EP3350416B1 - Gasturbine mit verbesserter lagerung des innengehäuses - Google Patents

Gasturbine mit verbesserter lagerung des innengehäuses Download PDF

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EP3350416B1
EP3350416B1 EP16790918.3A EP16790918A EP3350416B1 EP 3350416 B1 EP3350416 B1 EP 3350416B1 EP 16790918 A EP16790918 A EP 16790918A EP 3350416 B1 EP3350416 B1 EP 3350416B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diffuser
gas turbine
inner housing
abutment surface
wear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP16790918.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3350416A1 (de
Inventor
Andre Botzen
Manfred Hartmann
Matthias Kleinenhammann
Jens Krause
Philippos Theodoros Mavrommatis
Milan Schmahl
Michael Winterstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3350416A1 publication Critical patent/EP3350416A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3350416B1 publication Critical patent/EP3350416B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00—Stators
    • F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector

Definitions

  • the invention relates to a gas turbine with a compressor, a middle section and a turbine, a diffuser adjoining the compressor and an inner housing connected to the diffuser being arranged in the area of the middle section.
  • Gas turbines comprising a compressor, a middle section and a turbine are well known from the prior art and no further explanation is required in this regard.
  • the arrangement of a diffuser in connection with the compressor and an inner housing arranged in the area of the middle section are considered in particular.
  • the diffuser partially surrounds the rotor of the gas turbine in the area of the middle section.
  • the further section in the area of the middle section from the diffuser to the turbine is usually covered by an inner housing. Due to the thermal expansion of the individual components of the gas turbine, an axial expansion compensation between the inner housing and the diffuser is generally made possible. In this respect, they cannot be firmly connected.
  • the diffuser overlaps the inner housing, a web on the inner housing engaging in a wider groove in the diffuser.
  • US005249921A discloses a prior art gas turbine in which the inner housing is axially fixed relative to the diffuser housing section. Unless axial freedom of movement is required, the US 2006/0123797 A1 a solution in which a sealing element is inserted between the exit of the combustion chamber and the entrance to the turbine. To increase the service life, the sealing element can be provided with a wear coating or it is also possible to apply a more flexible material so that vibrations do not lead to wear as quickly.
  • a disadvantage of the previous solution is that it does not allow free axial mobility. Furthermore, it is not possible to adjust the axially permissible play.
  • a limiting device which limits the axial play of the inner housing relative to the diffuser housing.
  • a grub screw projecting beyond the web on both sides is selected, which limits the movement of the inner housing relative to the diffuser by the grub screw resting in a flank of the limiting groove.
  • the greatest possible tolerable axial play between the flanks of the limiting groove on the diffuser and the ends of the grub screw on both sides is selected.
  • the object of the present invention is therefore to reduce the connection between the diffuser and the inner housing with regard to the total costs of installation and maintenance.
  • the generic gas turbine initially has a compressor, a middle section and a turbine.
  • the embodiment of the compressor and of the turbine are initially irrelevant with regard to the embodiment according to the invention, so that proven embodiments from the prior art can be used.
  • At least the compressor, the middle section and the turbine together comprise a rotor which in this respect penetrates into the gas turbine.
  • the specific embodiment of the rotor is likewise initially irrelevant with regard to the embodiment according to the invention, so that in this respect proven embodiments from the prior art can be used.
  • a diffuser is arranged after the compressor in the area of the middle section. The task of the diffuser is to redirect the air flow from the compressor so that it can advantageously be fed to a combustion chamber.
  • the diffuser in this case has a diffuser housing section in sections in the middle section of the rotor.
  • the diffuser housing section separates the air flow emerging from the compressor from the rotor.
  • the inner housing can move axially relative to the diffuser housing section, the movement path being limited in the axial direction.
  • the diffuser housing section has at least one diffuser contact surface and the inner housing has at least one inner contact surface.
  • An arrangement of the diffuser contact surface on the inner contact surface causes a limitation of the axial movement with a direction of movement pointing away from one another.
  • the diffuser contact surface can be adjusted relative to the diffuser housing section or that the inner contact surface is arranged relatively adjustable on the inner housing.
  • the adjustability of the inner contact surface or the diffuser contact surface is functionally sufficient, it can also be provided that both contact surfaces are adjustable.
  • At least one contact surface is arranged on a wear insert.
  • the wear insert can be detached so that it can be replaced as easily as possible in the event of maintenance, in particular without reworking other components.
  • the diffuser contact surface on the wear insert, with the wear insert accordingly being releasably arranged on the diffuser housing section.
  • the wear insert enables this wear insert to be exchanged easily, without the need to rework the otherwise permanently arranged boundary surfaces.
  • the wear insert is screwed to the diffuser housing section or to the inner housing.
  • a quick replacement of the wear insert can be guaranteed in the event of maintenance.
  • the adjustable one is mounted on the inner housing when the diffuser is mounted
  • Contact surface is set such that the distance between the diffuser contact surface and the inner contact surface is between 0.01 mm and 2 mm. A minimum distance is required to ensure collision-free installation of the diffuser. In addition, however, the distance should be chosen as small as possible, a distance of less than 2 mm being advantageous.
  • the distance between the diffuser contact surface and the inner contact surface is between 0.2 mm and 0.8 mm.
  • the minimum distance of 0.2 mm ensures collision-free installation of the diffuser on the inner housing even with slight transverse movements during the installation process.
  • the maximum distance of 0.8 mm also ensures, in a particularly advantageous manner, that the inner housing is displaced as little as possible in the axial direction, so that subsequent cooling air gaps are reliably prevented from being closed by a displaced inner housing.
  • the use of a wear insert to create a contact surface enables improved coordination between the diffuser and the inner housing. Due to the wear insert now selected, it is possible to reduce the gap pattern in the axial direction compared to previous gap patterns, so that early contact of the contact surfaces is made possible, so that the axial movement of the inner housing in the axial direction is limited early in a direction pointing away from one another , so that a subsequent reduction of a cooling air gap is prevented by an inadmissible displacement of the inner housing.
  • the contact surface opposite the wear insert it is particularly advantageous if it is arranged on the face of the head of an adjusting screw.
  • the optimum distance can thus be adjusted in a simple manner by adjusting the adjusting screw between the diffuser contact surface and the inner contact surface.
  • the embodiment according to the invention is to be taken into account during the implementation, so that when the diffuser contact surface is arranged on the wear insert, the inner contact surface on the end face at the head of the adjusting screw is to be arranged in a particularly advantageous manner.
  • the diffuser contact surface is to be arranged on the end face at the head of the adjusting screw.
  • the contact surface corresponds to at least 125% of the cross section of the adjusting screw.
  • the advantageous wear insert has a lower hardness than the head of the adjusting screw.
  • the adjusting screw is achieved if one of the components to be connected has a limiting web.
  • the adjusting screw is arranged axially adjustable in this limiting web.
  • the diffuser housing section can have at least one limiting web extending in the direction of the rotor.
  • the inner housing has at least one limiting web extending away from the rotor.
  • one of the two components advantageously has a limiting groove on, in which the wear insert is arranged in a particularly advantageous manner.
  • the arrangement of the wear insert in the limiting groove leads to a reliable storage of the wear insert and a safe support thereof.
  • the inner housing has at least one limiting groove that opens away from the rotor.
  • the diffuser housing section has at least one limiting groove opening towards the rotor.
  • the inner housing can be supported circumferentially relative to the diffuser. It is advantageous if between Diffuser housing section and the inner housing is arranged at least one detachable centering insert, which causes the components to be centered with respect to one another. This centering insert can be used to support and center the inner housing in particular. Because of the thermal expansions and the axial displaceability of the inner housing relative to the diffuser, the centering of the inner housing relative to the diffuser housing section leads to friction between the components. Due to the advantageous use of a detachable centering insert, the exchange of the centering insert is favored in the event of wear.
  • the centering insert between the diffuser housing section and the inner housing, the latter is advantageously arranged in the limiting groove, the limiting web resting on the centering insert with its outer circumference.
  • the centering of the inner housing relative to the diffuser takes place by the outer circumference of the boundary web being in contact with an intermediate centering insert on the groove base of the boundary groove.
  • the position of the centering insert is advantageously secured by the wear insert.
  • the position of the centering insert can be secured in the axial direction by mounting the wear insert.
  • the centering insert has at least one retaining tab on one end face, which extends along a flank of the limiting groove.
  • a pocket is advantageously arranged in the wear insert or in the flank of the limiting groove, in which the retaining tab engages.
  • the centering insert has a shape deviating from a circular shape when not installed. It is provided here that the centering insert is deformed by the assembly of the diffuser with the inner housing, so that it subsequently assumes essentially a circular shape.
  • the centering insert is shaped is initially irrelevant if the deformability of the initially non-circular centering insert enables centering of the inner housing relative to the diffuser without play.
  • a particularly advantageous shaping of the centering insert in the non-deformed state is achieved, for example, by a local wave shape of the centering insert arranged distributed around the circumference.
  • two or more shafts can be provided on the semicircle within the centering insert, which are pressed flat when the diffuser is joined to the inner housing, so that the centering insert essentially corresponds to the circular shape when installed.
  • each centering insert has a central retaining tab, in contrast to which a corresponding pocket is arranged on a wear insert which, in addition to securing in the axial direction, also determines the position of the centering insert in the circumferential direction.
  • each centering insert also has at least two outer retaining tabs, so that the axial position of the centering insert is secured.
  • the corresponding wear insert or the associated wear supplements has outer pockets which are enlarged by a compensation for deformation in the circumferential direction in relation to the holding tabs. This greater play of the outer pockets with respect to the holding straps is necessary if, when the diffuser is mounted on the inner housing, the centering insert is deformed from a non-circular shape to a circular shape and the position of the outer holding straps thus shifts in the circumferential direction.
  • FIG. 1 schematically a gas turbine 01 is sketched, which 01 comprises a compressor 03, a turbine 04 and a middle section 05 in a known manner.
  • a rotor 06 extends through the gas turbine 01 from the compressor 03 the middle section 05 to the turbine 04.
  • a diffuser 11 connects to the compressor 03, which 11 causes the compressed combustion air to be fed to a combustion chamber 07.
  • the middle section 05 is considered in more detail, the rotor 06 and the diffuser 11 again being recognizable.
  • This includes a diffuser housing section 12 surrounding the rotor 06 in sections.
  • An inner housing 21 then surrounds the rotor 06 on this 12.
  • the inner housing 21 is in this case movable axially relative to the diffuser housing section 12, rotation of the components relative to one another being prevented by a locking pin 18.
  • the limitation of the axial movement of the inner housing 21 relative to the diffuser housing section 12 is as follows Figure 3 outlined. Again, the inner housing 21 can be seen, which 21 has a limiting groove 23 extending away from the rotor 06. A wear insert 23 is arranged on one side in the limiting groove 23 and forms an inner contact surface 24. At the bottom of the limiting groove 22 there is a centering insert 26, which causes the components 12, 21 to be centered relative to one another.
  • the diffuser housing section 12 surrounding the rotor 06 can also be seen, with a limiting web 13 extending to the rotor 06.
  • An adjusting screw 14 is mounted in the limiting web 13, which has 14 on one head a diffuser contact surface 15 opposite the inner contact surface 24.
  • the outer circumference of the limiting web 13 forms a sliding surface 25, which comes to rest on the centering insert 26.
  • the adjusting screw 14 is adjusted for assembly in such a way that when the diffuser 11 is mounted on the inner housing 21, there is a gap between 0.01 mm and 2 mm extending in the axial direction between the diffuser contact surface 15 and the inner contact surface 24.
  • This axial gap between the contact surfaces 15, 24 can reduce to 0 during operation of the gas turbine, so that further movement of the inner housing 21 relative to the diffuser 11 in a direction pointing away from one another is limited.
  • the securing of the position of the wear insert 23 and the centering insert 26 is in the following Figure 4 outlined.
  • the diffuser housing section 12 with the limiting web 13 and the inner housing 21 with the limiting groove 22 can again be seen.
  • the wear insert 23 is arranged on a flank of the limiting groove 22.
  • the wear insert 23 is fixed by means of a fastening screw 27.
  • the position of the centering insert 26 is fixed in the radial direction by the fastening web 13 and the groove base of the fastening groove 22.
  • the axial position of the centering insert 26 is secured by a retaining tab 28 which extends radially outward on an end face of the centering insert 26. This 28 is held by a locking pin.
  • FIG 5 is again a detailed view for illustration FIG 2 outlined.
  • the diffuser housing section 12 and the inner housing 21 can again be seen.
  • a locking pin groove 19 to be made in the limiting web 13 in the diffuser housing section 12.
  • a locking pin groove 29 is introduced on both sides of the limiting groove 22 of the inner housing 21.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem Verdichter, einer Mittelsektion und einer Turbine, wobei im Bereich der Mittelsektion ein sich an den Verdichter anschließender Diffusor sowie ein mit dem Diffusor in Verbindung stehendes Innengehäuse angeordnet sind.
  • Gasturbinen umfassend einen Verdichter, eine Mittelsektion sowie eine Turbine sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und es bedarf diesbezüglich keiner weiteren Erläuterung.
  • Betrachtet wird vorliegend insbesondere die Anordnung eines Diffusors im Anschluss an den Verdichter sowie ein im Bereich der Mittelsektion angeordnetes Innengehäuse. Hierbei umgibt der Diffusor abschnittsweise den Rotor der Gasturbine im Bereich der Mittelsektion. Der weitere Abschnitt im Bereich der Mittelsektion vom Diffusor bis zur Turbine wird in aller Regel von einem Innengehäuse abgedeckt. Aufgrund der thermischen Dehnungen der einzelnen Komponenten der Gasturbine wird in aller Regel ein axialer Dehnungsausgleich zwischen dem Innengehäuse und dem Diffusor ermöglicht. Insofern können diese nicht fest miteinander verbunden werden. Zur Vermeidung eines offenen Spaltes überlappt der Diffusor das Innengehäuse, wobei ein Steg am Innengehäuse in einer breiteren Nut im Diffusor eingreift.
  • US005249921A offenbart eine Gasturbine aus dem Stand der Technik, bei welcher das Innengehäuse relativ zum Diffusorgehäuseabschnitt axial fest ist. Sofern kein axialer Bewegungsfreiraum erforderlich ist, so offenbart hierzu die US 2006/0123797 A1 eine Lösung, bei der ein Dichtungselement zwischen dem Ausgang der Brennkammer und dem Eingang in die Turbine eingesetzt wird. Das Dichtungselement kann zur Erhöhung der Standzeit mit einer Verschleißbeschichtung versehen werden oder es ist ebenso möglich ein flexibleres Material fest aufzubringen, so dass Vibrationen nicht so schnell zu einem Verschleiß führen.
  • Nachteilig bei vorheriger Lösung ist jedoch, dass diese keine freie axiale Beweglichkeit zulässt. Weiterhin ist eine Einstellbarkeit des axial zulässigen Spiels nicht möglich.
  • Zur Begrenzung der axialen Bewegung des Innengehäuses im Betrieb der Gasturbine ist es weiterhin bekannt, eine Begrenzungseinrichtung vorzusehen, welche das axiale Spiel des Innengehäuses relativ zum Diffusorgehäuse begrenzt. Hierzu wird, insbesondere aus Gründen der einfacheren Montierbarkeit, eine den Steg beidseitig überragende Madenschraube gewählt, welche die Bewegung des Innengehäuses relativ zum Diffusor durch die Anlage der Madenschraube in einer Flanke der Begrenzungsnut begrenzt. Um eine leichte Montierbarkeit des Diffusors auf dem Innengehäuse gewährleisten zu können, wird ein möglichst großes noch tolerierbares axiales Spiel zwischen den Flanken der Begrenzungsnut am Diffusor und den beidseitigen Enden der Madenschraube gewählt.
  • Als problematisch hat sich jedoch herausgestellt, dass in aller Regel das axiale Spiel zwischen der Madenschraube und der Flanke der Begrenzungsnut zu groß gewählt wird, so dass sich das Innengehäuse zu weit in axialer Richtung verschiebt und an anderen Stellen eine Reduzierung von erforderlichen Kühlluftspalten hervorruft. Weiterhin hat es sich als besonders nachteilig erwiesen, dass die Anlage der Madenschraube an der Flanke der Nut zu einer Beschädigung der Flanke führt, welches wiederum zu der Notwendigkeit einer aufwendigen Nacharbeit führt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Verbindung zwischen dem Diffusor und dem Innengehäuse hinsichtlich der Gesamtkosten aus Installation und Wartung zu reduzieren.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die gattungsgemäße Gasturbine weist zunächst einmal einen Verdichter, eine Mittelsektion und eine Turbine auf. Die Ausführungsform des Verdichters sowie der Turbine sind hinsichtlich der erfindungsgemäßen Ausführungsform zunächst unerheblich, so dass auf bewährte Ausführungsformen aus dem Stand der Technik zurückgegriffen werden kann. Zumindest umfassen der Verdichter, die Mittelsektion sowie der Turbine zusammen einen Rotor, welcher insofern in die Gasturbine durchdringt. Die konkrete Ausführungsform des Rotors ist ebenso hinsichtlich der erfindungsgemäßen Ausführungsform zunächst unerheblich, so dass diesbezüglich auf bewährte Ausführungsformen aus dem Stand der Technik zurückgegriffen werden kann. Erforderlich ist es zumindest, dass im Bereich der Mittelsektion sich an den Verdichter anschließend ein Diffusor angeordnet ist. Der Diffusor hat hierbei die Aufgabe, den Luftstrom aus dem Verdichter umzulenken, so dass dieser vorteilhaft einer Brennkammer zugeführt werden kann.
  • Der Diffusor weist hierbei einen in der Mittelsektion abschnittsweise den Rotor umgebenden Diffusorgehäuseabschnitt auf. Insofern trennt der Diffusorgehäuseabschnitt den aus dem Verdichter austretenden Luftstrom vom Rotor. Anschließend an den Diffusorgehäuseabschnitt befindet sich in der Mittelsektion ein den Rotor abschnittsweise umgebendes Innengehäuse. Hierbei ist gattungsgemäß vorgesehen, dass sich das Innengehäuse axial relativ zum Diffusorgehäuseabschnitt bewegen kann, wobei der Bewegungsweg in axialer Richtung begrenzt ist. Hierzu weist der Diffusorgehäuseabschnitt zumindest eine Diffusoranlagefläche sowie das Innengehäuse zumindest eine Innenanlagefläche auf. Eine Anlage der Diffusoranlagefläche an der Innenanlagefläche bewirkt hierbei eine Begrenzung der axialen Bewegung bei einer voneinander weg weisenden Bewegungsrichtung. Weiterhin ist gattungsgemäß vorgesehen, das entweder die Diffusoranlagefläche relativ am Diffusorgehäuseabschnitt verstellbar ist oder dass die Innenanlagefläche relativ am Innengehäuse verstellbar angeordnet ist. Wenngleich funktional die Verstellbarkeit der Innenanlagefläche oder der Diffusoranlagefläche hinreichend ist, kann ebenso vorgesehen sein, dass beide Anlageflächen verstellbar sind.
  • Zur Verbesserung der Verbindung zwischen dem Innengehäuse und dem Diffusor ist nunmehr erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest eine Anlagefläche an einer Verschleißbeilage angeordnet ist. Hierbei ist es erforderlich, dass die Verschleißbeilage lösbar ist, so dass diese im Wartungsfall möglichst einfach, insbesondere ohne Nacharbeit sonstiger Bauteile, ersetzt werden kann.
  • Hierbei ist es in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform möglich, die Diffusoranlagefläche an der Verschleißbeilage anzuordnen, wobei entsprechend die Verschleißbeilage lösbar am Diffusorgehäuseabschnitt anzuordnen ist.
  • In einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es alternativ möglich, die Innenanlagefläche an einer Verschleißbeilage anzuordnen, wobei in diesem Fall die Verschleißbeilage lösbar am Innengehäuse anzuordnen ist.
  • Die Verschleißbeilage ermöglicht dabei bei einem Verschleiß ein unkomplizierten Austausch dieser Verschleißbeilage, ohne dass es eine Nacharbeit der ansonsten fest angeordneten Begrenzungsflächen bedarf.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verschleißbeilage geschraubt am Diffusorgehäuseabschnitt bzw. am Innengehäuse befestigt wird. Somit kann im Wartungsfall ein schneller Austausch der Verschleißbeilage gewährleistet werden.
  • Zur Begrenzung der Bewegung des Innengehäuses in axialer Richtung in einer voneinander wegweisenden Richtung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn im kalten Zustand der Gasturbine bei der Montage des Diffusors am Innengehäuse die verstellbare Anlagefläche derart eingestellt wird, dass der Abstand zwischen der Diffusoranlagefläche und der Innenanlagefläche zwischen 0,01 mm und 2 mm beträgt. Ein minimaler Abstand ist erforderlich, um eine kollisionsfreie Montage des Diffusors zu ermöglichen. Darüber hinaus sollte der Abstand jedoch möglichst klein gewählt werden, wobei sich ein Abstand von unter 2 mm als vorteilhaft zeigt.
  • Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Abstand zwischen der Diffusoranlagefläche und der Innenanlagefläche zwischen 0,2 mm und 0,8 mm beträgt. Der Mindestabstand von 0,2 mm stellt die kollisionsfreie Montage des Diffusors am Innengehäuse auch bei geringfügigen Querbewegungen beim Montagevorgang sicher. Der maximale Abstand von 0,8 mm gewährleistet darüber hinaus in besonders vorteilhafter Weise eine möglichst geringe Verschiebung des Innengehäuses in axialer Richtung, so dass ein Verschließen nachfolgender Kühlluftspalte durch ein verschobenes Innengehäuse zuverlässig vermieden wird.
  • Durch den Einsatz einer Verschleißbeilage zur Realisierung einer Anlagefläche wird eine verbesserte Abstimmung zwischen dem Diffusor und dem Innengehäuse ermöglicht. Aufgrund der nunmehr gewählten Verschleißbeilage ist es möglich, das Spaltbild in axialer Richtung gegenüber bisherigen Spaltbildern zu reduzieren, so dass eine frühzeitige Anlage der Anlageflächen aneinander ermöglicht ist, so dass die axiale Bewegung des Innengehäuses in axialer Richtung in einer voneinander weg weisenden Richtung frühzeitig begrenzt wird, so dass ein nachfolgendes Reduzieren eines Kühlluftspaltes durch eine unzulässige Verschiebung des Innengehäuses unterbunden wird.
  • Zur Realisierung der Anlageflächen stehen weiterhin verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Hinsichtlich der der Verschleißbeilage gegenüberliegenden Anlagefläche ist es besonders vorteilhaft, wenn diese an der Stirnseite am Kopf einer Einstellschraube angeordnet ist. Somit kann in einfacher Weise durch Verstellen der Einstellschraube der optimale Abstand zwischen der Diffusoranlagefläche und der Innenanlagefläche eingestellt werden. Bei der Umsetzung ist die erfindungsgemäße Ausführungsform zu berücksichtigen, so dass bei Anordnung der Diffusoranlagefläche an der Verschleißbeilage in besonders vorteilhafter Weise die Innenanlagefläche an der Stirnseite am Kopf der Einstellschraube anzuordnen ist. Demgegenüber ist bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der Innenanlagefläche an der Verschleißbeilage die Diffusoranlagefläche an der Stirnseite am Kopf der Einstellschraube anzuordnen.
  • Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Anlagefläche zumindest 125 % des Querschnitts der Einstellschraube entspricht. Durch die Anordnung der Anlagefläche an der Stirnseite des Kopfes der Einstellschraube sowie bei Sicherstellung einer hinreichenden Größe des Kopfes der Einstellschaube und somit der Anlagefläche wird gewährleistet, dass kein vorzeitiger Verschleiß an der Verschleißbeilage eintritt.
  • Dabei sollte in besonders vorteilhafter Weise bei vibrationsbedingten Reibungen zwischen der Innenanlagefläche und der Diffusoranlagefläche der Verschleiß primär an der Verschleißbeilage eintreten und ein Verschleiß an der Stirnseite am Kopf der Einstellschraube vermieden werden. Insofern weist die vorteilhafte Verschleißbeilage eine geringere Härte als der Kopf der Einstellschraube auf.
  • Eine vorteilhafte Anordnung der Einstellschraube wird erzielt, wenn eines der zu verbindenden Bauteile einen Begrenzungssteg aufweist. In diesem Begrenzungssteg wird in besonders vorteilhafter Weise die Einstellschraube axial verstellbar angeordnet. Hierzu kann in einer ersten Variante der Diffusorgehäuseabschnitt zumindest einen in Richtung Rotor erstreckenden Begrenzungssteg aufweisen. In einer alternativen zweiten Variante weist das Innengehäuse zumindest einen sich vom Rotor weg erstreckenden Begrenzungssteg auf.
  • Insbesondere zur Aufnahme der Verschleißbeilage weist in vorteilhafter Weise eines der beiden Bauteile eine Begrenzungsnut auf, in der in besonders vorteilhafter Weise die Verschleißbeilage angeordnet ist. Die Anordnung der Verschleißbeilage in der Begrenzungsnut führt zu einer zuverlässigen Lagerung der Verschleißbeilage und einer sicheren Abstützung derselben. In einer ersten Variante weist das Innengehäuse zumindest eine sich vom Rotor weg öffnende Begrenzungsnut auf. Alternativ hierzu weist in einer zweiten Variante der Diffusorgehäuseabschnitt zumindest eine sich zum Rotor hin öffnende Begrenzungsnut auf.
  • Zur Abstützung des Innengehäuses am Diffusor bei Anlage der Diffusoranlagefläche an der Innenanlagefläche ist es theoretisch hinreichend, wenn eine einzelne Einstellschraube vorhanden ist. Jedoch wird eine zuverlässige Abstützung ohne eine Querbelastung am Innengehäuse bzw. am Diffusor erst bei einer Mehrzahl von Einstellschrauben erzielt. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest 12 im Umfang verteilte Einstellschrauben eingesetzt werden.
  • Hierzu ist es analog möglich, eine einzelne Verschleißbeilage einzusetzen, an der die einzelne Anlagefläche bzw. die Mehrzahl von Anlageflächen anliegen. Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Anordnung der Verschleißbeilagen den Rotor umgebend ist es jedoch, wenn zwei besonders vorteilhaft vier Verschleißbeilagen eingesetzt werden, welche jeweils als Ringsegment ausgeführt sind. Hierbei können die einzelnen Ringsegmente im Umfang verteilt am Innengehäuse bzw. am Diffusorgehäuseabschnitt angeordnet werden. Zu berücksichtigen ist, dass durch die Anzahl, die Größe und die Anordnung der segmentierten Verschleißbeilagen eine Anlage von allen an den Einstellschrauben angeordneten Anlageflächen möglich ist.
  • Um eine Spaltbildung zwischen dem Diffusor und dem Innengehäuse auf ein Minimum zu reduzieren sowie die zur Drehachse zentrischen Lage insbesondere des Innengehäuses sicherzustellen ist es weiterhin vorteilhaft, wenn das Innengehäuse relativ zum Diffusor im Umfang abgestützt werden kann. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Diffusorgehäuseabschnitt und dem Innengehäuse zumindest eine lösbare Zentrierbeilage angeordnet ist, welche eine Zentrierung der Bauteile zueinander bewirkt. Durch diese Zentrierbeilage kann die Abstützung und Zentrierung insbesondere des Innengehäuses bewirkt werden. Aufgrund der thermischen Dehnungen und der axialen Verschiebbarkeit des Innengehäuses relativ zum Diffusor führt die Zentrierung des Innengehäuses relativ am Diffusorgehäuseabschnitt zu einer Reibung zwischen den Bauteilen. Durch den vorteilhaften Einsatz einer lösbaren Zentrierbeilage wird der Austausch der Zentrierbeilage im Verschleißfall begünstigt.
  • Zur Sicherung der Lage der Zentrierbeilage zwischen dem Diffusorgehäuseabschnitt und dem Innengehäuse wird diese in vorteilhafter Weise in der Begrenzungsnut angeordnet, wobei der Begrenzungssteg mit seinem Außenumfang an der Zentrierbeilage anliegt. Insofern erfolgt die Zentrierung des Innengehäuses relativ zum Diffusor durch eine Anlage des Außenumfangs des Begrenzungsstegs mit zwischenliegender Zentrierbeilage am Nutgrund der Begrenzungsnut.
  • Zur Verhinderung einer axialen Bewegung der Zentrierbeilage innerhalb der Begrenzungsnut wird in vorteilhafter Weise die Lage der Zentrierbeilage durch die Verschleißbeilage gesichert. Hierbei kann durch geeignete Mittel die Lage der Zentrierbeilage durch die Montage der Verschleißbeilage in axialer Richtung gesichert werden. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Zentrierbeilage an einer Stirnseite zumindest eine sich entlang einer Flanke der Begrenzungsnut erstreckende Haltelasche aufweist. Hierbei wird in vorteilhafter Weise in der Verschleißbeilage oder in der Flanke der Begrenzungsnut eine Tasche angeordnet, in der die Haltelasche eingreift. Somit kann durch die Verschleißbeilage unter Ergreifung der Haltelasche die axiale Lage der Zentrierbeilage gesichert werden.
  • Zur spielfreien Verbindung des Innengehäuses mit dem Diffusor zur Sicherstellung einer Zentrierung der Bauteile zueinander ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Zentrierbeilage im nicht eingebauten Zustand eine von einer Kreisform abweichende Formgebung aufweist. Hierbei ist vorgesehen, dass durch den Zusammenbau des Diffusors mit dem Innengehäuse eine Verformung der Zentrierbeilage erfolgt, so dass diese nachfolgend im Wesentlichen eine Kreisform einnimmt.
  • Wie die Zentrierbeilage hierbei geformt ist, ist zunächst unerheblich, sofern sich durch eine Verformbarkeit der zunächst unrunden Zentrierbeilage eine spielfreie Zentrierung des Innengehäuses relativ zum Diffusor erzielen lässt. Eine besonders vorteilhafte Formgebung der Zentrierbeilage im nicht verformten Zustand wird beispielsweise durch eine lokale im Umfang verteilt angeordnete Wellenform der Zentrierbeilage erzielt. Insofern können beispielsweise auf einem Halbkreis zwei oder mehr Wellen innerhalb der Zentrierbeilage vorgesehen sein, welche beim Fügen des Diffusors am Innengehäuse flach gedrückt werden, so dass die Zentrierbeilage im eingebauten Zustand im Wesentlichen der Kreisform entspricht.
  • Grundsätzlich ist es möglich, eine einzelne Zentrierbeilage einzusetzen, welche sich hierbei im Wesentlichen über den gesamten Umfang erstreckt. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein quer genuteter Ring zur Montage zunächst verformt wird und nach Einfügen in die Begrenzungsnut zurückfedert und eine ringförmige Gestalt annimmt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn zumindest zwei Zentrierbeilagen eingesetzt werden, welche sich zusammen über zumindest 300 Grad im Umfang erstrecken. Somit können die beiden Zentrierbeilagen in einfacher Weise am Diffusor bzw. am Innengehäuse befestigt werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn jede Zentrierbeilage eine mittlere Haltelasche aufweist, wobei demgegenüber an einer Verschleißbeilage eine entsprechende Tasche angeordnet ist, welche die Lage der Zentrierbeilage neben der Sicherung in axialer Richtung ebenso eine Festlegung der Position der Zentrierbeilage in Umfangsrichtung bewirkt.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn jede Zentrierbeilage weiterhin zumindest zwei äußere Haltelaschen aufweist, so dass die axiale Lage der Zentrierbeilage gesichert ist. Dazu weist die entsprechende Verschleißbeilage bzw. die zugehörigen Verschleißbeilagen äußere Taschen auf, die um einen Verformungsausgleich in Umfangsrichtung gegenüber den Haltelaschen vergrößert sind. Dieses größere Spiel der äußeren Taschen gegenüber den Haltelaschen ist erforderlich, wenn bei Montage des Diffusors am Innengehäuse eine Verformung der Zentrierbeilage ausgehend von einer unrunden Form zu einer Kreisform stattfindet und somit sich die Lage der äußeren Haltelaschen in Umfangsrichtung verschiebt.
  • In den nachfolgenden Figuren wird ein exemplarisches Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Verbindung zwischen einem Diffusor der Gasturbine und einem Innengehäuse der Gasturbine skizziert.
  • Es zeigen:
    • FIG 1
    eine schematische Ansicht auf eine Gasturbine;
    FIG 2
    einen Schnitt durch die Gasturbine im Verbindungsbereich zwischen Diffusor und Innengehäuse;
    FIG 3
    eine Detailansicht im Schnitt zwischen Diffusor und Innengehäuse im Bereich der Einstellschraube;
    FIG 4
    einen Schnitt durch Diffusor und Innengehäuse im Bereich der Befestigung der Verschleißbeilage;
    FIG 5
    einen Schnitt durch Diffusor und Innengehäuse im Bereich eines Sperrstifts.
  • In FIG 1 ist schematisch eine Gasturbine 01 skizziert, welche 01 in bekannter Weise einen Verdichter 03, eine Turbine 04 sowie eine Mittelsektion 05 umfasst. Ein Rotor 06 erstreckt sich hierbei durch die Gasturbine 01 vom Verdichter 03 über die Mittelsektion 05 bis zur Turbine 04. An den Verdichter 03 schließt sich ein Diffusor 11 an, welcher 11 eine Zuführung der verdichteten Verbrennungsluft zu einer Brennkammer 07 bewirkt.
  • In der nachfolgenden Figur 2 wird die Mittelsektion 05 näher betrachtet, wobei zunächst einmal wiederum der Rotor 06 sowie der Diffusor 11 zu erkennen ist. Dieser 11 umfasst einen den Rotor 06 abschnittsweise umgebenden Diffusorgehäuseabschnitt 12 auf. An diesen 12 anschließend umgibt ein Innengehäuse 21 den Rotor 06. Das Innengehäuse 21 ist hierbei axial relativ zum Diffusorgehäuseabschnitt 12 beweglich, wobei eine Rotation der Bauteile relativ zueinander durch einen Sperrstift 18 verhindert wird.
  • Die Begrenzung der axialen Bewegung des Innengehäuses 21 relativ zum Diffusorgehäuseabschnitt 12 wird in nachfolgender Figur 3 skizziert. Zu erkennen ist wiederum das Innengehäuse 21, welches 21 einen sich vom Rotor 06 weg erstreckende Begrenzungsnut 23 aufweist. In der Begrenzungsnut 23 ist einseitig eine Verschleißbeilage 23 angeordnet, welche 23 eine Innenanlagefläche 24 bildet. Am Grund der Begrenzungsnut 22 befindet sich eine Zentrierbeilage 26, welche 26 eine Zentrierung der Bauteile 12, 21 relativ zueinander bewirkt.
  • Weiterhin zu erkennen ist der den Rotor 06 umgebende Diffusorgehäuseabschnitt 12 mit einem sich zum Rotor 06 erstreckenden Begrenzungssteg 13. In dem Begrenzungssteg 13 ist eine Einstellschraube 14 gelagert, welche 14 an einem Kopf eine Diffusoranlagefläche 15 gegenüberliegend zu der Innenanlagefläche 24 aufweist. Der Außenumfang des Begrenzungsstegs 13 bildet eine Gleitfläche 25, welche 25 an der Zentrierbeilage 26 zur Anlage kommt. Die Einstellschraube 14 wird zur Montage derartig eingestellt, dass bei Montage des Diffusors 11 am Innengehäuse 21 zwischen der Diffusoranlagefläche 15 und der Innenanlagefläche 24 ein sich in Axialrichtung erstreckender Spalt zwischen 0,01 mm und 2 mm vorhanden ist. Dieser axiale Spalt zwischen den Anlageflächen 15, 24 kann sich im Betrieb der Gasturbine auf 0 reduzieren, so dass eine weitere Bewegung des Innengehäuses 21 relativ zum Diffusor 11 in einer voneinander weg weisenden Richtung begrenzt ist.
  • Die Sicherung der Lage der Verschleißbeilage 23 sowie der Zentrierbeilage 26 ist in der nachfolgenden Figur 4 skizziert. Zu erkennen ist wiederum der Diffusorgehäuseabschnitt 12 mit dem Begrenzungssteg 13, sowie das Innengehäuse 21 mit der Begrenzungsnut 22. Innerhalb der Begrenzungsnut 22 ist die Verschleißbeilage 23 an einer Flanke der Begrenzungsnut 22 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Verschleißbeilage 23 mittels einer Befestigungsschraube 27 fixiert. In radialer Richtung ist die Lage der Zentrierbeilage 26 durch den Befestigungssteg 13 sowie den Nutgrund der Befestigungsnut 22 festgelegt. Die axiale Lage der Zentrierbeilage 26 wird durch sich eine an einer Stirnseite der Zentrierbeilage 26 radial nach außen erstreckenden Haltelasche 28 gesichert. Diese 28 wird von einem Arretierungsstift gehalten.
  • In der nachfolgenden Figur 5 ist nochmal eine Detailansicht zur Darstellung aus FIG 2 skizziert. Zu erkennen ist wiederum der Diffusorgehäuseabschnitt 12 sowie das Innengehäuse 21. Zur Verhinderung einer Rotation des Innengehäuses 21 relativ zum Diffusor 11 ist vorgesehen, dass im Begrenzungssteg 13 im Diffusorgehäuseabschnitt 12 eine Sperrstiftnut 19 eingebracht ist. An übereinstimmender Stelle wird hierzu beidseitig der Begrenzungsnut 22 des Innengehäuses 21 eine Sperrstiftnut 29 eingebracht. Durch Einsetzen eines Sperrstiftes 18 wird eine Verdrehsicherung des Innengehäuses 21 relativ zum Diffusor 11 erzielt.

Claims (14)

  1. Gasturbine (01) mit einem Verdichter (03) und mit einer Mittelsektion (05) und mit einer Turbine (04), welche (03, 04, 05) einen Rotor (06) umfassen, wobei am Ende des Verdichters (03) ein Diffusor (11) angeordnet ist, welcher (11) einen den Rotor (06) in der Mittelsektion (05) abschnittsweise umgebenden Diffusorgehäuseabschnitt (12) umfasst, wobei die Mittelsektion (05) ein den Rotor (06) abschnittsweise umgebendes Innengehäuse (21) umfasst, welches (21) in axialer Richtung relativ zum Diffusorgehäuseabschnitt (12) begrenzt beweglich ist, wobei der Diffusorgehäuseabschnitt (12) zumindest eine Diffusoranlagefläche (15) und das Innengehäuse (21) zumindest eine Innenanlagefläche (24) aufweist, welche (15, 24) bei Anlage aneinander die axiale Bewegung in einer von einander wegweisenden Richtung begrenzen, wobei die Diffusoranlagefläche (15) relativ am Diffusorgehäuseabschnitt (12) oder die Innenanlagefläche (24) relativ am Innengehäuse (21) verstellbar angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Diffusoranlagefläche an einer Verschleißbeilage angeordnet ist, welche lösbar am Diffusorgehäuseabschnitt angeordnet ist; oder
    wobei die Innenanlagefläche (24) an einer Verschleißbeilage (23) angeordnet ist, welche (23) lösbar am Innengehäuse (21) angeordnet ist.
  2. Gasturbine (01) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im kalten Zustand der Abstand zwischen der Diffusoranlagefläche (15) und der Innenanlagefläche (24) zwischen 0,01 mm und 2 mm beträgt.
  3. Gasturbine (01) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Diffusoranlagefläche (15) oder die Innenanlagefläche an einer Stirnseite am Kopf einer Einstellschraube (14) angeordnet ist, wobei die Anlagefläche (15) zumindest 125% des Querschnitts der Einstellschraube (14) entspricht.
  4. Gasturbine (01) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Antrieb am Fuß der Einstellschraube (14) angeordnet ist.
  5. Gasturbine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Diffusorgehäuseabschnitt (12) zumindest einen sich in Richtung Rotor (06) erstreckenden Begrenzungssteg (13) aufweist; oder
    dass das Innengehäuse zumindest einen sich vom Rotor weg erstreckenden Begrenzungssteg aufweist.
  6. Gasturbine (01) nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Einstellschraube (14) in dem Begrenzungssteg (13) angeordnet ist.
  7. Gasturbine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Diffusorgehäuseabschnitt zumindest eine sich zum Rotor hin öffnende Begrenzungsnut aufweist,; oder
    dass das Innengehäuse (21) zumindest eine sich vom Rotor (06) weg öffnende Begrenzungsnut (22) aufweist.
  8. Gasturbine (01) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verschleißbeilage (23) in der Begrenzungsnut (22) angeordnet ist.
  9. Gasturbine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest zwei Verschleißbelagen (23) vorhanden sind, welche (23) als Ringsegmente ausgeführt sind.
  10. Gasturbine (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen dem Diffusorgehäuseabschnitt (12) und dem Innengehäuse (21) zumindest eine lösbare Zentrierbeilage (26) angeordnet ist, welche (26) eine Zentrierung der Bauteile (12, 21) zueinander bewirkt.
  11. Gasturbine (01) nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zentrierbeilage (26) in der Begrenzungsnut (22) angeordnet ist, wobei der Begrenzungssteg (13) an der Zentrierbeilage (26) anliegt.
  12. Gasturbine (01) nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die axiale Lage der Zentrierbeilage (26) in der Begrenzungsnut (22) durch die Verschleißbeilage (23) gesichert wird.
  13. Gasturbine (01) nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zentrierbeilage (26) an einer Stirnseite zumindest eine sich entlang einer Flanke der Begrenzungsnut (22) erstreckende Haltelasche (28) aufweist, welche (28) von der Verschleißbeilage (23) gehalten wird.
  14. Gasturbine (01) nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest zwei Zentrierbeilagen (26) vorhanden sind, welche (26) sich zusammen über zumindest 300° im Umfang erstrecken, wobei eine mittlere Haltelasche (28) durch eine zugehörige Tasche an der Verschleißbeilage (23) oder in einer Flanke der Begrenzungsnut (22) in Umfangsrichtung zentriert wird und wobei zumindest zwei äußere Taschen um zumindest einen Verformungsausgleich in Umfangsrichtung gegenüber den Haltelaschen (28) vergrößert sind.
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