DE1178253B

DE1178253B - Axial flow impeller machine with adjustable shroud

Info

Publication number: DE1178253B
Application number: DEM52002A
Authority: DE
Inventors: Helmut Rolle
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1962-03-03
Filing date: 1962-03-03
Publication date: 1964-09-17

Description

Axial-durchströmte Kreiselradmaschine mit einstellbarem Deckband Die Erfindung betrifft eine axial-durchströmte Kreiselradmaschine, insbesondere Axial-Gasturbine, in der den abgeschrägten Laufschaufelspitzen mit entsprechender Konizität ausgebildete Abdeckringe zugeordnet sind, die entweder als geschlossene Ringe oder als Ringsegmente mit im Axialschnitt T-förmigem Halteteil versehen und in einer Umfangsnut des Gehäuses gehalten sind. Derartige Befestigungen des Deckbandes werden hauptsächlich bei Gasturbinen ausgeführt, bei deren Inbetriebnahme oder Abschaltung ungleiche Dehnungen bzw. Schrumpfungen der Läufer- und Statorteile eintreten können, so daß die Laufschaufeln an den Abdeckungen anstreifen. Solches Anstreifen kann aber auch durch die bei den hohen Betriebstemperaturen auftretende Zeitdehnung hervorgerufen werden. Die eingangs beschriebene Befestigung des Deckbandes erlaubt nun den schnellen Austausch desselben im Falle einer Beschädigung.Axial flow impeller machine with adjustable shroud Die The invention relates to an axial flow impeller machine, in particular an axial gas turbine, in which the beveled blade tips are designed with a corresponding conicity Cover rings are assigned, either as closed rings or as ring segments provided with a holding part which is T-shaped in axial section and in a circumferential groove of the housing are held. Such fastenings of the shroud are mainly used in gas turbines executed, when they are started up or switched off unequal expansion or contraction the rotor and stator parts can enter, so that the blades on the covers to touch. Such rubbing can also be caused by the high operating temperatures occurring time expansion are caused. The attachment described above the cover band now allows it to be quickly replaced in the event of damage.

Die Einstellung des sogenannten Kopfspaltes erfolgt bei konischen Deckbändern im allgemeinen durch Verschiebung des gesamten Läufers in axialer Richtung und anschließender Fixierung am Blocklager. Ferner wurde schon vorgeschlagen, die Festpunkte von Roter und Stator einer Turbine an entgegengesetzten Enden anzuordnen, damit im Betrieb infolge Dehnung zueinander das Kopfspiel kleiner werde. In beiden Fällen können jedoch unterschiedliche Dehnungen sowohl im Läufer als auch im Gehäuse nicht berücksichtigt werden. Außerdem haben Verschiebungen des Läufers auch Veränderungen des Laufspiels der Labyrinthstopfbüchsen zur Folge, deren Betriebssicherheit dadurch gefährdet wird.The so-called head gap is set with conical ones Shrouds in general by moving the entire rotor in the axial direction and subsequent fixation on the block storage. It has also been suggested that To arrange fixed points of the red and stator of a turbine at opposite ends, so that the head clearance becomes smaller during operation as a result of expansion to one another. In both However, different expansions can occur both in the rotor and in the housing not be taken into account. In addition, shifts in the runner also have changes the running play of the labyrinth stuffing boxes, their operational reliability as a result is endangered.

Zur Erzielung kleinster Kopfspalte sind auch sogenannte Verschleißkanten bekanntgeworden, die man durch Anschärfen des Schaufelkopfes oder durch Anbringen schmaler Blechstreifen herstellt. Wirkungsmäßig ebenbürtig sind auf die Schaufelspitzen oder auf das Deckband aufgebrachte Schichten aus leicht verschleißendem keramischem Material, z. B. splittartige oder schaumige Massen. Alle diese Verschleißkanten haben jedoch den Mangel, daß der einmal durch Anschleifen vergrößerte Laufspalt nicht mehr verringert werden kann.So-called wear edges are also used to achieve the smallest head gaps became known, which can be done by sharpening the blade head or by attaching it produces narrow sheet metal strips. Equally effective are the blade tips or layers of easily wearing ceramic applied to the shroud Material, e.g. B. chip-like or foamy masses. All of these wear edges however, have the disadvantage that the running gap, which has been enlarged once by grinding can no longer be reduced.

Die Nachteile der vorgenannten Vorrichtungen und Maßnahmen werden nun gemäß vorliegender Erfindung dadurch vermieden, daß der Abdeckring in der Befestigungsnut axial verschieblich angeordnet ist und daß er an seinem großen Durchmesser außen und an seinem kleinen Durchmesser innen mit achsparallelen Flächen versehen ist, denen ebensolche Flächen des Gehäuses gegenüberstehen. Die erste Maßnahme ermöglicht überhaupt die Einstellung kleinster Laufspiele unter Beseitigung von Herstellungsungenauigkeiten. Die zweite Maßnahme stellt sicher, daß das Strömungsmedium an der äußeren Kanalwand auch nach vorgenommener Axialverschiebung des Deckbandes gut geführt wird und nicht etwa an einem klaffenden Axialspalt abreißt. Die dadurch etwa hervorgerufenen Wirbel könnten nämlich den mit der Kopfspaltverminderung erzielten Gewinn mehr als zunichte machen. Auf Grund dieser Tatsache wird die Erfindung auch nicht durch eine bekannte Labyrinthstopfbüchse nahegelegt, bei der der feststehende Teil zwecks Einstellung des Laufspiels axial verschieblich angeordnet ist. Die Labyrinthstopfbüchse hat nämlich reine Dichtungsfunktion, wogegen für den Abdeckring der Laufschaufeln die wirbelfreie Führung des Strömungsmediums von mindestens gleich großer Bedeutung ist.The disadvantages of the aforementioned devices and measures are now avoided according to the present invention that the cover ring in the fastening groove is axially displaceable and that it is outside at its large diameter and is provided with axially parallel surfaces on the inside at its small diameter, which face the same surfaces of the housing. The first measure allows In general, the setting of the smallest running games while eliminating manufacturing inaccuracies. The second measure ensures that the flow medium on the outer channel wall is well guided even after the axial displacement of the shroud and not tears off at a gaping axial gap. The eddies caused by this that could more than destroy the profit achieved by reducing the head gap do. Due to this fact, the invention is also not made known by a known one Labyrinth stuffing box suggested, in which the fixed part for the purpose of adjustment of the running game is arranged to be axially displaceable. The labyrinth stuffing box has namely pure sealing function, whereas for the cover ring of the rotor blades the eddy-free guidance of the flow medium of at least as great importance is.

Ferner ist die Erfindung auch nicht zu verwechseln mit einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag, nach welchem in einer Gasturbine zur Begrenzung des Kopfspaltes ein konischer Abdeckring so angeordnet ist, daß er sich nur in Richtung der Erweiterung frei dehnen kann, wogegen er in radialer Richtung an Stegen eines, äußeren Ringes anliegt. Dadurch soll erreicht werden, daß das radiale Spiel zwischen den Laufschaufeln und dem Abdeckring bei verschiedenen Temperaturen unverändert bleibt.Furthermore, the invention is not to be confused with an older, not pre-published proposal, according to which in a gas turbine for limitation of the head gap a conical cover ring is arranged so that it is only in the direction the extension can stretch freely, whereas it can stretch in the radial direction on webs of a, outer ring rests. This is to ensure that the radial play between the blades and the shroud unchanged at different temperatures remain.

Die Erfindung wird an einigen Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in F i g. 1 eine Laufschaufelabdeckung mit im Stillstand der Maschine einstellbarem Ring, F i 2. 2 ein mittels Schrauben einstellbares Deckband, v F i g. 3 eine Einrichtung mit im Betrieb mechanisch verstellbarem Abdeckring, F i g. 4 einen Schnitt längs Linie IV-IV der F i g. 3, Fi a. 5 eine Halterung des Deckringes mit pneunaiatischer Verstellung und F i g. 6 einen Schnitt längs Linie V-V der F i g. 4. In F i g. 1 bezeichnet 1 das Gehäuse einer axialdurchströmten Gasturbine mit den Leitschaufeln 2 und den Laufschaufeln 3, die an den Spitzen unter dem Winkel -, zur Achsrichtung abgeschrägt sind. Jede Schaufelreihe wird von dem konischen Abdeckring 4 abgedeckt, der bei entsprechender Teilung des Gehäuses 1 als geschlossener Ring oder auch aus Ringsegmenten hergestellt werden kann und mit einem T-förmigen Halteteil s versehen ist, mit welchem er in der Umfangsnut 6 des Gehäuses gehalten ist. Zwischen den Schaufelspitzen und dem Deckring 4 besteht also der Kopf- oder Laufspalt »s«, der möglichst klein sein soll, um Verluste zu vermeiden.The invention is explained using a few exemplary embodiments. The accompanying drawings show in FIG. 1 a rotor blade cover with a ring that can be adjusted when the machine is at a standstill, F i 2. 2 a cover band that can be adjusted by means of screws, v F i g. 3 shows a device with a cover ring that is mechanically adjustable during operation, FIG. 4 shows a section along line IV-IV of FIG. 3, Fi a. 5 a holder of the cover ring with pneumatic adjustment and FIG. 6 shows a section along line VV of FIG. 4. In Fig. 1 denotes 1 the housing of a gas turbine through which there is an axial flow, with the guide vanes 2 and the rotor blades 3, which are beveled at the tips at an angle - to the axial direction. Each row of blades is covered by the conical cover ring 4, which can be made as a closed ring or ring segments with a corresponding division of the housing 1 and is provided with a T-shaped holding part s with which it is held in the circumferential groove 6 of the housing. Between the blade tips and the cover ring 4 there is therefore the head or barrel gap "s", which should be as small as possible in order to avoid losses.

Die Breite »a« der Umfangsnut ist nun mindestens um den axialen Verschiebeweg größer als die Breite »b« des Flansches vom T-förmigen Halteteil s. Der Deckring 4 kann somit in axialer Richtung verschoben und nach genauer Einstellung mit Hilfe von Keilen 7 oder sonstigen Beilagen fixiert werden. Er ist an seinem großen Durchmesser & außen und an seinem kleinen Durchmesser D1 innen mit achsparallelen Flächen 9 und 10 versehen, denen ebensolche Flächen Il und 12 des Gehäuses gegenüberstehen. Auf diese Weise wird bei einer Axialverschiebuna des Deckringes die äußere Kanalbegrenzung nicht unterbrochen.The width "a" of the circumferential groove is now at least around the axial displacement path larger than the width "b" of the flange of the T-shaped holding part see the cover ring 4 can thus be shifted in the axial direction and after precise adjustment with the help be fixed by wedges 7 or other enclosures. It is at its great diameter & outside and at its small diameter D1 inside with axially parallel surfaces 9 and 10 provided, which face the same surfaces II and 12 of the housing. In this way, when the cover ring is axially displaced, the outer channel boundary becomes not interrupted.

An Stelle der Keile 7 kann gemäß F i g. 2 die Fixierung der Deckringe auch mit Hilfe von die Halteflansche durchdringenden Stellschrauben 13 vorgenommen werden, deren Gesamtlänge »I« der Breite »a« der Umfangsnut gleich ist.Instead of the wedges 7, according to FIG. 2 the fixation of the cover rings also made with the help of the retaining flanges penetrating adjusting screws 13 whose total length "I" is equal to the width "a" of the circumferential groove.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Deckringe auch im Betrieb der Turbine, also besonders beim Anfahren oder Abstellen, wo die Gefahr des Anstreifens am größten ist, verstellbar gemacht werden können. Solche Steilmechanismen sind in den F i g. 3 bis 6 gezeigt, in denen die mit F i g. 1 übereinstimmenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.A particular advantage of the invention is that the cover rings even when the turbine is in operation, especially when starting up or shutting down, where the Risk of grazing is greatest, can be made adjustable. Such Steep mechanisms are shown in FIGS. 3 to 6 shown, in which the with F i g. 1 matching Parts are provided with the same reference numerals.

Gemäß F i g. 3 und 4 ist jedem Ringsegment mindestens eine in achsnormaler Ebene des Rotors liegende Exzenterwelle 14 zugeordnet, die mittels einer Gewindebüchse 15 in dem Leitapparat gelagert ist. Am inneren Ende der Welle 14 ist der Exzenter 16 angebracht, der mit Hilfe eines in eine Nut 17 des Haiteteiles 5' geführten Gleitsteines 18 die Axialverschiebung des Deckbandes bewirkt. Um zu verhindern, daß die Segmente in Umfangsrichtung wandern, sind kleine Axialnuten 24 vorgesehen, in welche die Radialstifte 25 eingreifen. y Bei der Ausführung gemäß F i g. 5 und 6 erfolgt die Verstellung pneumatisch mit Hilfe von Druckluft, die durch die Kanäle 19 und 20 in die Umfang angsnut 6" eingeführt werden kann. Die Stirnflächen des T-Flansches des Halteteils 5" dienen hier also als Kolbenflächen. Außerdem ist an die Umfangsnut 6" noch ein Kanal 21 angeschlossen, dessen Öffnung von dem Flansch des Halteteils 5" freigegeben wird, wenn der Radialspalt »s« seine größte Weite erreicht hat. Die durch den Kanal 19 in die Nut 6" einströmende Druckluft entweicht dann durch den Kanal 21 und zeit, z. B. beim Anfahren der Turbine, an, daß alle @ Deckringsegmente auf größter Spaltweite stehen. Die kleinste Spaltweite wird durch die in den Flansch eingepaßten oder eingeschraubten Stifte 22 festgelegt.According to FIG. 3 and 4, each ring segment is assigned at least one eccentric shaft 14 lying in the plane normal to the axis of the rotor, which eccentric shaft 14 is mounted in the guide apparatus by means of a threaded bushing 15. At the inner end of the shaft 14, the eccentric 16 is attached, which effects the axial displacement of the shroud with the aid of a sliding block 18 guided into a groove 17 of the holding part 5 '. In order to prevent the segments from migrating in the circumferential direction, small axial grooves 24 are provided in which the radial pins 25 engage. y In the execution according to FIG. 5 and 6, the adjustment takes place pneumatically with the aid of compressed air, which can be introduced into the circumferential angs groove 6 "through the channels 19 and 20. The end faces of the T-flange of the holding part 5" thus serve as piston surfaces here. In addition, a channel 21 is connected to the circumferential groove 6 ″, the opening of which is cleared by the flange of the holding part 5 ″ when the radial gap "s" has reached its greatest width. The compressed air flowing through the channel 19 into the groove 6 ″ then escapes through the channel 21 and, for example, when the turbine is started up, so that all the cover ring segments are at the largest gap width fitted or screwed-in pins 22 set.

Bekanntlich müssen die Deckringsegmente von heißbetriebenen Turbinen in Umfangsrichtung etwas Dehnungsspiel aufweisen. Um nun zu verhindern, daß durch diese Spalte Druckluft von einer Stirnseite zur anderen überströmt, sind an den Enden der Ringsegmente Dichtungsleisten 23 axial verschieblich angebracht, die den gesamten Querschnitt der Umfangsnut 6" ausfüllen. Die durch den Kanal 20 in die Umfangsnut 6" eintretende Druckluft verschiebt das Deckringsegment in die Stellung der kleinsten Kopfspaltweite. Irgendwelche durch Undichtigkeiten am Flansch des Halteteils 5" entweichende Luft wird dabei zweckmäßig zur Kühlung des Deckbandes oder anderer Teile des Leitapparates verwendet.It is known that the cover ring segments of hot-operated turbines must have some expansion play in the circumferential direction. In order to prevent compressed air from flowing through these gaps from one end face to the other, sealing strips 23 are axially displaceably attached to the ends of the ring segments and fill the entire cross section of the circumferential groove 6 ". The ones entering the circumferential groove 6" through the channel 20 Compressed air moves the cover ring segment into the position of the smallest head gap width. Any air escaping through leaks on the flange of the holding part 5 ″ is expediently used to cool the shroud or other parts of the diffuser.

Claims

Claims: 1. Axial flow impeller machine, in particular Axial gas turbine, in which the beveled blade tips with corresponding Conical designed cover rings are assigned, which are either closed Rings or as Ringse @ "ments with a T-shaped holding part in axial section and are held in a circumferential groove of the housing, d a d u r c h marked. that the cover ring (4) is arranged axially displaceably in the fastening groove (6) and that it has its large diameter (DJ outside and its small diameter (D;) is provided on the inside with axially parallel surfaces (9, 10), which such surfaces (I1, 12) of the housing are opposite.

2. impeller machine according to claim 1, characterized characterized in that the cover rings or segments by means of adjusting screws (13) in their axial position are fixed.

3. impeller machine according to claim 1, characterized marked. that the cover ring (4) can also be adjusted during operation.

4. impeller machine according to claim 3, characterized in that each ring segment has at least one in Eccentric shaft (14) lying normal to the axis of the rotor is assigned, the Eccentric (16) with the aid of a sliding block guided in a groove (17) of the holding part (5 ') (18) causes the axial displacement of the shroud.

5. impeller machine according to claim 3, characterized in that the axial displacement is hydraulic or pneumatic takes place, for what purpose the end faces of the T-flange serve as piston surfaces.

6. impeller machine according to claim 5, characterized by a control channel (21), which shows the position of the cover ring at the largest gap width.

7. impeller machine according to claim 5, characterized in that sealing strips (23) are mounted axially displaceably at the ends of the ring segments, which completely fill the cross-section of the circumferential groove. B. centrifugal machine according to one or more of claims 1 to 7, characterized by adjustable stops (22) for limiting the axial displacement path. Older patents considered: German Patent No. 1128 708.