EP1507959A1 - Anordnung zum axialen und radialen fixieren der leitschaufeln eines leitschaufelkranzes einer gasturbine - Google Patents

Anordnung zum axialen und radialen fixieren der leitschaufeln eines leitschaufelkranzes einer gasturbine

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EP1507959A1 EP03737889A EP03737889A EP1507959A1 EP 1507959 A1 EP1507959 A1 EP 1507959A1 EP 03737889 A EP03737889 A EP 03737889A EP 03737889 A EP03737889 A EP 03737889A EP 1507959 A1 EP1507959 A1 EP 1507959A1
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/30—Retaining components in desired mutual position

Definitions

  • the invention relates to an arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • the stator of a gas turbine does not form an integral unit, but rather has critical connection and bearing points with regard to the column to be observed. Fixations taking into account the temperature gradients occurring between the turbine housing and the guide vane ring must be provided, the implementation of which can cause considerable difficulties. As a result of the limited space and poor accessibility, milling work on the abutment surfaces located on the turbine housing can only be carried out with great effort in order to implement the required fixings. This applies not only to the initial assembly, but also to rework as a result of wear during the operation of such gas turbines.
  • the invention has for its object to remedy this situation by a new design of the means for fixing the guide vanes of a vane ring of a gas turbine.
  • the guide vanes can be combined into a construction module by means of the new locking elements before they are inserted into the turbine, which leads to a simple partner interface and considerably simplifies assembly.
  • the new locking elements enable the guide vane rings to be fixed almost without play, directly on the spoke centering, if the previously required are eliminated Ring seals.
  • Fig. 1 is a sectional view of the guide and vane rings comprising low pressure part of a gas turbine and
  • Fig. 2 in an enlarged exploded view the locking elements associated with the guide vane tips of the guide vane ring according to the invention.
  • FIG. 1 shows a section of a gas turbine, designated overall by reference number 10, of its low-pressure part with a stator ST having guide vanes 12, 12 'and a rotor RT having rotor blades 14, 14', and the associated turbine housing 16.
  • the guide vanes and rotor blades are each combined into so-called guide vanes and rotor blade rings which, with their associated components, which are not described in more detail, form so-called partner components - namely the stator and the rotor mentioned - of the gas turbine 10 enclosed by the turbine housing 16.
  • the guide vane ring 13 formed by the guide vanes 12 projects between two rotor blade rings with their rotor blades 14 and 14 '.
  • a further guide vane ring 15 with guide vanes 12 ' is fixed upstream between the hub and the housing.
  • the guide vane ring 13, which is still to be described between the turbine housing 16 and a seal carrier 17 of the stator ST, is exposed to dilations caused by temperature gradients between the turbine housing and guide grille, which are accommodated via defined gaps.
  • the locking elements shown in FIG. 2 are used for fixing provided that are associated with each end of a guide vane 12 facing away from the hub.
  • these locking elements comprise a casing ring 18 with an axial stop surface 19 and with radial projections 21 including pairs of flat mating surfaces 20 for the purpose of accommodating corresponding flat bearing surfaces 24 on a downstream casing ring 18 ′′.
  • An axial one that can be clearly seen in FIG Extension of the casing ring 18 "also has mutually opposite rectangular recesses 27 and 27 ', which each serve to receive the legs 28, 28' of a U-shaped holding piece 30.
  • Each holding piece 30 has on its rear base an abutment surface 32, behind which a clamping bracket 35, which will be described, engages after the mounting of the guide vanes on the turbine housing.
  • the guide vanes 12 are aligned with corresponding mating surfaces with the mating surfaces 20 of the protrusions 21 of the casing ring 18, which, with its contact surface 19, is in axial contact with the guide vanes 12.
  • the in the recesses 27 and 27 'by means of the legs 28, 28' engaging holding pieces 30 fix the guide vanes 12 and the casing ring 18 on the casing ring 18 ′′, the latter being fixed and fixed on the turbine housing.
  • a positive locking located directly at the location of the usual spoke centering is formed, which is denoted overall by VE or VE 'in FIG. 1 and which is secured for each guide vane in each case by the spring clip 35 already mentioned.
  • the spring clips 35 engage with their free ends under the radially inner bearing surfaces 24 on the casing ring 18 ′′, more precisely on its axial extension.
  • the guide vane tips also have projections 41, 41 ', to which corresponding stop surfaces 42, 42' on the casing rings 18, 18 'are assigned.
  • the ends of the guide vanes 12 facing the seal carrier 17 of the stator ST carry sealing linings 44 known per se, the associated sealing fins 45 of which are arranged on the rotor part 46. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Gasturbine (10) mit mindestens einem Leitschaufelkranz, dessen Leitschaufeln (12) über lösbare Verriegelungselemente (18, 18', 18'', 30) axial und radial fixiert sind, die einen eine Anschlagfläche (19) und Passflächen (20) tragende Vorsprünge (21) aufweisenden, als frei bearbeitbares Bauteil ausgebildeten, Mantelring (18) sowie für jede Leitschaufel (12) ein Haltestück (30) umfassen, das in entsprechende Ausnehmungen (27, 27') an einem stromabwärtigen Mantelring (18'') eingreift, wobei über Federbügel (35) die Haltestücke (30) in ihrer durch die Verriegelungselemente bestimmten Lage gehalten sind.

Description

Anordnung zum axialen und radialen Fixieren der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer Gasturbine
Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bekanntlich bildet der Stator einer Gasturbine keine integrale Einheit sondern weist bezüglich der einzuhaltenden Spalte kritische Verbindungs- und Lagerstellen auf. Es müssen dabei den zwischen Turbinengehäuse und Leitgitterkranz auftretenden Temperaturgradienten Rechnung tragende Fixierungen vorgesehen werden, deren Realisierung erhebliche Schwierigkeiten bereiten kann. Infolge der beengten Raumverhältnisse und der schlechten Zugänglichkeit sind Fräsarbeiten an am Turbinengehäuse befindlichen Anschlagflächen für die Realisierung der geforderten Fixierungen nur mit großem Aufwand durchführbar. Dies gilt nicht nur für die Erstmontage, sondern auch für Nacharbeiten in Folge Verschleiß während des Betriebes solcher Gasturbinen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen, durch eine neue Gestaltung der Mittel zum Fixieren der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer Gasturbine.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die neuen, den nabenfernen Enden der Leitschaufeln des Leitschaufelgitters zugeordneten, formschlüssigen Verriegelungselemente mit ihren das Spiel und die Lage der Leitschaufeln bestimmenden Anlageflächen werden die zur Vorgabe der notwendigen Maße und Spalte erforderlichen Fräsarbeiten auf vom Turbinengehäuse getrennte Mantelringe und Haltestücke verlagert, die für die Bearbeitung und für eine Nachbearbeitung besser zugänglich sind. Darüber hinaus können die Leitschaufeln mittels der neuen Verriegelungselemente vor dem Einsetzen in die Turbine zu einem Baumodul zusammengefasst werden, was zu einem einfachen Partner-Interface führt und die Montage wesentlich erleichtert. Insbesondere aber ermöglichen die neuen Verriegelungselemente eine annähernd spielfreie Fixierung der Leitschaufelkränze unmittelbar an der Speichenzentrierung bei Wegfall der bisher notwendigen Ringdichtungen. Die Anordnung der Lagerstellen an den Mantelringen bringt eine Abkoppe- lung der Speichenzentrierung vom Turbinengehäuse und vermeidet dadurch einen direkten Einfluss der während des Betriebes der Gasturbine auftretenden Verformungen des Turbinengehäuses auf die Speichenzentrierung. Schließlich kann durch die neuen Verriegelungselemente auf das bisher übliche Angießen von Lagerstellen für die sogenannten "outer air seals" verzichtet werden.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung des Leit- und Laufschaufelkränze umfassenden Niederdruckteils einer Gasturbine und
Fig. 2 in vergrößerter Explosionsdarstellung die den Leitschaufelspitzen des Leitschaufelkranzes zugeordneten Verriegelungselemente nach der Erfindung.
Von einer insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Gasturbine sind in Fig. 1 deren Niederdruckteil mit einem Leitschaufeln 12, 12' aufweisenden Stator ST und mit einem Laufschaufeln 14, 14' aufweisenden Rotor RT sowie das zugehörige Turbinengehäuse 16 ausschnittsweise dargestellt.
Die Leit- und Laufschaufeln sind jeweils zu sogenannten Leit- und Laufschaufelkränzen zusammengefasst, die mit ihren zugehörigen, weiter nicht näher beschriebenen Bauelementen sogenannte Partnerbauteile - nämlich den genannten Stator und den genannten Rotor- der von dem Turbinengehäuse 16 umschlossenen Gasturbine 10 bilden.
Wie Fig. 1 zeigt, ragt der von den Leitschaufeln 12 gebildete Leitschaufeikranz 13 zwischen zwei Laufschaufelkränze mit ihren Laufschaufeln 14 und 14'. Stromauf ist ein weiterer Leitschaufelkranz 15 mit Leitschaufeln 12' zwischen Nabe und Gehäuse fixiert. Der in noch zu beschreibender Weise zwischen dem Turbinengehäuse 16 und einem Dichtungsträger 17 des Stators ST befindliche Leitschaufelkranz 13 ist durch Temperaturgradienten verursachte Dilatationen zwischen Turbinengehäuse und Leitgitter ausgesetzt, die über definierte Spalte aufgenommen werden. Zur Fixierung sind die in Fig. 2 dargestellten Verriegelungselemente vorgesehen, die einem jeden der Nabe abgewandten Ende einer Leitschaufel 12 zugeordnet sind.
Diese Verriegelungselemente umfassen für den Leitschaufel kränz 13 einen Mantelring 18 mit einer axialen Anschlagfläche 19 und mit Paaren von ebene Passflächen 20 einschließenden, radialen Vorsprüngen 21 zwecks Aufnahme von korrespondierenden ebenen Lagerflächen 24 an einem stromabwartigen Mantelring 18". Ein gut aus Figur 2 ersichtlicher, axialer Fortsatz des Mantelringes 18" besitzt ferner beidseitig einander gegenüberliegend rechtwinklige Ausnehmungen 27 und 27', die jeweils der Aufnahme der Schenkel 28, 28' eines U- förmigen Haltestückes 30 dienen. Jedes Haltestück 30 weist an seiner hinteren Basis eine Widerlagerfläche 32 auf, hinter die ein noch zu beschreibender Spannbügel 35 nach der Montage der Leitschaufeln am Turbinengehäuse greift. In der Betriebslage fluchten die Leitschaufeln 12 mit entsprechenden Passflächen mit den Passflächen 20 der Vorsprünge 21 des Mantelrings 18, dieser steht mit seiner Anlagefläche 19 in axialer Anlage mit den Leitschaufeln 12. Die in die Ausnehmungen 27 und 27' mittels der Schenkel 28, 28' eingreifenden Haltestücke 30 fixieren die Leitschaufeln 12 und den Mantelring 18 am Mantelring 18", wobei letzterer am Turbinengehäuse festgelegt und fixiert ist.
Auf diese Weise ist eine unmittelbar am Ort der üblichen Speichenzentrierung befindliche formschlüssige Verriegelung gebildet, die in Fig. 1 insgesamt mit VE bzw. VE' bezeichnet ist und die für jede Leitschaufel jeweils über den bereits genannten Federbügel 35 gesichert ist. Hierzu greifen die Federbügel 35 mit ihren freien Enden unter die radial inneren Lagerflächen 24 am Mantelring 18", genauer an dessen axialem Fortsatz.
Die Leitschaufelspitzen weisen ferner Vorsprünge 41, 41 ' auf, denen entsprechende Anschlagflächen 42, 42' an den Mantelringen 18, 18' zugeordnet sind. Die dem Dichtungsträger 17 des Stators ST zugewandten Enden der Leitschaufeln 12 tragen an sich bekannte Dichtungsbeläge 44, deren zugeordnete Dichtfins 45 auf dem Rotorteil 46 angeordnet sind. Bezugszeichenliste
Gasturbine 10
Leitschaufeln 12, 12'
Leitschaufelkranz 13
Laufschaufeln 14, 14'
Leitschaufelkranz 15
Turbinengehäuse 16
Dichtungsträger 17
Mantelringe 18, 18', 18
Anschlagfläche Mantelring 19
Passflächen 20
Vorsprünge des Mantelrings 21
Lagerflächen 24
Ausnehmungen 27, 27'
Schenkel 28, 28'
Haltestücke 30
Widerlagerfläche 32
Federbügel 35
Anschlagflächen 36
Anschlagflächen 39
Vorsprünge der Leitschaufeln 41, 41 '
Anschläge 42, 42'
Dichtungsbeläge 44
Dichtfins 45
Rotorteil 46

Claims

Patentansprüche
Anordnung zum axialen und radialen Fixieren der Leitschaufeln eines Leitschaufelkranzes einer Gasturbine mit einem, axial nebeneinanderliegend angeordnete Leit- und Laufschaufelkränze umschließenden Turbinengehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass die der Fixierung dienenden Anschlagflächen (19, 24, 32, 39) für die Leitschaufeln (12, 12') des Leitschaufelkranzes (13, 15) an von dem Turbinengehäuse (16) baulich getrennten Verriegelungselementen (18, 18', 18", 30) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungselemente (18, 18', 18", 30) den nabenfernen, radial äußeren Enden der Leitschaufeln (12, 12') zugeordnet sind, formschlüssig ineinandergreifen, jeweils zwei axiale Anschlagflächen (19, 39) aufweisende Mantelringe (18, 18', 18") und jeweils in korrespondierende Ausnehmungen (27, 27') der Mantelringe (18, 18") eingreifende und als Widerlager (32) für Federbügel (35) dienende Haltestücke (30) umfassen.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass radiale und circumferentiale Anlageflächen (20) des Mantelringes (18) an radialen Vorsprüngen (21) angeordnet sind, denen korrespondierende Anlageflächen an den radial äußeren Enden der Leitschaufeln (12) zugeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den an den Widerlagerflächen (32) der Haltestücke (30) angreifenden Federbügeln (35) entsprechende Lagerflächen (24) an dem Mantelring (18") zugeordnet sind, um die Haltestücke (30) lösbar zu fixieren.
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