JP2015524530A - ローターとケーシング間の空隙を最小にする方法およびタービン - Google Patents

ローターとケーシング間の空隙を最小にする方法およびタービン Download PDF

Info

Publication number
JP2015524530A
JP2015524530A JP2015523489A JP2015523489A JP2015524530A JP 2015524530 A JP2015524530 A JP 2015524530A JP 2015523489 A JP2015523489 A JP 2015523489A JP 2015523489 A JP2015523489 A JP 2015523489A JP 2015524530 A JP2015524530 A JP 2015524530A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
casing
turbine
gap
blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015523489A
Other languages
English (en)
Inventor
リュッテンベルク、アンドレアス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of JP2015524530A publication Critical patent/JP2015524530A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/22Actively adjusting tip-clearance by mechanically actuating the stator or rotor components, e.g. moving shroud sections relative to the rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20Actively adjusting tip-clearance
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/334Vibration measurements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/40Type of control system
    • F05D2270/44Type of control system active, predictive, or anticipative

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

ローター(120)、特に動翼(120)と、ケーシング(138)、特にタービン(100)のケーシング(138)との間の空隙(d)を最小にする方法であって、ローター(120)とケーシング(138)との間の空隙(d)が、特に、ローター(120)とケーシング(138)の相対的な変位により調整可能となっている方法において、ローターとケーシング間の空隙を簡単な手段で最小にすることができる。このために、前記ローター(120)および/またはケーシング(138)に付設された固体伝播音監視システムの出力信号が、この空隙の大きさに対する尺度として使用され、そして、これを用いて最小空隙(d)が調整される。【選択図】図1

Description

本発明は、ローター、特に動翼とケーシング、特にタービンのケーシングとの間の空隙を最小にする方法に関し、ローターとケーシングとの間の空隙が、特に、ローターとケーシングの相対的な変位により調整可能となっている。本発明はさらに、ローター、特に動翼、とケーシングとを有するタービン、特にガスタービンに関し、ローターとケーシングとの間の空隙が1つの調整装置により、特に、ローターとケーシングの相対的な変位により、調整可能となっている。
タービンは、流体(液体または気体)の内部エネルギ(エンタルピ)を回転エネルギに、そして最終的に機械的な駆動エネルギに変換する流体機械である。複数のタービン翼をできるだけ渦のない層流が通流することによって、この流体流からその内部エネルギの一部が取りだされ、これがタービンの動翼に与えられる。こうして、タービン軸が回転され、この利用可能な出力が結合された作業機械、例えば発電機に与えられる。動翼と軸はタービンの可動ローターの一部、すなわち、回転子であり、ケーシングの内部に配置されている。
通常は複数の翼がこの軸に取り付けられている。1つの面に取り付けられた複数の翼がそれぞれ1つの翼輪すなわち回転輪を形成している。これらの翼は、飛行機の翼に似た、僅かに湾曲したプロフィルを有している。各動翼輪の前に通常は1つの静翼輪がある。これらの静翼は流れ媒体に向かってケーシングから内側に突き出ており、流れ媒体を旋回させる。静翼輪で生じた旋回(運動エネルギ)が後続する動翼輪で利用され、その上に動翼が取り付けられた軸を回転させる。
静翼輪と動翼輪を合わせて段と呼ぶ。複数のこの段が相前後して結合されている。静翼輪は静止しているので、その静翼はケーシングの内部でも、ケーシングの外部でも固定することができ、これによって、動翼輪の軸に軸受を提供することができる。
ローターの静翼端とケーシングとの間には通常は空隙が在り、これは例えば運転中の熱膨張の補償を行うのに役立つ。しかし、高効率を達成するためには、翼端とケーシング間の空隙は最小でなければならない。流体がこの空隙を通って動翼のそばを通り過ぎ、エネルギ発生に寄与しないからである。
タービンとこれを取り囲んでいるケーシングの形状が円錐形であることを前提として、相応の調整装置を用いてローターをケーシングに対して変位させることにより、空隙の大きさを変えることが可能である。ローターと回転子とを変位するための方法は、例えば、特許文献1と2で知られている。空隙を最小化するための方法は特許文献3、4および5で知られている。特に特許文献5では、ローターとケーシング間の導電性接点における電気抵抗係数を求めることにより、空隙の大きさを求めることが知られている。
しかし、この方法では高い装置コストが必要になり、および/または、それほど正確ではないので、実際にはしばしば、ローターを予め決められた一定長さだけ変位することが行われているだけである。タービン動翼が摺るのを防ぐため、そして運転リスクを高めないために、しばしば移動距離はそれ以上長くはとられなかった。そこで、別の最適化法が求められている。
独国特許出願公開第4223495号明細書 国際公開第00/28190号パンフレット 独国特許第3910319C2号明細書 独国特許出願公開第3901167A1号明細書 欧州特許第1524411B1号明細書
本発明の課題は、ローターとケーシング間の空隙を簡単な手段で最小にする方法を提示することにある。
この課題は本発明により、ローターおよび/またはケーシングに付設された固体伝播音監視システムの出力信号を、この空隙の大きさに対する尺度として使用し、これを用いて最小空隙を調整することにより解決される。
本発明は、空隙寸法の特に簡単な監視を、できるだけ侵襲性が少なく、外側部に取り付け可能なセンサーにより行うことができるという考えに基づく。ローターおよびケーシングが接触した時に発生する1つの簡単な信号は音であり、これはさらにタービンケーシングのような固体を通して伝播される。その結果、ケーシングに衝突する翼端により発生する振動の音響的な検出を、ケーシングの外側で行うことが可能になる。それ故、固体伝播音監視システムにより、ケーシングとローターを相対的に変位した場合に、場合によっては生じる翼端とケーシングとの接触に対する特に簡単で、技術的に複雑でない検知が可能となる。これにより、最小空隙の精密な調整が可能となる。
有利な実施形態では、固体伝播音監視システムはタービンの異物検知システムの一部である。異物検知システムは、場合によって入り込む異物またはタービン自身の破断部をも早期に検知し、タービンの停止を指示するために、タービンでしばしば使用されている。異物検知システムは音検出に基づいている。したがって、この異物検知システムの固体伝播音監視システムを、最小空隙を調整するためにも共用する手段で利用することは有利である。場合によっては、このためのタービンへの構造的な追加工事は全く不要であり、単に、センサーと制御電気機器の相応の適合をするだけでよい。
有利な実施形態では、空隙寸法を調整するために、ローターがケーシングに対して軸方向に変位可能になっている。一般的にはタービンは円錐形であるので、全範囲にわたり、そして、それぞれのタービン段において、空隙を均等に小さくすることができる。
このローターを、出力信号を発生する接触が丁度なくなるまで変位すると有利である。すなわち、タービン動翼列がケーシングと接触するまでローターは変位される。この接触は固体伝播音監視システムで監視され、その移動距離が制限される。最初の接触信号が検知されるとすぐに、ローターは、必要に応じて少し戻し変位した後に、丁度、接触限界に固定される。
ローター、特に動翼と、ケーシングとを有するタービン、特にガスタービンにおいて、ローターとケーシング間の空隙を、上述した方法を用いて有利に最小にすることができる。
ローターとケーシング間の空隙が最小化されたタービンを提示することも本発明の課題である。
この課題は、タービンにおいてローターおよび/またはケーシングに固体伝播音監視システムが付設されており、その出力側が調整装置と接続されていることにより解決される。
また、タービンに関しては、この固体伝播音監視システムが異物検知システムの構成要素であると有利であり、および/または、空隙寸法を調整すべくローターがケーシングに対して軸方向に変位可能であると有利である。
有利な実施形態において、ローターは、特に動翼の先端部が少なくとも部分的に磨耗可能である。すなわち、調整工程中にケーシングと軽く接触するように設計された相応の複数の磨耗箇所が存在する。この場合、これらの磨耗箇所では、場合により材料が取り除かれるが、これらの磨耗箇所は、これによってローターに、特に動翼に構造的な損傷が生じないように設計されている。こうして、ローターを、信号を発生する軽度の接触まで危険なしに変位することができ、これによって空隙の最適な調整が可能となる。
発電所が上述したタービンを有していると有利である。
本発明により得られる利点は特に、異物検知システムを用いてローターとケーシングとの接触を検知することによって、技術的に特に簡単な手段で半径方向空隙の最小化が可能になることにある。これによってタービン効率が最大になり、出力が増大する。このことは、制御技術的な変更により燃料と排出物の大幅な低減が達成できるので、環境保護に関しても利点を提供する。
ガスタービンの構成を示す断面図である。
図に基づき本発明を詳細に説明する。この図はガスタービンを示す。
この図はここではガスタービンであるタービン100を長手方向断面で示す。ガスタービン100は、内部に回転軸102(軸方向)の周りを回転可能に支持されたローター103を有し、これはタービンローターとも呼ばれる。ローター103に沿って、吸い込みケーシング104、圧縮機105、同軸に配置された複数のバーナー107を有するトーラス形燃焼器110、特に環状燃焼器106、タービン108および排ガスケーシング109が順次配置されている。
複数の環状燃焼器106が1つの環状の高温ガス流路111と繋がっている。そこでは、相前後して結合された例えば4つのタービン段112が、タービン108を形成している。それぞれのタービン段112は2つの翼輪で形成されている。高温ガス流路111に、作動媒体113の流れ方向に見て、1つの静翼列115に複数の動翼120で形成された1つの列125が続いている。
この場合、複数の静翼130がステーター143に固定されているのに対し、列125の複数の動翼120はタービン円板133を用いてローター103に取り付けられている。こうして、これらの動翼120はローターすなわち回転子103の一部を構成している。このローター103に発電機または作業機械が結合されている(図示されていない)。
ガスタービン100の運転中に、空気135が吸い込みケーシング104を通って吸入され、圧縮機105により圧縮される。圧縮機105のタービン側端部に供給された圧縮空気は複数のバーナー107に供給され、そこで燃料と混合される。この混合物が燃焼器110の内部で燃焼され、作動媒体113を形成する。この作動媒体113はそこから高温ガス流路111に沿って静翼130と動翼120を通って流れる。動翼120で作動媒体113は膨張して衝動を与え、これにより動翼120がローター103を駆動し、このローターがそれに連結された作業機械を駆動する。
高温の作動媒体113に曝される部品はガスタービン運転中に熱負荷を受ける。作動媒体113の流れ方向に見て、第1タービン段の静翼130と動翼120は、環状燃焼器106を覆っている熱シールドタイルと並んで熱負荷を最も強く受ける。そこでの支配的な温度に耐えるべく、これらは冷却媒体で冷却される。同様に、翼120、130に耐腐食層(MCrAlX;M=Fe、Co、Ni、希土類)と耐熱層(熱遮蔽層、例えば、ZrO2,Y24−ZrO2)を付けることができる。
静翼130はタービン108の内側ケーシング138側の静翼根元部(図示されていない)と、これとは反対側の静翼頭部とを有する。この静翼頭部はローター103に対向しており、ステーター143の固定リング140に固定されている。
制御技術面では、このガスタービン100は図に詳細には示されていない異物検知システムを有している。この目的は、空気135と共にガスタービン100に入り込んでくる異物、あるいは、タービン100の内部での損傷により破断された異物を検知し、必要な場合にはタービン100の急速停止を発令することにある。このために、この異物検知システムは固体伝播音検知システムを含み、この異物検知システムは多数のセンサーでローター103およびケーシング138に接続されており、タービン100の内部で発生する音振動に関する出力信号を発する。
さらに、ローター103は軸102に沿って軸方向に変位可能である。ローター103の先端部とケーシング138とが相対的に円錐形であることにより、ローター103またはケーシング138の軸方向変位によって、ローター103、特に動翼端部とケーシング138との間の空隙dが縮小されたり、拡大される。この軸方向変位は油圧又は水圧を用いて行われる。
ローター103をケーシング138に対して軸方向に変位することにより、空隙dが縮小され、ついに最初の接触が生じ、これにより振動と、これに起因する音が発生する。この音はケーシング138を通って伝播し、固体伝播音検知システムのより検知され、相応の出力信号に変換される。
ケーシング138に対する静翼120の軸方向変位により、タービン翼120とケーシング138との間には、より強いまたはより弱い接触が生じ、これによって、発生した固体伝播音の強さ、すなわち出力信号も変化する。こうして、軸方向変位の値に応じた異なる出力信号が生じる。
最初の接触が行われると、静翼120が固定されるか、あるいは、強すぎる接触の場合には、これに対応する出力信号で示される接触が丁度なくなるまで、再び戻し変位される。こうして、最小空隙dが調整される。最小空隙のこの調整はタービン100の運転中に、通常は、加熱完了後に行うことができる。
タービン翼120は外側の磨耗層を有する。この磨耗層は例えば、有孔性および/またはセラミックであるので、僅かな接触でも永続的な損傷の原因にはならない。
100 ガスタービン
102 軸方向
120 ローター、動翼
130 静翼
138 ケーシング
d 空隙
本発明は、ローター、特に動翼とケーシング、特にタービンのケーシングとの間の空隙を最小にする方法に関し、ローターとケーシングとの間の空隙が、特に、ローターとケーシングの相対的な変位により調整可能となっている。本発明はさらに、ローター、特に動翼、とケーシングとを有するタービン、特にガスタービンに関し、ローターとケーシングとの間の空隙が1つの調整装置により、特に、ローターとケーシングの相対的な変位により、調整可能となっている。
タービンは、流体(液体または気体)の内部エネルギ(エンタルピ)を回転エネルギに、そして最終的に機械的な駆動エネルギに変換する流体機械である。複数のタービン翼をできるだけ渦のない層流が通流することによって、この流体流からその内部エネルギの一部が取りだされ、これがタービンの動翼に与えられる。こうして、タービン軸が回転され、この利用可能な出力が結合された作業機械、例えば発電機に与えられる。動翼と軸はタービンの可動ローターの一部、すなわち、回転子であり、ケーシングの内部に配置されている。
通常は複数の翼がこの軸に取り付けられている。1つの面に取り付けられた複数の翼がそれぞれ1つの翼輪すなわち回転輪を形成している。これらの翼は、飛行機の翼に似た、僅かに湾曲したプロフィルを有している。各動翼輪の前に通常は1つの静翼輪がある。これらの静翼は流れ媒体に向かってケーシングから内側に突き出ており、流れ媒体を旋回させる。静翼輪で生じた旋回(運動エネルギ)が後続する動翼輪で利用され、その上に動翼が取り付けられた軸を回転させる。
静翼輪と動翼輪を合わせて段と呼ぶ。複数のこの段が相前後して結合されている。静翼輪は静止しているので、その静翼はケーシングの内部でも、ケーシングの外部でも固定することができ、これによって、動翼輪の軸に軸受を提供することができる。
ローターの動翼端とケーシングとの間には通常は空隙が在り、これは例えば運転中の熱膨張の補償を行うのに役立つ。しかし、高効率を達成するためには、翼端とケーシング間の空隙は最小でなければならない。流体がこの空隙を通って動翼のそばを通り過ぎ、エネルギ発生に寄与しないからである。
タービンとこれを取り囲んでいるケーシングの形状が円錐形であることを前提として、相応の調整装置を用いてローターをケーシングに対して変位させることにより、空隙の大きさを変えることが可能である。ローターをケーシングに対して相対的に変位するための方法は、例えば、特許文献1と2で知られている。空隙を最小化するための方法は特許文献3、4および5で知られている。特に特許文献5では、ローターとケーシング間の導電性接点における電気抵抗係数を求めることにより、空隙の大きさを求めることが知られている。
ケーシングとローターとの接触の際の振動検知による空隙最小化のための別の方法が、例えば、特許文献6、7または8で知られている。
しかし、これらの公知の従来技術の方法では高い装置コストが必要になり、および/または、それほど正確ではないので、実際にはしばしば、ローターを予め決められた一定長さだけ変位することが行われているだけである。そこで、装置のコストを考慮したさらなる改善が求められている。
独国特許出願公開第4223495号明細書 国際公開第00/28190号パンフレット 独国特許第3910319C2号明細書 独国特許出願公開第3901167A1号明細書 欧州特許第1524411B1号明細書 英国特許出願公開第2396438A号明細書 米国特許出願公開第2009/0226302A1号明細書 米国特許出願公開第2005/0286995A1号明細書
本発明の課題は、ローターとケーシング間の空隙を僅かな装置コストで簡単な手段で最小にする方法を提示することにある。
この課題は本発明により、ローターおよび/またはケーシングに付設された固体伝播音監視システムの出力信号を、この空隙の大きさに対する尺度として使用し、これを用いて最小空隙を調整することにより解決され、この固体伝播音監視システムは異物検知システムの構成要素である。
本発明は、空隙寸法の特に簡単な監視を、できるだけ侵襲性が少なく、外側部に取り付け可能なセンサーにより行うことができるという考えに基づく。ローターおよびケーシングが接触した時に発生する1つの簡単な信号は音であり、これはさらにタービンケーシングのような固体を通して伝播される。その結果、ケーシングに衝突する翼端により発生する振動の音響的な検出を、ケーシングの外側で行うことが可能になる。それ故、固体伝播音監視システムにより、ケーシングとローターを相対的に変位した場合に、場合によっては生じる翼端とケーシングとの接触に対する特に簡単で、技術的に複雑でない検知が可能となる。これにより、最小空隙の精密な調整が可能となる。
本発明によれば、この固体伝播音監視システムは特にタービンの異物検知システムの一部である。異物検知システムは、場合によって入り込む異物またはタービン自身の破断部をも早期に検知し、タービンの停止を指示するために、タービンでしばしば使用されている。異物検知システムは音検出に基づいている。したがって、この異物検知システムの固体伝播音監視システムを、最小空隙を調整するためにも共用する手段で利用することは有利である。場合によっては、このためのタービンへの構造的な追加工事は全く不要であり、単に、センサーと制御電気機器の相応の適合をするだけでよい。
有利な実施形態では、空隙寸法を調整するために、ローターがケーシングに対して軸方向に変位可能になっている。一般的にはタービンは円錐形であるので、全範囲にわたり、そして、それぞれのタービン段において、空隙を均等に小さくすることができる。
このローターを、出力信号を発生する接触が丁度なくなるまで変位すると有利である。すなわち、タービン動翼列がケーシングと接触するまでローターは変位される。この接触は固体伝播音監視システムで監視され、その移動距離が制限される。最初の接触信号が検知されるとすぐに、ローターは、必要に応じて少し戻し変位した後に、丁度、接触限界に固定される。
ローター、特に動翼と、ケーシングとを有するタービン、特にガスタービンにおいて、ローターとケーシング間の空隙を、上述した方法を用いて有利に最小にすることができる。
ローターとケーシング間の空隙が最小化されたタービンを提示することも本発明の課題である。この課題は僅かな装置コストで実現されなければならない。
この課題は、タービンにおいてローターおよび/またはケーシングに固体伝播音監視システムが付設されており、その出力側が調整装置と接続されていることにより解決される。
また、タービンに関しては、この固体伝播音監視システムが異物検知システムの構成要素であり、および/または、空隙寸法を調整すべくローターがケーシングに対して軸方向に変位可能であると有利である。
有利な実施形態において、ローターは、特に動翼の先端部が少なくとも部分的に磨耗可能である。すなわち、調整工程中にケーシングと軽く接触するように設計された相応の複数の磨耗箇所が存在する。この場合、これらの磨耗箇所では、場合により材料が取り除かれるが、これらの磨耗箇所は、これによってローターに、特に動翼に構造的な損傷が生じないように設計されている。こうして、ローターを、信号を発生する軽度の接触まで危険なしに変位することができ、これによって空隙の最適な調整が可能となる。
発電所が上述したタービンを有していると有利である。
本発明により得られる利点は特に、異物検知システムを用いてローターとケーシングとの接触を検知することによって、技術的に特に簡単な手段で半径方向空隙の最小化が可能になることにある。これによってタービン効率が最大になり、出力が増大する。このことは、制御技術的な変更により燃料と排出物の大幅な低減が達成できるので、環境保護に関しても利点を提供する。
ガスタービンの構成を示す断面図である。
図に基づき本発明を詳細に説明する。この図はガスタービンを示す。
この図はここではガスタービンであるタービン100を長手方向断面で示す。ガスタービン100は、内部に回転軸102(軸方向)の周りを回転可能に支持されたローター103を有し、これはタービンローターとも呼ばれる。ローター103に沿って、吸い込みケーシング104、圧縮機105、同軸に配置された複数のバーナー107を有するトーラス形燃焼器110、特に環状燃焼器106、タービン108および排ガスケーシング109が順次配置されている。
複数の環状燃焼器106が1つの環状の高温ガス流路111と繋がっている。そこでは、相前後して結合された例えば4つのタービン段112が、タービン108を形成している。それぞれのタービン段112は2つの翼輪で形成されている。高温ガス流路111に、作動媒体113の流れ方向に見て、1つの静翼列115に複数の動翼120で形成された1つの列125が続いている。
この場合、複数の静翼130がステーター143に固定されているのに対し、列125の複数の動翼120はタービン円板133を用いてローター103に取り付けられている。こうして、これらの動翼120はローターすなわち回転子103の一部を構成している。このローター103に発電機または作業機械が結合されている(図示されていない)。
ガスタービン100の運転中に、空気135が吸い込みケーシング104を通って吸入され、圧縮機105により圧縮される。圧縮機105のタービン側端部に供給された圧縮空気は複数のバーナー107に供給され、そこで燃料と混合される。この混合物が燃焼器110の内部で燃焼され、作動媒体113を形成する。この作動媒体113はそこから高温ガス流路111に沿って静翼130と動翼120を通って流れる。動翼120で作動媒体113は膨張して衝動を与え、これにより動翼120がローター103を駆動し、このローターがそれに連結された作業機械を駆動する。
高温の作動媒体113に曝される部品はガスタービン運転中に熱負荷を受ける。作動媒体113の流れ方向に見て、第1タービン段の静翼130と動翼120は、環状燃焼器106を覆っている熱シールドタイルと並んで熱負荷を最も強く受ける。そこでの支配的な温度に耐えるべく、これらは冷却媒体で冷却される。同様に、翼120、130に耐腐食層(MCrAlX;M=Fe、Co、Ni、希土類)と耐熱層(熱遮蔽層、例えば、ZrO2,Y24−ZrO2)を付けることができる。
静翼130はタービン108の内側ケーシング138側の静翼根元部(図示されていない)と、これとは反対側の静翼頭部とを有する。この静翼頭部はローター103に対向しており、ステーター143の固定リング140に固定されている。
制御技術面では、このガスタービン100は図に詳細には示されていない異物検知システムを有している。この目的は、空気135と共にガスタービン100に入り込んでくる異物、あるいは、タービン100の内部での損傷により破断された異物を検知し、必要な場合にはタービン100の急速停止を発令することにある。このために、この異物検知システムは固体伝播音検知システムを含み、この異物検知システムは多数のセンサーでローター103およびケーシング138に接続されており、タービン100の内部で発生する音振動に関する出力信号を発する。
さらに、ローター103は軸102に沿って軸方向に変位可能である。ローター103の先端部とケーシング138とが相対的に円錐形であることにより、ローター103またはケーシング138の軸方向変位によって、ローター103、特に動翼端部とケーシング138との間の空隙dが縮小されたり、拡大される。この軸方向変位は油圧又は水圧を用いて行われる。
ローター103をケーシング138に対して軸方向に変位することにより、空隙dが縮小され、ついに最初の接触が生じ、これにより振動と、これに起因する音が発生する。この音はケーシング138を通って伝播し、固体伝播音検知システムのより検知され、相応の出力信号に変換される。
ケーシング138に対する動翼120の軸方向変位により、タービン翼120とケーシング138との間には、より強いまたはより弱い接触が生じ、これによって、発生した固体伝播音の強さ、すなわち出力信号も変化する。こうして、軸方向変位の値に応じた異なる出力信号が生じる。
最初の接触が行われると、動翼120が固定されるか、あるいは、強すぎる接触の場合には、これに対応する出力信号で示される接触が丁度なくなるまで、再び戻し変位される。こうして、最小空隙dが調整される。最小空隙のこの調整はタービン100の運転中に、通常は、加熱完了後に行うことができる。
タービン翼120は外側の磨耗層を有する。この磨耗層は例えば、有孔性および/またはセラミックであるので、僅かな接触でも永続的な損傷の原因にはならない。
100 ガスタービン
102 軸方向
120 ローター、動翼
130 静翼
138 ケーシング
d 空隙

Claims (10)

  1. ローター(120)、特に動翼(120)と、ケーシング(138)、特にタービン(100)のケーシング(138)との間の空隙(d)を最小にする方法であって、ローター(120)とケーシング(138)との間の空隙(d)が、特に、ローター(120)とケーシング(138)の相対的な変位により調整可能となっている方法において、前記ローター(120)および/またはケーシング(138)に付設された固体伝播音監視システムの出力信号が、この空隙の大きさに対する尺度として使用され、そして、これを用いて最小空隙(d)が調整されることを特徴とする方法。
  2. 前記固体伝播音監視システムが異物検知システムの構成要素であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記ローター(120)が、前記空隙の大きさを調整するために、前記ケーシング(138)に対して軸方向(102)に変位可能である請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記ローター(120)が、出力信号を発生する接触が丁度なくなるところまで変位されることを特徴とする請求項1から3の1つに記載の方法。
  5. ローター(120)、特に動翼(120)と、ケーシング(138)とを含むタービン(100)、特にガスタービンであって、ローター(120)とケーシング(138)との間の空隙(d)が、請求項1から4に記載の方法により最小にされるタービン(100)。
  6. ローター(120)、特に動翼(120)と、ケーシング(138)とを含むタービン(100)、特にガスタービンであって、ローター(120)とケーシング(138)との間の空隙(d)が、1つの調整装置により、特に前記ローター(120)と前記ケーシング(138)との相対的な変位により調整可能であるタービンにおいて、前記ローター(120)および/または前記ケーシング(138)に固体伝播音監視システムが付設されており、この固体伝播音監視システムの出力側が前記調整装置と接続されていることを特徴とするタービン(100)。
  7. 前記固体伝播音監視システムが異物検知システムの構成要素であることを特徴とする請求項6に記載のタービン(100)。
  8. 前記ローター(120)が、前記空隙の大きさを調整するために、前記ケーシング(138)に対して軸方向(102)に変位可能である請求項6または7に記載のタービン(100)。
  9. 前記ローター(120)が少なくとも部分的に変位可能である請求項6から8のいずれか1つに記載のタービン(100)。
  10. 請求項5から9のいずれか1つに記載のタービン(100)を備えた発電所設備。
JP2015523489A 2012-07-25 2013-07-15 ローターとケーシング間の空隙を最小にする方法およびタービン Pending JP2015524530A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012213016.0 2012-07-25
DE102012213016.0A DE102012213016A1 (de) 2012-07-25 2012-07-25 Verfahren zur Minimierung des Spalts zwischen einem Läufer und einem Gehäuse
PCT/EP2013/064901 WO2014016153A1 (de) 2012-07-25 2013-07-15 Verfahren zur minimierung des spalts zwischen einem läufer und einem gehäuse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015524530A true JP2015524530A (ja) 2015-08-24

Family

ID=48808322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015523489A Pending JP2015524530A (ja) 2012-07-25 2013-07-15 ローターとケーシング間の空隙を最小にする方法およびタービン

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150152743A1 (ja)
EP (1) EP2864596A1 (ja)
JP (1) JP2015524530A (ja)
CN (1) CN104471194B (ja)
DE (1) DE102012213016A1 (ja)
WO (1) WO2014016153A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2397656A1 (de) * 2010-06-14 2011-12-21 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Einstellung der zwischen Schaufelblattspitzen von Laufschaufeln und einer Kanalwand vorhandenen Radialspalte sowie Vorrichtung zur Messung eines Radialspalts einer axial durchströmbaren Turbomaschine
DE102014203318A1 (de) * 2014-02-25 2015-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine bei aktiver hydraulischer Spalteinstellung
US10544803B2 (en) * 2017-04-17 2020-01-28 General Electric Company Method and system for cooling fluid distribution
EP3540182A1 (de) 2018-03-14 2019-09-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur steuerung einer spaltminimierung einer gasturbine
CN108956106B (zh) * 2018-05-17 2020-06-30 中国航发湖南动力机械研究所 双转子涡轮试验件
DE102018214752A1 (de) * 2018-08-30 2020-03-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine
DE102019109638B4 (de) 2019-04-11 2021-11-18 Rittal Gmbh & Co. Kg Schaltschrankanordnung mit einem Schaltschrankrahmengestell und einem auf einer Montageplatte montierten mehrpoligen Berührungsschutzmodul
CN110725722B (zh) * 2019-08-27 2022-04-19 中国科学院工程热物理研究所 一种适用于叶轮机械的动叶叶顶间隙动态连续可调结构
CN114251130B (zh) * 2021-12-22 2022-12-02 清华大学 一种用于控制叶顶泄漏流的鲁棒性转子结构和动力系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070722A (en) * 1990-09-21 1991-12-10 United Technologies Corporation Turbine engine debris ingestion monitor
JPH07505202A (ja) * 1992-04-01 1995-06-08 エービービー カーボン アクチボラゲット 回転機械における方法および装置
US20020164246A1 (en) * 2001-04-12 2002-11-07 Christian Scholz Gas turbine with axially mutually displaceable guide parts
US20030056595A1 (en) * 2001-09-27 2003-03-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Acoustic monitoring of foreign objects in combustion turbines during operation
US20040120809A1 (en) * 2002-12-20 2004-06-24 Peter Loftus Rotor system
US20050079048A1 (en) * 2003-10-13 2005-04-14 Mirko Milazar Method of minimizing the gap between a rotating turbine blade and a casing of a turbine, a turbine, and a method of determining the wear behavior of a wheel of a rotor
US20050286995A1 (en) * 2004-06-23 2005-12-29 Tonghuo Shang Method and system for determining gas turbine tip clearance
WO2008060164A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Dynatrend As A method and a device for detection of rubbing between a stator and a rotor of a turbo-machine
US20090226302A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-10 General Electric Company Method and apparatus for determining clearance between moving and static members in a machine
JP2010230004A (ja) * 2009-03-25 2010-10-14 General Electric Co <Ge> 隙間制御方法及び装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2042646B (en) * 1979-02-20 1982-09-22 Rolls Royce Rotor blade tip clearance control for gas turbine engine
US4335600A (en) * 1980-11-13 1982-06-22 General Electric Company Detecting internal abnormalities in turbines
DE3544822A1 (de) * 1985-12-18 1987-06-19 Gutehoffnungshuette Man Verfahren zur pumpgrenzregelung von turbokomporessoren
GB8707187D0 (en) * 1987-03-25 1987-04-29 Hughes Ltd Stewart Monitoring of foreign object in engines
US5012420A (en) 1988-03-31 1991-04-30 General Electric Company Active clearance control for gas turbine engine
DE3901167A1 (de) 1989-01-17 1990-07-26 Klein Schanzlin & Becker Ag Spaltminimierung
US5056986A (en) * 1989-11-22 1991-10-15 Westinghouse Electric Corp. Inner cylinder axial positioning system
US5206816A (en) * 1991-01-30 1993-04-27 Westinghouse Electric Corp. System and method for monitoring synchronous blade vibration
DE4223495A1 (de) 1992-07-17 1994-01-20 Asea Brown Boveri Gasturbine
US5704759A (en) * 1996-10-21 1998-01-06 Alliedsignal Inc. Abrasive tip/abradable shroud system and method for gas turbine compressor clearance control
DE59910772D1 (de) 1998-11-11 2004-11-11 Siemens Ag Verfahren zum betrieb einer strömungsmaschine
US6499350B1 (en) * 2000-04-04 2002-12-31 Swantech, L.L.C. Turbine engine foreign object damage detection system
DE10117231A1 (de) * 2001-04-06 2002-10-31 Hodson Howard Rotorspalt-Steuermodul
EP1557536A1 (de) * 2004-01-22 2005-07-27 Siemens Aktiengesellschaft Strömungsmaschine mit einem axial verschiebbaren Rotor
EP1617174A1 (de) * 2004-07-12 2006-01-18 Siemens Aktiengesellschaft Bestimmung des Spaltmasses eines Radialspaltes
DE102005048982A1 (de) * 2005-10-13 2007-04-19 Mtu Aero Engines Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum axialen Verschieben eines Turbinenrotors
US7652489B2 (en) * 2005-12-06 2010-01-26 General Electric Company Multi-range clearance measurement system and method of operation
US8186945B2 (en) * 2009-05-26 2012-05-29 General Electric Company System and method for clearance control
US9598972B2 (en) * 2010-03-30 2017-03-21 United Technologies Corporation Abradable turbine air seal
DE102010045851A1 (de) * 2010-09-17 2012-03-22 Mtu Aero Engines Gmbh Kompensation unterschiedlicher Längsdehnungen von Gehäuse und Rotorwelle einer Turbomaschine

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5070722A (en) * 1990-09-21 1991-12-10 United Technologies Corporation Turbine engine debris ingestion monitor
JPH07505202A (ja) * 1992-04-01 1995-06-08 エービービー カーボン アクチボラゲット 回転機械における方法および装置
US20020164246A1 (en) * 2001-04-12 2002-11-07 Christian Scholz Gas turbine with axially mutually displaceable guide parts
US20030056595A1 (en) * 2001-09-27 2003-03-27 Siemens Westinghouse Power Corporation Acoustic monitoring of foreign objects in combustion turbines during operation
US20040120809A1 (en) * 2002-12-20 2004-06-24 Peter Loftus Rotor system
US20050079048A1 (en) * 2003-10-13 2005-04-14 Mirko Milazar Method of minimizing the gap between a rotating turbine blade and a casing of a turbine, a turbine, and a method of determining the wear behavior of a wheel of a rotor
US20050286995A1 (en) * 2004-06-23 2005-12-29 Tonghuo Shang Method and system for determining gas turbine tip clearance
WO2008060164A1 (en) * 2006-11-17 2008-05-22 Dynatrend As A method and a device for detection of rubbing between a stator and a rotor of a turbo-machine
US20090226302A1 (en) * 2008-03-10 2009-09-10 General Electric Company Method and apparatus for determining clearance between moving and static members in a machine
JP2010230004A (ja) * 2009-03-25 2010-10-14 General Electric Co <Ge> 隙間制御方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20150152743A1 (en) 2015-06-04
EP2864596A1 (de) 2015-04-29
CN104471194A (zh) 2015-03-25
CN104471194B (zh) 2016-04-13
WO2014016153A1 (de) 2014-01-30
DE102012213016A1 (de) 2014-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015524530A (ja) ローターとケーシング間の空隙を最小にする方法およびタービン
US9988934B2 (en) Gas turbine engines including channel-cooled hooks for retaining a part relative to an engine casing structure
US8333557B2 (en) Vortex chambers for clearance flow control
US20080232949A1 (en) Turbomachine Having an Axially Displaceable Rotor
CN101845972A (zh) 用于间隙控制的方法和设备
CN105507957A (zh) 具有密封件的轴流式涡轮机压缩机外部壳体
US20140000267A1 (en) Transition duct for a gas turbine
CN107060905B (zh) 用于燃气涡轮发动机中的组件的涡轮框架冷却系统和方法
RU2619327C2 (ru) Узел турбомашины
EP1225308A3 (en) Split ring for gas turbine casing
JP2012112378A (ja) ターボ機械で使用するためのセンサ組立体及びそれを組立てる方法
US9617867B2 (en) Gas turbine
US10428823B2 (en) Centrifugal compressor apparatus
JP2018155246A (ja) ガスタービン、ガスタービンの案内羽根リング、および案内羽根リングを製造するための方法
US20180328207A1 (en) Gas turbine engine component having tip vortex creation feature
US10280793B2 (en) Insert and standoff design for a gas turbine engine vane
US10138746B2 (en) Gas turbine engine flow control device
KR20190000306A (ko) 터보 기계의 로터 블레이드
US10385865B2 (en) Airfoil tip geometry to reduce blade wear in gas turbine engines
US10337344B2 (en) Turbomachine with an ingestion shield and use of the turbomachine
US20060147299A1 (en) Shround cooling assembly for a gas trubine
JP2016524080A (ja) タービン及び摩擦検知方法
CN106164445A (zh) 用于燃气轮机的可变极限值功率控制
US11624662B2 (en) Exhaust gas temperature sensor
US9771817B2 (en) Methods and system for fluidic sealing in gas turbine engines

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150602

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150602

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160325

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160506

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20161206