte Gegenkontur vorgesehen ist, und daß die Verbindungselemente mit der gezahnten Gegenkontur in eine formschlüssige, lösbar feste Verbindung bringbar sind. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches von einem, vorzugsweise kühlbaren, Raumbereich innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, mit wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten Rotorscheiben, die über wenigstens einen Verbindungsbereich fest miteinander verbindbar sind und wenigstens im Bereich ihrer radialen Umfangsränder voneinander beabstandet sind, und mit einer flächig ausgebildeten Wärmestaueinheit, die zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben angeordnet ist und zwei Verbindungskanten aufweist, entlang derer die Wärmestaueinheit jeweils im Bereich der Umfangsränder der benachbarten Rotorscheiben in Wirkverbindung bringbar ist, und die einen rotorseitig sich zwischen beiden Rotorscheiben erstreckenden Zwischenraum abdeckt. Die Wärmestaueinheiten dienen hauptsächlich der Formgebung des im Inneren einer Gasturbine vorgesehenen Heißgaskanals an seinem dem Rotor zugewandten Durchmessers und schützt Rotorstrukturteile gegen Überhitzung.
Stand der Technik
Vorstehend bezeichnete Wärmestaueinheiten sind Teil axialer Strömungsmaschinen, durch die zur Kompression oder gezielten Expansion gasförmige Arbeitsmedien hindurchströmen und aufgrund ihrer hohen Prozeßtemperaturen die mit den heißen Arbeitsmedien unmittelbar beaufschlagten Anlagenkomponenten thermisch stark belasten. Insbesondere in den Turbinenstufen von Gasturbinenanlagen werden die in Laufreihen axial hintereinander angeordneten Laufschaufeln mit den heißen Verbrennungsgasen beaufschlagt. Um die im Falle einer Gasturbinenstufe nicht zur gezielten Expansion der Heißgase beitragenden, mitrotierenden Rotorkomponenten vor einem hohen Wärmeeintrag zu schützen sind in an sich bekannter Weise im Bereich der Laufschaufelfüße bzw. den Umfangsrändern der Rotorscheiben ringförmige Wärmestaueinheiten vorgesehen, die für eine rotorseitige Abdichtung der mit der Rotationswelle verbundenen Rotorscheiben gegenüber dem heißen Strömungskanal sorgen.
Je nach Aufbau der Rotoranordnung lassen sich grundsätzlich zwei Konstruktionsweisen bekannter Wärmestaueinheiten voneinander unterscheiden.
In Figur 1 ist eine Querschnittsdarstellung durch zwei benachbarte Rotorscheiben eines geschraubten Rotors dargestellt, auf dessen Schraubverbindung nicht im Einzelnen eingegangen wird. Die um eine Rotationsachse A rotierenden, benachbarten Rotorscheiben 1, 2 sehen an ihrem peripheren Umfangsrand 3 Aufnahmeeinheiten für die Verbindung von Laufschaufeln 4, 5 vor. Hierbei münden die in Art einer Tannenbaumstruktur ausgebildeten Laufschaufelfüße in entsprechende Gegenkonturen in den Rotorscheiben 1, 2. Zwischen den beiden benachbarten Laufschaufeln 4, 5 ist im Falle einer Gasturbinenstufe eine Leitschaufel 12 eingebracht. Über Schraubverbindungen 6, 7 ist zwischen den beiden benachbarten Rotorscheiben 1, 2 eine ringförmige Wärmestaueinheit 8 fest integriert. Die Wärmestaueinheit 8 bildet eine geschlossene Kontur mit den Außenradien der Rotorscheiben 1, 2 und ermöglicht auf diese Weise die Trennung einer rotorseitig eingespeisten Kühlluft in den Zwischenraum 9 von dem radial über der Wärmestaueinheit befindlichen Heißkanal 10. Zum einen ist die Wärmestaueinheit 8 aus Gründen ihrer Dichtfunktion mit möglichst geringen Dichtstellen auszubilden, zum anderen ist die Konstruktion der Wärmestaueinheit 8 unter Berücksichtigung der auf diese aufgrund der Rotation einwirkenden Fliehkräfte auszubilden.
Da es sich in dem in Figur 1 gezeigten, bekannten Beispiel um einen geschraubten Rotor handelt, ist es möglich, bei der Montage der Rotorscheiben die vollständig ringförmig ausgebildete Wärmestaueinheit zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben einzubringen und diese in den axialen Rotorverbund zu montieren. Die Ausbildung der Wärmestaueinheit als geschlossener Ring dient vor allem der Vermeidung zusätzlicher Dichtspalte und der Erhöhung der mechanischen Stabilität gegenüber segmentierter Ausführungen von Wärmestaueinheiten, wie sie z.B. bei geschweißten Scheibenrotoren zum Einsatz kommen.
In Figur 2 ist hierzu der Querschnitt durch zwei Rotorscheiben 1, 2 einer geschweißten Rotoranordnung dargestellt. Auf die mit gleichen Bezugsziffern versehenen Anlagenkomponenten vergleichbar mit der Ausführungsform gemäß Figur 1 wird an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen nicht weiter eingegangen. Geschweißte Scheibenrotoren benötigen nach ihrer vorläufigen Montage eine Zugangsmöglichkeit zu den Schweißnähten 11 zwischen den Rotorscheiben 1, 2. Da eine geschlossen ringförmig ausgebildete Wärmestaueinheit 8 den Hohlraum 9 zwischen den Rotorscheiben 1, 2 vollständig schließen würde, wäre der Zugang zu den Schweißnähten 11 des Rotors behindert. Auch besteht keine Möglichkeit eine vollständig ringförmige Wärmestaueinheit nachträglich zwischen den geschweißten Rotorscheiben einzusetzen, so daß bei geschweißten Rotoren der Einsatz segmentierter Wärmestaueinheiten 8' Verwendung finden, die nach der Rotormontage radial zwischen den Rotorscheiben eingesetzt werden.
Dies jedoch führt zu zusätzlichen Dichtspalten sowie, verglichen mit einer vollständig ringförmigen Wärmestaueinheit, verringerten mechanischen Stabilität.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches von einem Raumbereich innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungsmaschine in Form einer Wärmestaueinheit der vorstehend genannten Gattung derart weiterzubilden, daß vorzugsweise bei vollständig vormontierten Rotorscheibenanordnungen die nachträgliche Integration einer Wärmestaueinheit möglich ist, die die zum Stand der Technik aufgelisteten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll es möglich sein, die Wärmestaueinheit als vollständig ringförmig ausgebildetes Gebilde zwischen zwei fest miteinander vormontierter Rotorscheiben mittels einer innigen aber lösbaren Fügeverbindung einzubringen. Die Wärmestaueinheit soll überdies ein Höchstmaß an Dichtheit zwischen dem Strömungskanal und dem rotorseitig zugewandten Zwischenraum ermöglichen, minimale Dichtungsspalte aufweisen und über eine mechanisch stabile und spannungsoptimierte Form und Geometrie verfügen.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie in den Beschreibungsteilen enthalten.
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung aus zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches von einem Raumbereich innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, die wenigstens zwei axial hintereinander angeordnete Rotorscheiben vorsieht. Die Rotorscheiben sind über wenigstens einen Verbindungsbereich fest miteinander verbunden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung, wobei sie im Bereich ihrer radialen Umfangsränder voneinander beabstandet sind. Zwischen beiden Rotorscheiben ist eine flächig ausgebildete Wärmestaueinheit angeordnet, die über zwei Verbindungskanten verfügt, entlang derer, die Wärmestaueinheit jeweils im Bereich der Umfangsränder der benachbarten Rotorscheiben mit der Rotoranordnung in Wirkverbindung bringbar ist und dabei den rotorseitig, sich zwischen beiden Rotorscheiben erstreckenden Zwischenraum abdeckt. Erfindungsgemäß weisen die Verbindungskanten der flächig ausgebildeten Wärmestaueinheit eine gezahnte Kontur mit stegartig ausgebildeten Verbindungselementen sowie die Verbindungselemente voneinander beabstandende Zwischenräume auf. Jeweils im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben ist eine, zu der gezahnten Kontur der Verbindungskanten der Wärmestaueinheit (8) in etwa korrespondierende gezahnte Gegenkontur (13, 14) derart vorgesehen ist, daß die Verbindungselemente (17) mit der gezahnten Gegenkontur in eine formschlüssige, lösbar feste Verbindung bringbar sind.
Beispielsweise sieht jedes einzelne Verbindungselement aus Gründen einer formschlüssigen Verbindung wenigstens einen Formabschnitt vor, der die übrige Kontur des Verbindungselementes überragt. Beispielsweise kann der Formabschnitt als Schwalbenschwanzfortsatz ausgebildet sein oder im einfachsten Sinne quer zur Längserstreckung des Verbindungselementes verbogen sein. Zusätzlich ist jeweils im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben eine, zu der gezahnten Kontur der Verbindungskanten der Wärmestaueinheit in etwa korrespondierende gezahnte Gegenkontur vorgesehen, mit erhabenen Zähnen, die jeweils Aussparungen vorsehen, die paßgenau einer, den Formabschnitten korrespondierenden Gegenkontur entsprechen.
Mit der vorstehenden Konstruktion einer Wärmestaueinheit sowie der entsprechenden Ausbildung am Umfangsrand der Rotorscheiben einer Rotoranordnung ist ein lösbar fester Fügemechanismus möglich, mit dem eine vollständig ringförmige Wärmestaueinheit nach entsprechender Vormontage einer Rotorscheibenanordnung mit dieser verfügt werden kann.
Selbstverständlich läßt sich der, auf die erfindungsgemäße Konstruktion basierende Fügemechanismus auch bei segmentierten Wärmestaueinheiten verwenden, die in angulärer Hintereinanderreihung um den Umfangsrand der Rotorscheiben zu einer vollständigen ringförmigen Wärmestaueinheit zusammengesetzt werden können. Die im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben vorgesehene Gegenkontur, in die die Verbindungskanten der erfindungsgemäß ausgebildeten Wärmestaueinheit einsetzbar ist, kann entweder direkt in das Material der Rotorscheiben eingearbeitet sein, aber auch im Fußbereich der in den Umfangsrand der Rotorscheiben einzusetzenden Laufschaufeln vorgesehen werden. Sowohl im Falle segmentierter Wärmestaueinheiten sowie auch bei einer, zu einem vollständigen Ring geschlossenen Wärmestaueinheit, weist die Wärmestaueinheit eine, an die axial umlaufende Gegenkontur korrespondierende Krümmung auf, deren Innenradius in etwa dem Außenradius der radial umlaufenden Gegenkontur im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheibe entspricht. Durch diese Dimensionierung ist es möglich, die erfindungsgemäß ausgebildete Wärmestaueinheit axialseitig in Konterstellung - d.h. die Zahnelemente der Wärmestaueinheit fluchten axial mit den Zahnzwischenräumen innerhalb der, in dem Bereich der Umfangsränder befindlichen Gegenkonturen - über die Rotorscheiben zu schieben und bei einer bestimmten axialen Position, in der die Formabschnitte der Zahnelemente an den Verbindungskanten der Wärmestaueinheit angulär mit den Aussparungen in den erhabenen Zähnen innerhalb der Gegenkontur fluchten, durch Verdrehen in Umfangsrichtung mit der Gegenkontur zu verzahnen. Hierbei verschieben sich die Formabschnitte paßgenau in die entsprechenden Aussparungen der, in der Gegenkontur enthaltenen Zähne. Durch die, beispielsweise in Schwalbenschwanzform ausgebildeten Formabschnitte und die dazu korrespondierend vorgesehenen Aussparungen ist die Wärmestaueinheit radial gesichert. Durch zusätzliche Befestigungsmaßnahmen kann überdies die Wärmestaueinheit auch vor einem weiteren Verdrehen in Umfangsrichtung behindert werden, wodurch die Wärmestaueinheit sicher innerhalb der Gegenkontur fixiert ist. Beispielsweise können Sicherungsstifte ein Verdrehen in Umfangsrichtung der Wärmestaueinheit verhindern helfen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Figur 1
schematisierte Längsschnittdarstellung durch einen geschraubten Rotor (Stand der Technik)
Figur 2
schematisierte Längsschnittdarstellung durch einen geschweißten Rotor (Stand der Technik),
Figur 3
schematisierte Längsschnittdarstellung durch zwei Rotorscheiben mit erfindungsgemäß ausgebildeter Wärmestaueinheit sowie
Figur 4
perspektivische Querschnittsdarstellung durch die Verzahnung der Wärmestaueinheit mit zwei sich gegenüberstehenden Rotorscheiben.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Zur Beschreibung der zum Stand der Technik zählenden Ausführungsbeispiele gemäß den Darstellungen in den Figuren 1 und 2 wird auf die einleitende Beschreibung verwiesen. Zu vereinfachten Bezugnahme auf die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Anlagenkomponenten werden die bereits eingeführten Bezugszeichen auch weiterhin verwendet.
Figur 3 zeigt einen schematisierten Längsschnitt einer Rotoranordnung durch zwei Rotorscheiben 1, 2 an deren radialen Umfangsrand 3 Laufschaufeln 4, 5 vorgesehen sind. Zwischen den Laufschaufeln 4, 5 ragt eine Leitschaufel 12 hinein.
Beide Rotorscheiben 1, 2 sind über eine Schweißnaht 11 miteinander fest verfügt und rotieren gemeinsam um die Rotationsachse A. Im peripheren Bereich, nahe ihrer Umfangsränder sehen die Rotorscheiben 1, 2 beidseitig gegenüberstehe Gegenkonturen 13, 14 auf, in die die Verbindungskanten 15, 16 hineinragen.
Im Falle des gezeigten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 sind die Gegenkonturen 13, 14 in das Material der Rotorscheiben 1, 2 eingearbeitet, es ist jedoch auch möglich, wie vorstehend erwähnt, daß die Gegenkonturen Teil der Laufschaufelfüße sind. Gleichwohl sind auch Kombinationen aus beiden Ausgestaltungen möglich.
Die Laufschaufelfüße sind mit dem Rotor über eine, im wesentlichen axiale formschlüssige Verbindung, bspw. Tannenbaumverbindung, Schwalbenschwanzverbindung, verbunden.
Die Gegenkonturen 13, 14 sowie die Verbindungskanten 15, 16 weisen jeweils eine gezahnte Kontur auf, die zueinander korrespondierend ausgebildet ist. So greift im dargestellten Fall gemäß Figur 3 das Verbindungselement 17 mit seinem schwalbenschwanzartig ausgebildeten Formabschnitt 18 in die entsprechende Ausnehmung 19 des Zahns 20 in der Gegenkontur 13.
Durch die gezahnte Ausbildung der Verbindungskanten 15, 16 mit den entsprechend korrespondierenden Gegenkonturen 13, 14 ist es möglich, daß die Wärmestaueinheit 8 als vollständig ausgebildeter Ring axial (siehe Pfeil 22) über den Umfangsrand der Rotorscheibe 2, geschoben werden kann. Hierbei sind die Verzahnungen der Verbindungskanten 15, 16 relativ zu den Gegenkonturen 13, 14 in Konterstellung zu halten.
Zur weiteren, detaillierteren Betrachtung der Fügeverbindung zwischen Wärmestaueinheit 8 und den Rotorscheiben 1, 2 wird auf die Darstellung gemäß Figur 4 hingewiesen.
In Figur 4 ist ein Ausschnitt einer perspektivischen Darstellung eines Schnitts durch die Rotorscheiben 1 und 2 dargestellt, die über eine Schweißnaht 11 miteinander fest verbunden sind. Am Umfangsrand weist die Rotorscheibe 1 die Gegenkontur 13 auf, die eine Vielzahl nebeneinander angeordneter Zähne 20 mit dazwischen befindlichen Zahnzwischenräumen 21 vorsieht. Entsprechendes gilt für die Gegenkontur 14 in der Rotorscheibe 2. Die Zähne 20 weisen Ausnehmungen 19 auf, die im dargestellten Beispiel eine Schwalbenschwanzausfräsung vorsehen.
Zwischen den Rotorscheiben 1, 2 ist bereits im montierten Zustand die Wärmestaueinheit 8 eingebracht, die eine gebogen flächige Form aufweist. Ihre Verbindungskanten 15, 16 weisen Zahnelemente 17 auf, die im unteren Bereich einen Formabschnitt 18 vorsehen, der in Art eines Schwalbenschwanzes ausgebildet ist. Im dargestellten Fall sitzen die Formabschnitte 18 in den Aussparungen 19 und sichern aufgrund ihrer Formgebung die Wärmestaueinheit 8 radialer Richtung.
Zur Montage der Wärmestaueinheit 8 in die bereits miteinander verschweißten oder anderweitig fest verfügten Rotorscheiben 1, 2 werden die Zahnelemente 17 axial gegenüber den Zahnzwischenräumen 21 der Gegenkonturen 13, 14 plaziert und in Axialrichtung zwischen die Rotorscheiben 1, 2 verschoben. Sobald die Formabschnitte 18 in Deckung mit den Ausnehmungen 19 gebracht sind, wird die Wärmestaueinheit 8 radial in Umfangsrichtung bewegt, bis der in Figur 4 dargestellte Zustand erreicht ist.
Bezugszeichenliste
A
Rotationsachse
1
Rotorscheibe
2
Rotorscheibe
3
Umfangsrand
4
Laufschaufel
5
Laufschaufel
6, 7
Schraubverbindung
8
Wärmestaueinheit
9
Zwischenraum
10
Heißgaskanal
11
Schweißnaht
12
Leitschaufel
13, 14
Gegenkontur
15, 16
Verbindungskante
17
Verbindungselement
18
Formabschnitt
19
Aussparung
20
Zahn
21
Zahnzwischenraum
22
Axialrichtung

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Abtrennung eines mit einem heißen Arbeitsmedium durchströmten Raumbereiches (10) von einem Raumbereich (9) innerhalb einer Rotoranordnung einer Strömungsmaschine, vorzugsweise einer Gasturbine, mit wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten Rotorscheiben (1, 2), die über wenigstens einen Verbindungsbereich fest miteinander verbindbar sind und wenigstens im Bereich ihrer radialen Umfangsränder voneinander beabstandet sind, und mit einer flächig ausgebildeten Wärmestaueinheit (8), die zwischen zwei benachbarten Rotorscheiben (1, 2) angeordnet ist und zwei Verbindungskanten (15, 16) aufweist, entlang derer die Wärmestaueinheit (8) jeweils im Bereich der Umfangsränder der benachbarten Rotorscheiben in Wirkverbindung bringbar ist, und die einen rotorseitig sich zwischen beiden Rotorscheiben (1, 2) erstreckenden Zwischenraum (9) abdeckt,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanten (15, 16) der Wärmestaueinheit (8) jeweils eine gezahnte Kontur mit stegartig ausgebildeten Verbindungselementen (17) mit dazwischenbefindlichen Zwischenräumen (16) aufweisen, daß jeweils im Bereich des Umfangsrandes der Rotorscheiben (1, 2) eine, zu der gezahnten Kontur der Verbindungskanten (15, 16) der Wärmestaueinheit (8) in etwa korrespondierende gezahnte Gegenkontur (13, 14) vorgesehen ist, und daß die Verbindungselemente (17) mit der gezahnten Gegenkontur in eine formschlüssige, lösbar feste Verbindung bringbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente jeweils wenigstens einen Formabschnitt (18) aufweisen, der die übrige Kontur des Verbindungselementes (17) überragt, und
    daß die Gegenkontur (13, 14) Zähne (20) mit Aussparungen (19) aufweist, die der Ausbildung der Formabschnitte (18) entsprechen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Formabschnitte (18) paßgenau in die Aussparungen (19) einführbar sind und eine formschlüssige Verbindung darstellen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Formabschnitte (18) an den Verbindungselementen (17) sowie die korrespondierenden Ausnehmungen (19) in Art einer Schwalbenschwanz-Verbindung ausgebildet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die flächig ausgebildete Wärmestaueinheit (8) eine Flächenkrümmung aufweist, die in etwa der Krümmung des radialen Umfangsrand der Rotorscheiben (1, 2) entspricht.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungskanten (15, 16) der flächig ausgebildeten Wärmestaueinheit (8) parallel zueinander verlaufen, und
    daß die Wärmestaueinheit (8) senkrecht zu den Verbindungskanten (15, 16) gekrümmt ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestaueinheit (8) aus einzelnen Wärmestausegmenten zusammengesetzt ist, die einzeln aneinandergrenzend die Rotorscheiben (1, 2) vollständig umschließen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Wärmestausegmenten radial oder axial montierbar sind.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestaueinheit (8) aus einem einzigen zusammenhängenden ringförmigen Gebilde besteht.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung wenigstens einer Rotorscheibe an der äußeren Peripherie ein axiales Überstreifen einer ringförmig ausgebildeten Wärmestaueinheit ermöglicht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (20) an der Rotorscheibe (1, 2) bei Überstreifen der ringförmigen Wärmestaueinheit (8) über die Rotorscheibe (1, 2) in die Zahnzwischenräume (21) der Wärmestaueinheit (8) hineinragen.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheiben (1, 2) geschweißt, geschraubt, genietet oder anderweitig fest gegeneinander verfügt oder einstückig gearbeitet sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß in den Umfangsrand der Rotorscheiben (1, 2) Laufschaufelfüße hineinragen, an denen die Gegenkontur (13, 14) vorgesehen ist, in die die gezahnte Kontur der Verbindungskanten (15, 16) eingreift oder
    daß am Umfangsrand der Rotorscheiben (1, 2) selbst die Gegenkontur (13, 14) vorgesehen ist, in die die gezahnte Kontur der Verbindungskanten (15, 16) eingreift.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestausegmente derart ausgebildet sind, daß ein axiales oder radiales Einführen in die Gegenkontur der Rotorscheibe (1, 2) möglich ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Wärmestaueinheit (8) axialwärts in die Gegenkontur (13,14) der Rotorscheibe (1, 2) fügbar ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige, lösbar feste Verbindung zwischen der Wärmestaueinheit und der Rotorscheibe durch Verdrehen der Wärmestaueinheit in Umfangsrichtung erfolgt.
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