DE1034924B - Gasturbine mit verripptem Gehaeuse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem durch in axialer und in Umfangsrichtung verlaufende Rippen versteiften Gehäuse, mit beiderseits gelagertem Rotor und mit Einbeziehung der Teilfugenflansche in die Ge'häuseverrippung. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen mit der druckhaltenden, aus Blech bestehenden Gehäusewandung verschweißt sind und daß die Enden der axialen Rippen an den Stirnseiten des Gehäuses mit je einem ringförmigen, im Bereich der Lager angeordneten Stützring verbunden sind.

Bei Gasturbinen, die für den Durchsatz eines großen Arbeitsmittelvolumens ausgelegt werden müssen, tritt oft folgende Schwierigkeit auf. Die großen Durchsatzvolumen verlangen entsprechend große Querschnitte der Ein- und Austrittsstutzen. Dadurch wird die gesamte Gestaltung des Gehäuses maßgeblich beeinflußt, und in der Regel ist es nicht möglich, das Gehäuse einigermaßen symmetrisch auszubilden. Diese Formgebung wird jedoch besonders dann angestrebt, wenn solche Maschinen hohen bzw. rasch ändernden Betriebstemperaturen ausgesetzt sind. So ist das Verziehen von-erheblich asymmetrischen Gehäusen und unter Umständen eine Rißbildung bei raschen Temperaturänderungen kaum zu vermeiden. Die Erfindung ermöglicht praktisch eine Aufteilung des Gehäuses in eine durch das Rippensystem gebildete, symmetrische tragende Struktur und in einen druckhaltenden, durch -die aus Blech bestehende und mit den Rippen verschweißte Gehäusewandung gebildeten Teil.

Es sind zwar bereits mit Rippen versehene gegossene Turbinengehäuse bekannt, bei denen die Rippen in Längs- und Umfangsrichtung verlaufen. Solche mit Rippen versehene Gußgehäuse sind jedoch außerordentlich rißanfällig, was sich besonders bei rasch wechselnden Temperaturen bemerkbar macht. Beim Gießen von verrrppten Gehäusen ist ferner darauf zu achten, daß die Rippen erheblich schwächer ausfallen als die anstoßenden Wandteile, weil das Auftreffen von Rippen auf Wandteile zu Materialanhäufungen führt, die"^van und für sich das Verziehen und die Rißbildung begünstigen. Damit ergeben sich dicke Wandstärken, die bei symmetrischer Gehäuseform die geschi/lderten-Nachteile herbeiführen.

Zweckmäßig dient mindestens eine der in Umfangsrichtung verlaufenden ^Rippen zur Befestigung eines im Abstand von der du¥ckhaltenden Gehäusewandung angeordneten Leitschaufelträgers. Ferner kann vorteilhaft der Eintrittskanai für das Arbeitsmittel als Gußstück ausgebildet und im Abstand von der druckhaltenden Gehäusewand- zwischen zwei Rippen angeordnet sein. Hierbei kann ein Raum zwischen Eintrittskanal für das Arbeitsmittel und druckhaltender Gasturbine mit verripptem Gehäuse

Anmelder:

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft,
Winterthur (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
Sdiweiz vom 21. August 1953

Gehäusewandung vorgesehen sein, welcher, von einem Kühlmittel durchströmt, zur Kühlung der Verrippung dient. Zweckmäßig sind ferner die Lagergehäuse über die Gehäuseflansche auf der Gehäuseverrippung abgestützt. Schließlich kann der Arbeitsmitteleintrittsstutzen vorteilhaft zwischen zwei Rippen angeordnet und der Arbeitsmittelaustrittsstutzen von der Verrippung durchstoßen sein.

Die Erfindung ist an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Gasturbine nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie I-I durch die in Fig. 1 gezeichnete Gasturbine und

Fig. 3 den Grundriß derselben Gasturbine mit abgehobenem Oberteil;

Fig. 4 zeigt schließlich eine Ansicht der ganzen Gasturbine in axonometrischer Darstellung.

Gleiche Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den Figuren dargestellte Gasturbine weist einen Rotor 1, einen Leitschaufelträger 2 und einen Eintrittsstutzen 3 auf. Das Gehäuse der Gasturbine besitzt ein symmetrisch ausgebildetes System aus einer Mehrzahl in axialer Richtung verlaufender und gemäß Fig. 2 über den Umfang verteilter Rippen 4, welche einen Teil der tragenden Struktur des Gehäuses darstellen. Ein weiterer Teil der tragenden Struktur wird durch die Gehäuseflansche 5 und 6 gebildet. Die druckhaltende Gehäusewandung besteht aus einem Mantel 7 . aus dünnem Blech, das mit der Verrippung verschweißt ist.

In Fig. 1 ist nur ein Teil der tragenden Struktur zu erkennen, weil der Schnitt nicht durch die Ver-

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rippung gelegt ist. Zwecks besserer Veranschaulichung sind die Rippen 4 hingegen in die Zwischenebene gedreht und strichpunktiert eingezeichnet. Im Bereich des vorderen Lagers 8 ist ein Stützring 9 angeordnet, der in der Horinzontalebene getrennt und von allen Rippen 4 und Gehäuseflanschen 5 und 6 teilweise umfaßt ist. Am hinteren Ende der Gasturbine durchstoßen die Rippen 4 den der Schaufelung 10 nachfolgenden Diffusor 11 und schließen an einen ebenfalls kräftig ausgebildeten Stützring 12 an, welcher das hintere Lager 14 umschließt. Die Rippen 4 sowie die Gehäuseflansche 5, 6 sind ferner durch eine in der Horizontalebene geteilte und in Umfangsrichtung verlaufende Rippe 13 nochmals unter sich \^erbunden. Die Stützringe 9 und 12 sind ihrerseits durch entsprechende Fortsetzungen der Gehäuseflansche direkt mit den Gehäusen der Lager 8 und 14 verbunden. Auf diese Weise entsteht eine tragende Struktur, welche vom Gehäuse des Lagers 8 zum Gehäuse des Lagers 14 verläuft und sowohl bezüglich der horizontalen als auch der vertikalen Mittel ebene symmetrisch ausgebildet ist.

Der Eintrittsstutzen 3 für das Arbeitsmittel der Gasturbine ist zwischen den oberen beiden Rippen 4 des oberen Gehäuseteil eingeführt und stört somit die Symmetrie des ganzen Gehäuses nicht. Der wesentlich größere Austrittsstutzen 15 ist wie die druckhaltende Gehäusewandung 7 aus dünnem BIeCh hergestellt und am Ende des Diffusors 11 befestigt; er gehört nicht mehr zur tragenden Struktur der Gasturbine. Das Innere des Austrittsstutzens wird wie der Diffusor 11 durch das der Austrittsscite zugekehrte Ende der Rippen 4 durchstoßen; diese Rippenteile besitzen zweckmäßig eine strömungstechnisch günstige Gestalt.

Die beschriebene Konstruktion ermöglicht den Betrieb mit sehr heißem Arbeitsmittel auch bei kürzesten Anfahrzeiten und rasch wechselnden Betriebstemperaturen, ohne daß ein Verziehen infolge Wärmespannungen auftritt. Gleichzeitig besitzt die beschriebene Gasturbine den Vorteil, daß ihr Gewicht wesentlich unter demjenigen einer Gasturbine mit gegossenem Gehäuse liegt.

In an sich bekannter Weise wird das von der Brennkammer zugeführt« Arbeitsmittel durch einen inneren Kanal 16 unmittelbar der Schaufelung 10 zugeführt. Die Wandung des Kanals 16 ist von einem Raum 17 umschlossen, durch den Kühlluft in kleiner Menge strömt, die erst unmittelbar vor Eintritt der heißen Gase in die Schaufelung durch Öffnungen 18 und 19 dem Arbeitsmittel beigemischt wird. Auf diese Weise wird die tragende Struktur der Gasturbine von hohen Temperaturen überhaupt nicht beeinflußt, was die Gefahr von Wärmedeformationen im Betrieb praktisch vollständig ausschaltet. Der gasführende Kanal 16 des Eintrittsstutzens 3 ist als Gußstück hergestellt, welches strömungstechnisch günstige Formen erhalten kann, während das druckhaltende Gehäuse 7, bei dem strömungstechnische Anforderungen unwesentlich sind, in Schweißkonstruktion ausgeführt ist. Diese Ausführung steht im Gegensatz zu der bei Dampf- und Gasturbinen vielfach üblichen Konstruktion, bei der gerade die selbst keinen Druck aufnehmenden, nur zur Strömungsführung dienenden Wandungsteile geschweißt und die äußeren druckhaltenden Gehäuseteile gegossen werden. Bei der Gasturbine nach der Erfindung kann das druckhaltende Gehäuse im Gegensatz dazu sehr dünnwandig ausgeführt werden, da Gasturbinen im allgemeinen mit mäßigen Drücken arbeiten.

Der ebenfalls gegossene Leitschaufelträger 2 ist über eine weitere, in Umfangsrichtung verlaufende Rippe 20 mit den Rippen 4 verbunden. Diese Anordnung ermöglicht eine sehr genaue Zentrierung des Schaufelträgers, auch wenn große Stutzen angeordnet werden müssen und im Betrieb wesentliche Temperaturschwankungen auftreten.

Fig. 4 veranschaulicht eine Gasturbine nach der Erfindung in axonometrischer Darstellung. Insbesondere ist die Abstützung des Lagergehäuses über die Gehäuseflansche auf der Verrippung deutlich erkennbar.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfü'hrungsformen beschränkt. So ist die Einhaltung einer vollkommenen Symmetrie für die Gestaltung der tragenden Gehäusestruktur nicht unbedingt notwendig. Letztere kann bei im wesentlichen symmetrischer Ausbildung kleinere Abweichungen bezüglich Symmetrie zur horizontalen und vertikalen Mittelebene aufweisen.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gasturbine mit einem durch in axialer und gegebenenfalls in Umfangsrichtung verlaufende Rippen versteiften Gehäuse, mit beiderseits gelagertem Rotor und mit Einbeziehung der Teilfugenflansche in die Gehäuseverrippung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen mit der druckhaltenden, aus Blech bestehenden Gehäusewandung verschweißt sind und daß die Enden der axialen Rippen an den Stirnseiten des Gehäuses mit je einem ringförmigen, im Bereich der Lager angeordneten, Stützring verbunden sind.

2. Gasturbine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der in Umfangsrichtung verlaufenden Rippen zur Befestigung eines im Abstand von der druckhaltenden Gehäusewandung angeordneten Leitschaufelträgers dient.

3. Gasturbine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal für das Arbeitsmittel als Gußstück ausgebildet und im Abstand von der druckhaltenden Gehäusewandung angeordnet ist.

4. Gasturbine nach dem Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Raum zwischen Eintrittskanal für das Arbeitsmittel und druckhaltender Gehäusewandung, welcher, von einem Kühlmittel durchströmt, zur Kühlung der Verrippung dient.

5. Gasturbine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagergehäuse über die Gehäuseflansche auf der Gehäuseverrippung abgestützt sind.

6. Gasturbine nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsmittel-Eintrittsstutzen zwischen zwei Rippen angeordnet ist.

7. Gasturbine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsmittel-Austrittsstutzen vom Rippensystem durchstoßen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 626 540;
Power Bd. 96, 1952, Nr. 10, S. 85;
The Motorship, Oktober 1945, S. 242;
Bauer, Der Schiffsmaschinenbau, Bd. 2, Berlin-München, 1927, S. 176.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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