DE4230235A1 - Housing fixture for axial flow turbomachine - has two pretensioned bolts connecting lower housing halves and blade carrier at angle to horizontal - Google Patents

Abstract

The axial flow turbomachine has a number of fixtures for its housing. It has two pre-tensioned bolts (14) connecting the lower halves of the turbine housing (3) and the blade carrier (2), in at least one plane vertical to the machine axis (13). The central line (15) of the bolts runs radially at an angle (alpha) between 10 and 20 deg. to the horizontal sepg. plane (12). USE/ADVANTAGE - Housing fixture for axial flow turbomachine makes provision for ovalisation of housing.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft eine axial durchströmte Turbomaschine mit einem in einem Gehäuse koaxial eingehängten Schaufel­ träger für die Leitschaufeln, wobei sowohl das Gehäuse als auch der Schaufelträger mit einer horizontalen Trennebene versehen sind, in welcher die jeweils oberen und unteren Hälften miteinander verschraubt sind.The invention relates to an axially flow-through turbomachine with a blade coaxially suspended in a housing carrier for the guide vanes, both the housing and also the blade carrier with a horizontal parting plane are provided, in which the upper and lower Halves are screwed together.

Stand der TechnikState of the art

Bei derartigen thermischen Turbomaschinen ist das Problem des Ovalwerdens der beteiligten axial geteilten Gehäuse, im fol­ genden Ovalisation genannt, so alt wie diese Maschinen selbst. Die Ursachen dieser unerwünschten Verformungen sind hauptsächlich im Vorhandensein von Temperaturgradienten über der Wanddicke zu sehen, welche ein unterschiedliches Kriechen zwischen den Außen- beziehungsweise Innenfasern erzeugen, sowie in der infolge der Trennebenen verursachten Asymmetrie.In such thermal turbomachinery, the problem is Becoming oval of the axially divided housings involved, in the fol called ovalization, as old as these machines itself. The causes of these undesirable deformations are mainly in the presence of temperature gradients the wall thickness to see what a different creep between the outer and inner fibers, as well as in the asymmetry caused by the parting planes.

Im Laufe der Jahre hat man dem Problem der Ovalisation abge­ holfen, indem beispielsweise die Schaufelträger ausgebaut und gerichtet wurden. Over the years, the problem of ovalization has been addressed helped, for example by removing the shovel carrier and were judged.  

Bei hochbelasteten Gasturbinen, bei denen die Schaufelträger trotz Kühlung während des Betriebes Temperaturen von 400 bis 450°C annehmen, könnte möglicherweise eine Änderung der Küh­ lung die Ovalisation beeinflussen. Allerdings könnte dadurch die radiale Dehnung des Schaufelträgers so beeinflußt wer­ den, daß die Schaufelspiele dadurch verkleinert würden, was zu einer erhöhten Streifgefahr führen würde.In the case of highly loaded gas turbines in which the blade carriers despite cooling during operation temperatures from 400 to Assuming 450 ° C could possibly change the cooling influence the ovalization. However, this could the radial expansion of the blade carrier so influenced who that the shovel clearance would be reduced by what would lead to an increased risk of grazing.

Desweiteren könnten am Oberteil und am Unterteil des geteil­ ten Schaufelträgers angegossene Materialhäufungen vorgesehen werden, um Flanscheffekte zu simulieren. Die in der Regel elliptische Ovalisation würde dadurch in eine 4-Lobenkurve umgeformt.Furthermore, the top and bottom of the part could The material of the bucket is cast on to simulate flange effects. The usually This would result in elliptical ovalization in a 4-praise curve reshaped.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung versucht der Ovalisation mit einer möglichst einfachen Maßnahme, mit der auch bereits ausgeführte Maschi­ nen nachrüstbar sind, zu begegnen.The invention tries ovalization with one if possible simple measure, with the already executed machine can be retrofitted.

Bei einer axial durchströmten Turbomaschine der eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in mindestens einer Ebene senkrecht zur Maschinenachse die unteren Hälften des Gehäuses und des Schaufelträgers im Bereich der Trennebene mit zwei vorgespannten Schrauben mit­ einander verbunden sind.In the case of an axially flowed turbomachine, the entry mentioned type, this is achieved according to the invention by that in at least one plane perpendicular to the machine axis the lower halves of the housing and the blade carrier in the Area of the parting plane with two preloaded screws with are connected.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Mittellinien der Schrauben radial verlaufen unter einem Winkel zwischen 10° und 20°zur horizontalen Trennebene.It is particularly useful if the center lines of the Screws run radially at an angle between 10 ° and 20 ° to the horizontal parting plane.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer axialdurchströmten Gasturbine dargestellt. Es zeigen: In the drawing is an embodiment of the invention shown using an axially flow-through gas turbine. Show it:  

Fig. 1 einen Teillängsschnitt der Gasturbine; Fig. 1 shows a partial longitudinal section of the gas turbine;

Fig. 2 einen Querschnitt durch Schaufelträger und Gehäuse der Turbine nach Linie 2 in Fig. 1; FIG. 2 shows a cross section through the blade carrier and housing of the turbine according to line 2 in FIG. 1;

Fig. 3 eine skizzenhafte Darstellung der Deformationen; Fig. 3 is a schematic representation of the deformations;

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Details A in Fig. 2. FIG. 4 is an enlarged view of detail A in FIG. 2.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli­ chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise der Verdichterteil, die Brennkammer sowie das vollständige Abgasrohr und der Kamin. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels ist mit einem Pfeil bezeichnet.It is only essential for understanding the invention Chen elements shown. The system is not shown for example the compressor part, the combustion chamber and the full exhaust pipe and the fireplace. The flow direction the work equipment is marked with an arrow.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Die thermische Turbomaschine, hier eine Gasturbine, von der in Fig. 1 die Abgasseite und die vier letzten, axialdurch­ strömten Stufen dargestellt sind, besteht im wesentlichen aus dem beschaufelten Rotor 1 und dem mit Leitschaufeln 11 bestückten Schaufelträger 2. Der Schaufelträger ist im Turbi­ nengehäuse 3 eingehängt. An das Turbinengehäuse ist der Abgaskanal 5 angeflanscht, welcher im wesentlichen aus einem nabenseitigen, ringförmigen Innenteil 6 und einem ringförmi­ gen Außenteil 7 besteht, welche den Diffusor 9 begrenzen. Beide Elemente 6 und 7 sind miteinander verbunden durch meh­ rere radiale Strömungsrippen 8, die gleichmäßig verteilt über den Umfang angeordnet sind. Der ringförmige Außenteil 7 ist turbinenseitig mit einer ringförmigen Strömungsleiste 10 versehen, welche bündig ist mit der zylinderseitigen Kontur des durchströmten Turbinenkanals.The thermal turbomachine, here a gas turbine, of which the exhaust side and the last four axially flowed stages are shown in FIG. 1, consists essentially of the bladed rotor 1 and the blade carrier 2 equipped with guide vanes 11 . The blade carrier is suspended in the turbine housing 3 . At the turbine housing, the exhaust duct 5 is flanged, which consists essentially of a hub-side, annular inner part 6 and a ringförmi gene outer part 7 , which limit the diffuser 9 . Both elements 6 and 7 are interconnected by meh rere radial flow ribs 8 , which are arranged evenly distributed over the circumference. The annular outer part 7 is provided on the turbine side with an annular flow bar 10 which is flush with the cylinder-side contour of the turbine channel through which the flow passes.

Im Hohlraum innerhalb des Innenteils 6 ist die austrittssei­ tige Lagerung der Turbomaschine angeordnet, wobei der Rotor 1 in einem Traglager 4 einliegt.In the cavity within the inner part 6 , the outlet side storage of the turbomachine is arranged, the rotor 1 lying in a support bearing 4 .

Fig. 2 zeigt die koaxiale Anordnung der zylindrischen Gehäuse und Schaufelträger in der Ebene der letzten Leitschaufel­ reihe. Der Übersichtlichkeit wegen ist auf die Darstellung der Flansche, der Leitschaufeln und des Rotors verzichtet. Fig. 2 shows the coaxial arrangement of the cylindrical housing and blade carrier in the plane of the last guide vane row. For the sake of clarity, the flanges, guide vanes and rotor are not shown.

Die tatsächliche Abweichung von der Kreisform, wie sie nach einer gewissen Betriebszeit an zahlreichen Maschinen beobach­ tet und ausgemessen wurde, ist schematisch in Fig. 3 anhand des Schaufelträgers gezeigt. Darin ist ein Referenzkreis strichpunktiert eingetragen. In geschlossenem Zustand, d. h. mit verschraubter Trennebene 12 ist der Schaufelträger 2 oval. Die Ovalisation, welche sowohl in der Ebene der ersten Leitreihe als auch der letzten Laufreihe feststellbar ist, ist ellipsenförmig, wobei die große Ellipsenachse sich in der Vertikalen befindet. Nach einem Lösen der Flanschschrau­ ben bildet sich die an sich bekannte 8-Form als Folge des unterschiedlichen Kriechens über die Schaufelträger-Wand­ dicke. Hierbei zeigen Oberteil 2 _O und Unterteil 2 _U unter­ schiedliches Verhalten, was die Größenordnung der Verformung betrifft. Auf die Bekanntgabe von Absolutwerten wird hier verzichtet, weil diese von allzu zahlreichen Parametern abhängig sind. Immerhin konnte festgestellt werden, daß diese Ovalisation bei allen Maschinen auftritt; sie weist je nach Anzahl Betriebsstunden und je nach Fahrweise der Maschine unterschiedliche Werte auf, hat jedoch immer die gleiche Erscheinungsform.The actual deviation from the circular shape, as observed and measured on numerous machines after a certain operating time, is shown schematically in FIG. 3 with the aid of the blade carrier. A reference circle is entered with dash-dotted lines. In the closed state, ie with screwed parting plane 12 , the blade carrier 2 is oval. The ovalization, which can be ascertained both in the plane of the first guide row and in the last row of runs, is elliptical, the large ellipse axis being in the vertical. After loosening the flange screw ben, the known 8-shape forms as a result of the different creeping across the blade carrier wall thickness. Upper part 2 _O and lower part 2 _U show different behavior with regard to the magnitude of the deformation. Absolute values are not given here because they depend on too many parameters. At least it could be established that this ovalization occurs on all machines; it has different values depending on the number of operating hours and the driving style of the machine, but always has the same appearance.

Zur Abhilfe sind im jeweils unteren Teil des Gehäuses und des Schaufelträgers die erfindungsgemäßen Verbindungen ange­ bracht. Es handelt sich gemäß Fig. 4 um 2 Dehnschrauben 14, deren Mittellinien 15 radial verlaufen unter einem Winkel α von ca. 13° zur horizontalen Trennebene 12. Die sich am Gehäuse abstützenden Schraubenköpfe sind mittels einer am Gehäuse angeschweißten federnden Lasche 16 gegen Verdrehung gesichert. Das Gewindeende der Schrauben ist im Schaufelträ­ ger eingeschraubt. Anläßlich des Betriebes, bei welchem sowohl das Gehäuse als auch der Schaufelträger Temperaturen bis zu 450°C annehmen, kann sich der Schaufelträger frei nach außen hin solange dehnen, wie seine Dehnung größer ist als jene des Gehäuses. Sollte sich indes der Schaufelträger gegenüber der Montagestellung weiter nach innen dehnen wol­ len, so wirken die Schrauben einer solchen Dehnung entgegen und verhindern eine Ovalisation des Schaufelträgers. Ein Ein­ stellparameter bildet hierbei die Montagevorspannung der Dehnschrauben.As a remedy, the connections according to the invention are introduced in the lower part of the housing and the blade carrier. This is shown in FIG. 4 to 2 expansion bolts 14, whose center lines 15 extend radially at an angle α of approximately 13 ° to the horizontal parting plane 12. The screw heads supported on the housing are secured against rotation by means of a resilient tab 16 welded to the housing. The thread end of the screws is screwed into the blade carrier. On the occasion of operation, in which both the housing and the blade carrier reach temperatures of up to 450 ° C., the blade carrier can expand outwards as long as its extension is greater than that of the housing. If, however, the blade carrier wants to expand further inwards compared to the mounting position, the screws counteract such expansion and prevent ovalization of the blade carrier. A setting parameter is the pre-tensioning of the expansion bolts.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Verbindung könnten die Mittellinien der Schrauben ebenso gut parallel zur horizonta­ len Trennebene verlaufen.In a further connection, not shown, the Center lines of the screws are also parallel to the horizonta len parting plane.

BezugszeichenlisteReference list

 1 Rotor
 2 Schaufelträger
 3 Turbinengehäuse
 4 Traglager
 5 Abgasgehäuse
 6 Innenteil
 7 Außenteil
 8 Strömungsrippen
 9 Diffusor
10 Strömungsleiste
11 Leitschaufel
12 horizontale Trennebene
13 Maschinenachse
14 Schraube
15 Mittellinie
16 Lasche 1 rotor
2 shovel supports
3 turbine housings
4 support bearings
5 exhaust housing
6 inner part
7 outer part
8 flow ribs
9 diffuser
10 flow bar
11 guide vane
12 horizontal parting line
13 machine axis
14 screw
15 center line
16 tab

Claims (3)

1. Axial durchströmte Turbomaschine mit einem in einem Gehäuse (3) koaxial eingehängten Schaufelträger (2) für die Leitschaufeln (11), wobei sowohl das Gehäuse als auch der Schaufelträger mit einer horizontalen Trenn­ ebene (12) versehen sind, in welcher die jeweils oberen und unteren Hälften miteinander verschraubt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einer Ebene senkrecht zur Maschinen­ achse (13) die unteren Hälften des Gehäuses (3) und des Schaufelträgers (2) im Bereich der Trennebene (12) mit zwei vorgespannten Schrauben (14) miteinander verbunden sind.1. Axially flowed turbomachine with a blade carrier ( 2 ) coaxially suspended in a housing ( 3 ) for the guide blades ( 11 ), both the housing and the blade carrier being provided with a horizontal separating plane ( 12 ) in which the respective upper one and the lower halves are screwed together, characterized in that in at least one plane perpendicular to the machine axis ( 13 ) the lower halves of the housing ( 3 ) and the blade carrier ( 2 ) in the region of the parting plane ( 12 ) with two prestressed screws ( 14 ) are interconnected. 2. Axial durchströmte Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien (15) der Schrauben (14) radial verlaufen unter einem Winkel (α) zwischen 10° und 20° zur horizontalen Trennebene (12).2. Axially flowed turbomachine according to claim 1, characterized in that the center lines ( 15 ) of the screws ( 14 ) extend radially at an angle (α) between 10 ° and 20 ° to the horizontal parting plane ( 12 ). 3. Axial durchströmte Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien (15) der Schrauben (14) parallel zur horizontalen Trennebene (12) verlaufen.3. Axial flow turbomachine according to claim 1, characterized in that the center lines ( 15 ) of the screws ( 14 ) run parallel to the horizontal parting plane ( 12 ).