Leitschaufelsystem
[0001] Die Erfindung betrifft ein Leitschaufelsystem, insbesondere für eine Gasturbine,
mit einer Anzahl von Leitschaufelreihen und einem Leitschaufelträger. Sie betrifft
weiterhin eine Gasturbine mit einem derartigen Leitschaufelsystem.
[0002] Gasturbinen werden in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Arbeitsmaschinen
eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffes zur Erzeugung einer Rotationsbewegung
einer Turbinenwelle genutzt. Der Brennstoff wird dazu in einer Brennkammer verbrannt,
wobei von einem Luftverdichter verdichtete Luft zugeführt wird. Das in der Brennkammer
durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte, unter hohem Druck und unter hoher
Temperatur stehende Arbeitsmedium wird dabei über eine der Brennkammer nachgeschaltete
Turbineneinheit geführt, wo es sich arbeitsleistend entspannt.
[0003] Zur Erzeugung der Rotationsbewegung der Turbinenwelle sind dabei an dieser eine Anzahl
von üblicherweise in Schaufelgruppen oder Schaufelreihen zusammengefassten Laufschaufeln
angeordnet, die über einen Impulsübertrag aus dem Arbeitsmedium die Turbinenwelle
antreiben. Zur Strömungsführung des Arbeitsmediums sind zudem üblicherweise zwischen
benachbarten Laufschaufelreihen mit dem Turbinengehäuse verbundene, zu Leitschaufelreihen
zusammengefasste Leitschaufeln angeordnet. Diese sind über einen Schaufelfuß an einem
üblicherweise hohlzylinder- oder hohlkegelförmigen Leitschaufelträger befestigt und
an ihrer der Turbinenachse zugewandten Seite über einen Schaufelkopf an einem der
jeweiligen Leitschaufelreihe gemeinsamen Innenring befestigt. Bei stationären Gasturbinen
besteht dieser häufig aus einer oberen und einer unteren Hälfte, die über Flansche
miteinander verbunden sind.
[0004] Bei der Auslegung derartiger Gasturbinen ist zusätzlich zur erreichbaren Leistung
üblicherweise ein besonders hoher Wirkungsgrad ein Auslegungsziel. Eine Erhöhung des
Wirkungsgrades lässt sich dabei aus thermodynamischen Gründen grundsätzlich durch
eine Erhöhung der Austrittstemperatur erreichen, mit der das Arbeitsmedium aus der
Brennkammer ab und in die Turbineneinheit einströmt. Dabei werden Temperaturen von
etwa 1.200 °C bis 1.500 °C für derartige Gasturbinen angestrebt und auch erreicht.
[0005] Derartig hohe Temperaturen des Arbeitsmediums liegen jedoch weit über der Schmelztemperatur
der beispielsweise im Abströmbereich der Brennkammer eingesetzten Komponentenmaterialien,
so dass die kritischen Komponenten zur Sicherstellung der erforderlichen Funktion
der Gasturbine stark gekühlt und mit komplexen Beschichtungssystemen geschützt werden
müssen. Dabei kann es vereinzelt nicht ausgeschlossen werden, dass trotz Einsatz dieser
hoch entwickelten und vielfach erprobten Technologien für die Kühlung und Beschichtung
der Schaufeln ein vorzeitiger Austausch von Leitschaufeln erforderlich wird, da die
Schaufelfunktion beispielsweise durch partiellen Verlust der Beschichtung oder Verschluss
von Kühlluftbohrungen unzulässig beeinträchtigt wird. Bei großen stationären Gasturbinen
kann eine solche Austauschmaßnahme bestenfalls mehrere Tage, im Schnitt jedoch ca.
zwei Wochen dauern, so dass dadurch eine ungewollte und teure Unterbrechung des Betriebs
der Gasturbine oder eines Gas- und Dampfturbinenkraftwerks, in dem die Gasturbine
eingesetzt wird, verursacht wird.
[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Leitschaufelsystem, insbesondere
für eine Gasturbine, anzugeben, welches unter Beibehaltung eines besonders hohen Wirkungsgrades
einen besonders einfachen Austausch von Leitschaufeln ermöglicht und somit für eine
besonders kurze Reparaturdauer ausgelegt ist.
[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Leitschaufelträger im Bereich
einer Leitschaufelreihe segmentiert ist, wobei sich ein Segment über die gesamte Radialausdehnung
des Leitschaufelträgers erstreckt und die Verbindung des jeweiligen Segments mit dem
übrigen Leitschaufelträger lösbar ist.
[0008] Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine verkürzte Reparaturdauer
durch eine besonders einfache Austauschbarkeit der Leitschaufeln möglich wäre, wenn
deren Montage und Demontage vereinfacht werden könnte. Derzeit muß nämlich aufgrund
der konstruktiven Gegebenheiten in modernen Ringbrennkammermaschinen die gesamte Turbine
aufgedeckt werden, um den Zugang den Leitschaufeln zu ermöglichen. Dabei liegen die
Leitschaufeln innerhalb des Leitschaufelträgers, der bei stationären Gasturbinen aus
einem oberen und einem unteren massiven Gussteil besteht, und somit zum Austausch
der Leitschaufeln auch demontiert werden muss. Um dieses Aufdecken und Abheben des
Leitschaufelträgers zu vermeiden, sollte der Leitschaufelträger daher im Bereich einer
Leitschaufelreihe segmentiert sein. Dadurch ist es möglich, nur durch Aufdecken einzelner
Segmente den Bereich unter den Segmenten des Leitschaufelträgers zu erreichen. Um
dabei auch eine Erreichbarkeit der Leitschaufeln sicherzustellen, sollte sich ein
Segment dabei über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers erstrecken
und die Verbindung des jeweiligen Segments mit dem übrigen Leitschaufelträger lösbar
sein. Somit muss für eine Reparatur oder einen Austausch einer Leitschaufel nicht
mehr der gesamte Leitschaufelträger aufgedeckt werden, sondern es wird lediglich die
Verbindung des jeweiligen Segments mit dem übrigen Leitschaufelträger gelöst und -
da sich das Segment über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers erstreckt
- ermöglicht eine Entnahme des jeweiligen Segments ein direktes Erreichen der Leitschaufeln
und deren Austausch.
[0009] Die höchsten Temperaturen in der Gasturbine liegen am Austritt der Brennkammer vor.
Somit ist die Leitschaufel der ersten Turbinenstufe, d. h. die Leitschaufel, die der
Brennkammer am nächsten liegt, diesen höchsten Temperaturen ausgesetzt und unterliegt
dem größten Verschleiß. Dementsprechend ist insbesondere bei dieser Turbinenleitschaufel
ein vorzeitiger Austausch in Folge einer Beschädigung durch Zusetzen der Kühlluftbohren
(z. B. durch nach innen aufoxidierende Kühlluftbohrungen) zu erwarten. Um den Austausch
dieser Leitschaufeln besonders zu vereinfachen, sollte der Leitschaufelträger daher
vorteilhafterweise im Bereich der einer Brennkammer der Gasturbine am nächsten liegenden
Leitschaufelreihe segmentiert werden.
[0010] Um eine Erreichbarkeit sämtlicher Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe zu erreichen,
sollte vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Segmenten vorgesehen sein, die sich in
ihrer Gesamtheit über die gesamte Umfangsrichtung des Leitschaufelträgers erstrecken.
Somit kann in jedem Umfangsabschnitt ein Austausch von Leitschaufeln erfolgen, indem
das jeweilige Segment über der betroffenen Leitschaufel entnommen wird. Dabei sollte
die genaue geometrische Ausgestaltung der Segmentierung in sinnvoller Weise an die
Handhabung der Maschine angepasst werden.
[0011] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die jeweilige Verbindung eine Schraubverbindung
und/oder eine Nut-Feder-Verbindung. Durch Schrauben ist eine besonders einfache lösbare
Verbindung von Segmenten untereinander und/oder mit dem übrigen Leitschaufelträger
möglich. Durch die kreisförmige Anordnung der Segmente um den gesamten Umfang der
Gasturbine ist jedoch auch eine Verhakung in der Art einer Nut-Feder-Verbindung möglich,
bei der die einzelnen Segmente nur untereinander verschraubt werden und mit dem übrigen
Leitschaufelträger lediglich verhakt sind. Auf diese Weise ist eine besonders einfache
Demontage und Montage der einzelnen Segmente möglich.
[0012] Um die Demontage der durch die Segmentierung des Leitschaufelträgers nunmehr erreichbaren
Leitschaufeln weiter zu vereinfachen, sollte die Leitschaufelfixierung in sinnvoller
Weise derart vorgesehen sein, dass eine ungestörte Demontage eines beliebig auf dem
Umfang liegenden Segmentes gewährleistet ist, so dass in Abhängigkeit von der Position
der zu ersetzenden Schaufel nur das betroffene Segment demontiert werden muss. Dazu
ist in vorteilhafter Ausgestaltung eine Leitschaufel der jeweiligen Leitschaufelreihe
mit dem übrigen Leitschaufelträger lösbar verbunden. Dadurch kann nach der Entnahme
des Segments die Leitschaufel durch Lösen der Verbindung mit dem übrigen Leitschaufelträger
demontiert werden.
[0013] Um nicht nur auf der Schaufelfußseite, sondern auch auf der Schaufelkopfseite der
jeweiligen Leitschaufel eine einfache Demontage der Leitschaufel zu ermöglichen, ist
die Leitschaufel der jeweiligen Leitschaufelreihe vorteilhafterweise an ihrer der
Turbinenachse zugewandten Seite mit einem Innenring in radialer Richtung lösbar verbunden.
Somit ist eine radiale Entfernung der Leitschaufel möglich. Dies erlaubt damit einen
besonders einfachen Austausch.
[0014] Ein besonders einfacher Austausch der Leitschaufel ist möglich, indem die Fixierung
der Leitschaufel am Innenring als einfache Steckverbindung ausgelegt ist. Dazu umfasst
die jeweilige Leitschaufel vorteilhafterweise eine Feder, welche in radialer Richtung
in eine Nut des Innenrings einsteckbar ist. Dadurch kann zum Austausch der jeweiligen
Leitschaufel einfach die schaufelfußseitige Verbindung der Leitschaufel mit dem übrigen
Leitschaufelträger gelöst werden und die jeweilige Leitschaufel einfach durch Lösen
der Steckverbindung in radialer Richtung aus der Turbine gezogen werden. Dabei ist
durch die schaufelfußseitige Fixierung der Leitschaufel am Leitschaufelträger auch
während des Betriebs eine ausreichende Sicherung gewährleistet.
[0015] In der bisherigen Konstruktionsweise waren die Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe
über eine mit Stiften gesicherte Verbindung am Innenring fixiert, so dass zum Ausbau
der gesamte Innenring entnommen werden musste und anschließend die Leitschaufeln entfernt
werden konnten. Bei einer lösbaren Verbindung beispielsweise in der Art einer einfachen
Steckverbindung der Leitschaufeln mit dem Innenring sollte daher der Innenring mit
der Brennkammernabe, d. h. einem mit der Brennkammer und damit dem statischen Teil
der Gasturbine verbundenen Bauteil fixiert werden. Dazu ist der Innenring mit einer
Brennkammernabe vorteilhafterweise verbunden. Dies kann beispielsweise durch eine
Fixierung durch Schweißen, Klemmen o. ä. geschehen; bei der Neukonstruktion einer
Gasturbine kann der Innenring auch direkt als Bestandteil der Brennkammernabe gefertigt
werden.
[0016] Zwischen den einzelnen Leitschaufeln sind sowohl am Schaufelfuß als auch am Schaufelkopf
in der bisherigen Bauweise Nuten vorgesehen, in denen zwischen den Leitschaufeln in
Umfangsrichtung Dichtbleche angeordnet sind. Sollen die Leitschaufeln jedoch einzeln
entnommen werden, blockieren die in den Nuten von Leitschaufelfuß und Leitschaufelkopf
liegenden Dichtbleche jedoch die Leitschaufeln und können unter Umständen somit die
Demontage verhindern. Daher sollte die Fixierung der Dichtbleche dergestalt geändert
werden, dass deren Entnahme möglich ist und somit eine Entfernung von einzelnen Leitschaufeln
vereinfacht wird. Dazu sind an den der jeweils benachbarten Leitschaufel zugewandten
Seiten vom Schaufelfuß und/oder Schaufelkopf vorteilhafterweise Abkantungen eingebracht,
in denen das Dichtblech mittels eines Spannelementes fixiert ist. Vor der Entnahme
der Leitschaufeln kann somit das Spannelement gelöst und das Dichtblech entfernt werden,
so dass eine besonders einfache Demontage der Leitschaufel möglich ist.
[0017] In vorteilhafter Ausgestaltung kommt ein derartiges Leitschaufelsystem in einer Gasturbine
zur Anwendung. Um eine besonders einfache Erreichbarkeit des Leitschaufelsystems zum
Austausch einzelner Leitschaufeln zu ermöglichen, umfasst ein Außengehäuse der Gasturbine
dabei vorteilhafterweise ein Mannloch, durch das ein einfacher Zugang zu den Segmenten
des Leitschaufelträgers für das Montagepersonal möglich ist.
[0018] Vorteilhafterweise umfasst ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk eine derartige Gasturbine.
[0019] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch
die Segmentierung des Leitschaufelträgers im Bereich einer Leitschaufelreihe in Segmente,
die sich über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers erstrecken und
deren Verbindung mit dem übrigen Leitschaufelträger lösbar ist, ein besonders einfacher
Austausch von Leitschaufeln einer Leitschaufelreihe möglich wird, da nicht die gesamte
Turbine bei einem derartigen Austausch aufgedeckt werden muss. Der Aufwand für den
Austausch der Schaufeln wird erheblich vermindert und die erforderliche Stillzeit
der Gasturbine kann deutlich reduziert werden. Ein derartiger vereinfachter Austausch
insbesondere der ersten Leitschaufelstufe direkt im Anschluss an die Brennkammer ermöglicht
außerdem eine Erhöhung der Austrittstemperatur in Verbindung mit einer Erhöhung des
Wirkungsgrades der Gasturbine, da durch die vereinfachte Austauschmöglichkeit der
Leitschaufeln auf deren Haltbarkeit weniger Rücksicht genommen werden muss. Dabei
sind im Betrieb variable Tauschkonzepte denkbar. Weiterhin ermöglicht eine derartige
Konstruktion durch den vereinfachten Austausch in Forschung und Entwicklung einen
vergleichsweise schnelleren Test neuer Prototypen von Leitschaufeln beispielsweise
mit neuartigen Beschichtungen oder neuen Kühlkonzepten.
[0020] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigen:
- FIG 1
- ein Leitschaufelsystem mit verhakten Segmenten im Längsschnitt,
- FIG 2
- ein Leitschaufelsystem mit verschraubten Segmenten im Längsschnitt,
- FIG 3
- einen Querschnitt durch die Segmente senkrecht zur Turbinenachse,
- FIG 4
- eine Brennkammernabe einer Ringbrennkammer,
- FIG 5
- die schaufelkopfseitige Fixierung der Leitschaufel nach dem Stand der Technik
- FIG 6
- die schaufelkopfseitige Fixierung der Leitschaufel mit einer Steckverbindung,
- FIG 7
- eine Brennkammernabe mit dem Innenring als Bestand- teil,
- FIG 8
- einen Querschnitt durch zwei benachbarte Leitschaufeln senkrecht zur Turbinenachse
mit in Nuten fixierten Dichtelementen nach dem Stand der Technik,
- FIG 9
- einen Schnitt durch zwei benachbarte Leitschaufeln senkrecht zur Turbinenachse mit
Spannelementen fixierten Dichtelementen, und
- FIG 10
- einen Halbschnitt durch eine Gasturbine.
[0021] Gleiche Bauteile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0022] FIG 1 zeigt ein Leitschaufelsystem 1 ausschnittsweise im Bereich der ersten zwei
in Heißgasrichtung auf eine Brennkammer 2 folgenden Leitschaufelreihen. Die Darstellung
zeigt dabei einen Halbschnitt durch die obere Hälfte eines konisch geformten Leitschaufelträgers
4 sowie die jeweils im Scheitel des Leitschaufelkranzes angeordneten Leitschaufeln
6 der ersten Turbinenstufe und Leitschaufeln 8 der zweiten Turbinenstufe.
[0023] Die Leitschaufeln 6, 8 umfassen dabei jeweils einen Schaufelfuß 10, 12 sowie einen
Schaufelkopf 14, 16, über die ihre Befestigung an den übrigen Bauteilen erfolgt. Die
Leitschaufeln 6, 8 der ersten und zweiten Turbinenstufe sind dabei mit ihren Schaufelfüßen
10, 12 am Leitschaufelträger 4 befestigt sowie an ihren jeweiligen Schaufelköpfen
14, 16 an Innenringen 18, 20 fixiert. Dabei umfassen sowohl der Innenring 20 als auch
der Leitschaufelträger 4 eine Vielzahl von nicht dargestellten Kühlkanälen, die für
eine Kühlluftzufuhr zum Leitschaufelträger 4, den Leitschaufeln 6, 8 und dem Innenring
20 sorgen, um diese Bauteile aufgrund der hohen Heißgastemperaturen ausreichend zu
kühlen.
[0024] Die höchsten Temperaturen treten dabei am Austritt der Brennkammer 2 auf, weswegen
die Leitschaufeln 6 der ersten Leitschaufelreihe den höchsten Temperaturen ausgesetzt
sind. Dadurch kann trotz aller Kühlmaßnahmen eine Beschädigung der Leitschaufeln 6
und ein somit erforderlicher frühzeitiger Austausch dieser Leitschaufeln 6 nicht ausgeschlossen
werden. Um nun einen besonders einfachen Austausch der Leitschaufeln 6 zu ermöglichen,
ist der Leitschaufelträger 4 im Bereich der ersten Leitschaufelreihe segmentiert.
[0025] Der Leitschaufelträger 4 umfasst folglich eine Anzahl von Segmenten 24 und einen
übrigen Leitschaufelträger 26, der nicht segmentiert ist. Die Segmente 24 und der
übrige Leitschaufelträger 25 sind lösbar verbunden. In der FIG 1 erfolgt die Verbindung
dabei über eine Verhakung mittels in die Segmente 24 und den übrigen Leitschaufelträger
26 eingebrachten Nuten 28 und Federn 30. Eine ebensolche Verbindung der Segmente 24
ist mit der Brennkammerwand 32 vorgesehen.
[0026] Unter dem übrigen Leitschaufelträger 26 kann auch eine obere und/oder eine untere
Hälfte eines im Querschnitt ringförmigen Leitschaufelträgers verstanden werden, wie
er bei stationär eingesetzten Gasturbinen bereits bekannt ist. In diesem Fall sind
mindestens zwei Segmente 24 an jeder Hälfte des übrigen Leitschaufelträgers vorgesehen.
Insofern sind stets mehr Segmente 24 im axialen Abschnitt der ersten Leitschaufelreihe
für den Umfang vorgesehen als übrige Leitschaufelträger 26 im sich daran anschließenden
axialen Abschnitt.
[0027] Durch die Verhakung lässt sich die Verbindung der jeweiligen Segmente 24 mit dem
übrigen Leitschaufelträger 26 lösen und das Segment 24 kann radial entnommen werden.
Somit sind die Leitschaufeln 6 der ersten Turbinenstufe ohne vollständiges Aufdecken
der gesamten Turbine von außen erreichbar. Die Leitschaufel 6 der ersten Turbinenstufe
ist über den Schaufelfuß 10 mittels einer Befestigungsvorrichtung 34 am übrigen Leitschaufelträger
26 lösbar befestigt. Nach Entnahme des Segments 24 lässt sich diese Verbindung lösen
und die Leitschaufel 6 ist radial von außen erreichbar. Der Schaufelkopf 14 der Leitschaufel
6 der ersten Turbinenstufe umfasst dabei eine Feder 36, die in einer Nut 38 des Innenrings
18 eingesteckt ist. Die Befestigung am Innenring 18 ist somit lediglich als Steckverbindung
ausgelegt, so dass die Leitschaufel 6 nach Lösen der Befestigungsvorrichtung 34 einfach
nach außen entnehmbar ist.
[0028] FIG 2 zeigt ebenfalls das Leitschaufelsystem 1 wie in der FIG 1, jedoch ist hier
die lösbare Verbindung des Segments 24 mit dem übrigen Leitschaufelträger 26 über
eine Schraube 40 realisiert. Die Verhakung des Segments 24 mit der Brennkammerwand
32 über Nuten 28 und Federn 30 ist dabei unverändert. Eine derartige Verbindung mit
einer Schraube 40 kann je nach Festigkeits- oder geometrischen Erfordernissen im Leitschaufelsystem
1 erwünscht sein.
[0029] FIG 3 zeigt nun einen senkrecht zur Turbinenachse liegenden Schnitt durch das Leitschaufelsystem
1 auf der Höhe der Segmente 24. Im gezeigten Beispiel sind insgesamt zwölf Segmente
24 vorgesehen, die über Flansche 52 beispielsweise mit einer Schraubverbindung verbunden
sind. Dadurch ist ein sicherer Halt des vielfach segmentierten Teils des Leitschaufelträgers
4 gewährleistet, auch wenn die einzelnen Segmente 24 nur über eine Verhakung mit dem
übrigen Leitschaufelträger 26 wie in FIG 1 gezeigt verbunden sind. Die Segmentierung
kann aber auch in anderer Weise geschehen und entsprechend an die Handhabung der Maschine
angepasst werden.
[0030] FIG 4 zeigt die Brennkammernabe 54 einer Gasturbine. Diese umfasst eine Nut 56, in
die der in FIG 1 und 2 gezeigte Innenring 18 eingesetzt wird. Weiterhin ist eine Nut
58 vorgesehen, in die ein Dichtblech zur Abdichtung des Zwischenraums zwischen Schaufelfuß
14 der Leitschaufel 6 der ersten Turbinenstufe und der Brennkammernabe 54 vorgesehen
ist.
[0031] FIG 5 zeigt eine bekannte Befestigung des Leitschaufelfußes 14 an der Brennkammernabe
54 der Gasturbine im Detail. Dabei umfasst der Schaufelfuß 14 eine Feder 36, die in
eine Nut 38 des Innenrings 18 eingesetzt wird. Dort wird die Leitschaufel der ersten
Turbinenstufe 6 mittels eines Stiftes 60 fixiert. Der Innenring 18 wird sodann in
die Nut 56 der Brennkammernabe 54 eingesetzt. Gleichzeitig umfasst der Schaufelfuß
14 eine Nut 62 zur Aufnahme eines Dichtblechs 64, welches ebenfalls in der Nut 58
der Brennkammernabe 54 liegt.
[0032] Da der Stift 60 parallel zur Turbinenachse verläuft, ist für eine Demontage der Leitschaufel
6 der ersten Turbinenstufe bisher eine vollständige Entfernung des Innenrings 18 notwendig.
Erst nach dessen Entnahme kann der Stift 60 entnommen und die Leitschaufel 6 ausgebaut
werden. Daher erfolgt die Verbindung der Leitschaufel 6 mit der Brennkammernabe 54
nun mehr wie in FIG 6 gezeigt:
[0033] Die Feder 36 des Schaufelfußes 14 ist nun nicht mehr über einen Stift mit dem Innenring
18 in dessen Nut 38 verbunden, sondern wird lediglich auf den Innenring 18 gesteckt.
Stattdessen wird der Innenring 18 mittels eines Stifts 66 oder einer Schraube an der
Brennkammernarbe 54 befestigt. Dadurch können die Leitschaufeln 6 auch einzeln entnommen
werden, ohne den Innenring 18 zu demontieren. Ein sicherer Halt der Leitschaufeln
6 ist dabei immer noch über die Befestigungsvorrichtung 34, wie in FIG 1 und 2 gezeigt,
sichergestellt.
[0034] In einer derartigen Ausführungsform ist es auch möglich, den Innenring 18 direkt
als Bestandteil der Brennkammernabe 54 zu fertigen. Dadurch sind keine separaten Teile
mehr erforderlich. Eine derartige Ausgestaltung ist in FIG 7 gezeigt.
[0035] FIG 8 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Turbinenachse durch zwei benachbarte Leitschaufeln
6 der ersten Turbinenstufe, wie nach dem Stand der Technik üblich. Dabei sind in die
Schaufelfüße 10 und Schaufelköpfe 14 Nuten 68 an den zur jeweils benachbarten Leitschaufel
6 weisenden Fläche eingebracht, in die Dichtbleche 70 eingesetzt sind, die die Spalte
zwischen den Schaufelfüßen 10 bzw. Schaufelköpfen 14 verschließen. Diese Dichtbleche
70 können jedoch bei einer radialen Entnahme einzelner Leitschaufeln 6 hinderlich
sein.
[0036] Demnach sind zunächst mehrere Leitschaufeln 6 zu entsichern und in Umfangsrichtung
zu verschieben, so dass eine Leitschaufel 6 aus dem Eingriff der Dichtbleche 70 kommt
und radial ausgebaut werden kann.
[0037] Um dies zu umgehen, sind, wie in FIG 9 gezeigt, die Nuten 68 durch Abkantungen 72
ersetzt. Die Dichtbleche 70 sind nun in die Abkantungen 72 eingesetzt und durch Spannelemente
74 dort gesichert. Zur Entnahme einer einzelnen Leitschaufel 6 kann nun zunächst das
Spannelement 74 gelöst und das Dichtelement 70 entnommen werden. Sodann kann die Leitschaufel
6 radial entnommen werden. Somit wird ein Austausch einzelner Leitschaufeln erheblich
erleichtert.
[0038] Ein derartiges hier beschriebenes Leitschaufelsystem 1 kommt vorteilhafterweise in
einer Gasturbine 101 zur Anwendung.
[0039] Eine Gasturbine 101, wie in FIG 10 dargestellt, weist einen Verdichter 102 für Verbrennungsluft,
eine Brennkammer 2 sowie eine Turbineneinheit 106 zum Antrieb des Verdichters 102
und eines nicht dargestellten Generators oder einer Arbeitsmaschine auf. Dazu sind
die Turbineneinheit 106 und der Verdichter 102 auf einer gemeinsamen, auch als Turbinenläufer
bezeichneten Turbinenwelle 108 angeordnet, mit der auch der Generator bzw. die Arbeitsmaschine
verbunden ist, und die um ihre Turbinenachse 109 drehbar gelagert ist. Die in der
Art einer Ringbrennkammer ausgeführte Brennkammer 2 ist mit einer Anzahl von Brennern
110 zur Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs bestückt.
[0040] Die Turbineneinheit 106 weist eine Anzahl von mit der Turbinenwelle 108 verbundenen,
rotierbaren Laufschaufeln 112 auf. Die Laufschaufeln 112 sind kranzförmig an der Turbinenwelle
108 angeordnet und bilden somit eine Anzahl von Laufschaufelreihen. Weiterhin umfasst
die Turbineneinheit 106 eine Anzahl von feststehenden Leitschaufeln 6, 8, 114, die
ebenfalls kranzförmig unter der Bildung von Leitschaufelreihen an einem Leitschaufelträger
4 der Turbineneinheit 106 befestigt sind.
[0041] Die Laufschaufeln 112 dienen dabei zum Antrieb der Turbinenwelle 108 durch Impulsübertrag
vom die Turbineneinheit 106 durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 6,
8, 114 dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen jeweils
zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen aufeinander folgenden Laufschaufelreihen
oder Laufschaufelkränzen. Ein aufeinander folgendes Paar aus einem Kranz von Leitschaufeln
114 oder einer Leitschaufelreihe und aus einem Kranz von Laufschaufeln 112 oder einer
Laufschaufelreihe wird dabei auch als Turbinenstufe bezeichnet.
[0042] Jede Leitschaufel 114 weist einen Schaufelfuß 118 auf, die zur Fixierung der jeweiligen
Leitschaufel 114 an einem Leitschaufelträger 4 der Turbineneinheit 106 als Wandelement
angeordnet ist. Jede Laufschaufel 112 ist in analoger Weise über einen Schaufelfuß
119 an der Turbinenwelle 108 befestigt.
[0043] Zwischen den beabstandet voneinander angeordneten Plattformen 118 der Leitschaufeln
114 zweier benachbarter Leitschaufelreihen ist jeweils ein Ringsegment 121 am Leitschaufelträger
4 der Turbineneinheit 106 angeordnet. Die äußere Oberfläche jedes Ringsegments 121
ist dabei in radialer Richtung vom äußeren Ende der ihm gegenüber liegenden Laufschaufeln
112 durch einen Spalt beabstandet. Die zwischen benachbarten Leitschaufelreihen angeordneten
Ringsegmente 121 dienen dabei insbesondere als Abdeckelemente, die das Innengehäuse
im Leitschaufelträger 4 oder andere Gehäuse-Einbauteile vor einer thermischen Überbeanspruchung
durch das die Turbine 106 durchströmende heiße Arbeitsmedium M schützen.
[0044] Die Brennkammer 2 ist im Ausführungsbeispiel als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet,
bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 108 herum angeordneten
Brennern 110 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer
2 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle
108 herum positioniert ist.
[0045] Durch die Verwendung eines Leitschaufelsystems 1 der oben angegebenen Ausgestaltung
in einer derartigen Gasturbine 101 kann eine deutlich vereinfachte Reparatur durch
eine wesentlich einfachere Austauschbarkeit einzelner Leitschaufeln 6 insbesondere
der ersten Turbinenstufe bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad der Gasturbine 101 erreicht
werden.
1. Leitschaufelsystem (1), insbesondere für eine Gasturbine (101), mit einer Anzahl von
Leitschaufelreihen und einem Leitschaufelträger (4),
wobei der Leitschaufelträger (4) im Bereich einer Leitschaufelreihe segmentiert ist,
wobei sich ein Segment (24) über die gesamte Radialausdehnung des Leitschaufelträgers
(4) erstreckt und die Verbindung des jeweiligen Segments (24) mit dem übrigen Leitschaufelträger
(26) lösbar ist.
2. Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 1,
bei dem der Leitschaufelträger (4) im Bereich der einer Brennkammer (2) der Gasturbine
(101) am nächsten liegenden Leitschaufelreihe segmentiert ist.
3. Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem eine Mehrzahl von Segmenten (24) vorgesehen ist, die sich in ihrer Gesamtheit
über die gesamte Umfangsrichtung des Leitschaufelträgers (4) erstrecken.
4. Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem die jeweilige Verbindung eine Schraubverbindung und/oder eine Nut-Feder-Verbindung
ist.
5. Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem eine Leitschaufel (6) der jeweiligen Leitschaufelreihe mit dem übrigen Leitschaufelträger
(26) in radialer Richtung lösbar verbunden ist.
6. Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem eine Leitschaufel (6) der jeweiligen Leitschaufelreihe an ihrer der Turbinenachse
(109) zugewandten Seite mit einem Innenring (20) lösbar verbunden ist.
7. Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 6,
bei dem die jeweilige Leitschaufel (6) eine Feder (36) umfasst, welche in radialer
Richtung in eine Nut (38) des Innenrings (20) einsteckbar ist.
8. Leitschaufelsystem (1) nach Anspruch 6 oder 7,
bei dem der Innenring (18) mit einer Brennkammernabe (54) verbunden ist.
9. Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem die Segmente (24) mit einer Brennkammerwand (32) verbunden sind.
10. Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem zwischen benachbarten Leitschaufeln (6) der jeweiligen Leitschaufelreihe ein
Dichtblech (70) vorgesehen ist, wobei an den der jeweils benachbarten Leitschaufel
(6) zugewandten Seiten von Schaufelfuß (10) und/oder Schaufelkopf (14) Abkantungen
(72) eingebracht sind, in denen das Dichtblech (70) mittels eines Spannelements (74)
fixiert ist.
11. Gasturbine (101) mit einem Leitschaufelsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Gasturbine (101) nach Anspruch 11, bei der in ein Außengehäuse der Gasturbine (101)
ein Mannloch eingebracht ist.
13. Gas- und Dampfturbinenkraftwerk mit einer Gasturbine (101) nach Anspruch 1 oder 12.