EP3173585A1 - Verschlusselement für boroskopöffnung einer gasturbine - Google Patents

Verschlusselement für boroskopöffnung einer gasturbine Download PDF

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EP3173585A1
EP3173585A1 EP16195558.8A EP16195558A EP3173585A1 EP 3173585 A1 EP3173585 A1 EP 3173585A1 EP 16195558 A EP16195558 A EP 16195558A EP 3173585 A1 EP3173585 A1 EP 3173585A1
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EP
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closure
gas turbine
annular channel
boroskopöffnung
opening
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Petra Kufner
Markus Schlemmer
Walter Gieg
Oliver Thiele
Inga Mahle
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines AG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a closure element for a borescope opening of a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine, the boroscope opening having a gas channel leading to the gas turbine ring facing radially inner opening edge, wherein the closure element has a main portion and connected to the main portion closure portion, and wherein the closure portion related is formed at least partially rotationally symmetric on a longitudinal axis of the closure element.
  • Boroskopstopfen Such closure elements, which may also be referred to as Boroskopstopfen are known. Such Boroskopstopfen are usually screwed through threads, the rotationally symmetrical, usually spherical closure portion terminates tangentially with an inner contour of the annular channel. Due to this arrangement of the closure element, which is sunk with its closure portion quasi in Boroskopö réelle or in the inner contour of the annular channel, resulting between the outer contour of the closure portion and the Boroskopö réelle bounding wall large gaps, which lead to disturbances of the hot gas flow.
  • the object of the invention is to develop a closure element such that the above disadvantages can be reduced.
  • the closure element is dimensioned such that the closure portion in the inserted state in the Boroskopö Maschinen partially protrudes beyond the radially inner opening edge of the Boroskopö Maschinen.
  • closure section In order for such a closure element to be used independently of its installation angle position relative to the inner contour of the annular channel, it is preferred for the closure section to be spherical or conical or frusto-conical in shape.
  • the closure portion may be dimensioned such that it seals the hot gas leading annular channel in cooperation with an adjoining the radially inner opening edge opening wall.
  • the maximum diameter of the closure section essentially corresponds to the inner diameter of the boroscope opening formed by the opening wall.
  • the maximum diameter of the closure section is equal to the diameter of the corresponding ball.
  • the maximum diameter of the closure section is the largest diameter that has the cone or truncated cone.
  • the main section preferably has a length which is dimensioned such that the closure section, whose dimensions depend on the inner diameter of the borescope opening, projects beyond the radially inner opening edge.
  • the invention furthermore relates to a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine, having at least one turbine stage and a hot gas-conducting annular channel associated with the turbine stage, and / or at least one compressor stage and a gas channel associated with the compressor stage, wherein the annular channel of the turbine stage and / or the compressor stage a radial outer wall, in which at least one Boroskopö réelle is provided, wherein the Boroskopö réelle has an opening formed in the radial outer wall opening edge, which adjoins an opening wall in a substantially radial direction, wherein in the Boroskopö réelle a closure element is inserted, which has a main portion and a closure portion, wherein the closure portion is surrounded by the opening wall, so that the hot gas-carrying annular channel is sealed, and is proposed to achieve the above object that the closure portion partially protrudes in the inserted state in the Boroskopö gleich over the radially inner opening edge of the Boroskopö Maschinen.
  • the outer wall of the annular channel with respect to the axial direction of the gas turbine at least partially inclined, so that the outer wall has substantially the shape of a lateral surface of a truncated cone.
  • the outer wall of the annular channel is not linear over its entire axial length or linear pronounced, as the surface line in a conventionally defined cone, but the lateral surface may also be slightly wavy.
  • the closure section in relation to an axial longitudinal section through the Bororskopö réelle projecting via an imaginary line in the annular channel, which connects an axially front opening edge portion of the opening edge and an axially rear opening edge portion of the opening edge along the lateral surface inclined to the axial direction.
  • This imaginary connecting line can also be understood as that line which, according to the prior art, has formed a tangent to the closure section when the closure section was virtually recessed in the boroscope opening or has finished tangentially with an inner contour of the annular channel.
  • the closure section In order that the flow of hot gas is only slightly disturbed by the closure section projecting into the annular channel, it is preferred for the closure section to protrude into the annular channel at a distance measured orthogonally to the imaginary line, the distance being approximately 2% to 30%, preferably 10%. to 24%, most preferably 14% to 18% of the diameter of the boroscope opening measured in the axial direction.
  • the distance of the projecting into the annular channel should not be more than about 2% to 30% of the diameter of a spherical closure element whose outer diameter generally corresponds substantially to the inner diameter of Bororskopö réelle.
  • a spherical segment of the closure portion may protrude into the annular channel.
  • the height of the spherical segment can correspond to the orthogonally measured distance.
  • Fig. 1 shows a partial representation of a hot gas leading annular channel 10 of an unspecified turbine stage of a likewise not shown gas turbine.
  • the axial direction relative to the machine axis of the gas turbine is denoted by AR and the radial direction is denoted by RR.
  • the annular channel 10 is at least partially bounded by a Ringkanalwandung 12 with the hot gas flow facing inside 14.
  • the Ringkanalwandung 12 is connected to other unspecified components of the turbine stage or the gas turbine, in particular a housing component 16.
  • a Boroskopö réelle 18 is provided in the annular channel wall 12.
  • the annular channel 10 has a contour corresponding to the inner side 14, wherein the inner side 14 extends inclined to the axial direction AR.
  • the inside 14 of the annular channel 10 has, in simplified terms, substantially the shape of a lateral surface of a cone, wherein, as is apparent from the Fig. 1 it can be seen that the inner side 14 is not linear or linear over its entire axial length, as the surface line in a conventionally defined cone. In other words, it can also be said that the annular channel widens in the radial direction RR along the axial direction AR which substantially corresponds to the flow direction of hot gas.
  • the Bororskopö réelle 18 is recessed, wherein as a transition between the Boroskopö réelle 18 and the inner side 14 has a radially inward lying opening edge 20 is formed.
  • an opening wall 22 of the Bororskopö réelle 18 connects to the opening edge 20.
  • This opening wall 22 is formed in the present example in the annular channel wall 12.
  • the Boroskopö réelle 18 is closed during operation of the gas turbine by a closure element 24, which may also be referred to as Boroskopstopfen.
  • the closure element 24 is essentially formed from a main portion 26 and a closure portion 28, which are connected to each other, in particular are integrally formed with each other.
  • the closure section 28 is usually rotationally symmetrical about an axis of rotation, which in the present embodiment corresponds to the longitudinal axis LA of the closure element 24.
  • the closure element 24 is inserted in the turbine stage or the gas turbine such that the longitudinal axis LA extends substantially parallel to the radial direction RR.
  • the longitudinal axis is inclined relative to the radial direction RR to the axial front or rear axially.
  • the longitudinal axis LA can also deviate in the circumferential direction from the radial direction RR.
  • the closure portion 28 is spherical.
  • the closure element 24 is further configured in such a way that it protrudes with its closure section 28 into the annular channel 10 in the state inserted into the Bororskopö réelle 18 and partially protrudes into it.
  • the shutter portion 28 protrudes beyond an imaginary connecting line VL connecting (in the axial direction AR) the front opening edge portion 20a and the rear opening edge portion 20b.
  • This connection line VL can also be seen as an imaginary supplement to the inner side 14 of the annular channel wall, if no borescope opening 18 were provided.
  • the connecting line VL is also inclined to the radial direction RR and to the axial direction AR.
  • the closure portion 28 protrudes with its outer surface 30 by a distance AB, which is measured orthogonal to the connecting line VL, in the annular channel 10, so that the closure portion protrudes beyond the radially inner opening edge 20 of the Boroskopö réelle 18.
  • the closure portion 28 comes in this position with its outer surface 30 in contact with the opening wall 22, so that a seal of the annular channel 10 of the turbine stage can be achieved.
  • Fig. 2A shows an enlarged section corresponding to the dashed rimmed area II of Fig. 1
  • the closure section 28 is likewise shown in its inserted position in the borescope opening 18.
  • Dashed lines show a closure section 28a which is inserted in the borescope opening 18 at a position known from the prior art.
  • the closure section 28a terminates with the inner side 14 or the contour of the annular channel 10 such that the connecting line VL forms a tangent to the outer surface 30a of the closure section 28a.
  • a space 32 (hatched area) formed between the outer surface 30 and the opening wall 22 is reduced as compared with the conventional positioning of the shutter member 28a shown in phantom in which FIG Interspace 32 is still increased by the area 32a (crossed hatched area) or a corresponding volume. Furthermore, in the case of the known arrangement of the closure element 28a, an additional gap 32b is also formed on the rear side of the closure section 28a in the flow direction.
  • Fig. 2A It can also be seen that no adaptation to the rotationally symmetrical, in particular spherical closure section 28 is required for the changed positioning of the closure element 24 in the borescope opening 18, but that the main section 26 is lengthened, for example by an amount HL, compared with a known one Closure element.
  • the extension HL of the main portion 26 may be at any position along the longitudinal axis LA. Accordingly, the proposed solution can also be implemented for existing gas turbines by replacing existing shorter closure elements with new longer closure elements 24.
  • Fig. 2B shows in dashed line another positioning of the closure portion 28 so that it still somewhat more in the annular channel 10 projects (distance AB '), but just with its outer surface 30 comes into contact with the axially rearward opening edge 20b of the borescope opening 18.
  • the main portion 26 relative to a main portion 26 according to Fig. 1 or 2A by the amount HL 'be extended.
  • the space 32 has become smaller around the area or the volume 32c (crossed hatched), wherein the distance AB 'has become somewhat larger.
  • the rest in the FIG. 2B The reference numerals denote the same components as with reference to FIGS Fig. 1 and 2A already described and are in the Fig. 2B again, even if not described again.
  • the drawn distance AB between the imaginary connecting line and the outer surface 30 of the closure portion is about 2% to 30% of the diameter DM of the borescope opening 18.
  • the distance AB is about 2% to 30% of the diameter DM of the spherical closure portion 24.
  • Preferred size ranges of Distance AB are about 10-24% and continue at 14-18% of the diameter DM.
  • the protrusion of the closure section 28 by the distance AB in the annular channel 10 can be selected depending on the orientation and geometry of Boroskopö réelle and the contour of the annular channel 10 in such a way that an overall little disturbed flow of hot gas can be achieved, with gaps 32, 32a, 32b between the closure portion 28 and the opening wall 22 being minimized by increasing the distance AB of the outer surface 30 from the connection line VL.
  • the proposed closure element 24 for a Boroskopö réelle 18 the ability to improve the flow conditions in an annular channel 10 of a turbine stage, contrary to previous teachings a projection of the closure portion is taken into the annular channel in purchasing, because this leads to a low disturbance of the flow , Especially when using a spherical closure portion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verschlusselement für eine Boroskopöffnung (18) einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, wobei die Boroskopöffnung (18) einen einem Gas führenden Ringkanal (10) der Gasturbine zugewandten radial inneren Öffnungsrand (20, 20a, 20b) aufweist, wobei das Verschlusselement (24) einen Hauptabschnitt (26) und einen mit dem Hauptabschnitt (26) verbundenen Verschlussabschnitt (28) aufweist, und wobei der Verschlussabschnitt (28) bezogen auf eine Längsachse (LA) des Verschlusselements (24) wenigstens teilweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen. dass das Verschlusselement (24) derart dimensioniert ist, dass der Verschlussabschnitt (28) im eingesetzten Zustand in die Boroskopöffnung (18) teilweise über den radial inneren Öffnungsrand (20, 20a, 20b) der Boroskopöffnung (18) vorsteht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschlusselement für eine Boroskopöffnung einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, wobei die Boroskopöffnung einen einem Gas führenden Ringkanal der Gasturbine zugewandten radial inneren Öffnungsrand aufweist, wobei das Verschlusselement einen Hauptabschnitt und einen mit dem Hauptabschnitt verbundenen Verschlussabschnitt aufweist, und wobei der Verschlussabschnitt bezogen auf eine Längsachse des Verschlusselements wenigstens teilweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
  • Richtungsangaben wie "Axial-" bzw. "axial", "Radial-" bzw. "radial" und "Umfangs-" sind grundsätzlich auf die Maschinenachse der Gasturbine bezogen zu verstehen, sofern sich aus dem Kontext nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.
  • Derartige Verschlusselemente, die auch als Boroskopstopfen bezeichnet werden können, sind bekannt. Solche Boroskopstopfen werden in der Regel über Gewinde eingeschraubt, wobei der rotationssysmmetrische, in der Regel kugelförmige Verschlussabschnitt tangential mit einer Innenkontur des Ringkanals abschließt. Aufgrund dieser Anordnung des Verschlusselements, das mit seinem Verschlussabschnitt quasi in der Boroskopöffnung bzw. in der Innenkontur des Ringkanals versenkt ist, ergeben sich zwischen der Außenkontur des Verschlussabschnitts und einer die Boroskopöffnung begrenzenden Wandung große Zwischenräume, die zu Störungen der Heißgasströmung führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein Verschlusselement derart weiterzubilden, dass die obigen Nachteile vermindert werden können.
  • Zur Lösung wird vorgeschlagen, dass das Verschlusselement derart dimensioniert ist, dass der Verschlussabschnitt im eingesetzten Zustand in die Boroskopöffnung teilweise über den radial inneren Öffnungsrand der Boroskopöffnung vorsteht.
  • Es hat sich gezeigt, dass ein Vorstehen des Verschlussabschnitts über den Öffnungsrand hinaus, also in den Ringkanal hinein dazu führt, dass die Boroskopöffnung besser durch den Verschlussabschnitt ausgefüllt ist, so dass die Dimensionen der nachteiligen Zwischenräume verkleinert werden können. Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass ein Vorstehen des Verschlussabschnitts in den Ringkanal, insbesondere durch die rotationssymmetrische Ausgestaltung des Verschlussabschnitts sich weniger störend auf die Strömung auswirkt, als das Vorliegen von größeren Zwischenräumen im Falle von Verschlussabschnitten, die tangential mit der Innenkontur des Ringkanals abschließen.
  • Damit ein solches Verschlusselement unabhängig von seiner Einbauwinkellage bezogen auf die Innenkontur des Ringkanals eingesetzt werden kann, ist es bevorzugt, dass der Verschlussabschnitt kugelförmig oder kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
  • Dabei kann der Verschlussbschnitt derart dimensioniert sein, dass er im Zusammenwirken mit einer sich an den radial inneren Öffnungsrand anschließenden Öffnungswandung den Heißgas führenden Ringkanal abdichtet.
  • Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass der maximale Durchmesser des Verschlussabschnitts im Wesentlichen dem Innendurchmesser der durch die Öffnungswandung gebildeten Boroskopöffnung entspricht. Bei einem kugelförmig ausgebildeten Verschlussabschnitt ist der maximale Durchmesser des Verschlussabschnitts gleich dem Durchmesser der entsprechenden Kugel. Bei einem kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildeten Verschlussabschnitt ist der maximale Durchmesser des Verschlussabschnitts der größte Durchmesser, der der Kegel bzw. Kegelstumpf aufweist.
  • Bevorzugt weist der Hauptabschnitt eine Länge auf, die derart bemessen ist, dass der in seinen Dimensionen abhängig vom Innendurchmesser der Boroskopöffnung festgelegte Verschlussabschnitt über den radial inneren Öffnungsrand vorsteht.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit wenigstens einer Turbinenstufe und einem der Turbinenstufe zugeordneten, Heißgas führenden Ringkanal, und/oder mit wenigstens einer Verdichterstufe und einem der Verdichterstufe zugeordneten Gas führenden Ringkanal, wobei der Ringkanal der Turbinenstufe oder/und der Verdichterstufe eine radiale Außenwand aufweist, in der wenigstens eine Boroskopöffnung vorgesehen ist, wobei die Boroskopöffnung einen in der radialen Außenwand ausgebildeten Öffnungsrand aufweist, an den sich in im Wesentlichen radialer Richtung eine Öffnungswandung anschließt, wobei in der Boroskopöffnung ein Verschlusselement eingesetzt ist, das einen Hauptabschnitt und einen Verschlussabschnitt umfasst, wobei der Verschlussabschnitt von der Öffnungswandung umgeben ist, so dass der Heißgas führende Ringkanal abgedichtet ist, wobei zur Lösung der obigen Aufgabe vorgeschlagen wird, dass der Verschlussabschnitt im eingesetzten Zustand in die Boroskopöffnung teilweise über den radial inneren Öffnungsrand der Boroskopöffnung vorsteht.
  • Dabei kann die Außenwand des Ringkanals bezogen auf die Axialrichtung der Gasturbine wenigstens abschnittsweise geneigt sein, so dass die Außenwand im Wesentlichen die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfs aufweist. Es wird dabei darauf hingewiesen, dass die Außenwand des Ringkanals nicht über ihre gesamte axiale Länge geradlinig bzw. linear ausgeprägt ist, wie die Mantellinie bei einem üblich definierten Konus, vielmehr kann die Mantelfläche auch leicht gewellt ausgebildet sein.
  • Hierzu wird weiterbildend vorgeschlagen, dass der Verschlussabschnitt bezogen auf einen axialen Längsschnitt durch die Bororskopöffnung über eine gedachte Linie in den Ringkanal vorsteht, die einen axial vorderen Öffnungsrandabschnitt des Öffnungsrandes und einen axial hinteren Öffnungsrandabschnitt des Öffnungsrandes entlang der Mantelfläche geneigt zur Axialrichtung verbindet. Diese gedachte Verbindungslinie kann auch als diejenige Linie verstanden werden, die gemäß dem Stand der Technik eine Tangente zum Verschlussabschnitt gebildet hat, wenn der Verschlussabschnitt in der Boroskopöffnung quasi versenkt war bzw. tangetial mit einer Innenkontur des Ringkanals abgeschlossen hat.
  • Damit die Strömung von Heißgas durch den in den Ringkanal vorstehenden Verschlussabschnitt nur geringfügig gestört wird, ist es bevorzugt, dass der Verschlussabschnitt in einer zur gedachten Linie orthogonal gemessene Distanz in den Ringkanal vorsteht, wobei die Distanz etwa 2% bis 30%, vorzugsweise 10% bis 24%, höchst vorzugsweise 14% bis 18% des in axialer Richtung gemessenen Durchmessers der Boroskopöffnung beträgt. Anders ausgedrückt, soll die Distanz des Vorstehens in den Ringkanal nicht mehr als etwa 2% bis 30% des Durchmessers eines kugelförmigen Verschlusselements betragen, dessen Außendurchmesser in der Regel im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Bororskopöffnung entspricht.
  • Im bevorzugten Fall, dass der Verschlussabschnitt kugelförmig ausgebildet ist, kann ein Kugelsegment des Verschlussabschnitts in den Ringkanal vorstehen. Dabei kann die Höhe des Kugelsegments der orthogonal gemessenen Distanz entsprechen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
    • Fig. 1 eine schematische und vereinfachte Längsschnittdarstellung eines Ausschnitts einer Turbinenstufe einer Gasturbine mit darin eingesetztem Verschlusselement für eine Boroskopöffnung.
    • Fig. 2 zeigt in den Teilfiguren A) und B) zwei vergrößerte Darstellungen des mit II in Fig. 1 bezeichneten Bereichs, wobei in Fig. 2A) zusätzlich ein Verschlussabschnitt in einer bekannten Positionierung angedeutet ist, und wobei in Fig. 2B) eine andere erfindungsgemäße Positionierung des Verschlussabschnitts angedeutet ist.
  • Fig. 1 zeigt eine teilweise Darstellung eines Heißgas führenden Ringkanals 10 einer nicht näher bezeichneten Turbinenstufe einer ebenfalls nicht näher dargestellten Gasturbine. Die bezogen auf die Maschinenachse der Gasturbine axiale Richtung ist mit AR bezeichnet und die radiale Richtung ist mit RR bezeichnet.
  • Der Ringkanal 10 wird zumindest abschnittsweise durch eine Ringkanalwandung 12 begrenzt mit einer dem Heißgasstrom zugewandten Innenseite 14. Die Ringkanalwandung 12 ist mit weiteren nicht näher beschriebenen Komponenten der Turbinenstufe bzw. der Gasturbine verbunden, insbesondere einer Gehäusekomponente 16. Um eine betreffende Turbinenstufe, insbesondere deren Laufschaufeln inspizieren zu können, ist in der Ringkanalwandung 12 eine Boroskopöffnung 18 vorgesehen. Entsprechende Zugänge, etwa in der Gehäusekomponente 16 und ggf. radial noch weiter außen liegenden Bauteilen der Gasturbine sind üblicherweise vorhanden, so dass ein Boroskop durch diese Zugänge und durch die Boroskopöffnung 18 in der Ringkanalwandung 12 eingeführt und die Turbinenstufe untersucht werden kann.
  • Der Ringkanal 10 weist eine der Innenseite 14 entsprechende Kontur auf, wobei die Innenseite 14 geneigt zur axialen Richtung AR verläuft. Die Innenseite 14 des Ringkanals 10 weist vereinfacht gesagt im Wesentlichen die Form einer Mantelfläche eines Konus auf, wobei, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist, die Innenseite 14 nicht über ihre gesamte axiale Länge geradlinig bzw. linear ausgeprägt ist, wie die Mantellinie bei einem üblich definierten Konus. Andersausgedrückt kann auch gesagt werden, dass sich der Ringkanal entlang der axialen Richtung AR, die im Wesentlichen der Strömungsrichtung von Heißgas entspricht, in radialer Richtung RR aufweitet. In dieser geneigten Innenseite 14, die üblicherweise auch in Umfangsrichtung um die Maschinenachse gebogen ist, ist die Bororskopöffnung 18 eingelassen, wobei als Übergang zwischen der Boroskopöffnung 18 und der Innenseite 14 ein radial innen liegender Öffnungsrand 20 ausgebildet ist. In radialer Richtung RR schließt sich an den Öffnungsrand 20 eine Öffnungswandung 22 der Bororskopöffnung 18 an. Diese Öffnungswandung 22 ist im vorliegenden Beispiel in der Ringkanalwandung 12 ausgebildet.
  • Die Boroskopöffnung 18 ist im Betrieb der Gasturbine durch ein Verschlusselement 24, das auch als Boroskopstopfen bezeichnet werden kann, verschlossen. Das Verschlusselement 24 wird im Wesentlichen gebildet aus einem Hauptabschnitt 26 und einem Verschlussabschnitt 28, die miteinander verbunden sind, insbesondere einstückig miteinander ausgebildet sind. Der Verschlussabschnitt 28 ist üblicherweise rotationssymmetrisch ausgebildet um eine Rotationsachse, die in der vorliegenden Ausführungsform der Längsachse LA des Verschlusselements 24 entspricht. Im gezeigten Beispiel ist das Verschlusselement 24 so in der Turbinenstufe bzw. der Gasturbine eingesetzt, dass sich die Längsachse LA im Wesentlichen parallel zur radialen Richtung RR erstreckt. Es sind allerdings auch andere Einbaulagen des Verschlusselements 24 denkbar, bei denen die Längsachse bezogen auf die radiale Richtung RR nach axial vorne bzw. axial hinten geneigt ist. Ferner kann die Längsachse LA auch in Umfangsrichtung von der radialen Richtung RR abweichen. Durch Verwendung eines rotationssymmetrischen Verschlusselements 24, insbesondere in Form einer Kugel oder eines Kegels, kann ein gleiches Verschlusselement in unterschiedlichen Einbaulagen eingesetzt werden.
  • In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Verschlussabschnitt 28 kugelförmig ausgebildet. Das Verschlusselement 24 ist ferner derart ausgestaltet, dass es im in die Bororskopöffnung 18 eingesetzten Zustand mit seinem Verschlussabschnitt 28 in den Ringkanal 10 vorsteht bzw. in diesen teilweise hineinragt. Im dargestellten Beispiel steht der Verschlussabschnitt 28 über eine gedachte Verbindungslinie VL vor, die (in axialer Richtung AR) den vorderen Öffnungsrandabschnitt 20a und den hinteren Öffnungsrandabschnitt 20b miteinander verbindet. In der Schnittdarstellung der Fig. 1 kann diese Verbindungslinie VL auch als gedachte Ergänzung der Innenseite 14 der Ringkanalwandung gesehen werden, wenn keine Boroskopöffnung 18 vorgesehen wäre. Die Verbindungslinie VL ist ebenfalls geneigt zur radialen Richtung RR und zur axialen Richtung AR. Der Verschlussabschnitt 28 steht mit seiner Außenfläche 30 um einen Abstand AB, der orthogonal zur Verbindungslinie VL gemessen ist, in den Ringkanal 10 vor, so dass der Verschlussabschnitt über den radial innen liegenden Öffnungsrand 20 der Boroskopöffnung 18 vorsteht. Der Verschlussabschnitt 28 kommt in dieser Positionierung mit seiner Außenfläche 30 in Kontakt mit der Öffnungswandung 22, so dass eine Abdichtung des Ringkanals 10 der Turbinenstufe erreicht werden kann.
  • Fig. 2A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt entsprechend dem gestrichelt umrandeten Bereich II der Fig. 1. In Fig. 2A ist ebenfalls der Verschlussabschnitt 28 dargestellt in seiner eingesetzten Position in der Boroskopöffnung 18. Gestrichelt ist ein Verschlussabschnitt 28a dargestellt, der in einer aus dem Stand der Technik bekannten Position in der Boroskopöffnung 18 eingesetzt ist. Dabei schließt der Verschlussabschnitt 28a mit der Innenseite 14 bzw. der Kontur des Ringkanals 10 so ab, dass die Verbindungslinie VL eine Tangente zur Außenfläche 30a des Verschlussabschnitts 28a bildet. Der Verschlussabschnitt 28a ist quasi versenkt in der Boroskopöffnung aufgenommen.
  • Bei der Positionierung des Verschlusselements 28 derart, dass es in den Ringkanal 10 vorsteht, wird ein zwischen der Außenfläche 30 und der Öffnungswandung 22 gebildeter Zwischenraum 32 (einfach schraffierte Fläche) verkleinert, verglichen mit der bekannten Positionierung des gestrichelt dargestellten Verschlusselements 28a, bei der der Zwischenraum 32 noch um den Bereich 32a (gekreuzt schraffierte Fläche) bzw. ein entsprechendes Volumen vergrößert ist. Ferner bildet sich bei der bekannten Anordnung des Verschlusselements 28a auch ein zusätzlicher Zwischenraum 32b aus, auf der in Strömungsrichtung hinteren Seite des Verschlussabschnitts 28a.
  • Durch die Verkleinerung des Zwischenraums 32 können Störungen der Heißgasströmung, insbesondere Verwirbelungen im Zwischenraum 32 vermindert werden. Aufgrund der rotationssymmetrischen, vorzugsweise kugelförmigen Ausgestaltung des Verschlussabschnitts 32, kann der in den Ringkanal 10 vorstehende Teil des Verschlussabschnitts mit wenig Widerstand umströmt werden. Die Verkleinerung des Zwischenraums 32, insbesondere um die Volumina in den Bereichen 32a und 32b führt in Kombination mit dem Vorstehen des Verschlussabschnitts 32 in den Ringkanal 10 zu weniger Störungen der Strömung von Heißgas, so dass insgesamt ein verbesserter Betrieb und ein verbesserter Wirkungsgrad der Turbinenstufe erreicht werden kann.
  • Aus der Fig. 2A ist ferner ersichtlich, dass für die geänderte Positionierung des Verschlusselements 24 in der Boroskopöffnung 18 keine Anpassung am rotationssymmetrischen, insbesondere kugelförmigen Verschlussabschnitt 28 erforderlich ist, sondern dass der Hauptabschnitt 26, beispielsweise um einen Betrag HL verlängert wird, verglichen mit einem bekannten Verschlusselement. Die Verlängerung HL des Hauptabschnitts 26 kann an einer beliebigen Position entlang der Längsachse LA erfolgen. Entsprechend kann die vorgeschlagene Lösung auch für bereits bestehende Gasturbinen umgesetzt werden, indem bestehende kürzere Verschlusselemente durch neue längere Verschlusselemente 24 ersetzt werden.
  • Fig. 2B zeigt in gestrichelter Darstellung eine andere Positionierung des Verschlussabschnitts 28, derart dass er noch etwas mehr in den Ringkanal 10 vorsteht (Abstand AB'), aber gerade noch mit seiner Außenfläche 30 in Berührung kommt mit dem axial hinteren Öffnungsrand 20b der Boroskopöffnung 18. Wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 2A beschrieben, kann auch in diesem Fall der Hauptabschnitt 26 gegenüber einem Hauptabschnitt 26 gemäß Fig. 1 bzw. 2A um den Betrag HL' verlängert werden. Der Zwischenraum 32 ist um den Bereich bzw. das Volumen 32c (gekreuzt schraffiert) kleiner geworden, wobei der Abstand AB' etwas größer geworden ist. Die übrigen in der Figur 2B enthaltenen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Komponenten wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2A bereits beschrieben und sind in der Fig. 2B erneut enthalten, auch wenn sie nicht nochmals beschrieben werden.
  • Der in den Fig. 1, 2A und 2B eingezeichnete Abstand AB zwischen der gedachten Verbindungslinie und der Außenfläche 30 des Verschlussabschnitts beträgt etwa 2% bis 30% des Durchmessers DM der Boroskopöffnung 18. Anders ausgedrückt beträgt der Abstand AB etwa 2% bis 30% des Durchmessers DM des kugelförmigen Verschlussabschnitts 24. Bevorzugte Größenbereiche des Abstands AB liegen bei etwa 10-24% und weiter bei 14-18% des Durchmessers DM. Das Vorstehen des Verschlussabschnitts 28 um den Abstand AB in den Ringkanal 10 hinein kann in Abhängigkeit der Ausrichtung und Geometrie der Boroskopöffnung sowie der Kontur des Ringkanals 10 gewählt werden, derart, dass eine insgesamt wenig gestörte Strömung von Heißgas erreicht werden kann, wobei Zwischenräume 32, 32a, 32b zwischen dem Verschlussabschnitt 28 und der Öffnungswandung 22 minimiert werden durch Vergrößerung des Abstands AB der Außenfläche 30 von der Verbindungslinie VL.
  • Insgesamt ergibt sich durch das vorgeschlagene Verschlusselement 24 für eine Boroskopöffnung 18 die Möglichkeit die Strömungsverhältnisse in einem Ringkanal 10 einer Turbinenstufe zu verbessern, wobei entgegen bisheriger Lehren ein Vorstehen des Verschlussabschnitts in den Ringkanal in Kauf genommen wird, weil dies zu einer geringen Störung der Strömung führt, insbesondere bei Verwendung eines kugelförmigen Verschlussabschnitts.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Ringkanal
    12
    Ringkanalwandung
    14
    Innenseite
    16
    Gehäusekomponente
    18
    Boroskopöffnung
    20
    Öffnungsrand
    20a
    axial vorderer Öffnungsrandabschnitt
    20b
    axial hinterer Öffnungsrandabschnitt
    22
    Öffnungswandung
    24
    Verschlusselement (Boroskopstopfen)
    26
    Hauptabschnitt
    28
    Verschlussabschnitt
    30
    Außenfläche
    32
    Zwischenraum
    32a
    Vergrößerung Zwischenraum
    32b
    Zwischenraum
    32c
    Verkleinerung Zwischenraum
    AB
    Abstand
    AR
    axiale Richtung
    DM
    Durchmesser
    HL
    Verlängerung Hauptabschnitt
    LA
    Längsachse
    RR
    radiale Richtung
    SR
    Strömungsrichtung
    VL
    Verbindungslinie

Claims (11)

  1. Verschlusselement für eine Boroskopöffnung (18) einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, wobei die Boroskopöffnung (18) einen einem Gas führenden Ringkanal (10) der Gasturbine zugewandten radial inneren Öffnungsrand (20, 20a, 20b) aufweist, wobei das Verschlusselement (24) einen Hauptabschnitt (26) und einen mit dem Hauptabschnitt (26) verbundenen Verschlussabschnitt (28) aufweist, und wobei der Verschlussabschnitt (28) bezogen auf eine Längsachse (LA) des Verschlusselements (24) wenigstens teilweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (24) derart dimensioniert ist, dass der Verschlussabschnitt (28) im eingesetzten Zustand in die Boroskopöffnung (18) teilweise über den radial inneren Öffnungsrand (20, 20a, 20b) der Boroskopöffnung (18) vorsteht.
  2. Verschlusselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (28) kugelförmig oder kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
  3. Verschlusselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussbschnitt (28) derart dimensioniert ist, dass er im Zusammenwirken mit einer sich an den radial inneren Öffnungsrand (20, 20a, 20b) anschließenden Öffnungswandung (22) den Heißgaskanal (10) abdichtet.
  4. Verschlusselement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser Verschlussabschnitts (28) im Wesentlichen dem Innendurchmesser (D) der durch die Öffnungswandung (22) gebildeten Boroskopöffnung (18) entspricht.
  5. Verschlusselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (26) eine Länge aufweist, die derart bemessen ist, dass der in seinen Dimensionen abhängig vom Innendurchmesser (DM) der Boroskopöffnung (18) festgelegte Verschlussabschnitt (28) über den radial inneren Öffnungsrand (20, 20a, 20b) vorsteht und zwar vorzugsweise um einen Betrag, der wenigstens 2% des maximalen Durchmessers (DM) des Verschlussabschnitts (28) entspricht.
  6. Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit wenigstens einer Turbinenstufe und einem der Turbinenstufe zugeordneten, Heißgas führenden Ringkanal (10), und/oder mit wenigstens einer Verdichterstufe und einem der Verdichterstufe zugeordneten Gas führenden Ringkanal, wobei der Ringkanal (10) der Turbinenstufe oder/und der Verdichterstufe eine radiale Außenwand (12) aufweist, in der wenigstens eine Boroskopöffnung (18) vorgesehen ist, wobei die Boroskopöffnung (18) einen in der radialen Außenwand (12) ausgebildeten Öffnungsrand (20, 20a, 20b) aufweist, an den sich, vorzugsweise in im Wesentlichen radialer Richtung (RR), eine Öffnungswandung (22) anschließt, wobei in der Boroskopöffnung (18) ein Verschlusselement (24) eingesetzt ist, das vorzugsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und das einen Hauptabschnitt (26) und einen Verschlussabschnitt (28) umfasst, wobei der Verschlussabschnitt (28) von der Öffnungswandung (22) umgeben ist, so dass der Heißgas führende Ringkanal (10) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (26) im eingesetzten Zustand in die Boroskopöffnung (18) teilweise über den radial inneren Öffnungsrand (20, 20a, 20b) der Boroskopöffnung (18) vorsteht.
  7. Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (12) des Ringkanals (10) bezogen auf die Axialrichtung (AR) der Gasturbine wenigstens abschnittsweise geneigt ist, so dass die Außenwand (12) im Wesentlichen die Form einer Mantelfläche eines Kegelstumpfs aufweist.
  8. Gasturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (26) bezogen auf einen axialen Längsschnitt durch die Bororskopöffnung (18) über eine gedachte Linie (VL) in den Ringkanal (10) vorsteht, die einen axial vorderen Öffnungsrandabschnitt (20a) des Öffnungsrandes (20) und einen axial hinteren Öffnungsrandabschnitt (20b) des Öffnungsrandes (20) entlang der Mantelfläche geneigt zur Axialrichtung (AR) verbindet.
  9. Gasturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (28) in einer zur gedachten Linie (VL) orthogonal gemessene Distanz (AB) in den Ringkanal (10) vorsteht, wobei die Distanz (AB) etwa 2% bis 30%, vorzugsweise 10% bis 24%, insbesondere 14% bis 18% des in axialer Richtung (AR) gemessenen Innendurchmessers (DM) der Boroskopöffnung (18) beträgt.
  10. Gasturbine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussabschnitt (28) kugelförmig ausgebildet ist, wobei ein Kugelsegment des Verschlussabschnitts (28) in den Ringkanalkanal vorsteht.
  11. Gasturbine nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Kugelsegments der orthogonal gemessenen Distanz (AB) entspricht.
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