EP3947915A1 - Verfahren zur durchführung von servicemassnahmen an einer energieumwandlungsanlage und energieumwandlungsanlage - Google Patents

Verfahren zur durchführung von servicemassnahmen an einer energieumwandlungsanlage und energieumwandlungsanlage

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EP3947915A1
EP3947915A1 EP20725415.2A EP20725415A EP3947915A1 EP 3947915 A1 EP3947915 A1 EP 3947915A1 EP 20725415 A EP20725415 A EP 20725415A EP 3947915 A1 EP3947915 A1 EP 3947915A1
Authority
EP
European Patent Office
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combustion chamber
rotor
compressor
hot gas
gas turbine
Prior art date
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Pending
Application number
EP20725415.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Bullinger
Martin Grosshäuser
Andreas Pahl
Dietmar Reiermann
Michael Rindler
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Priority to EP25207485.1A priority patent/EP4653667A3/de
Priority to EP24198900.3A priority patent/EP4455452A3/de
Publication of EP3947915A1 publication Critical patent/EP3947915A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for performing service measures on an energy conversion system and to an energy conversion system.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and an energy conversion system according to claim 10, in which a corresponding existing gas turbine is provided or correspondingly modified or newly produced.
  • FIG. 1 a gas turbine
  • FIG. 2 a combustion chamber
  • FIG. 3 a turbine rotor blade
  • FIG. 4 a list of superalloys
  • FIG. 5 a gas turbine in cross section with an improved bearing
  • FIG. 6 shows a cross section of a gas turbine with improved burners
  • FIG. 7 shows a housing of a compressor in cross section with a gas turbine
  • FIG. 8 shows a cross section of a gas turbine with one guide and rotor blade area each in the stages
  • FIG. 9 shows a turbine blade with cooling holes on the
  • FIG. 10 shows a cooled tip of a turbine blade
  • FIG. 11 shows a blade carrier of a rear turbine stage
  • FIG. 12 shows a transition from the combustion chamber brick to the guide vane
  • FIG. 13 shows a sealing arrangement of a guide vane carrier, Figure 14 combustion chamber bricks in a combustion chamber with
  • FIG. 15 a combustion chamber brick
  • FIGS. 20, 21 show a burner with modified guide vanes of the swirler
  • FIG. 22 a modified foot of a steam turbine
  • FIG. 23 a device for monitoring the combustion dynamics
  • Figure 24 shows a power generation plant.
  • FIG. 1 shows, by way of example, a gas turbine engine 100 in a partial longitudinal section.
  • the gas turbine engine 100 has in the interior a rotor 103 which is rotatably mounted about an axis of rotation 102 and has a turbine rotor blade 120, which is also referred to as a turbine rotor.
  • the annular combustion chamber 110 communicates with a preferably annular hot gas duct 111.
  • a preferably annular hot gas duct 111 There, for example four turbine stages 112 connected in series, the turbine 108.
  • Each turbine stage 112: I, II, III, IV is preferably formed from two blade rings.
  • a row of guide vanes 115 in the hot gas channel 111 is followed by a row of blades 125 formed from blades 120.
  • the guide vanes 130 are attached to a gas turbine housing 138 of a stator 143, whereas the rotor blades 120 of a rotor blade row 125 are attached to the rotor 103, for example by means of a turbine disk 133.
  • a generator 5 (FIG. 24) or a work machine (not shown) is coupled to the rotor 103.
  • the compressor 105 sucks in air 135 through the intake housing 104 and compresses it.
  • the compressed air made available at the end of the compressor 105 on the turbine side is fed to the burners 107 in a combustion chamber 110 and mixed there with a fuel.
  • the mixture is then burned in the combustion chamber 110 with the formation of the working medium 113.
  • the working medium 113 flows along the hot gas duct 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 relaxes on the rotor blades 120, transmitting impulses, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and the rotor 103 drives the machine coupled to it .
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during the operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112 are most thermally loaded. In order to withstand the temperatures prevailing there, they can be cooled by means of a coolant.
  • substrates of the components can have a directional structure, i.e. they are monocrystalline (SX structure) or only have longitudinal grains (DS structure).
  • Iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used as the material for the components, in particular for the turbine blades 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • Such superalloys are preferably known from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949 or are listed in FIG.
  • the blades 120, 130 can have coatings against
  • M is at least one element from the group cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or tantalum (Ta) and / or at least one element of the rare earths or hafnium (Hf) or Iron (Fe).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • a thermal insulation layer can also be present on the MCrAIX and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or calcium oxide and / or magnesium oxide and / or erbium oxide and / or ytterbium oxide.
  • the guide vane 130 has a guide vane root (not shown here) facing the gas turbine housing 138 of the turbine 108 and a guide vane head opposite the guide vane root.
  • the guide vane head faces the rotor 103 and is fixed on a fastening ring 140 of the stator 143.
  • FIG. 2 shows a combustion chamber 110 of a gas turbine.
  • the combustion chamber 110 is designed, for example, as a so-called annular combustion chamber in which a large number of Burners 107 arranged in the catch direction around an axis of rotation 102 open into a common combustion chamber 110, which generate flames 156.
  • the combustion chamber 110 is designed in its entirety as an annular structure which is positioned around the axis of rotation 102.
  • the combustion chamber 110 is designed for a comparatively high temperature of a working medium of approximately 1273K to 1873K.
  • the combustion chamber wall 153 of the combustion chamber 110 is provided with an inner lining formed from heat shield elements 155 on its side facing the working medium.
  • Each heat shield element 155 made of an alloy is equipped on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer (MCrAlX layer and / or ceramic coating) or is made of high-temperature-resistant material (solid ceramic stones).
  • M is at least one element from the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or silicon (Si) and / or tantalum (Ta) and / or at least one rare earth element or hafnium (Hf) and / or iron (Fe).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • a ceramic thermal insulation layer for example, can also be present on the MCrAIX and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide and / or erbium oxide, ytterbium oxide and / or Hafnium oxide.
  • the thermal insulation layer can have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • Refurbishment means that heat shield elements 155 may have to be freed of protective layers after they have been used (for example by sandblasting). The corrosion and / or oxidation layers or products are then removed. If necessary, cracks in the heat shield element 155 are also repaired. The heat shield elements 155 are then recoated and the heat shield elements 155 are used again.
  • a cooling system can also be provided for the heat shield elements 155 or for their holding elements.
  • the heat shield elements 155 are then, for example, hollow and possibly also have cooling holes (not shown) opening into the combustion chamber space 154.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a rotating vane 120 or guide vane 130 of a turbomachine, which extends along a longitudinal axis 121.
  • the turbo machine can be a gas turbine of an aircraft or a power plant for generating electricity, a steam turbine or a compressor.
  • the blade 120, 130 has, following one another along its longitudinal axis, a fastening area 400, a blade platform 403 adjoining it, and a blade 406 and a blade tip 415.
  • a guide vane 130 As a guide vane 130, it can have a further platform at its vane tip 415 (not shown).
  • a blade root 183 is formed, which serves to fasten the rotor blades 120, 130 to a shaft or a turbine disk 133 (FIG. 1).
  • the blade root 183 is designed, for example, as a hammer head. Other configurations than a fir tree or dovetail foot are possible.
  • the blade 120, 130 has a leading edge 409 and a trailing edge 412 for a medium that flows past the blade 406.
  • Such superalloys are preferably known from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949 or from FIG.
  • the blade 120, 130 can be produced by a casting process, also by means of directional solidification, by a forging process, by a milling process, or combinations thereof.
  • Workpieces with a monocrystalline structure or structures are used as components for machines that are exposed to high mechanical, thermal and / or chemical loads during operation.
  • Such monocrystalline workpieces are manufactured e.g. by directional solidification from the melt. These are casting processes in which the liquid metallic alloy is converted into a monocrystalline structure, i.e. to a single crystal workpiece, or solidified in a directional manner.
  • Dendritic crystals are aligned along the heat flow and either form a columnar grain structure, ie columnar, and thus grains that run the entire length of the workpiece and are here, according to common parlance, referred to as directionally solidified, or a monocrystalline structure , ie the entire workpiece consists of a single crystal.
  • directionally solidified or a monocrystalline structure , ie the entire workpiece consists of a single crystal.
  • the transition to globulitic (polycrystalline) solidification must be avoided, since undirected growth necessarily results in transverse and longitudinal grain boundaries. form zen, which destroy the good properties of the directionally solidified or monocrystalline component.
  • directionally solidified structures are generally referred to, this means both single crystals that have no grain boundaries or at most small-angle grain boundaries, as well as columnar crystal structures that have grain boundaries running in the longitudinal direction but no transverse grain boundaries. These second-mentioned crystalline structures are also referred to as directionally solidified structures.
  • the blades 120, 130 can likewise have coatings against corrosion or oxidation: in particular MCrAIX; M is at least one element from the group cobalt (Co) or nickel (Ni), X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or tantalum (Ta) and / or at least one element of the rare earths and / or hafnium (Hf) and / or iron (Fe).
  • MCrAIX is at least one element from the group cobalt (Co) or nickel (Ni)
  • X is an active element and stands for yttrium (Y) and / or tantalum (Ta) and / or at least one element of the rare earths and / or hafnium (Hf) and / or iron (Fe).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 or EP 1 306 454 A1.
  • the density is preferably 95% of the theoretical density.
  • a thermal insulation layer which is preferably the outermost layer, can also be present on the MCrAIX and consists for example of ZrO 2 , Y 2 O 3 -ZrO 2 , ie it is not, partially or completely stabilized by yttrium oxide
  • the thermal insulation layer covers the entire MCrAlX layer.
  • thermal insulation layer can have porous, micro- or macro-cracked grains for better thermal shock resistance.
  • the thermal barrier coating is therefore preferably more porous than that
  • Refurbishment means that components 120, 130 may have to be freed of protective layers after their use (e.g. by sandblasting). The corrosion and / or oxidation layers or products are then removed. If necessary, cracks in the component 120, 130 are also repaired. Then the component 120, 130 is recoated and the component 120, 130 is used again.
  • the blade 120, 130 can be made hollow or solid. If the blade 120, 130 is to be cooled, it is hollow and optionally also has cooling holes 418 (indicated by dashed lines).
  • FIG. 24 shows an example of an energy conversion system 1 with a system. This arrangement according to FIG. 24 can be present several times in an energy conversion system or else in a modified form.
  • the gas turbine 100 is coupled to a generator 5 for generating electricity via a transmission 4 or a clutch 4.
  • the generator 5 is also connected to a steam turbine 6 via a coupling 2.
  • Steam turbines 6 are available when it is a combined power plant.
  • An energy conversion system 1 can also have only one gas turbine 100 without a steam turbine 6.
  • a condenser 7 is connected to the steam turbine 6, if present.
  • the exhaust gas from the gas turbine 100 flows through a diffuser 8 into a heat recovery system 9, in which the hot exhaust air is used to generate steam.
  • the defective components include turbine blades or their coatings
  • the defective components can preferably only comprise turbine blades.
  • the defective components can preferably only be turbine blades or their coatings
  • measures to extend the service life of components and measures to optimize components can preferably be carried out as further measures.
  • the service measures preferably at least one, in particular at least two identical,
  • At least one, in particular at least two, is preferably identical
  • Burner compressor blade, compressor housing, turbine blades, gas turbine housing, impeller, heat shields or combustion chamber bricks, seals and / or transition to combustion chamber - turbine,
  • the new rotor bearing is at least 5% longer or that a new rotor bearing at least 370mm long is installed
  • the compressor has a compressor housing which is or will be formed in two parts, and
  • the outer compressor housing has a second material that is clearly different from the first material, in particular gray cast iron, as the impeller,
  • the inner compressor housing is made of gray cast iron or is replaced by gray cast iron
  • stages (I, II, III, IV) of rotor and guide vanes with more high-temperature resistant rotor and guide vanes, especially in stages (I, II),
  • the rotor blades or guide blades in the hot gas duct (111) have a directionally solidified microstructure in the form of a columnar solidified microstructure
  • a segmented ceramic layer based on yttrium-stabilized zirconium oxide (HGB) is present or applied to the rotor blades and guide blades, or the rotor blades and guide blades for the metallic substrate have a single-crystalline microstructure or are incorporated ,
  • the ceramic coating has partially stabilized yttrium-stabilized zirconium oxide
  • stages (I, II, III, IV) of rotor and guide vanes in which the rotor and guide vanes are installed, especially in stages (I, II),
  • stages (I, II, III, IV) of rotor blades and guide vanes whereby rotor blades of stage (IV) are installed that are not cooled
  • stage (IV) turbine vanes and blades which were present in the middle of the stage (IV) between the guide vane and the rotor and were previously used, to cool the stage (IV) turbine vanes and blades, or
  • combustion chamber with combustion chamber bricks or heat shields, a hot gas duct with a bladed rotor,
  • front element in the flow direction has a first nose and the second rear element in the flow direction has a second nose formed over it, so that an S-shaped gap is formed, whereby the opening of the gap in the hot gas duct is at the rear as seen in the direction of flow,
  • combustion chamber with heat shields or combustion chamber bricks, a hot gas duct with a bladed rotor,
  • combustion chamber bricks are installed that are designed in such a way that
  • a method for changing a gas turbine engine which has at least
  • combustion chamber with combustion chamber bricks and burners, a hot gas duct with a rotor,
  • modified guide vanes are built into the swirler of the burner
  • the steam turbine having turbine blades, the turbine blade having a base with recesses,
  • the compressor has a compressor housing which is formed in two parts and
  • an inner compressor housing as a blade carrier, which comprises a first material
  • an outer compressor housing as a blade carrier is a second material that is significantly different from the first material having,
  • the inner compressor housing has gray cast iron as a blade carrier or is replaced by gray cast iron
  • stages (I, II, III, IV) of rotor blades and guide blades whereby the turbine rotor blades and guide blades,
  • the rotor blades or guide vanes in the hot gas duct have a directionally solidified microstructure in the form of a columnar solidified microstructure
  • stages (I, II, III, IV) of moving and guide blades in which the moving and guide blades,
  • stages (I, II, III, IV) of rotor blades and guide vanes whereby the rotor blade of stage (IV) does not have to be cooled
  • the front plenum being present in the flow direction behind the rotor blade of stage (III) and above the guide vane of stage (IV) and
  • stage (III) which cools stage (III) from the rear plenum, or Gas turbine machine
  • combustion chamber with combustion chamber bricks or heat shields, a hot gas duct with a bladed rotor
  • front element in the flow direction has a first nose and the second rear element in the flow direction has a second nose formed over it, so that an S-shaped gap is formed
  • combustion chamber with heat shields or combustion chamber bricks, a hot gas duct with a bladed rotor,
  • combustion chamber at the flow-side end of the heat shields or combustion chamber bricks are designed in such a way
  • the area of the guide vane depressions have a depression with a seal
  • combustion chamber is arranged a burner
  • a system is installed that monitors the combustion dynamics and accelerations based on the combustion and the combustion chamber
  • an exhaust gas of the gas turbine machine is used indirectly for the steam generation in a steam turbine, the steam turbine having blades with a blade foot,
  • FIG. 5 shows a gas turbine machine 100 with the compressor 105 and rotor 103 in cross section.
  • air 135 is pumped into the compressor 105, which has a compressor housing 19.
  • a rotor bearing 31 of the rotor 103 in the flow direction 11 of the gas turbine engine 100 at the beginning of the compressor 105 and near the intake housing 104 has a length of at least 370 mm and in particular a maximum of one length from 500mm to or, in the case of an upgrade or revision, is made at least 5% longer in order to achieve a lower surface pressure.
  • the built-in bearing does not have to be replaced or no longer has to be replaced at all, or the gas turbine machine 100 can be used until the end of its life.
  • the burner 107 ′ of a gas turbine engine 100 is modified on the basis of FIG. 1, 5 or 7, 8, 12 or 14.
  • the corrosive properties of the fuel in particular gas or oil that is burned, can vary locally.
  • the burner system with the burner 107 (FIG. 1) is exposed to the highest temperatures.
  • the fuel-supplying means such as pipes, in particular also of the burner 107 ', in particular of gas, are at least partially, in particular completely, internally provided with a diffusion coating, in particular aluminized, that is to say an internal plating is then used (or chrome plating, ...) used.
  • the interior coating can also be carried out with the means in the installed state.
  • the service life of the burner 107 'can thus be individually adapted to the particular conditions of use.
  • combustion chambers 111 Known systems such as ring combustion chambers or CANs are meant by combustion chambers 111.
  • FIG. 7 shows a similar arrangement of a cross section of a gas turbine engine 100 according to FIG. 1, 5, 6, 8, 12, 14 or 24, but with a now two-part compressor housing 19, which in the end region of the compressor 105 has an internal compressor housing 19 ′′ and an external one Has compressor housing 19 '.
  • the materials of the compressor housings 19 ′, 19 ′′, in particular if they are in one piece, are generally made of the same first material, in particular of gray cast iron.
  • the inner compressor housing 19 ′′ is produced as a guide vane carrier from a clearly different second material, in particular from a cast steel.
  • first and second material means that at least one alloy element differs by 10% by weight and / or at least one further alloy element is present or less present and / or one Another manufacturing process was used or has a different, distinguishable microstructure.
  • FIG. 8 shows in particular the hot gas duct 111 with its stages I, II, III and in particular also stage IV.
  • Levels I and II are exposed to higher thermal loads than levels III and IV.
  • Such a blade 120, 130 preferably has a directionally solidified structure SX, DS in the form of a columnar solidified microstructure, such as in particular alloys with the addition DS in FIG.
  • Another type of blade 120, 130 has a monocrystalline microstructure in the substrate, such as the alloy in FIG. 4 with the addition of SX or CMSX ....
  • the first stage I has a DS structure and in particular only the guide vane of stage I. .
  • the blades 120, 130 have cooling holes on the side surfaces of the blade platform 403, with the blade tips 415 in particular also being cooled.
  • a ceramic coating (TBC) based on partially stabilized YSZ (yttrium-stabilized zirconium oxide) has a porosity of 12 ⁇ 4%.
  • Another type of blade 120, 130 has a segmented TBC based on yttrium-stabilized zirconium oxide.
  • Another type of blade 120, 130 consists of a directionally solidified structure DS in the substrate, ie in the form of a columnar microstructure and with a TBC on the basis YSZ without segmentation.
  • FIG. 9 shows a turbine blade 120, 130, in particular proceeding from FIG. 3, in which, however, cooling holes 399 are present on the side surfaces 404 of the blade platform 403.
  • the cooling holes 399 on the side surfaces 404 can, as required, be present once or several times on one, two, three or all four side surfaces 404.
  • cooling holes 405 can also be present on the blade tip 415 (only shown schematically).
  • Cooling air holes 418 are also provided on the airfoil 406 in a known manner.
  • cooling holes 399, 405, 418, 501 can run at an angle different from 90 ° to the side surface 404 of the blade platform 403 and / or have a diffuser.
  • FIG. 10 shows a blade tip 415, 500 of a turbine rotor blade 120, in particular of stages I, II.
  • the blade tip 500 has two webs 503, 505 running on the outside, which, viewed in cross section, enclose a depression 504.
  • the original recess 504 is indicated by dashed lines and has a rectangular cross-section.
  • the blade tip 500 has a step-shaped shoulder 507 in the depression 504, which is directly connected to the web 505 of the suction side and thus initially represents additional material in the depression 504.
  • a cooling air hole 501 now extends from the interior of the rotor blade 120 through the shoulder 507 in order to prevent the
  • the cooling air hole 501 is preferably aligned with the longitudinal axis 121 of the turbine blade 120.
  • FIG. 11 shows a blade carrier 5W with a modified cooling air supply.
  • Stage IV is fastened in the area of this blade carrier 5W.
  • the front plenum 54 Seen in the direction of flow 11 there is a front plenum 54 and a rear plenum 57 outside the hot gas duct 111, which have different pressures 54, 57 for technical reasons.
  • the front plenum 54 viewed in the flow direction 11, is preferably present behind the rotor blade of stage III and in the area above the guide blade IV.
  • Two channels 53 are shown in the blade carrier 5W in FIG. 11, which were used in older models to cool the turbine guide vanes and blades in stage IV or generally to supply cooling air.
  • the two channels 53 were present in the area of stage IV between guide 401 and rotor blade 402 of stage V and ran almost perpendicularly or only at an acute angle to the axis of rotation 102.
  • These two channels 53 are closed, if present, and a new one is created long channel 60, starting from the rear plenum 57, is subsequently introduced into the blade carrier 50 or a new blade carrier 50 is provided which only has has such a channel 60.
  • the channel 60 runs approximately parallel to the inner surface of the hot gas channel 111.
  • FIG. 12 shows the transition from a last heat shield 155 or combustion chamber brick 155 of the combustion chamber 110 to a guide vane 130 of stage I. It can be seen that a gap 64 is present between the heat shield 155 and the guide vane 130.
  • the rounding 72 at the flow-side end of the heat shield / combustion chamber brick 155 and the opposite rounding 75 of the guide vane 130 of stage I are designed in the same way.
  • FIG. 13 shows a sealing arrangement 79 of a guide vane carrier 50 (FIG. 11), which leads to a lower consumption of cooling air.
  • the individual elements 81, 83 of the guide vane carrier 79 have a gap 80, which here is labyrinthine or S-shaped.
  • the lower cooling air consumption is achieved in that the front element 81 in the flow direction 11 has a first nose 82 and the rear second element 83 in the flow direction 11 has a second nose 85 formed above it, so that an S-shaped gap 80 is formed and the nose 82 of the front element 81 forms part of the hot gas duct 111.
  • the opening of the gap in the hot gas duct 111 is at the rear as seen in the direction of flow.
  • FIG. 14 shows a combustion chamber 110 with combustion chamber bricks 601, 604, 610, which lead to a spoiler effect.
  • the combustion chamber bricks 601, 602 or 603, 605 are arranged in a row and in the circumferential direction as seen in the flow direction 11.
  • Combustion chamber bricks 603, 605; 604 is present, further such combustion chamber stones being arranged around the axis of rotation 102 in the circumferential direction.
  • only one combustion chamber brick 604 is preferably configured in the shape of a spoiler, whereas further radially at the outer end of the combustion chamber 110 at least the penultimate and last row of combustion chamber stones 603, 605 together show a gradual increase in the
  • FIG. 15 shows a combustion chamber brick 155 with a side surface 35
  • FIGS. 16, 17 show sectional views of FIG
  • FIG. 15 shows the side surface 35 of a combustion chamber brick 155, as used in a combustion chamber 110, with one side surface 35 having two elongated recesses 40, 40 'in which a holder engages from the rear and a corresponding through opening 42 on the rear 43 of the combustion chamber brick 155, which is opposite the top side 44.
  • An undercut 41 is provided on the rear side 43 of the combustion chamber brick 155 along the side surface with the depressions 40.
  • FIG. 16 shows a section through two combustion chamber bricks according to FIG. 15 placed next to one another along the through opening 42 ', 42 ′′, whereas in FIG. 17 a gap between two combustion chamber bricks 155 according to FIG. 15 outside the opening 42 or elongated recess 40 is shown. is.
  • FIG. 18 shows a lower turbine housing part 550 with the guide vane depressions 553 and channel 557 in the contact surface 600 for the other, upper housing half.
  • One or more additional depressions 630 and a seal are made in this contact surface 600 in order to reduce leakages in this area (FIG. 19). Effi ciency
  • FIG. 20 shows a burner 70 which has a swirler in which air and fuel are mixed with one another.
  • FIG. 21 Two different guide vanes 73 ', 73 "of the swirler are shown in FIG. 21 and show at a different, changed, shallower angle (73') from the first position to a second position and / or a torsion of the guide vane 73" along a trailing edge in order to achieve better turbulence.
  • the original position of the guide vane of the swirler is indicated by dashed lines, whereas the dashed line in the case of the guide vane 73 ′′ shows how it is twisted along its longitudinal axis, which runs parallel to the leading edge .
  • Gas turbines can be operated alone to operate a generator, but often also in combination with steam turbines in a combined cycle plant.
  • a steam turbine 6 Due to the higher power generated by the gas turbine, the performance of a steam turbine 6 must also be adapted. This takes place in particular, as shown in FIG. 22, that a blade root of a turbine blade 883 in the three depressions 886 ', 886 ", 886"' of the fir tree root 880 has a larger radius than before. lifespan
  • combustion stability and the dynamics also have a very high influence on the service life of the system, so that a control system 90 is installed here, which registers the combustion dynamics and acceleration (FIG. 23).
  • Some of the measures in service can be carried out together because the measures can be carried out together more easily and, if necessary, in parallel.
  • Some measures can be offered to the operator of the system free of charge and used to make the next service interval miss longer or even to skip it or to reduce costs during operation by increasing the degree of efficiency, which the service provider has to deal with is involved.
  • service contracts are often concluded which are offered to the operator of the energy conversion plant a service maintenance contract that includes that a certain mileage (service life) is guaranteed with certain performance features with specified service intervals.
  • new burners when replacing turbine blades, new burners can be used that have an aluminum coating so that servicing of the burner components is not necessary for the next or the next interval. This avoids downtimes.
  • a service life can be extended or a service measure brought forward so that the next service measure is significantly shortened because measures for dismantling the bearings, dismantling the turbine blades, replacing combustion chamber bricks, changing the housing, etc. have different maintenance times included.
  • the flexible refurbishment includes extended remote monitoring and diagnosis functions as part of the Omnivise Digital Services portfolio as well as spare parts deliveries, scheduled maintenance and performance guarantees during the operating period of the system. With its high degree of efficiency in partial load operation and its high operational flexibility, the combined cycle power plant and its associated services will complement the fluctuating renewable energy sources in the region as part of this flexible refurbishment.
  • the long-term, flexible service goes one step further and offers a maintenance program that is individually tailored to special needs and requirements. It does not matter whether the power plant operator wants to maximize his production by extending the time between the inspections, whether the inspections are carried out during the scheduled one
  • the long-term, flexible refurbishment can be adapted to needs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung von Servicemaßnahmen von Energieerzeugungsanlagen.

Description

Verfahren zur Durchführung von Servicemaßnahmen an einer Energieumwandlungsanlage und Energieumwandlungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Servicemaßnahmen an einer Energieumwandlungsanlage und eine Energieumwandlungsanlage .
An Gasturbinen in Energieumwandlungsanlagen gibt es verschie- dene Anforderungen.
Dies können Maschinen zur Grundlastversorgung sein oder zum Ausgleich von Lastwechseln, insbesondere aufgrund von erneu- erbaren Energien, deren Input ins Stromnetz variieren kann. Anforderungen können verschiedene Standorte, Kühlmöglichkei- ten, Brennstoffe usw. sein.
Darüber hinaus gibt es auch verschiedene Anforderungen an die gewünschten Serviceintervalle oder an Modifikationen und Ver- besserungen aufgrund verschiedener Ausgangsmodelle.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Modifikationen aufzuzei- gen, die verschiedenen Einsatzbedingungen oder Anforderungen des Kunden entsprechen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Energieumwandlungsanlage gemäß Anspruch 10, bei dem eine entsprechende vorhandene Gasturbine bereitgestellt bzw. entsprechend modifiziert ist oder neu hergestellt wird.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön- nen, um weitere Vorteile zu erzielen. Es zeigen die
Figur 1 eine Gasturbine, Figur 2 eine Brennkammer, Figur 3 eine Turbinenlaufschaufel, Figur 4 eine Liste von Superlegierungen, Figur 5 eine Gasturbine im Querschnitt mit einem ver- besserten Lager,
Figur 6 einen Querschnitt einer Gasturbine mit verbes- serten Brennern,
Figur 7 ein Gehäuse eines Kompressors im Querschnitt mit einer Gasturbine,
Figur 8 einen Querschnitt einer Gasturbine mit jeweils einem Leit- und Laufschaufelbereich in den Stufen,
Figur 9 eine Turbinenschaufel mit Kühllöchern an den
Seitenflächen,
Figur 10 eine gekühlte Spitze einer Turbinenschaufel, Figur 11 einen Schaufeiträger einer hinteren Turbinen- stufen,
Figur 12 einen Übergang von Brennkammerstein zur Leit- schaufel,
Figur 13 eine Dichtungsanordnung eines Leitschaufelträ- gers, Figur 14 Brennkammersteine in einer Brennkammer mit
Spoilereffekt,
Figur 15 einen Brennkammerstein,
Figur 16, 17 jeweils einen Spalt zwischen zwei Brennkammer- steinen gemäß Figur 15,
Figur 18, 19 ein Gehäuse mit der Einbringung einer zusätz- lichen Dichtung,
Figur 20, 21 einen Brenner mit modifizierten Leitschaufeln des Swirlers,
Figur 22 ein veränderter Fuß einer Dampfturbine,
Figur 23 eine Vorrichtung zur Überwachung der Verbren- nungsdynamik,
Figur 24 zeigt eine Energieerzeugungsanlage.
Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbei- spiele der Erfindung dar.
Die Figur 1 zeigt beispielhaft eine Gasturbinen-Maschine 100 in einem Längsteilschnitt.
Die Gasturbinen-Maschine 100 weist im Inneren einen um eine Rotationsachse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit Turbinenlauf- schaufel 120 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird.
Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Kompressor 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem vorzugsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Tur- bine 108.
Jede Turbinenstufe 112: I, II, III, IV ist vorzugsweise aus zwei Schaufelringen gebildet.
In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufeireihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Laufschaufelreihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Gasturbinengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Laufschaufelreihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator 5 (Fig. 24) oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Kompressor 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver- dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Kompressors 105 be- reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 in einer Brennkammer 110 geführt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeits- mediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeits- maschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter- liegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Brennkammer 110 aus- kleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch be- lastet. Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur) .
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen- schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Super- legierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind vorzugsweise aus der EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt bzw. in Figur 4 aufgelistet.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen
Korrosion aufweisen: MCrAIX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Tantal (Ta) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden oder Hafnium (Hf) oder Eisen (Fe) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1.
Auf der MCrAIX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt- riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid und/oder Erbiumoxid und/oder Ytterbiumoxid.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Gasturbinengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht dar- gestellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt.
Figur 2 zeigt eine Brennkammer 110 einer Gasturbine.
Die Brennkammer 110 ist beispielsweise als so genannte Ring- brennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Um- fangsrichtung um eine Rotationsachse 102 herum angeordneten Brennern 107 in eine gemeinsame Brennkammer 110 münden, die Flammen 156 erzeugen. Dazu ist die Brennkammer 110 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Rotationsachse 102 herum positioniert ist.
Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 110 für eine vergleichsweise hohe Temperatur eines Arbeitsmediums von etwa 1273K bis 1873K ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebs- parametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermög- lichen, ist die Brennkammerwand 153 der Brennkammer 110 auf ihrer dem Arbeitsmedium zugewandten Seite mit einer aus Hit- zeschildelementen 155 gebildeten Innenauskleidung versehen. Jedes Hitzeschildelement 155 aus einer Legierung ist arbeits- mediumseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutz- schicht (MCrAlX-Schicht und/oder keramische Beschichtung) ausgestattet oder ist aus hochtemperaturbeständigem Material (massive keramische Steine) gefertigt.
Diese Schutzschichten der metallischen Hitzeschildelemente 155 können ähnlich der Turbinenschaufeln sein, also bedeutet beispielsweise MCrAIX: M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium (Si) und/oder Tantal (Ta) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden oder Hafnium (Hf) und/oder Eisen (Fe) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1.
Auf der MCrAIX kann noch eine beispielsweise keramische Wär- medämmschicht vorhanden sein und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollstän- dig stabilisiert durch Yttriumoxid und/oder Erbiumoxid, Ytterbiumoxid und/oder Hafniumoxid.
Viele Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör- ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Hitze- schildelemente 155 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschichten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrah- len) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidationsschichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse in dem Hitzeschildelement 155 repariert. Da- nach erfolgt eine Wiederbeschichtung der Hitzeschildelemente 155 und ein erneuter Einsatz der Hitzeschildelemente 155.
Aufgrund der hohen Temperaturen im Inneren der Brennkammer 110 kann zudem für die Hitzeschildelemente 155 bzw. für deren Halteelemente ein Kühlsystem vorgesehen sein. Die Hitze- schildelemente 155 sind dann beispielsweise hohl und weisen ggf. noch in den Brennkammerraum 154 mündende Kühllöcher (nicht dargestellt) auf.
Die Figur 3 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Laufschau- fel 120 oder Leitschaufel 130 einer Strömungsmaschine, die sich entlang einer Längsachse 121 erstreckt.
Die Strömungsmaschine kann eine Gasturbine eines Flugzeugs oder eines Kraftwerks zur Elektrizitätserzeugung, eine Dampf- turbine oder ein Kompressor sein.
Die Schaufel 120, 130 weist entlang ihrer Längsachse auf- einander folgend einen Befestigungsbereich 400, eine daran angrenzende Schaufelplattform 403 sowie ein Schaufelblatt 406 und eine Schaufelspitze 415 auf.
Als Leitschaufel 130 kann sie an ihrer Schaufelspitze 415 eine weitere Plattform aufweisen (nicht dargestellt) .
Im Befestigungsbereich 400 ist ein Schaufelfuß 183 gebildet, der zur Befestigung der Laufschaufeln 120, 130 an einer Welle oder einer Turbinenscheibe 133 (Fig. 1) dient. Der Schaufelfuß 183 ist beispielsweise als Hammerkopf ausge- staltet. Andere Ausgestaltungen als Tannenbaum- oder Schwal- benschwanzfuß sind möglich.
Die Schaufel 120, 130 weist für ein Medium, das an dem Schau- felblatt 406 vorbeiströmt, eine Anströmkante 409 und eine Ab- strömkante 412 auf.
Bei herkömmlichen Schaufeln 120, 130 werden in allen Berei- chen 400, 403, 406 der Schaufel 120, 130 beispielsweise mas- sive metallische Werkstoffe, insbesondere Superlegierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind vorzugsweise aus der EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bzw. aus Figur 4 bekannt.
Die Schaufel 120, 130 kann hierbei durch ein Gussverfahren, auch mittels gerichteter Erstarrung, durch ein Schmiedever- fahren, durch ein Fräsverfahren oder Kombinationen daraus ge- fertigt sein.
Werkstücke mit einkristalliner Struktur oder Strukturen wer- den als Bauteile für Maschinen eingesetzt, die im Betrieb ho- hen mechanischen, thermischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt sind.
Die Fertigung von derartigen einkristallinen Werkstücken er- folgt z.B. durch gerichtetes Erstarren aus der Schmelze. Es handelt sich dabei um Gießverfahren, bei denen die flüssige metallische Legierung zur einkristallinen Struktur, d.h. zum einkristallinen Werkstück, oder gerichtet erstarrt.
Dabei werden dendritische Kristalle entlang dem Wärmefluss ausgerichtet und bilden entweder eine stängelkristalline Kornstruktur, d.h. kolumnar, und somit Körner, die über die ganze Länge des Werkstückes verlaufen und hier, dem allgemei- nen Sprachgebrauch nach, als gerichtet erstarrt bezeichnet werden, oder eine einkristalline Struktur, d.h. das ganze Werkstück besteht aus einem einzigen Kristall. In diesen Ver- fahren muss man den Übergang zur globulitischen (polykristal- linen) Erstarrung meiden, da sich durch ungerichtetes Wachs- tum notwendigerweise transversale und longitudinale Korngren- zen ausbilden, welche die guten Eigenschaften des gerichtet erstarrten oder einkristallinen Bauteiles zunichtemachen.
Ist allgemein von gerichtet erstarrten Gefügen die Rede, so sind damit sowohl Einkristalle gemeint, die keine Korngrenzen oder höchstens Kleinwinkelkorngrenzen aufweisen, als auch Stängelkristallstrukturen, die wohl in longitudinaler Rich- tung verlaufende Korngrenzen, aber keine transversalen Korn- grenzen aufweisen. Bei diesen zweitgenannten kristallinen Strukturen spricht man auch von gerichtet erstarrten Gefügen (directionally solidified structures) .
Solche Verfahren sind aus der US-PS 6,024,792 und der EP 0 892 090 A1 bekannt.
Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion oder Oxidation aufweisen: insbesondere MCrAIX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Kobalt (Co) oder Nickel (Ni), X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Tantal (Ta) und/oder zumindest ein Element der Sel- tenen Erden und/oder Hafnium (Hf) und/oder Eisen (Fe) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412 397 B1 oder EP 1 306 454 A1.
Die Dichte liegt vorzugsweise bei 95% der theoretischen Dich- te .
Auf der MCrAlX-Schicht (als Zwischenschicht oder als äußerste Schicht) bildet sich eine schützende Aluminiumoxidschicht (TGO = thermal grown oxide layer) .
Auf der MCrAIX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, die vorzugsweise die äußerste Schicht ist, und besteht beispielsweise aus ZrO2, Y2O3-ZrO2, d.h. sie ist nicht, teil- weise oder vollständig stabilisiert durch Yttriumoxid
und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid und/oder Erbium- oxid und/oder Ytterbiumoxid.
Die Wärmedämmschicht bedeckt die gesamte MCrAlX-Schicht.
Andere Beschichtungsverfahren sind denkbar, z.B. atmosphäri- sches Plasmaspritzen (APS), LPPS, VPS oder CVD. Die Wärme- dämmschicht kann poröse, mikro- oder makrorissbehaftete Kör- ner zur besseren Thermoschockbeständigkeit aufweisen. Die Wärmedämmschicht ist also vorzugsweise poröser als die
MCrAlX-Schicht.
Wiederaufarbeitung (Refurbishment ) bedeutet, dass Bauteile 120, 130 nach ihrem Einsatz gegebenenfalls von Schutzschich- ten befreit werden müssen (z.B. durch Sandstrahlen) . Danach erfolgt eine Entfernung der Korrosions- und/oder Oxidations- schichten bzw. -produkte. Gegebenenfalls werden auch noch Risse im Bauteil 120, 130 repariert. Danach erfolgt eine Wie- derbeschichtung des Bauteils 120, 130 und ein erneuter Ein- satz des Bauteils 120, 130.
Die Schaufel 120, 130 kann hohl oder massiv ausgeführt sein. Wenn die Schaufel 120, 130 gekühlt werden soll, ist sie hohl und weist ggf. noch Kühllöcher 418 (gestrichelt angedeutet) auf .
Figur 24 zeigt beispielhaft eine Energieumwandlungsanlage 1 mit einer Anlage. Diese Anordnung gemäß Figur 24 kann in einer Energieumwandlungsanlage mehrfach vorhanden sein oder auch in abgewandelter Form.
Die Gasturbine 100 ist über ein Getriebe 4 oder eine Kupplung 4 mit einem Generator 5 zur Stromerzeugung gekoppelt.
Der Generator 5 ist ebenfalls mit einer Dampfturbine 6 über eine Kupplung 2 verbunden.
Dampfturbinen 6 sind dann vorhanden, wenn es sich um eine Kombikraftanlage handelt. Eine Energieumwandlungsanlage 1 kann auch nur eine Gasturbine 100 ohne Dampfturbine 6 aufwei- sen .
An die Dampfturbine 6, falls vorhanden, ist ein Kondenser 7 angeschlossen. Das Abgas aus der Gasturbine 100 strömt über einen Diffusor 8 in eine Wärmerückgewinnungsanlage 9 aus, bei der die heiße Abluft benutzt wird zur Dampferzeugung .
Ebenso ist ein Abluftkamin 10 vorhanden. Die Idee besteht darin, Servicemaßnahmen an einer Energieum- wandlungsanlage durchzuführen,
wobei die Energieumwandlungsanlage
zumindest folgende Maschinen aufweist:
zumindest eine Gasturbine,
zumindest einen Generator
und optional
zumindest eine Dampfturbine,
wobei Reparaturen an der zumindest einen Maschine ausgeführt werden,
insbesondere eine defekte Komponente oder defekte Komponenten der zumindest einen Maschine durch
entweder eine neue, gleiche Komponente oder neue, gleiche Komponenten ersetzt wird oder werden
und/oder
repariert wird oder werden,
und
wobei bei der Durchführung dieser Reparaturen
weitere Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung von Maschinen oder deren Komponenten
und/oder
weitere Maßnahmen zur Optimierung (Effizienz) von Maschinen oder deren Komponenten
durchgeführt werden.
Insbesondere umfassen die defekten Komponenten Turbinenschau- feln oder deren Beschichtungen
und/oder
Brenner oder Brennerkomponenten
und/oder
Kompressorschaufeln oder deren Beschichtungen
und/oder
Brennkammersteine.
Die defekten Komponenten können vorzugsweise nur Turbinen- schaufeln umfassen. Die defekten Komponenten können vorzugsweise nur Turbinen- schaufeln oder deren Beschichtungen
sowie Brenner oder Brennerkomponenten umfassen.
Als weitere Maßnahmen werden vorzugsweise nur Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung durchgeführt.
Als weitere Maßnahmen werden vorzugsweise nur Maßnahmen zur Optimierung durchgeführt.
Ebenso können vorzugsweise als weitere Maßnahmen Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung von Komponenten und Maßnahmen zur Optimierung von Komponenten durchgeführt werden.
Bei den Servicemaßnahmen wird vorzugsweise zumindest eine, insbesondere mindestens zwei gleiche,
oder
zumindest zwei verschiedene
Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung von Maschinen oder deren Komponenten aus der Gruppe:
Lager des Rotors, Brenner, Kompressorschaufel, Kompressorge- häuse, Turbinenschaufeln, Gasturbinengehäuse, Schaufelträger, Hitzeschilde oder Brennkammersteine, Dichtungen, Übergang Brennkammer - Turbine, Kühlung und/oder Überwachungseinrich- tungen,
ausgeführt werden.
Bei den Servicemaßnahmen wird vorzugsweise zumindest eine, insbesondere mindestens zwei gleiche
oder
zumindest zwei verschiedene
Maßnahmen zur Optimierung von Maschinen oder deren Komponen- ten aus der Gruppe:
Effizienzsteigerung, Kühlungsverbesserung,
Brenner, Kompressorschaufel, Kompressorgehäuse, Turbinen- schaufeln, Gasturbinengehäuse, Schaufeiträger, Hitzeschilde oder Brennkammersteine, Dichtungen und/oder Übergang Brenn- kammer - Turbine,
ausgeführt werden.
Die einzelnen Maßnahmen sind im Folgenden näher beschrieben, die beliebig, je nach Anforderung, miteinander kombiniert werden können:
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor
eine Brennkammer
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
und zumindest ein Rotorlager des Rotors am Anfang des Kom- pressors in einer Strömungsrichtung der Gasturbinen- Maschine gesehen,
wobei das Rotorlager ausgewechselt wird,
wobei das neue Rotorlager mindestens 5% länger ist oder dass ein neues, mindestens 370mm langes Rotorlager einge- baut wird,
insbesondere wobei das neue Rotorlager maximal 500mm lang ist,
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
zumindest einen Brenner für die Brennkammer,
bei dem die Brennstoff zuführenden Mittel,
insbesondere Rohre,
zumindest teilweise, insbesondere vollständig,
innen mit einer Diffusionsbeschichtung versehen werden, insbesondere alitiert werden,
oder die Brennstoff zuführenden Mittel,
insbesondere Rohre mit einer Diffusionsbeschichtung im In- neren, insbesondere innenalitiert,
eingebaut werden,
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei der Kompressor ein Kompressorgehäuse aufweist, das zweiteilig ausgebildet ist oder wird, und
insbesondere bei dem ein inneres Kompressorgehäuse als
Schaufeiträger aus einem ersten Material,
insbesondere aus Stahl eingebaut wird,
ganz insbesondere aus Stahlguss eingebaut wird,
und der äußere Kompressorgehäuse als Schaufeiträger ein vom ersten Material deutlich verschiedenes zweites Material, insbesondere Grauguss aufweist,
oder
bei dem das innere Kompressorgehäuse Grauguss aufweist oder durch Grauguss ersetzt wird,
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei hochtemperaturbeständigere Lauf- und Leitschaufeln, insbesondere in den Stufen (I, II),
eingebaut werden,
die insbesondere eine verbesserte Kühlung aufweisen, oder
bei dem die Lauf- oder Leitschaufeln im Heißgaskanal (111) eine gerichtet erstarrte Mikrostruktur in Form einer kolum- nar erstarrten Mikrostruktur aufweisen,
insbesondere nur die beiden ersten Stufen (I, II),
ganz insbesondere nur die erste Stufe (I),
oder bei dem eine segmentierte keramische Schicht auf der Basis von Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid (HGB) auf den Lauf- und Leitschaufeln vorhanden ist oder aufgebracht wird, oder bei dem die Lauf- und Leitschaufeln für das metallische Substrat eine einkristalline Mikrostruktur aufweisen, oder solche eingebaut werden,
insbesondere nur die ersten beiden Stufen (I, II),
oder
bei dem die keramische Beschichtung teilstabilisiertes Ytt- rium-stabilisiertes Zirkonoxid aufweist,
mit einer Porosität von 12±4%,
oder
mit einer TBC ohne Segmentierung auf den Leit- oder Lauf- schaufeln,
oder
bei dem eine Schaufelspitze in einer Vertiefung einen trep- penförmigen Absatz aufweist,
der sich direkt an einen Steg der Saugseite anschließt und somit zusätzliches Material in der Vertiefung darstellt, wobei durch den Absatz eine Kühlluftbohrung aus dem Inneren der Laufschaufel heraus verläuft,
um die Schaufelspitze besser zu kühlen,
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, bei dem die Lauf- und Leitschaufeln eingebaut werden, insbesondere in den Stufen (I, II),
die Kühllöcher an den Seitenflächen der Schaufelplattformen aufweisen, • Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei Laufschaufeln eingebaut werden,
wobei die Schaufelspitze der Laufschaufeln insbesondere der Stufen (I, II) gekühlt wird,
insbesondere durch Kühllöcher in der Schaufelspitze,
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei Laufschaufeln der Stufe (IV) eingebaut werden, die nicht gekühlt werden,
insbesondere die Leitschaufeln der Stufe (III) auch nicht gekühlt werden,
• Verfahren zur Veränderung einer Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
bei der in Strömungsrichtung gesehen ein vorderes Plenum und ein hinteres Plenum außerhalb des Heißgaskanals vorhan- den ist,
die technisch bedingt verschiedene Drücke aufweisen, wobei das vordere Plenum in Strömungsrichtung hinter der
Laufschaufel der Stufe (III) und über der Leitschaufel der
Stufe (IV) vorhanden ist und
entweder
Kanäle,
die in der Mitte der Stufe (IV) zwischen Leit- und Lauf- schaufel vorhanden waren und vorher verwendet wurden, um die Turbinenleit- und -laufschaufeln der Stufe (IV) zu kühlen oder
um Kühlluft zuzuführen verschlossen werden, und
ein neuer langer Kanal aus dem hinteren Plenum in dem
Schaufeiträger nachträglich eingebracht wird
oder
ein neuer Schaufeiträger bereitgestellt und eingebaut wird, der nur noch einen solchen Kanal aufweist,
• Verfahren zur Veränderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen oder Hitzeschilden, einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei ein Spalt zwischen einem Hitzeschild und Leitschaufel der Stufe (I) des Motors eine Rundung am strömungsseitigen Ende des Hitzeschilds und die gegenüberliegende Rundung der Leitschaufel der Stufe (I) gleich ausgeführt wird,
um einen Überhang oder eine Hinterschneidung im Hitzeschild zu vermeiden,
in der sich Schmutz ansammeln könnte oder Erosion sich aus- bildet,
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei ein Leitschaufeiträger mit einer Dichtungsanordnung aus Elementen eingebaut oder modifiziert wird,
die zu einem geringeren Kühlluftverbrauch führt,
wobei die einzelnen Elemente des Leitschaufelträgers einen
Spalt aufweisen,
der Labyrinth- oder S-förmig ausgebildet ist,
wobei das in Strömungsrichtung vordere Element eine erste Nase aufweist und das zweite in Strömungsrichtung hintere Element eine darüber ausgebildete zweite Nase aufweist, so dass ein S-förmiger Spalt gebildet wird, wodurch die Öffnung des Spaltes im Heißgaskanal in Strö- mungsrichtung gesehen hinten liegt,
• Verfahren zur Änderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Hitzeschilden oder Brennkammersteinen, einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei Brennkammersteine eingebaut werden, die so ausgebil- det sind,
dass sie einen Spoilereffekt generieren,
• Verfahren zur Veränderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen,
einen Heißgaskanal mit einem Rotor,
wobei Brennkammersteine eingebaut werden,
die auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Brennkam- mersteins zwei voneinander getrennte Vertiefungen aufneh- men,
die zum Eingriff eine mechanische Umklammerung von der Rückseite des Brennkammersteins dienen,
• Verfahren zur Veränderung einer Gasturbinen-Maschine,
die zumindest aufweist:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen,
ein Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
ein Gehäuseteil für den Heißgaskanal,
wobei in die Kontakt fläche eine Vertiefung für eine Dich- tung eingelegt wird und das Gehäuse wieder verschlossen wird, • Verfahren zur Veränderung einer Gasturbinen-Maschine, die zumindest aufweist
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen und Brennern, einen Heißgaskanal mit einem Rotor,
wobei veränderte Leitschaufeln in den Swirler des Brenners eingebaut werden,
die gegenüber den früheren Leitschaufeln einen geringeren Öffnungswinkel haben,
sowie eine Abströmkante bezogen auf die Längsachse des Schaufelblatts verdreht ist,
• Verfahren zur Veränderung einer Gasturbinen-Maschine, die zumindest aufweist
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei nachträglich ein System zur Überwachung der Ver- brennungsdynamik und Verbrennungsbeschleunigungen von der Brennkammer und Brenner installiert wird, um Verbrennungs- instabilitäten zu reduzieren oder zu vermeiden,
• Verfahren zur Veränderung einer Dampfturbine,
die mit einer Gasturbine unmittelbar verbunden ist, wobei die Dampfturbine Turbinenschaufeln aufweist, wobei die Turbinenschaufel einen Fuß mit Vertiefungen auf- weist,
wobei die Vertiefungen gegenüber den zuvor eingebauten und auszuwechselnden Turbinenschaufeln einen größeren Radius aufweisen. Folgende Maschinentypen werden damit vorzugsweise erzielt:
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
und zumindest ein Rotorlager des Rotors am Anfang des Kom- pressors in einer Strömungsrichtung der Gasturbinen- Maschine gesehen,
wobei das Rotorlager mindestens 370mm lang ist,
insbesondere maximal 500mm lang ist,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
zumindest einen Brenner für die Brennkammer,
bei dem die Brennstoff zuführenden Mittel,
insbesondere Rohre,
zumindest teilweise, insbesondere vollständig,
innen eine Diffusionsbeschichtung aufweisen,
insbesondere alitiert sind,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei der Kompressor ein Kompressorgehäuse aufweist, das zweiteilig ausgebildet ist und
ein inneres Kompressorgehäuse als Schaufelträger aufweist, der ein erstes Material aufweist,
insbesondere Stahl,
ganz insbesondere Stahlguss aufweist,
und ein äußerer Kompressorgehäuse als Schaufelträger ein vom ersten Material deutlich verschiedenes zweites Material aufweist,
insbesondere Grauguss aufweist, oder bei dem das innere Kompressorgehäuse als Schaufelträger Grauguss aufweist oder durch Grauguss ersetzt wird,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei die Turbinenlauf- und Leitschaufeln,
insbesondere der Stufen (I, II),
hochtemperaturbeständiger sind,
insbesondere eine verbesserte Kühlung aufweisen, oder bei dem die Lauf- oder Leitschaufeln im Heißgaskanal eine gerichtet erstarrte Mikrostruktur in Form einer kolumnar erstarrten Mikrostruktur aufweisen,
insbesondere nur die beiden ersten Stufen (I, II), ganz insbesondere nur die erste Stufe (I), oder bei dem eine segmentierte keramische Schicht auf der Basis von Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid auf den Lauf- und Leitschaufeln vorhanden ist oder aufgebracht wird, oder bei dem die Lauf- und Leitschaufeln für das metallische Substrat eine einkristalline Mikrostruktur aufweisen, oder solche eingebaut werden, insbesondere nur die ersten beiden Stufen (I, II), oder bei dem die keramische Beschichtung teilstabilisiertes Ytt- rium-stabilisiertes Zirkonoxid aufweist,
mit einer Porosität von 12±4%, oder mit einer TBC ohne Segmentierung auf den Leit- oder Lauf- schaufeln, oder bei dem eine Schaufelspitze in einer Vertiefung einen trep- penförmigen Absatz aufweist,
der sich direkt an einen Stege der Saugseite anschließt und somit zusätzliches Material in der Vertiefung darstellt, wobei durch den Absatz eine Kühlluftbohrung aus dem Inneren der Laufschaufel heraus verläuft,
um die Schaufelspitze besser zu kühlen,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, bei dem die Lauf- und Leitschaufeln,
insbesondere der Stufen (I, II),
Kühllöcher an den Seitenflächen der Schaufelplattformen aufweisen, • Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei die Schaufelspitze insbesondere der Stufen (I, II) gekühlt wird,
insbesondere durch Kühllöcher in der Schaufelspitze,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei die Laufschaufel der Stufe (IV) nicht gekühlt werden muss ,
insbesondere die Leitschaufel der Stufe (III) nicht gekühlt wird,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
bei der in Strömungsrichtung gesehen ein vorderes Plenum und ein hinteres Plenum außerhalb des Heißgaskanals vorhan- den ist,
die technisch bedingt verschiedene Drücke aufweisen, wobei das vordere Plenum in Strömungsrichtung hinter der Laufschaufel der Stufe (III) und über der Leitschaufel der Stufe (IV) vorhanden ist und
ein langer Kanal aus dem hinteren Plenum in dem Schaufel- träger vorhanden ist,
der die Stufe (III) aus dem hinteren Plenum kühlt, oder Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen oder Hitzeschilden, einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor
aufweisend ein Spalt zwischen einem Hitzeschild und Leit- schaufel der Stufe (I) des Rotors,
wobei eine Rundung am strömungsseitigen Ende des Hit- zeschilds und die gegenüberliegende Rundung der Leitschau- fel der Stufe (I) gleich ausgeführt sind,
um einen Überhang oder eine Hinterschneidung im Hitzeschild zu vermeiden,
in der sich Schmutz ansammeln könnte oder Erosion sich aus- bildet,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor
einen Leitschaufelträger mit einer Dichtungsanordnung aus
Elementen,
die zu einem geringeren Kühlluftverbrauch führt,
wobei die einzelnen Elemente des Leitschaufelträgers einen
Spalt aufweisen,
der Labyrinth- oder S-förmig ausgebildet ist,
wobei das in Strömungsrichtung vordere Element eine erste Nase aufweist und das zweite in Strömungsrichtung hintere Element eine darüber ausgebildete zweite Nase aufweist, so dass ein S-förmiger Spalt gebildet wird,
wodurch die Öffnung des Spaltes im Heißgaskanal in Strö- mungsrichtung gesehen hinten liegt, • Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Hitzeschilden oder Brennkammersteinen, einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei die Brennkammer am strömungsseitigen Ende der Hitze- schilde oder Brennkammersteine so ausgebildet sind,
dass sie einen Spoilereffekt generieren,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Brenn- kammersteins zwei voneinander getrennte Vertiefungen ausge- bildet sind,
die zum Eingriff eine mechanische Umklammerung von der Rückseite des Brennkammersteins dienen,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen,
ein Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
ein oberes und unteres Gehäuseteil für den Heißgaskanal, wobei Gehäuseteile auf der Kontakt fläche insbesondere im
Bereich der Leitschaufelvertiefungen eine Vertiefung mit einer Dichtung aufweisen,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend:
einen Kompressor,
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen,
ein Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei die Brennkammer ein Brenner angeordnet ist,
der einen Swirler mit Leitschaufeln aufweist,
wobei der Öffnungswinkel der Leitschaufel verringert ist und das Schaufelblatt der Leitschaufel entlang der Ab- strömkante des Schaufelblattes ist,
• Gasturbinen-Maschine,
zumindest aufweisend
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal mit einem beschaufelten Rotor,
wobei ein System installiert ist, das die Verbren- nungsdynamik und Beschleunigungen ausgehend von der Ver- brennung und der Brennkammer überwacht,
• Gasturbinen-Maschine in einer GuD-Anlage,
zumindest aufweisend
einen Kompressor,
eine Brennkammer,
einen Heißgaskanal,
mit einem beschaufelten Rotor und
eine Dampfturbine,
wobei ein Abgas der Gasturbinen-Maschine mittelbar für die Dampferzeugung in einer Dampfturbine verwendet wird, wobei die Dampfturbine Schaufeln aufweist mit einem Schau- felfuß,
wobei die Vertiefungen einen größeren Radius aufweisen.
Diese Maßnahmen bzw. Modelle werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert und klassifiziert bzgl. ihrer In- tention.
Lebensdauer
Die Figur 5 zeigt wie Figur 1 eine Gasturbinen-Maschine 100 mit dem Kompressor 105 und Rotor 103 im Querschnitt.
In dem Ansauggehäuse 104 wird Luft 135 in den Kompressor 105 gepumpt, der ein Kompressorgehäuse 19 aufweist.
Für eine längere Lebensdauer der Gasturbinen-Maschine 100 weist ein Rotorlager 31 des Rotors 103 in der Strömungsrich- tung 11 der Gasturbinen-Maschine 100 am Anfang des Kompres- sors 105 und nahe des Ansauggehäuses 104 jedoch eine Länge von mindestens 370mm und insbesondere maximal eine Länge von 500mm auf oder wird im Upgrade- oder Revisionsfall um mindes- tens 5% länger ausgestaltet, um eine geringere Flächen- pressung zu erzielen.
So muss im Servicefall oder bei einem der nächsten Service- intervalle nicht oder gar nicht mehr das eingebaute Lager ge- tauscht werden oder es kann bis zum Lebensende der Gasturbi- nen-Maschine 100 benutzt werden.
Ebenso kann es im Rahmen einer sehr großen Servicemaßnahme getauscht werden, wenn der Wechsel eines Lagers nur einen kleinen zeitlichen Aufwand bedeutet und insbesondere parallel stattfinden kann bzw. sogar dadurch erleichtert wird. Ver- gleichbares gilt für ein Lager des Rotors 103 im Bereich des Abgasgehäuses 109 (Fig. 24) .
Lebensdauer
In Figur 6 ist der Brenner 107' einer Gasturbinenmaschine 100 ausgehend von Figur 1, 5 oder 7, 8, 12 oder 14 verändert.
Die korrodierenden Eigenschaften der Brennmittel, wie insbe- sondere von Gas oder Öl, das verbrannt wird, können lokal va- riieren .
Ebenso gilt dies, wenn Erdöl oder andere Brennstoffe verwen- det werden.
Das Brennersystem mit dem Brenner 107 (Fig. 1) ist den höchs- ten Temperaturen ausgesetzt. Zur längeren Lebensdauer werden die brennstoffzuführenden Mittel wie Rohre, insbesondere auch des Brenners 107', ins- besondere von Gas, zumindest teilweise, insbesondere voll- ständig innen mit einer Diffusionsbeschichtung versehen, ins- besondere alitiert, das heißt hier wird dann eine Innenali- tierung (oder Chromierung, ...) verwendet.
Die Innenbeschichtung kann auch mit den Mitteln im eingebau- ten Zustand durchgeführt werden.
Dies erhöht die Lebensdauer aufgrund einer verringerten Kor- rosion, aber auch die Effizienz.
So kann die Lebensdauer des Brenners 107' den jeweiligen Ein- sat zbedingungen individuell angepasst werden.
Mit Brennkammern 111 sind bekannte Systeme wie Ringbrennkam- mern oder CAN' s gemeint.
Lebensdauer / Effi zienz
Figur 7 zeigt eine ähnliche Anordnung eines Querschnitts einer Gasturbinenmaschine 100 gemäß Figur 1, 5, 6, 8, 12, 14 oder 24, aber mit einem jetzt zweiteiligen Kompressorgehäuse 19, das im Endbereich des Kompressors 105 ein innenliegendes Kompressorgehäuse 19'' und ein äußeres Kompressorgehäuse 19' aufweist.
Die Materialien der Kompressorgehäuse 19', 19'', insbesondere wenn sie einteilig sind, sind in der Regel aus demselben ers- ten Material, insbesondere aus Grauguss. Für eine verbesserte Modifikation wird das innere Kompressorgehäuse 19'' als Leit- schaufelträger aus einem deutlich verschiedenen zweiten Mate- rial, insbesondere aus einem Stahlguss hergestellt.
Verschieden bei erstem und zweitem Material bedeutet, dass sich zumindest ein Legierungselement im Gewichtsanteil um 10% unterscheidet und/oder zumindest ein weiteres Legierungsele- ment vorhanden ist oder weniger vorhanden ist und/oder ein anderes Herstellungsverfahren angewandt wurde bzw. eine an- dere, unterscheidbare Mikrostruktur aufweist.
Lebensdauer / Effi zienz
Figur 8 zeigt insbesondere den Heißgaskanal 111 mit seinen Stufen I, II, III und insbesondere auch Stufe IV.
Die Stufen I und II sind im Vergleich zu den Stufen III und IV den höheren thermischen Belastungen ausgesetzt. Hier wer- den entsprechende Modifikationen des Substratmaterials, ins- besondere in Form von gerichtet erstarrten Legierungen (SX, DS) oder zusätzlicher bzw. verbesserter Kühlung, insbesondere der Schaufelspitze 415 eingesetzt.
Eine solche Schaufel 120, 130 weist vorzugsweise eine gerich- tet erstarrte Struktur SX, DS in Form einer kolumnar erstarr- ten Mikrostruktur auf, wie insbesondere Legierungen mit dem Zusatz DS in Figur 4.
Ein weiterer Typ einer Schaufel 120, 130 weist im Substrat eine einkristalline Mikrostruktur auf wie Legierung in Figur 4 mit Zusatz SX oder CMSX .... Insbesondere weist nur die erste Stufe I eine DS-Struktur auf und ganz insbesondere nur die Leitschaufel von Stufe I .
Insbesondere weisen die Schaufeln 120 ,130 Kühllöcher an den Seitenflächen der Schaufelplattform 403 auf, wobei insbeson- dere auch die Schaufelspitzen 415 gekühlt werden.
Eine keramische Beschichtung (TBC) auf der Basis von teilsta- bilisiertem YSZ (Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid) weist eine Porosität von 12±4% auf.
Ein weiterer Typ einer Schaufel 120, 130 weist eine segmen- tierte TBC auf der Basis von Yttrium-stabilisiertem Zirkon- oxid auf. Ein weiterer Typ einer Schaufel 120, 130 besteht aus einer gerichtet erstarrten Struktur DS im Substrat, d.h. in Form einer kolumnaren Mikrostruktur und mit einer TBC auf der Ba- sis YSZ ohne Segmentierung.
Lebensdauer
Figur 9 zeigt eine Turbinenschaufel 120, 130, insbesondere ausgehend von Figur 3, bei der jedoch an den Seitenflächen 404 der Schaufelplatt form 403 Kühllöcher 399 vorhanden sind. Die Kühllöcher 399 an den Seitenflächen 404 können bedarfs- entsprechend an einer, zwei, drei oder allen vier Seitenflä- chen 404 einfach oder mehrfach vorhanden sein. Optional kön- nen auch auf der Schaufelspitze 415 Kühllöcher 405 vorhanden sein (nur schematisch dargestellt) . Auch sind in bekannter Weise Kühlluftlöcher 418 auf dem Schaufelblatt 406 vorhanden.
Die Ausrichtung und Anordnung der Kühlluftlöcher 399, 405,
418 sind nur schematisch. Ebenso können die Kühllöcher 399, 405, 418, 501 (Fig. 10) unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Seitenfläche 404 der Schaufelplattform 403 verlau- fen und/oder einen Diffusor aufweisen.
Durch die Kühlung durch Kühlluft, die dem Kompressor entnom- men wird, sinkt die Effizienz, die dadurch ggf. teilweise durch den Kühleffekt kompensiert wird.
Lebensdauer
Figur 10 zeigt eine Schaufelspitze 415, 500 einer Turbinen- laufschaufel 120, insbesondere der Stufen I, II.
Die Schaufelspitze 500 weist zwei außen verlaufende Stege 503, 505 auf, die im Querschnitt gesehen eine Vertiefung 504 umschließen. Die ursprüngliche Vertiefung 504 ist gestrichelt angedeutet und im Querschnitt rechtwinklig ausgebildet. Erfindungsgemäß weist die Schaufelspitze 500 in der Vertie- fung 504 einen treppenförmigen Absatz 507 auf, der sich di- rekt an den Steg 505 der Saugseite anschließt und somit erst mal zusätzliches Material in der Vertiefung 504 darstellt. Jedoch verläuft durch den Absatz 507 jetzt ein Kühlluftloch 501 aus dem Inneren der Laufschaufel 120 heraus, um die
Schaufelspitze 500 besser zu kühlen.
Das Kühlluftloch 501 ist vorzugsweise an der Längsachse 121 der Turbinenschaufel 120 ausgerichtet.
Effi zienz
Die Figur 11 zeigt einen Schaufelträger 5W mit modifizierter Kühlluft Zuführung .
Die Stufe IV ist im Bereich dieses Schaufelträgers 5W befes- tigt .
In Strömungsrichtung 11 gesehen gibt es ein vorderes Plenum 54 und ein hinteres Plenum 57 außerhalb des Heißgaskanals 111, die 54, 57 technisch bedingt verschiedene Drücke aufwei- sen. Das vordere Plenum 54 ist in Strömungsrichtung 11 gese- hen vorzugsweise hinter der Laufschaufel der Stufe III und im Bereich über der Leitschaufel IV vorhanden.
Es sind zwei Kanäle 53 im Schaufelträger 5W in der Figur 11 dargestellt, die in älteren Modellen verwendet wurden, um die Turbinenleit- und -laufschaufein der Stufe IV zu kühlen oder generell, um Kühlluft zuzuführen. Die zwei Kanäle 53 waren im Bereich der Stufe IV zwischen Leit- 401 und Laufschaufel 402 der Stufe V vorhanden und verliefen fast senkrecht oder nur unter spitzem Winkel zur Rotationsachse 102. Diese zwei Kanä- le 53 werden geschlossen, falls vorhanden und es wird ein neuer langer Kanal 60 ausgehend von dem hinteren Plenum 57 in dem Schaufelträger 50 nachträglich eingebracht oder es wird ein neuer Schaufelträger 50 bereitgestellt, der nur noch einen solchen Kanal 60 aufweist. Der Kanal 60 verläuft unge- fähr parallel zur Innenfläche des Heißgaskanals 111.
Aufgrund des geringeren Drucks wird weniger Kühlluft der Leitschaufel 401 zuführt. Die Zuführung des neuen Kanals 60 liegt in axialer Strömungsrichtung durch die Gasturbine hin- ter der Laufschaufel 402 und nicht zwischen Leit- und Lauf- schaufel der Stufe IV. Es wird weniger Kühlluft verbraucht, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt.
Lebensdauer / Effi zienz
Figur 12 zeigt den Übergang von einem letzten Hitzeschild 155 oder Brennkammerstein 155 der Brennkammer 110 zu einer Leit- schaufel 130 der Stufe I. Es ist zu erkennen, dass zwischen Hitzeschild 155 und Leitschaufel 130 ein Spalt 64 vorhanden ist.
Die Rundung 72 am strömungsseitigen Ende des Hitzeschilds / Brennkammersteins 155 und die gegenüberliegende Rundung 75 der Leitschaufel 130 der Stufe I sind gleich ausgeführt. Es soll ein Überhang oder eine Hinterschneidung im Hitzeschild / Brennkammerstein 155 vermieden werden, in der sich Schmutz ansammeln könnte oder Erosion sich ausbildet.
Effi zienz
Figur 13 zeigt eine Dichtungsanordnung 79 eines Leitschaufel- trägers 50 (Fig. 11), die zu einem geringeren Kühlluftver- brauch führt.
Die einzelnen Elemente 81, 83 des Leitschaufelträgers 79 wei- sen einen Spalt 80 auf, der hier labyrinth- oder s-förmig ausgebildet ist. Der geringere Kühlluftverbrauch wird dadurch erreicht, dass das in Strömungsrichtung 11 vordere Element 81 eine erste Nase 82 aufweist und das in Strömungsrichtung 11 hintere zweite Element 83 in eine darüber ausgebildete zweite Nase 85 aufweist, so dass ein S-förmiger Spalt 80 gebildet wird und die Nase 82 des vorderen Elements 81 Teil des Heiß- gaskanals 111 bildet.
Somit liegt die Öffnung des Spaltes im Heißgaskanal 111 in Strömungsrichtung gesehen hinten.
Effi zienz
Figur 14 zeigt eine Brennkammer 110 mit Brennkammersteinen 601, 604, 610, die zu einem Spoilereffekt führen.
Die Brennkammersteine 601, 602 bzw. 603, 605 sind in Strö- mungsrichtung 11 gesehen in Reihe und in Umfangsrichtung an- geordnet .
In Strömungsrichtung 11 gesehen sind am Ende veränderte
Brennkammersteine 603, 605; 604 vorhanden, wobei in Umfangs- richtung um die Rotationsachse 102 weitere solcher Brennkam- mersteine angeordnet sind.
Die veränderten Brennkammersteine 603, 604, 605, vorzugsweise aus Vollkeramik, vorzugsweise in den beiden in Strömungsrich- tung 11 gesehen letzten Reihen der Brennkammer 110 vor dem Eintritt oder Übertritt zu den Leitschaufeln 130 oder erste Laufschaufelreihe 120 der Stufe I, sind in Strömungsrichtung 11 ansteigend dicker ausgebildet, so dass sich ein Spoiler- effekt ergibt. Nahe der Rotornarbe ist vorzugsweise nur ein Brennkammerstein 604 spoilerförmig ausgebildet, wohingegen weiter radial entfernt am äußeren Ende der Brennkammer 110 zumindest die vorletzte und letzte Reihe der Brennkammer- steine 603, 605 zusammen gesehen einen graduellen Anstieg der
Dicke in Strömungsrichtung aufweisen.
Dies soll aber nicht einschränkend sein.
Durch diesen Spoilereffekt kommt es zur verringerten Erosion und auch zur Verengung des Heißgasstromes, was auch zur Erhö- hung des Wirkungsgrades führt. Lebensdauer / Effi zienz
Figur 15 zeigt einen Brennkammerstein 155 mit einer Seiten- fläche 35, wohingegen Figuren 16, 17 Schnittdarstellungen der
Figur 15 sind.
Figur 15 zeigt die Seitenfläche 35 eines Brennkammersteins 155, wie in einer Brennkammer 110 verwendet wird, wobei eine Seitenfläche 35 zwei längliche Vertiefungen 40, 40' vorhanden ist, in der eine Halterung von der Rückseite eingreift und eine entsprechende durchgehende Öffnung 42 auf die Rückseite 43 des Brennkammersteins 155, die der Oberseite 44 gegenüber- liegt .
Auf der Rückseite 43 des Brennkammersteins 155 ist entlang der Seitenfläche mit den Vertiefungen 40 eine Hinterschnei- dung 41 vorhanden.
In Figur 16 ist ein Schnitt durch zwei aneinander gestellte Brennkammersteine gemäß Figur 15 entlang der durchgehenden Öffnung 42', 42'' dargestellt, wohingegen in Figur 17 ein Spalt zwischen zwei Brennkammersteinen 155 gemäß Figur 15 außerhalb der Öffnung 42 bzw. längliche Vertiefung 40 darge- stellt ist.
Dies führt zu einem reduzierten Kühlmittelverbrauch, weil der Kühlaufwand geringer ist.
Lebensdauer / Effi zienz
Figur 18 zeigt ein unteres Turbinengehäuseteil 550 mit den Leitschaufelvertiefungen 553 und Kanal 557 in der Kontakt- fläche 600 für die andere, obere Gehäusehälfte.
In dieser Kontaktfläche 600 wird eine oder mehrere zusätzli- che Vertiefungen 630 und eine Dichtung eingebracht, um Lecka- gen in diesem Bereich zu verringern (Fig. 19) . Effi zienz
Figur 20 zeigt einen Brenner 70, der einen Swirler aufweist, bei dem Luft und Brennstoff miteinander vermischt werden.
Zwei verschiedene Leitschaufeln 73', 73'' des Swirlers sind in der Figur 21 gezeigt und zeigen in einem anderen, verän- derten flacheren Winkel (73') von der ersten Position zu einer zweiten Position und/oder eine Torsion der Leitschaufel 73'' entlang einer Abströmkante, um eine besser Verwirbelung zu erreichen.
Bei der Leitschaufel 73' ist gestrichelt angedeutet die ur- sprüngliche Position der Leitschaufel des Swirlers, wohin- gegen die gestrichelte Linie bei der Leitschaufel 73'' an- zeigt, wie sie entlang ihrer Längsachse, die parallel zur An- strömkante verläuft, tordiert ist.
Lebensdauer / Effi zienz
Gasturbinen können alleine betrieben werden, um einen Genera- tor zu betreiben, aber oft auch in der Kombination mit Dampf- turbinen in einer GuD-Anlage.
Durch die höhere Leistung, die die Gasturbine erzeugt, muss auch die Leistungsfähigkeit einer Dampfturbine 6 angepasst werden. Dies geschieht insbesondere dadurch, wie in Figur 22 dargestellt, dass ein Schaufelfuß einer Turbinenlaufschaufel 883 in den insbesondere drei Vertiefungen 886', 886'', 886''' des Tannenbaumfußes 880 einen größeren Radius erhält als vor- her. Lebensdauer
Die Verbrennungsstabilität und die Dynamik haben auch einen sehr hohen Einfluss auf die Lebensdauer des Systems, so dass hier ein Kontrollsystem 90 installiert wird, welches die Ver- brennungsdynamik und Beschleunigung registriert (Fig 23) .
Service-Maßnahmen
Einige der Maßnahmen beim Service können zusammen durchge- führt werden, weil die Maßnahmen zusammen einfacher und ggf. parallel durchgeführt werden können.
Einige Maßnahmen können dem Betreiber der Anlage kostenlos angeboten und eingesetzt werden, um ein nächstes Service- intervall länger ausfallen zu lassen oder sogar zu übersprin- gen oder um Kosten beim Betrieb durch Wirkungsgradsteige- rung/höhere Effizienz zu reduzieren, an die der Serviceanbie- ter beteiligt wird.
Dabei spielen Überlegungen zur Verlängerung der Lebensdauer, Effizienz, höhere Temperaturen und Kühlmittelverbrauch eine Rolle.
Bei Servicemaßnahmen einer Energieerzeugungsanlage 1, die zu- mindest eine Gasturbine 100, einen Generator 5 und optional eine Dampfturbine 6 mit entsprechenden jeweiligen Hilfsaggre- gaten aufweist, werden oft Serviceverträge abgeschlossen, die den Betreiber der Energieumwandlungsanlage einen Servicewar- tungsvertrag angeboten wird, der beinhaltet, dass eine be- stimmte Laufleistung (Lebensdauer) bei bestimmten Leistungs- merkmalen mit vorgegebenen Serviceintervallen garantiert wird .
Dies bedeutet für den Serviceanbieter, dass er nicht nur re- pariert (Refurbishment ) , was gerade repariert werden muss, weil es nicht mehr benutzt werden kann oder nur noch kurz- fristig, so dass er sich auch Gedanken macht, Maßnahmen bei einem Service durchzuführen, die es erlauben, den Zeitraum bis zum nächsten Serviceintervall oder bis zum übernächsten Serviceintervall zu verlängern.
Zum Beispiel können bei dem Austausch von Turbinenschaufeln auch neue Brenner eingesetzt werden, die eine Alitierung auf- weisen, so dass eine Servicemaßnahmen der Brennerkomponenten beim nächsten oder übernächsten Intervall nicht notwendig sind. So werden Stillstandszeiten vermieden.
Ebenso kann bei einer Servicemaßnahme eine Lebensdauerverlän- gerung durchgeführt werden oder eine Servicemaßnahme vorge- zogen werden, so dass die nächste Servicemaßnahme deutlich verkürzt wird, weil Maßnahmen beim Lagerausbau, Turbinen- schaufelausbau, Austausch von Brennkammersteinen, Veränderun- gen am Gehäuse usw. unterschiedliche Wartungszeiten beinhal- ten.
Dies ergibt sich auch dadurch, dass gewisse Maßnahmen paral- lel zueinander durchgeführt werden können.
Das flexible Refurbishment umfasst erweitere Fernüberwa- chungs- und -diagnosefunktionen als Teil des Omnivise Digital Services-Port folios sowie Ersatzteillieferungen, die plan- mäßige Wartung sowie Leistungsgarantien während des Betriebs- zeitraums der Anlage. Mit seinem hohen Wirkungsgrad im Teil- lastbetrieb und seiner hohen Betriebsflexibilität wird das Gas- und Dampf-Kombikraftwerk mitsamt den zugehörigen Ser- vices im Rahmen dieses flexiblen Refurbishment als Ergänzung zu den fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen in der Re- gion fungieren.
Der Schutz der Investitionen des Kraftwerkbetriebs durch erstklassigen Service für rotierende Maschinen ist der
Schlüssel zur Philosophie eines erfolgreichen Serviceanbie- ters.
Der langfristige, flexible Service geht noch einen Schritt weiter und bietet ein Wartungsprogramm, das auf spezielle Be- dürfnisse und Anforderungen individuell zugeschnitten ist. Ganz gleich, ob der Kraftwerksbetreiber seine Produktion ma- ximieren möchten, indem er die Zeit zwischen den Inspektionen verlängern, ob die Inspektionen während der planmäßigen
Stillstandzeiten der Anlage erfolgen sollen, ob die Lebens- zykluskosten durch einen zustandsabhängigen Austausch von Komponenten optimiert werden sollen oder ob frei von vorge- gebenen Inspektionsterminen gearbeitet werden soll: Das lang- fristige flexible Refurbishment kann sich an Bedürfnisse an- passen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren
zur Durchführung von Servicemaßnahmen an einer Energie- umwandlungsanlage (1),
wobei die Energieumwandlungsanlage (1)
zumindest folgende Maschinen (5, 6, 100, ...) aufweist:
zumindest eine Gasturbine (100),
zumindest einen Generator (5)
und optional
zumindest eine Dampfturbine (6),
wobei Reparaturen an der zumindest einen Maschine (5, 6, 100, ...) ausgeführt werden,
insbesondere eine defekte Komponente oder defekte Komponen- ten der zumindest einen Maschine (5, 6, 100, ...) durch entweder eine neue, gleiche Komponente oder neue, gleiche Komponenten ersetzt wird oder werden
und/oder
repariert wird oder werden,
und
wobei bei der Durchführung dieser Reparaturen
weitere Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung von Maschinen (5, 6, 100, ...) oder deren Komponenten
und/oder
weitere Maßnahmen zur Optimierung von Maschinen (5, 6, 100,
...) oder deren Komponenten
durchgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die defekte Komponente oder die defekten Komponenten Turbinenschaufeln (120, 130) und/oder deren Beschichtungen und/oder
Brenner (107) oder Brennerkomponenten
und/oder
Kompressorschaufeln und/oder deren Beschichtungen
und/oder
Brennkammersteine (155)
umfassen.
3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, wobei die defekten Komponenten
nur Turbinenschaufeln (120, 130)
umfassen.
4. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, wobei die defekten Komponenten nur
Turbinenschaufeln (120, 130) und/oder deren Beschichtungen sowie
Brenner (107) oder Brennerkomponenten
umfassen.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
wobei als weitere Maßnahmen nur Maßnahmen zur Lebensdauer- verlängerung von Maschinen (5, 6, 100, ...) oder deren Kompo- nenten durchgeführt werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
wobei als weitere Maßnahmen nur Maßnahmen zur Optimierung von Maschinen (5, 6, 100, ...) oder deren Komponenten durch- geführt werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
wobei als weitere Maßnahmen
Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung und
Maßnahmen zur Optimierung
von Maschinen (5, 6, 100, ...) oder Komponenten (120, 130, ...) durchgeführt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 7,
wobei bei den Servicemaßnahmen zumindest eine,
insbesondere mindestens zwei gleiche,
oder
zumindest zwei verschiedene
Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung von Maschinen (5, 6,
100, ...) oder deren Komponenten aus der Gruppe:
Lager des Rotors (103), Brenner (107), Kompressorschaufel, Kompressorgehäuse (19), Turbinenschaufeln (120, 130), Gas- turbinengehäuse (138), Schaufelträger (50), Hitzeschilde (155) oder Brennkammersteine, Dichtungen, Übergang Brenn- kammer - Turbine, Kühlung und/oder Überwa- chungseinrichtungen (90),
ausgeführt werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2,
3, 4, 6 oder 8,
wobei bei den Servicemaßnahmen zumindest eine,
insbesondere mindestens zwei gleiche
oder
zumindest zwei verschiedene
Maßnahmen zur Optimierung von Maschinen (5, 6, 100, ...) oder deren Komponenten aus der Gruppe:
Effizienzsteigerung, Kühlungsverbesserung,
Brenner (107), Kompressorschaufel, Kompressorgehäuse (19),
Turbinenschaufeln (120, 130), Gasturbinengehäuse (138), Schaufelträger (50), Hitzeschilde (155) oder Brennkammer- steine, Dichtungen und/oder Übergang Brennkammer - Turbine, ausgeführt werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9,
bei dem die Gasturbinen-Maschine (100) verändert wird, wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
und zumindest ein Rotorlager des Rotors (103) am Anfang des Kompressors (105) in einer Strömungsrichtung (11) der Gas- turbinen-Maschine (100) gesehen,
wobei das Rotorlager ausgewechselt wird,
wobei das neue Rotorlager (31) mindestens 5% länger ist oder
dass ein neues, mindestens 370mm langes Rotorlager (31) eingebaut wird,
insbesondere wobei das neue Rotorlager (31) maximal 500mm lang ist,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
zumindest einen Brenner (107') für die Brennkammer (110), bei dem die Brennstoff zuführenden Mittel,
insbesondere Rohre,
zumindest teilweise, insbesondere vollständig,
innen mit einer Diffusionsbeschichtung versehen werden, insbesondere alitiert werden,
oder die Brennstoff zuführenden Mittel,
insbesondere Rohre mit einer Diffusionsbeschichtung im In- neren,
insbesondere innenalitiert,
eingebaut werden,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105), eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
wobei der Kompressor (105) ein Kompressorgehäuse (19) auf- weist,
das (19) zweiteilig (19', 19'') ausgebildet ist oder wird, und
insbesondere bei dem ein inneres Kompressorgehäuse (19'') als Schaufelträger aus einem ersten Material,
insbesondere aus Stahl eingebaut wird,
ganz insbesondere aus Stahlguss eingebaut wird,
und das äußere Kompressorgehäuse (19') als Schaufelträger ein vom ersten Material deutlich verschiedenes zweites
Material,
insbesondere Grauguss aufweist,
und/oder
bei dem das innere Kompressorgehäuse (19'') durch Grauguss ersetzt wird,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei hochtemperaturbeständigere Lauf- (120) und Leitschau- feln (130),
insbesondere in den Stufen (I, II),
eingebaut werden,
die insbesondere eine verbesserte Kühlung aufweisen, und/oder
bei dem Lauf- (120) oder Leitschaufeln (130) im Heiß- gaskanal (111) eingebaut werden, die eine gerichtet er- starrte Mikrostruktur in Form einer kolumnar erstarrten Mikrostruktur aufweisen,
insbesondere nur die beiden ersten Stufen (I, II),
ganz insbesondere nur die erste Stufe (I),
und/oder bei dem eine segmentierte keramische Schicht auf der Basis von Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid auf den Lauf- (120) und Leitschaufeln (130) aufgebracht wird,
und/oder
bei dem die Lauf- (120) und Leitschaufeln (130) eingebaut werden, die für das metallische Substrat eine einkristalli- ne Mikrostruktur aufweisen,
insbesondere nur die ersten beiden Stufen (I, II),
und/oder
bei dem die keramische Beschichtung teilstabilisiertes Ytt- rium-stabilisiertes Zirkonoxid aufweist,
mit einer Porosität von 12±4%,
und/oder
bei dem Lauf- (120) oder Leitschaufeln (130) im Heiß- gaskanal (111) eine TBC vorhanden ist ohne Segmentierung auf den Leit- (130) oder Laufschaufeln (120),
und/oder
bei dem eine Schaufelspitze (415, 500) in einer Vertiefung (504) einen treppenförmigen Absatz (507) aufweist,
der sich direkt an einen Steg (505) der Saugseite an- schließt und
somit zusätzliches Material in der Vertiefung (504) dar- stellt,
wobei durch den Absatz (507) eine Kühlluftbohrung (501) aus dem Inneren der Laufschaufel (120) heraus verläuft, um die Schaufelspitze (500) besser zu kühlen,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, bei dem die Lauf- (120) und Leitschaufeln (130) eingebaut werden,
insbesondere in den Stufen (I, II),
die Kühllöcher (399) an den Seitenflächen (404) der Schau- felplattformen (403) aufweisen, und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei Laufschaufeln eingebaut werden,
wobei die Schaufelspitze (415) der Laufschaufeln insbeson- dere der Stufen (I, II) gekühlt wird,
insbesondere durch Kühllöcher (501) in der Schaufelspitze (415) ,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei Laufschaufeln (402) der Stufe (IV) eingebaut werden, die nicht gekühlt werden,
insbesondere die Leitschaufeln (401) der Stufe (III) auch nicht gekühlt werden,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
bei der in Strömungsrichtung (11) gesehen ein vorderes Ple- num (54) und ein hinteres Plenum (57) außerhalb des Heiß- gaskanals (111) vorhanden ist,
die (54, 57) technisch bedingt verschiedene Drücke aufwei- sen,
wobei das vordere Plenum (54) in Strömungsrichtung (11) hinter der Laufschaufel der Stufe (III) und über der Leit- schaufel der Stufe (IV) vorhanden ist und
entweder Kanäle ( 53 ) ,
die in der Mitte der Stufe (IV) zwischen Leit- (401) und Laufschaufel (402) vorhanden waren und vorher verwendet wurden,
um die Turbinenleit- und -laufschaufeln der Stufe (IV) zu kühlen oder
um Kühlluft zuzuführen verschlossen werden, und
ein neuer langer Kanal (60) aus dem hinteren Plenum (57) in dem Schaufelträger (50) nachträglich eingebracht wird oder
ein neuer Schaufelträger (50) bereitgestellt und eingebaut wird,
der nur noch einen solchen Kanal (60) aufweist,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Brennkammersteinen oder Hitze- schilden (155) ,
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
wobei ein Spalt (64) zwischen einem Hitzeschild (155) und Leitschaufel (130) der Stufe (I) des Motors (103) eine Run- dung (72) am strömungsseitigen Ende des Hitzeschilds (155) und die gegenüberliegende Rundung (75) der Leitschaufel 130 der Stufe (I) gleich ausgeführt wird,
um einen Überhang oder eine Hinterschneidung im Hitzeschild (155) zu vermeiden,
in der sich Schmutz ansammeln könnte oder Erosion sich aus- bildet,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
wobei ein Leitschaufelträger (79) mit einer Dichtungsanord- nung (79) aus Elementen (81, 83) eingebaut oder modifiziert wird, die zu einem geringeren Kühlluftverbrauch führt,
wobei die einzelnen Elemente (81, 83) des Leitschaufelträ- gers (79) einen Spalt (8W) aufweisen,
der (8W) Labyrinth- oder S-förmig ausgebildet ist,
wobei das in Strömungsrichtung (11) vordere Element eine erste Nase (82) aufweist und das zweite in Strömungsrich- tung (11) hintere Element (83) eine darüber ausgebildete zweite Nase (85) aufweist,
so dass ein S-förmiger Spalt (80) gebildet wird,
wodurch die Öffnung des Spaltes im Heißgaskanal (111) in Strömungsrichtung gesehen hinten liegt,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Hitzeschilden (155) oder Brenn- kammersteinen,
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
wobei Brennkammersteine (601, 604, 610) eingebaut werden, die so ausgebildet sind,
dass sie einen Spoilereffekt generieren,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Brennkammersteinen,
einen Heißgaskanal (111) mit einem Rotor (103),
wobei Brennkammersteine eingebaut werden,
die auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Brennkam- mersteins zwei voneinander getrennte Vertiefungen (40', 40'') aufnehmen,
die zum Eingriff eine mechanische Umklammerung von der Rückseite (43) des Brennkammersteins dienen,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Brennkammersteinen,
ein Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103), ein Gehäuseteil (550) für den Heißgaskanal (111), wobei in die Kontakt fläche (600) eine Vertiefung (630) für eine Dichtung eingelegt wird und das Gehäuse wieder ver- schlossen wird,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer mit Brennkammersteinen und Brennern, einen Heißgaskanal (111) mit einem Rotor (103),
wobei veränderte Leitschaufeln (73', 73'') in den Swirler des Brenners (70) eingebaut werden,
die gegenüber den früheren Leitschaufeln einen geringeren Öffnungswinkel haben,
sowie eine Abströmkante bezogen auf die Längsachse des Schaufelblatts verdreht ist,
und/oder
wobei die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
wobei nachträglich ein System (90) zur Überwachung der Ver- brennungsdynamik und Verbrennungsbeschleunigungen von der Brennkammer und Brenner installiert wird, um Verbrennungs- instabilitäten zu reduzieren oder zu vermeiden,
und/oder
bei der die Dampfturbine (6) verändert wird,
die mit einer Gasturbine mittelbar oder unmittelbar verbun- den ist,
wobei die Dampfturbine Turbinenschaufeln (883) aufweist, wobei die Turbinenschaufel (883) einen Fuß (880) mit Ver- tiefungen aufweist,
wobei die Vertiefungen (886', 886'', 886''') gegenüber den zuvor eingebauten und auszuwechselnden Turbinenschaufeln einen größeren Radius aufweisen. 11. Energieerzeugungsanlage,
nach Durchführung eines Verfahrens gemäß einem oder mehre- ren der Ansprüche 1 bis 10,
oder
eine Energieumwandlungsanlage (1),
zumindest aufweisend:
Gasturbinen-Maschine (100),
zumindest aufweisend:
einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
und zumindest ein Rotorlager (31) des Rotors (103) am An- fang des Kompressors (105) in einer Strömungsrichtung (11) der Gasturbinen-Maschine (100) gesehen,
wobei das Rotorlager (31) mindestens 370mm lang ist, insbesondere maximal 500mm lang ist,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100)
zumindest aufweist:
einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
zumindest einen Brenner (107') für die Brennkammer (110), bei dem die Brennstoff zuführenden Mittel,
insbesondere Rohre,
zumindest teilweise, insbesondere vollständig,
innen eine Diffusionsbeschichtung aufweisen,
insbesondere alitiert sind,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100)
zumindest aufweist:
einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
wobei der Kompressor (105) ein Kompressorgehäuse (19) auf- weist,
das (19) zweiteilig (19', 19'') ausgebildet ist und
ein inneres Kompressorgehäuse (19'') als Schaufelträger aufweist,
der ein erstes Material aufweist,
insbesondere Stahl,
ganz insbesondere Stahlguss aufweist,
und ein äußeres Kompressorgehäuse (19') als Schaufelträger ein vom ersten Material deutlich verschiedenes zweites Material aufweist,
insbesondere Grauguss aufweist,
oder
bei dem das äußeres Kompressorgehäuse (19'') Grauguss auf- weist,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei die Turbinenlauf- (120) und Leitschaufeln (130), insbesondere der Stufen (I, II),
hochtemperaturbeständiger sind,
insbesondere eine verbesserte Kühlung aufweisen,
und/oder
bei dem die Lauf- (120) oder Leitschaufeln (130) im Heiß- gaskanal (111) eine gerichtet erstarrte Mikrostruktur in Form einer kolumnar erstarrten Mikrostruktur aufweisen, insbesondere nur die beiden ersten Stufen (I, II),
ganz insbesondere nur die erste Stufe (I),
und/oder
bei dem eine segmentierte keramische Schicht auf der Basis von Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid auf den Lauf- (120) und Leitschaufeln (130) vorhanden ist,
und/oder
bei dem die Lauf- (120) und Leitschaufeln (130) für das me- tallische Substrat eine einkristalline Mikrostruktur auf- weisen,
insbesondere nur die ersten beiden Stufen (I, II),
und/oder
bei dem die keramische Beschichtung teilstabilisiertes Ytt- rium-stabilisiertes Zirkonoxid aufweist,
mit einer Porosität von 12±4%,
und/oder
mit einer TBC ohne Segmentierung auf den Leit- (130) oder Laufschaufeln (120),
und/oder
bei dem eine Schaufelspitze (415, 500) in einer Vertiefung (504) einen treppenförmigen Absatz (507) aufweist,
der sich direkt an einen Steg (505) der Saugseite an- schließt und
somit zusätzliches Material in der Vertiefung (504) dar- stellt,
wobei durch den Absatz (507) eine Kühlluftbohrung (501) aus dem Inneren der Laufschaufel (120) heraus verläuft, um die Schaufelspitze (500) besser zu kühlen,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, bei dem die Lauf- (120) und Leitschaufeln (130),
insbesondere der Stufen (I, II),
Kühllöcher (399) an den Seitenflächen (404) der Schaufel- plattformen (403) aufweisen,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei die Schaufelspitze (415, 500) insbesondere der Stufen (I, II) gekühlt wird,
insbesondere durch Kühllöcher (501) in der Schaufelspitze (415) ,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
mit Stufen (I, II, III, IV) von Lauf- und Leitschaufeln, wobei die Laufschaufel (402) der Stufe (IV) nicht gekühlt werden muss,
insbesondere die Leitschaufel (401) der Stufe (III) nicht gekühlt wird,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
bei der in Strömungsrichtung (11) gesehen ein vorderes Ple- num (54) und ein hinteres Plenum (57) außerhalb des Heiß- gaskanals (111) vorhanden ist,
die (54, 57) technisch bedingt verschiedene Drücke aufwei- sen,
wobei das vordere Plenum (54) in Strömungsrichtung (11) hinter der Laufschaufel der Stufe (III) und über der Leit- schaufel der Stufe (IV) vorhanden ist und
ein langer Kanal (60) aus dem hinteren Plenum (57) in dem Schaufeiträger (50) vorhanden ist,
der die Stufe (III) aus dem hinteren Plenum (57) kühlt, und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Brennkammersteinen oder Hitze- schilden (155),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) aufweisend ein Spalt (64) zwischen einem Hitzeschild (155) und Leitschaufel (130) der Stufe (I) des Rotors (103), wobei eine Rundung (72) am strömungsseitigen Ende des Hit- zeschilds (155) und die gegenüberliegende Rundung (75) der Leitschaufel (130) der Stufe (I) gleich ausgeführt sind, um einen Überhang oder eine Hinterschneidung im Hitzeschild (155) zu vermeiden,
in der sich Schmutz ansammeln könnte oder Erosion sich aus- bildet,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103)
einen Leitschaufeiträger (79) mit einer Dichtungsanordnung (79) aus Elementen (81, 83),
die zu einem geringeren Kühlluftverbrauch führt,
wobei die einzelnen Elemente (81, 83) des Leitschaufelträ- gers (79) einen Spalt (80) aufweisen,
der (80) Labyrinth- oder S-förmig ausgebildet ist,
wobei das in Strömungsrichtung (11) vordere Element eine erste Nase (82) aufweist und das zweite in Strömungsrich- tung (11) hintere Element (83) eine darüber ausgebildete zweite Nase (85) aufweist,
so dass ein S-förmiger Spalt (80) gebildet wird,
wodurch die Öffnung des Spaltes im Heißgaskanal (111) in Strömungsrichtung gesehen hinten liegt,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Hitzeschilden (155) oder Brenn- kammersteinen,
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103) ,
wobei die Brennkammer (110) am strömungsseitigen Ende der Hitzeschilde (155) oder Brennkammersteine (601, 604, 610) so ausgebildet sind, dass sie einen Spoilereffekt generieren,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Brennkammersteinen,
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor
(103) ,
wobei auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Brenn- kammersteins zwei voneinander getrennte Vertiefungen (40', 40'') ausgebildet sind,
die zum Eingriff eine mechanische Umklammerung von der Rückseite (43) des Brennkammersteins dienen,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Brennkammersteinen,
ein Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103), ein oberes und unteres Gehäuseteil (550) für den Heißgas- kanal (111),
wobei Gehäuseteile (550) auf der Kontakt fläche (600) insbe- sondere im Bereich der Leitschaufelvertiefungen eine Ver- tiefung (630) mit einer Dichtung aufweisen,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110) mit Brennkammersteinen,
ein Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor (103), wobei die Brennkammer (110) ein Brenner (70) angeordnet ist,
der einen Swirler mit Leitschaufeln (73', 73'') aufweist, wobei der Öffnungswinkel der Leitschaufel verringert ist und das Schaufelblatt der Leitschaufel (73'') entlang der Abströmkante des Schaufelblattes ist,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) in einer GuD-Anlage (1) zumindest aufweist:
einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110), einen Heißgaskanal (111),
mit einem beschaufelten Rotor (103) und
eine Dampfturbine (6),
wobei ein Abgas der Gasturbinen-Maschine (100) mittelbar für die Dampferzeugung in einer Dampfturbine verwendet wird,
wobei die Dampfturbine (6) Schaufeln (883) aufweist mit einem Schaufelfuß,
wobei die Vertiefungen (886', 886'', 886''') einen größeren Radius aufweisen,
und/oder
bei der die Gasturbinen-Maschine (100) zumindest aufweist: einen Kompressor (105),
eine Brennkammer (110),
einen Heißgaskanal (111) mit einem beschaufelten Rotor, wobei ein System (90) installiert ist, das die Verbren- nungsdynamik und Beschleunigungen ausgehend von der Ver- brennung und der Brennkammer (110) überwacht.
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