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Reduktion der Radialspalte durch radiale Einschnuerung eines Innengehaeuses

IP.com Disclosure Number: IPCOM000175293D
Original Publication Date: 2008-Oct-23
Included in the Prior Art Database: 2008-Oct-23
Document File: 4 page(s) / 135K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In axialen Turbomaschinen, insbesondere in stationaeren 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 bei Teillastbetrieb ebenfalls andere Spalte ein als bei Volllastbetrieb. Die Spaltauslegung erfolgt daher zurzeit an allen Stellen fuer die unguenstigsten Randbedingungen (denjenigen Betriebsfall mit den kleinsten Spaltmassen), was wiederum im Dauerbetrieb der Gasturbine zu dann unnoetig grossen Spalten und damit zu einem enormen Wirkungsgradverlust fuehrt.

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Reduktion der Radialspalte durch radiale Einschnuerung eines Innengehaeuses

Idee: Dr. Tobias Buchal, DE-Muelheim; Dr. Patricia Huelsmeier, DE-Muelheim; Christoph Buse, DE- Muelheim; Bjoern Burbach, DE-Muelheim; Dr. Rostislav Teteruk, DE-Muelheim; Martin Hartmann, DE-Muelheim; Uwe Kahlstorf, DE-Muelheim; Juan-Manuel Behrendt, DE-Muelheim

In axialen Turbomaschinen, insbesondere in stationaeren 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 bei Teillastbetrieb ebenfalls andere Spalte ein als bei Volllastbetrieb. Die Spaltauslegung erfolgt daher zurzeit an allen Stellen fuer die unguenstigsten Randbedingungen (denjenigen Betriebsfall mit den kleinsten Spaltmassen), was wiederum im Dauerbetrieb der Gasturbine zu dann unnoetig grossen Spalten und damit zu einem enormen Wirkungsgradverlust fuehrt.

Verantwortlich fuer die zeitliche Veraenderung des Radialspaltes sind das unterschiedlich traegen thermische Dehnungen der einzelnen Komponenten, die Fliehkraftdehnung und Querkontraktionen des Rotors, die Spiele im Axiallager (im Zusammenhang mit der Umkehr des Axialschubes bei gewissen Betriebsbedingungen), und die Ovalisierungen des Gehaeuses infolge von montagebedingter Vorspannung sowie ungleichmaessiger Erwaermung des Gehaeuses.

Derzeitige Loesungen aus dem Triebwerksbau sind haeufig nicht oder nur mit erheblichem Aufwand auf die stationaere Gasturbine mit horizontaler Teilungsebene 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

Zur Loesung dieser Problematik wird...