EP3219913A1

EP3219913A1 - Rotor mit kühlluftführung

Info

Publication number: EP3219913A1
Application number: EP16160647.0A
Authority: EP
Inventors: Yulia Bagaeva; Karsten Kolk; Peter Schröder; Vyacheslav Veitsman
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotor einer Gasturbine mit einer Rotorscheibe (01) und einer vor der Rotorscheibe (01) angeordneten Mittelsektion (11). Zur Realisierung einer Mehrzahl im Umfang vor einer Stirnseite (03) der Rotorscheibe (01) angeordneter, axial verlaufender Kühlluftkanäle (22) ist vorgesehen, dass vor die Stirnseite (03) abschnittsweise auf der Rotorscheibe (01) eine Luftleiteinrichtung (21) befestigt wird, welche (21) die Kühlluftkanäle (22) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor, welcher eine Rotorscheibe mit einer Mehrzahl von Laufschaufeln sowie eine vor der Rotorscheibe angeordnete Mittelsektion umfasst, wobei vor einer Stirnseite der Rotorscheibe Kühlluftkanäle angeordnet sind.
Der vorliegend betrachtete Rotor dient insbesondere zur Verwendung bei einer Gasturbine. Hierbei treten im Betrieb der Gasturbine hohe Temperaturen auf, die ohne entsprechende Kühlmaßnahmen zu Schädigungen und vorzeitigem Bauteilversagen führen. Daher ist es bekannt, Rotoren mit Kühlluftführungen zu versehen, um im besonders hoch belasteten Turbinenbereich der Einwirkung durch die heißen Gase entgegenwirken zu können. Hierzu werden verschiedenartige Kühlluftführungen zur Führung von Kühlluft zu den thermisch belasteten Bereichen eingesetzt. Vorliegend wird eine Kühlluftführung zu den Turbinenschaufeln der ersten Rotorscheibe der Turbine betrachtet.
In aller Regel steht zur Kühlung der ersten Turbinenstufe die Verdichterendluft zur Verfügung, welche vom zu den Brennern geführten Hauptstrom abgezweigt wird und zwischen dem Rotor und einem Innengehäuse zur Turbine geführt wird. Hierbei weist die vom Verdichter kommende Kühlluftströmung zwar einen Drall mit der Rotation des Rotors auf, strömt ansonsten jedoch vorwiegend entlang der Rotorachse. Zur Einleitung in die erste Rotorscheibe der Turbine, insbesondere zur Zuführung der Kühlluft zu den Turbinenschaufeln, ist es jedoch erforderlich, die Kühlluft mit der Rotation des Rotors zu leiten und entsprechend ist es notwendig die Kühlluft auf eine Umfangsgeschwindigkeit zu beschleunigen, so dass ein Eintritt in Kühlluftbohrungen in der Rotorscheibe bzw. in den Turbinenschaufeln möglich ist.
Hierzu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, sowohl die erste Rotorscheibe als auch die davor liegende Mittelsektion mit Kühlluftkanälen zu versehen. Hierbei weist die Mittelsektion vor der ersten Rotorscheibe außerhalb des Drehmoment übertragenden Scheibenabschnitts eine Mehrzahl von axial verlaufender Kühlluftkanäle auf, die wiederum in radial verlaufende an einer Stirnseite der Rotorscheibe angeordnete Kühlluftkanäle übergehen.
Wenngleich mit der bekannten Ausführungsform sowohl eine vorteilhafte Kühlluftführung möglich ist als auch ebenso eine hinsichtlich der auftretenden Belastungen zuverlässige und stabile Bauweise erzielt wird, so verursachen die Kühlluftkanäle sowohl in der Mittelsektion als auch an der Rotorscheibe erhebliche Kosten zur Herstellung der Bauteile. Insbesondere verursachen die integrierten Kühlluftkanäle das zusätzliche Risiko, dass bei Fehlern innerhalb der ansonsten unkritischen Kühlluftkanäle die Mittelsektion bzw. die Rotorscheibe als solches als Ausschuss zu verwerfen ist.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellungskosten für die Mittelsektion sowie für die erste Rotorscheibe unter Berücksichtigung einer vorteilhaften Kühlluftführung zu verringern.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Rotors nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Eine erfindungsgemäße Gasturbine unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Rotors ist im Anspruch 11 angegeben. Eine erfindungsgemäße Luftleiteinrichtung zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Rotor ist im Anspruch 12 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der gattungsgemäße Rotor dient insbesondere zur Verwendung bei einer Gasturbine. Hiervon unbenommen ist es ebenso möglich die erfindungsgemäße Ausführungsform des Rotors auch auf andere Rotoren von Strömungsmaschinen, beispielsweise einer Dampfturbine, zu übertragen, wobei die spezifische Luftführung insbesondere bei entsprechenden Gasturbinen erforderlich ist.
Erforderlich ist zunächst einmal, dass der Rotor zumindest eine Rotorscheibe aufweist, an der sich eine Mehrzahl von Laufschaufeln im Umfang verteilt befindet. Die Ausführungsform und Befestigung der Laufschaufeln an der Rotorscheibe ist zunächst ohne Belang. Weiterhin weist der Rotor eine Mittelsektion auf, welche sich in Strömungsrichtung vor der Rotorscheibe befindet und hierbei entweder integral mit der Rotorscheibe verbunden ist oder alternativ an der Rotorscheibe befestigt ist. Im Unterschied zur Rotorscheibe weist die Mittelsektion keine Laufschaufeln auf. Die Mittelsektion dient hierbei zur Übertragung eines Drehmoments von/zur Rotorscheibe.
Wesentliches Merkmal für die gattungsgemäße Ausführungsform des Rotors ist das Vorhandensein einer Mehrzahl von axial verlaufenden Kühlluftkanälen, welche im Umfang verteilt vor einer Stirnseite der Rotorscheibe angeordnet sind. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Kühlluftkanäle exakt parallel zur Rotorachse verlaufen. Vielmehr ist es hinreichend, wenn ein vorderer Eintritt in die Kühlluftkanäle axial vor einem nachfolgenden Austritt aus den Kühlluftkanälen angeordnet ist. Insofern können die Kühlluftkanäle alternativ zu einer geradlinig parallel zur Rotorachse ausgerichteten Gestalt ebenso einen geneigten oder bogenförmigen Verlauf aufweisen. Zumindest wird der durch die Kühlluftkanäle strömende Kühlluftstrom mit der Rotation des Rotors in Umfangsrichtung mitgeführt. Die Kühlluftkanäle liegen hierbei radial zur Rotorachse beabstandet in einem Bereich außerhalb desjenigen Abschnitts von Rotorscheibe bzw. Mittelsektion über den das Drehmoment betragen wird.
Erfindungsgemäß werden nunmehr die Herstellungskosten und insbesondere das Ausschussrisiko für die Rotorscheibe und die Mittelsektion gemindert, in dem die Kühlluftkanäle von einer Luftleiteinrichtung gebildet werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Luftleiteinrichtung an der Rotorscheibe und/oder an der Mittelsektion befestigt wird. Entsprechend der Anordnung der Kühlluftkanäle in einem Bereich radial außerhalb des Drehmoment übertragenden Abschnitts der Rotorscheibe bzw. der Mittelsektion ist die Luftleiteinrichtung als separates Bauteil die Rotorscheibe und/oder die Mittelsektion abschnittsweise umgebend angeordnet.
Durch die Herauslösung der Kühlluftkanäle aus der in der Mittelsektion und der Rotorscheibe integrierten Form wird eine deutliche Vereinfachung zur Herstellung der Rotorscheibe und der Mittelsektion erzielt. Da bei der Herstellung der Rotorscheibe sowie der Mittelsektion nicht mehr die Einbringung entsprechender Kühlluftkanäle erforderlich ist können dessen Herstellungskosten erheblich reduziert und ein Ausschussrisiko verringert werden.
Demgegenüber stellt die Luftleiteinrichtung, über die kein Drehmoment übertragen wird, geringere Anforderungen an Material und Herstellungsgenauigkeit. Somit kann dieses Bauteil im Verhältnis zur Rotorscheibe bzw. der Mittelsektion kostengünstig hergestellt werden. Auch unter Berücksichtigung des hierdurch verursachten Montageaufwands zur Anbringung der Luftleiteinrichtung wird insgesamt eine Kostenreduktion erreicht.
Die konkrete Ausführungsform der Luftleiteinrichtung mit den Kühlluftkanälen ist zunächst unerheblich, sofern von dieser die Zuführung des Kühlluftstroms zur Rotorscheibe ermöglicht wird. Besonders vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich dessen Eigensteifigkeit, ist es jedoch, wenn die Luftleiteinrichtung einstückig und radiärsymmetrisch ausgeführt wird. Somit wird sichergestellt, dass aufgrund der Rotation und die dabei wirkenden Fliehkräfte die Luftleiteinrichtung nicht unzulässig deformiert wird oder eine Unwucht verursacht.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Luftleiteinrichtung demontierbar an der Rotorscheibe, bzw. der Mittelsektion befestigt ist. Dies ermöglicht bei Bedarf den Austausch bzw. einen Wechsel der Luftleiteinrichtung zur Optimierung dessen Formgebung und somit zur optimalen Kühlluftführung.
Zur Realisierung der Mehrzahl im Umfang verteilten Kühlluftkanäle ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Luftleiteinrichtung eine Mehrzahl im Umfang verteilter Luftleitelemente umfasst. Hierbei trennen die einzelnen Luftleitelemente jeweils zwei benachbarte Kühlluftkanäle voneinander. Hierbei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die einzelnen Kühlluftkanäle von einem Eintritt bis zu einem Austritt entlang deren axialen und radialen Erstreckung vollständig voneinander getrennt sind. Vielmehr ist es hinreichend, wenn bei Durchströmung der einzelnen Kühlluftkanäle mit dem Kühlluftstrom, insbesondere unter Berücksichtigung der bei der Rotation des Rotors sich ausbildenden Kühlluftströme, eine jeweilige Zuführung des Kühlluftstroms zu beispielsweise einer jeweiligen Eintrittsöffnung in der Rotorscheibe erzielt wird.
Zur Trennung der Kühlluftkanäle sowie zugleich zur Führung des Kühlluftstroms ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Luftleitelemente eine flache Gestalt aufweisen. Insofern stellen sich die Luftleitelemente ebenso schaufelartig dar. In besonders einfacher Ausführungsform werden die Luftleitelemente hierbei eben/planar ausgeführt und erstrecken sich hierbei radial und parallel zur Rotorachse.
Insbesondere bei Realisierung der Luftleitelemente mit einer flachen Gestalt ist es besonders vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche eines jeden Kühlluftkanals, betrachtet in einem Schnitt quer zur Rotorachse zumindest größer als die Querschnittsfläche der Luftleitelemente in entsprechendem Schnitt ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Querschnittsfläche eines jeden Kühlluftkanals zumindest doppelt so groß wie die Querschnittsfläche der Luftleitelemente ist.
Hierdurch wird der von der Luftleiteinrichtung eingenommene Bauraum vorteilhaft zur Führung der Kühlluft verwendet.
Eine zugleich stabile als auch einfache Formgebung der Luftleiteinrichtung wird erzielt, wenn diese eine radial äußere umlaufende sich über die Länge der Kühlluftkanäle erstreckende Außenwandung aufweist. Insofern begrenzt die Außenwandung die Kühlluftkanäle in einer radialen von der Rotorachse wegweisenden Richtung nach außen. Hierbei erstrecken sich die Luftleitelemente von der Außenwandung in Richtung zur Rotorachse. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Luftleitelemente senkrecht zur Außenwandung bzw. in gerader Linie zur Rotorachse weisend ausgerichtet sind, wenngleich dieses sowohl eine einfache als auch vorteilhafte Ausführung darstellt. Besonders vorteilhaft ist es zumindest, wenn die Außenwandung hierbei rotationssymmetrisch ausgeführt wird.
Zur Gewährleistung der notwendigen Stabilität der Luftleiteinrichtung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn diese ergänzend zur Außenwandung und den sich von der Außenwandung in Richtung zur Rotorachse erstreckende Luftleitelemente weiterhin ein umlaufendes Stabilisierungselement aufweist. Hierbei ist das Stabilisierungselement jeweils mit den Luftleitelementen verbunden und grenzt zudem an die Rotorscheibe und/oder an die Mittelsektion an.
Zur Realisierung eines Stabilisierungselements stehen zwei vorteilhafte Ausführungsformen zur Verfügung, wobei in einer ersten Ausführungsform die Luftleiteinrichtung eine zur Rotorachse weisende, d.h. radial innen liegende, umlaufende Innenwandung aufweist. Entsprechend ist die Innenwandung radial beabstandet zur Außenwandung angeordnet. Dabei erstrecken sich die Luftleitelemente von der Innenwandung ausgehend auswärts bis zur Außenwandung. In besonders vorteilhafter Weise wird die Innenwandung - ebenso wie die Außenwandung - rotationssymmetrisch ausgeführt.
In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, das Stabilisierungselement als eine sich quer zur Rotorachse erstreckende Stirnwand auszuführen. Hierbei erstreckt sich die Stirnwand von der Mittelsektion bzw. der Rotorscheibe radial auswärts bis zur Außenwandung. Gleichfalls wie bei der Gestaltung der Luftleitelemente ist es hierbei nicht erforderlich, dass die Stirnwand exakt senkrecht zur Rotorachse ausgerichtet ist und/oder mit dem vorderen Ende der Luftleiteinrichtung abschließt. Vielmehr kann diese ebenso einen geneigten oder bogenförmigen Verlauf ausweisen und zurückgesetzt vom von der Rotorscheibe wegweisenden Ende der Luftleiteinrichtung angeordnet sein. Zumindest wird durch die Stirnwand eine Stabilisierung der Außenwandung erzielt. Hierbei ist es erforderlich, dass die von der Außenwandung radial einwärts verlaufenden Luftleitelemente jeweils am vorderen, von der Rotorscheibe weg weisenden Rand mit der Stirnwand verbunden sind. Zur Gewährleistung der Kühlluftführung ist es hierbei weiterhin erforderlich, dass zu jedem von der Luftleiteinrichtung realisierten Kühlluftkanal zumindest eine Kühlluftöffnung innerhalb der Stirnwand vorhanden ist.
Es ist naheliegend, dass weiterhin eine Kombination mit einer Innenwandung und einer Stirnwand vorteilhaft verwendbar ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Luftleiteinrichtung radial an der Rotorscheibe festgelegt und somit zentriert wird. Hierzu stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, wobei in einer ersten Variante die Luftleiteinrichtung auf der zur Rotorachse weisenden Seite zumindest abschnittsweise am Umfang verteilt an der Rotorscheibe anliegt. Hierzu können bei Fehlen einer Innenwandung die Luftleitelemente mit deren zur Rotorachse weisenden Rand verwendet werden.
Weiterhin kann die Luftleiteinrichtung mit einem hinteren Halteabsatz versehen sein, welcher sich axial erstreckt und mit diesem Halteabsatz an einem Befestigungsabsatz der Rotorscheibe anliegt. Hierbei befindet sich der sich gleichfalls axial aber entgegengesetzt erstreckende Befestigungsabsatz radial außerhalb des Halteabsatzes. Diese vorteilhafte Gestaltung führt zu dem positiven Effekt, dass die bei Rotation auftretenden Fliehkräfte in der Luftleiteinrichtung teilweise vom Halteabsatz auf den Befestigungsabsatz der Rotorscheibe übertragen werden können.
Wahlweise oder besonders bevorzugt ergänzend hierzu kann die Luftleiteinrichtung einen vorderen Halteabsatz aufweisen, welcher beabstandet zum hinteren Halteabsatz an der Luftleiteinrichtung angeordnet ist. Hierbei erstreckt sich der vordere Halteabsatz ebenso axial und wird hierbei von einem vorderen Befestigungsabsatz umgeben. Der vordere Befestigungsabsatz kann hierbei sowohl von der Rotorscheibe als auch von der Mittelsektion gebildet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Luftleiteinrichtung axial an der Rotorscheibe festgelegt ist. Hierzu stehen ebenso wiederum verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Hierzu ist es zunächst einmal möglich, die Luftleiteinrichtung an die Rotorscheibe anzuschrauben.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass durch das Fügen der Mittelsektion an der Rotorscheibe ein Einspannen der Luftleiteinrichtung erfolgt. Hierzu weist die Rotorscheibe und/oder die Mittelsektion einen Aufnahmebereich in der Trennfuge zwischen den beiden Bauteilen auf, in der ein Fixierabschnitt der Luftleiteinrichtung aufgenommen ist.
Weiterhin kann eine axiale Einspannung durch die Rotorscheibe und die Mittelsektion erzielt werden, wenn die Luftleiteinrichtung mit axial gegenüberliegenden Stirnseiten einerseits an einer zur Mittelsektion weisenden Anlagefläche der Rotorscheibe und andererseits an einer zur Rotorscheibe weisenden Anlagefläche der Mittelsektion eingefasst ist.
Weiterhin ist es möglich die Luftleiteinrichtung axial zu fixieren, indem diese mit einer zur Rotorscheibe weisenden Stirnseite an einer Anlagefläche der Rotorscheibe anliegt und hierbei mit einem sich radial erstreckenden Sicherungselement axial gesichert wird. Das Sicherungselement kann hierbei in vorteilhafter Weise in der Rotorscheibe oder der Mittelsektion aufgenommen sein und radial herausragen.
In weiterer Ausführungsform ist es möglich, die Luftleiteinrichtung mit einem sich insbesondere radial erstreckenden Klemmabschnitt zu versehen und demgegenüber an der Rotorscheibe einem ebenso sich radial erstreckenden Halteabschnitt anzuordnen. Hierbei ist vorgesehen, dass der Halteabschnitt den Klemmabschnitt übergreift. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall die Ausführung als Bajonettverbindung.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn ebenso die Winkelstellung der Luftleiteinrichtung relativ zur Rotorscheibe festgelegt ist. Gleichfalls stehen hier verschiedene Varianten zur Realisierung zur Verfügung.
In einer ersten Ausführungsform ist es möglich, die Luftleiteinrichtung an der Rotorscheibe anzuschrauben.
Weiterhin ist es möglich, die Winkelstellung durch Verwendung einer Bajonettverbindung festzulegen.
Vorteilhaft wird ein sich axial und/oder radial erstreckendes Fixiermittel eingesetzt, welches die Luftleiteinrichtung mit der Rotorscheibe und/oder der Mittelsektion verbindet. Hierzu kann beispielsweise an der Luftleiteinrichtung ein integral gebildet sich axial erstreckender Fixiervorsprung vorgesehen sein, welcher in einer Aufnahme der Rotorscheibe eingreift und zumindest in Umfangsrichtung an einer Flanke der Aufnahme anliegt. Ebenso ist es möglich, an der Luftleiteinrichtung und der Rotorscheibe sich jeweils radial und axial erstreckende Absätze vorzusehen, welche komplementär zueinander die Winkelstellung der Luftleiteinrichtung relativ zur Rotorscheibe festlegt.
Die Realisierung des Rotors mit der erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung führt zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Gasturbine.
Weiterer erfindungsgemäßer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine neuartige Luftleiteinrichtung zur Verwendung bei einem Rotor. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Rotor gemäß vorheriger Beschreibung handeln. Zumindest dient die Luftleiteinrichtung bestimmungsgemäß zur Verwendung bei einem Rotor, welcher eine Rotorscheibe und eine damit integral verbundenen oder daran befestigten Mittelsektion aufweist. Weiterhin weist der bestimmungsgemäße Rotor eine Mehrzahl an im Umfang verteilt an der Rotorscheibe befestigte Laufschaufeln auf.
Die Luftleiteinrichtung umfasst hierbei eine um die Rotorachse umlaufende Außenwandung sowie eine Mehrzahl im Umfang verteilt angeordnete Luftleitelemente. Hierbei erstrecken sich die Luftleitelemente ausgehend von der Außenwandung radial einwärts zur Rotorachse. Hierdurch werden axial verlaufende Kühlluftkanäle gebildet, welche durch die Luftleitelemente jeweils voneinander getrennt sind. Hierbei ist die Luftleiteinrichtung abschnittsweise auf die Rotorscheibe und/oder die Mittelsektion aufschiebbar und zumindest an der Rotorscheibe befestigbar. Abschnittsweise bezieht sich herbei auf die Rotorscheibe bzw. die Mittelsektion auf die die Luftleiteinrichtung mit deren gesamten Länge aufgeschoben werden kann.
Besonders vorteilhaft wird die Luftleiteinrichtung entsprechend mit einer oder mehrere der Merkmale gemäß vorheriger Beschreibung ausgeführt.
In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Ausführungsformen für eine erfindungsgemäße Rotorscheibe bzw. eine Luftleiteinrichtung skizziert. Es zeigen:

FIG 1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rotors mit Luftleiteinrichtung;
FIG 2: die Luftleiteinrichtung zur FIG 1;
FIG 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Rotor mit Luftleiteinrichtung;
FIG 4: die Luftleiteinrichtung zur FIG 3;
FIG 5: bis 7 schematische Darstellungen für eine mögliche Befestigung der Luftleiteinrichtung am Rotor.

In FIG 1 wird in einer perspektivischen Darstellung in einem Längsschnitt der Rotor abschnittsweise im Bereich der Luftleiteinrichtung 21 skizziert. Zu erkennen ist zunächst einmal die Rotorscheibe 01. Nicht dargestellt - aber sich für den Fachmann in naheliegender Weise erschließend - sind an der Rotorscheibe 01 im Umfang verteilt eine Mehrzahl Laufschaufeln angeordnet, wobei hierzu die Rotorscheibe 01 entsprechend Schaufelhaltenuten aufweist, in denen die einzelnen Laufschaufeln befestigt sind. Schematisch dargestellt ist weiterhin eine in der Rotorscheibe 01 vorhandenen Kühlluftbohrung 08 zur Zuführung der Kühlluft zu den einzelnen Laufschaufeln.
Vor der Rotorscheibe 01 befindet sich die Mittelsektion 11, welche 11 mit der Rotorscheibe 01 verbunden ist. Hierbei kann ein Drehmoment von der Rotorscheibe 01 über die Mittelsektion 11 übertragen werden.
Wesentlich für den erfindungsgemäßen Rotor ist die Verwendung einer Luftleiteinrichtung 21, welche 21 vor einer Stirnseite 03 der Rotorscheibe 01 montiert ist. Hierzu wird die Luftleiteinrichtung 21 abschnittsweise auf den Rotor 01 aufgeschoben und liegt an einer Stirnseite 03 der Rotorscheibe 01 an. Weiterhin ist in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass sich die Luftleiteinrichtung 21 ebenso abschnittsweise über die Mittelsektion 11 erstreckt. Aufgabe der Luftleiteinrichtung 21 ist es, vom Verdichter kommende Kühlluft der Rotorscheibe 01 zuzuführen.
Zur besseren Erkennbarkeit der Luftleiteinrichtung 21 ist diese 21 in FIG 2 separat dargestellt. Die Luftleiteinrichtung 21 umfasst zunächst einmal eine Außenwandung 24, welche 24 eine geschlossene Ringform aufweist. An dessen 24 zur Stirnseite 03 weisendem Ende befindet sich ein hinterer Halteabsatz 35. Über diesen 35 kann sich die Luftleiteinrichtung 21 radial an einem sich radial außerhalb des Halteabsatzes 35 befindenden hinteren Befestigungsabsatz 05 der Rotorscheibe 01 (vgl. FIG 1) abstützen. Die Anlage der zur Rotorscheibe 01 weisenden hinteren Stirnseite 38 an der Stirnseite 03 der Rotorscheibe 01 dient zum einen zur Abdichtung und zum zweiten zur axialen Fixierung der Luftleiteinrichtung 21.
Gegenüberliegend dem hinteren Halteabsatz 35 befindet sich eine sich im Wesentlichen radial zur Rotorachse erstreckende Stirnwand 26, welche 26 mit einem Innenumfang auf der Mittelsektion 11 aufliegt. Hierbei erstreckt sich ausgehend von der Stirnwand 26 ein vorderer Halteabsatz 36 in axialer Richtung, welcher 36 unter einen vorderen Befestigungsabsatz 16 der Mittelsektion 11 (vgl. FIG 1) greift. Dieses ermöglicht eine radiale Fixierung der Luftleiteinrichtung 21 an der Mittelsektion 11. Durch Anlage einer vorderen Stirnseite 39 der Stirnwand 26 an dem Befestigungsabsatz 16 in Verbindung mit der Anlage der hinteren Stirnseite 38 der Luftleiteinrichtung 21 an die Stirnseite 03 der Rotorscheibe 01 wird die axiale Lage festgelegt.
Wesentlich für die Luftleiteinrichtung 21 ist das Vorhandensein der Kühlluftkanäle 22, welche 22 jeweils durch Luftleitelemente 23 voneinander getrennt sind. Hierbei erstrecken sich die Luftleitelemente 23 von der Außenwandung 24 zur Rotorachse weisend bis an eine Rotationsfläche der Rotorscheibe 01 bzw. der Mittelsektion 11. Wie zu erkennen ist, weisen die Luftleitelemente 23 in diesem Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen flache Gestalt auf und erstrecken sich im Wesentlichen radial und axial parallel zur Rotorachse. Zur Ermöglichung des Eintritts von Kühlluft in die Kühlluftkanäle 22 ist in der Stirnwand 26 zu jedem Kühlluftkanal 22 eine Kühlluftöffnung 27 vorhanden.
In der nachfolgenden FIG 3 wird ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Rotor mit einer erfindungsgemäßen Luftleiteinrichtung 21 skizziert. Wenngleich sich der Aufbau gegenüber vorherigem Ausführungsbeispiel geringfügig unterscheidet, wurden für übereinstimmende Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet. Zu erkennen ist wiederum die Rotorscheibe 01 mit der sich daran anschließenden Mittelsektion 11. Zwischen Rotorscheibe 01 und Mittelsektion 11 ist die Luftleiteinrichtung 21 montiert, wobei diese 11 - ebenso wie im vorherigen Ausführungsbeispiel - Abschnittsweise auf der Rotorscheibe 01 sowie abschnittsweise auf der Mittelsektion 11 aufgeschoben ist. Ebenso wie im vorherigen Ausführungsbeispiel greift ein hinterer Halteabsatz 35 der Luftleiteinrichtung 21 unter einen hinteren Befestigungsabsatz 05 an der Rotorscheibe 01 sowie ein vorderer Halteabsatz 36 der Luftleiteinrichtung 21 unter einen vorderen Befestigungsabsatz 16 der Mittelsektion 11 greift. Die Luftleiteinrichtung 21 umfasst übereinstimmend mit vorherigem Beispiel wiederum eine ringförmige Außenwandung 24 sowie eine Mehrzahl sich von der Außenwandung 24 zur Rotorachse hin erstreckende Luftleitelemente 23, welche 23 die Kühlluftkanäle 22 voneinander trennen.
Zur Stabilisierung der Luftleiteinrichtung 21 wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Innenwandung 25 eingesetzt, welche 25 ebenso ringförmig ausgeführt ist und hierbei radial beabstandet zur Außenwandung 24 am zur Rotorachse weisenden Rand der Luftleitelemente 23 angeordnet ist. Die Ausführungsform mit der Innenwandung 25 begünstigt einerseits die Strömung der Kühlluft in die Luftleiteinrichtung 21 und bietet unmittelbar die Möglichkeit der Verwendung der Innenwandung 25 als Halteabsatz 39. Weiterhin können die Fliehkräfte bei Rotation des Rotors durch diesen Aufbau mit der zur Außenwandung 24 beabstandeten Innenwandung 25 vorteilhaft aufgenommen werden. Von geringem Nachteil gegenüber vorheriger Ausführungsform ist lediglich eine geringere Verwindungssteifigkeit bei Beschleunigung sowie Abbremsen des Rotors.
In FIG 5 wird schematisch eine alternativ besonders einfache Befestigungsweise der Luftleiteinrichtung 21 zwischen Rotorscheibe 01 und Mittelsegment 11 skizziert. Zu erkennen ist, dass die Luftleiteinrichtung 21 mit einer hinteren Stirnseite 38 an der Stirnseite 03 der Rotorscheibe 01 anliegt. Axial gegenüberliegend liegt eine vordere Stirnseite 39 der Luftleiteinrichtung 21, gebildet von der Stirnwand 26, an einer zur Rotorscheibe 01 weisenden Stirnseite der Mittelsektion 11 an. 21 Sofern die Luftleiteinrichtung 21 bei den auftretenden Fliehkräften eine hinreichende Eigenstabilität aufweist, ist keine radiale Fixierung an der Rotorscheibe 01 bzw. der Mittelsektion 11 notwendig. Die Zentrierung der Luftleiteinrichtung 21 erfolgt in einfacher Weise durch die Auflage der zur Rotorachse weisenden Ränder der Luftleitelemente 23 auf einer Rotationsfläche der Rotorscheibe 01.
In FIG 6 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Befestigung der Luftleiteinrichtung 21 skizziert. Zu erkennen ist, dass in diesem Fall vorgesehen ist, dass ein von der vorderen Stirnwand 26 der Luftleiteinrichtung 21 sich radial einwärts erstreckender Fixierungsabschnitt 37 in einer Aufnahme 09 der Rotorscheibe 01 zwischen der Rotorscheibe 01 und der Mittelsektion 11 eingespannt ist. Somit bedarf es keiner exakten Tolerierung im Abstand zwischen der Stirnseite 03 der Rotorscheibe und einer entgegengesetzten Anlagefläche an der Mittelsektion 11 im Abgleich mit der Länge der Luftleiteinrichtung 21.
Die radiale Fixierung kann, wie in FIG 7 gezeigt, sowohl an einem hinteren Halteabsatz 35 als auch an einem vorderen Halteabsatz 36 an der Rotorscheibe 01 erfolgen. Hierzu weist die Rotorscheibe 01 analog den ersten Ausführungsbeispielen in FIG 1 und 3 einen sich axial erstreckenden hinteren Befestigungsabsatz 05 auf. Dieser 05 umgreift hierbei ebenso radial außerhalb, den radial einwärts liegenden hinteren Halteabsatz 35 der Außenwandung 24. Zur radialen Fixierung im vorderen Bereich der Luftleiteinrichtung 21 weist die Rotorscheibe 01 weiterhin einen sich ebenso axial erstreckenden vorderen Befestigungsabsatz 06 auf, welcher 06 einen vorderen Halteabsatz 36 an der Luftleiteinrichtung 21 übergreift. Durch diese vorteilhafte Befestigung entfällt die Notwendigkeit, die Mittelsektion 11 an die Luftleiteinrichtung 21 anzupassen. Es ist naheliegend, dass in diesem Fall ebenso eine axiale Fixierung der Luftleiteinrichtung 21 notwendig ist. Insofern ist eine Kombination der Ausführung aus FIG 7 beispielsweise mit der Ausführung aus FIG 5 oder FIG 6 möglich.
Wenngleich nicht dargestellt, erschließt es sich für den Fachmann naheliegend, dass es ebenso möglich ist, die Luftleiteinrichtung 21 an der Rotorscheibe 01 mittels Schrauben zu befestigen, hierbei sind die Schrauben vorzugsweise axial auszurichten. Weiterhin ist es denkbar, bei einer Ausführung gemäß FIG 3 mit einer Innenwandung 25 eine sich radial erstreckende Sicherung vorzunehmen, welche in der Rotorscheibe 01 eingesetzt ist und radial auswärts in die Innenwandung 25 eingreift. Durch eine geeignete Gestalt kann ein Verlust aufgrund von Fliehkräften ausgeschlossen werden.

Claims

Rotor, insbesondere einer Gasturbine, mit einer Rotorscheibe (01), an der (01) eine Mehrzahl von Laufschaufeln im Umfang verteilt angeordnet sind, und mit einer mit der Rotorscheibe (01) integral verbundenen oder daran (01) befestigten Mittelsektion (11), weiterhin umfassend eine Mehrzahl im Umfang verteilter vor einer Stirnseite (03) der Rotorscheibe (01) angeordneter axial verlaufender Kühlluftkanäle (22), gekennzeichnet durch
eine die Rotorscheibe (01) und/oder die Mittelsektion (11) abschnittsweise umgebenden und zumindest an der Rotorscheibe (01) befestigten Luftleiteinrichtung (21), welche (21) die Kühlluftkanäle (22) bildet.
Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftleiteinrichtung (21) einstückig und radiärsymmetrisch ausgeführt, und insbesondere demontierbar, ist.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftleiteinrichtung (21) eine Mehrzahl im Umfang verteilter jeweils die Kühlluftkanäle (22) trennender Luftleitelemente (23) umfasst.
Rotor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftleitelemente (23) eine flache, insbesondere ebene, Gestalt aufweisen.
Rotor nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittsfläche eines jeden Kühlluftkanals (22) quer zur Rotorachse zumindest größer als, insbesondere zumindest doppelt so groß wie, die Querschnittsfläche der Luftleitelemente (23) ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftleiteinrichtung (21) eine radial äußere umlaufende sich zumindest über die Länge der Kühlluftkanäle (22) erstreckende Außenwandung (24) aufweist, wobei sich die Luftleitelemente (23) von der Außenwandung (24) zur Rotorachse weisend erstrecken, wobei insbesondere die Außenwandung (24) rotationssymmetrisch ausgeführt ist.
Rotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftleiteinrichtung (21) ein umlaufendes an die Luftleitelemente (23) und an die Rotorscheibe (01) und/oder Mittelsektion (11) angrenzendes Stabilisierungselement (25,26) aufweist; und/oder
dass die Luftleiteinrichtung (21) eine radial innere umlaufende Innenwandung (25) aufweist, bis zu der (25) sich die Luftleitelemente (23) erstrecken, wobei insbesondere die Innenwandung (25) rotationssymmetrisch ausgeführt ist; und/oder
dass die Luftleiteinrichtung (21) eine vordere umlaufende sich von der Rotorscheibe (01) und/oder Mittelsektion (11) bis zur Außenwandung (24) quer zur Rotorachse erstreckende Stirnwand (26) aufweist, an der (26) die Luftleitelemente (23) mit einem von der Stirnseite (03) wegweisenden Rand anschließen und in der zumindest zu jedem Kühlluftkanal (22) eine Kühlluftöffnung (27) vorhanden ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftleiteinrichtung (21) radial an der Rotorscheibe (01) festgelegt ist,
- wobei die Luftleiteinrichtung (21) auf der zur Rotorachse weisenden Seite, insbesondere die Luftleitelemente (23) und/oder die Innenwandung (25), zumindest abschnittsweise im Umfang verteilt an der Rotorscheibe (01) anliegt, und/oder

- wobei ein hinterer Halteabsatz (35) der Luftleiteinrichtung (21) an einem radial außen liegenden sich axial erstreckenden, insbesondere die Stirnfläche (03) überragenden, hinteren Befestigungsabsatz (05) der Rotorscheibe (01) anliegt, und/oder

- wobei ein vorderer Halteabsatz (36) der Luftleiteinrichtung (21) an einem radial außen liegenden sich axial erstreckenden vorderen Befestigungsabsatz (06,16) der Rotorscheibe (01) oder der Mittelsektion (11) anliegt.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftleiteinrichtung (21) axial an der Rotorscheibe (01) festgelegt ist,
- wobei diese (21) an der Rotorscheibe (01) angeschraubt ist; und/oder

- wobei diese (21) mit einem Fixierungsabschnitt (37) in einer Aufnahme (17) zwischen der Rotorscheibe (01) und der Mittelsektion (11) eingefasst ist, und/oder

- wobei diese (21) mit dessen (21) axial gegenüberliegenden Stirnseiten (38,39) zwischen einer Anlagefläche (03) an der Rotorscheibe (01) und einer Anlagefläche (13) an der Mittelsektion (11) eingefasst ist, und/oder

- wobei diese (21) mit einer Stirnseite (38) an einer Anlagefläche (03) der Rotorscheibe (01) anliegt und mit einem aus der Rotorscheibe (01) oder der Mittelsektion (11) radial herausragenden Sicherungselement axial gesichert ist, und/oder

- wobei diese (21) mit einem Klemmabschnitt einen Halteabschnitt der Rotorscheibe hintergreift, und insbesondere als Bajonettverbindung ausgeführt ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Winkelstellung der Luftleiteinrichtung (21) relativ zur Rotorscheibe (01) festgelegt ist,
- wobei die Luftleiteinrichtung (21) an der Rotorscheibe (01) angeschraubt ist, und/oder

- wobei die Luftleiteinrichtung (21) mit der Rotorscheibe (21) mittels einer Bajonettverbindung verbunden ist, und/oder

- wobei zumindest ein sich axial und/oder radial erstreckendes Fixiermittel die Luftleiteinrichtung (21) mit der Rotorscheibe (01) und/oder der Mittelsektion (11) verbindet.
Gasturbine mit einem Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Luftleiteinrichtung (21) zur Verwendung bei einem Rotor, insbesondere mit den Merkmalen gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Rotorscheibe (01), an der (01) eine Mehrzahl von Laufschaufeln im Umfang verteilt angeordnet sind, und eine mit der Rotorscheibe (01) integral verbundenen oder daran (01) befestigte Mittelsektion (11) aufweist;
mit einer um eine Rotorachse umlaufenden Außenwandung (24) und mit einer Mehrzahl in einem Umfang um die Rotorachse verteilt angeordneter sich von der Außenwandung (24) zur Rotorachse erstreckender Luftleitelemente (23), welche (23) axial verlaufende Kühlluftkanäle (22) voneinander trennen, wobei die Luftleiteinrichtung (21) abschnittsweise auf die Rotorscheibe (01) und/oder Mittelsektion (11) aufschiebbar und zumindest an der Rotorscheibe (01) befestigbar ist.
Luftleiteinrichtung (21) nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch
eine Ausführung mit einem oder mehrere der Merkmale nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10.