EP1256695A1 - Formstück zur Bildung eines Führungsrings für eine Gasturbine, sowie Gasturbine mit derartigem Führungsring - Google Patents

Formstück zur Bildung eines Führungsrings für eine Gasturbine, sowie Gasturbine mit derartigem Führungsring Download PDF

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EP1256695A1
EP1256695A1 EP01111004A EP01111004A EP1256695A1 EP 1256695 A1 EP1256695 A1 EP 1256695A1 EP 01111004 A EP01111004 A EP 01111004A EP 01111004 A EP01111004 A EP 01111004A EP 1256695 A1 EP1256695 A1 EP 1256695A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
guide ring
gas turbine
guide
cooling
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01111004A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Thomas Dr. Bolms
Peter Tiemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP01111004A priority Critical patent/EP1256695A1/de
Publication of EP1256695A1 publication Critical patent/EP1256695A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F01D9/00—Stators
    • 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
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a molding for forming a Guide ring for a gas turbine.
  • Gas turbines are used to drive generators in many areas or used by work machines.
  • the Energy content of a fuel to generate a rotational movement a turbine shaft used.
  • the fuel will To do this, burned in a combustion chamber, using an air compressor compressed air is supplied. That in the combustion chamber generated by the combustion of the fuel, under high Pressure and high temperature working medium is via a turbine unit downstream of the combustion chamber managed where it relaxes while working.
  • a number of them usually in groups of blades or rows of blades grouped together arranged via a pulse transfer from the flow medium drive the turbine shaft.
  • For guiding the flow medium are also common in the turbine unit between adjacent rows of blades with the turbine housing connected rows of vanes arranged.
  • the guide vanes indicate the appropriate management of the working medium a shovel blade on the end for attachment the turbine blade on the respective carrier body also as Platform designated blade root is formed.
  • This Platform usually on an inner wall of the turbine unit attached or hooked, limited with her surface facing the interior of the turbine unit the flow area for that flowing through the turbine unit Working medium.
  • Flow channel with a comparatively smooth inner surface form are also usually in the turbine unit between the platforms of in the direction of flow of the working medium seen adjacent guide vane rows so-called guide rings arranged, which in the flow direction of the working medium seen from the platforms of adjacent guide vanes bridge the gap left.
  • the invention is therefore based on the object of a fitting to form a reliably coolable guide ring for specify a gas turbine that with particularly little effort can be produced.
  • a gas turbine with a reliable coolable, easy to manufacture Guide ring can be specified.
  • This object is achieved by a shaped piece with a curved jacket sheet, its in the axial direction seen edges of the guide ring one each have continuous end rib thickened on top.
  • “Upper side” takes on that side of the casing sheet reference that in the assembled state of the casing sheet from the flow space facing away from the working medium and the guide vane carrier faces the turbine unit.
  • the invention is based on the consideration that for a particular simple and therefore inexpensive version of the Guide ring the flow path of the cooling medium flowing through it or the cooling air can be kept particularly simple should. Deviating from the previously common concept that as little cooling air as possible is used to cool the guide ring and is strongly heated, so that it then in the Kind of an open cooling in the hot gas or working medium can be admixed to the turbine unit is provided the guide ring with a comparatively large Amount of cooling medium or cooling air to feed only heated up to a limited extent. That is heated up to such a limited extent Coolant is then closed in the manner of a Cooling is not added to the hot gas flow, but instead rather used for cooling other components.
  • the cooling concept forms the jacket sheet in cooperation with the Guide vane carrier a coolant channel.
  • the coolant channel, the one hand through the top of the jacket sheet and on the other hand formed by the inner wall of the guide vane carrier through the end ribs limited at which the incoming or outgoing cooling medium a deflection into or out of the coolant channel experiences.
  • the at the end or front edges of the jacket sheet molded end ribs also favor the reliable Cooling the guide ring even further by looking at them due to the redirection of the cooling medium flow in Impact cooling takes place in a particularly effective manner.
  • the jacket sheet has advantageously a number of essentially on the top extending in the axial direction of the guide ring Stiffening ribs on. These form essentially parallel switched flow channels for the cooling medium or the cooling air.
  • the gas turbine are advantageously each on one Number of adjacent stiffening ribs a number of Beam hooks forming through the cladding sheet, respectively two adjacent stiffening ribs and the respective support hook limited flow openings arranged.
  • the carrier hooks are thus in a stand-alone construction on each a number of stiffening ribs, for example two to four, put on, each below the carrier hook a number of passages or flow openings for the Cooling medium are formed.
  • the carrier hooks are thus from Coolant flows under, so that a particularly effective Cooling enables and thermal stresses kept particularly low are.
  • the jacket is advantageously on the cooling medium for a turbulence of the one running along it Cooling medium trained.
  • the casing sheet advantageously has a number of essentially transverse on the upper side turbolator ribs oriented to the direction of flow of the cooling medium on.
  • the stated task is solved, by placing one of a number in the interior of the turbine housing guide ring composed of the fittings mentioned is arranged.
  • the guide ring is advantageously in the flow direction of the working medium seen between the first row of guide vanes and the first row of blades of the gas turbine arranged. This is the position during operation the gas turbine the comparatively strongest thermal stress the guide rings.
  • the advantages achieved with the invention are in particular in that the cladding sheet provided with thickened end ribs essentially closed cooling of the guide ring allowed with a particularly simple construction.
  • the essentially closed cooling can act of the guide ring with a comparatively large one Amount of cooling air or cooling medium.
  • the one Such cooling only heated up comparatively little Coolant can then be used to cool other components be used so that a particularly effective use of the cooling medium is made possible.
  • the gas turbine 1 has a compressor 2 for Combustion air, a combustion chamber 4 and a turbine 6 for Drive the compressor 2 and a generator, not shown or a work machine.
  • a compressor 2 for Combustion air
  • a combustion chamber 4 for Driving the compressor 2 and a generator, not shown or a work machine.
  • the turbine 6 and the compressor 2 on a common, also as a turbine rotor designated turbine shaft 8 arranged with the the generator or the working machine is also connected, and which is mounted rotatably about its central axis 9.
  • the combustion chamber 4 is provided with a number of burners 10 Combustion of a liquid or gaseous fuel. It is still not closer to its inner wall provided heat shield elements.
  • the turbine 6 has a number of with the turbine shaft 8 connected, rotatable blades 12.
  • the blades 12 are arranged in a ring shape on the turbine shaft 8 and thus form a number of rows of blades.
  • the turbine 6 comprises a number of fixed guide vanes 14, which is also ring-shaped with the formation of Guide vane rows attached to an inner housing 16 of the turbine 6 are.
  • the blades 12 are used to drive the turbine shaft 8 by transfer of momentum from the turbine 6 working medium flowing through M.
  • the guide vanes 14 serve in contrast to the flow of the working medium M between seen two in the flow direction of the working medium M. successive rows of blades or blade rings.
  • a successive pair from a wreath of Guide vanes 14 or a row of guide vanes and from one Wreath of blades 12 or a row of blades is also referred to as the turbine stage.
  • Each guide vane 14 has one, also referred to as a blade root Platform 18 on which to fix the respective guide vane 14 on the inner housing 16 of the turbine 6 as a wall element is arranged.
  • the platform 18 is a thermally comparative heavily loaded component that the outer boundary a hot gas duct for the one flowing through the turbine 6 Working medium M forms.
  • Each blade 12 is analog Way over a platform 20 also referred to as a blade root attached to the turbine shaft 8.
  • each guide ring 20 is also hot, flowing through the turbine 6 Working medium M exposed and in the radial direction from the outer end 22 of the blade opposite to it 12 spaced apart by a gap.
  • the one between neighboring Guide rings 20 arranged guide vane rows serve in particular as cover elements covering the inner wall of the inner housing 16 or other housing installation parts a thermal overload caused by the turbine 6 flowing hot working medium M protects.
  • the gas turbine 1 for a comparatively high outlet temperature of the working medium emerging from the combustion chamber 4 M designed from about 1200 ° C to 1300 ° C.
  • the blades 12 and Guide vanes 14 designed to be coolable as cooling medium by cooling air.
  • the guide rings 21 are also through Cooling air designed to be coolable.
  • the guide ring 21 is in each case of a number of Fittings 30 assembled.
  • One to form the flow direction of the working medium M seen first guide ring 21 shaped piece 30 is in supervision in Figure 2, in Figure 3 in longitudinal section and in Figure 4 in cross section shown.
  • the shaped piece 30 comprises a jacket plate 32, the circumferential direction of the guide ring 21 to be formed is curved like a segment of a circle.
  • the jacket plate 32 At its in the axial direction x of the guide ring, shown in Figures 2, 4 by the arrow 34 is symbolized, front or end edges 36, 38 the jacket plate 32 has a continuous, to the top 40 of the cladding sheet 32 thickened end rib 42 or 44 on.
  • top 40 of the casing sheet 32 is like this that can be seen in particular from FIGS. 3 and 4
  • Side of the cladding sheet 32 to be understood in the assembled state of the guide ring 21 of the inner wall of the inner housing 16 faces the turbine 6.
  • the underside 46 of the cladding sheet 32 denotes the side that is in the assembled position State of the guide ring 21 the flowing working medium M faces and limits its flow channel.
  • the jacket plate 32 is for a particularly low cooling effort executed in a particularly small thickness. To nevertheless with comparatively high mechanical stress to ensure sufficient strength of the molding 30, the jacket plate 32 has a number on its upper side 40 of essentially in the axial direction x of the guide ring 21 extending stiffening ribs 50. These thus form a number of substantially parallel flow channels for the cooling medium. Between adjacent stiffening ribs 50 also has the jacket plate 32 essentially aligned transversely to the flow direction of the cooling medium Turbolator fins 52 through which a substantially wavy surface structure of the top 40 forms. Through the turbolator ribs 52 is in the by two stiffening ribs 50 flowing flow channels Swirling cooling medium, so that a particularly good mechanical contact and thus heat transfer with the jacket sheet 32 sets.
  • each carrier hook 54 extends seen in the transverse direction of the casing sheet 32 via a A plurality of the stiffening ribs 50.
  • each carrier hook 54 is on the respective Stiffening ribs 50 placed such that each two adjacent stiffening ribs 50 together with the casing sheet 32 and the respective carrier hook 54 a number of Form flow openings 56.
  • the carrier hook 54 are thus flows under the cooling medium, so that occurring thermal stresses in the fitting 30 even when subjected to comparatively high thermal load are kept particularly low.
  • the carrier hooks 54 are otherwise, as can be seen from Figure 4 is formed with molded carrier lugs and with corresponding support elements on the inner wall of the inner housing 16 of the turbine 6 can be brought into engagement.
  • Hot working medium flows through during operation of the gas turbine 1 M the turbine 6.
  • the cooling air L is like this is represented by the arrow 60 in FIG. 4, from the region the inner wall of the inner casing 16 of the turbine 6 Jacket sheet 32 supplied.
  • Cooling air L essentially along a flow path the top 40 of the jacket plate 32 deflected. there occurs in the area of the end rib 42 for cooling in particular favorable impact cooling effect.
  • the cooling air L flows through in the direction towards the turbine shaft 8 from the top 40 of the casing sheet 32 and towards the outside from the inside wall of the inner housing 16 of the turbine 6 limited coolant channel and cools the jacket sheet 32 in the area of Another end rib 44, the cooling air L is redirected and flows in the direction as indicated by arrow 62 on the inner wall of the inner housing 16 of the turbine 6. With the redirection there is again a cooling of the Jacket plate 32 particularly advantageous impact cooling effect.

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Abstract

Ein Formstück (30) zur Bildung eines Führungsrings (21) für eine Gasturbine (1) soll einerseits zur zuverlässigen Kühlung des Führungsrings (21) geeignet ausgelegt und andererseits mit besonders geringem Aufwand herstellbar sein. Dazu umfaßt das Formstück (30) erfindungsgemäß ein gebogenes Mantelblech (32), dessen in axialer Richtung (x) des Führungsrings (21) gesehen endseitige Ränder (36,38) jeweils eine durchgehende, oberseitig verdickte Endrippe (42,44) aufweisen. Ein aus derartigen Formstücken (30) zusammengesetzter Führungsring (21) ist für eine im wesentlichen geschlossene Kühlluftführung geeignet, wobei die Oberseite (40) des Mantelblechs (32) gemeinsam mit einer Innenwand des Innengehäuses (16) der Gasturbine (1) einen Strömungskanal (56) für die Kühlluft (L) bildet. Weiterhin sind eine Anzahl von Trägerhaken (54) an einer Mehrzahl benachbarter Versteifungsrippen (50) angeordnet, wobei Durchströmöffnungen (56) durch das Mantelblech (32), jeweils zwei benachbarte Versteifungsrippen (50) und den jeweiligen Trägerhaken (54) gebildet sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Formstück zur Bildung eines Führungsrings für eine Gasturbine.
Gasturbinen werden in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Arbeitsmaschinen eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffs zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Turbinenwelle benutzt. Der Brennstoff wird dazu in einer Brennkammer verbrannt, wobei von einem Luftverdichter verdichtete Luft zugeführt wird. Das in der Brennkammer durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte, unter hohem Druck und unter hoher Temperatur stehende Arbeitsmedium wird dabei über eine der Brennkammer nachgeschaltete Turbineneinheit geführt, wo es sich arbeitsleistend entspannt.
Zur Erzeugung der Rotationsbewegung der Turbinenwelle sind dabei an dieser eine Anzahl von üblicherweise in Schaufelgruppen oder Schaufelreihen zusammengefaßten Laufschaufeln angeordnet, die über einen Impulsübertrag aus dem Strömungsmedium die Turbinenwelle antreiben. Zur Führung des Strömungsmediums in der Turbineneinheit sind zudem üblicherweise zwischen benachbarten Laufschaufelreihen mit dem Turbinengehäuse verbundene Leitschaufelreihen angeordnet. Die Leitschaufeln weisen dabei zur geeigneten Führung des Arbeitsmediums ein Schaufelblatt auf, an das endseitig zur Befestigung der Turbinenschaufel am jeweiligen Trägerkörper ein auch als Plattform bezeichneter Schaufelfuß angeformt ist. Diese Plattform, die üblicherweise an einer Innenwand der Turbineneinheit befestigt oder verhakt ist, begrenzt dabei mit ihrer dem Innenraum der Turbineneinheit zugewandten Oberfläche zudem den Strömungsbereich für das die Turbineneinheit durchströmende Arbeitsmedium. Um für das Arbeitsmedium dabei einen Strömungskanal mit vergleichsweise glatter Innenoberfläche zu bilden, sind zudem in der Turbineneinheit üblicherweise zwischen den Plattformen von in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen benachbarten Leitschaufelreihen sogenannte Führungsringe angeordnet, die die in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen von den Plattformen benachbarter Leitschaufeln gelassene Lücke überbrücken.
Bei der Auslegung von Gasturbinen ist zusätzlich zur erreichbaren Leistung üblicherweise ein besonders hoher Wirkungsgrad ein Auslegungsziel. Eine Erhöhung des Wirkungsgrades läßt sich dabei aus thermodynamischen Gründen grundsätzlich durch eine Erhöhung der Austrittstemperatur erreichen, mit dem das Arbeitsmedium aus der Brennkammer ab- und in die Turbineneinheit einströmt. Daher werden Temperaturen von etwa 1200 °C bis 1300 °C für derartige Gasturbinen angestrebt und auch erreicht.
Bei derartig hohen Temperaturen des Arbeitsmediums sind jedoch die diesem ausgesetzten Komponenten und Bauteile hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um dennoch bei hoher Zuverlässigkeit eine vergleichsweise lange Lebensdauer der betroffenen Komponenten zu gewährleisten, ist üblicherweise eine Kühlung der betroffenen Komponenten vorgesehen. Demzufolge sind üblicherweise auch die am Heißgaskanal angeordneten Führungsringe kühlbar ausgebildet. Diese erwärmen sich im Betrieb vergleichsweise stark, so daß einerseits mit entsprechend großen thermischen Ausdehnungen zu rechnen ist. Andererseits wird aus thermodynamischen Gründen üblicherweise versucht, den für die Kühlung des jeweiligen Führungsrings erforderlichen Bedarf an Kühlmedium besonders gering zu halten. Unter zusätzlicher Einhaltung möglicherweise vorgegebener Dichtigkeitserfordernisse ist die Bereitstellung eines zuverlässig und ausreichend kühlbaren Führungsrings daher vergleichsweise aufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Formstück zur Bildung eines zuverlässig kühlbaren Führungsrings für eine Gasturbine anzugeben, das mit besonders geringem Aufwand herstellbar ist. Zudem soll eine Gasturbine mit einem zuverlässig kühlbaren, auf besonders einfache Weise herstellbaren Führungsring angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Formstück mit einem gebogenen Mantelblech, dessen in axialer Richtung des Führungsrings gesehen endseitige Ränder jeweils eine durchgehende, oberseitig verdickte Endrippe aufweisen.
"Oberseitig" nimmt dabei auf diejenige Seite des Mantelblechs bezug, die im montierten Zustand des Mantelblechs vom Strömungsraum des Arbeitsmediums abgewandt und dem Leitschaufelträger der Turbineneinheit zugewandt ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß für eine besonders einfache und somit auch kostengünstige Ausführung des Führungsrings der Strömungsweg des ihn durchströmenden Kühlmediums oder der Kühlluft besonders einfach gehalten werden sollte. Unter Abweichung von dem bisher üblichen Konzept, daß zur Kühlung des Führungsrings möglichst wenig Kühlluft genutzt und dabei stark aufgeheizt wird, so daß sie dann in der Art einer offenen Kühlung dem Heißgas oder Arbeitsmedium in der Turbineneinheit beigemischt werden kann, ist dazu vorgesehen, den Führungsring mit einer vergleichsweise großen Menge an Kühlmedium oder Kühlluft zu bespeisen, das sich somit nur begrenzt aufheizt. Das solchermaßen nur begrenzt aufgeheizte Kühlmedium wird anschließend in der Art einer geschlossenen Kühlung nicht dem Heißgasstrom beigemischt, sondern vielmehr zur Kühlung weiterer Komponenten weiter verwendet.
Für ein derartiges, einer geschlossenen Kühlung nahekommendes Kühlkonzept bildet das Mantelblech in Zusammenwirkung mit dem Leitschaufelträger einen Kühlmittelkanal. Der Kühlmittelkanal, der einerseits durch die Oberseite des Mantelblechs und andererseits durch die Innenwand des Leitschaufelträgers gebildet ist, ist dabei ein- und ausgangsseitig durch die Endrippen begrenzt, an denen das zu- bzw. abströmende Kühlmedium eine Ein- bzw. Auslenkung in den bzw. aus dem Kühlmittelkanal erfährt. Die an den end- oder stirnseitigen Rändern des Mantelblechs angeformten Endrippen begünstigen zudem die zuverlässige Kühlung des Führungsrings noch weiter, indem an ihnen infolge der eintretenden Umlenkung des Kühlmediumstroms in besonders wirkungsvoller Weise eine Prallkühlung stattfindet.
Eine zuverlässige Kühlung bei vergleichsweise geringem Aufwand an Kühlmittel ist ermöglicht, indem das Mantelblech als vergleichsweise dünnes Blech ausgeführt ist. Um auch bei der Verwendung eines vergleichsweise dünnen Blechs als Mantelblech eine besonders hohe mechanische Festigkeit und Belastbarkeit des Formstücks zu gewährleisten, weist das Mantelblech vorteilhafterweise oberseitig eine Anzahl von im wesentlichen in axialer Richtung des Führungsrings verlaufenden Versteifungsrippen auf. Diese bilden im wesentlichen parallel geschaltete Strömungskanäle für das Kühlmedium oder die Kühlluft.
Zur Anbringung des Formstücks oder des aus einer Anzahl derartiger Formstücke gebildeten Führungsrings am Leitschaufelträger der Gasturbine sind vorteilhafterweise jeweils an einer Mehrzahl benachbarter Versteifungsrippen eine Anzahl von Trägerhaken unter Bildung von durch das Mantelblech, jeweils zwei benachbarte Versteifungsrippen und den jeweiligen Trägerhaken begrenzten Durchströmöffnungen angeordnet. Die Trägerhaken sind somit in einzeln stehender Bauweise auf jeweils eine Anzahl von Versteifungsrippen, beispielsweise zwei bis vier, aufgesetzt, wobei unterhalb jedes Trägerhakens jeweils eine Anzahl von Durchgängen oder Durchströmöffnungen für das Kühlmedium gebildet sind. Die Trägerhaken sind somit vom Kühlmedium unterströmt, so daß eine besonders wirkungsvolle Kühlung ermöglicht und Wärmespannungen besonders gering gehalten sind.
Für einen besonders wirkungsvollen Wärmeübertrag vom Mantelblech auf das Kühlmedium ist das Mantelblech vorteilhafterweise für eine Verwirbelung des an ihm entlang streifenden Kühlmediums ausgebildet. Dazu weist das Mantelblech vorteilhafterweise oberseitig eine Anzahl von im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums orientierten Turbolatorrippen auf.
Bezüglich der Gasturbine wird die genannte Aufgabe gelöst, indem im Innenbereich des Turbinengehäuses ein aus einer Anzahl von den genannten Formstücken zusammengesetzter Führungsring angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist der Führungsring dabei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen zwischen der ersten Leitschaufelreihe und der ersten Laufschaufelreihe der Gasturbine angeordnet. In dieser Position erfolgt nämlich beim Betrieb der Gasturbine die vergleichsweise stärkste thermische Beanspruchung der Führungsringe.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das mit verdickten Endrippen versehene Mantelblech eine im wesentlichen geschlossene Kühlung des Führungsrings bei besonders einfacher Bauweise erlaubt. Durch die im wesentlichen geschlossene Kühlung kann eine Beaufschlagung des Führungsrings mit einer vergleichsweise großen Menge an Kühlluft oder Kühlmedium erfolgen. Das bei einer derartigen Kühlung nur vergleichsweise gering aufgeheizte Kühlmedium kann anschließend zur Kühlung weiterer Komponenten herangezogen werden, so daß ein besonders effektiver Einsatz des Kühlmediums ermöglicht ist. Des weiteren ist eine Abdichtung bei einem derartigen Kühlkonzept nur in geringem Umfang erforderlich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1
einen Halbschnitt durch eine Gasturbine,
Figur 2
ein Formstück zur Bildung eines Führungsrings in Aufsicht,
Figur 3
das Formstück nach Figur 2 im Längsschnitt, und
Figur 4
das Formstück nach Figur 2 im Querschnitt.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Gasturbine 1 gemäß Figur 1 weist einen Verdichter 2 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 4 sowie eine Turbine 6 zum Antrieb des Verdichters 2 und eines nicht dargestellten Generators oder einer Arbeitsmaschine auf. Dazu sind die Turbine 6 und der Verdichter 2 auf einer gemeinsamen, auch als Turbinenläufer bezeichneten Turbinenwelle 8 angeordnet, mit der auch der Generator bzw. die Arbeitsmaschine verbunden ist, und die um ihre Mittelachse 9 rotierbar gelagert ist.
Die Brennkammer 4 ist mit einer Anzahl von Brennern 10 zur Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs bestückt. Sie ist weiterhin an ihrer Innenwand mit nicht näher dargestellten Hitzeschildelementen versehen.
Die Turbine 6 weist eine Anzahl von mit der Turbinenwelle 8 verbundenen, rotierbaren Laufschaufeln 12 auf. Die Laufschaufeln 12 sind kranzförmig an der Turbinenwelle 8 angeordnet und bilden somit eine Anzahl von Laufschaufelreihen. Weiterhin umfaßt die Turbine 6 eine Anzahl von feststehenden Leitschaufeln 14, die ebenfalls kranzförmig unter der Bildung von Leitschaufelreihen an einem Innengehäuse 16 der Turbine 6 befestigt sind. Die Laufschaufeln 12 dienen dabei zum Antrieb der Turbinenwelle 8 durch Impulsübertrag vom die Turbine 6 durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 14 dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen aufeinanderfolgenden Laufschaufelreihen oder Laufschaufelkränzen. Ein aufeinanderfolgendes Paar aus einem Kranz von Leitschaufeln 14 oder einer Leitschaufelreihe und aus einem Kranz von Laufschaufeln 12 oder einer Laufschaufelreihe wird dabei auch als Turbinenstufe bezeichnet.
Jede Leitschaufel 14 weist eine auch als Schaufelfuß bezeichnete Plattform 18 auf, die zur Fixierung der jeweiligen Leitschaufel 14 am Innengehäuse 16 der Turbine 6 als Wandelement angeordnet ist. Die Plattform 18 ist dabei ein thermisch vergleichsweise stark belastetes Bauteil, das die äußere Begrenzung eines Heißgaskanals für das die Turbine 6 durchströmende Arbeitsmedium M bildet. Jede Laufschaufel 12 ist in analoger Weise über eine auch als Schaufelfuß bezeichnete Plattform 20 an der Turbinenwelle 8 befestigt.
Zwischen den beabstandet voneinander angeordneten Plattformen 18 der Leitschaufeln 14 zweier benachbarter Leitschaufelreihen ist jeweils ein Führungsring 21 am Innengehäuse 16 der Turbine 6 angeordnet. Die äußere Oberfläche jedes Führungsrings 20 ist dabei ebenfalls dem heißen, die Turbine 6 durchströmenden Arbeitsmedium M ausgesetzt und in radialer Richtung vom äußeren Ende 22 der ihm gegenüber liegenden Laufschaufel 12 durch einen Spalt beabstandet. Die zwischen benachbarten Leitschaufelreihen angeordneten Führungsringe 20 dienen dabei insbesondere als Abdeckelemente, die die Innenwand des Innengehäuses 16 oder andere Gehäuse-Einbauteile vor einer thermischen Überbeanspruchung durch das die Turbine 6 durchströmende heiße Arbeitsmedium M schützt.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Gasturbine 1 für eine vergleichsweise hohe Austrittstemperatur des aus der Brennkammer 4 austretenden Arbeitsmediums M von etwa 1200 °C bis 1300 °C ausgelegt. Um dies zu ermöglichen, sind zumindest einige der Laufschaufeln 12 und der Leitschaufeln 14 durch Kühlluft als Kühlmedium kühlbar ausgelegt. Zusätzlich dazu sind auch die Führungsringe 21 durch Kühlluft kühlbar ausgebildet.
Dazu ist der Führungsring 21 jeweils aus einer Anzahl von Formstücken 30 zusammengesetzt. Ein zur Bildung des in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen ersten Führungsrings 21 vorgesehenes Formstück 30 ist in Figur 2 in Aufsicht, in Figur 3 im Längsschnitt und in Figur 4 im Querschnitt gezeigt. Das Formstück 30 umfaßt ein Mantelblech 32, das in Umfangsrichtung des zu bildenden Führungsrings 21 kreissegmentartig gebogen ist. An seinen in axialer Richtung x des Führungsrings, die in den Figuren 2, 4 durch den Pfeil 34 symbolisiert ist, stirn- oder endseitigen Rändern 36, 38 weist das Mantelblech 32 jeweils eine durchgehende, zur Oberseite 40 des Mantelblechs 32 verdickte Endrippe 42 bzw. 44 auf. Als Oberseite 40 des Mantelblechs 32 ist dabei, wie dies insbesondere aus den Figuren 3 und 4 erkennbar ist, diejenige Seite des Mantelblechs 32 aufzufassen, die im montierten Zustand des Führungsrings 21 der Innenwand des Innengehäuses 16 der Turbine 6 zugewandt ist. Die Unterseite 46 des Mantelblechs 32 bezeichnet hingegen diejenige Seite, die im montierten Zustand des Führungsrings 21 dem strömenden Arbeitsmedium M zugewandt ist und dessen Strömungskanal begrenzt.
Das Mantelblech 32 ist für einen besonders geringen Kühlaufwand in besonders geringer Dicke ausgeführt. Um dennoch auch bei vergleichsweise hoher mechanischer Beanspruchung eine ausreichende Festigkeit des Formstücks 30 zu gewährleisten, weist das Mantelblech 32 an seiner Oberseite 40 eine Anzahl von im wesentlich in axialer Richtung x des Führungsrings 21 verlaufenden Versteifungsrippen 50 auf. Diese bilden somit eine Anzahl von im wesentlichen parallel verlaufenden Strömungskanälen für das Kühlmedium. Zwischen benachbarten Versteifungsrippen 50 weist das Mantelblech 32 zudem im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Kühlmediums ausgerichtete Turbolatorrippen 52 auf, durch die sich eine im wesentlichen wellige Oberflächenstruktur der Oberseite 40 bildet. Durch die Turbolatorrippen 52 wird dabei in den durch jeweils zwei Versteifungsrippen 50 begrenzten Strömungskanälen strömendes Kühlmedium verwirbelt, so daß sich ein besonders guter mechanischer Kontakt und somit Wärmeübertrag mit dem Mantelblech 32 einstellt.
Zur Befestigung des Formstücks 30 an einem Leitschaufelträger der Turbine 6 sind auf einige der Versteifungsrippen 50 Trägerhaken 54 aufgesetzt. Jeder Trägerhaken 54 erstreckt sich dabei in Querrichtung des Mantelblechs 32 gesehen über eine Mehrzahl der Versteifungsrippen 50. Wie insbesondere aus Figur 3 erkennbar, ist jeder Trägerhaken 54 dabei auf die jeweiligen Versteifungsrippen 50 derart aufgesetzt, daß jeweils zwei benachbarte Versteifungsrippen 50 gemeinsam mit dem Mantelblech 32 und dem jeweiligen Trägerhaken 54 eine Anzahl von Durchströmöffnungen 56 bilden. Die Trägerhaken 54 sind somit vom Kühlmedium unterströmt, so daß auftretende Wärmespannungen im Formstück 30 auch bei Beaufschlagung mit vergleichsweise hoher thermischer Last besonders gering gehalten sind. Die Trägerhaken 54 sind im übrigen, wie dies aus Figur 4 erkennbar ist, mit angeformten Trägernasen ausgebildet und mit entsprechenden Tragelementen an der Innenwand des Innengehäuses 16 der Turbine 6 in Eingriff bringbar.
Beim Betrieb der Gasturbine 1 durchströmt heißes Arbeitsmedium M die Turbine 6. Zur Kompensation der dadurch unter anderem in die Führungsringe 21 eingetragenen Wärme erfolgt eine Beaufschlagung der die Führungsringe 21 bildenden Formstücke 30 mit Kühlluft L. Die Kühlluft L wird dabei, wie dies in Figur 4 durch den Pfeil 60 dargestellt ist, aus den Bereich der Innenwand des Innengehäuses 16 der Turbine 6 dem Mantelblech 32 zugeführt. Durch die Endrippe 42 wird die Kühlluft L dabei auf einen Strömungsweg im wesentlichen entlang der Oberseite 40 des Mantelblechs 32 umgelenkt. Dabei tritt im Bereich der Endrippe 42 ein für die Kühlung besonders günstiger Prallkühleffekt ein.
Im weiteren Verlauf durchströmt die Kühlluft L den in Richtung zur Turbinenwelle 8 hin von der Oberseite 40 des Mantelblechs 32 und in Richtung zur Außenseite hin von der Innenwand des Innengehäuses 16 der Turbine 6 begrenzten Kühlmittelkanal und kühlt dabei das Mantelblech 32. Im Bereich der weiteren Endrippe 44 wird die Kühlluft L erneut umgelenkt und strömt, wie dies durch den Pfeil 62 angedeutet ist, in Richtung auf die Innenwand des Innengehäuses 16 der Turbine 6 ab. Bei der Umlenkung entsteht erneut ein für die Kühlung des Mantelblechs 32 besonders vorteilhafter Prallkühleffekt.
Durch eine derartige Führung der Kühlluft L kann in der Art einer geschlossenen Kühlung eine im wesentlichen flächige Beaufschlagung des Mantelblechs 32 mit Kühlmedium erfolgen. Gerade dadurch ist eine mit einer vergleichsweise geringen Aufheizung der Kühlluft L verbundene Beaufschlagung des Formstücks 30 mit einer vergleichsweise großen Menge an Kühlluft L ermöglicht, die anschließend noch für eine Weiterverwendung zur Kühlung weiterer, nachgeschalteter Komponenten zur Verfügung steht.

Claims (6)

  1. Formstück (30) zur Bildung eines Führungsrings (21) für eine Gasturbine (1) mit einem gebogenen Mantelblech (32), dessen in axialer Richtung (x) des Führungsrings (21) gesehen endseitige Ränder (36, 38) jeweils eine durchgehende, oberseitig verdickte Endrippe (42, 44) aufweisen.
  2. Formstück (30) nach Anspruch 1, dessen Mantelblech (32) oberseitig eine Anzahl von im wesentlichen in axialer Richtung (x) des Führungsrings (21) verlaufende Versteifungsrippen (50) aufweist.
  3. Formstück (30) nach Anspruch 2, bei dem jeweils an einer Mehrzahl benachbarter Versteifungsrippen (50) eine Anzahl von Trägerhaken (54) unter Bildung von durch das Mantelblech (32), jeweils zwei benachbarte Versteifungsrippen (50) und den jeweiligen Trägerhaken (54) begrenzten Durchstömöffnungen (56) angeordnet ist.
  4. Formstück (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Mantelblech (32) oberseitig eine Anzahl von Turbolatorrippen (52) aufweist.
  5. Gasturbine (1) mit einer Anzahl von jeweils zu Laufschaufelreihen zusammengefaßten, an einer Turbinenwelle (8) angeordneten Laufschaufeln (12) und mit einer Anzahl von jeweils zu Leitschaufelreihen zusammengefaßten, mit einem Turbinengehäuse verbundenen Leitschaufeln (14), bei der im Innenbereich des Turbinengehäuses ein aus einer Anzahl von Formstücken (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zusammengesetzter Führungsring (21) angeordnet ist.
  6. Gasturbine (1) nach Anspruch 5, deren Führungsring (21) in Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums (M) gesehen zwischen der ersten Leitschaufelreihe und der ersten Laufschaufelreihe angeordnet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10340670B4 (de) * 2003-04-08 2009-08-20 Valerij Albrandt Rotorenkolbenmotor
US8128344B2 (en) 2008-11-05 2012-03-06 General Electric Company Methods and apparatus involving shroud cooling

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127793A (en) * 1990-05-31 1992-07-07 General Electric Company Turbine shroud clearance control assembly
EP0528520A1 (de) * 1991-06-24 1993-02-24 General Electric Company Kompressorstatorgehäuse
US5609469A (en) * 1995-11-22 1997-03-11 United Technologies Corporation Rotor assembly shroud
WO2000057033A1 (de) * 1999-03-24 2000-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Abdeckelement und anordnung mit einem abdeckelement und mit einer tragstruktur
US6224329B1 (en) * 1999-01-07 2001-05-01 Siemens Westinghouse Power Corporation Method of cooling a combustion turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127793A (en) * 1990-05-31 1992-07-07 General Electric Company Turbine shroud clearance control assembly
EP0528520A1 (de) * 1991-06-24 1993-02-24 General Electric Company Kompressorstatorgehäuse
US5609469A (en) * 1995-11-22 1997-03-11 United Technologies Corporation Rotor assembly shroud
US6224329B1 (en) * 1999-01-07 2001-05-01 Siemens Westinghouse Power Corporation Method of cooling a combustion turbine
WO2000057033A1 (de) * 1999-03-24 2000-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Abdeckelement und anordnung mit einem abdeckelement und mit einer tragstruktur

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10340670B4 (de) * 2003-04-08 2009-08-20 Valerij Albrandt Rotorenkolbenmotor
US8128344B2 (en) 2008-11-05 2012-03-06 General Electric Company Methods and apparatus involving shroud cooling

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