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Radiale Leitschaufeltraeger-Segmentverstellung, Rollen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000175290D
Original Publication Date: 2008-Oct-23
Included in the Prior Art Database: 2008-Oct-23
Document File: 3 page(s) / 117K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In axialen Turbomaschinen, insbesondere in Gasturbinen fuehren die Radialspalte zwischen Laufschaufeln und Gehaeuse zu erheblichen Einbussen im Wirkungsgrad. Um einen moeglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, sollten die Radialspalte deshalb zu allen Betriebszeitpunkten moeglichst klein sein. Beim An- und Abfahren der Turbine liegen hierbei andere Radialspalte vor als im regulaeren Betrieb. Weiterhin stellen sich im Teillastbetrieb ebenfalls andere Spalte ein als im Volllastbetrieb. Die Spaltauslegung erfolgt daher zurzeit an allen Stellen fuer den unguenstigsten Fall, was wiederum im Dauerbetrieb der Gasturbine zu unnoetig grossen Spalten und damit zu einem betraechtlichen Wirkungsgradverlust fuehrt.

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Radiale Leitschaufeltraeger-Segmentverstellung, Rollen

Idee: Dr. Oliver Schneider, DE-Muelheim; Uwe Kahlstorf, DE-Muelheim

In axialen Turbomaschinen, insbesondere in Gasturbinen fuehren die Radialspalte zwischen Laufschaufeln und Gehaeuse zu erheblichen Einbussen im Wirkungsgrad. Um einen moeglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, sollten die Radialspalte deshalb zu allen Betriebszeitpunkten moeglichst klein sein. Beim An- und Abfahren der Turbine liegen hierbei andere Radialspalte vor als im regulaeren Betrieb. Weiterhin stellen sich im Teillastbetrieb ebenfalls andere Spalte ein als im Volllastbetrieb. Die Spaltauslegung erfolgt daher zurzeit an allen Stellen fuer den unguenstigsten Fall, was wiederum im Dauerbetrieb der Gasturbine zu unnoetig grossen Spalten und damit zu einem betraechtlichen Wirkungsgradverlust fuehrt.

Verantwortlich fuer die zeitliche Veraenderung des Radialspaltes sind das unterschiedliche thermische Traegheitsverhalten der einzelnen Komponenten, die Fliehkraftdehnung und Querkontraktion des Rotors, das Spiel im Axiallager (im Zusammenhang mit der Umkehr des Axialschubes bei gewissen Betriebsbedingungen), die Ovalisierung des Gehaeuses infolge von montagebedingter Vorspannung und ungleichmaessiger Entwaermung des Gehaeuses.

Diese Problematik ist bereits im Turbinenbau bekannt und ihr wird mit verschiedenen Konzepten begegnet. Jedoch sind Loesungen aus dem Triebwerksbau haeufig nicht oder nur mit erheblichem Aufwand auf die stationaere Gasturbine uebertragbar. Bei einigen Gasturbinen werden durch eine hydraulische Spaltoptimierung (HSO) die Radialspalte im stationaeren Betrieb reduziert, indem die gesamte Welle axial zum Verdichtereintritt hin verschoben wird. Durch die damit verbundene Reduktion der Radialspalte in der Turbine kann der Wirkungsgrad gesteigert werden. Im Verdichter muss dabei eine Vergroesserung der Spalte in Kauf genommen werden.

Es wird nun vorgeschlagen, den Radialspalt aktiv durch radiales Bewegen des segmentierten Leitschaufeltraegers nach innen zu optimieren. Entsprechend Abbildung 1 und Abbildung 2 werden die Leitschaufeltraeger als mindestens 4 Umfangssegmente im Aussengehaeuse gefuehrt, wobei ein Waelzrollenlager entlang schiefer Ebenen zum Einsatz kommt. Durch die Waelzlageranordnung wird die Reibung deutlich verringert. Die Anordnung ermoeglicht die Nutzung eines Kniehebels, um die Segmente zu verdrehen. Durch die Keilwirkung wird das Segment na...