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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse für eine mehrstufige Axialturbine,
insbesondere -gasturbine, mit mehreren axial zusammengespannten Mantelringen, die
jeweils einen Leitschaufelkranz und einen mit diesem z. B. durch eine Ringnut und
Feder axial dehnbar verbundenen, einen Laufschaufelkranz umhüllenden Tragring mit
radialem Abstand konzentrisch umgeben und mit letzterem, z. B. durch Radialbolzen,
wärmebeweglich zentrierend verbunden sind.
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Es ist ein Turbinengehäuse mit axial zusammengespannten Mantelringen
bekannt, die jeweils einen Leitschaufelkranz und eine einen Laufschaufelkranz umhüllende
Ummantelung mit radialem Abstand umgeben; der Leitschaufelkranz ist dabei jeweils
über tragringartige Ringsegmente und Flansche direkt mit den Mantelringen verbunden,
während die Ummantelung an den Leitschaufelkränzen bzw. den Ringsegmenten axial
dehnbar festgelegt ist.
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Es ist ferner eine weitere Gehäusebauart bekannt, bei der die Leitschaufelträger
axial zusammengespannt sind, wobei die Leitschaufelkränze selbst mit radialem Abstand
in diesen Trägern durch bolzenartige Elemente radial beweglich, jedoch axial und
in Umfangsrichtung fest angeordnet sind. Die Leitschaufelkränze weisen axiale Vorsprünge
auf, die eine Ummantelung für die Enden der benachbarten Laufschaufelkränze bilden.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Turbinengehäuse mit einer großen Wärmeverzugsarmut
und Wärmesteifigkeit zu schaffen, das einfach und genau hergestellt werden kann,
so daß die Turbine leicht zusammensetzbar und leicht auseinandernehmbar ist. Die
Erfindung besteht darin, daß bei der eingangs genannten Gehäusebauart die Leitschaufelkränze
nur durch die Tragringe mit den Mantelringen verbunden sind. Damit hat man ein einfaches,
leicht herstellbares Turbinengehäuse geschaffen. Jeder Mantelring und der zugehörige,
mit ihm verbundene Leitschaufeltragring können gemeinsam bearbeitet werden (Drehbearbeitung).
Ferner ist eine Fertigungs- und Montagekontrolle einfach und leicht durchführbar.
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Das Statorringkörper-Paket kann das einzige Turbinengehäuse um den
genannten Turbinenrotorteil sein. Es kann aber auch ein Innengehäuse sein und von
einem Außengehäuse umgeben sein. Es kann ferner ein Paket sein, das den Turbinenrotor
nur auf einem Teil seiner axialen beschaufelten Länge umgibt. Zum Beispiel braucht
das Paket nicht unbedingt den Laufschaufelkranz (z. B. bei einem Curtisrad) der
ersten Turbinenstufe umgeben.
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Der geringe Verzug des Turbinenstators wird dadurch erzielt, daß die
den Mittelteil des Stators bildenden Statorringkörper radial ungeteilt, also in
Umfangsrichtung durchgehend, sind und also der gesamte Stator mit Einströmgehäuse,
diesem Mittelteil und Abströmgehäuse in Turbinenachsebene, d. h. radial, ungeteilt
sein kann. Die Erfindung ist insbesondere für Hochtemperaturturbinen geeignet.
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Die leichte Zusammensetzbarkeit und leichte Auseinandernehmbarkeit
ist insbesondere dann vorhanden, wenn die Turbine einen Laufschaufelkränze aufweisenden
Turbinenrotorteil hat, der axial ungeteilt ist.
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Da in Turbinendurchströmrichtung gesehen die Durchmesser der Laufschaufelkränze
größer werden, zumindest aber gleich groß bleiben, ist die Turbine gemäß. der Erfindung
leicht zusammensetzbar, indem über den vorzugsweise senkrecht stehenden, den letzten
Laufschaufelkranz unten aufweisenden Turbinenrotor der zu diesem Kranz gehörende
Statorringkörper geschoben wird, bis er diesen Kranz umgibt, dann die Schaufeln
des letzten Leitschaufelkranzes eingesetzt werden, darauf der vorletzte Leitschaufelkranz
übergeschoben wird usw. Das Auseinandernehmen der Turbine in umgekehrter Reihenfolge
ist genauso leicht durchführbar.
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Weitere Vorteile sind folgende: Die Statorringkörper können leicht
und einwandfrei hergestellt werden, z. B. durch Drehbearbeitung. Zum Beispiel können
an ihnen vorgesehene Ringfedern zur Festlegung der Leitschaufeln, die zugehörige
Nuten aufweisen, wegen der guten Zugänglichkeit leicht und einwandfrei hergestellt
werden. Die Leitschaufeln lassen sich ferner leicht auswechseln. Da die Statorringkörper
einander ähnliche Bauteile sind, läßt sich verhältnismäßig leicht eine Typisierung
und Lagerhaltung erreichen.
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Ein Leitschaufelkranz sitzt zwischen zwei Tragringen aus Wärmedehnungsgründen
insbesondere mit geringem Axialspiel, und zwar bei kalter Turbine; die Leitschaufeln
und die Tragringe sind bei Betrieb der Turbine heißer als die Mantelringe. Nach
Möglichkeit soll das Axialspiel bei Betrieb der Turbine gleich Null werden. Insbesondere
sitzen die Leitschaufeln mit genannten Nuten auf genannten Ringfedern.
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Die Verbindungsteile zur Verbindung des Mantelringes mit dem Leitschaufeltragring
sind insbesondere Radialbolzen, die in den beiden Ringen sitzen. Die radiale Wärmebeweglichkeit
kann hier dadurch gewährleistet sein, daß die Bolzen z. B. im Mantelring fest und
die Leitschaufelringe auf den Bolzen radial verschiebbar sitzen und umgekehrt.
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Der Leitschaufeltragring hat insbesondere weniger Masse als der Mantelring.
Im Gebiet der Beschaufelung ist somit wenig Massenanhäufung. Der Leitschaufeltragring
liegt unmittelbar neben dem heißen Turbinendurchströmraum, und da der Mantelring
seine Wärme nach außen abgeben kann, ist der Leitschaufeltragring heißer als der
Mantelring. Der Leitschaufeltragring besteht vorzugsweise aus hochwertigem Werkstoff.
Der kühlere Mantelring mit seiner größeren Masse dagegen besteht vorzugsweise aus
weniger hochwertigem Werkstoff.
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Um nicht so viel Wärme von radial innen nach außen dringen zu lassen,
ist es sehr von Vorteil, wenn die Tragringe und die Leitschaufeln durch einen Kühlmittelstrom
gekühlt werden. In diesem Sinn wird vorzugsweise folgendermaßen vorgegangen: Die
Leitschaufelkränze und die Tragringe einerseits und die Mantelringe bzw. an den
Tragringen mit radialem Abstand angebrachte Ringbleche andererseits bilden einen
Ringraum, der von einem Kühlmittel durchströmt wird. Es ist sehr zweckmäßig, wenn
der Ringraum über Durchbrüche in den beiden dem Leitschaufelkranz benachbarten Tragringen
mit den beiden benachbarten Ringräumen in Verbindung steht und die Ringräume und
Durchbrüche von einem Kühlmittel hintereinander axial durchströmt werden.
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Im Fall der Mantelring- Leitschaufeltragring-Bauweise ist es sehr
zweckmäßig, wenn der Leitschaufelkranz und der Leitschaufeltragring und der beide
umgebende Mantelring einen genannten Kühlmittel-Ringraum bilden.
Um
Wärmestrahlung vom Mantelring fernzuhalten, kann jeder Mantelring innen einen über
etwa seine gesamte axiale Erstreckung reichenden koaxialen Wärmeabschirmring aufweisen.
Zur noch besseren Fernhaltung der Wärme vom Mantelring kann zwischen dem Wärmeabschirmring
und dem Mantelring Wärmeisolierstoff vorgesehen sein.
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Die Mantelringe sind z. B. durch axial über die Länge aller dieser
Ringe sich erstreckende Zuganker oder durch axial sich erstreckende Schrauben od.
dgl., die jeden dieser Ringe mit dem ihm benachbarten verbinden, dichtend axial
gegeneinandergepreßt.
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In der Zeichnung sind in F i g. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele
der Erfindung in Turbinenlängsschnitten dargestellt.
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Gemäß F i g. 1 sind drei Leitschaufelkränze 10 jeweils von
einem Leitschaufeltragring 11 umgeben, der über Radialbolzen 12 mit
einem zugehörigen Mantelring 13 verbunden ist. Die Radialbolzen 12 sind auf dem
Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet. Jeder Mantelring 13 und der zugehörige
Leitschaufeltragring 11 bilden durch die Bolzenverbindung eine Einheit und werden
auch in diesem vereinten Zustand bearbeitet, z. B. durch Drehen. Jeweils zwischen
zwei der Leitschaufeltragringe 11 sitzt ein Leitschaufelkranz 14. Jeder Mantelring
13 hat radial Abstand 17 vom Leitschaufeltragring 11 und Leitschaufelkranz
14; die Ringräume 33 sind axial hintereinander von einem Kühlmittel durchströmt.
Es ist eine Nut-Feder-Verbindung 15 zwischen jeder Leitschaufel eines Kranzes
14 und den beiden benachbarten Leitschaufeltragringen 11 mit geringem
Axialspiel vorgesehen. Dagegen sind die Mantelringe 13
über Schrauben oder
Bolzen 16 dichtend axial gegeneinandergepreßt. Um Schiefstellungen der Leitschaufeln
im Betrieb mit Sicherheit zu verhindern, ist der Wärmedehnungskoeffizient des Leitschaufeltragring-Werkstoffs
nach Möglichkeit gleich dem des Leitschaufel-Werkstoffs. Die beschriebene Ausführungsform
ist sowohl als Innengehäuse als auch als einziges Gehäuse geeignet.
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Gemäß F i g. 2 sind die Mantelringe 18 durch axial durchgehende,
auf dem gesamten Umfang verteilt angeordnete Zuganker 31, die auch weiter außen
liegen können (s. die Mittellinie 34), dichtend axial gegeneinandergepreßt.
Zwecks Kühlung der Leitschaufeltragringe 19 und Leitschaufelkränze 27 und Kühlhaltung
der Mantelringe 18 und Zuganker 31 sind ein Kühlmittelstrom, z. B. Kühlgasstrom,
im Gebiet der Leitschaufelfüße und ferner Wärmeabschirmringe oder -bleche
20 vorgesehen. Der Kühlmittelstrom bewegt sich durch Ringräume 21, die radial
außen von Ringblechen 22 begrenzt werden, und durch Durchbrüche 23 der Leitschaufeltragringe
19, welche Durchbrüche 23 zu einem Teil auf dem Umfang verteilt angeordnete Axialbohrungen
sind. Zwischen jedem Ringblech 22 und Ringnuten 24, in denen die Ringbleche
22 angeordnet sind, ist geringes Axialspiel vorhanden. Die Wärmeabschirmringe
oder -bleche 20 liegen an Ringrippen 25 von ringförmigen Mantelringversteifungs-
und -verstärkungsrippen 26. Die Auflage über Rippen 25 dient der Verminderung der
Wärmeleitung nach radial außen. Die Radialbolzen sind hier mit 32 bezeichnet.
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Bei der Montage werden die Leitschaufeln vorzugsweise nicht einzeln,
sondern in Gruppen eingesetzt. Schaufelgruppen können dadurch gebildet werden, daß
die Schaufeln z. B. auf einen Stahldraht 28 oder ein Stahlband 29 gezogen werden.
Die Leitschaufeln können gegen Verlagerung zueinander durch Axialstifte
30 gesichert werden. Solch ein Stahlband kann auch auf die Nutgründe der
Leitschaufelfüße gelegt werden, so daß es sich nach Einsetzen der Leitschaufeln
in die Turbine zwischen diesen Nutgründen und den Stirnflächen der Ringfedern 35
der Leitschaufeltragringe befindet. Nach dem Einsetzen verbleiben die genannten
Hilfsmittel 28, 29,
30 od. dgl. in bzw. an den Leitschaufeln.