Die Erfindung betrifft eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Mehrstufige Gasturbinen mit mindestens einem Läufer bzw. Rotor, der in mehreren Radialebenen angeordnete Laufschaufeln am Umfang von Rotorscheiben aufweist, sind grundsätzlich in verschiedenartigen Ausführungsformen bekannt.

Ferner ist es bekannt, zumindest bei Gasturbinen, die einzelnen Rotorscheiben stirnflächig sowie formschlüssig so zu gestalten, dass sie sich mit Hilfe eines durch die Rotorscheiben erstreckenden Zugankers als Einheit zusammenhalten lassen. Mit zunehmender Baulänge nimmt allerdings die frei schwingende Länge, d. h. die ungestützte Länge des Zugankers, zu. Hierdurch verschieben sich die Eigenfrequenzen auf ein Niveau nahe der Rotationsfrequenz des Rotors, so dass im Betrieb bzw. beim Schleudern unzulässig hohe Schwingungsamplituden auftreten können. Diese können nicht nur den Zuganker, sondern auch die gesamte Gasturbine zerstören. Dies gilt insbesondere auch für Gasturbinen, bei denen sich der Zuganker durch den Verdichter, sodann durch eine mittlere Hohlwelle mit den dort radial außen befindlichen Brennkammern und schließlich durch die Turbine erstreckt.

Hierzu offenbart die US 3,749,516 einen ähnlich aufgebauten Läufer eines zweifachen Radialverdichters. Der daraus bekannte Läufer umfasst mehrere Rotorscheiben und eine mittig angeordnete Hohlwelle. Zentral durch die Hohlwelle und durch die Rotorscheiben erstreckt sich ein Zuganker, welcher durch endseitig aufgeschraubte Endstücke die Rotorscheiben und die Hohlwelle fest miteinander verspannen. Um den Zuganker in seiner Lage innerhalb des Rotors zu fixieren, ist an diesem eine Hülse mit federnden einseitig befestigten Streben vorgesehen, welche über eine Schraube an der Hohlwelle abgestützt sind. FR 2 111 096 offenbart auch eine Gasturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffs vom Anspruch 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen vorzusehen, um insbesondere Eigenschwingungen des Zugankers unabhängig von der im Betrieb des stationären Gasturbine konstanten Drehzahl zu verhindern. Alle sich drehenden Teile der Gasturbine sollen dabei eine möglichst steife Einheit bilden.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Patentanspruch 1 vor, dass der Kanal ringförmig und zur Durchleitung eines Kühlmediums ausgebildet und von einem Trennrohr radial außen begrenzt ist, wobei die Ausnehmungen als Durchtrittsöffnungen für das Kühlmedium dienen.

Grundsätzlich ist der Abstandshalter gemäß der Erfindung ein Federring mit sich koaxial erstreckenden Durchtrittsöffnungen. Er erhöht die Dämpfung bzw. Versteifung des Zugankers im Läufer/Rotor und ist ausreichend stabil, um unabhängig von der Drehzahl den Zuganker in seiner Solllage zu halten. Er lässt sich einfach montieren, wobei eine ausreichende Vorspannung trotz seiner Federeigenschaften gegeben ist. Die Funktionsfähigkeit ist daher auch bei hohen Drehzahlen sichergestellt.

Die Verwendung von Abstandshaltern erhöht ferner nicht nur die Eigenfrequenz des Zugankers selbst, sondern auch die Eigensteifigkeit aller Teile.

Dazu gehört auch, dass erfindungsgemäße Abstandshalter grundsätzlich auch im Bereich von Kühl- und Trennrohren verwendet werden, die den Zuganker in einem bestimmten axialen Abschnitt mit Abstand umgeben. Die Abstandshalter befinden sich hier zwischen dem Zuganker und dem das Kühlmedium führenden, den Ringkanal außen begrenzenden Trennrohr. Gegebenenfalls kann ein weiterer Ringkanal in diesem Zusammenhang zwischen einem inneren oder ersten Trennrohr und einem äußeren oder zweiten Trennrohr gebildet sein, so dass dann erste Abstandshalter zwischen Zuganker und innerem Trennrohr einerseits und ggf. zweite Abstandshalter zwischen dem inneren Trennrohr und einem äußeren Trennrohr vorgesehen sind, mittels denen der Zuganker gegen die radial weiter außen, zum Rotor gehörenden Rotorkomponenten stellenweise abgestützt werden kann. Durch die entlang seiner Erstreckung ggf. auch mehrfache Abstützung kann die freie, schwingbare Länge des Zugankers signifikant verkürzt werden. Mit dieser Maßnahme kann der Abstand zwischen der Eigenfrequenz des Zugankers und der Rotationsfrequenz des Rotors vergrößert werden, wodurch seine Schwingungsneigung wesentlich reduziert wird. Ein sicherer Betrieb der Gasturbine kann somit gewährleistet werden.

Es ist daher mit einfachen Mitteln möglich, die oben genannte Aufgabe erfolgreich zu lösen.

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus Unteransprüchen und der Zeichnung im Zusammenhang mit der Beschreibung hervor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigen:

FIG 1

abgeschnitten sowie zum Teil im Schnitt einen Teil des Läufers/Rotors einer mehrstufigen Gasturbine;

FIG 2

schräg von unten eine perspektivische Ansicht eines Abstandshalters in anderem Maßstab;

FIG 3

eine perspektivische Ansicht wie in FIG 2, jedoch leicht schräg von oben;

FIG 4

jeweils abgeschnitten eine Stirnansicht eines Ab- standshalters auf einem Zuganker sowie ein inneres und ein äußeres Trennrohr zur Bildung eines ring- förmigen Kanals für ein Kühlmedium, und

FIG 5

einen Schnitt längs der Linie V-V in FIG 4.

Ein Rotor 2 einer mehrstufigen Gasturbine 1 umfasst gemäß der abgebrochenen Schnitt-Darstellung in FIG 1 in mehreren Ebenen 3 angeordnete Rotorscheiben 5, die am Umfang Laufschaufeln 4 tragen. Ein Zuganker 6 erstreckt sich längs mittig angeordneter Ausnehmungen 7 in den Rotorscheiben 5 durch den in FIG 1 links befindlichen Verdichterteil der Gasturbine 1 und ist in einer der nicht dargestellten Rotorscheiben bzw. in einem geeigneten Rotorendteil in nicht dargestellter Weise verankert.

Der vorgespannte Zuganker 6 presst die Rotorscheiben 5 sowie weitere Rotorteile der Turbineneinheit in grundsätzlich bekannter Weise formschlüssig zusammen.

Axial neben den zum Verdichter der Gasturbine gehörenden Rotorscheiben 5 befindet sich eine mittlere Hohlwelle 9, die mit ihrem gegenüberliegenden, nicht dargestellten Ende an einem der Rotorteile der Turbineneinheit anliegt. Radial außerhalb von dieser mittleren Hohlwelle 9 befinden sich innerhalb des Gehäuses der Gasturbine die Brennkammern.

Zwischen der mittleren Hohlwelle 9 und dem Zuganker 6 befindet sich mindestens ein ringförmiger Kanal 10 bzw. 11. Die Kanäle 10, 11 dienen jeweils zur Führung eines Kühlmediums 12 vom verdichterseitigen Abschnitt des Rotors 2 zum turbinenseitigen Abschnitt. Das Kühlmedium 12 ist in FIG 1 mit Hilfe eines Pfeils symbolisiert.

Der das Kühlmedium 12 führende im Querschnitt ringförmige Kanal 11 kann von einem ersten oder inneren Trennrohr 13 umschlossen sein, durch den sich zentral der Zuganker 6 erstreckt. Zudem kann der weitere ringförmige Kühlkanal 10 zum Führen eines Kühlmediums 12 zwischen dem ersten oder inneren Trennrohr 16 und einem zweiten und äußerem Trennrohr 14 angeordnet sein. Zur exakten Lagefixierung des Zugankers 6 im inneren Trennrohr 13 ist mindestens ein Abstandshalter 15 vorgesehen. Dieser Abstandshalter 15 ist ein federelastisches Ringelement und besteht mindestens aus einem Stützring 16, der sich radial erstreckende Stützarme 17 und an jedem Stützarm 17 jeweils einen Stützfuß 18 an seinem Ende aufweist, wie aus den FIG 2 bis 6 in Verbindung mit FIG 1 hervorgeht.

Gemäß den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Abstandshalter 15 bzw. das federelastische Ringelement einstückig, wobei sich die Stützarme 17 radial zum Stützring 16 erstrecken und an Stützfüßen 18 enden. Gemäß Ausführungsbeispiel weist jeder Stützfuß 18 an seinem Ende eine Stützfläche 20 auf, mit der der Abstandshalter 15 bzw. sein Stützarm 17 jeweils an der Innenseite des Trennrohres 13 anliegt.

Die Stützarme 17 erstrecken sich vom Stützring 16 zu den Stützfüßen jeweils schräg zur Mittelachse M des Rotors 2. Hierdurch wird am ringseitigen Ende des Stützarmes 17 ein fiktiver Gelenkpunkt gebildet, um den der Stützarm 17 in radialer Richtung verschwenken kann, wenn er von Fliehkräften entsprechend gebogen wird. Fliehkräfte bewirken dadurch, dass die Stützfüße 18 sich durch Fliehkraft nicht von ihrer Anlagefläche lösen, sondern entsprechend einer höheren Drehzahl des Rotors 2 umso mehr an ihrer Anlagefläche mit Spreizkraft anliegen, wobei zugleich die radiale Erstreckung zwischen Stützring 16 und Stützfuß 18 mit Sicherheit nicht kleiner werden kann. Dies gilt zumindest für den Fall, dass sich der Stützring im eingebauten Zustand radial innen und die Stützfüße 18 radial außen befinden.

Grundsätzlich baugleiche Abstandshalter 15', die gegebenenfalls lediglich etwas andere Abmessungen aufweisen, sind auch zur Festlegung des ringförmigen Kanals 10 für das Kühlmedium vorgesehen, wie aus FIG 1 hervorgeht. Der Stützring 16' liegt dabei außen auf dem ersten oder inneren Trennrohr 13 an und stützt sich mit seinen Stützfüßen 18' innen an dem zweiten oder äußeren Trennrohr 14 ab.

Das Trennrohr 14 dient dabei ferner als radial innere Begrenzung zur mittleren Hohlwelle 9, wie aus FIG 1 hervorgeht.

Aufgrund der Stützarme 17 weist der Abstandshalter 15 Ausnehmungen 21 auf, die sich im eingebauten Zustand radial zum Zuganker 6 bzw. zu seiner Mittellinie M sowie koaxial zum Zuganker 6 erstrecken. Die Abstandshalter 15 fixieren dadurch nicht nur den Zuganker 6 und/oder die beiden Trennrohre 13 und 14 relativ zur Mittellinie M von Rotor 2 und Zuganker 6, sondern sie ermöglichen auch eine freie und ungehinderte, koaxiale Strömung des Kühlmediums 12. Im eingebauten Zustand bilden die Ausnehmungen 21 jeweils Durchtrittsöffnungen.

Grundsätzlich ist der Abstandshalter 15, 15' nicht nur einstückig, sondern aufgrund seiner Gestaltung und aufgrund des verwendeten Werkstoffes auch federelastisch.

Gemäß dem in FIG 4 dargestellten Ausführungsbeispiel verbleibt durch die Abstandshalter 15 und ihre Stützarme 17 und ihre Stützfüße 18 etwa der halbe Ringquerschnitt zur Bildung von freien Durchtrittsöffnungen 21. Es steht somit etwa noch der halbe Kanalquerschnitt dem Kühlmedium zum Durchströmen zur Verfügung.

Unabhängig davon sind die Abstandshalter 15, 15' am Umfang 22 des Zugankers 6 bzw. am Umfang 23 des einen Trennrohres 13 in radialer Richtung unbeweglich fixiert. Dazu werden die Abstandshalter 15, 15' mit ihrem Stützring 16, 16' zweckmäßigerweise auf den sie tragenden Zuganker 6, das Trennrohr 13 thermisch aufgeschrumpft.

Schließlich können der Zuganker 6 und gegebenenfalls auch das innere Trennrohr 13, die jeweils Abstandshalter 15, 15' tragen, Anschläge 24, 25 für die Abstandshalter 15, 15' aufweisen. Diese Anschläge 24, 25 sind gemäß den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils ein umlaufender Wulst und definieren in axialer Richtung exakt diejenige Stelle, an der der Abstandshalter 15, 15' beim thermischen Aufschrumpfen anliegen soll.

Grundsätzlich gleichartige Abstandshalter wie die Abstandshalter 15 bzw. 15' können auch zwischen den an ihrem Umfang Laufschaufeln 4 tragenden Rotorscheiben 5 und dem Zuganker 6 angeordnet sein. In FIG 1 ist dies im Bereich der Ausnehmungen 7 symbolisch mit Hilfe von sich kreuzenden, gestrichelten Linien angedeutet. Vor allem die erste Rotorscheibe neben der mittleren Hohlwelle kann zweckmäßigerweise mit einem oder mehreren Abstandshaltern 15 der hier interessierenden Art konkret verbunden sein. Grundsätzlich Gleiches kann aber auch für andere Rotorscheiben 5 gelten, wozu diese entweder unmittelbar mit dem Zuganker 6 oder dem ersten bzw. inneren Trennrohr 13 verbunden sind.