EP2853685A1 - Einsatzelement und Gasturbine - Google Patents

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EP2853685A1
EP2853685A1 EP13185947.2A EP13185947A EP2853685A1 EP 2853685 A1 EP2853685 A1 EP 2853685A1 EP 13185947 A EP13185947 A EP 13185947A EP 2853685 A1 EP2853685 A1 EP 2853685A1
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EP
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insert element
ring segment
gas turbine
shroud
blade row
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EP13185947.2A
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Fathi Ahmad
Michael HÄNDLER
Kevin KAMPKA
Christian Kowalski
Christian Kowalzik
Nihal Kurt
Stefan Schmitt
Peter Schröder
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
    • F01D5/143—Contour of the outer or inner working fluid flow path wall, i.e. shroud or hub contour
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/83—Testing, e.g. methods, components or tools therefor

Definitions

  • the present invention relates to an insert element for attachment to a ring segment of a turbine of a gas turbine, which is designed for operation with a shroud having a shroud row.
  • the present invention relates to a gas turbine.
  • cover-lift Due to the shroud, it is necessary to perform a so-called cover-lift, ie a lift-off of the complete upper housing part during interventions on the blade row, which are made for example for maintenance or testing purposes.
  • a cover lift is associated with great effort.
  • the present invention has for its object to overcome these disadvantages and to provide an insert element with which it is possible to operate a blade row without shroud in the gas turbine.
  • the insert element according to the invention for fastening to a ring segment of a turbine of a gas turbine has a concave-shaped front side and a rear side with at least one shaping for positioning on the ring segment.
  • the ring segment is designed for operation with a shroud having a shroud row.
  • the insert element has at least one channel extending from the front side to an upper side.
  • the insert element can be fastened with appropriate screws or bolts in a simple manner to the ring segment.
  • the insert element has at least one coaxial with the channel arranged reduction on the front side.
  • the fastening means in particular the head of a screw, can thereby be sunk in the contour of the insert element.
  • the insert element has an upper molding and a lower molding.
  • the formations serve for easier, faster and more accurate positioning of the insert element before securing the insert element to the ring segment.
  • the assembly is simplified and possible with less effort.
  • the insert element is preferably integrated in a gas turbine.
  • the gas turbine according to the invention comprises a turbine with a blade row and a ring segment arranged around the blade row.
  • the ring segment is for operation with a shroud row having a shroud educated.
  • the insert element is attached to the ring segment.
  • a gas turbine is advantageously provided which is suitable for operation with a blade row without shroud.
  • the upper housing of the gas turbine need not be lifted (cover lift). An access from the outlet side is sufficient.
  • the gas turbine according to the invention is therefore particularly suitable for experimental purposes in which frequent changes to the blades are made. With the present gas turbine these experiments could be constructed and carried out much faster.
  • gas turbine according to the invention can be converted in a simple manner for operation with a blade row with shroud by the at least one insert element is removed from the ring segment.
  • FIG. 1 a gas turbine 10 according to the invention is sketched in an exemplary embodiment.
  • the gas turbine 10 according to the invention comprises a turbine 11 in which at least one blade row 12 is arranged.
  • To this blade row 12 around a ring segment 13 is arranged according to the invention.
  • the blade row 12 is arranged rotatably about a rotation axis 20.
  • the blade row 12 is particularly the one located downstream of the other blade rows.
  • the fourth blade row of the turbine 11 of the gas turbine 10th is particularly the one located downstream of the other blade rows.
  • the gas turbine 10 has at least one insert element 14 fastened to the ring segment 13.
  • the arrangement of the insert member 14 in the ring segment is sketched in an exemplary embodiment in a sectional view.
  • the insert element 14 covers a recess 23 in the ring segment 13.
  • This recess 23 has the ring segment 13 for the operation of the gas turbine 10 with a blade row having a shroud.
  • the ring segment 13 can be adapted to the blade row 12, which has no shroud.
  • the insert element 14 shown in a single view comprises a concave front side 15 and a back side 16.
  • the insert element 14 according to the invention has at least one projection 17, 18 for positioning on the ring segment 13.
  • the insert element 14 comprises an upper molding 17 and two lower moldings 18. With the lower moldings 18, the insert element 14 can be pushed into an undercut 24 of the annular segment 13 in a first assembly step M1. Subsequently, the insert element 14 can be folded in a second assembly step M2 to the ring segment 13. With the upper molding 17, the insert member 14 is then positioned in its mounting position. The insert element 14 shown has two channels extending from the front side 15 to an upper side 22 21 on. In a third assembly step M3, the insert element 14 can now be screwed to the ring segment 13. The means for screwing are guided through the channels 21. The insert element 14 is firmly connected to the ring segment 13 after only three assembly steps. In the assembled state, the insert element 14 preferably ends flush with the ring segment 13.
  • the front side 15 of the insert element 14 according to the invention is designed to be concave and thus adapted to the ring segment 13 arranged around the blade row 12.
  • the illustrated insert element 14 has at the front side 15 in each case a countersink 19 per channel 21.
  • the depressions 19 are each arranged coaxially with the channels 21.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einsatzelement (14) zur Befestigung an einem Ringsegment (13) einer Turbine (11) einer Gasturbine (10). Das Ringsegment (13) ist dabei für einen Betrieb mit einer ein Deckband aufweisenden Laufschaufelreihe ausgebildet. Das Einsatzelement (14) weist eine konkav geformte Vorderseite (15) und eine Rückseite (16) mit zumindest einer Ausformung (17, 18) zur Positionierung an dem Ringsegment (13) auf. Zudem wird eine Gasturbine (10) mit dem Einsatzelement (14) beansprucht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einsatzelement zur Befestigung an einem Ringsegment einer Turbine einer Gasturbine, welches für einen Betrieb mit einer ein Deckband aufweisenden Laufschaufelreihe ausgebildet ist. Zudem betrifft die vorliegende Erfindung eine Gasturbine.
  • Es ist bekannt und weit verbreitet, dass Laufschaufelreihen von Turbinen von Gasturbinen am oberen Ende der Schaufelblätter ein sogenanntes Deckband aufweisen.
  • Durch das Deckband ist es bei Eingriffen an der Laufschaufelreihe, die beispielsweise zu Instandhaltungs- oder Erprobungszwecken erfolgen, notwendig, ein sogenanntes Cover-Lift, also ein Abheben des kompletten oberen Gehäuseteils, vorzunehmen. Ein Cover-Lift ist mit großem Aufwand verbunden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beheben und ein Einsatzelement bereitzustellen, mit dem es möglich ist, eine Laufschaufelreihe ohne Deckband in der Gasturbine zu betreiben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Einsatzelement nach Anspruch 1 sowie einer Gasturbine nach Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Einsatzelement zur Befestigung an einem Ringsegment einer Turbine einer Gasturbine weist eine konkav geformte Vorderseite und eine Rückseite mit zumindest einer Ausformung zur Positionierung an dem Ringsegment auf. Das Ringsegment ist dabei für einen Betrieb mit einer ein Deckband aufweisenden Laufschaufelreihe ausgebildet.
  • Mit dieser Anordnung ist es vorteilhaft ermöglicht eine Gasturbine von einem Betrieb mit einer Laufschaufelreihe mit Deckband auf einen Betrieb mit einer Laufschaufelreihe ohne Deckband umzurüsten. Eine wesentlich aufwändigere Neuanfertigung eines passenden Ringsegments kann erspart bleiben.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Einsatzelements weist das Einsatzelement zumindest einen von der Vorderseite zu einer Oberseite verlaufenden Kanal auf.
  • Damit kann das Einsatzelement mit entsprechenden Schrauben oder Bolzen in einfacher Weise an dem Ringsegment befestigt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Einsatzelements weist das Einsatzelement zumindest eine koaxial zum Kanal angeordnete Senkung an der Vorderseite auf.
  • Die Befestigungsmittel, insbesondere der Kopf einer Schraube, kann dadurch in der Kontur des Einsatzelements versenkt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Einsatzelements weist das Einsatzelement eine obere Ausformung und eine untere Ausformung auf.
  • Die Ausformungen dienen einer einfacheren, schnelleren und genaueren Positionierung des Einsatzelements vor einem befestigen des Einsatzelements an dem Ringsegment. Die Montage ist dadurch vereinfacht und mit weniger Aufwand möglich.
  • Das Einsatzelement ist bevorzugt in eine Gasturbine integriert. Die erfindungsgemäße Gasturbine umfasst eine Turbine mit einer Laufschaufelreihe und einem um die Laufschaufelreihe herum angeordneten Ringsegment. Das Ringsegment ist für einen Betrieb mit einer ein Deckband aufweisenden Laufschaufelreihe ausgebildet. Das Einsatzelement ist an dem Ringsegment befestigt.
  • Damit ist vorteilhaft eine Gasturbine bereitgestellt, die für einen Betrieb mit einer Laufschaufelreihe ohne Deckband geeignet ist. Bei einem Austausch der Laufschaufeln braucht nicht das obere Gehäuse der Gasturbine abgehoben zu werden (Cover-Lift). Ein Zugang von der Auslassseite her genügt. Die erfindungsgemäße Gasturbine eignet sich damit insbesondere für Versuchszwecke, bei denen häufiger Änderungen an den Schaufelblättern vorgenommen werden. Mit der vorliegenden Gasturbine könne diese Versuche erheblich schneller aufgebaut und durchgeführt werden.
  • Zudem kann die erfindungsgemäße Gasturbine in einfacher Weise für den Betrieb mit einer Laufschaufelreihe mit Deckband umgerüstet werden, indem das zumindest eine Einsatzelement vom Ringsegment entfernt wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine erfindungsgemäße Gasturbine,
    Figur 2
    ein Detail der erfindungsgemäßen Gasturbine und
    Figur 3
    ein erfindungsgemäßes Einsatzelement.
  • In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Gasturbine 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung skizziert. Die Gasturbine 10 umfasst erfindungsgemäß eine Turbine 11 in der wenigstens eine Laufschaufelreihe 12 angeordnet ist. Um diese Laufschaufelreihe 12 herum ist erfindungsgemäß ein Ringsegment 13 angeordnet. Die Laufschaufelreihe 12 ist um eine Rotationsachse 20 drehbar angeordnet.
  • Bei der Laufschaufelreihe 12 handelt es sich insbesondere um die stromabwärts der anderen Laufschaufelreihen gelegene. In der Figur 1 ist die entsprechende Laufschaufelreihe 12 die vierte Laufschaufelreihe der Turbine 11 der Gasturbine 10.
  • Die erfindungsgemäße Gasturbine 10 weist wenigstens ein an dem Ringsegment 13 befestigtes Einsatzelement 14 auf. In der Figur 2 ist die Anordnung des Einsatzelements 14 in dem Ringsegment in einer beispielhaften Ausgestaltung in einer Schnittdarstellung skizziert.
  • Das Einsatzelement 14 deckt eine Aussparung 23 in dem Ringsegment 13 ab. Diese Aussparung 23 besitzt das Ringsegment 13 für den Betrieb der Gasturbine 10 mit einer Laufschaufelreihe, die ein Deckband aufweist. Um beispielsweise in einer Erprobungsphase nicht die gesamte obere Gehäusehälfte der Gasturbine abnehmen zu müssen (Cover-Lift) ist es vorteilhaft, die Laufschaufelreihe 12 ohne Deckband zu verwenden. Mittels des erfindungsgemäßen Einsatzelements 14 kann das Ringsegment 13 an die Laufschaufelreihe 12, die kein Deckband aufweist, angepasst werden.
  • Das in der Figur 3 in einer Einzelansicht gezeigte Einsatzelement 14 umfasst erfindungsgemäß eine konkav geformte Vorderseite 15 und eine Rückseite 16. An der Rückseite 16 weist das erfindungsgemäße Einsatzelement 14 zumindest eine Ausformung 17, 18 zur Positionierung an dem Ringsegment 13 auf.
  • In der gezeigten Ausgestaltung umfasst das Einsatzelement 14 eine obere Ausformung 17 und zwei untere Ausformungen 18. Mit den unteren Ausformungen 18 kann das Einsatzelement 14 in einem ersten Montageschritt M1 in einen Hinterschnitt 24 des Ringsegments 13 geschoben werden. Anschließend kann das Einsatzelement 14 in einem zweiten Montageschritt M2 an das Ringsegment 13 geklappt werden. Mit der oberen Ausformung 17 ist das Einsatzelement 14 dann in seiner Montageposition positioniert. Das gezeigte Einsatzelement 14 weist zwei von der Vorderseite 15 zu einer Oberseite 22 verlaufende Kanäle 21 auf. In einem dritten Montageschritt M3 kann das Einsatzelement 14 nun mit dem Ringsegment 13 verschraubt werden. Die Mittel zum Verschrauben werden dabei durch die Kanäle 21 geführt. Das Einsatzelement 14 ist nach nur drei Montageschritten fest mit dem Ringsegment 13 verbunden. Das Einsatzelement 14 schließt in montiertem Zustand bevorzugt bündig mit dem Ringsegment 13 ab.
  • Die Vorderseite 15 des erfindungsgemäßen Einsatzelements 14 ist konkav ausgeführt und damit dem um die Laufschaufelreihe 12 herum angeordneten Ringsegment 13 angepasst. Das gezeigte Einsatzelement 14 weist an der Vorderseite 15 jeweils eine Senkung 19 je Kanal 21 auf. Die Senkungen 19 sind jeweils koaxial zu den Kanälen 21 angeordnet.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (5)

  1. Einsatzelement (14) zur Befestigung an einem Ringsegment (13) einer Turbine (11) einer Gasturbine (10), welches für einen Betrieb mit einer ein Deckband aufweisenden Laufschaufelreihe ausgebildet ist,
    wobei das Einsatzelement (14) eine konkav geformte Vorderseite (15) und eine Rückseite (16) mit zumindest einer Ausformung (17, 18) zur Positionierung an dem Ringsegment (13) aufweist.
  2. Einsatzelement (14) nach Anspruch 1,
    wobei das Einsatzelement (14) zumindest einen von der Vorderseite (15) zu einer Oberseite (22) verlaufenden Kanal (21) aufweist.
  3. Einsatzelement (14) nach Anspruch 1,
    wobei das Einsatzelement (14) zumindest eine koaxial zum Kanal (21) angeordnete Senkung (19) an der Vorderseite (15) aufweist.
  4. Einsatzelement (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    wobei das Einsatzelement (14) eine obere Ausformung (17) und eine untere Ausformung (18) aufweist.
  5. Gasturbine (10) mit einer eine Laufschaufelreihe (12) und ein um die Laufschaufelreihe (12) herum angeordnetes Ringsegment (13) aufweisenden Turbine (11),
    wobei das Ringsegment (13) für einen Betrieb mit einer ein Deckband aufweisenden Laufschaufelreihe ausgebildet ist,
    wobei die Gasturbine (10) zumindest ein an dem Ringsegment (13) befestigtes Einsatzelement (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
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