DE19808740A1

DE19808740A1 - Vorrichtung zur Sicherstellung eines minimalen radialen Schaufelspieles in thermischen Turbomaschinen

Info

Publication number: DE19808740A1
Application number: DE19808740A
Authority: DE
Inventors: Uy-Liem Nguyen
Original assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: DE19808740B4

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sicherstellung eines minimalen radialen Schaufelspieles in thermischen Turbomaschinen

Stand der Technik

Die Spaltverluste zwischen den rotierenden Laufschaufelspitzen des Rotors und den ihnen gegenüberliegenden Teilen des Stators (Schaufelträger) bzw. zwischen den in den Schaufelträger eingehängten Leitschaufeln und den ihnen gegenüber liegenden Teilen des Rotors haben bei thermischen Turbomaschinen einen gro ßen Einfluß auf den Wirkungsgrad der Maschine. Je größer diese Spaltverluste sind, desto geringer ist der Wirkungsgrad. Daher ist man bestrebt, das radiale Schaufelspiel in Turbinen und Verdichtern während des Betriebes möglichst ge ring zu halten. Andererseits muß aber ein Kontakt oder im Extremfall ein Ab schleifen der Schaufeln verhindert werden, weil das eine Wärmeentwicklung und Zerstörung der Maschine verursachen könnte.

In Gasturbinen werden oft Wärmestausegmente verwendet, um bestimmte Teile, wie beispielsweise Gehäuse oder Rotoren, vor der heißen Gasströmung zu schützen. Wegen der angestrebten geringen radialen Schaufelspiele ist aber eine Reibung zwischen den Wärmestausegmenten und den Schaufelspitzen unver meidbar. Unter starker Reibungsbeanspruchung, bei der sich die Schaufeln in die Wärmestausegmente "einschleifen", können die Wärmestausegmente aufgrund von Spannungen zerstört werden, die durch thermische und mechanische Bela stungen infolge der Reibungskräfte entstehen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, diesen Nachteil zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zu grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche bei einer thermischen Turbomaschi ne den direkten Kontakt zwischen dem Wärmestausegment und den Schaufel spitzen während des Betriebes verhindert und somit eine Beschädigung bzw. einen Ausfall des Wärmestausegmentes ausschließt.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Pa tentanspruches 1 dadurch erreicht, daß in den Wärmestausegmenten eine Mehr zahl gleichmäßig über den Umfang verteilter Schneidwerkzeuge mit Schneidkan ten angeordnet ist, wobei die Schneidkanten den Schaufelspitzen zugewandt sind und in radialer Richtung die Wärmestausegmente um einen Betrag überragen, der etwa dem minimalen radialen Schaufelspiel entspricht.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß mit Hilfe dieser einfachen Vorrich tung die Laufschaufeln bzw. Leitschaufeln rechtzeitig gekürzt werden, so daß sie nicht auf die metallische Oberfläche des Wärmestausegmentes auftreffen und sich dort nicht "einschleifen" und das Wärmestausegment beschädigen können.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Schneidwerkzeuge einen im wesentli chen flachen quaderförmigen Körper aufweisen, dessen oberes Ende zwecks Bil dung der Schneidkanten abgeflacht ist, dessen unteres Ende zum Zwecke der Befestigung einen verbreiterten Fuß aufweist, und dessen Breite mindestens et wa der Breite der zugeordneten Schaufelspitzen entspricht.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Schneidwerkzeuge, zumindestens aber ihre Schneidkanten, aus verschleißfestem Material bestehen, weil damit eine ausrei chende Funktionsweise und Lebensdauer der Schneidwerkzeuge realisiert wird.

Schließlich ist es von Vorteil, wenn die Anzahl der Schneidwerkzeuge der Anzahl der Schaufeln der zugeordneten Schaufelreihe entspricht. Dann erfolgt ein be sonders gleichmäßiges Abschneiden der Schaufelspitzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer axial durchströmten Gasturbine dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teillängsschnitt der Gasturbine;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Schneidwerk zeuges;

Fig. 3 einen perspektivischen Ausschnitt des Rotors mit Wärmestausegmenten und eingebauten Schneidwerkzeugen.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise das Abgasgehäuse der Gas turbine mit Abgasrohr und Kamin sowie die Eintrittspartien des Verdichterteils. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles und der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine nach dem bekannten Stand der Technik, von der die letzten 4 Stufen und ein Teil des Abgasgehäuses dargestellt sind.

Die axialdurchströmte Gasturbine besteht im wesentlichen aus einer mit Lauf schaufeln 1 bestückten rotierenden Welle 2 und einem mit Leitschaufeln 3 be stückten Schaufelträger 4, welcher in einem Turbinengehäuse 5 eingehängt ist. An das Turbinengehäuse 5 ist ein Abgasgehäuse 6 angeflanscht.

Um den Rotor 2 vor der heißen Gasströmung 7 zu schützen, ist ein Hitzeschild in Form von in den Rotor eingeschaufelten Wärmestausegmenten 8 angebracht. Der Schaufelträger 4 ist ebenfalls mit Wärmestausegmenten 8 versehen. Zwischen den Spitzen der Schaufeln 1, 3 und den Wärmestausegmenten 8 ist ein radiales Schaufelspiels vorhanden, welches wegen eines anzustrebenden hohen Wir kungsgrades der Maschine möglichst gering sein sollte. Insoweit sind Gasturbinen bekannt.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, in den Wärmestausegmenten 8 spezielle Schneidwerkzeuge 9 anzuordnen.

Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsvariante des Schneidwerkzeuges 9. Es besteht aus einem flachen, quaderförmigen Körper 10 mit einer Breite b, dessen oberes Ende abgeschrägt ist, so daß über die gesamte Breite b scharfe Schneid kanten 11 gebildet werden. Das untere Ende des Schneidwerkzeuges 9 wird von einem im Vergleich zum quaderförmigen Körper 10 verdickten Fuß 12 gebildet, welcher der Befestigung des Schneidwerkzeuges 9 dient.

Fig. 3 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt des Rotors 1 mit Wärmestauseg menten 8 und eingebauten Schneidwerkzeugen 9. Zusätzlich sind zwei im nicht dargestellten Schaufelträger 4 eingehängte Leitschaufeln 3 dargestellt. Der Rotor 1 ist mit einem Hitzeschild, welches aus Wärmestausegmenten 8 besteht, die in den Rotor eingeschaufelt wurden, ausgerüstet. Die Wärmestausegmente 8 sollen die Oberfläche des Rotors 1 vor der heißen Gasströmung 7 schützen. Erfin dungsgemäß ist nun eine Mehrzahl von Schneidwerkzeugen 9, die bereits in Fig. 2 näher dargestellt und beschrieben wurden, gleichmäßig über den Umfang ver teilt im Rotor 1 und den Wärmestausegmenten 8 angeordnet. Die Schneidwerk zeuge 9 sind zwischen den einzelnen Wärmestausegmenten 8 in den Rotor ein geschaufelt, wobei vor allem ihr Fuß 12 der Befestigung dient.

Die Anzahl der über den Umfang verteilten Schneidwerkzeuge entspricht in die sem Ausführungsbeispiel der Anzahl der Leitschaufeln 3 der zugeordneten Leit schaufelreihe. Die Schneidkanten 11 der Schneidwerkzeuge 9 sind den Leit schaufelspitzen zugewandt. Sie überragen in radialer Richtung die Wärmestau segmente 8 um einen Betrag, der etwa dem minimalen radialen Schaufelspiels entspricht. Im Beispielsfall sind das etwa 0,2 mm. Die Breite b der Schneidwerk zeuge 9 entspricht etwa der Breite der Wärmestausegmente 8 bzw. der Breite der zugeordneten Schaufelspitzen.

Das Schneidwerkzeug 9, zumindestens aber seine Schneidkante 11, besteht aus verschleißfestem Material, beispielsweise Wolframkarbid. Dadurch wird gewähr leistet, daß das Schneidwerkzeug 9 während des Betriebes der Maschine die Spitzen der Leitschaufeln 3 abschneidet, bevor diese auf die metallische Oberflä che des Wärmestausegmentes 8 auftreffen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbei spiel beschränkt. So können die Schneidwerkzeuge 9 auch im Schaufelträger 4 angeordnet sein und für ein ausreichend kleines Schaufelspiels zwischen den Laufschaufeln 3 und den Wärmestausegmenten 8 des Schaufelträgers 4 sorgen. Außerdem sind auch andere Formen der Schneidwerkzeuge 9 denkbar.

Bezugszeichenliste

1

Laufschaufel

2

Welle/Rotor

3

Leitschaufel

4

Schaufelträger

5

Turbinengehäuse

6

Abgasgehäuse

7

Heißgasströmung

8

Wärmestausegment

9

Schneidwerkzeug

10

Körper von Pos.

9

11

Schneidkanten von Pos.

9

12

Fuß von Pos.

9

s Schaufelspiel
b Breite von Pos.

9

Claims

1. Vorrichtung zur Sicherstellung eines minimalen radialen Schaufelspieles (s) zwischen Schaufeln (1, 3) und gegenüberliegenden Wärmestausegmenten (8) in thermischen Turbomaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Wärmestausegmenten (8) eine Mehrzahl gleichmäßig über den Umfang verteilter Schneidwerkzeuge (9) mit Schneidkanten (11) angeordnet ist, wobei die Schneidkanten (11) den Spitzen der Schaufeln (1, 3) zugewandt sind und in radialer Richtung die Wärmestausegmente (8) um einen Betrag überragen, der etwa dem minimalen radialen Schaufelspiel (s) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneid werkzeuge (9) einen im wesentlichen flachen quaderförmigen Körper (10) aufweisen, dessen oberes Ende zwecks Bildung der Schneidkanten (11) abgeflacht ist, dessen unteres Ende zum Zwecke der Befestigung einen verbreiterten Fuß (12) aufweist, und dessen Breite (b) mindestens etwa der Breite der zugeordneten Schaufelspitzen entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens die Schneidkanten (11) der Schneidwerkzeuge (9) aus verschleißfestem Material, vorzugsweise Wolframkarbid bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die An zahl der Schneidwerkzeuge (9) der Anzahl der Schaufeln (1, 3) der jeweils zugeordneten Schaufelreihe entspricht.