EP2752559A1 - Verfahren zur Reinigung eines Rotors einer Gasturbine innerhalb eines Gehäuses - Google Patents

Verfahren zur Reinigung eines Rotors einer Gasturbine innerhalb eines Gehäuses Download PDF

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EP2752559A1
EP2752559A1 EP13150507.5A EP13150507A EP2752559A1 EP 2752559 A1 EP2752559 A1 EP 2752559A1 EP 13150507 A EP13150507 A EP 13150507A EP 2752559 A1 EP2752559 A1 EP 2752559A1
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EP
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rotor
housing
gas turbine
cleaning
turbine
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Withdrawn
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EP13150507.5A
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English (en)
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Inventor
Björn Beckmann
Andreas Böttcher
Olaf Hein
Thomas Hille
Rudolf Küperkoch
Patrick Lapp
Iris Mölders
Frank Schlott
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/002—Cleaning of turbomachines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/044—Cleaning involving contact with liquid using agitated containers in which the liquid and articles or material are placed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 

Definitions

  • the invention relates to the cleaning of a rotor or rotor components within a housing.
  • a gas turbine As an example of a rotor, which is arranged in a housing, here a gas turbine is mentioned, in which the hot gas part has a rotor, which can deposit on the gas turbine blades of the rotor combustion residues. Such debris can attack the coating or turbine blade or clog cooling holes and must therefore be removed.
  • the object is achieved by a method according to claim 1.
  • FIG. 1 the invention is shown schematically.
  • the rotor 4 remains within its housing. 7
  • the rotor 4 is supported by a shaft 13.
  • the cavity between the walls 10 ', 10 "in the housing 7 is flooded through corresponding accesses in the housing 7 or the walls 10', 10" as completely as possible with a cleaning liquid 16.
  • the cleaning liquid 16 is used to remove the dirt on the rotor 4, here turbine blades 120, 130 (FIG. Fig. 2 ) of the rotor 4.
  • the rotor 4 can be rotated by the shaft 13, because it is preferably still connected to a generator or is coupled.
  • FIG. 1 shows only the rotor 4, but in a gas turbine engine, the walls 10 ', 10 "can also be introduced at the inlet of the compressor and at the hot gas outlet, ie after the gas turbine, so that the compressor blades can also be cleaned.
  • the housing 7 need not be completely flooded, but only half, if only the blades are to be cleaned.
  • the cleaning liquid 16 can be exchanged and / or rinsed for improved cleaning, even during the ultrasound excitation.
  • the FIG. 2 shows by way of example a gas turbine 100 in a longitudinal partial section.
  • the gas turbine 100 has inside a rotatably mounted about a rotation axis 102 rotor 103 with a shaft 101, which is also referred to as a turbine runner.
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example. Coupled to the rotor 103 is a generator or work machine (not shown).
  • air 105 is sucked in and compressed by the compressor 105 through the intake housing 104.
  • the compressed air provided at the turbine-side end of the compressor 105 is supplied to the burners 107 where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then formed to form the working medium 113 in the combustion chamber 110 burned. From there, the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120. On the rotor blades 120, the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and this drives the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110. To withstand the prevailing temperatures, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components can have a directional structure, ie they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • As the material for the components, in particular for the turbine blade 120, 130 and components of the combustion chamber 110 for example, iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used. Such superalloys are for example from EP 1 204 776 B1 .
  • EP 1 306 454 EP 1 319 729 A1 .
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • Such alloys are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1 are known from the EP 0 486 489 B1 .
  • a thermal barrier layer may be present, and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • suitable coating processes such as electron beam evaporation (EB-PVD), stalk-shaped grains are produced in the thermal barrier coating.
  • the vane 130 has a guide vane foot (not shown here) facing the inner casing 138 of the turbine 108 and a vane head opposite the vane root.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

Abstract

Durch die Flutung des kompletten Rotors (4) innerhalb eines Gehäuses (7) wird die Reinigung des Rotors beschleunigt, auch wenn dazu das Gehäuse komplett mit einer Reinigungsflüssigkeit (16) geflutet werden muss.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Reinigung eines Rotors oder Rotorkomponenten innerhalb eines Gehäuses.
  • Als ein Beispiel für einen Rotor, der in einem Gehäuse angeordnet ist, sei hier eine Gasturbine erwähnt, bei der der Heißgasteil einen Rotor aufweist, wobei sich auf den Gasturbinenschaufeln des Rotors Verbrennungsrückstände ablegen können.
    Solche Rückstände können die Beschichtung oder die Turbinenschaufel angreifen oder Kühllöcher verstopfen und müssen daher entfernt werden.
  • Bisher wurde das Gehäuse geöffnet und die Turbinenschaufeln einzeln entnommen und gereinigt.
  • Dies ist sehr aufwändig.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein solcher Rotor schneller und kostengünstiger gereinigt werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und
    • Figur 2 eine Gasturbine.
  • Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • In der Figur 1 ist die Erfindung schematisch dargestellt.
    Ein Rotor 4, vorzugsweise einer Gasturbine 100 (Fig.2 ), wird gereinigt. Dabei verbleibt der Rotor 4 innerhalb seines Gehäuses 7.
    Der Rotor 4 ist durch eine Welle 13 gelagert.
    Der Hohlraum zwischen den Wänden 10', 10" in dem Gehäuse 7 wird über entsprechende Zugänge im Gehäuse 7 oder der Wände 10', 10" möglichst vollständig mit einer Reinigungsflüssigkeit 16 geflutet.
    Die Reinigungsflüssigkeit 16 dient zur Entfernung der Verschmutzungen auf dem Rotor 4, hier Turbinenschaufeln 120, 130 (Fig. 2) des Rotors 4.
  • Es wird vorzugsweise eine Ultraschallanregung der Reinigungsflüssigkeit 16 im Gehäuse 7 durchgeführt, die auch die Verschmutzungen erfassen.
  • Vorzugsweise kann der Rotor 4 durch die Welle 13 gedreht werden, weil er vorzugsweise noch mit einem Generator verbunden ist oder angekoppelt wird.
  • Bei einer Gasturbinenmaschine kann man die Verbrennungskammer strömungsaufwärts von der Gasturbine trennen und den Zugang zur Gasturbine mit einer Wand 10' verschließen, wobei ebenfalls das andere Ende der Gasturbine durch eine Wand 10" verschlossen wird.
  • Die Figur 1 zeigt nur den Rotor 4, aber bei einer Gasturbinenmaschine können die Wände 10', 10" auch am Eingang des Kompressors und am Heißgasausgang, d. h. nach der Gasturbine eingebracht werden. So können auch die Kompressorschaufeln gereinigt werden.
  • Das Gehäuse 7 muss nicht vollständig geflutet werden, sondern nur zur Hälfte, wenn nur die Laufschaufeln gereinigt werden sollen.
  • Ebenso kann die Reinigungsflüssigkeit 16 für eine verbesserte Reinigung ausgetauscht und/oder gespült werden, auch während der Ultraschallanregung.
  • Die Figur 2 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt.
    Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
    Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
    Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108.
    Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
  • Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
    An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt).
  • Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
  • Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch belastet.
    Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
    Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur).
    Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinenschaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superlegierungen verwendet.
    Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 B1 , EP 1 306 454 , EP 1 319 729 A1 , WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt.
  • Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Hafnium). Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1 , EP 0 786 017 B1 , EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1 .
  • Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
    Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronenstrahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
  • Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dargestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Reinigung zumindest eines Rotors (4) innerhalb seines Gehäuses (7),
    bei dem der Rotor (4) direkt nach seinem Einsatz innerhalb seines Gehäuses (7) verbleibt und
    das Gehäuse (7) mit dem Rotor (4) mit einer Reinigungsflüssigkeit (16) geflutet wird,
    insbesondere komplett geflutet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    bei dem die Reinigungsflüssigkeit (16) durch Ultraschall erregt wird.
  3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2,
    bei dem der Rotor (4) in der Reinigungsflüssigkeit (16) gedreht wird.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    bei dem Wände (10', 10") verwendet werden,
    um das Gehäuse (7) beidseitig zu verschließen.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    bei dem der Rotor (4) einer Gasturbinenmaschine gereinigt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    bei dem Wände vor dem Kompressor und hinter der Gasturbine angebracht werden.
  7. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 5 oder 6,
    bei dem auch die Kompressorschaufeln gereinigt werden.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    bei dem die Reinigungsflüssigkeit (16) während der Reinigung gespült und/oder ausgetauscht wird.
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