EP2955336A1 - Zwischengehäuse für eine Gasturbine sowie Gasturbine mit einem solchen Zwischengehäuse - Google Patents

Zwischengehäuse für eine Gasturbine sowie Gasturbine mit einem solchen Zwischengehäuse Download PDF

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EP2955336A1
EP2955336A1 EP14172048.2A EP14172048A EP2955336A1 EP 2955336 A1 EP2955336 A1 EP 2955336A1 EP 14172048 A EP14172048 A EP 14172048A EP 2955336 A1 EP2955336 A1 EP 2955336A1
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housing
intermediate housing
hub
channel
cladding
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Definitions

  • the invention relates to an intermediate housing according to the preamble of claim 1 and a gas turbine with such an intermediate housing.
  • An intermediate housing for a gas turbine is for example the US 6,763,653 B2 to be known as known.
  • the intermediate housing comprises at least one outer housing element, in particular in the form of an outer housing shell, which is for example at least substantially annular.
  • the intermediate housing comprises at least one hub element arranged in the radial direction on the inside of the outer housing element.
  • the hub element is an at least substantially annular inner structure through which a hub or a hub chamber or a bearing chamber of the gas turbine is at least partially formed or delimited.
  • at least one rotor, in particular at least one turbine wheel, of the gas turbine is rotatably mounted on the hub element about an axis of rotation relative to the hub element.
  • the rotor is arranged, for example, at least partially in the hub element or the hub.
  • the intermediate housing further comprises at least one strut, which extends, for example, at least substantially in the radial direction.
  • the outer housing element is connected via the strut with the inner hub member.
  • a plurality of such struts is provided, via which the outer housing element is connected to the hub element.
  • the intermediate housing further comprises at least one trim element, which is also commonly referred to as "fairing".
  • the strut is at least partially lined on the outer circumference side.
  • the cladding element on a passage opening, which is penetrated by the strut.
  • the strut extends in the radial direction through the passage opening.
  • a channel through which gas can flow is at least partially delimited by the cladding element, at least in the radial direction.
  • the gas is, for example, hot gas, so that the channel is also referred to as "hot gas channel”.
  • Such an intermediate housing is usually used in multi-shaft gas turbines.
  • the channel formed as a hot gas flow channel is usually arranged in the flow direction of the gas between turbine regions of the gas turbine.
  • a first of the turbine sections is a high pressure turbine section, with the second turbine section being a low pressure turbine section.
  • the hot gas-carrying flow channel is arranged, for example, between the high-pressure turbine region and an intermediate-pressure turbine region of the three-shaft gas turbine.
  • such a hot gas leading flow channel is arranged between the intermediate-pressure turbine region and the low-pressure turbine region of the three-shaft gas turbine.
  • the arranged in the region of the channel strut provides a structural connection of the outer housing member with the hub member and crosses the gas flow.
  • the channel is often designed as an integral component.
  • a segmented construction of the channel is provided.
  • several channel segments such as the cladding element are provided, which are arranged sequentially in the circumferential direction of the outer housing element, that is, one behind the other.
  • At least one channel for guiding the gas is at least partially delimited by the respective channel segments.
  • the US 2010/0303610 A1 discloses an intermediate casing for a gas turbine, comprising at least one outer casing member having at least one hub member radially inwardly of the outer casing member, at least one strut via which the outer casing member is connected to the hub member, and at least one gas permeable member Channel at least partially in the radial direction at least partially delimiting and formed separately from the housing element cladding element, which for at least partially outer peripheral side cladding of the strut has a through opening, which is penetrated by the strut.
  • Object of the present invention is to provide an intermediate housing and a gas turbine of the type mentioned, in which an excessive heat input into the outer housing member can be avoided while achieving a weight and cost-effective construction of the intermediate housing.
  • a first aspect of the invention relates to an intermediate housing for a gas turbine, with at least one outer housing element.
  • the intermediate housing further has at least one hub element arranged in the radial direction on the inside of the outer housing element.
  • the intermediate housing comprises at least one strut, via which the outer housing element is connected to the hub element.
  • the intermediate housing comprises at least one cladding element formed separately from the housing element, through which a channel through which gas can flow is at least partially delimited, at least in the radial direction.
  • the cladding element thus acts as a channel segment.
  • the cladding element for at least partially outer peripheral side cladding of the strut.
  • the cladding element on a passage opening, which is penetrated by the strut.
  • the strut is covered on the outer circumference at least partially by means of the cladding element.
  • the cladding element is coupled at least in the radial direction exclusively with the hub member.
  • the hub member By this is meant that there is no radial coupling between the cladding element and the outer casing element, which for example constitutes an outer casing shell.
  • a plurality of housing elements separately formed lining elements is provided, which follow one another in the circumferential direction of the housing member and each at least partially delimit a gas-flow channel in the radial direction at least partially. From the avoidance of the excessive heat input also results in a particularly long life of the intermediate housing, as acting on the outer housing element loads can be kept low.
  • the cladding element is coupled in the radial direction via at least one support element with the hub member.
  • at least one guide vane for at least partially conducting the gas flowing through the channel is provided, wherein the guide vane is supported in the radial direction on the support element.
  • the guide vane is used to divert or divert the gas flowing through the channel, so that an advantageous flow or flow direction can be impressed on the gas.
  • the gas aerodynamically particularly advantageous to flow through the gas channel it is possible to direct the gas or its flow by means of the guide vane in such a way that a turbine wheel arranged downstream of the vane in the direction of flow of the gas can be flown particularly advantageously by the gas.
  • a particularly efficient and thus efficient operation of the gas turbine can be realized.
  • the vane is supported in the radial direction inwardly on the support element, an excessive heat input from the vane into the outer housing element can be avoided, since for example a direct connection of the vane to the outer housing element can be dispensed with.
  • the vane is held on the support member at least in the radial direction and held on the support member on the inner hub member. Direct contact of the vane with the outer housing member and any resulting excessive heating of the outer housing member during operation of the gas turbine can thus be avoided.
  • the support element has a double function.
  • the support element serves for fastening or holding the cladding element on the hub element.
  • the support member on the other hand serves to support the guide vane in the radial direction, in particular inwardly. It is preferably provided that a direct contact of the cladding element and / or the vane is avoided with the outer housing element. In other words, it is preferably provided that the cladding element is completely spaced at least in the radial direction of the outer housing member and / or not attached to the outer housing member.
  • the heating of the outer casing element that is to say the heat input into the outer casing element, can be kept particularly low.
  • a material from which the outer housing member is formed thermally less heavily loaded than in the prior art, so that a cost-effective material for producing the outer housing member can be used.
  • the cost of the intermediate housing and the gas turbine can be kept low overall.
  • fasteners such as suspensions for attaching the cladding element and the vane can be avoided on the outer housing element, so that the number of parts, the weight and the cost of the intermediate housing can be kept particularly low .
  • These fasteners are, for example, usually provided openings such as holes in the outer housing member to screws, nuts and small parts. Also usually provided thickenings can be omitted in the usual holes provided.
  • the weight and manufacturing costs for producing the intermediate housing, in particular the outer housing element can be kept particularly low.
  • the radial position of the trim element and the vane is usually determined by the outer housing element, which has a lower temperature during operation of the gas turbine than the cladding element and the vane itself, since during operation of the gas turbine, the vane and the Cladding element come into direct contact with the hot gas.
  • the radial position or location of the trim element and the vane is primarily determined by the stretching behavior of the support element.
  • the support element is formed separately from the hub element and separately from the cladding element and in particular separately from the guide vane.
  • the guide vane is attached to the cladding element.
  • the effort to attach and hold the vane can be kept very low.
  • a particularly advantageous flow of the gas from the cladding element to the vane or vice versa can be realized.
  • the guide blade is fastened in a form-fitting manner to the lining element, in particular in the axial direction.
  • This can be a special simple yet effective fixation of the vane can be ensured.
  • a particularly simple assembly of the intermediate housing can be realized.
  • the cladding element, the vane, the inner hub member and the outer housing member are formed as components separately manufactured from each other.
  • Another embodiment is characterized in that the cladding element and the strut have respective form-fitting elements, via which the cladding element can be supported or supported on the strut in a form-fitting manner in the axial direction.
  • This embodiment is based on the finding that the gas flowing through the channel undergoes a pressure change through the channel and the guide vane. This results in pressure forces, which act in particular in the axial direction. These pressure forces are preferably conducted into the outer housing element. About the interlocking elements, the pressure forces can be conducted particularly advantageous and only a very small way in the outer housing element, at the same time an excessive heat input into the outer housing element can be avoided. In particular, the pressure forces can be conducted with a very small lever arm almost directly into the outer housing element.
  • the positive-locking elements are arranged in the radial direction closer to the outer housing element than to the hub element.
  • the positive-locking elements are arranged on a side facing away from the hub member in the radial direction of the outer side facing the cladding element. In this way, the path, in particular the lever arm, via which forces can be passed into the outer housing element, are kept particularly low.
  • the guide vane has a radially outer shroud, wherein a channel at least partially surrounding the channel is at least partially limited by the outer shroud and the cladding element.
  • This chamber can be supplied with gas, in particular with sealing air.
  • the sealing air has a low temperature.
  • the sealing air has a lower temperature than the gas flowing through the channel.
  • the sealing air has a higher pressure than the gas flowing through the channel. This can avoid gas from the duct due to leaks with structural parts and supply lines, especially for the hub element, come in contact.
  • the blocking air thus serves, in particular, to prevent the penetration of hot gas from the channel into the chamber.
  • the chamber is sealed against the channel by means of at least one sealing element which is supported at least on a support flange of the outer shroud.
  • a second aspect of the invention relates to a gas turbine with at least one intermediate housing according to the invention. It is provided that the channel is arranged in the flow direction of the gas between two turbine regions of the gas turbine.
  • Fig. 1 2 shows a schematic longitudinal sectional view of a gas turbine according to a first embodiment, with an intermediate housing 10, a first turbine region 12 arranged in the axial direction in front of the intermediate housing 10 and a second turbine region 14 arranged in the axial direction downstream of the intermediate housing 10.
  • the turbine regions 12, 14 are, for example, turbine stages of the gas turbine. These turbine stages include respective rotors 16, 18 with respective turbine wheels 20, 22.
  • the intermediate housing 10 has an outer housing element 24 which is formed, for example, as an at least substantially annular housing shell.
  • the intermediate housing 10 comprises a generally designated 26 hub element, which is formed for example as at least substantially annular inner structure.
  • the hub element 26 is arranged in the radial direction of the gas turbine and thus of the intermediate housing 10 on the inside of the outer housing element 24.
  • the hub member 26 includes, for example, a first hub portion 28 on which the rotor 16 is rotatably supported about an axis of rotation relative to the hub member 26 and relative to the intermediate housing 10.
  • a bearing 30 is provided, which is designed for example as a rolling bearing.
  • the rotor 16 is supported in the radial direction outwardly on the hub member 26 and mounted thereon.
  • the bearing 30 is arranged in a receiving space 34, which is sealed by means of seals 36, for example.
  • a storage chamber is at least partially limited. In this storage chamber, for example, the rotor 16 is at least partially received. It is also conceivable that the rotor 18 is at least partially received in the bearing chamber.
  • the hub element 26 furthermore comprises a second hub part 38, which in the present case is designed as a profile component and has a closed hollow cross-section 40.
  • the second hub portion 38 is also referred to as a "hub” or “hub body”.
  • the hub (second hub part 38) is at least substantially annular or designed as a torsionally stiff, box-shaped ring, on which the bearing chamber formed by the hub part 28 is fixed.
  • the hub portions 28, 38 are formed as separately manufactured and interconnected components.
  • the hub member 26 may be formed by a simple ring or formed by two axially spaced rings.
  • the hub part 38 can be omitted.
  • the hub part could have an open cross section, in particular a hollow cross section.
  • the housing member 24 and the hub member 26 are disposed concentric with the axis of rotation, which is also referred to as "engine axis".
  • the intermediate housing 10 preferably comprises a plurality of struts, of which in Fig. 1 a strut designated 42 can be seen.
  • the following statements about the strut 42 can be easily transferred to the other struts.
  • the struts are distributed in the circumferential direction of the hub member 26 about its circumference, in particular evenly distributed, wherein the outer housing shell (outer housing member 24) are connected via the struts with the hub member 26.
  • the strut 42 is connected at one end to the outer housing member 24 and the other end to the hub portion 38.
  • the hub part 38 is used in particular when a duct 44, designed as a hot gas duct, of the intermediate housing 10 is arranged in the radial direction far away from the axis of rotation.
  • the strut 42 is connected via the hub part 38 to the hub part 28 and thus to the hub element 26.
  • the hub portion 38 is not provided, then the strut 42 formed as a rib is directly connected to the bearing chamber, that is, the hub portion 28.
  • the intermediate housing 10 further comprises a trim element 46, which is also referred to as "fairing" and is designed as a channel segment.
  • a trim element 46 which is also referred to as "fairing" and is designed as a channel segment.
  • the lining element 46 namely the channel 44 is at least partially limited at least in the radial direction.
  • the channel 44 is at least partially bounded by the cladding element 46 in the radial direction towards the outside and in the radial direction inwards.
  • a plurality of cladding elements is provided, wherein the channel 44 and / or respective channels of the intermediate housing 10 through which gas can flow are at least partially delimited by the respective cladding elements at least in the radial direction.
  • the following comments on the trim element 46 can readily be applied to the other, in Fig. 1 unrecognizable cladding elements are transmitted.
  • a segmented construction of the channel 44 or the channels is provided. The individual channel segments are consecutive, for example, in the circumferential direction of the housing element 24, that is arranged one behind the other.
  • the cladding element 46 is a component produced separately from the housing element 24 and the hub element 26 and also serves for at least partially cladding the strut 42 on the outer peripheral side.
  • the cladding element 46 has a through opening 48 which is penetrated by the strut 42.
  • the strut 42 extends at least substantially in the radial direction from the housing element 24 toward the hub part 38 and thereby through the passage opening 48, so that the strut 42 is surrounded on the outer peripheral side at least partially by the lining element 46.
  • the strut 42 is surrounded by the lining element 46 completely circumferentially in this length region with respect to its radial extension, at least in a longitudinal region and in its circumferential direction.
  • the lining element 46 By means of the lining element 46 thus the gas flowing through the channel 44 is guided around the strut 42, without touching the strut 42 directly. This protects the strut from direct contact with the hot gas.
  • the turbine portion 12 In the flow direction of the gas through the channel 44, the turbine portion 12 is disposed upstream of the channel 44, wherein the turbine portion 14 is disposed downstream of the channel 44.
  • Fig. 2 shows the strut 42 and the cladding element 46 in a schematic cross-sectional view.
  • the fairing (cladding element 46) is formed as a hollow aerodynamic profile with an outer and inner portion.
  • the channel 44 or the channels can be limited by so-called panels. Such panels are at least substantially flat components, for example, limit the remaining annulus between the fairings. Depending on the dimensions of the channel 44 and the number of struts used different designs are conceivable.
  • the channel 44 may, for example, by fairings and panels, each inside and on the outside, or by fairings and panels, each outside, or limited only by fairings or formed.
  • the lining element 46 is coupled at least in the radial direction exclusively with the hub element 26.
  • the cladding element 26 is not coupled to or fastened to the housing element 24, but the cladding element 46 is supported via support elements 50, 52 in the radial direction exclusively on the hub element 26 and in this case on the hub part 38.
  • the cladding element 46 is fastened to the support elements 50, 52, which in turn are fastened to the hub part 38.
  • the support members 50, 52 are relatively soft in the axial direction compared to the radial direction.
  • the support elements 50, 52 are membrane-like or membrane-shaped.
  • the support elements 50, 52 are formed as a membrane over which the cladding element 46 is supported in the radial direction on the hub member 26.
  • the support elements 50, 52 may be fastened directly to the bearing chamber, that is to say to the hub part 28, and / or directly to the strut 42.
  • the support elements take over radial forces and serve for circumferential fixation of the lining element 46.
  • the intermediate housing 10 further includes at least one vane element 54, which is also referred to as a "vane segment".
  • the vane element 54 includes at least one vane 56 for at least partially directing the gas flowing through the channel 44.
  • the intermediate housing 10 may have a plurality of stator blade segments, of which in Fig. 1 the vane element 54 can be seen.
  • the following explanations about the vane element 54 may also be readily applied to the other vanes. Through the vanes, a guide grid for guiding the gas is formed. Therefore, the vanes are also referred to as "Leitgittersegmente".
  • Fig. 1 It can be seen that the vane 56 is arranged in the flow direction of the gas through the channel 44 downstream of the lining element 46 and upstream of the turbine region 14.
  • the guide vane 56 serves to redirect or divert at least a portion of the gas flowing through the channel 44 in such a way that the gas can flow aerodynamically advantageously to a blading of the rotor 18. As a result, a particularly efficient operation of the gas turbine can be realized.
  • the guide vane 56 is not held approximately on the outer housing member 24, but the vane 56 is supported in the radial direction on the support member 52. As a result, the guide vane 56 is supported by the support element 52 on the hub element 26 in the radial direction inwardly and in particular held.
  • the guide vane 56 is positively connected to the corresponding cladding element 46.
  • the guide vane 56 is fastened in a form-fitting manner to the corresponding cladding element 46 in the axial direction.
  • the vane 56 is supported in the axial direction on the trim element 46.
  • the guide vane 56 comprises a receiving element 58, through which a receptacle is limited.
  • a flange 60 of the cladding element 46 is at least partially received, wherein the flange 60 is at least partially covered in the axial direction by the receiving element 58. This results in the positive fastening of the guide vane 56 on the cladding element 46 in the axial direction.
  • the support element 52 has a flange 62, which is accommodated at least in regions in a receptacle of a corresponding receiving element 64 of the lining element 46.
  • the cladding element 46 is fastened via the receiving element 64 and the flange 62 to the support element 52 and via this on the hub element 26 in the radial direction.
  • the receiving element 64 has a further receptacle in which a flange 66 of the guide vane 56 is at least partially received.
  • the guide vane 56 is supported by the receiving element 64 on the support member 52 at least in the radial direction.
  • the vane 56 has a radially outer shroud, which is referred to as "outer shroud 82".
  • outer shroud 82 By the support members 50, 52, the cladding element 46 and the outer shroud 82, a chamber 68 is at least partially limited, which surrounds the channel 44 on the outside at least partially.
  • the chamber 68 is supplied with sealing air, which opposite the gas flowing through the channel 44 has a higher pressure and a lower temperature.
  • sealing air can be ensured that structural parts and supply lines, in particular the storage chamber, do not come into contact with the channel 44 flowing through the hot gas. In particular, can be prevented by the sealing air that hot gas from the channel 44 flows through a gap in the chamber 68.
  • the chamber 68 is sealed against the channel 44 by means of sealing elements 70, 72, which in the present case are shown particularly schematically and can be designed, for example, as leaf seals or brush seals.
  • the sealing element 72 is supported on the one hand on the guide vane 56, in particular on a support flange 74, of the outer end band 82, and on the other hand on a housing element 76 of the turbine region 14.
  • the support flange 74 thus acts as a sealing flange.
  • the sealing element 70 is supported, on the one hand, on the lining element 46 and, on the other hand, via a supporting element 78 on a housing element 80 of the turbine region 12. This means that the sealing elements 70, 72 in combination with the support elements 50, 52 form the chamber 68, in particular around the lining element 46, wherein the sealing elements 70, 72 enclose the guide vane 56.
  • the gas flowing through the channel 44 undergoes a pressure change.
  • the pressure of the gas upstream of the turbine section 14 is lower than downstream of the turbine section 12. This results in compressive forces which are to be introduced into the housing element 24.
  • the front support member 50 may be provided with an axial stop which is supported on the hub member 26 and / or the strut 42. In this case, however, the pressure forces are then introduced via the strut 42 with a relatively long lever arm in the housing member 24.
  • the cladding element 46 can be supported directly on the housing element 24 in the axial direction.
  • this can result in a complex assembly.
  • Another possibility for supporting the pressure force is, for example, the pressure forces on the outer shroud 82 of the vane 56 against a connected to the housing member 24, downstream in the flow direction Housing such as the housing element 76 initiate.
  • this could result in a complicated assembly.
  • the cladding element 46 has first positive locking elements in the form of integral tabs 84.
  • the strut 42 has corresponding, second positive locking elements in the form of forks 86, through which receptacles 88 are limited.
  • the tabs 84 are at least partially received in the receptacles 88 and are covered in the axial direction by the forks 86 to the respective turbine sections 12, 14 out.
  • the forks 86 are an integral part of the struts 42. This means that the forks 86 are formed integrally with the strut 42.
  • the tabs 84 are formed integrally with the trim element 46.
  • the advantage of this support is that the pressure forces can be introduced with a very small lever arm, that is, over a very short or short path and thus almost directly into the housing element 24.
  • the interlocking elements are arranged on a side facing away from the hub member 26 in the radial direction 90 of the cladding element 46.
  • the cladding element 46 and the vane 56 can be supported in a particularly simple manner in the radial direction inwardly on the hub member 26 and thus held.
  • the chamber 68 can be particularly well sealed by simple means, so that sealing air leakage can be kept at least low.
  • thermally induced movements of the vane elements and / or the cladding elements relative to each other can be kept low, so that the wear of the intermediate housing 10 can be kept in a small frame.
  • neither the cladding element 46 nor the vane 56 is attached directly to the housing element 24, so that the heating of the outer housing element 24, that is, the heat input into the outer housing element 24, are kept particularly low.
  • Fig. 3 shows the gas turbine according to a second embodiment.
  • at least one latch 92 is provided by which the vane 56 is circumferentially supported on the housing member 24 so that circumferential forces resulting from the deflection of the gas caused by the vane 56 are introduced from the vane 56 into the housing member 24 can be.
  • this latching 92 By means of this latching 92, the above-mentioned, relatively long lever arm can be avoided.
  • Fig. 4 shows a third embodiment of the gas turbine, in which also the latch 92 is provided.
  • the cladding element 46 on circumferential webs 94 through which in the axial direction a circumferential groove 96 of the cladding element 46 is limited or formed. Via the webs 94 and the groove 96, axial forces can be transmitted to a separate component 98, which is fastened to the outer housing element 24. In the radial direction, the cladding element 46 can move relative to the component 98. The fixing of the lining element 46 in the circumferential direction takes place via the abovementioned, at least one latch 92.
  • axial support is shown.
  • the axial support of the cladding element 46 via at least one web 100 which is an integral part of the guide vane 56 and is supported on a surface of the downstream of the housing element 76.
  • the contact point between the web 100 and the housing member 76 serves as a seal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zwischengehäuse (10) für eine Gasturbine, mit wenigstens einem äußeren Gehäuseelement (24), mit wenigstens einem in radialer Richtung innenseitig des äußeren Gehäuseelements (24) angeordneten Nabenelement (26), mit wenigstens einer Strebe (42), über welche das äußere Gehäuseelement (24) mit dem Nabenelement (26) verbunden ist, und mit wenigstens einem einen von Gas durchströmbaren Kanal (44) wenigstens in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzenden und separat von dem Gehäuseelement (24) ausgebildeten Verkleidungselement (46), welches zum zumindest teilweisen außenumfangsseitigen Verkleiden der Strebe (42) eine Durchgangsöffnung (48) aufweist, welche von der Strebe (42) durchdrungen ist, wobei das Verkleidungselement (46) zumindest in radialer Richtung ausschließlich mit dem Nabenelement (26) gekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zwischengehäuse gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Gasturbine mit einem solchen Zwischengehäuse.
  • Ein Zwischengehäuse für eine Gasturbine ist beispielsweise der US 6,763,653 B2 als bekannt zu entnehmen. Das Zwischengehäuse umfasst wenigstens ein äußeres Gehäuseelement, insbesondere in Form einer äußeren Gehäuseschale, welche beispielsweise zumindest im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist. Ferner umfasst das Zwischengehäuse wenigstens ein in radialer Richtung innenseitig des äußeren Gehäuseelements angeordnetes Nabenelement. Bei dem Nabenelement handelt es sich beispielsweise um eine zumindest im Wesentlichen ringförmige Innenstruktur, durch welche eine Nabe oder eine Nabenkammer beziehungsweise eine Lagerkammer der Gasturbine zumindest teilweise gebildet oder begrenzt ist. Beispielsweise ist zumindest ein Rotor, insbesondere wenigstens ein Turbinenrad, der Gasturbine an dem Nabenelement um eine Drehachse relativ zu dem Nabenelement drehbar gelagert. Hierbei ist der Rotor beispielsweise zumindest teilweise in dem Nabenelement beziehungsweise der Nabe angeordnet.
  • Das Zwischengehäuse umfasst ferner wenigstens eine Strebe, welche sich beispielsweise zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt. Dabei ist das äußere Gehäuseelement über die Strebe mit dem inneren Nabenelement verbunden. Üblicherweise ist eine Mehrzahl derartiger Streben vorgesehen, über die das äußere Gehäuseelement mit dem Nabenelement verbunden ist.
  • Das Zwischengehäuse umfasst darüber hinaus wenigstens ein Verkleidungselement, welches üblicherweise auch als "Fairing" bezeichnet wird. Mittels des Verkleidungselements ist die Strebe außenumfangsseitig zumindest teilweise verkleidet. Hierzu weist das Verkleidungselement eine Durchgangsöffnung auf, welche von der Strebe durchdrungen ist. Mit anderen Worten erstreckt sich die Strebe in radialer Richtung durch die Durchgangsöffnung hindurch.
  • Durch das Verkleidungselement ist darüber hinaus ein von Gas durchströmbarer Kanal wenigstens in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzt. Bei dem Gas handelt es sich beispielsweise um Heißgas, so dass der Kanal auch als "Heißgaskanal" bezeichnet wird. Mittels des Verkleidungselements wird die Strebe vor dem Heißgas geschützt, da das Heißgas (Gas) mittels des Verkleidungselements um die Strebe herumgeführt wird und somit die Strebe nicht direkt anströmen kann.
  • Ein solches Zwischengehäuse kommt üblicherweise bei mehrwelligen Gasturbinen zum Einsatz. Bei einer solchen mehrwelligen Gasturbine ist der als Heißgas führender Strömungskanal ausgebildete Kanal üblicherweise in Strömungsrichtung des Gases zwischen Turbinenbereichen der Gasturbine angeordnet. Bei einer Zweiwellengasturbine ist ein erster der Turbinenbereiche beispielsweise ein Hochdruck-Turbinenbereich, wobei der zweite Turbinenbereich ein Niederdruck-Turbinenbereich ist. Bei einer Dreiwellengasturbine ist der Heißgas führende Strömungskanal beispielsweise zwischen dem Hochdruck-Turbinenbereich und einem Zwischendruck-Turbinenbereich der Dreiwellengasturbine angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist ein solcher Heißgas führender Strömungskanal zwischen dem Zwischendruck-Turbinenbereich und dem Niederdruck-Turbinenbereich der Dreiwellengasturbine angeordnet.
  • Die im Bereich des Kanals angeordnete Strebe sorgt für eine strukturelle Verbindung des äußeren Gehäuseelements mit dem Nabenelement und kreuzt den Gasstrom. Bei kleinen Gasturbinen ist der Kanal oftmals als integrales Bauteil ausgeführt. Bei größeren Gasturbinen jedoch ist eine segmentierte Bauweise des Kanals vorgesehen. Bei einer solchen segmentierten Bauweise sind üblicherweise mehrere Kanalsegmente wie beispielsweise dem Verkleidungselement vorgesehen, welche in Umfangsrichtung des äußeren Gehäuseelements aufeinander folgend, das heißt hintereinander angeordnet sind. Durch die jeweiligen Kanalsegmente ist wenigstens ein Kanal zum Führen des Gases zumindest teilweise begrenzt.
  • Die US 2010/0303610 A1 offenbart ein Zwischengehäuse für eine Gasturbine, mit wenigstens einem äußeren Gehäuseelement, mit wenigstens einem in radialer Richtung innenseitig des äußeren Gehäuseelements angeordneten Nabenelement, mit wenigstens einer Strebe, über welche das äußere Gehäuseelement mit dem Nabenelement verbunden ist, und mit wenigstens einem einen von Gas durchströmbaren Kanal wenigstens in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzenden und separat von dem Gehäuseelement ausgebildeten Verkleidungselement, welches zum zumindest teilweisen außenumfangsseitigen Verkleiden der Strebe eine Durchgangsöffnung aufweist, welche von der Strebe durchdrungen ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zwischengehäuse sowie eine Gasturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen ein übermäßiger Wärmeeintrag in das äußere Gehäuseelement vermieden werden kann bei gleichzeitiger Realisierung eines gewichts- und kostengünstigen Aufbaus des Zwischengehäuses.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Zwischengehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Gasturbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Zwischengehäuses als vorteilhafte Ausgestaltungen der Gasturbine anzusehen sind und umgekehrt.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Zwischengehäuse für eine Gasturbine, mit wenigstens einem äußeren Gehäuseelement. Das Zwischengehäuse weist ferner wenigstens ein in radialer Richtung innenseitig des äußeren Gehäuseelements angeordnetes Nabenelement auf. Darüber hinaus umfasst das Zwischengehäuse wenigstens eine Strebe, über welche das äußere Gehäuseelement mit dem Nabenelement verbunden ist. Außerdem umfasst das Zwischengehäuse wenigstens ein separat vom Gehäuseelement ausgebildetes Verkleidungselement, durch welches ein von Gas durchströmbarer Kanal wenigstens in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzt ist. Das Verkleidungselement fungiert somit als Kanalsegment. Darüber hinaus dient das Verkleidungselement zum zumindest teilweisen außenumfangsseitigen Verkleiden der Strebe. Hierzu weist das Verkleidungselement eine Durchgangsöffnung auf, welche von der Strebe durchdrungen ist. Dadurch ist die Strebe außenumfangsseitig zumindest teilweise mittels des Verkleidungselements verkleidet.
  • Um nun einen übermäßigen Wärmeeintrag in das äußere Gehäuseelement während des Betriebs der Gasturbine zu vermeiden bei gleichzeitiger Realisierung eines gewichts- und kostengünstigen Aufbaus des Zwischengehäuses ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verkleidungselement zumindest in radialer Richtung ausschließlich mit dem Nabenelement gekoppelt ist. Darunter ist zu verstehen, dass keine radiale Kopplung zwischen dem Verkleidungselement und dem äußeren Gehäuseelement, welches beispielsweise eine äußere Gehäuseschale darstellt, existiert. Durch diese Kopplung des als Kanalsegment fungierenden Verkleidungselements ist bei gleichzeitiger Vermeidung eines übermäßigen Wärmeeintrags in das Gehäuseelement eine segmentierte Bauweise des Kanals darstellbar, bei welcher der Kanal zumindest teilweise durch das Verkleidungselement begrenzt wird. Bei der segmentierten Bauweise ist beispielsweise eine Mehrzahl von vom Gehäuseelement separat ausgebildete Verkleidungselementen vorgesehen, welche in Umfangsrichtung des Gehäuseelements aufeinander folgen und jeweils wenigstens einen von dem Gas durchströmbaren Kanal in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzen. Aus der Vermeidung des übermäßigen Wärmeeintrags resultiert auch eine besonders hohe Lebensdauer des Zwischengehäuses, da auf das äußere Gehäuseelement wirkende Belastungen gering gehalten werden können.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Verkleidungselement in radialer Richtung über wenigstens ein Stützelement mit dem Nabenelement gekoppelt. Um dabei den Wärmeeintrag in das Gehäuseelement besonders gering zu halten und einen besonders effizienten Betrieb der Gasturbine zu realisieren, ist vorzugsweise wenigstens eine Leitschaufel zum zumindest teilweisen Leiten des den Kanal durchströmenden Gases vorgesehen, wobei die Leitschaufel in radialer Richtung an dem Stützelement abgestützt ist.
  • Die Leitschaufel dient zum Ableiten oder Umlenken des den Kanal durchströmenden Gases, so dass dem Gas eine vorteilhafte Strömung oder Strömungsrichtung aufgeprägt werden kann. Beispielsweise kann dann das Gas aerodynamisch besonders vorteilhaft den Gaskanal durchströmen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, das Gas beziehungsweise dessen Strömung mittels der Leitschaufel derart zu leiten, dass eine in Strömungsrichtung des Gases durch den Kanal stromab der Leitschaufel angeordnetes Turbinenrad besonders vorteilhaft von dem Gas angeströmt werden kann. In der Folge lässt sich ein besonders effizienter und somit wirkungsgradgünstiger Betrieb der Gasturbine realisieren.
  • Darüber hinaus kann dadurch, dass die Leitschaufel in radialer Richtung nach innen an dem Stützelement abgestützt ist, ein übermäßiger Wärmeeintrag von der Leitschaufel in das äußere Gehäuseelement vermieden werden, da beispielsweise auf eine direkte Anbindung der Leitschaufel an das äußere Gehäuseelement verzichtet werden kann. Insbesondere ist die Leitschaufel an dem Stützelement zumindest in radialer Richtung gehalten und über das Stützelement am inneren Nabenelement gehalten. Ein direkter Kontakt der Leitschaufel mit dem äußeren Gehäuseelement und eine etwaig daraus resultierende, übermäßige Erwärmung des äußeren Gehäuseelements während des Betriebs der Gasturbine können somit vermieden werden.
  • Dabei kommt dem Stützelement eine Doppelfunktion zu. Einerseits dient das Stützelement zum Befestigen oder Halten des Verkleidungselements am Nabenelement. Darüber hinaus dient das Stützelement andererseits dazu, die Leitschaufel in radialer Richtung, insbesondere nach innen, abzustützen. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass ein direkter Kontakt des Verkleidungselements und/oder der Leitschaufel mit dem äußeren Gehäuseelement vermieden ist. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Verkleidungselement vollständig zumindest in radialer Richtung von dem äußeren Gehäuseelement beabstandet und/oder nicht am äußeren Gehäuseelement befestigt ist. Da somit weder das als Kanalsegment fungierende Verkleidungselement noch die Leitschaufel in direktem Kontakt mit dem äußeren Gehäuseelement stehen, kann die Erwärmung des äußeren Gehäuseelements, das heißt der Wärmeeintrag in das äußere Gehäuseelement, besonders gering gehalten werden. In der Folge wird ein Werkstoff, aus welchem das äußere Gehäuseelement gebildet ist, thermisch weniger stark belastet als im Stand der Technik, so dass ein kostengünstiger Werkstoff zum Herstellen des äußeren Gehäuseelements verwendet werden kann. In der Folge können die Kosten des Zwischengehäuses und der Gasturbine insgesamt gering gehalten werden.
  • Infolge der Befestigung des Verkleidungselements am Stützelement und durch die Abstützung der Leitschaufel am Stützelement können Befestigungselemente wie beispielsweise Aufhängungen zum Befestigen des Verkleidungselements und der Leitschaufel am äußeren Gehäuseelement vermieden werden, so dass sich die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten des Zwischengehäuses besonders gering halten lassen. Bei diesen Befestigungselementen, welche vermieden werden können, handelt es sich beispielsweise um üblicherweise vorgesehene Öffnungen wie beispielsweise Bohrungen im äußeren Gehäuseelement, um Schrauben, Muttern und Kleinteile. Auch können üblicherweise vorgesehene Aufdickungen im Bereich der üblicherweise vorgesehenen Bohrungen entfallen. Somit können das Gewicht und der Fertigungsaufwand zum Herstellen des Zwischengehäuses, insbesondere des äußeren Gehäuseelements, besonders gering gehalten werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass die radiale Position des Verkleidungselements und der Leitschaufel üblicherweise durch das äußere Gehäuseelement bestimmt wird, welches während des Betriebs der Gasturbine eine geringere Temperatur aufweist als das Verkleidungselement und die Leitschaufel selbst, da während des Betriebs der Gasturbine die Leitschaufel und das Verkleidungselement direkt mit dem heißen Gas in Berührung kommen. Bei dem erfindungsgemäßen Zwischengehäuse jedoch wird die radiale Position oder Lage des Verkleidungselements und der Leitschaufel primär durch das Dehnverhalten des Stützelements bestimmt. Da dieses in einem Kontaktbereich zu dem Verkleidungselement und der Leitschaufel die gleiche oder eine ähnliche Temperatur wie das Verkleidungselement und die Leitschaufel aufweist, kann - wenn eine Mehrzahl von Verkleidungselementen und Leitschaufeln vorgesehen ist - eine thermisch bedingte Bewegung der Verkleidungselemente und der Leitschaufeln gegeneinander insbesondere in Umfangsrichtung besonders gering gehalten werden.
  • Sind beispielsweise - insbesondere bei einer segmentierten Bauweise des Kanals - mehrere Verkleidungselemente und/oder mehrere Leitschaufeln vorgesehen, welche in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnet sind, so können thermisch bedingte Bewegungen der Leitschaufeln beziehungsweise der Verkleidungselemente relativ zueinander besonders gering gehalten werden. Auch das transiente radiale Dehnverhalten der Verkleidungselemente und der Leitschaufeln ist besser an die Umgebung angepasst als bei herkömmlichen Zwischengehäusen. Insgesamt sind bei dem erfindungsgemäßen Zwischengehäuse wesentlich geringere Verschiebungen an jeweiligen, derartige Verschiebungen zulassenden Stellen, insbesondere Gleitstellen, zu erwarten. Dadurch kann der Verschleiß des Zwischengehäuses besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus kann eine besonders gute Dichtwirkung erzielt werden, so dass unerwünschte Leckageströme zumindest gering gehalten werden können. Dies ist dem effizienten Betrieb der Gasturbine insgesamt zuträglich.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das das Stützelement separat vom Nabenelement und separat vom Verkleidungselement und insbesondere separat von der Leitschaufel ausgebildet ist.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Leitschaufel an dem Verkleidungselement befestigt. Hierdurch kann der Aufwand zum Befestigen und Halten der Leitschaufel besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus lässt sich eine besonders vorteilhafte Strömung des Gases von dem Verkleidungselement zur Leitschaufel oder umgekehrt realisieren.
  • Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Leitschaufel an dem Verkleidungselement, insbesondere in axialer Richtung, formschlüssig befestigt ist. Hierdurch kann eine besonders einfache und gleichzeitig effektive Fixierung der Leitschaufel gewährleistet werden. Zudem kann eine besonders einfache Montage des Zwischengehäuses realisiert werden. Vorzugsweise sind das Verkleidungselement, die Leitschaufel, das innere Nabenelement und das äußere Gehäuseelement als voneinander separat hergestellte Bauteile ausgebildet.
  • Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Verkleidungselement und die Strebe jeweilige Formschlusselemente aufweisen, über welche das Verkleidungselement in axialer Richtung formschlüssig an der Strebe abstützbar oder abgestützt ist. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das durch den Kanal strömende Gas durch den Kanal und die Leitschaufel eine Druckänderung erfährt. Hieraus entstehen Druckkräfte, welche insbesondere in axialer Richtung wirken. Diese Druckkräfte werden vorzugsweise in das äußere Gehäuseelement geleitet. Über die Formschlusselemente können die Druckkräfte besonders vorteilhaft und über einen nur sehr geringen Weg in das äußere Gehäuseelement geleitet werden, wobei gleichzeitig ein übermäßiger Wärmeeintrag in das äußere Gehäuseelement vermieden werden kann. Insbesondere können die Druckkräfte mit einem nur sehr geringen Hebelarm quasi direkt in das äußere Gehäuseelement geleitet werden.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Formschlusselemente in radialer Richtung näher an dem äußeren Gehäuseelement als an dem Nabenelement angeordnet sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Formschlusselemente auf einer dem Nabenelement in radialer Richtung nach außen abgewandten Seite des Verkleidungselements angeordnet sind. Hierdurch kann der Weg, insbesondere der Hebelarm, über welchen Kräfte in das äußere Gehäuseelement geleitet werden können, besonders gering gehalten werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Leitschaufel ein in radialer Richtung äußeres Deckband aufweist, wobei durch das äußere Deckband und das Verkleidungselement eine den Kanal zumindest teilweise umgebende Kammer wenigstens teilweise begrenzt ist. Diese Kammer kann mit Gas, insbesondere mit Sperrluft, versorgt werden. Die Sperrluft hat eine geringe Temperatur. Insbesondere weist die Sperrluft gegenüber dem den Kanal durchströmenden Gas eine geringere Temperatur auf. Ferner weist die Sperrluft gegenüber dem den Kanal durchströmenden Gas einen höheren Druck auf. Dadurch kann vermieden werden, dass Gas aus dem Kanal infolge von Leckagen mit Strukturteilen und Versorgungsleitungen, insbesondere für das Nabenelement, in Kontakt kommen. Die Sperrluft dient somit insbesondere dazu, ein Eindringen oder einen Einbruch von Heißgas aus dem Kanal in die Kammer zu vermeiden.
  • Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Kammer gegen den Kanal mittels wenigstens eines Dichtungselements abgedichtet ist, welches zumindest an einem Stützflansch des äußeren Deckbands abgestützt. Dadurch kann ein übermäßiges Eindringen von Heißgas in die Kammer effektiv vermieden werden.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Gasturbine mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Zwischengehäuse. Dabei ist es vorgesehen, dass der Kanal in Strömungsrichtung des Gases zwischen zwei Turbinenbereichen der Gasturbine angeordnet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • Fig. 1
    ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem Zwischengehäuse, wobei wenigstens ein einen Kanal zumindest teilweise begrenzendes Verkleidungselement zumindest in radialer Richtung ausschließlich mit einem Nabenelement und somit nicht mit einem äußeren Gehäuseelement des Zwischengehäuses gekoppelt ist;
    Fig. 2
    eine schematische Querschnittsansicht einer Strebe, über welche das Nabenelement mit dem äußeren Gehäuseelement des Zwischengehäuses verbunden ist;
    Fig. 3
    ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Gasturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
    Fig. 4
    ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Gasturbine gemäß einer dritten Ausführungsform
  • In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittansicht eine Gasturbine gemäß einer ersten Ausführungsform, mit einem Zwischengehäuse 10, einem in axialer Richtung vor dem Zwischengehäuse 10 angeordneten, ersten Turbinenbereich 12 und einen in axialer Richtung nach dem Zwischengehäuse 10 angeordneten, zweiten Turbinenbereich 14. Bei den Turbinenbereichen 12, 14 handelt es sich beispielsweise um Turbinenstufen der Gasturbine. Diese Turbinenstufen umfassen jeweilige Rotoren 16, 18 mit jeweiligen Turbinenrädern 20, 22.
  • Das Zwischengehäuse 10 weist ein äußeres Gehäuseelement 24 auf, welches beispielsweise als zumindest im Wesentlichen ringförmige Gehäuseschale ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst das Zwischengehäuse 10 ein im Ganzen mit 26 bezeichnetes Nabenelement, welches beispielsweise als zumindest im Wesentlichen ringförmige Innenstruktur ausgebildet ist. Das Nabenelement 26 ist in radialer Richtung der Gasturbine und somit des Zwischengehäuses 10 innenseitig des äußeren Gehäuseelements 24 angeordnet.
  • Das Nabenelement 26 umfasst beispielsweise ein erstes Nabenteil 28, an welchem der Rotor 16 um eine Drehachse relativ zu dem Nabenelement 26 und relativ zu dem Zwischengehäuse 10 drehbar gelagert ist. Hierzu ist ein Lager 30 vorgesehen, welches beispielsweise als Wälzlager ausgebildet ist. Über das Lager 30 ist der Rotor 16 in radialer Richtung nach außen hin an dem Nabenelement 26 abgestützt und an diesem gelagert. Das Lager 30 ist in einem Aufnahmeraum 34 angeordnet, welcher beispielsweise mittels Dichtungen 36 abgedichtet ist. Durch das Nabenteil 28 ist beispielsweise eine Lagerkammer zumindest teilweise begrenzt. In dieser Lagerkammer ist beispielsweise der Rotor 16 zumindest teilweise aufgenommen. Denkbar ist auch, dass der Rotor 18 zumindest teilweise in der Lagerkammer aufgenommen ist.
  • Das Nabenelement 26 umfasst darüber hinaus ein zweites Nabenteil 38, welches vorliegend als Profilbauteil ausgebildet ist und einen geschlossenen Hohlquerschnitt 40 aufweist. Das zweite Nabenteil 38 wird auch als "Nabe" oder "Nabenkörper" bezeichnet. Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Nabe (zweites Nabenteil 38) zumindest im Wesentlichen ringförmig beziehungsweise als torsionssteifer, kastenförmiger Ring ausgeführt, an welchem die durch das Nabenteil 28 gebildete Lagerkammer befestigt ist. Mit anderen Worten sind die Nabenteile 28, 38 als separat voneinander hergestellte und miteinander verbundene Bauteile ausgebildet. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Nabenelement 26 durch einen einfachen Ring gebildet sein oder durch zwei axial beabstandete Ringe gebildet sein. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Nabenteil 38 entfallen. Das Nabenteil könnte anstelle des geschlossenen Hohlquerschnitts 40 einen offenen Querschnitt, insbesondere Hohlquerschnitt, aufweisen. Das Gehäuseelement 24 und das Nabenelement 26 sind konzentrisch zur Drehachse angeordnet, welche auch als "Triebwerksachse" bezeichnet wird.
  • Das Zwischengehäuse 10 umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Streben, von denen in Fig. 1 eine mit 42 bezeichnete Strebe erkennbar ist. Die folgenden Ausführungen zur Strebe 42 können ohne weiteres auch auf die anderen Streben übertragen werden. Die Streben sind in Umfangsrichtung des Nabenelements 26 über dessen Umfang verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, angeordnet, wobei die äußere Gehäuseschale (äußeres Gehäuseelement 24) über die Streben mit dem Nabenelement 26 verbunden sind.
  • Wie in Fig. 1 anhand der Strebe 42 erkennbar ist, ist die Strebe 42 einenends an das äußere Gehäuseelement 24 und andernends an das Nabenteil 38 angebunden. Das Nabenteil 38 kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn ein als Heißgaskanal ausgebildeter Kanal 44 des Zwischengehäuses 10 in radialer Richtung weit entfernt von der Drehachse angeordnet ist. Vorliegend ist die Strebe 42 über das Nabenteil 38 mit dem Nabenteil 28 und somit mit dem Nabenelement 26 verbunden. Ist beispielsweise das Nabenteil 38 nicht vorgesehen, dann ist die als Rippe ausgebildete Strebe 42 direkt mit der Lagerkammer, das heißt dem Nabenteil 28, verbunden.
  • Das Zwischengehäuse 10 umfasst darüber hinaus ein Verkleidungselement 46, welches auch als "Fairing" bezeichnet wird und als Kanalsegment ausgebildet ist. Durch das Verkleidungselement 46 ist nämlich der Kanal 44 zumindest in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzt. Vorliegend ist der Kanal 44 durch das Verkleidungselement 46 in radialer Richtung nach außen hin und in radialer Richtung nach innen hin zumindest teilweise begrenzt.
  • Beispielsweise ist eine Mehrzahl von Verkleidungselementen vorgesehen, wobei der Kanal 44 und/oder jeweilige, von Gas durchströmbare Kanäle des Zwischengehäuses 10 durch die jeweiligen Verkleidungselemente zumindest in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzt sind. Die folgenden Ausführungen zum Verkleidungselement 46 können ohne weiteres auch auf die anderen, in Fig. 1 nicht erkennbaren Verkleidungselemente übertragen werden. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass eine segmentierte Bauweise des Kanals 44 beziehungsweise der Kanäle vorgesehen ist. Die einzelnen Kanalsegmente sind beispielsweise in Umfangsrichtung des Gehäuseelements 24 aufeinander folgend, das heißt hintereinander angeordnet.
  • Das Verkleidungselement 46 ist ein separat vom Gehäuseelement 24 und vom Nabenelement 26 hergestelltes Bauteil und dient auch zum zumindest teilweisen außenumfangsseitigen Verkleiden der Strebe 42. Hierzu weist das Verkleidungselement 46 eine Durchgangsöffnung 48 auf, welche von der Strebe 42 durchdrungen ist. Die Strebe 42 erstreckt sich zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung vom Gehäuseelement 24 hin zum Nabenteil 38 und dabei durch die Durchgangsöffnung 48 hindurch, so dass die Strebe 42 außenumfangsseitig zumindest teilweise von dem Verkleidungselement 46 umgeben ist. Vorliegend ist die Strebe 42 bezogen auf ihre radiale Erstreckung zumindest in einem Längenbereich und in ihrer Umfangsrichtung in diesem Längenbereich vollständig umlaufend von dem Verkleidungselement 46 umgeben. Mittels des Verkleidungselements 46 wird somit das den Kanal 44 durchströmende Gas um die Strebe 42 herumgeführt, ohne die Strebe 42 direkt zu berühren. Dadurch wird die Strebe vor einem direkten Kontakt mit dem heißen Gas geschützt. In Strömungsrichtung des Gases durch den Kanal 44 ist der Turbinenbereich 12 stromauf des Kanals 44 angeordnet, wobei der Turbinenbereich 14 stromab des Kanals 44 angeordnet ist.
  • Fig. 2 zeigt die Strebe 42 und das Verkleidungselement 46 in einer schematischen Querschnittsansicht. Aus Fig. 2 ist erkennbar, dass das Fairing (Verkleidungselement 46) als hohles aerodynamisches Profil mit einem äußeren und inneren Teilstück ausgebildet ist. Zusätzlich zu solchen Fairings kann der Kanal 44 beziehungsweise können die Kanäle durch sogenannte Panels begrenzt werden. Solche Panels sind zumindest im Wesentlichen flächige Bauteile, die beispielsweise den restlichen Ringraum zwischen den Fairings begrenzen. In Abhängigkeit von den Dimensionen des Kanals 44 und der Anzahl der verwendeten Streben sind unterschiedliche Bauweisen denkbar. Der Kanal 44 kann beispielsweise durch Fairings und Panels, jeweils innenseitig und außenseitig, oder durch Fairings und Panels, jeweils außenseitig, oder lediglich durch Fairings begrenzt beziehungsweise gebildet werden.
  • In Fig. 1 ist erkennbar, dass das Verkleidungselement 46 zumindest in radialer Richtung ausschließlich mit dem Nabenelement 26 gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass das Verkleidungselement 26 nicht mit dem Gehäuseelement 24 gekoppelt beziehungsweise an diesem befestigt ist, sondern das Verkleidungselement 46 ist über Stützelemente 50, 52 in radialer Richtung ausschließlich am Nabenelement 26 und vorliegend am Nabenteil 38 abgestützt. Hierzu ist das Verkleidungselement 46 an den Stützelementen 50, 52 befestigt, welche wiederum am Nabenteil 38 befestigt sind. Die Stützelemente 50, 52 sind dabei in axialer Richtung verhältnismäßig weich im Vergleich zur radialen Richtung. Hierzu sind die Stützelemente 50, 52 membranartig oder membranförmig ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Stützelemente 50, 52 als Membrane ausgebildet, über die das Verkleidungselement 46 in radialer Richtung an dem Nabenelement 26 abgestützt ist. Bei der genannten Ausführungsform, bei der die Streben direkt mit der Lagerkammer verbunden sind, können die Stützelemente 50, 52 direkt an der Lagerkammer, das heißt am Nabenteil 28, und/oder direkt an der Strebe 42 befestigt sein. Während des Betriebs der Gasturbine können durch die axiale Flexibilität der Stützelemente 50, 52 unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen den als Kanalsegmenten fungierenden Verkleidungselementen und der demgegenüber kälteren inneren Struktur in Form des Nabenelements 26 ausgeglichen werden. Die Stützelemente übernehmen radiale Kräfte und dienen zur Umfangsfixierung des Verkleidungselements 46.
  • Das Zwischengehäuse 10 umfasst darüber hinaus wenigstens ein Leitschaufelelement 54, welches auch als "Leitschaufelsegment" bezeichnet wird. Das Leitschaufelelement 54 umfasst wenigstens eine Leitschaufel 56 zum zumindest teilweisen Leiten des den Kanal 44 durchströmenden Gases. Dabei kann das Zwischengehäuse 10 eine Mehrzahl von Leitschaufelsegmenten aufweisen, von denen in Fig. 1 das Leitschaufelelement 54 erkennbar ist. Die folgenden Ausführungen zum Leitschaufelelement 54 können auch auf die anderen Leitschaufeln ohne weiteres übertragen werden. Durch die Leitschaufeln ist ein Leitgitter zum Leiten des Gases gebildet. Daher werden die Leitschaufeln auch als "Leitgittersegmente" bezeichnet.
  • In Fig. 1 ist erkennbar, dass die Leitschaufel 56 in Strömungsrichtung des Gases durch den Kanal 44 stromab des Verkleidungselements 46 und stromauf des Turbinenbereichs 14 angeordnet ist. Die Leitschaufel 56 dient dazu, zumindest einen Teil des den Kanal 44 durchströmende Gases derart umzuleiten oder abzulenken, dass das Gas eine Beschaufelung des Rotors 18 aerodynamisch vorteilhaft anströmen kann. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb der Gasturbine realisiert werden.
  • Bei dem Zwischengehäuse 10 ist vorgesehen, dass die Leitschaufel 56 nicht etwa am äußeren Gehäuseelement 24 gehalten ist, sondern die Leitschaufel 56 ist in radialer Richtung an dem Stützelement 52 abgestützt. Dadurch ist die Leitschaufel 56 über das Stützelement 52 am Nabenelement 26 in radialer Richtung nach innen abgestützt und insbesondere gehalten.
  • Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Leitschaufel 56 formschlüssig mit dem korrespondierenden Verkleidungselement 46 verbunden ist. Mit anderen Worten ist die Leitschaufel 56 in axialer Richtung formschlüssig an dem korrespondierenden Verkleidungselement 46 befestigt. Somit wird die Leitschaufel 56 in axialer Richtung an dem Verkleidungselement 46 abgestützt. Hierzu umfasst die Leitschaufel 56 ein Aufnahmeelement 58, durch welches eine Aufnahme begrenzt ist. In der Aufnahme ist ein Flansch 60 des Verkleidungselements 46 zumindest teilweise aufgenommen, wobei der Flansch 60 in axialer Richtung durch das Aufnahmeelement 58 zumindest teilweise überdeckt ist. Hieraus ergibt sich die formschlüssige Befestigung der Leitschaufel 56 am Verkleidungselement 46 in axialer Richtung.
  • Das Stützelement 52 weist einen Flansch 62 auf, welcher zumindest bereichsweise in einer Aufnahme eines korrespondierenden Aufnahmeelements 64 des Verkleidungselements 46 aufgenommen ist. Das Verkleidungselement 46 ist über das Aufnahmeelement 64 und den Flansch 62 am Stützelement 52 und über dieses am Nabenelement 26 in radialer Richtung befestigt.
  • Das Aufnahmeelement 64 weist eine weitere Aufnahme auf, in welcher ein Flansch 66 der Leitschaufel 56 zumindest teilweise aufgenommen ist. Somit ist die Leitschaufel 56 unter Vermittlung des Aufnahmeelements 64 am Stützelement 52 zumindest in radialer Richtung abgestützt.
  • Die Leitschaufel 56 weist ein in radialer Richtung äußeres Deckband auf, welches als "Außendeckband 82" bezeichnet wird. Durch die Stützelemente 50, 52, das Verkleidungselement 46 und das Außendeckband 82 ist zumindest teilweise eine Kammer 68 begrenzt, welche den Kanal 44 außenseitig zumindest teilweise umgibt. Die Kammer 68 wird mit Sperrluft versorgt, welche gegenüber dem den Kanal 44 durchströmenden Gas einen höheren Druck und eine geringere Temperatur aufweist. Mittels der Sperrluft kann sichergestellt werden, dass Strukturteile und Versorgungsleitungen, insbesondere der Lagerkammer, nicht mit dem den Kanal 44 durchströmenden, heißen Gas in Berührung kommen. Insbesondere kann durch die Sperrluft verhindert werden, dass Heißgas vom Kanal 44 durch einen Spalt in die Kammer 68 strömt.
  • Die Kammer 68 ist gegen den Kanal 44 mittels Dichtungselementen 70, 72 abgedichtet, welche vorliegend besonders schematisch dargestellt sind und beispielsweise als Leaf Seals oder Bürstendichtungen ausgebildet sein können. Das Dichtungselement 72 ist dabei einerseits an der Leitschaufel 56, insbesondere an einem Stützflansch 74, des Außendeckbands 82, und andererseits an einem Gehäuseelement 76 des Turbinenbereichs 14 abgestützt. Der Stützflansch 74 wirkt somit als Dichtflansch. Das Dichtungselement 70 ist einerseits am Verkleidungselement 46 und andererseits über ein Abstützelement 78 an einem Gehäuseelement 80 des Turbinenbereichs 12 abgestützt. Dies bedeutet, dass die Dichtungselemente 70, 72 in Kombination mit den Stützelementen 50, 52 die Kammer 68 insbesondere um das Verkleidungselement 46 bilden, wobei die Dichtungselemente 70, 72 die Leitschaufel 56 mit einschließen.
  • Durch den Kanal 44 und das Leitgitter erfährt das den Kanal 44 durchströmende Gas eine Druckänderung. Dadurch ist der Druck des Gases stromauf des Turbinenbereichs 14 niedriger als stromab des Turbinenbereichs 12. Hieraus resultieren Druckkräfte, welche in das Gehäuseelement 24 einzuleiten sind. Um diese Druckkräfte in das Gehäuseelement 24 einzuleiten, bestehen mehrere Möglichkeiten. So kann beispielsweise das vordere Stützelement 50 mit einem axialen Anschlag versehen werden, welcher an dem Nabenelement 26 und/oder der Strebe 42 abgestützt ist. Hierbei werden dann jedoch die Druckkräfte über die Strebe 42 mit einem relativ langen Hebelarm in das Gehäuseelement 24 eingeleitet.
  • Um den relativ langen Hebelarm zu vermeiden, kann beispielsweise das Verkleidungselement 46 in axialer Richtung direkt am Gehäuseelement 24 abgestützt werden. Nachteilig hierbei ist beispielsweise, dass dadurch Wärme lokal in das Gehäuseelement 24 abgeleitet werden kann. Darüber hinaus kann daraus eine aufwendige Montage resultieren. Eine weitere Möglichkeit zur Abstützung der Druckkraft ist beispielsweise, die Druckkräfte über das Außendeckband 82 der Leitschaufel 56 gegen ein mit dem Gehäuseelement 24 verbundenes, in Strömungsrichtung nachfolgendes Gehäuse wie beispielsweise dem Gehäuseelement 76 einzuleiten. Daraus könnte jedoch eine aufwendige Montage resultieren.
  • In Zusammenschau mit Fig. 2 ist eine weitere Möglichkeit gezeigt, die Druckkräfte auf besonders einfache Weise in das Gehäuseelement 24 einzuleiten. Das Verkleidungselement 46 weist erste Formschlusselemente in Form von integralen Laschen 84 auf. Die Strebe 42 weist korrespondierende, zweite Formschlusselemente in Form von Gabeln 86 auf, durch welche Aufnahmen 88 begrenzt sind. Die Laschen 84 sind dabei zumindest teilweise in den Aufnahmen 88 aufgenommen und werden in axialer Richtung durch die Gabeln 86 zu den jeweiligen Turbinenbereichen 12, 14 hin überdeckt. Auch die Gabeln 86 sind integraler Bestandteil der Streben 42. Dies bedeutet, dass die Gabeln 86 einstückig mit der Strebe 42 ausgebildet sind. Ferner sind die laschen 84 einstückig mit dem Verkleidungselement 46 ausgebildet.
  • Der Vorteil dieser Abstützung besteht darin, dass die Druckkräfte mit einem nur sehr geringen Hebelarm, das heißt über einen nur sehr geringen beziehungsweise kurzen Weg und somit quasi direkt in das Gehäuseelement 24 eingeleitet werden können. Um den Weg besonders gering zu halten, sind die Formschlusselemente auf einer dem Nabenelement 26 in radialer Richtung abgewandten Seite 90 des Verkleidungselements 46 angeordnet.
  • Insgesamt ist erkennbar, dass sich ein geringes Gewicht, geringe Kosten, geringe Sperrluftleckagen und eine besonders hohe Lebensdauer von kritischen Bauteilen des Zwischengehäuses 10 realisieren lassen. Das geringe Gewicht und die geringen Kosten sind beispielsweise dadurch realisierbar, dass das Verkleidungselement 46 und die Leitschaufel 56 auf besonders einfache Weise in radialer Richtung nach innen hin am Nabenelement 26 abgestützt und somit gehalten werden können. Ferner kann die Kammer 68 besonders gut mit einfachen Mitteln abgedichtet werden, so dass Sperrluftleckagen zumindest gering gehalten werden können. Darüber hinaus können thermisch bedingte Bewegungen der Leitschaufelelemente und/oder der Verkleidungselemente relativ zueinander gering gehalten werden, so dass auch der Verschleiß des Zwischengehäuses 10 in einem geringen Rahmen gehalten werden kann. Ferner ist weder das Verkleidungselement 46 noch die Leitschaufel 56 direkt an dem Gehäuseelement 24 befestigt, so dass die Erwärmung des äußeren Gehäuseelements 24, das heißt der Wärmeeintrag in das äußere Gehäuseelement 24, besonders gering gehalten werden.
  • Fig. 3 zeigt die Gasturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform ist wenigstens eine Verklinkung 92 vorgesehen, mittels welcher die Leitschaufel 56 in Umfangsrichtung am Gehäuseelement 24 abgestützt ist, so dass Umfangskräfte, welche aus der durch die Leitschaufel 56 bewirkten Umlenkung des Gases resultieren, von der Leitschaufel 56 in das Gehäuseelement 24 eingeleitet werden können. Mittels dieser Verklinkung 92 kann der oben genannte, relativ lange Hebelarm vermieden werden. Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der Gasturbine, bei welcher ebenfalls die Verklinkung 92 vorgesehen ist.
  • Bei der zweiten Ausführungsform weist das Verkleidungselement 46 umlaufende Stege 94 auf, durch welche in axialer Richtung eine umlaufende Nut 96 des Verkleidungselements 46 begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Über die Stege 94 beziehungsweise die Nut 96 können axiale Kräfte auf ein separates Bauteil 98 übertragen werden, welches an dem äußeren Gehäuseelement 24 befestigt ist. In radialer Richtung kann sich das Verkleidungselement 46 relativ zum Bauteil 98 bewegen. Die Fixierung des Verkleidungselements 46 in Umfangsrichtung erfolgt über die oben genannte, wenigstens eine Verklinkung 92.
  • Anhand von Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit der axialen Abstützung gezeigt. In Fig. 4 beziehungsweise bei der dritten Ausführungsform erfolgt die axiale Abstützung des Verkleidungselements 46 über wenigstens einen Steg 100, welcher integraler Bestandteil der Leitschaufel 56 ist und sich auf einer Fläche des stromab angeordneten Gehäuseelements 76 abstützt. Hierbei dient die Kontaktstelle zwischen dem Steg 100 und dem Gehäuseelement 76 als Dichtung.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Zwischengehäuse
    12
    Turbinenbereich
    14
    Turbinenbereich
    16
    Rotor
    18
    Rotor
    20
    Laufrad
    22
    Laufrad
    24
    äußeres Gehäuseelement
    26
    Nabenelement
    28
    erstes Nabenteil
    30
    Lager
    34
    Aufnahmeraum
    36
    Dichtung
    38
    zweites Nabenteil
    40
    Hohlquerschnitt
    42
    Strebe
    44
    Kanal
    46
    Verkleidungselement
    48
    Durchgangsöffnung
    50
    Stützelement
    52
    Stützelement
    54
    Leitschaufelelement
    56
    Leitschaufel
    58
    Aufnahmeelement
    60
    Flansch
    62
    Flansch
    64
    Aufnahmeelement
    66
    Flansch
    68
    Kammer
    70
    Dichtungselement
    72
    Dichtungselement
    74
    Stützflansch
    76
    Gehäuseelement
    78
    Abstützelement
    80
    Gehäuseelement
    82
    Außendeckband
    84
    Lasche
    86
    Gabel
    88
    Aufnahme
    90
    Seite
    92
    Verklinkung
    94
    Steg
    96
    Nut
    98
    Bauteil
    100
    Steg

Claims (11)

  1. Zwischengehäuse (10) für eine Gasturbine, mit wenigstens einem äußeren Gehäuseelement (24), mit wenigstens einem in radialer Richtung innenseitig des äußeren Gehäuseelements (24) angeordneten Nabenelement (26), mit wenigstens einer Strebe (42), über welche das äußere Gehäuseelement (24) mit dem Nabenelement (26) verbunden ist, und mit wenigstens einem einen von Gas durchströmbaren Kanal (44) wenigstens in radialer Richtung zumindest teilweise begrenzenden und separat von dem Gehäuseelement (24) ausgebildeten Verkleidungselement (46), welches zum zumindest teilweisen außenumfangsseitigen Verkleiden der Strebe (42) eine Durchgangsöffnung (48) aufweist, welche von der Strebe (42) durchdrungen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verkleidungselement (46) zumindest in radialer Richtung ausschließlich mit dem Nabenelement (26) gekoppelt ist.
  2. Zwischengehäuse (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verkleidungselement in radialer Richtung über wenigstens ein Stützelement (50, 52) mit dem Nabenelement (26) gekoppelt ist.
  3. Zwischengehäuse (10) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    wenigstens eine Leitschaufel (56) zum zumindest teilweisen Leiten des den Kanal (44) durchströmenden Gases vorgesehen ist, welche in radialer Richtung an dem Stützelement (50, 52) abgestützt ist.
  4. Zwischengehäuse nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Stützelement (50, 52) separat vom Nabenelement (26) und separat vom Verkleidungselement (46) ausgebildet ist.
  5. Zwischengehäuse (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Leitschaufel (56) an dem Verkleidungselement (46) befestigt ist.
  6. Zwischengehäuse (10) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Leitschaufel (56) an dem Verkleidungselement (46), insbesondere in axialer Richtung, formschlüssig befestigt ist.
  7. Zwischengehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Verkleidungselement (46) und die Strebe (42) jeweilige Formschlusselemente (84, 86) aufweisen, über welche das Verkleidungselement (46) in axialer Richtung formschlüssig an der Strebe (42) abstützbar ist.
  8. Zwischengehäuse (10) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Formschlusselemente (84, 86) in radialer Richtung näher an dem äußeren Gehäuseelement (24) als an dem Nabenelement (26) angeordnet sind.
  9. Zwischengehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Leitschaufel (56) ein in radialer Richtung äußeres Deckband (82) aufweist, wobei durch das äußere Deckband (82) und das Verkleidungselement (46) eine den Kanal (44) zumindest teilweise umgebende Kammer (68) wenigstens teilweise begrenzt ist.
  10. Zwischengehäuse (10) nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kammer (68) gegen den Kanal (44) mittels wenigstens eines Dichtungselements (72) abgedichtet ist, welches zumindest an einem Stützflansch (74) des äußeren Deckbands (82) abgestützt ist.
  11. Gasturbine mit wenigstens einem Zwischengehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanal (44) in Strömungsrichtung des Gases zwischen zwei Turbinenbereichen (12, 14) der Gasturbine angeordnet ist.
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