Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise zur Kühlluftführung in einem Verdichter 1 einer Gasturbine, mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer 5 angeordneten Sekundärluftröhren 2, welche an ihrem radial äußeren Endbereich 33 an einer Verdichterscheibe 3 gelagert sind, wobei der radial innenliegende Bereich 30 der Sekundärluftröhren 2 passend und radial nach außen gesichert in einer Ausnehmung 31 eines Lagerflansches 32 einer Verdichterscheibe 2 gelagert ist und dass der radial äußere Bereich 33 der Sekundärluftröhre 2 in einer Ausnehmung 34 eines Lagerschenkels 35 einer Verdichterscheibe 3 radial verschiebbar geführt und mittels eines Sicherungselements 36 gegen eine radial nach innen gerichtete Verschiebung gesichert ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise gemäß den Merkmalen des Oberbegriff des Hauptanspruchs.

[0002] Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf einen Wirbelgleichrichter zur Kühlluftführung in einem Verdichter einer Gasturbine mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer angeordneten Sekundärluftröhren, welche an ihrem radial äußeren Endbereich an einer Verdichterscheibe befestigt sind.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind Ausgestaltungen bekannt, bei welchen die Sekundärluftröhren mit entsprechenden Halterungen der Scheiben verpresst, vernietet, verschraubt, verschnappt oder verschmiedet sind. Hierbei erweist es sich als nachteilig, dass ein ausreichend großer Arbeitsraum erforderlich ist, um die Montage der Sekundärluftröhren mittels geeigneter Werkzeuge durchzuführen. Dies wiederum erfordert einen relativ großen Querschnitt der Sekundärluftkammer, durch welche die Sekundärluft in die Sekundärluftröhren einströmt. Hierdurch wiederum ergeben sich hohe Fertigungskosten. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass die Verdichterscheibe bei der Montage der Sekundärluftröhren beschädigt wird. Hierdurch ergibt sich ein ganz erhebliches Kostenrisiko. Auch die Spezialwerkzeuge führen zu einer nicht unbeachtlichen Kostensteigerung.

[0004] Aus der EP 0 541 250 A1 ist eine Anordnung vorbekannt, bei welcher die Sekundärluftröhren nur an ihrem radial innenliegenden Endbereich gelagert sind. Diese Konstruktion ist aufwendig in der Herstellung und erfordert eine Vielzahl zusätzlicher Bauelemente, die das Gesamtgewicht erhöhen. Weiterhin können sich Schwingungsprobleme durch die freistehenden radial äußeren Endbereiche der Sekundärluftröhren ergeben.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Einsetzbarkeit kostengünstig und sicher herstellbar ist.

[0006] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

[0007] Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass der radial innenliegende Bereich der Sekundärluftröhre passend und radial nach außen gerichtet in einer Ausnehmung eines Lagerflansches einer Verdichterscheibe gelagert ist. Die Sekundärluftröhre wird somit an ihrem radial innenliegenden Endbereich oder Fußbereich passend, nämlich spielfrei, in der Ausnehmung gehalten. Zugleich wird eine bei der Drehung der Verdichterscheibe auftretende, nach außen wirkende Kraft durch diese Lagerung aufgefangen, sodass die Sekundärluftröhre sicher gelagert ist.

[0008] Weiterhin ist vorgesehen, dass der radial äußere Bereich der Sekundärluftröhre in einer Ausnehmung eines Lagerschenkels einer Verdichterscheibe radial verschiebbar geführt und mittels eines Sicherungselements gegen eine radial nach innen gerichtete Verschiebung gesichert ist. Der radial äußere Bereich ist somit so gelagert, dass Längenänderungen durch Temperaturunterschiede durch die verschiebbare Lagerung ausgeglichen werden können. Weiterhin wird auf diese Weise eine Doppelpassung verhindert. Mittels des Sicherungselements wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung verhindert, dass die Sekundärluftröhre im Stillstand der Verdichterscheibe bzw. der Gasturbine radial nach innen geleitet. Somit ist das Sicherungselement lediglich beim Stillstand der Verdichterscheibe in Wirkung, während es bei einer Drehung der Verdichterscheibe nicht in Funktion ist. Hieraus ergibt sich, dass die Passgenauigkeit und Montagegenauigkeit des Sicherungselementes größere Toleranzen aufweisen kann.

[0009] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sekundärluftröhren an ihrem radial innenliegenden Bereich mit einer Ringwulst versehen sind, welche radial von innen gegen den jeweiligen Lagerflansch anliegen. Hierdurch ergibt sich eine gute Krafteinleitung bei gleichzeitiger Gewährleistung einer exakten Positionierung.

[0010] Um das Sicherungselement in Einwirkung mit der Sekundärluftröhre bringen zu können, ist vorgesehen, dass diese an ihrem radial außenliegenden Bereich mit einem ringförmigen Haltewulst versehen ist.

[0011] Das Sicherungselement ist erfindungsgemäß jeweils mittels eines die beiden Verdichterscheiben verbindenden Bolzens befestigt. Somit entfallen zusätzliche Befestigungsmittel für das Sicherungselement.

[0012] Das Sicherungselement umfasst bevorzugter Weise einen Halteschenkel zur Anlage an den Haltewulst der Sekundärluftröhre. Weiterhin ist es günstig, wenn das Sicherungselement einen verformbaren Sicherungsschenkel zur Halterung des Bolzens umfasst, sodass der Bolzen vormontiert werden kann bzw. sich im Reparaturzustand nicht von dem Sicherungselement lösen kann.

[0013] Die Kontaktflächen zwischen der Sekundärluftröhre und der Verdichterscheibe kann entweder sphärisch oder flach ausgebildet sein. Bei einer sphärischen Ausgestaltung kann die Kontaktfläche der Verdichterscheibe durch einen einfachen und kostengünstigen Drehvorgang erzeugt werden. Bei einer flachen oder ebenen Ausgestaltung kann eine entsprechende vertiefte Kontaktfläche an der Verdichterscheibe ausgebildet werden.

[0014] Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, die Größe der Zwischenscheibenkammer zu reduzieren und den Zusammenbau bzw. die Demontage zu erleichtern. Insgesamt ergibt sich eine größere Festigkeit des Rotors. Auch die Schwingungs- oder Vibrationseigenschaften sind erheblich verbessert.

[0015] Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die einfachere Montage und Demontage sowohl bei der Herstellung der Gasturbine als auch bei Wartungsarbeiten. Durch die Verringerung der Einzelteile sowie durch eine Reduzierung der Arbeitsschritte ergibt sich eine erhebliche Kostenreduzierung. Weiterhin gestattet die erfindungsgemäße Ausgestaltung die Dimensionierung der Zwischenscheibenkammer zu optimieren, um auf diese Weise die Luftführung bei Erhöhung der Gesamtfestigkeit zu verbessern.

[0016] Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Sekundärluftröhren zur Ausbalancierung oder Auswuchtung des Verdichters leicht austauschbar sind.

[0017] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1

eine schematische Teilansicht eines Ausgestaltungsbeispiels gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2

eine Ansicht, analog Fig. 1, eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 3

eine vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 4-6

den Montageablauf der in Fig. 3 gezeigten Ausführung, und

Fig. 7

eine vereinfachte Schnittansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Gasturbine unter Verwendung der Erfindung.

[0018] Die Fig. 7 zeigt eine Teil-Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Gasturbine. Das Bezugszeichen 1 zeigt einen Verdichter, welcher Rotorschaufeln 11 und Statorschaufeln 12 umfasst. Die Rotorschaufeln 11 sind an Verdichterscheiben 3 bzw. 4 befestigt. Diese bilden eine Zwischenscheibenkammer 5, in welcher mehrere radial angeordnete Sekundärluftröhren 2 angeordnet sind. Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Brennkammer angedeutet, das Bezugszeichen 14 zeigt schematisch eine Turbine. Durch die Pfeile ergibt sich der schematische Verlauf der Sekundärluftführung.

[0019] Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele aus dem Stand der Technik. Dabei ist ersichtlich, dass die Endbereiche der Sekundärluftröhren vernietet sind, so wie sich dies durch das Bezugszeichen 15 ergibt. Mit dem Bezugszeichen 16 ist eine zusätzliche Trägerscheibe gezeigt, welche ein zusätzliches volumenmäßiges Bauteil bildet und in der Zwischenscheibenkammer 5 montiert ist.

[0020] Die Fig. 2 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel, bei welchem das Bezugszeichen 15 wiederum eine Nietverbindung zeigt. Dabei ist insbesondere ersichtlich, dass eine sehr große Sekundärluftkammer 17 erforderlich ist, um das Nietwerkzeug einzuführen.

[0021] Die Fig. 3 zeigt in der Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel im montierten Zustand. Daraus ist ersichtlich, dass die Sekundärluftröhre 2 an ihrem radial innenliegenden, der Drehachse der Gasturbine zugewandten Bereich mit einer Ringwulst 37 versehen ist, welche mit einer im Einzelnen nicht bezeichneten, radial nach außen weisenden Anlagefläche versehen ist. Diese Anlagefläche liegt gegen einen Lagerflansch 32 an, welcher einstückig mit der Verdichterscheibe 3 ausgebildet ist. Die Sekundärluftröhre 2 ist dementsprechend durch eine Ausnehmung 31 des Lagerflansches 32 durchführbar.

[0022] An dem radial äußeren Endbereich ist die Sekundärluftröhre 2 mit einer Haltewulst 38 versehen. Die Haltewulst 38 weist einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner ist, als der Innnendurchmesser der Ausnehmung 31, sodass die Sekundärluftröhre von innen, wie in Fig. 4 gezeigt, durchschiebbar ist. Der Haltewulst 38 liegt im montierten Zustand mit einem Spiel gegen einen Lagerschenkel 35 der Verdichterscheibe 3 an, sodass sich keine Doppelpassung ergibt. Der Innendurchmesser einer Ausnehmung 34 des Lagerschenkels 35 ist bevorzugter Weise so gewählt, dass der Endbereich der Sekundärluftröhre 2 längs verschiebbar ist, jedoch schwingungsfrei gehalten wird.

[0023] Zur Verbindung des Lagerschenkels 35 der Verdichterscheibe 3 mit der Verdichterscheibe 4 ist ein Gewindebolzen vorgesehen, der zugleich zur Fixierung eines Sicherungselements 36 dient. Durch diesen wird ein radial äußerer Bereich 33 der Sekundärluftröhre 2 daran gehindert, radial nach innen zu gleiten, wenn sich der Verdichter 1 im Stillstand befindet. Die radial nach außen gerichtete Kraft während des Betriebs des Verdichters 1 wird in der beschriebenen Weise an einem radial innenliegenden Bereich 30 der Sekundärluftröhre 2 aufgenommen.

[0024] Das Sicherungselement 36 umfasst einen verlängerten Halteschenkel 39 (siehe Fig. 5 und 6), welcher gegen den Haltewulst 38 anliegt oder zu diesem ein gewisses Spiel aufweist. Zusätzlich ist das Sicherungselement 36 mit einem Sicherungsschenkel 40 versehen (siehe Fig. 5 und 6), welcher nach der Montage verformbar ist, um den Kopf des Gewindebolzens 18 zu halten.

[0025] Die Fig. 4 bis 6 zeigen den Montagefortschritt. In Fig. 4 ist dargestellt, dass die Sekundärluftröhre 2 von innen nach außen zunächst durch den Lagerflansch 32 durchgeführt wird. Daraufhin wird der radial äußere Bereich 33 in die Ausnehmung 34 eingeführt, während der radial innenliegende Bereich 30 passend in die Ausnehmung 31 eingesetzt wird, wobei sich die Ringwulst 37 passend gegen die Anlagefläche des Lagerflansches 32 anlegt.

[0026] In der in Fig. 5 gezeigten nächsten Montagestufe wird das Sicherungselement 36 vormontiert. Es versteht sich, dass eine Ausnehmung 41 des Lagerschenkels 35 in Umfangsrichtung versetzt zur Sekundärluftröhre 2 vorgesehen ist, um den Bolzen 18 einführen zu können. Dieser Versatz in Umfangsrichtung ist in den Fig. 5 und 6 der Einfachheit halber nicht im Einzelnen dargestellt. Das Sicherungselement 36 wird vormontiert und ist mittels einer Klammer 42, die einstückig an dem Sicherungselement 36 ausgebildet ist, an dem Lagerschenkel 35 gehaltert. Nachfolgend wird der Bolzen 18 eingeschoben (Fig. 6). Der Sicherungsschenkel 40 wird verformt, um den Kopf des Bolzens 18 zu haltern. Nachfolgend kann eine Verschraubung mit der benachbarten Verdichterscheibe 4 erfolgen. Bezugszeichenliste

1

Verdichter

2

Sekundärluftröhre

3, 4

Verdichterscheibe

5

Zwischenscheibenkammer

11

Rotorschaufel

12

Statorschaufel

13

Brennkammer

14

Turbine

15

Nietverbindung

16

Trägerscheibe

17

Sekundärluftkammer

18

Bolzen

30

radial innenliegender Bereich

31

Ausnehmung

32

Lagerflansch

33

radial äußerer Bereich

34

Ausnehmung

35

Lagerschenkel

36

Sicherungselement

37

Ringwulst

38

Haltewulst

39

Halteschenkel

40

Sicherungsschenkel

41

Ausnehmung

42

Klammer

Ansprüche

1. Wirbelgleichrichter in Röhrenbauweise zur Kühlluftführung in einem Verdichter (1) einer Gasturbine, mit sich radial erstreckenden, in einer Zwischenscheibenkammer (5) angeordneten Sekundärluftröhren (2), welche an ihrem radial äußeren Endbereich (33) an einer Verdichterscheibe (3) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der radial innenliegende Bereich (30) der Sekundärluftröhren (2) passend und radial nach außen gesichert in einer Ausnehmung (31) eines Lagerflansches (32) einer Verdichterscheibe (3) gelagert ist und dass der radial äußere Bereich (33) der Sekundärluftröhre (2) in einer Ausnehmung (34) eines Lagerschenkels (35) einer Verdichterscheibe (3) radial verschiebbar geführt und mittels eines Sicherungselements (36) gegen eine radial nach innen gerichtete Verschiebung gesichert ist.

2. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftröhre (2) an ihrem radial innenliegenden Bereich (30) mit einer Ringwulst (37) versehen ist, welche radial von innen gegen den Lagerflansch (32) anliegt.

3. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftröhre (2) an ihrem radial außenliegenden Bereich (33) mit einer ringförmigen Haltewulst (38) versehen ist, gegen welche das Sicherungselement (36) in Anlage bringbar ist.

4. Wirbelgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (36) jeweils mittels eines die beiden Verdichterscheiben (3, 4) verbindenden Bolzens (18) befestigt ist.

5. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (36) einen Halteschenkel (39) zur Anlage an dem Haltewulst (38) umfasst.

6. Wirbelgleichrichter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (36) einen verformbaren Sicherungsschenkel (40) zur Halterung des Bolzens (18) umfasst.

7. Wirbelgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen der Sekundärluftröhre (2) und der Verdichterscheibe (3) sphärisch ausgebildet sind.

8. Wirbelgleichrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen der Sekundärluftröhre (2) und der Verdichterscheibe (3) eben ausgebildet sind.

Zeichnung