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Aktive Turbinenschaufelspitzenspalt-Beeinflussung mit Warmstartrotorkühlung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018387D
Original Publication Date: 2002-Jun-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 1 page(s) / 146K

Publishing Venue

Siemens

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Peter Tiemann: AUTHOR

Abstract

Das zu lösende Problem liegt im instationären Be- triebsverhalten von Gasturbinen. Bedingt durch eine unterschiedliche, zeitlich bedingte thermische Reak- tion der verschiedenen stehenden und rotierenden Bauteile, ergibt sich das Problem der Positionierung zueinander. Um die Turbinenverluste durch Quer- strömungen über die Laufschaufelspitzen weitestge- hend zu minimieren, sind kleinst mögliche radiale Spalte zwischen Laufschaufeln und angrenzenden Leitflächen (für gewöhnlich Führungsringe) vorzu- sehen. Da sich sowohl die Schaufeln, der Rotor, der Leitschaufelträger und auch das alles verbindende Gehäuse zeitlich gesehen bei Aufheizung sowohl radial und axial zueinander als auch gegeneinander unterschiedlich ausdehnen, ergibt sich für gewöhn- lich die Situation, dass der Mindestspalt nicht im stationären Betrieb, sondern irgendwo auf der Stre- cke vorliegt und damit im stationären Betrieb ein verlustbringender vergrößerter Spalt nicht zu verhin- dern ist.

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Aktive Turbinenschaufelspitzen-spalt-Beeinflussung mit Warm-startrotorkühlung

Idee: Peter Tiemann, Mühlheim

Industrie

Das zu lösende Problem liegt im instationären Be-triebsverhalten von Gasturbinen. Bedingt durch eineunterschiedliche, zeitlich bedingte thermische Reak-tion  der  verschiedenen stehenden  und  rotierendenBauteile, ergibt sich das Problem der Positionierungzueinander.  Um  die  Turbinenverluste  durch Quer-strömungen über die Laufschaufelspitzen weitestge-hend  zu minimieren,  sind  kleinst  mögliche  radialeSpalte  zwischen  Laufschaufeln  und angrenzendenLeitflächen  (für  gewöhnlich Führungsringe) vorzu-sehen. Da sich sowohl die Schaufeln, der Rotor, derLeitschaufelträger  und  auch  das alles verbindendeGehäuse  zeitlich  gesehen  bei Aufheizung sowohlradial und axial zueinander als auch gegeneinanderunterschiedlich ausdehnen, ergibt sich für gewöhn-lich die Situation, dass  der  Mindestspalt  nicht  imstationären Betrieb, sondern irgendwo auf der Stre-cke vorliegt und  damit  im  stationären  Betrieb  einverlustbringender vergrößerter Spalt nicht zu verhin-dern ist.

Bisherige Lösungen haben das Problem für gewöhn-lich  ignoriert  oder  durch  passive Maßnahmen wiepartielle Versteifungen des Gehäuses oder eine opti-mierte Verlagerung der Leitschaufelträgeraufhän-gung  Verbesserungen  im  Bereich  des Möglichenerreicht.  Überlegungen  über  eine  aktive  Spaltkon-trolle bewegen sich für gewöhnlich im Bereich vonthermischen kühl-  bzw.  aufheizbaren  Trägerringenoder Trägertürmen für die Führungsringe, die damiteine axiale oder radiale Beweglichkeit der Führungs-ringe gewährleisten und damit die Möglichkeit deraktiven Spaltbeeinflussung. Das Problem liegt dabeiallerdings in der Schwierigkeit der genauen Einstell-barkeit,  da  temperaturmäßig  genau definierte undzudem über den Umfang homogene Luftströme vor-liegen müssen, die so kaum verfügbar sind und zu-dem durch  komplizierte  bewegliche  Rohrleitungenzugeführt werden müssen. Zudem besteht das Prob-lem, wie  diese  Luft  im  Weiteren  genutzt  werdenkann, da ansonsten thermodynamische Verluste auf-treten.

Die Idee besteht in der Positionierung zweier unter-schiedlicher externer Zuführungen für die Rotorluftmit der Möglichkeit der Beaufschlagung verschiedenwarmer Luft,  wobei  vor  oder  nach  Vermischung(wenn  Vermischung)  die  Temperatur  der Kühlluft,die den Verdichter durchströmt, unterschiedlich ist,wie die Temperatur, die die Turbine durchströmt, sodass  im  T...