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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für
eine Gasturbogruppe zur Abdichtung der Leitbeschaufelung gegenüber
der Umgebungsluft, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Die
Temperatur des Arbeitsmediums einer solchen Gasturbogruppe kann
sich in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand relativ
schnell ändern. Insbesondere beim Anfahren, Abstellen und
bei Laständerungen werden die vom Arbeitsmedium durchströmten
Bauteile stark erhitzt bzw. abgekühlt, während
die anderen Bauteile eine wesentlich langsamere Temperaturänderung
erfahren.
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Bekannt
sind Gasturbogruppen mit einer der Führung des Arbeitsmediums
dienenden Innenschale und mit einem Aussengehäuse zur Abstützung
und Zentrierung der Innenschale. Solche Gehäuse und Innenschalen
besitzen eine relativ geringe Masse. Sie werden daher relativ schnell
aufgeheizt und können schnell wieder abkühlen.
Demgegenüber dauert sowohl das Aufheizen als auch das Abkühlen
der Rotoren von Verdichter und Turbine, aufgrund ihrer grossen Masse,
wesentlich länger. Wegen der daraus resultierenden, unterschiedlichen
Wärme dehnung der genannten Bauteile muss das Schaufelspiel so
gross sein, dass bei allen Betriebsbedingungen ein Streifen der
Laufschaufeln an den Innenschalen bzw. der Leitschaufeln an der
Rotorwelle vermieden wird. Das grösste Spiel wird bei einem
sogenannten Warmstart benötigt. Um dieses Schaufelspiel
zu gewährleisten, muss bei Volllast ein grösseres
als das an sich erforderliche Spiel in Kauf genommen werden. Dadurch
wird jedoch die Effizienz der Gasturbogruppe herabgesetzt.
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Bei
den bekannten, mit einem Aussengehäuse ausgestatteten Gasturbogruppen übernimmt
dieses sowohl die Tragfunktion und die Zentrierung der Innenschale,
als auch die durch das Arbeitsmedium entstehende Druckbelastung.
Aufgrund dieser Doppelfunktion kann das Aussengehäuse nicht
optimal an eine der beiden Aufgaben angepasst werden, weil dabei
Abstriche bei der jeweils anderen Funktion nötig wären.
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Insbesondere
muss bei jedem Schaufelwechsel die Gasturbogruppe in der Mittelebene
geöffnet werden, was sehr arbeitsaufwendig ist. Zudem kann
mit dem Austausch der Schaufeln erst dann begonnen werden, wenn
die Anlage ausreichend abgekühlt ist. Daraus resultieren
lange Stillstandzeiten, verbunden mit einem entsprechenden Leistungsausfall
der Gasturbogruppe.
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Um
die Gasturbogruppe einfacher und schneller montieren bzw. demontieren
zu können, wird bei anderen Lösungen das Aussengehäuse mehrteilig
ausgebildet. Die verschiedenen Gehäuseteile sind bei diesen
Lösungen sowohl in axialer Richtung als auch in der Trennebene
durch Flansche miteinander verbunden. Eine solche Konstruktion ist
jedoch aufwendig und damit teuer.
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In
DE 195 44 011 B4 ist
eine Gasturbogruppe vorgeschlagen worden, wie sie in den
1 bis
3 wiedergegeben
ist.
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Die
in den 1 bis 3 gezeigte Gasturbogruppe 29 besteht
aus einem Verdichter 1, einer Turbine 2 und einer
dazwischen angeordneten Brennkammer 3. Der Ver dichter 1 und
die Turbine 2 sind auf einer gemeinsamen Rotorwelle 4 angeordnet,
welche mehreren Reihen von Verdichterlaufschaufeln 5 und
Turbinenlaufschaufeln 6 trägt (1).
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Die
Gasturbogruppe 29 besitzt ein gemeinsames Aussengehäuse
in Form einer Tragstruktur 7, bestehend aus zwei vertikal
zur Strömungsrichtung 8 des Arbeitsmediums angeordneten
Lagerkreuzen 9 sowie zwei oder mehreren rechtwinklig dazu
ausgerichteten, die Lagerkreuze 9 miteinander verbindenden
Längsträgern 10. Jedes Lagerkreuz 9 wird
von zwei konzentrischen Ringen 11, 12 gebildet.
Zur Verbindung der Ringe 11, 12 sind zwischen
ihnen radiale Rippen 13 angeordnet. Die Längsträger 10 sind gleichmässig
auf dem Umfang des Aussenringes 12 verteilt und mit diesem
auf geeignete Weise lösbar oder unlösbar, beispielsweise
durch eine Schweissverbindung, verbunden (2).
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Im
Raum zwischen den Lagerkreuzen 9 und den Längsträgern 10 sind
mehrere, als ringförmige Tragscheiben 14 ausgebildete
Schaufelträger rechtwinklig zur Achse der Rotorwelle 4 angeordnet
und formschlüssig mit den Längsträgern 10 verbunden. Dazu
weisen die Tragscheiben 14 entsprechende Ausnehmungen 15 auf
(2), die der Form der Längsträger 10 entsprechen.
Die Tragscheiben 14 sind somit axial verschiebbar an den
Längsträgern 10 befestigt. Zur Fixierung
ihrer Axialposition können die Tragscheiben 14 zusätzlich
mit den Längsträgern 10 verschraubt werden
(nicht dargestellt). Natürlich ist ebenfalls eine kraftschlüssige
oder eine formschlüssige Verbindung oder eine Kombination
an sich bekannter Verbindungsarten möglich. An den Tragscheiben 14 ist
mittels Schaufelfüssen 16 eine entsprechende Anzahl
von Verdichterleitschaufeln 17 bzw. Turbinenleitschaufeln 18 (1, 3)
befestigt.
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Im
stromabwärtigen Bereich des Verdichters 1 sowie
auf der Turbinenseite sind, im Inneren der Lagerkreuze 9,
der Längsträger 10 und der Tragscheiben 14,
mit dem Verdichter 1 verbundene Kühlkanäle 19 oder
andere geeignete Mittel, die mit einem flüssigen oder gasförmigen
Kühlfluid beaufschlagbar sind, angeordnet (2, 3).
Es ist ebenfalls möglich, die Mittel oder Kühlkanäle 19 seitlich
anzuordnen. Die Kühlung kann auch über eine externe
Kühlquelle realisiert werden.
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Sowohl
der Verdichter 1 als auch die Turbine 2 besitzen
jeweils eine Innenschale 20 (1), welche
gemeinsam mit der Oberfläche der Rotorwelle 4 einen
Strömungsweg 21 für das Arbeitsmedium
bildet und diesen nach aussen abschliesst. Dazu sind, in axialer
Richtung zwischen den Schaufelfüssen 16 benachbarter
Leitschaufelreihen 17 bzw. 18 des Verdichters 1 bzw.
der Turbine 2, mehrere Wärmestausegmente 22 lösbar
angeordnet, welche gemeinsam mit den Schaufelfüssen 16 die
Innenschale 20 bilden (1, 3).
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Die
Tragscheiben 14 benachbarter Leitschaufelreihen 18 der
Turbine 2 sind mittels jeweils einem lösbar angeordneten
Druckring 23 verbunden (1, 3).
Analoge Druckringe 23 sind im stromabwärtigen
Bereich des Verdichters 1, zwischen den Tragscheiben 14 benachbarter
Leitschaufelreihen 17 angeordnet (1). Zwischen
jedem der Druckringe 23 und den entsprechenden Wärmestausegmenten 22 ist
ein Ringraum 24 ausgebildet (3). Die Ringräume 24 sind
beispielsweise mit dem Verdichter 1 verbunden. Sie können
natürlich auch von aussen mit einem externen Kühlmedium
gespeist werden. Die Tragscheiben 14 weisen in ihrem inneren Bereich
in bekannter Weise Schwalbenschwanzführungen und die Schaufelfüsse 16 entsprechend
ausgeformte Gegenstücke auf, welche der Arretierung der
Verdichter- bzw. Turbinenleitschaufeln 17, 18 dienen.
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Das
Aussengehäuse 7 und die Tragscheiben 14 weisen
aufgrund ihrer Kühlung stets eine weitgehend konstante
Temperatur auf. Daher bleiben auch die Schaufelfüsse 16 der
Verdichter- bzw. Turbinenleitschaufeln 17, 18 an
der Tragscheibe 14 auf einem konstanten Radius. Das minimale
Schaufelspiel kann dadurch auf den Vollastpunkt ausgelegt werden. Gleichzeitig
besteht selbst bei einem Warmstart keine Gefahr des Streifens der
Leitschaufeln 17, 18 an der Rotorwelle 4 bzw.
der Laufschaufeln 5, 6 an den Wärmestausegmenten 22.
Deshalb kann das Betriebsspiel sowohl bei der Turbine 2 als
auch beim Verdichter 1 verringert werden, wodurch der Wirkungsgrad
steigt.
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Der
Schaufelwechsel erfolgt von ausserhalb der käfigartigen
Tragstruktur 7, d. h. durch diese hindurch. Dazu werden
zuerst der Druckring 23 und anschliessend die Wärmestausegmente 22 entfernt, welche
in Strömungsrichtung 8 vor der Tragscheibe 14 mit
den auszutauschenden Verdichter- bzw. Turbinenleitschaufeln 17, 18 angeordnet
sind. Zum Abstützen der Schaufeln wird eine einfache, hier
nicht dargestellte Hilfsvorrichtung verwendet. Danach wird die Tragscheibe 14 in
ihrer Ausnehmung 15 entgegen der Strömungsrichtung 8 horizontal
verschoben. Nunmehr sind die Verdichter- bzw. Turbinenleitschaufeln 17, 18 frei
zugänglich, so dass deren Demontage erfolgen kann. Dadurch
wird schliesslich auch der Platz zum Austauschen von Verdichter- bzw.
Turbinenlaufschaufeln 5, 6 geschaffen. Die Montage
geschieht in umgekehrter Reihenfolge.
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Die
Lagerkreuze 9, die Längsträger 10 und die
Tragscheiben 14 sind vorzugsweise zusätzlich mit
einer Funktionsschicht zur thermischen Isolation, Wärmeschutzschicht 27,
aus keramisch/mineralischem Material überzogen (2, 3).
Auf den Druckringen 23 ist ebenfalls eine solche Wärmeschutzschicht 27 angeordnet
(3). Natürlich kann auch eine Wärmeschutzmatte
verwendet werden. Um die Stabilität der Verbindungen zu
gewährleisten sind die jeweiligen Verbindungsbereiche dieser
Bauteile ohne Wärmeschutzschicht 27 ausgebildet.
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In
den Druckschriften
US-A-5,127,797 und
US-A-5,564,897 sind
Gasturbogruppen beschrieben, bei denen im Verdichterteil die Leitschaufeln
einer Leitschaufelreihe jeweils zu mehreren auf einem Ringsegment
angeordnet sind und mit dem Ringsegment montiert bzw. demontiert
werden können. Die Befestigung der Ringsegmente ist jedoch
so ausgebildet, dass zur Demontage das gesamte Aussengehäuse
des Verdichters demontiert werden muss.
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In
den Druckschriften
AU 2002
348 984 bzw.
CN 15 893
61 ist eine weitere Ausführung einer Gasturbogruppe
vorgeschlagen, bei der die Leitschaufeln auf demontierbaren Ringsegmenten
angebracht sind, die vorzugsweise mehrere Leitschaufelreihen tragen
und mittels Dichtstreifen an den angrenzenden Tragscheiben abgedichtet
sind.
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Die
in den
1 bis
3 gezeigte Lösung und
die in den Druckschriften
AU
2002 348 984 bzw.
CN
15 893 61 beschriebene Anordnung bringt jedoch erhebliche
Probleme bzgl. der Abdichtung der Leitbeschaufelung gegenüber
der Umgebungsluft mit sich, da beim Aufheizen und Abkühlen
zwischen den Leitschaufeln variable Spalte entstehen, die sich mit
herkömmlichen Methoden nicht zuverlässig abdichten lassen.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gasturbogruppe so auszubilden,
dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, wobei insbesondere
die Abdichtungsprobleme zwischen der Leitbeschaufelung und der Umgebungsluft
vermieden werden, ohne dabei die Vorteile einer einfachen Montage
bzw. Demontage der Leitschaufeln und der geringen Betriebsschaufelspiele
aufzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, die Leitschaufeln mittels
flexibler hitzebeständiger Blechstreifen, den Skelettblechen,
zu mehreren separaten Ringsegmenten zusammenzulöten, welche
mittels Montageschweissungen zu einem vollständigen Ring
mit wenigstens einer Leitschaufelreihe aufgebaut werden. Dies hat den
Vorteil, dass die flexiblen u-förmigen Skelettbleche dabei
einerseits eine zuverlässige Abdichtung der Leitschaufeln
gegenüber der Umgebungsluft und der Kühlluft für
die Gasturbogruppe sicherstellen und andererseits – in
der Art eines Dehnungsbalges – die durch eine Temperaturänderung
verursachte Verschiebung der Leitschaufeln zueinander und zu den benachbarten
Wärmestausegmenten aufnehmen. Die Skelettbleche sind dabei
vorteilhaft leiterförmig ausgebildet, sodass sie beispielsweise
drei oder vier Leitschaufeln tangential zu einem Ringsegment zusammenhalten.
Die Leitschaufeln selbst sind mit Hilfe geeigneter Befestigungselemente,
wie Schrauben oder Gewindebolzen, an den axial benachbarten Tragscheiben
befestigt und lassen sich hiermit relativ zu diesen Tragscheiben
einjustieren.
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Am
Innenumfang der Tragscheiben sind gleichzeitig die Wärmestausegmente
befestigt, welche ihrerseits mittels Skelettblechen zu Ringsegmenten
aufgebaut und mittels Montageschweissungen gasdicht untereinander
und mit den angrenzenden Ringen von Leitschaufeln gasdicht verbunden
sind. Die Tragscheiben bilden zusammen mit den Längsträgern
und den Lagerkreuzen die äussere Tragstruktur der Gasturbogruppe.
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Eine
bevorzugte Ausbildung der Tragstruktur gemäss der Erfindung
ist also dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur eine Mehrzahl
von in axialer Richtung hintereinander koaxial angeordneter, voneinander
beabstandeter ringförmiger Tragscheiben umfasst, welche
durch mehrere sich in axialer Richtung erstreckende Längsträger
miteinander verbunden sind, und dass die aus den Leitschaufeln aufgebauten
Ringsegmente zwischen benachbarten Tragscheiben angeordnet sind,
an deren Innenumfang jeweils die Wärmestausegmente befestigt
sind.
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Zur
Demontage der Leitschaufeln lassen sich die Ringsegmente vorteilhaft
an den Montageschweissungen zu ihrem jeweiligen Nachbarsegment und
zu den angrenzenden Wärmestausegmenten auftrennen. Nach
Auftrennen dieser Montageschweissungen können die Ringsegmente
mit den an ihnen befestigten Leitschaufeln unter Beibehaltung der
Tragstruktur von genannter Tragstruktur einzeln abgenommen werden.
Hierdurch ist es möglich, direkt und ohne Demontage der
Aussenstruktur der Gasturbogruppe die Leitschaufeln aus- und wieder einzubauen.
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Die
Erfindung kann dabei ebenfalls ohne weiteres mit der aus
DE 195 44 011 bekannten
Kühlung der Tragstruktur kombiniert werden. Daraus ergibt
sich, wie einleitend beschrieben, die vorteilhafte Möglichkeit,
die Schaufelspiele lediglich für das Minimum unter Vollastbedingungen
der Gasturbogruppe zu dimensionieren. Erfindungsgemäss
sind hierzu die zugänglichen Zwischenräume ausserhalb
der Innenschale der Gasturbogruppe mit Isolationsmaterial ausgefüllt,
damit ein Aufheizen der gekühlten Tragscheiben weitgehend
verhindert wird.
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In
Verbindung mit der aus dem Stand der Technik bekannten Kühlung
der Tragstruktur ergibt sich bei Anwendung der Erfindung auch weiterhin
der Vorteil, unmit telbar oder wenigstens in vergleichsweise kurzer
Zeit nach dem Abstellen der Gasturbogruppe mit der Demontage der
Leitschaufeln beginnen zu können.
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Weitere
Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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KURZE ERLÄUTERUNG
DER FIGUREN
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert
werden. Es zeigen:
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1 im
Teillängsschnitt den Aufbau einer Gasturbogruppe mit einer äusseren
Tragstruktur nach dem Stand der Technik;
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2 einen
perspektivisch dargestellten Ausschnitt der Tragstruktur aus
-
1;
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3 einen
vergrösserten Ausschnitt von 1 im Bereich
der Gasturbine;
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4 analog
zu 3, eine erfindungsgemässe Anordnung von
Turbinenleitschaufeln und Wärmestausegmenten mit verlöteten
und verschweissten Skelettblechen;
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5 ein
Abschnitt eines in der 4 gezeigten erfindungsgemässen
flexiblen, u- bzw. balgförmigen Skelettbleches vor dessen
Verlötung;
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6 eine
Querschnittsdarstellung im Bereich der Turbine zur Verdeutlichung
der Abdichtung der Ringsegmente in Umfangsrichtung.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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In 4 ist
in einer zu 3 vergleichbaren Darstellung
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Anordnung von Turbinenleitschaufeln 18 und Wärmestausegmenten 22 mit
ihren verlöteten und verschweissten Skelettblechen 30 dargestellt.
Die einzelnen Elemente der Anordnung sind, soweit sie mit der Darstellung
in 3 übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen
versehen.
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Die
wesentlichen Unterschiede zwischen dem in 3 dargestellten
Aufbau der Innenschale 20 der Gasturbogruppe 29 und
dem erfindungsgemässen Aufbau der Innenschale 20' aus 4 liegen in
der Halterung der Wärmestausegmente 22 am Innenumfang
der Tragscheiben 14, der Befestigung der Leitschaufeln 17 bzw. 18 zwischen
den Tragscheiben 14, sowie in der Abdichtung der Leitschaufeln 17 bzw. 18 und
der Wärmestausegmente 22 gegenüber der
Umgebungsluft 34 bzw. der Kühlluft 35 mittels
hitzebeständiger flexibler Blechstreifen, die sogenannten
Skelettbleche 30.
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Das
Aussengehäuse bzw. die Tragstruktur 7 besteht
bei einer erfindungsgemässen Gasturbogruppe wiederum aus
zwei Lagerkreuzen 9, den Längsträgern 10 und
mehreren an den Längsträgern verschiebbar befestigten
Tragscheiben 14 und hat damit eine zu 2 vergleichbare
Konfiguration.
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Anders
als in der 1 bzw. 3 dargestellt,
sind jedoch die Leitschaufeln 17 bzw. 18 einer Leitschaufelreihe
nicht am Innenumfang der Tragscheiben 14 befestigt, sondern,
wie in der 4 durch angedeutete Schrauben
oder Gewindebolzen 33 beispielhaft dargestellt, an ihrem
jeweiligen Schaufelfuss justierbar zwischen ihren benachbarten Tragscheiben 14 aufgehängt.
Die Wärmestausegmente 22 hingegen sind bei der
erfindungsgemässen Anordnung jeweils mit ihrem entsprechenden
Fuss am Innenumfang der Tragscheibe 14 befestigt.
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Die
Innenschale 20' der Gasturbogruppe wird somit durch die
aus Ringsegmenten RW zusammengesetzten Ringe von Wärmestausegmenten 22 und
die aus Ringsegmenten RS zusammengesetzten Ringe von Leitschaufeln 17 bzw. 18 einer
jeweiligen Leitschaufelreihe gebildet (6).
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Die
Abdichtung der Innenschale 20' – mit den darin
verlaufenden Kanälen für die Kühlluft 35 – gegenüber
der Umgebungsluft 34 geschieht hierbei durch die Skelettbleche 30,
flexible u- bzw. balgförmige Blechstreifen, die zwischen
die Leitschaufeln 17 bzw. 18 und die angrenzenden
Wärmestausegmente 22 gelötet sind.
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Zur
Montage bzw. Demontage können die Skelettbleche 30 an
bestimmten Montagenähten 32 getrennt bzw. wiederverschweisst
werden.
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Die
Montage der Wärmestausegmente 22 und der Turbinenleitschaufeln 18 wird
anhand der 4 und 5 im einzelnen
erläutert:
Zunächst werden die Wärmestausegmente 22 der Turbine 2 in
die Zwischenräume 37 der Skelettbleche 30 gesteckt
und mit diesen verlötet, so dass mindestens zwei Ringsegmente
RW von Wärmestausegmenten 22 entstehen. Diese
Ringsegmente RW werden nun stromaufwärts, d. h. vor ihrer
jeweiligen Tragscheibe 14 mittels Montagenähten 32 zu
einem vollständigen Ring von Wärmestausegmenten 22 zusammengeschweisst.
Zum thermischen Schutz der Skelettbleche 30 vor den heissen
Turbinengasen werden Dichtungsbleche 36 zwischen dem Gasraum der
Turbine und dem jeweiligen Skelettblech 30 eingesetzt,
indem sie in die entsprechenden Nuten in den Fussteilen der Wärmestausegmente 22 geschobenen
werden, Diese Dichtungsbleche 36 sind mit kleinen Löchern
versehen aus denen ein Teil der Kühlluft in den Gasraum
der Turbine ausströmen kann und somit die Dichtungsbleche 36 vor Überhitzung
schützen. Schliesslich werden die Wärmestausegmente 22 mit
ihren Füssen in die entsprechenden Aussparungen am Innenumfang
ihrer stromabwärts benachbarten Tragscheiben 14 eingesetzt
und gesichert.
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Zur
Montage der Turbinenleitschaufeln 18 werden diese analog
zu den Wärmestausegmenten 22 mit Hilfe der aufgelöteten
Skelettbleche 30 zu mindestens zwei Ringsegmenten RS einer
Leitschaufelreihe 18 zusammengesetzt. Diese Ringsegmente
RS werden nun stromaufwärts, d. h. vor ihrer jeweiligen Tragscheibe 14 mittels
Montagenähten 32 zu einem vollständigen
Ring von Leitschaufeln 18 zusammengeschweisst und mittels
Gewindebolzen 33 an ihrer stromabwärts benachbarten
Tragscheibe 14 befestigt. Sodann wird der Ring von Leitschaufeln 18 mit Hilfe
einer Montagenaht 32 an das Skelettblech 30 des
benachbarten Ringes aus Wärmestausegmenten 22 gasdicht
angeschweisst, so dass die Kühlkanäle in den Füssen
der Leitschaufeln 18 und in den Füssen der Wärmestausegmente 22 miteinander verbunden
sind. Somit ist die – vorzugsweise aus der Endstufe des Verdichters 1 – zugeführte
Kühlluft 35 für die Leitschaufeln 18 und
die Wärmestausegmente 22 der Turbine 2 gegenüber
der Umgebungsluft 32 abgedichtet. Zuletzt werden die Turbinenleitschaufeln 18 mit
Hilfe der Gewindebolzen 33 gegenüber den Tragscheiben 14 ausgerichtet.
Wie bei den Wärmestausegmenten 22 sind in ähnlicher
Weise Dichtungsbleche 36 zwischen den Turbinenleitschaufeln 18 untereinander
bzw. zwischen den Turbinenleitschaufeln 18 und den Wärmestausegmenten 22 zur Abschirmung
der Skelettbleche 30 eingesetzt.
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Die
zugänglichen Zwischenräume ausserhalb der Innenschale 20' werden
schliesslich mit Isolationsmaterial ausgefüllt, um zu verhindern,
dass sich die gekühlten Tragscheiben 14 aufheizen.
Somit verbleiben die Tragscheiben 14 weitestgehend auf einem
konstanten Abstand bezogen auf die theoretische Achse der Rotorwelle 4.
Dies ist, wie eingangs beschrieben, eine wesentliche Bedingung für
die Minimierung der Schaufelspiele und damit für die Optimierung
des Wirkungsgrades der Gasturbogruppe.
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Bei
der Montage der Verdichterleitschaufeln 17 wird analog
zur Montage der Turbinenleitschaufeln 18 vorgegangen, ausser
dass die Montage der Wärmestausegmente 22 und
der Verdichterleitschaufeln 17 hier stromabwärts,
d. h. hinter ihrer betreffenden Tragscheibe 14 erfolgen
muss.
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Die
Demontage der Leitschaufeln 17 bzw. 18 erfolgt
entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.
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Vorteilhaft
ist, dass ein Schaufelwechsel von ausserhalb des käfigartigen
Aussengehäuses bzw. der Tragstruktur 7 vorgenommen
werden kann, d. h. durch die Tragstruktur 7 hindurch, ohne
diese demontieren zu müssen.
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Dazu
werden zuerst die Montagenähte 32 zwischen dem
Ringsegment RS mit den auszutauschenden Verdichter- bzw. Turbinenleitschaufeln 17, 18 und
den benachbarten Ringsegmenten RS, sowie zu den Wärmestausegmenten 22,
aufgetrennt. Nach Lösen der Befestigungen zwischen dem
auszutauschenden Ringsegment RS und seiner Tragscheibe 14,
kann das Ringsegment RS mit den auszutauschenden Verdichter- bzw.
Turbinenleitschaufeln 17 bzw. 18 radial nach aus sen
entfernt werden. Dadurch wird schliesslich auch der Platz zum Austauschen von
Verdichter- bzw. Turbinenlaufschaufeln 5, 6 geschaffen.
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Die
Montage eines neuen bzw. reparierten Ringsegmentes RS mit Leitschaufeln 17 bzw. 18 geschieht
in umgekehrter Reihenfolge.
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6 zeigt
einen schematischen Querschnitt der 4, im axialen
Bereich der Turbinenleitschaufeln 18. Gezeigt ist hier
eines der Ringsegmente RS, welches beispielhaft aus 4 Turbinenleitschaufeln 18 besteht,
die vorzugsweise mittels Lötverbindungen 31 mit
den Skelettblechen 30 verlötetet sind. Das Ringsegment
RS ist durch eine Montagenaht 32 mit dem jeweils benachbarten
Ringsegment RS gasdicht verschweisst. Zusammen bilden die Ringsegmente
RS einen Gehäusering, der mit dem jeweils axial benachbarten
Ring von Wärmestausegmenten 22 gasdicht verschweisst
ist und so die Innenschale 20' der Turbogruppe bildet.
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Mittig
ist in 6 die Rotorwelle 4 mit den hier nicht
sichtbaren Turbinenlaufschaufeln 6 angeordnet. Wie aus
der Darstellung in 4 ersichtlich ist, kann jedes
der Ringsegmente RS, wenn die entsprechenden Montagenähte 32 geöffnet
sind und die jeweiligen Gewindebolzen 33 zur Tragscheibe 14 entfernt
sind, leicht in radialer Richtung demontiert werden, wodurch auch
die Turbinenlaufschaufeln 6 für deren Demontage
bzw. Wieder-Montage zugänglich werden.
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Die
Tragscheiben 14 haben eigentlich die Aufgabe, die Befestigung
von Ringsegmenten RS und Wärmestausegmenten 22 an
der Tragstruktur 7 zu ermöglichen. Jeweils mindestens
zwei dieser Ringsegmente RS bilden zusammen mit den zwischen ihnen
angeordneten mindestens zwei Wärmestausegmenten 22 einen
zur Rotorwelle 4 konzentrischen Ring um die Rotorwelle 4,
die Innenschale 20', auf deren Innenseite an den Ringsegmenten
RS die Leitschaufelreihen 17 bzw. 18 angeordnet
sind. Die Ringsegmente RS sind jeweils zwischen benachbarten Tragscheiben 14 befestigt
und können einzeln montiert bzw. demontiert werden. Dabei
sind die Ringsegmente RS axial an den Tragscheiben befestigt, wie
in 4 durch Schrauben oder Gewindebolzen 33 beispielhaft
dargestellt ist.
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Die
erfindungsgemässe Bauweise hat folgenden Vorteil:
Bei
Schäden an den Leitschaufeln 17 bzw. 18 können diese
schnell behoben werden, da ein Öffnen der Gasturbogruppe
insgesamt nicht notwendig ist. Das Ringsegment RS mit den beschädigten
Leitschaufeln 17 bzw. 18 wird einfach demontiert,
gegen ein neues ausgetauscht und an den Skelettblechen 30 mittels Montagenähten 32 wieder
gasdicht verschweisst. Das Aussengehäuse bzw. die Tragstruktur 7 bleibt dabei
unverändert. Zusätzlich bleiben die gekühlten Tragscheiben 14 aufgrund
der Aussenisolation relativ kalt, wodurch für die Demontage
der Ringsegmente RS eine relativ kurze Abkühlzeit nach
dem Abstellen der Gasturbogruppe möglich ist.
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Insgesamt
ergibt sich mit der Erfindung eine wesentliche Vereinfachung bei
der Montage/Demontage einzelner Leitschaufeln in einer Gasturbogruppe,
ohne dass in den verschiedenen Betriebszuständen der Gasturbogruppe
auf eine sichere Abdichtung der Leitschaufeln 17 bzw. 18 gegenüber
der Aussenluft verzichtet werden muss.
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- 1
- Verdichter
- 2
- Turbine
- 3
- Brennkammer
- 4
- Rotorwelle
- 5
- Verdichterlaufschaufel
- 6
- Turbinenlaufschaufel
- 7
- Aussengehäuse
(Tragstruktur)
- 8
- Strömungsrichtung
- 9
- Lagerkreuz
- 10
- Längsträger
- 11
- Ring
- 12
- Ring,
Aussenring
- 13
- Rippe
- 14
- Tragscheibe
- 15
- Ausnehmung
- 16
- Leitschaufelfuss
- 17
- Verdichterleitschaufel
(Leitschaufelreihe)
- 18
- Turbinenleitschaufel
(Leitschaufelreihe)
- 19
- Kühlkanal
- 20,
20'
- Innenschale
- 21
- Strömungsweg
- 22
- Wärmestausegment
- 23
- Druckring
- 24
- Ringraum
- 27
- Wärmeschutzschicht
- 29
- Gasturbogruppe
- 30
- Skelettblech
- 31
- Lötverbindung
- 32
- Montagenaht
- 33
- Gewindebolzen
- 34
- Umgebungsluft
- 35
- Kühlluft
- 36
- Dichtungsblech
- 37
- Zwischenraum
- RS
- Ringsegment
von Leitschaufeln
- RW
- Ringsegment
von Wärmestausegmenten
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19544011
B4 [0007]
- - US 5127797 A [0017]
- - US 5564897 A [0017]
- - AU 2002348984 [0018, 0019]
- - CN 1589361 [0018, 0019]
- - DE 19544011 [0025]