DE1218800B

DE1218800B - Gasturbine, insbesondere Kleingasturbine

Info

Publication number: DE1218800B
Application number: DEB62264A
Authority: DE
Inventors: Dr Techn Hermann Hagen; Karl Muessig
Original assignee: MAN Turbo GmbH
Current assignee: MAN Turbo GmbH
Priority date: 1961-04-25
Filing date: 1961-04-25
Publication date: 1966-06-08
Also published as: US3199294A; GB962057A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. α.:

F02c

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 46f-ll

Nummer: 1218 800

Aktenzeichen: B 622641 a/46 f

Anmeldetag: 25. April 1961

Auslegetag: 8. Juni 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, insbesondere Kleingasturbine, mit einer axial zwischen dem Verdichterläufer und dem radial nach innen durchströmten Turbinenläufer angeordneten, radial nach außen durchströmten Brennkammer und einer zwischen dieser und dem Turbinenläufer angeordneten Tragscheibe für eine Wellendichtung und für Brennkammerwände.

Bei Axialturbinen ist es bereits bekannt, zur Aufnahme von Wellendichtungen ein Tragteil vorzusehen, das mit Hilfe von Tragelementen — die durch im Gasstrom liegende Strömungshohlprofile geführt sind — an einem der Umgebungsluft ausgesetzten und dadurch gekühlten Turbinengehäuseteil starr befestigt ist. Dadurch soll ein Verschieben der Dichtelemente, hervorgerufen durch Wärmespannungen des von den Verbrennungsgasen umströmten Tragteiles der Wellendichtungen, soweit wie möglich vermieden werden. Außerdem ist es bekannt, nahe dieser Befestigungsstelle auch das eine Ende des Gaskanals ao mit den Hohlprofilen so zu befestigen, daß der übrige Bereich dieses Gaskanals bei Erwärmen sich frei ausdehnen kann.

Demgegenüber wird bei einer Gasturbine mit einer axial zwischen dem Verdichterläufer und dem radial nach innen durchströmten Turbinenläufer angeordneten, radial nach außen durchströmten Brennkammer und einer zwischen dieser und dem Turbinenläufer angeordneten Tragscheibe für eine Wellendichtung und für Brennkammerwände vorgeschlagen, daß die Tragscheibe mittels durch die hohlen Turbinenleitschaufeln durchgesteckter Tragbolzen an einem Turbinengehäuseteil starr befestigt ist, das innen von Verdichterdruckluft und außen von Umgebungsluft angeströmt wird, daß der Turbinenleitkranz mit seinem austrittsseitigen Ende an jener Befestigungsstelle mit freier Wärmedehnmögüchkeit seines eintrittsseitigen Endes befestigt ist und daß die Turbinenleitschaufeln von Verdichterdruckluft durchströmt werden, so daß die Tragbolzen und die Befestigungsstellen gekühlt werden.

Die Vorteile der Erfindung sind dabei darin zu sehen, daß bei einer Gasturbine in Radialbauweise sowohl eine Befestigungsmöglichkeit des Turbinenleitapparates als auch der Tragscheibe von Labyrinthdichtungen usw. geschaffen wurde, die direkt in der relativ kalten Luftströmung des vom Verdichter zur Brennkammer führenden Gasstromes liegt. Dadurch wird die Befestigung des Turbinenleitapparates und der Tragscheibe der Labyrinthdichtungen in jedem Fall in einem für den reibungslosen Ablauf des Betriebes der Gasturbine ausreichenden Maße gekühlt, d. h. der Gasturbine, insbesondere Kleingasturbine

Anmelder:

M.A.N. Turbo

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

München-Allach, Dachauer Str. 665

Als Erfinder benannt:

Dr. techn. Hermann Hagen, München-Pasing;

Karl Müßig f, München

Turbinenleitapparat und die Tragscheibe unterliegen praktisch keinen Wärmespannungen, die eine Verschiebung beispielsweise der Labyrinthdichtungen und damit eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Gasturbine zur Folge haben würden. Außerdem strömt zwangläufig ein Großteil der Verdichterluft über die erfindungsgemäße Befestigung, so daß gegenüber dem bekannten Stand der Technik, bei dem die Tragelemente der Wellendichtungen lediglich an einem der Umgebungsluft ausgesetzten Turbinengehäuseteil befestigt sind, ein wesentlicher Fortschritt erzielt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen oder Einbauten wie Luftführungen u. dgl. und ohne die zum Betrieb der Gasturbine erforderliche Gasströmung zu stören, die für die Verbrennung erforderliche Verdichterluft gleichzeitig zur Kühlung der Befestigung für den Turbinenleitapparat und der Tragscheibe von Labyrinthdichtungen usw. herangezogen wird, ohne die zur Kühlung der Befestigung benötigte Luftmenge dem Triebwerk zu entziehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigen

F i g. 1, 2, 3 und 4 je einen Teilschnitt durch eine Gasturbine im Bereich der Turbine mit der erfindungsgemäßen Befestigung der Tragscheibe sowie des Turbinenleitkranzes.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i^g. 1 ist zwischen einem Turbinenläufer 1 und einer Brennkammer 2 bzw. Brennkammerwand 3 eine Trag-

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scheibe 4 angeordnet. Diese Tragscheibe 4 dient zur Aufnahme von Dichtelementen, wie z. B. Labyrinthdichtungen usw., zwischen Turbinenläufer 1 und Brennkammer 2, sowie zur Befestigung der Brennkammerwand 3. Eine ähnliche Tragscheibe (in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt) ist auch auf der Verdichterseite angeordnet und dient hier zur Abdichtung des Verdichterläufers gegenüber der Brennkammer und zur Befestigung der auf der Verdichterseite liegenden Brennkammerwand. Die Tragscheibe 4 ist über eine die hohle Turbinenleitschaufel 5 durchsetzende Büchse 6 und beiderseits der Büchse 6 angeordnete Flansche 7 und 8 mittels einer Schraube 9 an dem feststehenden kalten Turbinengehäuseteil 10 starr befestigt, während der gesamte Turbinenleitkranz 11 über Dehnhälse 12 und 13 wärmebeweglich mit den Flanschen 7 und 8 verbunden, z. B. verschweißt ist. Die Schraube 9 dient gleichzeitig zur Befestigung der Brennkammerwand 3. Der Turbinenleitkranz 11 wird von den heißen Verbrennungsgasen 14 umströmt, während die praktisch kalte Verdichterluft 15 durch die hohlen Turbinenleitschaufeln 5 hindurchtritt und diese sowie die Befestigungselemente der Tragscheibe 4 kühlt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 handelt es sich im wesentlichen um den gleichen Aufbau der Gasturbine wie in F i g. 1. Hierbei ist lediglich die Befestigung des Turbinenleitkranzes 11' und der Tragscheibe 4' von dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 unterschiedlich. Die Tragscheibe 4' ist an dem feststehenden kalten Turbinengehäuseteil 10' wiederum durch die hohle Turbinenleitschaufel 5' über eine Büchse 6' mittels Gewindebolzen 16 und Muttern 17 und 18 starr befestigt, während der Turbinenleitkranz U' über einen wärmebeweglichen Kragen 19 an der Tragscheibe 4' in axialer Richtung zentriert, jedoch nicht verspannt ist. Die Büchse 6' ist um einen geringen Betrag länger als die Breite des Turbinenleitkranzes 11' beträgt, wodurch dieser mit kleinem axialem Spiel festgelegt ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 zeigt ebenfalls einen Teilschnitt durch eine Gasturbine mit im wesentlichen wiederum gleichen Aufbau wie die vorhergehenden Beispiele. Lediglich ist hierbei die Brennkammer2" diagonal, d.h. schräg nach außen verlaufend, angeordnet. Der Turbinenleitkranz 11" ist ebenfalls schräg liegend angeordnet. An der Tragscheibe 4" sind Gewindebüchsen 20 angeordnet, z. B. angeschweißt, die mit an dem äußeren feststehenden kalten Turbinengehäuseteil 10" befestigten Gewindebüchsen 21 in Verbindung stehen und die hohlen Turbinenleitschaufeln 5" durchsetzen, wobei die Gewindebüchsen 20 und 21 durch eine Schraube 22 verbunden sind und somit die Tragscheibe 4" an dem kalten Turbinengehäuseteil 10" starr befestigt ist. Der Turbinenleitkranz 11" ist in diesem Ausführungsbeispiel über Schiebeverbindungen 23 und 24 an den Brennkammerwänden 3" und 25 wärmebeweglich befestigt. Andererseits ist der Turbinenleitkranz 11" über Teile 27 und 28 an der Tragscheibe 4" bzw. einem anderen feststehenden Teil des Gehäuses unter Zwischenschaltung von Dichtungen 29 und 30 starr befestigt. Die Gewindebüchsen 20 und 21 sind zur Zentrierung an den miteinander in Verbindung stehenden Stirnflächen 26 stufenförmig ausgebildet.

Der Turbinenleitkranz 11" ist wiederum außen von heißen Verbrennungsgasen 14" umspült, während die Befestigungselemente der Tragscheibe 4" durch die durch die hohlen Turbinenleitschaufeln 5" hindurchtretende Verdichterluft 15" gekühlt wird.

Ferner kann, wie aus Fig. 4 ersichtlich, durch ein federndes Bauteil 31 der Turbinenleitkranz 11"' an eine der Zentrierungsseiten angedrückt werden, um dadurch ein Hin- und Herschwingen des Turbinenleitkranzes 11"' während des Betriebes der Gasturbine zu verhindern. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Turbinenleitkranz 11'" durch das federnde Bauteil 31 an die Tragscheibe 4'" gedrückt.

In sämtlichen vier Ausführungsbeispielen der Erfindung sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2, 3 und 4 die Bezugsziffern mit ', ", "'versehensind.

Claims

Patentansprüche:

1. Gasturbine, insbesondere Kleingasturbine, mit einer axial zwischen dem Verdichterläufer und dem radial nach innen durchströmten Turbinenläufer angeordneten, radial nach außen durchströmten Brennkammer und einer zwischen dieser und dem Turbinenläufer angeordneten Tragscheibe für eine Wellendichtung und für Brennkammerwände, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe mittels durch die hohlen Turbinenleitschaufeln durchgesteckter Tragbolzen an einem Turbinengehäuseteil starr befestigt ist, das innen von Verdichterdruckluft und außen von Umgebungsluft angeströmt wird, daß der Turbinenleitkranz mit seinem austrittsseitigen Ende an jener Befestigungsstelle mit freier Wärmedehnmöglichkeit seines eintrittsseitigen Endes befestigt ist und daß die Turbinenleitschaufeln von Verdichterdruckluft durchströmt werden, so daß die Tragbolzen und die Befestigungsstellen gekühlt werden.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe (4) über eine die hohle Turbinenleitschaufel (5) durchsetzende Büchse (6) und beiderseits der Büchse angeordnete Flansche (7 und 8) mittels einer Schraube (9) an dem kalten Turbinengehäuseteil (10) starr befestigt ist und der Turbinenleitkranz (11) über Dehnhälse (12 und 13) mit den Flanschen (7 und 8) wärmebeweglich verbunden, z. B. verschweißt ist.

3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsschraube (9) für die Tragscheibe (4) gleichzeitig zur Befestigung der Brennkammerwand (3) dient.

4. Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe (4') an dem Turbinengehäuseteil (10') durch die hohle Turbinenleitschaufel (5') über eine Büchse (6') mittels Gewindebolzen (16) und Muttern (17 und 18) starr befestigt ist, während der Turbinenleitkranz (10') über einen wärmebeweglichen Kragen (19) an der Tragscheibe in axialer Richtung zentriert, jedoch nicht verspannt ist.

5. Gasturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (6') um einen geringen Betrag langer ist als die Breite des Leitkranzes (1Γ) beträgt.

6. Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Tragscheibe (4") Gewindebüchsen(20) angeordnet, z.B. an-

geschweißt sind, die mit an dem kalten Turbinengehäuseteil (10") befestigten Gewindebüchsen

(21) in Verbindung stehen und die hohlen Turbinenleitschaufeln (5") durchsetzen, wobei die Gewindebüchsen (20, 21) durch eine Schraube

(22) verbunden sind und somit die Tragscheibe an dem Turbinengehäuse starr befestigt ist, während der Turbinenleitkranz (11"), z. B. über Schiebeverbindungen (23 und 24) wärmebeweglich und über Teile (27 und 28), starr an anderen Bauteilen der Gasturbine befestigt ist.

7. Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebüchsen (20 und

21) an den miteinander in Verbindung stehenden Stirnflächen (26) stufenförmig ausgebildet sind.

8. Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch federnde Bauteile (31), die den Turbinenleitkranz (H") z. B. an die Tragscheibe (4'") andrücken.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 806 925, 590 083; deutsche Auslegeschriften Nr. 1093 144, 090,1084087;
schweizerische Patentschrift Nr. 258 674; USA.-Patentschrift Nr. 2 709 893.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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