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

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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...