DE102005034180B4

DE102005034180B4 - Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise

Info

Publication number: DE102005034180B4
Application number: DE102005034180.2A
Authority: DE
Inventors: Ingo Jahns
Original assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Current assignee: Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: DE102005034180A1

Abstract

Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise zur Kühlluftführung in einem Verdichter einer Gasturbine, mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer (18) angeordneten Sekundärluftröhren (1), die an ihrem radial äußeren und radial inneren Endbereich an einer Rotorscheibe (8) gelagert sind, wobei die Sekundärluftröhren (1) an ihren radial äußeren, bezogen auf eine Mittelachse des Verdichters, Endbereichen mittels einer an diesen ausgebildeten Ringwulst (21) aufgrund der im Verdichterbetrieb wirkenden Fliehkraft unmittelbar an einer Lagerung (19, 20) an der Rotorscheibe (8) gehalten sind, wobei die Lagerung an der Rotorscheibe (8) einen Lagerflansch (19) oder einen Lagerschenkel (20) umfasst, an dem die Ringwulst (21) aufgrund der Fliehkraft zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftröhren (1) über eine Clipsicherung entgegen der im Stillstand des Verdichters wirkenden Schwerkraft an der Lagerung (19, 20) der Rotorscheibe (8) gehalten und gegen Herausfallen gesichert sind, wobei in dem Lager (19, 20) eine Aussparung (10) oder eine Ausnehmung für die Clipsicherung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf einen Wirbelgleichrichter zur Kühlluftführung in einem Verdichter einer Gasturbine mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer angeordneten Sekundärluftröhren, welche an ihrem radial äußeren Endbereich an einer Verdichterscheibe befestigt sind.
Aus dem Stand der Technik sind Ausgestaltungen bekannt, bei welchen die Sekundärluftröhren mit entsprechenden Halterungen der Scheiben verpresst, vernietet, verschraubt, verschnappt oder verschmiedet sind. Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass ein ausreichend großer Arbeitsraum erforderlich ist, um die Montage der Sekundärluftröhren mittels geeigneter Werkzeuge durchzuführen. Dies wiederum erfordert einen relativ großen Querschnitt der Sekundärluftkammer, durch welche die Sekundärluft in die Sekundärluftröhren einströmt. Hierdurch wiederum ergeben sich hohe Fertigungskosten. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass die Verdichterscheibe bei der Montage der Sekundärluftröhren beschädigt wird. Hierdurch ergibt sich ein ganz erhebliches Kostenrisiko. Auch die Spezialwerkzeuge führen zu einer nicht unbeachtlichen Kostensteigerung.
Die DE 103 10 815 A1 , welche den nächstkommenden Stand der Technik bildet, zeigt einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise zur Kühlluftzuführung in einem Verdichter einer Gasturbine. Dabei sind radial angeordnete Sekundärluftröhren vorgesehen, welche an ihrem radial äußeren Ring über einen separaten Trägerring befestigt und mit der Verdichterschreibe verbunden sind. Diese Konstruktion ist nicht für alle Anwendungszwecke geeignet, sie ist überdies aufwändig in der Herstellung und Montage und bringt deshalb zusätzliche Kosten sowie zusätzliches Gewicht mit sich.
Aus der US 5 853 285 A ist es bekannt, die Sekundärluftröhren mit ihrem radial äußeren Ende in Bohrungen der Verdichterkühlplatte 1 zu setzen und dort zu befestigen. Zusätzlich ist am radial inneren Endbereich eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, welche einen elastischen Dämpfungsring umfasst.
Die US 5 267 832 A zeigt eine Lösung, bei welcher die Sekundärluftröhren ebenfalls mit ihren radial außen liegenden Endbereichen jeweils in eine Bohrung der Rotortrommel eingepresst sind.
Aus der EP 0 541 250 A1 ist es bekannt, zur Dämpfung ein zusätzliches Insert in die Sekundärluftröhre von deren radial innerem Endbereich aus einzuschieben. Diese Sekundärluftröhre selbst wird über einen Presssitz an ihrem radial inneren Endbereich gehalten. Diese Konstruktion ist aufwendig in der Herstellung und erfordert eine Vielzahl zusätzlicher Bauelemente, die das Gesamtgewicht erhöhen. Weiterhin können sich Schwingungsprobleme durch die freistehenden radial äußeren Endbereiche der Sekundärluftröhren ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Einsetzbarkeit kostengünstig und sicher herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass sich das Sekundärluftröhrchen an einer radial innen und an einer radial äußeren Positionen an der Rotorscheibe gelagert sind. Dabei werden die Fliehkräfte durch eine Ringwulst auf die Rotorscheibe übertragen. Bei stillstehendem Triebwerk greift der zusätzliche Clipverschluss und hält die Sekundärluftröhrchen in Position.
Am radial äußeren Ende des Sekundärluftröhrchens sind mindestens zwei auf dem Umfang verteilte Schlitze eingebracht. Zusätzlich hat das Sekundärluftröhrchen einen Haltekragen. Bei der Montage wird das Sekundärluftröhrchen radial nach außen in die radial außen liegende Lagerung der Rotorscheibe geschoben. Das radial außen liegende Teil des Sekundärluftröhrchens im Bereich der Schlitze wird dabei elastisch verbogen. Ist das Sekundärluftröhrchen in der richtigen Position, federt der elastisch verbogene Bereich in seine ursprüngliche Position zurück und das Sekundärluftröhrchen wird durch den Haltekragen gehalten.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in die Ausnehmung des Lagerflansches eine ringförmige Buchse eingesetzt ist (eingepresst, eingeschrumpft, etc.), in welche wiederum der Clipverschluss eingesetzt ist. Durch das Einsetzen des Clipverschlusses in die Buchse ergibt sich eine höhere Lebensdauer der Rotorscheiben sowie der Sekundärluftröhren. Zudem ist eine einfachere Demontage möglich.
In einer anderen Variante besteht der Clickverschluss aus einem Federring, der in einer Nut im Sekundärluftröhrchen und einer Ausnehmung des Lagerflansches der Rotorscheibe eingreift.
Durch die Möglichkeit, die Sekundärluftröhren mittels eines Clipverschlusses zu verrasten, ergibt sich eine sehr einfache Montage, die zudem die Möglichkeit bietet, die Gestaltung der Sekundärluftröhren weitgehend unabhängig von deren Befestigung vorzunehmen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch eine Gewichtsreduzierung an den Scheiben, da auf zusätzliche Befestigungsmaßnahmen verzichtet werden kann. Hierdurch erniedrigt sich auch der Fertigungsaufwand, so dass auch Kosteneinsparungen möglich sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine Teil-Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
2 eine vergrößerte Detailansicht des radial außenliegenden Bereichs der Sekundärluftröhre gemäß 1,
3 eine Radial-Schnittansicht der Ausgestaltung gemäß den 1 und 2,
4 eine weitere Schnittansicht, analog 1, eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,
5 eine vergrößerte Detailansicht der Darstellung der 4 mit Lagerschenkeln zur Lagerung des radial inneren Bereichs der Sekundarluftröhre,
6 eine Darstellung analog 5 mit eingesetzter Sekundärluftröhre,
7 eine vergrößerte Darstellung des radial inneren Endbereichs der Sekundärluftröhre gemäß den Darstellungen der 4 und 6,
8 eine Darstellung analog 7, mit gespreiztem Sicherungselement (Federring),
9 eine weitere Schnittansicht, analog den 1 und 4,
10 eine vergrößerte Detailansicht des radial außenliegenden Endbereichs der Sekundärluftröhre,
11 eine Seitenansicht des Endbereichs der Sekundärluftröhre mit Clipverschluss,
12 eine Schnittansicht, analog 4, in vergrößerter Darstellung, und
13 eine weitere Detailansicht einer Ausgestaltungsvariante mit Buchse.
Bei den unterschiedlichen Ausführungsvarianten werden gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Die Sekundärluftröhren 1 haben einen Clipverschluss 2. Dieser besteht aus einem Haltekragen 4 und mindestens zwei auf dem Umfang verteilten Schlitzen 3. Die Sekundärluftröhren 1 könnten so direkt in den Rotor 5 eingesteckt werden. Um Verschleiß zu verringern ist es günstig, dass eine Buchse 6 in den Rotor 5 eingebracht ist, die den Verschleiß aufnimmt und in regelmäßigen Abständen geprüft und ausgetauscht werden kann. Dies ist kostensparender als der Austausch der Sekundärluftröhren 1 oder eine Überarbeitung der Scheiben. Erfindungsgemäß ist der Einbau der Sekundärluftröhren 1 zwischen zusammengeschweißten Scheiben möglich. Der Spalt 7 zwischen der stromaufwärtigen Rotorscheibe 8 und der Statorschaufeldichtung 9 ist dabei bestimmt durch die luftseitig erforderliche Durchtrittsfläche, die Position der Schweißnähte und das Schweißverfahren. Die hier genannte Befestigungsmethode ist natürlich auch zwischen zwei Scheiben möglich, die miteinander verschraubt sind.
Eine weitere Befestigungsmöglichkeit der Sekundärluftröhren 1 erfolgt über einen Federring. Dazu hat die Rotorscheibe 5 eine Aussparung 10. Die Sekundärluftröhre 1 selbst hat eine Nut 11, in die ein in Umfangsrichtung geteilter Federring 12 eingesetzt ist. Dieser Federring hat einen größeren Außendurchmesser als die Bohrung 13 in der Rotorscheibe 5. Beim Einsetzen der Sekundärluftröhren 1 vom Rotorinneren wird der Federring 12 zusammengedrückt und presst sich in die Nut 11 der Sekundärluftröhren 1. Sobald die Sekundärluftröhre 1 so weit eingeschoben ist, dass der Federring in die Aussparung 10 der Rotorscheibe greift, entspannt sich dieser und hält die Sekundärluftröhre 1 in Position. Durch Nutzung einer Verschleißbuchse 14 auch am Rotorinneren kann die Aussparung 10 entfallen. Die Buchsen werden dabei durch eine Presspassung in Position in der Rotorscheibe 5 gehalten.
In einer Weiterführung der Erfindung wird auf die Luftsammelkammer 23 zwischen den Scheiben gänzlich verzichtet, bzw. die Ringkammer auf einen schmalen Spalt reduziert. Die Sekundärluftröhren 1 werden wie oben genannt eingesetzt. Die radial außen liegende Lagerung 15 ist direkt am Verbindungssteg zwischen zwei Rotorscheiben angebracht, der gleichzeitig auch den Gasstrom begrenzt. Die Sicherung der Sekundärluftröhren 1 kann mit beiden genannten Verfahren erfolgen. Die Luftzufuhr der Sekundärluftröhren 1 erfolgt über Bohrungen 16 im Ringraum. Diese können so gestaltet sein, dass sie die Luftströmung zu den Statorschaufeln 17 nicht stören und doch eine optimale Luftzufuhr zu den Sekundärluftröhren 1 ermöglichen. Die komprimierte Luft nach einem Rotor hat eine Axial-Umfangsgeschwindigkeit. Idealerweise sind die Bohrungen so gestaltet, dass sie eine Neigung zu der vorbeiströmenden Luft haben und so möglichst geringe Druckverluste verursachen. Die Bohrungen können dabei gerade (16a) oder gekrümmt sein (16b).
Die Erläuterungen der restlichen Bauelemente ergeben sich aus der beigefügten Bezugszeichenliste, auf welche hiermit als Teil der Beschreibung Bezug genommen wird. Dabei soll insbesondere die 13 noch erwähnt werden, bei welcher das radial freie Ende mit der Haltewulst 22 in einer zusätzlichen Buchse aufgenommen ist.
Bezugszeichenliste

1: Sekundärluftröhre
2: Clipverschluss
3: Schlitz
4: Haltekragen
5: Rotorscheibe
6: Buchse
7: Spalte
8: Rotorscheibe
9: Statorschaufeldichtung
10: Aussparung
11: Nut
12: Federring (Sicherungselement)
13: Bohrung
14: Verschlussbuchse
15: Lagerung
16: Bohrung
17: Statorschaufel
18: Zwischenscheibenkammer
19: Lagerflansch
20: Lagerschenkel
21: Ringwulst
22: Haltewulst
23: Luftsammelkammer
24: Buchse

Claims

Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise zur Kühlluftführung in einem Verdichter einer Gasturbine, mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer (18) angeordneten Sekundärluftröhren (1), die an ihrem radial äußeren und radial inneren Endbereich an einer Rotorscheibe (8) gelagert sind, wobei die Sekundärluftröhren (1) an ihren radial äußeren, bezogen auf eine Mittelachse des Verdichters, Endbereichen mittels einer an diesen ausgebildeten Ringwulst (21) aufgrund der im Verdichterbetrieb wirkenden Fliehkraft unmittelbar an einer Lagerung (19, 20) an der Rotorscheibe (8) gehalten sind, wobei die Lagerung an der Rotorscheibe (8) einen Lagerflansch (19) oder einen Lagerschenkel (20) umfasst, an dem die Ringwulst (21) aufgrund der Fliehkraft zur Anlage kommt, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftröhren (1) über eine Clipsicherung entgegen der im Stillstand des Verdichters wirkenden Schwerkraft an der Lagerung (19, 20) der Rotorscheibe (8) gehalten und gegen Herausfallen gesichert sind, wobei in dem Lager (19, 20) eine Aussparung (10) oder eine Ausnehmung für die Clipsicherung ausgebildet ist.
Wirbelgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Clipsicherung am radial äußeren Ende der Sekundärluftröhren (1) mindestens zwei am Umfang verteilte Schlitze (3) sowie einen in eine Ausnehmung der Rotorscheibe (8) eingreifenden Haltekragen (4) umfasst.
Wirbelgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Clipsicherung einen am radial inneren Ende der Sekundarluftröhren (1) in eine Nut (11) eingreifenden Federring (12), der in eine Aussparung (10) der Rotorscheibe (8) eingreift, umfasst.
Wirbelgleichrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Lagerflansch (19) eine Buchse (6) eingesetzt ist, mit deren radial äußerer Stirnfläche die Ausnehmung zur Fixierung des Haltekragens (4) der Clipsicherung gebildet ist.
Wirbelgleichrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im äußeren Lagerflansch (19) gerade oder geneigte oder gekrümmte Bohrungen (16) zur Luftzufuhr zu den Sekundärluftröhren (1) ausgebildet sind.