EP2211023A1 - Guide vane system for a turbomachine with segmented guide vane carrier - Google Patents

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EP2211023A1
EP2211023A1 EP09000797A EP09000797A EP2211023A1 EP 2211023 A1 EP2211023 A1 EP 2211023A1 EP 09000797 A EP09000797 A EP 09000797A EP 09000797 A EP09000797 A EP 09000797A EP 2211023 A1 EP2211023 A1 EP 2211023A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide
vane
blade
guide vane
vanes
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.)
Withdrawn
Application number
EP09000797A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Fathi Ahmad
Giuseppe Gaio
Holger Dr. Grote
Christian Lerner
Mirko Milazar
Mathias Stutt
Thomas-Dieter Tenrahm
Bernd Vonnemann
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 EP09000797A priority Critical patent/EP2211023A1/en
Priority to JP2011545707A priority patent/JP5357270B2/en
Priority to CN201080004513.XA priority patent/CN102282340B/en
Priority to PCT/EP2010/050024 priority patent/WO2010084028A1/en
Priority to EP10700394.9A priority patent/EP2379846B1/en
Priority to US13/145,353 priority patent/US9238976B2/en
Publication of EP2211023A1 publication Critical patent/EP2211023A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/246Fastening of diaphragms or stator-rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/023Transition ducts between combustor cans and first stage of the turbine in gas-turbine engines; their cooling or sealings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/80Repairing, retrofitting or upgrading methods

Definitions

  • the invention relates to a guide vane system, in particular for a gas turbine, with a number of vane rows and a vane carrier. It further relates to a gas turbine with such a guide vane system.
  • Gas turbines are used in many areas to drive generators or work machines.
  • the energy content of a fuel is used to generate a rotational movement of a turbine shaft.
  • the fuel is burned in a combustion chamber, compressed air being supplied by an air compressor.
  • the working medium produced in the combustion chamber by the combustion of the fuel, under high pressure and at high temperature, is guided via a turbine unit arranged downstream of the combustion chamber, where it relaxes to perform work.
  • a number of rotor blades which are usually combined into blade groups or rows of blades, are arranged thereon and drive the turbine shaft via a momentum transfer from the working medium.
  • guide vanes are also usually arranged between adjacent rotor blade rows and connected to the turbine housing, which are combined into rows of guide blades. These are attached via a blade root to a usually hollow cylindrical or hollow cone-shaped guide blade carrier and fastened on its side facing the turbine axis via a blade head on a common inner ring of the respective guide blade row. In stationary gas turbines, this often consists of an upper and a lower half, which are connected to each other via flanges.
  • the invention is therefore based on the object, a guide vane system, in particular for a gas turbine to specify, which allows a particularly simple exchange of vanes while maintaining a particularly high efficiency and thus designed for a particularly short repair time.
  • the guide vane carrier is segmented in the region of a guide vane row, wherein a segment extends over the entire radial extent extends the guide vane and the connection of the respective segment with the rest of the vane carrier is releasable.
  • the invention is based on the consideration that a shortened repair time would be possible by a particularly simple interchangeability of the vanes, if their assembly and disassembly could be simplified.
  • the guide vanes are within the guide vane carrier, which consists of an upper and a lower solid casting in stationary gas turbines, and thus also has to be disassembled to replace the vanes.
  • the guide vane carrier should therefore be segmented in the region of a guide vane row. This makes it possible to reach the area under the segments of the vane carrier only by uncovering individual segments.
  • a segment In order to ensure accessibility of the guide vanes, a segment should extend over the entire radial extent of the guide vane carrier and the connection of the respective segment to the rest of the vane carrier be solvable. Thus, for a repair or replacement of a vane no longer the entire vane carrier must be revealed, but it is only the connection of the respective segment with the rest of the vane support dissolved and - as the segment extends over the entire radial extent of the vane support - allows removal of the each segment directly reaching the vanes and replacing them.
  • the first turbine stage vane ie the vane closest to the combustor
  • the guide vane carrier should therefore advantageously be segmented in the region of the guide vane row closest to a combustion chamber of the gas turbine.
  • a plurality of segments should be provided, which extend in their entirety over the entire circumferential direction of the vane support.
  • an exchange of vanes by the respective segment is taken over the relevant vane.
  • the exact geometric design of the segmentation should be adapted in a meaningful way to the handling of the machine.
  • the respective connection is a screw connection and / or a tongue and groove connection.
  • the guide blade fixation should be provided in a meaningful way such that an undisturbed disassembly of an arbitrarily circumferentially located segment is ensured is, so that depending on the position of the blade to be replaced only the affected segment must be dismantled.
  • a guide vane of the respective vane row is releasably connected to the rest of the vane carrier.
  • the vane of the respective vane row is advantageously releasably connected on its side facing the turbine axis with an inner ring in the radial direction.
  • a radial distance of the vane is possible. This allows a particularly simple exchange.
  • the fixation of the guide vane on the inner ring is designed as a simple connector.
  • the respective vane advantageously comprises a spring which can be inserted in the radial direction into a groove of the inner ring.
  • the guide vanes of a row of guide vanes were fixed to the inner ring via a connection secured with pins, so that the entire inner ring had to be removed for removal and subsequently the guide vanes could be removed.
  • a releasable connection for example in the manner of a simple plug connection of the guide vanes with the inner ring should therefore the inner ring with the Brennschnabe, ie a fixed to the combustion chamber and thus the static part of the gas turbine component are fixed.
  • the inner ring is advantageously connected to a combustion chamber hub. This can be done for example by a fixation by welding, clamping o. ⁇ .
  • the inner ring can also be manufactured directly as part of the fuel chamber hub.
  • such a guide vane system is used in a gas turbine.
  • an outer housing of the gas turbine thereby advantageously comprises a manhole, through which easy access to the segments of the guide vane support for the assembly personnel is possible.
  • a gas and steam turbine power plant comprises such a gas turbine.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that the segmentation of the guide vane carrier in the region of a guide vane row into segments which extend over the entire radial extent of the vane carrier and their connection with the rest of the vane carrier is solvable, a particularly simple exchange of vanes of a row of vanes is possible because not the entire turbine has to be revealed in such an exchange.
  • the cost of replacing the blades is significantly reduced and the required period of silence of the gas turbine can be significantly reduced.
  • Such a simplified replacement, in particular the first vane stage directly after the combustion chamber also allows an increase in the outlet temperature in conjunction with an increase in the efficiency of the gas turbine, since the simplified exchange option of the vanes on their durability less consideration must be taken. In this case, variable exchange concepts are conceivable during operation. Furthermore, such a design enables a comparatively faster test of new prototypes of guide vanes, for example with novel coatings or new cooling concepts, through the simplified exchange in research and development.
  • FIG. 1 shows a guide blade system 1 in sections in the region of the first two in hot gas direction to a combustion chamber 2 following vanes.
  • the illustration shows a half section through the upper half of a conically shaped guide blade carrier 4 and the respective vanes 6 of the first turbine stage and guide vanes 8 of the second turbine stage arranged in the vertex of the guide vane ring.
  • the vanes 6, 8 each comprise a blade root 10, 12 and a blade head 14, 16, via which their attachment to the other components takes place.
  • the guide vanes 6, 8 of the first and second turbine stage are fastened with their blade roots 10, 12 on the guide blade carrier 4 and at their respective blade heads 14, 16 fixed to inner rings 18, 20.
  • both the inner ring 20 and the vane support 4 include a plurality of cooling channels, not shown, which provide a cooling air supply to the guide vane 4, the vanes 6, 8 and the inner ring 20 to sufficiently cool these components due to the high hot gas temperatures.
  • the guide vane carrier 4 is segmented in the region of the first vane row.
  • the vane support 4 thus comprises a number of segments 24 and a remaining vane support 26 which is not segmented.
  • the segments 24 and the remaining vane support 25 are detachably connected.
  • the connection is effected via a hooking by means of grooves 28 and springs 30 introduced into the segments 24 and the remaining guide blade carrier 26.
  • Such a connection of the segments 24 is also provided with the combustion chamber wall 32.
  • the rest of the vane carrier 26 can also be understood as meaning an upper and / or a lower half of a ring-shaped vane carrier which is annular in cross-section, as is already known in stationary gas turbines.
  • at least two segments 24 are provided on each half of the remainder of the vane carrier.
  • more segments 24 are always provided in the axial section of the first row of guide vanes for the circumference than remaining guide blade carriers 26 in the adjoining axial section.
  • the vanes 6 of the first turbine stage can be reached without completely revealing the entire turbine from the outside.
  • the vane 6 of the first turbine stage is releasably secured via the blade root 10 by means of a fastening device 34 on the rest of the vane carrier 26.
  • this connection can be solved and the vane 6 is radially accessible from the outside.
  • the blade head 14 of the guide vane 6 of the first turbine stage in this case comprises a spring 36 which is inserted in a groove 38 of the inner ring 18.
  • the attachment to the inner ring 18 is thus designed only as a plug-in connection, so that the guide blade 6 can be easily removed to the outside after loosening the fastening device 34.
  • FIG. 2 also shows the vane system 1 as in FIG. 1
  • the detachable connection of the segment 24 with the rest of the guide blade carrier 26 is realized via a screw 40.
  • the entanglement of the segment 24 with the combustion chamber wall 32 via grooves 28 and springs 30 is unchanged.
  • Such a connection with a screw 40 may be desirable depending on strength or geometric requirements in the guide vane system 1.
  • FIG. 3 now shows a perpendicular to the turbine axis section through the vane system 1 at the height of the segments 24.
  • a total of twelve segments 24 are provided, which are connected via flanges 52, for example with a screw connection.
  • flanges 52 for example with a screw connection.
  • the segmentation can also be done in other ways and adapted to the handling of the machine.
  • FIG. 4 shows the combustion chamber hub 54 of a gas turbine.
  • This includes a groove 56 into which the in FIG. 1 and 2 shown inner ring 18 is used.
  • a groove 58 is provided, in which a sealing plate for sealing the gap between the blade root 14 of the guide vane 6 of the first turbine stage and the combustion chamber hub 54 is provided.
  • FIG. 5 shows a known attachment of the Leitschaufelfußes 14 to the combustion chamber hub 54 of the gas turbine in detail.
  • the blade root 14 comprises a spring 36 which is inserted into a groove 38 of the inner ring 18.
  • the guide vane of the first turbine stage 6 is fixed by means of a pin 60.
  • the inner ring 18 is then inserted into the groove 56 of the combustion chamber hub 54.
  • the blade root 14 includes a groove 62 for receiving a sealing plate 64, which also lies in the groove 58 of the combustion chamber hub 54.
  • the spring 36 of the blade root 14 is no longer connected via a pin to the inner ring 18 in the groove 38, but is merely stuck to the inner ring 18. Instead, the inner ring 18 is secured to the combustion chamber 54 by a pin 66 or screw. As a result, the guide vanes 6 can also be removed individually, without disassembling the inner ring 18. A secure hold of the guide vanes 6 is still on the fastening device 34, as in FIG. 1 and 2 shown, ensured.
  • FIG. 8 shows a section perpendicular to the turbine axis through two adjacent vanes 6 of the first turbine stage, as is common in the prior art.
  • grooves 68 are introduced into the blade feet 10 and blade heads 14 on the surface facing the adjacent guide blade 6, into which sealing plates 70 are inserted which close the gaps between the blade roots 10 and blade heads 14.
  • these sealing plates 70 may be a hindrance in a radial removal of individual vanes 6.
  • a plurality of guide vanes 6 are first to be unlocked and displaced in the circumferential direction, so that a guide blade 6 comes out of engagement of the sealing plates 70 and can be radially expanded.
  • Such a guide blade system 1 described here is advantageously used in a gas turbine 101.
  • a gas turbine 101 as in FIG. 10 has a compressor 102 for combustion air, a combustion chamber 2 and a turbine unit 106 for driving the compressor 102 and a generator, not shown, or a working machine.
  • the turbine unit 106 and the compressor 102 are arranged on a common, also referred to as a turbine rotor turbine shaft 108, with which the generator or the working machine is connected, and to its turbine axis 109 is rotatably mounted.
  • the running in the manner of an annular combustion chamber 2 is equipped with a number of burners 110 for the combustion of a liquid or gaseous fuel.
  • the turbine unit 106 has a number of rotatable blades 112 connected to the turbine shaft 108.
  • the blades 112 are annularly disposed on the turbine shaft 108 and thus form a number of blade rows.
  • the turbine unit 106 includes a number of stationary vanes 6, 8, 114 which are also annularly attached to a vane support 4 of the turbine unit 106 to form rows of vanes.
  • the blades 112 serve to drive the turbine shaft 108 by momentum transfer from the turbine unit 106 flowing through the working medium M.
  • the vanes 6, 8, 114 serve to guide the flow of the working medium M between two seen in the flow direction of the working medium M consecutive blade rows or blade rings.
  • a successive pair of a ring of vanes 114 or a row of vanes and a ring of blades 112 or a blade row is also referred to as a turbine stage.
  • Each vane 114 has a blade root 118, which is arranged to fix the respective vane 114 on a vane support 4 of the turbine unit 106 as a wall element.
  • Each blade 112 is fixed to the turbine shaft 108 in a similar manner via a blade root 119.
  • each ring segment 121 is arranged on the guide blade carrier 4 of the turbine unit 106.
  • the outer surface of each ring segment 121 is in the radial direction from the outer end of the blades 112 lying opposite it spaced by a gap.
  • the arranged between adjacent rows of stator ring segments 121 serve in particular as cover that protect the inner housing in the guide blade carrier 4 or other housing-mounting components from thermal overload by the turbine 106 flowing through the hot working medium M.
  • the combustion chamber 2 is configured in the exemplary embodiment as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 110 arranged around the turbine shaft 108 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space.
  • the combustion chamber 2 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the turbine shaft 108 around.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The guide vane system (1) has multiple guide vane rows and a vane support (4), where the vane support is segmented within the range of a guide vane row. A segment (24) is extended over the entire radial expansion of the vane support, and the connection of the respective segment is detachable with another vane support.

Description

Leitschaufelsystemguide vane

Die Erfindung betrifft ein Leitschaufelsystem, insbesondere für eine Gasturbine, mit einer Anzahl von Leitschaufelreihen und einem Leitschaufelträger. Sie betrifft weiterhin eine Gasturbine mit einem derartigen Leitschaufelsystem.The invention relates to a guide vane system, in particular for a gas turbine, with a number of vane rows and a vane carrier. It further relates to a gas turbine with such a guide vane system.

Gasturbinen werden in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Arbeitsmaschinen eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffes zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Turbinenwelle genutzt. 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.Gas turbines are used in many areas to drive generators or work machines. In this case, the energy content of a fuel is used to generate a rotational movement of a turbine shaft. For this purpose, the fuel is burned in a combustion chamber, compressed air being supplied by an air compressor. The working medium produced in the combustion chamber by the combustion of the fuel, under high pressure and at high temperature, is guided via a turbine unit arranged downstream of the combustion chamber, where it relaxes to perform work.

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 Arbeitsmedium die Turbinenwelle antreiben. Zur Strömungsführung des Arbeitsmediums sind zudem üblicherweise zwischen benachbarten Laufschaufelreihen mit dem Turbinengehäuse verbundene, zu Leitschaufelreihen zusammengefasste Leitschaufeln angeordnet. Diese sind über einen Schaufelfuß an einem üblicherweise hohlzylinder- oder hohlkegelförmigen Leitschaufelträger befestigt und an ihrer der Turbinenachse zugewandten Seite über einen Schaufelkopf an einem der jeweiligen Leitschaufelreihe gemeinsamen Innenring befestigt. Bei stationären Gasturbinen besteht dieser häufig aus einer oberen und einer unteren Hälfte, die über Flansche miteinander verbunden sind.To generate the rotational movement of the turbine shaft, a number of rotor blades, which are usually combined into blade groups or rows of blades, are arranged thereon and drive the turbine shaft via a momentum transfer from the working medium. For guiding the flow of the working medium, guide vanes are also usually arranged between adjacent rotor blade rows and connected to the turbine housing, which are combined into rows of guide blades. These are attached via a blade root to a usually hollow cylindrical or hollow cone-shaped guide blade carrier and fastened on its side facing the turbine axis via a blade head on a common inner ring of the respective guide blade row. In stationary gas turbines, this often consists of an upper and a lower half, which are connected to each other via flanges.

Bei der Auslegung derartiger 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 der das Arbeitsmedium aus der Brennkammer ab und in die Turbineneinheit einströmt. Dabei werden Temperaturen von etwa 1.200 °C bis 1.500 °C für derartige Gasturbinen angestrebt und auch erreicht.In the design of such gas turbines in addition to the achievable power usually a particularly high efficiency a design goal. An increase in the efficiency can be achieved for thermodynamic reasons basically by increasing the exit temperature, with which the working fluid flows from the combustion chamber and into the turbine unit. Temperatures of about 1200 ° C to 1500 ° C for such gas turbines are sought and achieved.

Derartig hohe Temperaturen des Arbeitsmediums liegen jedoch weit über der Schmelztemperatur der beispielsweise im Abströmbereich der Brennkammer eingesetzten Komponentenmaterialien, so dass die kritischen Komponenten zur Sicherstellung der erforderlichen Funktion der Gasturbine stark gekühlt und mit komplexen Beschichtungssystemen geschützt werden müssen. Dabei kann es vereinzelt nicht ausgeschlossen werden, dass trotz Einsatz dieser hoch entwickelten und vielfach erprobten Technologien für die Kühlung und Beschichtung der Schaufeln ein vorzeitiger Austausch von Leitschaufeln erforderlich wird, da die Schaufelfunktion beispielsweise durch partiellen Verlust der Beschichtung oder Verschluss von Kühlluftbohrungen unzulässig beeinträchtigt wird. Bei großen stationären Gasturbinen kann eine solche Austauschmaßnahme bestenfalls mehrere Tage, im Schnitt jedoch ca. zwei Wochen dauern, so dass dadurch eine ungewollte und teure Unterbrechung des Betriebs der Gasturbine oder eines Gas- und Dampfturbinenkraftwerks, in dem die Gasturbine eingesetzt wird, verursacht wird.However, such high temperatures of the working medium are well above the melting temperature of the component materials used for example in the outflow of the combustion chamber, so that the critical components to ensure the required function of the gas turbine must be strongly cooled and protected with complex coating systems. In some cases, it can not be ruled out that, despite the use of these highly developed and proven technologies for the cooling and coating of the blades, premature replacement of guide vanes is necessary since the vane function is unduly impaired, for example, by partial loss of the coating or closure of cooling air bores. For large stationary gas turbines, such an exchange measure can last at best several days, but on average about two weeks, thereby causing an unwanted and expensive interruption of the operation of the gas turbine or a combined cycle power plant in which the gas turbine is used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Leitschaufelsystem, insbesondere für eine Gasturbine, anzugeben, welches unter Beibehaltung eines besonders hohen Wirkungsgrades einen besonders einfachen Austausch von Leitschaufeln ermöglicht und somit für eine besonders kurze Reparaturdauer ausgelegt ist.The invention is therefore based on the object, a guide vane system, in particular for a gas turbine to specify, which allows a particularly simple exchange of vanes while maintaining a particularly high efficiency and thus designed for a particularly short repair time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Leitschaufelträger im Bereich einer Leitschaufelreihe segmentiert ist, wobei sich ein Segment über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers erstreckt und die Verbindung des jeweiligen Segments mit dem übrigen Leitschaufelträger lösbar ist.This object is achieved according to the invention in that the guide vane carrier is segmented in the region of a guide vane row, wherein a segment extends over the entire radial extent extends the guide vane and the connection of the respective segment with the rest of the vane carrier is releasable.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine verkürzte Reparaturdauer durch eine besonders einfache Austauschbarkeit der Leitschaufeln möglich wäre, wenn deren Montage und Demontage vereinfacht werden könnte. Derzeit muß nämlich aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten in modernen Ringbrennkammermaschinen die gesamte Turbine aufgedeckt werden, um den Zugang den Leitschaufeln zu ermöglichen. Dabei liegen die Leitschaufeln innerhalb des Leitschaufelträgers, der bei stationären Gasturbinen aus einem oberen und einem unteren massiven Gussteil besteht, und somit zum Austausch der Leitschaufeln auch demontiert werden muss. Um dieses Aufdecken und Abheben des Leitschaufelträgers zu vermeiden, sollte der Leitschaufelträger daher im Bereich einer Leitschaufelreihe segmentiert sein. Dadurch ist es möglich, nur durch Aufdecken einzelner Segmente den Bereich unter den Segmenten des Leitschaufelträgers zu erreichen. Um dabei auch eine Erreichbarkeit der Leitschaufeln sicherzustellen, sollte sich ein Segment dabei über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers erstrecken und die Verbindung des jeweiligen Segments mit dem übrigen Leitschaufelträger lösbar sein. Somit muss für eine Reparatur oder einen Austausch einer Leitschaufel nicht mehr der gesamte Leitschaufelträger aufgedeckt werden, sondern es wird lediglich die Verbindung des jeweiligen Segments mit dem übrigen Leitschaufelträger gelöst und - da sich das Segment über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers erstreckt - ermöglicht eine Entnahme des jeweiligen Segments ein direktes Erreichen der Leitschaufeln und deren Austausch.The invention is based on the consideration that a shortened repair time would be possible by a particularly simple interchangeability of the vanes, if their assembly and disassembly could be simplified. Currently, because of the structural conditions in modern annular combustor machines, the entire turbine must be uncovered to allow access to the vanes. In this case, the guide vanes are within the guide vane carrier, which consists of an upper and a lower solid casting in stationary gas turbines, and thus also has to be disassembled to replace the vanes. In order to avoid this uncovering and lifting of the guide vane carrier, the guide vane carrier should therefore be segmented in the region of a guide vane row. This makes it possible to reach the area under the segments of the vane carrier only by uncovering individual segments. In order to ensure accessibility of the guide vanes, a segment should extend over the entire radial extent of the guide vane carrier and the connection of the respective segment to the rest of the vane carrier be solvable. Thus, for a repair or replacement of a vane no longer the entire vane carrier must be revealed, but it is only the connection of the respective segment with the rest of the vane support dissolved and - as the segment extends over the entire radial extent of the vane support - allows removal of the each segment directly reaching the vanes and replacing them.

Die höchsten Temperaturen in der Gasturbine liegen am Austritt der Brennkammer vor. Somit ist die Leitschaufel der ersten Turbinenstufe, d. h. die Leitschaufel, die der Brennkammer am nächsten liegt, diesen höchsten Temperaturen ausgesetzt und unterliegt dem größten Verschleiß. Dementsprechend ist insbesondere bei dieser Turbinenleitschaufel ein vorzeitiger Austausch in Folge einer Beschädigung durch Zusetzen der Kühlluftbohren (z. B. durch nach innen aufoxidierende Kühlluftbohrungen) zu erwarten. Um den Austausch dieser Leitschaufeln besonders zu vereinfachen, sollte der Leitschaufelträger daher vorteilhafterweise im Bereich der einer Brennkammer der Gasturbine am nächsten liegenden Leitschaufelreihe segmentiert werden.The highest temperatures in the gas turbine are at the outlet of the combustion chamber. Thus, the first turbine stage vane, ie the vane closest to the combustor, is exposed to these highest temperatures and is subject to the greatest wear. Accordingly In particular, in the case of this turbine guide vane premature replacement is to be expected as a result of damage caused by clogging of the cooling air bores (eg by inwardly oxidizing cooling air bores). In order to simplify the replacement of these guide vanes, the guide vane carrier should therefore advantageously be segmented in the region of the guide vane row closest to a combustion chamber of the gas turbine.

Um eine Erreichbarkeit sämtlicher Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe zu erreichen, sollte vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Segmenten vorgesehen sein, die sich in ihrer Gesamtheit über die gesamte Umfangsrichtung des Leitschaufelträgers erstrecken. Somit kann in jedem Umfangsabschnitt ein Austausch von Leitschaufeln erfolgen, indem das jeweilige Segment über der betroffenen Leitschaufel entnommen wird. Dabei sollte die genaue geometrische Ausgestaltung der Segmentierung in sinnvoller Weise an die Handhabung der Maschine angepasst werden.In order to achieve accessibility of all the vanes of a row of vanes, advantageously a plurality of segments should be provided, which extend in their entirety over the entire circumferential direction of the vane support. Thus, in each peripheral section, an exchange of vanes by the respective segment is taken over the relevant vane. The exact geometric design of the segmentation should be adapted in a meaningful way to the handling of the machine.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die jeweilige Verbindung eine Schraubverbindung und/oder eine Nut-Feder-Verbindung. Durch Schrauben ist eine besonders einfache lösbare Verbindung von Segmenten untereinander und/oder mit dem übrigen Leitschaufelträger möglich. Durch die kreisförmige Anordnung der Segmente um den gesamten Umfang der Gasturbine ist jedoch auch eine Verhakung in der Art einer Nut-Feder-Verbindung möglich, bei der die einzelnen Segmente nur untereinander verschraubt werden und mit dem übrigen Leitschaufelträger lediglich verhakt sind. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Demontage und Montage der einzelnen Segmente möglich.In a further advantageous embodiment, the respective connection is a screw connection and / or a tongue and groove connection. By screwing a particularly simple releasable connection of segments with each other and / or with the rest of the vane carrier is possible. Due to the circular arrangement of the segments around the entire circumference of the gas turbine, however, a hooking in the manner of a tongue and groove joint is possible in which the individual segments are bolted only to each other and are merely hooked to the rest of the guide blade carrier. In this way, a particularly simple disassembly and assembly of the individual segments is possible.

Um die Demontage der durch die Segmentierung des Leitschaufelträgers nunmehr erreichbaren Leitschaufeln weiter zu vereinfachen, sollte die Leitschaufelfixierung in sinnvoller Weise derart vorgesehen sein, dass eine ungestörte Demontage eines beliebig auf dem Umfang liegenden Segmentes gewährleistet ist, so dass in Abhängigkeit von der Position der zu ersetzenden Schaufel nur das betroffene Segment demontiert werden muss. Dazu ist in vorteilhafter Ausgestaltung eine Leitschaufel der jeweiligen Leitschaufelreihe mit dem übrigen Leitschaufelträger lösbar verbunden. Dadurch kann nach der Entnahme des Segments die Leitschaufel durch Lösen der Verbindung mit dem übrigen Leitschaufelträger demontiert werden.In order to further simplify the dismantling of the guide vanes now achievable by the segmentation of the guide blade carrier, the guide blade fixation should be provided in a meaningful way such that an undisturbed disassembly of an arbitrarily circumferentially located segment is ensured is, so that depending on the position of the blade to be replaced only the affected segment must be dismantled. For this purpose, in an advantageous embodiment, a guide vane of the respective vane row is releasably connected to the rest of the vane carrier. As a result, after the removal of the segment, the guide vane can be dismantled by releasing the connection with the rest of the vane carrier.

Um nicht nur auf der Schaufelfußseite, sondern auch auf der Schaufelkopfseite der jeweiligen Leitschaufel eine einfache Demontage der Leitschaufel zu ermöglichen, ist die Leitschaufel der jeweiligen Leitschaufelreihe vorteilhafterweise an ihrer der Turbinenachse zugewandten Seite mit einem Innenring in radialer Richtung lösbar verbunden. Somit ist eine radiale Entfernung der Leitschaufel möglich. Dies erlaubt damit einen besonders einfachen Austausch.In order to enable not only on the blade root side, but also on the blade head side of the respective vane easy disassembly of the vane, the vane of the respective vane row is advantageously releasably connected on its side facing the turbine axis with an inner ring in the radial direction. Thus, a radial distance of the vane is possible. This allows a particularly simple exchange.

Ein besonders einfacher Austausch der Leitschaufel ist möglich, indem die Fixierung der Leitschaufel am Innenring als einfache Steckverbindung ausgelegt ist. Dazu umfasst die jeweilige Leitschaufel vorteilhafterweise eine Feder, welche in radialer Richtung in eine Nut des Innenrings einsteckbar ist. Dadurch kann zum Austausch der jeweiligen Leitschaufel einfach die schaufelfußseitige Verbindung der Leitschaufel mit dem übrigen Leitschaufelträger gelöst werden und die jeweilige Leitschaufel einfach durch Lösen der Steckverbindung in radialer Richtung aus der Turbine gezogen werden. Dabei ist durch die schaufelfußseitige Fixierung der Leitschaufel am Leitschaufelträger auch während des Betriebs eine ausreichende Sicherung gewährleistet.A particularly simple replacement of the guide vane is possible by the fixation of the guide vane on the inner ring is designed as a simple connector. For this purpose, the respective vane advantageously comprises a spring which can be inserted in the radial direction into a groove of the inner ring. As a result, the shovel-side connection of the vane to the rest of the vane carrier can be easily solved to replace the respective vane and the respective vane are pulled out of the turbine in the radial direction simply by loosening the connector. It is ensured by the blade-side fixation of the vane on the vane support during operation, a sufficient assurance.

In der bisherigen Konstruktionsweise waren die Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe über eine mit Stiften gesicherte Verbindung am Innenring fixiert, so dass zum Ausbau der gesamte Innenring entnommen werden musste und anschließend die Leitschaufeln entfernt werden konnten. Bei einer lösbaren Verbindung beispielsweise in der Art einer einfachen Steckverbindung der Leitschaufeln mit dem Innenring sollte daher der Innenring mit der Brennkammernabe, d. h. einem mit der Brennkammer und damit dem statischen Teil der Gasturbine verbundenen Bauteil fixiert werden. Dazu ist der Innenring mit einer Brennkammernabe vorteilhafterweise verbunden. Dies kann beispielsweise durch eine Fixierung durch Schweißen, Klemmen o. ä. geschehen; bei der Neukonstruktion einer Gasturbine kann der Innenring auch direkt als Bestandteil der Brennkammernabe gefertigt werden.In the previous design, the guide vanes of a row of guide vanes were fixed to the inner ring via a connection secured with pins, so that the entire inner ring had to be removed for removal and subsequently the guide vanes could be removed. In a releasable connection, for example in the manner of a simple plug connection of the guide vanes with the inner ring should therefore the inner ring with the Brennkammernabe, ie a fixed to the combustion chamber and thus the static part of the gas turbine component are fixed. For this purpose, the inner ring is advantageously connected to a combustion chamber hub. This can be done for example by a fixation by welding, clamping o. Ä. When redesigning a gas turbine, the inner ring can also be manufactured directly as part of the fuel chamber hub.

Zwischen den einzelnen Leitschaufeln sind sowohl am Schaufelfuß als auch am Schaufelkopf in der bisherigen Bauweise Nuten vorgesehen, in denen zwischen den Leitschaufeln in Umfangsrichtung Dichtbleche angeordnet sind. Sollen die Leitschaufeln jedoch einzeln entnommen werden, blockieren die in den Nuten von Leitschaufelfuß und Leitschaufelkopf liegenden Dichtbleche jedoch die Leitschaufeln und können unter Umständen somit die Demontage verhindern. Daher sollte die Fixierung der Dichtbleche dergestalt geändert werden, dass deren Entnahme möglich ist und somit eine Entfernung von einzelnen Leitschaufeln vereinfacht wird. Dazu sind an den der jeweils benachbarten Leitschaufel zugewandten Seiten vom Schaufelfuß und/oder Schaufelkopf vorteilhafterweise Abkantungen eingebracht, in denen das Dichtblech mittels eines Spannelementes fixiert ist. Vor der Entnahme der Leitschaufeln kann somit das Spannelement gelöst und das Dichtblech entfernt werden, so dass eine besonders einfache Demontage der Leitschaufel möglich ist.Between the individual guide vanes, grooves are provided both on the blade root and on the blade head in the previous design, in which sealing plates are arranged in the circumferential direction between the guide vanes. However, if the vanes are to be removed individually, however, the sealing plates located in the grooves of the vane foot and the vane head block the vanes and may thus possibly prevent disassembly. Therefore, the fixation of the sealing sheets should be changed so that their removal is possible and thus removal of individual vanes is simplified. For this purpose, at the adjacent side of the guide vane facing sides of the blade root and / or blade head advantageously introduced bends, in which the sealing plate is fixed by means of a clamping element. Before the removal of the guide vanes thus the clamping element can be solved and the sealing plate can be removed, so that a particularly simple disassembly of the vane is possible.

In vorteilhafter Ausgestaltung kommt ein derartiges Leitschaufelsystem in einer Gasturbine zur Anwendung. Um eine besonders einfache Erreichbarkeit des Leitschaufelsystems zum Austausch einzelner Leitschaufeln zu ermöglichen, umfasst ein Außengehäuse der Gasturbine dabei vorteilhafterweise ein Mannloch, durch das ein einfacher Zugang zu den Segmenten des Leitschaufelträgers für das Montagepersonal möglich ist.In an advantageous embodiment, such a guide vane system is used in a gas turbine. In order to allow a particularly easy accessibility of the guide blade system for the exchange of individual guide vanes, an outer housing of the gas turbine thereby advantageously comprises a manhole, through which easy access to the segments of the guide vane support for the assembly personnel is possible.

Vorteilhafterweise umfasst ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk eine derartige Gasturbine.Advantageously, a gas and steam turbine power plant comprises such a gas turbine.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Segmentierung des Leitschaufelträgers im Bereich einer Leitschaufelreihe in Segmente, die sich über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers erstrecken und deren Verbindung mit dem übrigen Leitschaufelträger lösbar ist, ein besonders einfacher Austausch von Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe möglich wird, da nicht die gesamte Turbine bei einem derartigen Austausch aufgedeckt werden muss. Der Aufwand für den Austausch der Schaufeln wird erheblich vermindert und die erforderliche Stillzeit der Gasturbine kann deutlich reduziert werden. Ein derartiger vereinfachter Austausch insbesondere der ersten Leitschaufelstufe direkt im Anschluss an die Brennkammer ermöglicht außerdem eine Erhöhung der Austrittstemperatur in Verbindung mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Gasturbine, da durch die vereinfachte Austauschmöglichkeit der Leitschaufeln auf deren Haltbarkeit weniger Rücksicht genommen werden muss. Dabei sind im Betrieb variable Tauschkonzepte denkbar. Weiterhin ermöglicht eine derartige Konstruktion durch den vereinfachten Austausch in Forschung und Entwicklung einen vergleichsweise schnelleren Test neuer Prototypen von Leitschaufeln beispielsweise mit neuartigen Beschichtungen oder neuen Kühlkonzepten.The advantages achieved by the invention are in particular that the segmentation of the guide vane carrier in the region of a guide vane row into segments which extend over the entire radial extent of the vane carrier and their connection with the rest of the vane carrier is solvable, a particularly simple exchange of vanes of a row of vanes is possible because not the entire turbine has to be revealed in such an exchange. The cost of replacing the blades is significantly reduced and the required period of silence of the gas turbine can be significantly reduced. Such a simplified replacement, in particular the first vane stage directly after the combustion chamber also allows an increase in the outlet temperature in conjunction with an increase in the efficiency of the gas turbine, since the simplified exchange option of the vanes on their durability less consideration must be taken. In this case, variable exchange concepts are conceivable during operation. Furthermore, such a design enables a comparatively faster test of new prototypes of guide vanes, for example with novel coatings or new cooling concepts, through the simplified exchange in research and development.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1
ein Leitschaufelsystem mit verhakten Segmenten im Längsschnitt,
FIG 2
ein Leitschaufelsystem mit verschraubten Segmenten im Längsschnitt,
FIG 3
einen Querschnitt durch die Segmente senkrecht zur Turbinenachse,
FIG 4
eine Brennkammernabe einer Ringbrennkammer,
FIG 5
die schaufelkopfseitige Fixierung der Leitschaufel nach dem Stand der Technik
FIG 6
die schaufelkopfseitige Fixierung der Leitschaufel mit einer Steckverbindung,
FIG 7
eine Brennkammernabe mit dem Innenring als Bestand- teil,
FIG 8
einen Querschnitt durch zwei benachbarte Leitschaufeln senkrecht zur Turbinenachse mit in Nuten fixierten Dichtelementen nach dem Stand der Technik,
FIG 9
einen Schnitt durch zwei benachbarte Leitschaufeln senkrecht zur Turbinenachse mit Spannelementen fixierten Dichtelementen, und
FIG 10
einen Halbschnitt durch eine Gasturbine.
An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
FIG. 1
a guide blade system with hooked segments in longitudinal section,
FIG. 2
a guide blade system with bolted segments in longitudinal section,
FIG. 3
a cross section through the segments perpendicular to the turbine axis,
FIG. 4
a combustion chamber hub of an annular combustion chamber,
FIG. 5
the blade-head-side fixing of the guide vane according to the prior art
FIG. 6
the blade-head-side fixation of the vane with a plug connection,
FIG. 7
a combustion chamber hub with the inner ring as a component,
FIG. 8
a cross section through two adjacent vanes perpendicular to the turbine axis with grooved in sealing elements according to the prior art,
FIG. 9
a section through two adjacent vanes perpendicular to the turbine axis with clamping elements fixed sealing elements, and
FIG. 10
a half section through a gas turbine.

Gleiche Bauteile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.The same components are provided in all figures with the same reference numerals.

FIG 1 zeigt ein Leitschaufelsystem 1 ausschnittsweise im Bereich der ersten zwei in Heißgasrichtung auf eine Brennkammer 2 folgenden Leitschaufelreihen. Die Darstellung zeigt dabei einen Halbschnitt durch die obere Hälfte eines konisch geformten Leitschaufelträgers 4 sowie die jeweils im Scheitel des Leitschaufelkranzes angeordneten Leitschaufeln 6 der ersten Turbinenstufe und Leitschaufeln 8 der zweiten Turbinenstufe. FIG. 1 shows a guide blade system 1 in sections in the region of the first two in hot gas direction to a combustion chamber 2 following vanes. In this case, the illustration shows a half section through the upper half of a conically shaped guide blade carrier 4 and the respective vanes 6 of the first turbine stage and guide vanes 8 of the second turbine stage arranged in the vertex of the guide vane ring.

Die Leitschaufeln 6, 8 umfassen dabei jeweils einen Schaufelfuß 10, 12 sowie einen Schaufelkopf 14, 16, über die ihre Befestigung an den übrigen Bauteilen erfolgt. Die Leitschaufeln 6, 8 der ersten und zweiten Turbinenstufe sind dabei mit ihren Schaufelfüßen 10, 12 am Leitschaufelträger 4 befestigt sowie an ihren jeweiligen Schaufelköpfen 14, 16 an Innenringen 18, 20 fixiert. Dabei umfassen sowohl der Innenring 20 als auch der Leitschaufelträger 4 eine Vielzahl von nicht dargestellten Kühlkanälen, die für eine Kühlluftzufuhr zum Leitschaufelträger 4, den Leitschaufeln 6, 8 und dem Innenring 20 sorgen, um diese Bauteile aufgrund der hohen Heißgastemperaturen ausreichend zu kühlen.The vanes 6, 8 each comprise a blade root 10, 12 and a blade head 14, 16, via which their attachment to the other components takes place. The guide vanes 6, 8 of the first and second turbine stage are fastened with their blade roots 10, 12 on the guide blade carrier 4 and at their respective blade heads 14, 16 fixed to inner rings 18, 20. Here, both the inner ring 20 and the vane support 4 include a plurality of cooling channels, not shown, which provide a cooling air supply to the guide vane 4, the vanes 6, 8 and the inner ring 20 to sufficiently cool these components due to the high hot gas temperatures.

Die höchsten Temperaturen treten dabei am Austritt der Brennkammer 2 auf, weswegen die Leitschaufeln 6 der ersten Leitschaufelreihe den höchsten Temperaturen ausgesetzt sind. Dadurch kann trotz aller Kühlmaßnahmen eine Beschädigung der Leitschaufeln 6 und ein somit erforderlicher frühzeitiger Austausch dieser Leitschaufeln 6 nicht ausgeschlossen werden. Um nun einen besonders einfachen Austausch der Leitschaufeln 6 zu ermöglichen, ist der Leitschaufelträger 4 im Bereich der ersten Leitschaufelreihe segmentiert.The highest temperatures occur at the outlet of the combustion chamber 2, which is why the vanes 6 of the first row of vanes are exposed to the highest temperatures. As a result, despite all cooling measures, damage to the guide vanes 6 and thus an early replacement of these guide vanes 6 that is required can not be ruled out. In order to enable a particularly simple exchange of the guide vanes 6, the guide vane carrier 4 is segmented in the region of the first vane row.

Der Leitschaufelträger 4 umfasst folglich eine Anzahl von Segmenten 24 und einen übrigen Leitschaufelträger 26, der nicht segmentiert ist. Die Segmente 24 und der übrige Leitschaufelträger 25 sind lösbar verbunden. In der FIG 1 erfolgt die Verbindung dabei über eine Verhakung mittels in die Segmente 24 und den übrigen Leitschaufelträger 26 eingebrachten Nuten 28 und Federn 30. Eine ebensolche Verbindung der Segmente 24 ist mit der Brennkammerwand 32 vorgesehen.The vane support 4 thus comprises a number of segments 24 and a remaining vane support 26 which is not segmented. The segments 24 and the remaining vane support 25 are detachably connected. In the FIG. 1 the connection is effected via a hooking by means of grooves 28 and springs 30 introduced into the segments 24 and the remaining guide blade carrier 26. Such a connection of the segments 24 is also provided with the combustion chamber wall 32.

Unter dem übrigen Leitschaufelträger 26 kann auch eine obere und/oder eine untere Hälfte eines im Querschnitt ringförmigen Leitschaufelträgers verstanden werden, wie er bei stationär eingesetzten Gasturbinen bereits bekannt ist. In diesem Fall sind mindestens zwei Segmente 24 an jeder Hälfte des übrigen Leitschaufelträgers vorgesehen. Insofern sind stets mehr Segmente 24 im axialen Abschnitt der ersten Leitschaufelreihe für den Umfang vorgesehen als übrige Leitschaufelträger 26 im sich daran anschließenden axialen Abschnitt.The rest of the vane carrier 26 can also be understood as meaning an upper and / or a lower half of a ring-shaped vane carrier which is annular in cross-section, as is already known in stationary gas turbines. In this case, at least two segments 24 are provided on each half of the remainder of the vane carrier. In this respect, more segments 24 are always provided in the axial section of the first row of guide vanes for the circumference than remaining guide blade carriers 26 in the adjoining axial section.

Durch die Verhakung lässt sich die Verbindung der jeweiligen Segmente 24 mit dem übrigen Leitschaufelträger 26 lösen und das Segment 24 kann radial entnommen werden. Somit sind die Leitschaufeln 6 der ersten Turbinenstufe ohne vollständiges Aufdecken der gesamten Turbine von außen erreichbar. Die Leitschaufel 6 der ersten Turbinenstufe ist über den Schaufelfuß 10 mittels einer Befestigungsvorrichtung 34 am übrigen Leitschaufelträger 26 lösbar befestigt. Nach Entnahme des Segments 24 lässt sich diese Verbindung lösen und die Leitschaufel 6 ist radial von außen erreichbar. Der Schaufelkopf 14 der Leitschaufel 6 der ersten Turbinenstufe umfasst dabei eine Feder 36, die in einer Nut 38 des Innenrings 18 eingesteckt ist. Die Befestigung am Innenring 18 ist somit lediglich als Steckverbindung ausgelegt, so dass die Leitschaufel 6 nach Lösen der Befestigungsvorrichtung 34 einfach nach außen entnehmbar ist.By hooking the connection of the respective segments 24 can be solved with the rest of the guide blade carrier 26 and the segment 24 can be removed radially. Thus, the vanes 6 of the first turbine stage can be reached without completely revealing the entire turbine from the outside. The vane 6 of the first turbine stage is releasably secured via the blade root 10 by means of a fastening device 34 on the rest of the vane carrier 26. After removal of the segment 24, this connection can be solved and the vane 6 is radially accessible from the outside. The blade head 14 of the guide vane 6 of the first turbine stage in this case comprises a spring 36 which is inserted in a groove 38 of the inner ring 18. The attachment to the inner ring 18 is thus designed only as a plug-in connection, so that the guide blade 6 can be easily removed to the outside after loosening the fastening device 34.

FIG 2 zeigt ebenfalls das Leitschaufelsystem 1 wie in der FIG 1, jedoch ist hier die lösbare Verbindung des Segments 24 mit dem übrigen Leitschaufelträger 26 über eine Schraube 40 realisiert. Die Verhakung des Segments 24 mit der Brennkammerwand 32 über Nuten 28 und Federn 30 ist dabei unverändert. Eine derartige Verbindung mit einer Schraube 40 kann je nach Festigkeits- oder geometrischen Erfordernissen im Leitschaufelsystem 1 erwünscht sein. FIG. 2 also shows the vane system 1 as in FIG. 1 However, here the detachable connection of the segment 24 with the rest of the guide blade carrier 26 is realized via a screw 40. The entanglement of the segment 24 with the combustion chamber wall 32 via grooves 28 and springs 30 is unchanged. Such a connection with a screw 40 may be desirable depending on strength or geometric requirements in the guide vane system 1.

FIG 3 zeigt nun einen senkrecht zur Turbinenachse liegenden Schnitt durch das Leitschaufelsystem 1 auf der Höhe der Segmente 24. Im gezeigten Beispiel sind insgesamt zwölf Segmente 24 vorgesehen, die über Flansche 52 beispielsweise mit einer Schraubverbindung verbunden sind. Dadurch ist ein sicherer Halt des vielfach segmentierten Teils des Leitschaufelträgers 4 gewährleistet, auch wenn die einzelnen Segmente 24 nur über eine Verhakung mit dem übrigen Leitschaufelträger 26 wie in FIG 1 gezeigt verbunden sind. Die Segmentierung kann aber auch in anderer Weise geschehen und entsprechend an die Handhabung der Maschine angepasst werden. FIG. 3 now shows a perpendicular to the turbine axis section through the vane system 1 at the height of the segments 24. In the example shown a total of twelve segments 24 are provided, which are connected via flanges 52, for example with a screw connection. As a result, a secure hold of the multi-segmented portion of the vane support 4 is ensured, even if the individual segments 24 only via an entanglement with the rest of the vane support 26 as in FIG. 1 are shown connected. The segmentation can also be done in other ways and adapted to the handling of the machine.

FIG 4 zeigt die Brennkammernabe 54 einer Gasturbine. Diese umfasst eine Nut 56, in die der in FIG 1 und 2 gezeigte Innenring 18 eingesetzt wird. Weiterhin ist eine Nut 58 vorgesehen, in die ein Dichtblech zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen Schaufelfuß 14 der Leitschaufel 6 der ersten Turbinenstufe und der Brennkammernabe 54 vorgesehen ist. FIG. 4 shows the combustion chamber hub 54 of a gas turbine. This includes a groove 56 into which the in FIG. 1 and 2 shown inner ring 18 is used. Furthermore, a groove 58 is provided, in which a sealing plate for sealing the gap between the blade root 14 of the guide vane 6 of the first turbine stage and the combustion chamber hub 54 is provided.

FIG 5 zeigt eine bekannte Befestigung des Leitschaufelfußes 14 an der Brennkammernabe 54 der Gasturbine im Detail. Dabei umfasst der Schaufelfuß 14 eine Feder 36, die in eine Nut 38 des Innenrings 18 eingesetzt wird. Dort wird die Leitschaufel der ersten Turbinenstufe 6 mittels eines Stiftes 60 fixiert. Der Innenring 18 wird sodann in die Nut 56 der Brennkammernabe 54 eingesetzt. Gleichzeitig umfasst der Schaufelfuß 14 eine Nut 62 zur Aufnahme eines Dichtblechs 64, welches ebenfalls in der Nut 58 der Brennkammernabe 54 liegt. FIG. 5 shows a known attachment of the Leitschaufelfußes 14 to the combustion chamber hub 54 of the gas turbine in detail. In this case, the blade root 14 comprises a spring 36 which is inserted into a groove 38 of the inner ring 18. There, the guide vane of the first turbine stage 6 is fixed by means of a pin 60. The inner ring 18 is then inserted into the groove 56 of the combustion chamber hub 54. At the same time, the blade root 14 includes a groove 62 for receiving a sealing plate 64, which also lies in the groove 58 of the combustion chamber hub 54.

Da der Stift 60 parallel zur Turbinenachse verläuft, ist für eine Demontage der Leitschaufel 6 der ersten Turbinenstufe bisher eine vollständige Entfernung des Innenrings 18 notwendig. Erst nach dessen Entnahme kann der Stift 60 entnommen und die Leitschaufel 6 ausgebaut werden. Daher erfolgt die Verbindung der Leitschaufel 6 mit der Brennkammernabe 54 nun mehr wie in FIG 6 gezeigt:Since the pin 60 is parallel to the turbine axis, a complete removal of the inner ring 18 is required for disassembly of the guide vane 6 of the first turbine stage so far. Only after the removal of the pin 60 can be removed and the vane 6 removed. Therefore, the connection of the vane 6 with the combustion chamber hub 54 is now more as in FIG. 6 shown:

Die Feder 36 des Schaufelfußes 14 ist nun nicht mehr über einen Stift mit dem Innenring 18 in dessen Nut 38 verbunden, sondern wird lediglich auf den Innenring 18 gesteckt. Stattdessen wird der Innenring 18 mittels eines Stifts 66 oder einer Schraube an der Brennkammernarbe 54 befestigt. Dadurch können die Leitschaufeln 6 auch einzeln entnommen werden, ohne den Innenring 18 zu demontieren. Ein sicherer Halt der Leitschaufeln 6 ist dabei immer noch über die Befestigungsvorrichtung 34, wie in FIG 1 und 2 gezeigt, sichergestellt.The spring 36 of the blade root 14 is no longer connected via a pin to the inner ring 18 in the groove 38, but is merely stuck to the inner ring 18. Instead, the inner ring 18 is secured to the combustion chamber 54 by a pin 66 or screw. As a result, the guide vanes 6 can also be removed individually, without disassembling the inner ring 18. A secure hold of the guide vanes 6 is still on the fastening device 34, as in FIG. 1 and 2 shown, ensured.

In einer derartigen Ausführungsform ist es auch möglich, den Innenring 18 direkt als Bestandteil der Brennkammernabe 54 zu fertigen. Dadurch sind keine separaten Teile mehr erforderlich. Eine derartige Ausgestaltung ist in FIG 7 gezeigt.In such an embodiment, it is also possible to use the inner ring 18 directly as part of the combustion chamber hub 54 finished. As a result, no separate parts are required. Such a configuration is in FIG. 7 shown.

FIG 8 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Turbinenachse durch zwei benachbarte Leitschaufeln 6 der ersten Turbinenstufe, wie nach dem Stand der Technik üblich. Dabei sind in die Schaufelfüße 10 und Schaufelköpfe 14 Nuten 68 an den zur jeweils benachbarten Leitschaufel 6 weisenden Fläche eingebracht, in die Dichtbleche 70 eingesetzt sind, die die Spalte zwischen den Schaufelfüßen 10 bzw. Schaufelköpfen 14 verschließen. Diese Dichtbleche 70 können jedoch bei einer radialen Entnahme einzelner Leitschaufeln 6 hinderlich sein. FIG. 8 shows a section perpendicular to the turbine axis through two adjacent vanes 6 of the first turbine stage, as is common in the prior art. In this case, grooves 68 are introduced into the blade feet 10 and blade heads 14 on the surface facing the adjacent guide blade 6, into which sealing plates 70 are inserted which close the gaps between the blade roots 10 and blade heads 14. However, these sealing plates 70 may be a hindrance in a radial removal of individual vanes 6.

Demnach sind zunächst mehrere Leitschaufeln 6 zu entsichern und in Umfangsrichtung zu verschieben, so dass eine Leitschaufel 6 aus dem Eingriff der Dichtbleche 70 kommt und radial ausgebaut werden kann.Accordingly, a plurality of guide vanes 6 are first to be unlocked and displaced in the circumferential direction, so that a guide blade 6 comes out of engagement of the sealing plates 70 and can be radially expanded.

Um dies zu umgehen, sind, wie in FIG 9 gezeigt, die Nuten 68 durch Abkantungen 72 ersetzt. Die Dichtbleche 70 sind nun in die Abkantungen 72 eingesetzt und durch Spannelemente 74 dort gesichert. Zur Entnahme einer einzelnen Leitschaufel 6 kann nun zunächst das Spannelement 74 gelöst und das Dichtelement 70 entnommen werden. Sodann kann die Leitschaufel 6 radial entnommen werden. Somit wird ein Austausch einzelner Leitschaufeln erheblich erleichtert.To get around this, as in FIG. 9 shown, the grooves 68 replaced by folds 72. The sealing plates 70 are now inserted into the folds 72 and secured by clamping elements 74 there. To remove a single guide vane 6, the clamping element 74 can now be released and the sealing element 70 removed. Then, the guide vane 6 can be removed radially. Thus, an exchange of individual vanes is greatly facilitated.

Ein derartiges hier beschriebenes Leitschaufelsystem 1 kommt vorteilhafterweise in einer Gasturbine 101 zur Anwendung.Such a guide blade system 1 described here is advantageously used in a gas turbine 101.

Eine Gasturbine 101, wie in FIG 10 dargestellt, weist einen Verdichter 102 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 2 sowie eine Turbineneinheit 106 zum Antrieb des Verdichters 102 und eines nicht dargestellten Generators oder einer Arbeitsmaschine auf. Dazu sind die Turbineneinheit 106 und der Verdichter 102 auf einer gemeinsamen, auch als Turbinenläufer bezeichneten Turbinenwelle 108 angeordnet, mit der auch der Generator bzw. die Arbeitsmaschine verbunden ist, und die um ihre Turbinenachse 109 drehbar gelagert ist. Die in der Art einer Ringbrennkammer ausgeführte Brennkammer 2 ist mit einer Anzahl von Brennern 110 zur Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs bestückt.A gas turbine 101, as in FIG. 10 has a compressor 102 for combustion air, a combustion chamber 2 and a turbine unit 106 for driving the compressor 102 and a generator, not shown, or a working machine. For this purpose, the turbine unit 106 and the compressor 102 are arranged on a common, also referred to as a turbine rotor turbine shaft 108, with which the generator or the working machine is connected, and to its turbine axis 109 is rotatably mounted. The running in the manner of an annular combustion chamber 2 is equipped with a number of burners 110 for the combustion of a liquid or gaseous fuel.

Die Turbineneinheit 106 weist eine Anzahl von mit der Turbinenwelle 108 verbundenen, rotierbaren Laufschaufeln 112 auf. Die Laufschaufeln 112 sind kranzförmig an der Turbinenwelle 108 angeordnet und bilden somit eine Anzahl von Laufschaufelreihen. Weiterhin umfasst die Turbineneinheit 106 eine Anzahl von feststehenden Leitschaufeln 6, 8, 114, die ebenfalls kranzförmig unter der Bildung von Leitschaufelreihen an einem Leitschaufelträger 4 der Turbineneinheit 106 befestigt sind.The turbine unit 106 has a number of rotatable blades 112 connected to the turbine shaft 108. The blades 112 are annularly disposed on the turbine shaft 108 and thus form a number of blade rows. Furthermore, the turbine unit 106 includes a number of stationary vanes 6, 8, 114 which are also annularly attached to a vane support 4 of the turbine unit 106 to form rows of vanes.

Die Laufschaufeln 112 dienen dabei zum Antrieb der Turbinenwelle 108 durch Impulsübertrag vom die Turbineneinheit 106 durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 6, 8, 114 dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen aufeinander folgenden Laufschaufelreihen oder Laufschaufelkränzen. Ein aufeinander folgendes Paar aus einem Kranz von Leitschaufeln 114 oder einer Leitschaufelreihe und aus einem Kranz von Laufschaufeln 112 oder einer Laufschaufelreihe wird dabei auch als Turbinenstufe bezeichnet.The blades 112 serve to drive the turbine shaft 108 by momentum transfer from the turbine unit 106 flowing through the working medium M. The vanes 6, 8, 114, however, serve to guide the flow of the working medium M between two seen in the flow direction of the working medium M consecutive blade rows or blade rings. A successive pair of a ring of vanes 114 or a row of vanes and a ring of blades 112 or a blade row is also referred to as a turbine stage.

Jede Leitschaufel 114 weist einen Schaufelfuß 118 auf, die zur Fixierung der jeweiligen Leitschaufel 114 an einem Leitschaufelträger 4 der Turbineneinheit 106 als Wandelement angeordnet ist. Jede Laufschaufel 112 ist in analoger Weise über einen Schaufelfuß 119 an der Turbinenwelle 108 befestigt.Each vane 114 has a blade root 118, which is arranged to fix the respective vane 114 on a vane support 4 of the turbine unit 106 as a wall element. Each blade 112 is fixed to the turbine shaft 108 in a similar manner via a blade root 119.

Zwischen den beabstandet voneinander angeordneten Plattformen 118 der Leitschaufeln 114 zweier benachbarter Leitschaufelreihen ist jeweils ein Ringsegment 121 am Leitschaufelträger 4 der Turbineneinheit 106 angeordnet. Die äußere Oberfläche jedes Ringsegments 121 ist dabei in radialer Richtung vom äußeren Ende der ihm gegenüber liegenden Laufschaufeln 112 durch einen Spalt beabstandet. Die zwischen benachbarten Leitschaufelreihen angeordneten Ringsegmente 121 dienen dabei insbesondere als Abdeckelemente, die das Innengehäuse im Leitschaufelträger 4 oder andere Gehäuse-Einbauteile vor einer thermischen Überbeanspruchung durch das die Turbine 106 durchströmende heiße Arbeitsmedium M schützen.Between the spaced-apart platforms 118 of the guide vanes 114 of two adjacent rows of guide vanes, a respective ring segment 121 is arranged on the guide blade carrier 4 of the turbine unit 106. The outer surface of each ring segment 121 is in the radial direction from the outer end of the blades 112 lying opposite it spaced by a gap. The arranged between adjacent rows of stator ring segments 121 serve in particular as cover that protect the inner housing in the guide blade carrier 4 or other housing-mounting components from thermal overload by the turbine 106 flowing through the hot working medium M.

Die Brennkammer 2 ist im Ausführungsbeispiel als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 108 herum angeordneten Brennern 110 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 2 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 108 herum positioniert ist.The combustion chamber 2 is configured in the exemplary embodiment as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of burners 110 arranged around the turbine shaft 108 in the circumferential direction open into a common combustion chamber space. For this purpose, the combustion chamber 2 is configured in its entirety as an annular structure, which is positioned around the turbine shaft 108 around.

Durch die Verwendung eines Leitschaufelsystems 1 der oben angegebenen Ausgestaltung in einer derartigen Gasturbine 101 kann eine deutlich vereinfachte Reparatur durch eine wesentlich einfachere Austauschbarkeit einzelner Leitschaufeln 6 insbesondere der ersten Turbinenstufe bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad der Gasturbine 101 erreicht werden.By using a guide vane system 1 of the above-mentioned embodiment in such a gas turbine 101, a significantly simplified repair can be achieved by a much simpler interchangeability of individual guide vanes 6, in particular the first turbine stage with high efficiency of the gas turbine 101.

Claims (13)

Leitschaufelsystem (1), insbesondere für eine Gasturbine (101), mit einer Anzahl von Leitschaufelreihen und einem Leitschaufelträger (4),
wobei der Leitschaufelträger (4) im Bereich einer Leitschaufelreihe segmentiert ist,
wobei sich ein Segment (24) über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers (4) erstreckt und die Verbindung des jeweiligen Segments (24) mit dem übrigen Leitschaufelträger (26) lösbar ist.
Guide vane system (1), in particular for a gas turbine (101), having a number of vane rows and a vane carrier (4),
wherein the guide blade carrier (4) is segmented in the region of a row of guide vanes,
wherein a segment (24) extends over the entire radial extent of the vane carrier (4) and the connection of the respective segment (24) with the rest of the vane carrier (26) is releasable.
Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 1,
bei dem der Leitschaufelträger (4) im Bereich der einer Brennkammer (2) der Gasturbine (101) am nächsten liegenden Leitschaufelreihe segmentiert ist.
Guide vane system (1) according to claim 1,
in which the guide blade carrier (4) is segmented in the region of the row of guide vanes closest to a combustion chamber (2) of the gas turbine (101).
Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem eine Mehrzahl von Segmenten (24) vorgesehen ist, die sich in ihrer Gesamtheit über die gesamte Umfangsrichtung des Leitschaufelträgers (4) erstrecken.
Guide vane system (1) according to claim 1 or 2,
in which a plurality of segments (24) are provided which extend in their entirety over the entire circumferential direction of the vane support (4).
Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem die jeweilige Verbindung eine Schraubverbindung und/oder eine Nut-Feder-Verbindung ist.
Guide vane system (1) according to one of claims 1 to 3,
in which the respective connection is a screw connection and / or a tongue and groove connection.
Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem eine Leitschaufel (6) der jeweiligen Leitschaufelreihe mit dem übrigen Leitschaufelträger (26) in radialer Richtung lösbar verbunden ist.
Guide vane system (1) according to one of claims 1 to 4,
in which a guide blade (6) of the respective guide blade row is releasably connected in the radial direction to the remaining guide blade carrier (26).
Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem eine Leitschaufel (6) der jeweiligen Leitschaufelreihe an ihrer der Turbinenachse (109) zugewandten Seite mit einem Innenring (20) lösbar verbunden ist.
Guide vane system (1) according to one of claims 1 to 5,
in which a guide blade (6) of the respective guide blade row is detachably connected to an inner ring (20) on its side facing the turbine axis (109).
Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 6,
bei dem die jeweilige Leitschaufel (6) eine Feder (36) umfasst, welche in radialer Richtung in eine Nut (38) des Innenrings (20) einsteckbar ist.
Guide vane system (1) according to claim 6,
in which the respective guide vane (6) comprises a spring (36) which can be inserted in a radial direction into a groove (38) of the inner ring (20).
Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 6 oder 7,
bei dem der Innenring (18) mit einer Brennkammernabe (54) verbunden ist.
Guide vane system (1) according to claim 6 or 7,
wherein the inner ring (18) is connected to a combustion chamber hub (54).
Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem die Segmente (24) mit einer Brennkammerwand (32) verbunden sind.
Guide vane system (1) according to one of claims 1 to 8,
wherein the segments (24) are connected to a combustion chamber wall (32).
Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem zwischen benachbarten Leitschaufeln (6) der jeweiligen Leitschaufelreihe ein Dichtblech (70) vorgesehen ist, wobei an den der jeweils benachbarten Leitschaufel (6) zugewandten Seiten von Schaufelfuß (10) und/oder Schaufelkopf (14) Abkantungen (72) eingebracht sind, in denen das Dichtblech (70) mittels eines Spannelements (74) fixiert ist.
Guide vane system (1) according to one of claims 1 to 8,
in which a sealing plate (70) is provided between adjacent guide vanes (6) of the respective row of vanes, wherein bevels (72) are introduced at the sides of the blade root (10) and / or blade head (14) facing the adjacent guide blade (6), in which the sealing plate (70) by means of a clamping element (74) is fixed.
Gasturbine (101) mit einem Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.Gas turbine (101) with a guide vane system (1) according to one of Claims 1 to 10. Gasturbine (101) nach Anspruch 11, bei der in ein Außengehäuse der Gasturbine (101) ein Mannloch eingebracht ist.Gas turbine (101) according to claim 11, wherein in a outer housing of the gas turbine (101) a manhole is introduced. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit einer Gasturbine (101) nach Anspruch 1 oder 12.Gas and steam turbine power plant with a gas turbine (101) according to claim 1 or 12.
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