EP1276972A1 - Turbine - Google Patents

Turbine

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Publication number
EP1276972A1
EP1276972A1 EP01911696A EP01911696A EP1276972A1 EP 1276972 A1 EP1276972 A1 EP 1276972A1 EP 01911696 A EP01911696 A EP 01911696A EP 01911696 A EP01911696 A EP 01911696A EP 1276972 A1 EP1276972 A1 EP 1276972A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
sealing element
base plate
plates
gas space
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
EP01911696A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1276972B1 (de
Inventor
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 EP01911696A priority Critical patent/EP1276972B1/de
Publication of EP1276972A1 publication Critical patent/EP1276972A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1276972B1 publication Critical patent/EP1276972B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • 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
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations

Definitions

  • the invention relates to a turbine, in particular a gas turbine.
  • a hot gas is passed through the turbine, as a result of which a shaft with rotor blades arranged thereon is turned on.
  • This wave is usually connected to a generator to generate energy.
  • the blades extend radially outward.
  • Fixed guide vanes are arranged in the opposite direction, ie radially from the outside inwards. When viewed in the longitudinal direction of the turbine, the guide vanes and the rotor blades engage with one another in a tooth-like manner.
  • the turbine generally has several turbine stages, with a guide vane ring being arranged in each stage, i.e.
  • the guide vanes are arranged next to one another in the circumferential direction of the turoin.
  • the individual guide vane rings are arranged in succession in the axial direction.
  • the flow path of the hot gas through the turbine is referred to below as the gas space.
  • the guide vanes each comprise a blade leaf which extends radially into the gas space and is attached to a base plate, by means of which the guide blade is fastened to a so-called guide blade carrier.
  • the individual base plates of the guide vanes form an essentially closed surface and limit the gas space to the outside. In order to achieve the smallest possible leakage gaps between the individual foot plates, seals are generally provided between the individual foot plates.
  • the massive formation of the edge area in which the groove for the sealing plate is arranged is problematic with regard to the thermal load on the footplate. Due to the high temperatures in the turbine, the base plates are usually cooled with a coolant. For the massive
  • a further sealing variant consists in resetting the grooves and the sealing plate from the hot gas side on the gas space side, and introducing an undercut in the solid edge area below the sealing element. Again, there is the problem of the coolant flowing through this undercut to a sufficient extent.
  • a third seal variant, according to which even cooling channels are incorporated into the body of the foot plate, is manoeuvrable on manufacturing technology ⁇ . In particular, the problem is raised that to form the cooling channels when casting the footplate
  • the core must be cast in, which is positioned using spacers.
  • the core as well as the spacers will be removed after casting by suitable measures so that the cavities thus formed can be used as cooling channels.
  • the invention has for its object to provide the seal between adjacent guide vanes suitable for simple cooling in a turbine.
  • a turbine in particular by a gas turbine, with a gas space and with a number of guide vanes, each having a base plate and an airfoil extending radially from the base plate into the gas space, with between the base plates
  • Adjacent guide vanes each have a sealing element with a receiving area into which the base plates extend.
  • the sealing element viewed in cross section, is H-shaped with two longitudinal legs connected via a cross leg, with between the Long legs two receiving areas separated from the transverse leg are formed, into each of which the base plates of adjacent guide vanes extend.
  • the sealing element thus partially covers the adjacent foot plates with its two longitudinal legs, so that in addition to the sealing property, the foot plates are held by the sealing element.
  • the sealing element is preferably arranged between adjacent guide vanes in the turbine circumferential direction.
  • the base plates each have a side edge which is in particular radially bent outwards from the gas space, the sealing element being arranged between two side edges of adjacent guide vanes. This increases the effective sealing height of the seal without increasing the plate thickness of the base plate.
  • the two bent side edges of the foot plates are in particular in contact with the cross leg of the H-shaped sealing element.
  • the side edge has essentially the same material thickness as the rest of the footplate.
  • the front of the footplate facing the gas space in the area of the sealing element has a support surface set back from the gas space, on which the sealing element rests.
  • the sealing element preferably closes flush with the footplate.
  • a flow path in the form of a leakage gap for air is present between the sealing element and the base plates for cooling the sealing element. So there is no absolute tightness aimed at keep thermal stress in the area of the sealing element and on the side edges of the footplate low.
  • the outer space around the gas space in a turbine is kept at a higher pressure than the gas space, so that air enters the gas space from the outside via the leakage gap and hot gas is prevented from escaping from the gas space.
  • a closed cooling system through which a coolant can flow is arranged in the rear region of the footplates, ie, in the outer space, facing away from the gas space.
  • the coolant here is in particular steam.
  • a liquid such as water or another gas such as air or hydrogen is also used as the coolant.
  • the back of the foot plates facing away from the gas space can in particular be directly overflowed by the coolant, so that a direct heat exchange takes place between the coolant and the foot plate.
  • an inflow channel for the coolant is formed between an outer baffle plate and a baffle plate, the baffle plate being arranged between the outer baffle plate and the foot plate and having flow openings towards the foot plate, and between the baffle plate and Base plate is a backflow channel for the cooling medium is formed.
  • a closed cooling system which has a high cooling effect is thus easily realized.
  • the coolant is supplied via the inflow channel and directed at the base plate at high speed via the flow openings in the baffle plate, which are designed in particular as nozzles, so that an intensive heat exchange takes place between the coolant and the base plate.
  • the heated coolant is then removed in the return flow channel.
  • the baffle plate is preferably supported on the base plate by means of a support element, so that the baffle plate is held at a defined distance from the base plate.
  • the baffle is preferably attached to the bent side edge of the footplate and the baffle is particularly attached to the baffle.
  • the sealing element described is preferably provided for the sealing in the circumferential direction and a further sealing element for the sealing in the axial direction.
  • a further sealing element for the sealing in the axial direction.
  • the further sealing element preferably connects the base plates to one another in a clamp-like manner on their rear sides facing away from the gas space.
  • the main advantage can be seen in the bracket-like configuration of the further sealing element, which spans the two base plates.
  • the further sealing element is designed to be elastic in particular in several directions, so that it follows the footplates in the case of thermal expansions without exposing a gap. The seal by the further sealing element is therefore largely unaffected by thermal expansions.
  • FIG. 1 shows a turbine system
  • FIG. 2 shows the sealing area between two base plates adjacent to one another in the circumferential direction of the turbine, in a conventional embodiment
  • 3 shows the ao-sealing area in an embodiment according to the invention
  • FIG. 4 shows a seal provided, in particular, for foot plates arranged next to one another in the axial direction of the turbine system.
  • a turbine system 2 in particular a gas turbine system of a turboset for a power plant for energy generation, comprises a combustion chamber 4 and a turbine 6, which is arranged in the longitudinal or axial direction 8 of the turbine system 2 after the combustion chamber 4.
  • the turbine 6 is shown in an advanced section so that a view of the gas space 12 of the turbine 6 is omitted.
  • the flow path of a hot gas HG through the turbine 6 is designated as the gas space 12.
  • the combustion chamber 4 is supplied with a fuel gas BG via a gas supply 14, which is burned in the combustion chamber 4 and forms the hot gas HG mentioned.
  • the hot gas HG flows through the turbine 6 and leaves it as
  • the hot gas HG is guided in the turbine 6 via guide vanes 18 and rotor blades 20.
  • a shaft 22 is driven, on which the moving blades 20 are arranged.
  • the shaft 22 is connected to a generator 24 for generating electrical energy.
  • the runners 20 extend radially outward from the shaft 22.
  • the guide vanes 18 have a base plate 21 and an airfoil 23 fastened thereon.
  • the guide vanes 20 are each fastened via their base plates 21 to a so-called guide vane carrier 26 on the outside of the turbine 6 and extend radially in the gas space 12. Seen in the longitudinal direction 8, the guide vanes 18 and the rotor blades 20 engage in a tooth-like manner.
  • Several of the rotor blades 20 and the guide blades 18 are each combined to form a ring, each guide blade ring one Represents turbine stage.
  • the second turbine stage 28 and the third turbine stage 30 are shown as examples.
  • the base plates 21 of the individual guide vanes 18 adjoin one another both in the axial direction 8 and in the circumferential direction 32 of the turbine 6 and limit the gas space 12 to the outside.
  • the adjacent foot plates 21 are sealed off from one another in order to keep leakage gaps 34 between them as small as possible.
  • the conventional sealing principle is reversed, so that the foot plates 21 now extend into a sealing element 44.
  • the sealing element 44 is H-shaped when viewed in cross section and has two longitudinal legs 46, which are connected via a transverse leg 48. are connected.
  • the sealing element 44 is therefore designed in the manner of a “double-T support”. Between the two longitudinal legs 46, two receiving areas 50 are formed, separated from the transverse leg 48, into which the foot plates 21 extend.
  • Sealing element 44 is T-shaped, that is to say with only one longitudinal leg 46. With such a sealing element 44, the receiving spaces formed are open.
  • the front sides 52 of the foot plates 21 oriented toward the gas space 12 each have in the region of the sealing element 44 a support surface 54 set back from the gas space 12, on which one longitudinal leg 56 of the sealing element 44 rests.
  • the base plate 21 is designed step-like in the area of the sealing element 44.
  • the end regions of the foot plates 21, which adjoin the step, are bent approximately perpendicularly from the gas space 12 to the outside and each form a bent or radially extending side edge 56.
  • the side edges 56 of the adjacent foot plates 21 nestle directly against the transverse leg 48. As a result, the sealing height H is increased without the base plate 21 being made stronger in the sealing area.
  • a flow path 58 designed as a leakage gap is formed between the sealing element 44 and at least one of the foot plates 21, so that, for example, air can flow from the gas space 12 away from the outer space 60 via the flow path 58 into the gas space 12 and thus the sealing area, i.e. the sealing element 44 and the side edges 56 cools.
  • a closed cooling system 62 is provided in particular, which preferably uses steam as the cooling agent and which is shown in detail in FIG.
  • This closed cooling system 62 has an inflow channel 64 and a return flow channel 66.
  • the inflow channel 64 is between an outer baffle 68 and one
  • Baffle plate 70 is formed, which is arranged between the guide plate 68 and the base plate 21.
  • the baffle 70 has Flow openings 72, which are designed in the manner of nozzles, so that coolant supplied via the inflow channel 64 passes into the return flow channel 66 along the arrows shown. Due to the nozzle-like mode of operation of the flow openings 72, the coolant is directed against the rear side 74 of the base plate 21 at high speed, so that an effective heat transfer between the coolant and the base plate 21 is realized.
  • the baffle plate 70 is supported against the base plate 21 and held at a distance via support elements 76, for example in the form of welding spots or welding webs.
  • the baffle plate 70 is fixed directly to the side edge 56 of the foot plate 21, in particular welded on, and the baffle plate 68 is fastened to the baffle plate 70.
  • the sealing arrangement shown in FIG. 3 is provided in particular for two guide vanes 18 adjacent in the circumferential direction 32.
  • the inflow ducts 64 and the backflow ducts 66 shown therefore extend in the axial direction 8 of the turbine 6.
  • the base plates 21 of a guide vane ring are thus sealed off from one another via the H-shaped sealing element 44.
  • this seal is less suitable for foot plates 21 of successive turbine stages 28, 30 adjacent in the axial direction 8, although in principle it is possible.
  • a further sealing element 80 is preferably provided for the sealing of foot plates 21 which adjoin one another in the axial direction 8 and which connects the foot plates 21 to one another at their rear sides 74 in a clamp-like manner.
  • the further sealing element 80 is t is interrupted in slots 82 and secured, the hineinerarranged substantially radially from the rear side 74 in the foot plates 21st
  • the further sealing element 80 is, as shown in FIG. 4, for example U-shaped with two connected via an arc 84 designed the leg 86.
  • the further sealing element 80 is provided with a corrugated structure in the manner of a bellows.
  • FIG. 4 also shows hooking elements 88 which are arranged on the rear sides 74 and with which the guide blades 1.n are hooked onto the guide blade carrier 26 (cf. FIG. 1).

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Bei einer Turbine (6), insbesondere Gasturbine, ist zur Ab-dichtung von aneinander in Umfangsrichtung (36) der Turbine (6) angrenzenden Leitschaufeln (18) ein Dichtelement (44) mit einem Aufnahmebereich (50) vorgesehen, in den die Leitschaufeln (18) mit ihren Fussplatten (21) hineinreichen. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Abdichtung braucht hierbei der Randbereich der Fussplatten (21) nicht verstärkt ausgebildet sein, so dass über die gesamte Fussplatte (21) hinweg eine homogene Kühlung ermöglicht ist. Dies erlaubt insbesondere die Anwendung eines geschlossenen Kühlsystems (62) zur Kühlung insbesondere mit Dampf.

Description

Beschreibung
Turbine
Die Erfindung betrifft eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine .
Bei einer Turoine, insbesondere bei einer Gasturbine eines Turbosatzes eines Kraftwerks zur Energieerzeugung, wird ein Heißgas durch die Turbine gefuhrt, wodurch eine Welle mit darauf angeordneten Laufschaufeln angetπeoen wird. Diese Welle ist zur Erzeugung von Energie in der Regel mit einem Generator verbunden. Die Laufschaufeln erstrecken sich radial nach außen. In der entgegengesetzten Richtung, also radial von außen nach inner, sind feststehende Leitschaufeln angeordnet. In Längsrichtung der Turbine betrachtet greifen die Leitschaufeln und die Laufschaufeln zahnartig ineinander ein. Die Turbine hat in der Regel mehrere Turbinenstufen, wobei in jeder Stufe ein Leitschaufelkranz angeordnet ist, d.h. meh- rere der Leitschaufeln sind m Umfangsrichtung der Turoine nebeneinander angeordnet. Die einzelnen Leitschaufelkranze sind m axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet. Der Stromungsweg des Heißgases durch die Turbine wird im Folgenden als Gasraum bezeichnet.
Die Leitschaufeln umfassen jeweils ein sich radial in αen Gasraum erstreckendes Schaufelblatt, welches an einer Fußplatte angebracht ist, über die die Leitschaufel an einem sogenannten Leitschaufeltrager befestigt ist. Die einzelnen Fußplatten der Leitschaufeln bilden eine m Wesentlichen geschlossene Flache und begrenzen den Gasraum nach außen. Um zwischen αen einzelnen Fußplatten möglichst geringe Leckagespalte zu erreichen, sind zwischen den einzelnen Fußplatten in der Regel Abdichtungen vorgesehen.
Bei einer herkömmlichen Abdichtungsvariante wird insbesondere bei in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Fußplatten der Fußplattenrandbereich verdickt ausgeführt, wobei in der Verdickung eine stirnseitige Nut eingearbeitet ist. Zum Abdichten wird in gegenüberliegende Nuten benachbarter Fußplatten ein gemeinsames Dichtblech eingebracht.
Die massive Ausbildung des Randbereichs, in dem die Nut für das Dichtblech angeordnet ist, ist im Hinblick auf die thermische Belastung der Fußplatte problematisch. Aufgrund der hohen Temperaturen in der Turbine werden die Fußplatten ubli- cherweise mit einem Kuhlmittel gekühlt. Für den massiven
Randbereich müssen dabei spezielle Kuhlmaßnahmen getroffen werden, um keine zu großen thermischen Spannungen zwischen dem massiven Randbereich und dem eher dünnen Plattenbereich der Fußplatte entstehen zu lassen.
Dieses Problem wird verschärft, wenn zur Kühlung ein geschlossener Kuhlkreis, beispielsweise ein geschlossener Dampfkuhlkreis, vorgesehen ist. Denn dann entfallt die Möglichkeit, durch den massiven Randbereich Kuhlbohrungen zu fuhren, durch die beispielsweise Kuhlluft strömen kann. Bei einem geschlossenen Kuhlkreislauf müssen solche Bohrungen vielmehr als Sacklόcher ausgeführt werden, wobei hierbei der Kuhleffekt naturgemäß gering ist, da das Kuhlmedium kaum das Sackloch in ausreichendem Maße durchströmen wird.
Eine weitere Abdichtungsvariante besteht darin, die Nuten und das Dichtblech von der gasraumseitigen Heißgasseite zurückzusetzen, und in den massiven Randbereich unterhalb des Dichtelements einen Hinterschnitt einzubringen. Auch hier besteht wiederum das Problem, diesen Hinterschnitt in ausreichendem Maße mit dem Kuhlmittel zu durchströmen. Eine dritte Abdichtungsvariante, wonach in den Korper der Fußplatte selbst Kuhlkanale eingebracht werden, ist herstellungstechnisch auf¬ wendig. Insbesondere wird dabei das Problem aufgeworfen, dass zur Ausbildung der Kuhlkanale beim Gießen der Fußplatte ein
Kern mit eingegossen werden muss, welcher über Abstandshalter positioniert wird. Der Kern sowie die Abstandshalter werden nach dem Gießen durch geeignete Maßnahmen entfernt, so dass die dadurch gebildeten Hohlräume als Kuhlkanale herangezogen werden können. Allerdings besteht über den von den Abstandshaltern geschaffenen Hohlraum eine Verbindung der Kuhlkanale nach außen, so daß ein geschlossener Kuhlkreislauf nur schwer zu verwirklichen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Turbine die Abdichtung zwischen benachbarten Leitschaufeln für eine einfache Kühlung geeignet auszubilden.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelost durch eine Turbine, insbesondere durch eine Gasturbine, mit einem Gasraum und mit einer Anzahl von Leitscnaufein, die jeweils eine Fuß- platte und ein sich von der Fußplatte radial in den Gasraum erstreckendes Schaufelblatt aufweisen, wobei zwischen den Fußplatten benachbarter Leitschaufeln jeweils ein Dichtelement mit einem Aufnahmebereich vorgesehen ist, n den die Fußplatten hineinreichen.
Die grundlegende Idee dieser Ausgestaltung ist in der Umkehrung des herkömmlichen Dichtprinzips zu sehen, bei dem ein Dichtblech in entsprechende Nuten der Fußplatten eingebracht ist. Dies erfordert nämlich zwangsläufig eine Verstärkung des Randes der Fußplatten im Nutbereich, was letztendlich zu den Problemen bei der Kühlung fuhrt. In Umkehrung dieses Dicht- prmzips wird nunmehr nicht das Dichtblech in die Fußplatten eingelegt, sondern die Fußplatten werden n das Dichtelement eingebracht. Damit entfallt die Notwendigkeit einer Verstar- kung des Randbereichs der Fußplatte. Die Kuhlbarkeit ist somit vereinfacht und die Fußplatte wird in allen Bereichen homogen gekühlt, so dass keine thermischen Spannungen auftreten .
In einer bevorzugten Ausbildung ist das Dichtelement im Querschnitt gesehen H-formig mit zwei über einen Querschenkel verbundene Langsschenkeln ausgebildet, wobei zwischen den Langsschenkeln zwei vom Querschenkel getrennte Aufnahmebereiche gebildet sind, in die jeweils die Fußplatten benachbarter Leitschaufeln hineinreichen. Das Dichtelement überdeckt also mit seinen beiden Langsschenkeln die benachbarten Fußplatten teilweise, so dass zusatzlich zu der Dichteigenschaft die Fußplatten vom Dichtelement gehalten werden.
Aufgrund von montagetechnischen Anforderungen beim Herstellen der Turbine ist das Dichtelement vorzugsweise zwischen in Turbinenumfangsrichtung benachbarten Leitschaufeln angeordnet .
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Fußplatten jeweils einen vom Gasraum insbesondere radial nach außen ab- gebogenen Seitenrand auf, wobei zwischen zwei Seitenrandern benachbarter Leitschaufeln das Dichtelement angeordnet ist. Dadurch wird die effektive Dichthohe der Abdichtung erhöht, ohne dass die Plattenstarke der Fußplatte erhöht ist. Die beiden abgebogenen Seitenrander der Fußplatten liegen hierbei insbesondere an dem Querschenkel des H-formig ausgebildeten Dichtelements an.
Um eine homogene Kühlung zu erzielen und damit Warmespannun- gen zu vermeiden, weist der Seitenrand eine im Wesentlichen gleiche Materialstärke wie die restliche Fußplatte auf.
Um ein Überstehen des Dichtelements in den Gasraum zu verhindern, hat die zum Gasraum gerichtete Vorderseite der Fußplatte im Bereich des Dichtelements eine vom Gasraum zuruck- gesetzte Auflageflache, auf der das Dichtelement aufliegt. Vorzugsweise schließt das Dichtelement dabei bundig mit der Fußplatte ab.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist zwischen dem Dich- telement und den Fußplatten zur Kühlung des Dichtelements ein Stromungsweg in Form eines Leckagespalts für Luft vorhanden. Es wird also keine absolute Dichtheit angestrebt, um die thermische Belastung im Bereich des Dichtelements und an den Seitenrandern der Fußplatte gering zu halten. In der Regel wird der Außenraum um den Gasraum in einer Turbine auf einem höheren Druck gehalten als der Gasraum, so dass über den Le- ckagespalt Luft von außen in den Gasraum eintritt und der Austritt von Heißgas aus dem Gasraum vermieden ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrung ist im vom Gasraum abgewandten rückwärtigen Bereich der Fußplatten, also im Außenraum, ein von einem Kuhlmittel durchstrombares geschlossenes Kuhlsystem angeordnet. Das Kuhlmittel ist hierbei insbesondere Dampf. Alternativ wird als Kuhlmittel auch eine Flüssigkeit, wie Wasser, oder ein anderes Gas, wie Luft oder Wasserstoff, herangezogen. Ein solches geschlossenes Kuhlsy- stem ermöglicht eine effektive, zielgerichtete und homogene Kühlung der Fußplatten und der gesamten Leitschaufeln.
Bevorzugt i st dabei die vom Gasraum abgewandte Ruckseite der Fußplatten vom Kuhlmittel insbesondere unmittelbar uberstrom- bar, so dass zwischen dem Kuhlmittel und der Fußplatte ein direkter Wärmeaustausch stattfindet.
Um eine effektive Kühlung der Fußplatten zu erreichen, ist ein Zustromkanal für das Kuhlmittel zwischen einem äußeren Leitblech und einem Prallblech gebildet, wobei das Prallblech zwischen dem äußeren Leitblech und der Fußplatte angeordnet ist und Stromungsoffnungen zur Fußplatte hin aufweist, und wobei zwischen dem Prallblech und der Fußplatte ein Ruckstromkanal für das Kuhlmedium gebildet ist. Damit ist in em- facher Weise ein geschlossenes Kuhlsystem verwirklicht, welches eine hohe Kuhlwirkung aufweist. Im Betrieb wird das Kuhlmittel über den Zustromkanal zugeführt und über die insbesondere dusenartig ausgestalteten Stromungsoffnungen im Prallblech auf die Fußplatte mit hoher Geschwindigkeit ge- lenkt, so dass zwischen dem Kuhlmittel und der Fußplatte ein intensiver Wärmeaustausch erfolgt. Anschließend wird das erwärmte Kuhlmittel im Ruckstromkanal abgeführt. Vorzugsweise ist das Prallblech an der Fußplatte über ein Stutzelement abgestutzt, so dass das Prallblech in einem definierten Abstand von der Fußplatte gehalten ist.
Für eine einfache Befestigung ist das Prallblech vorzugsweise am abgebogenen Seitenrand der Fußplatte und das Leitblech insbesondere am Prallblecn befestigt.
Um eine einfache Montage der Fußplatten und zugleich eine gute Abdichtung der Fußplatten sowohl n Umfangsrichtung als auch m Axialrichtung zwischen benachbarten Turbinenstufen zu erreichen, ist vorzugsweise für die Abdichtung m Umfangs- richtung das beschriebene Dichtelement und für die Abdichtung in Axialrichtung ein weiteres Dichtelement vorgesehen. In Ab- hangigkeit der Richtung werden also insbesondere aus montagetechnischen Gründen unterschiedlich ausgebildete Dicntele- mente eingesetzt.
Das weitere Dichtelement verbindet die Fußplatten vorzugs- weise an ihren dem Gasraum abgewandten Ruckseiten klammerartig miteinander. Der wesentliche Vorteil ist hierbei m der klammerartigen Ausgestaltung des weiteren Dichtelements zu sehen, welches die beiden Fußplatten überspannt. Das weitere Dichtelement ist dabei insbesondere in mehreren Richtungen elastisch ausgebildet, so dass es bei thermischen Dehnungen den Fußplatten folgt ohne einen Spalt freizugeben. Die Abdichtung durch das weitere Dichtelement ist daher von thermischen Dehnungen weitgehend unbeemflusst .
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen jeweils m stark schematischen Darstellungen:
FIG 1 eine Turbmenanlage, FIG 2 den Abdichtbereich zwischen zwei in Umfangsrichtung der Turbine benachbarten Fußplatten n einer herkömmlichen Ausfuhrung, FIG 3 den Aodichtbereich n einer erfmdungsgemaßen Ausgestaltung, und FIG 4 eine insbesondere für in Axialrichtung der Turbi- nenanlage nebeneinander angeordneten Fußplatten vorgesehene Abdichtung.
Gemäß FIG 1 umfasst eine Turbmenanlage 2, insbesondere eine Gasturbinenanlage eines Turbosatzes für ein Kraftwerk zur Energieerzeugung, eine Brennkammer 4 und eine Turbine 6, die in Längs- oder Axialrichtung 8 der Turbinenanlage 2 nach der Brennkammer 4 angeordnet ist. Die Turbine 6 ist in einem Teilbereich aufgeschritten dargestellt, so dass ein Blick m den Gasraum 12 der Turbine 6 ermoglxcht ist. Als Gasraum 12 wird der Stromungsweg eines heißgases HG durch die Turbine 6 bezeichnet.
Im Betπeo wird der Brenn .ammer 4 über eine Gaszufuhrung 14 ein Brenngas BG zugeführt, welches m der Brennkammer 4 verbrannt wird und das erwähnte Heißgas HG bildet. Das Heiß- gas HG strömt durcn die Turbine 6 und verlasst diese als
Kaltgas KG über eine Gasableitung 16. Das Heißgas HG wird in der Turbine 6 über Leitschaufeln 18 sowie Laufschaufeln 20 gefuhrt. Dabei wird eine Welle 22 angetrieoen, auf der die Laufschaufeln 20 angeordnet sind. Die Welle 22 ist mit einem Generator 24 zur Erzeugung von eleκtrιscher Energie verbunden .
Die Laufscnaufein 20 erstrecken sich von der Welle 22 radial nach außen. Die Leitschaufeln 18 weisen eine Fußplatte 21 und ein daran befestigtes Schaufelblatt 23 auf. Die Leitschaufeln 20 sind über ihre Fußplatten 21 jeweils an einem sogenannten Leitschaufeltrager 26 außen an der Turbine 6 befestigt und erstrecken sich radial m den Gasraum 12. In Längsrichtung 8 gesehen greifen die Leitschaufeln 18 und die Lauf- schaufeln 20 zahnartig ineinander ein. Mehrere der Laufschaufeln 20 sowie der Leitschaufeln 18 sind dabei jeweils zu einem Kranz zusammengefasst , wobei jeder Leitschaufelkranz eine Turbinenstufe repräsentiert. Im Ausfuhrungsbeispiel der FIG 1 ist die zweite Turbinenstufe 28 und die dritte Turbinenstufe 30 beispielhaft dargestellt.
Die Fußplatten 21 der einzelnen Leitschaufeln 18 grenzen sowohl in Axialrichtung 8 als auch in Umfangsrichtung 32 der Turbine 6 aneinander an und begrenzen den Gasraum 12 nach außen .
Die einander benachbarten Fußplaften 21 sind zueinander abgedichtet, um Leckagespalte 34 zwischen ihnen möglichst gering zu halten.
Gemäß einer herkömmlichen Abdichtungsvariante für zwei m Um- fangsrichtung 32 nebeneinander angeordneten Fußplatten 21 weisen diese nach FIG 2 einen verdickten Randbereich 36 auf. In die Stirnseiten 38 der Randbereiche 36 benachbarter Fußplatten 21 sind gegenüberliegende Nuten 40 eingearbeitet, in die ein gemeinsames Dichtblech 42 eingelegt ist. Dieses Dichtprinzip, wonach die Fußplatten 21 ein Dichtelement in Form eines Dichtblechs 42 aufnehmen, erfordert zwangsläufig den verstärkten Randbereich 36. In der Regel weist dieser Randbereich 36 eine um den Faktor 3 bis um den Faktor 5 höhere Dicke Dl als die Dicke D2 der verbleibenden Fußplatte 21 auf.
Diese unterschiedliche Mateπalstarke im Randbereich 36 und in der restlichen Fußplatte 21 fuhren zu Problemen im Hinblick auf eine gleichmäßige und homogene Kühlung der Fußplat- ten 21, so dass die Gefahr von Warmespannungen besteht.
Um dieses Problem zu vermeiden ist gemäß der vorgeschlagenen bevorzugten Ausfuhrung nach FIG 3 das herkömmliche Dichtprm- zip umgekehrt, so dass nunmehr die Fußplatten 21 in ein Dichtelement 44 hineinreichen. Das Dichtelement 44 ist im Querschnitt gesehen H-formig ausgebildet und weist zwei Langsschenkel 46 auf, die über einen Querschenkel 48 mitem- ander verbunden sind. Das Dichtelement 44 ist daher nach Art eines „Doppel-T-Tragers" ausgebildet. Zwischen den beiden Langsschenkeln 46 sind zwei vom Querschenkel 48 getrennte Aufnahmebereiche 50 gebildet, in die die Fußplatten 21 hin- einreichen. Alternativ zu der H-formigen Ausbildung ist das Dichtelement 44 T-formig ausgebildet, also mit lediglich einem Langsschenkel 46. Bei einem derartigen Dichtelement 44 sind die gebildeten Aufnahmeraume offen.
Die zum Gasraum 12 hin orientierte Vorderseiten 52 der Fußplatten 21 weisen im Bereich des Dichtelements 44 jeweils eine vom Gasraum 12 zurückgesetzte Auflageflache 54 auf, auf der der eine Langsschenkel 56 des Dichtelements 44 aufliegt. Die Fußplatte 21 ist hierzu im Bereich des Dichtelements 44 stufenförmig ausgebildet. Die Endbereiche der Fußplatten 21, die sich an die Stufe anschließen, sind etwa senkrecht vom Gasraum 12 nacn außen abgebogen und bilden jeweils einen abgebogenen oder sich radial erstreckenden Seitenrand 56. Die Seitenrander 56 der benachbarten Fußplatten 21 schmiegen sich unmittelbar an den Querschenkel 48 an. Dadurch ist eine Erhöhung der Dichthohe H erreicht, ohne dass die Fußplatte 21 im Dichtungsbereich verstärkt ausgeführt ist. Zwischen dem Dichtelement 44 und zumindest einer der Fußplatten 21 ist ein als Leckagespalt ausgebildeter Stromungsweg 58 gebildet, so dass von dem Gasraum 12 abgewandten Außenraum 60 beispielsweise Luft über den Stromungsweg 58 in den Gasraum 12 strömen kann und damit den Dichtungsbereich, also das Dichtelement 44 sowie die Seitenrander 56 kühlt.
Zur Kühlung der Fußplatten 21 ist insbesondere ein geschlossenes Kuhlsystem 62 vorgesehen, welches als Kuhlmittel bevorzugt Dampf verwendet und das in FIG 3 ausschnittsweise dargestellt ist. Dieses geschlossene Kuhlsystem 62 weist einen Zustromkanal 64 und einen Ruckstromkanal 66 auf. Der Zustrom- kanal 64 ist zwischen einem äußeren Leitblech 68 und einem
Prallblech 70 gebildet, welches zwischen dem Leitblech 68 und der Fußplatte 21 angeordnet ist. Das Prallblech 70 weist Stromungsoffnungen 72 auf, die nach Art von Düsen ausgebildet sind, so dass aas über den Zustromkanal 64 zugefuhrte Kuhlmittel entlang der dargestellten Pfeile in den Ruckstromkanal 66 übertritt. Aufgrund der dusenartigen Wirkungsweise der Stromungsoffnungen 72 wird das Kuhlmittel mit hoher Geschwindigkeit gegen die Ruckseite 74 der Fußplatte 21 gelenkt, so dass ein effektiver Warmeubertrag zwischen dem Kuhlmittel und der Fußplatte 21 verwirklicht ist. Um eine gleichmaßige Wirkung des Kuhlsystems 62 zu erzielen, ist das Prallblech 70 über Stutzelemente 76, beispielsweise in Form von Schweißpunkten oder Schweißstegen, gegen die Fußplatte 21 abgestutzt und beabstandet gehalten. Das Prallblech 70 ist am Seitenrand 56 der Fußplatte 21 αirekt befestigt, insbesondere angeschweißt, und das Leitblech 68 ist am Prallblech 70 befes- tigt.
Aus montage- und kuhltechnischen Gründen ist die in FIG 3 dargestellte Dichtungsanordnung insbesondere für zwei in Um- fangsrichtung 32 benachbarte Leitschaufeln 18 vorgesehen. Die dargestellten Zustromkanale 64 und Ruckstromkanale 66 erstrecken sich demnach in Axialrichtung 8 der Turbine 6. Über das H-formige Dichtungselement 44 werden also die Fußplatten 21 eines Leitschaufelkranzes zueinander abgedichtet. Aus montagetechnischen Gründen ist diese Abdichtung für in Axialrich- tung 8 benachbarten Fußplatten 21 aufeinanderfolgender Turbinenstufen 28,30 weniger geeignet, wenn auch prinzipiell möglich.
Für die Abdichtung von sich in Axialrichtung 8 aneinander an- schließende Fußplatten 21 ist gemäß FIG 4 vorzugsweise ein weiteres Dichtelement 80 vorgesehen, welches die Fußplatten 21 an ihren Ruckseiten 74 klammerartig miteinander verbindet. Das weitere Dichtelement 80 ist dabei in Nuten 82 eingebracht und befestigt, die sich im Wesentlichen radial von der Ruckseite 74 in die Fußplatten 21 hineinerstrecken. Das weitere Dichtelement 80 ist, wie in FIG 4 dargestellt, beispielsweise U-formig mit zwei über einen Bogen 84 verbun- dene Schenkel 86 ausgestaltet. Alternativ hierzu ist das weitere Dichtelement 80 mit einer gewellten Struktur nach Art eines Faltenbalgs versehen. Die langgestreckte U-formige Ausgestaltung oder auch die Ausgestaltung mit der gewellten Struktur bewirkt, dass das weitere Dichtelement 80 elastisch ist und eine allseitige Beweglicnkeit der Fußplatten 21 aufgrund einer thermischen Ausdehnung ermöglicht. In FIG 4 sind weiterhin Verhakungselemente 88 dargestellt, die an den Ruckseiten 74 angeordnet sind, und mit denen die Leitschaufeln 1. n den Leitschaufeltrager 26 (vgl. FIG 1) eingehakt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Turbine (6), insbesondere Gasturbine, mit einem Gasraum (12) und mit einer Anzahl von Leitschaufeln (18), die jeweils eine Fußplatte (21) und ein s ch von der Fußplatte radial n den Gasraum (12) erstreckendes Schaufelblatt (23) aufweisen, wobei zwischen den Fußplatten (21) benachbarter Leitscnaufein (18) jeweils ein Dichtelement (44) mit einem Aufnahmebereich (50) vorgesehen ist, in den die Fußplat- ten (21) hineinreichen.
2. Turbine (6) nach Anspruch 1, bei der das Dichtelement (44) im Querschnitt gesehen H-formig mit zwei über einen Querschenkel (48) verbundene Langsschenkeln ( 46) ausgebildet ist, wobei zwischen den Langsschenkeln (46) zwei vom Querschenkel (48) getrennte Aufnahmebereiche (50) gebildet sind, in die jeweils die Fußplatten (21) benachbarter Leitschaufeln (18) hineinreichen.
3. Turbine (6) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Dichtelement (44) zwischen in Turbinenumfangsrichtung (32) benachbarten Leitschaufeln (18) angeordnet ist.
4. Turbine (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fußplatten (21 ) jeweils einen vom Gasraum (12) nach außen abgebogenen Seitenrand (56) aufweisen, wobei zwischen zwei Seitenrandern (56) banachbarter Leitschaufeln (18) das Dichtelement (44) angeordnet ist.
5. Turbine (6) nach Anspruch 4, bei der der Seitenrand (56) eine im Wesentlichen gleiche Materialstarke wie die restliche Fußplatte (21) aufweist.
6. Turbine (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zum Gasraum (12) gerichtete Vorderseite (52) der Fußplatte (21) im Bereich des Dichtelements (44) eine vom Gas- räum (12) zurückgesetzte Auflageflache (54) für das Dichtelement (44) hat.
7. Turbine (6) nach Anspruch 6, bei der das Dichtelement (44) bundig mit der Fußplatte (21) abschließt
8. Turbine (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen dem Dichtelement (44) und den Fußplatten (21) zur Kühlung des Dichtelements (44) ein Stromungsweg (58) für Luft vorhanden ist.
9. Turbine (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der im vom Gasraum (12) abgewandten rückwärtigen Bereich der Fußplatten (21) ein von einem Kuhlmittel durchstrombares ge- schlossenes Kuhlsystem (62) angeordnet ist.
10. Turbine (6) nach Anspruch 9, bei der die vom Gasraum (12) abgewandte Ruckseite (74) der Fußplatten (21) vom Kuhlmittel uberstrombar ist.
11. Turbine (6) nach Anspruch 9 oder 10, bei der ein Zustromkanal (64) für das Kuhlmittel zwischen einem äußeren Leitblech (68) und einem Prallblech (70) gebildet ist, welches zwischen dem äußeren Leitblech (68) und der Fußplatte (21) angeordnet ist und Stromungsoffnungen (72) zur Fußplatte (21) hin aufweist, und wobei zwischen dem Prallblech (70) und der Fußplatte (21) ein Ruckstromkanal (66) für das Kuhlmedium gebildet ist.
12. Turbine (6) nach Anspruch 11, bei der das Prallblech (70) an der Fußplatte (21) über ein Stutzelement (76) abgestutzt ist.
13. Turbine (6) nach Anspruch 11 oder 12 und 4, bei der das Prallblech (70) am abgebogenen Seitenrand (56) der Fußplatte (21) und das Leitblech (68) insbesondere am Prallblech (70) befestigt ist.
14. Turbine (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zwischen in Umfangsrichtung (32) benachbarten Fußplatten (21) das Dichtelement (44) angeordnet ist und in Axialrichtung (8) benachbarten Fußplatten (21) jeweils ein weiteres Dichtelement (80) zugeordnet ist, welches die Fußplatten (21) an ihren dem Gasraum (12) abgewandten Ruckseiten (74) klammerartig miteinander verbindet.
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