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Dokumentenidentifikation DE69913688T2 09.12.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001082522
Titel KONZEPT EINER GASTURBINE
Anmelder ABB AB, Västerås, SE
Erfinder FILIPPOV, Vladimir, Moskow, RU;
KARLSSON, Agne, S-590 60 Ljungsbro, SE
Vertreter Loesenbeck und Kollegen, 33613 Bielefeld
DE-Aktenzeichen 69913688
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.05.1999
EP-Aktenzeichen 999300130
WO-Anmeldetag 25.05.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/SE99/00884
WO-Veröffentlichungsnummer 0099061755
WO-Veröffentlichungsdatum 02.12.1999
EP-Offenlegungsdatum 14.03.2001
EP date of grant 17.12.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.12.2004
IPC-Hauptklasse F01D 3/04
IPC-Nebenklasse F01D 25/12   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinenanordnung, die Folgendes umfasst: Einen Kompressor mit einem Rotor, eine Turbine mit einem Rotor, der mit dem Kopmressorrotor verbunden ist, und ein Ausgleichsglied, das mit dem Turbinerrotor verbunden und so angeordnet ist, dass es Axialkräften entgegenwirkt, die von dem Kompressorrotor und dem Turbinerrotor erzeugt werden, wobei das Ausgleichsglied so angeordnet ist, dass es durch ein Druckfluid aktiviert wird.

Bei solchen Gasturbinenanordnungen nach dem Stand der Technik ist der Kompressorrotor üblicherweise koaxial zu dem Turbinerrotor angeordnet und mit diesem verbunden. Der Kompressorrotor und der Turbinerrotor werden dabei üblicherweise von Lagern getragen, die in dem Bereich der gegenüberliegenden Enden der beiden Rotoren angeordnet sind.

Da der Kompressorrotor und der Turbinerrotor üblicherweise unterschiedliche Arten von Schaufeln aufweisen, und da weiterhin von dem Turbinerrotor üblicherweise mehr Energie erzeugt wird, heben die Axialkräfte, die von den beiden Rotoren erzeugt werden und die in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, sich nicht vollständig auf. Daher ist eine resultierende Axialkraft vorhanden. Um die Last auf dem Axiallager oder den Axiallagern, die die resultierende Axialkraft tragen, zu reduzieren, sind Gasturbinenanordnungen gemäß dem Stand der Technik deshalb mit einem Ausgleichskolben versehen, der koaxial zu den Rotoren angeordnet und an dem Ende des Turbinenrotors befestigt ist, das von dem Kompressorrotor abgewandt ist. Der Ausgleichskolben kann dabei von einem scheibenförmigen Stück gebildet sein, das mit einer Achse integriert ist, die durch dieses Stück mit dem Turbinerrotor verbunden ist und von diesem vorsteht. Um eine Axialkraft in dem Ausgleichskolben zu erzeugen, wird ein Teil der Kompressorluft, die für Kühlzwecke von dem Kompressor abgezogen wird, zu dem Ausgleichskolben geleitet und kann eine Kraft auf die Seite des Ausgleichskolbens ausüben, die von dem Turbinenrotor abgewandt ist. Dabei ist es sogar möglich, ein Axiallager an diesem Ende der Kompressorrotor/Turbinenrotor-Einheit auszuschließen.

Die Kompressorluft, die für die Aktivierung des Ausgleichskolbens genutzt wird, kann in geringstmöglicher Menge in den Hauptstromkanal der Turbine ausströmen, nachdem sie ihren Zweck erfüllt hat. Eine weitere Nutzung der Kompressorluft findet nicht statt.

Die US-A-5 167 484 offenbart eine Gasturbinenanordnung der Art, die im Oberbegriff von Anspruch 1 des vorliegenden Patentdokuments definiert ist.

Die US-A-4 653 267 offenbart ein weiteres Beispiel einer Gasturbinenanordnung. Diese Gasturbinenanordnung umfasst einen Kompressor und eine Hochdruckturbine. Axialkräften, die von dem Rotor erzeugt werden, wird durch Verschlussvorrichtungen entgegengewirkt. Zum Modulieren der Axialkräfte kann ein Fluid von dem Raum zwischen den Verschlussvorrichtungen durch eine Leitung geleitet werden. Die Verschlussvorrichtungen gemäß diesem Dokument sind zwischen dem Kompressor und der Hochdruckturbine angeordnet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenanordnung zu erreichen, die so angeordnet ist, dass das Druckfluid, das zum Aktivieren eines Ausgleichsglieds verwendet wird, so verwendet wird, dass eine Reduzierung der Gesamtmenge Kompressorluft, die u. a. zu Kühlzwecken in der Gasturbinenanordnung abgezogen wird, möglich ist, oder dass eine größere Beeinflussung der Temperatur der Bauteile, die die Turbine umfasst, durch eine gegebene Menge abgezogener Kompressorluft möglich ist. Mit „Beeinflussung der Temperatur" ist hier vor allem die Kühlung gemeint, aber auch eine Erwärmung bestimmter Bauteile während bestimmter Phasen des Betriebs kann gewünscht sein und stattfinden.

Diese Aufgabe wird durch eine Turbinenanordnung wie eingangs definiert erreicht, die wenigstens einen Kanal aufweist, der so angeordnet ist, dass er wenigstens einen Teil des Druckfluids, das für die Aktivierung verwendet wird, wenigstens einem Teil der Turbine zuführt, um dessen Temperatur zu beeinflussen. Mit dem Beeinflussen der Temperatur ist vor allem eine Kühlung gemeint, aber es ist natürlich auch möglich, das Druckfluid zum Erwärmen des Teils der Turbine zu verwenden, wenn dies für vorteilhaft erachtet wird.

Erfindungsgemäß ist der Teil der Turbine ein Rotorabschnitt. Dadurch wird ermöglicht, dass durch das Druckfluid eine Kühlung des Rotorabschnitts erreicht wird, was wünschenswert ist.

Erfindungsgemäß ist das Ausgleichsglied an dem stromabwärtigen Ende des Turbinenrotors befestigt, und der Kanal führt zu einem Raum, der zwischen dem Ende des Turbinenrotors und dem Ausgleichsglied ausgebildet ist. Dadurch wird eine geeignete Kühlung des letzten einer Reihe von Turbinenläufern erreicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Turbinenrotorabschnitt ein Turbinenläufer. Üblicherweise ist ein Kühlen der Turbinenläufer der Turbine wünschenswert oder notwendig. Besondere konstruktive Lösungen sind jedoch nötig, um Kühlluft zu allen von ihnen zu leiten. Die Verwendung des Druckfluids des Ausgleichsglieds, wobei das Druckfluid vorzugsweise abgezogene Kompressorluft umfasst, zum Beeinflussen der Temperatur eines oder mehrerer der Turbinenläufer der Turbine erlaubt technisch einfache Lösungen für die Zuleitung des Druckfluids zu den Turbinenläufern, insbesondere da das Ausgleichsglied in geeigneter Weise in Verbindung mit den Turbinenläufern angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Gasturbinenanordnung wenigstens eine Abflussleitung, die so angeordnet ist, dass sie einen Abfluss des Druckfluids, das verwendet wurde, um den Einfluss auf die Temperatur auszuüben, in einen Hauptstromkanal in der Turbine ermöglicht. Dadurch wird ein kontinuierlicher Strom des Druckfluids in und durch den oben erwähnten Raum erreicht. Weiterhin wird eine vorteilhafte Kühlung der Oberfläche des Ausgleichsglieds, die zusammen mit dem Turbinenläufer den Raum zwischen ihnen bildet, erreicht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsfom umfasst das Ausgleichsglied einen Achsenabschnitt, der koaxial zu dem Turbinerrotor angeordnet ist. Die Achse kann auf bekannte An ein scheibenförmiges Stück umfassen, durch das sie an dem Turbinerrotor befestigt ist, und das eine Wand bilden kann, gegen die das Druckfluid seinen Druck in der Richtung zu dem Turbinerrotor ausübt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der oben erwähnte Kanal durch den Achsenabschnitt von dessen äußerem Umfang und axial in dem Achsenabschnitt zu dem Raum. Vorzugsweise umfasst der Kanal wenigstens eine radiale Öffnung, die sich von dem äußeren Umfang des Achsenabschnitts zu dem Bereich des Zentrums des Achsenabschnitts erstreckt, und wenigstens eine axiale Öffnung, die mit der radialen Öffnung verbunden ist und an dem Raum endet. Das Druckfluid kann so leicht von außerhalb der Achse in den geschlossenen Raum geleitet werden, in dem es als Kühlmittel wirken kann.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Ausgleichsglied eine Druckkammer, die eine Öffnung aufweist, um das Druckfluid in diese zu leiten. Dieser Kanal ist vorzugsweise mit der Druckkammer verbunden. Auf diese An kann ein zuverlässiger Strom des Druckfluids/Druckmittels zu dem am weitesten stromabwärts angeordneten Turbinenläufer des Turbinenrotors erreicht werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Gasturbinenanordnung sind aus den übrigen abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbinenanordnung wird nun durch nicht einschränkende Beispiele beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:

1 eine Querschnittsansicht von der Seite ist, die eine erfindungsgemäße Gasturbinenanordnung zeigt;

2 eine Querschnittsansicht von der Seite eines Teils der Gasturbinenanordnung gemäß 1 ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM

Die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Gasturbinenanordnung 1 weist einen Kompressor 2 und eine Turbine 3 auf. Weiterhin umfasst sie eine Brennkammer 4, hier von ringförmiger Art. In der Brennkammer 4 ist eine Vielzahl von Brennergliedern 5 angeordnet. Diese sind so angeordnet, dass sie eine Verbrennung in der Brennkammer 4 verursachen, um in dieser ein heißes Gas zu erzeugen. Die Brennkammer 4 ist an einem ihrer Enden mit einer Auslassöffnung versehen, durch die das erzeugte Gas in die Turbine 3 strömen und diese antreiben kann. Der Kompressor 2 hat in erster Linie die Aufgabe, ein Kompressormittel, in diesem Fall komprimierte Luft, den Brennergliedern 5 zuzuführen, die das Kompressormittel/die Kompressorluft für ihre Brennfunktion nutzen.

Der Kompressor 2, die Brennkammer 4 und die Turbine 3 sind koaxial angeordnet und in dieser Reihenfolge miteinander verbunden.

Der Kompressor 2 umfasst ein Leitrad 6 und einen Rotor 7. Das Leitrad 6 umfasst eine Vielzahl von Leitflügelkränzen 8, die in bekannter Weise eine Vielzahl von Leitschaufeln aufweisen.

Der Rotor 7 ist aus einer Vielzahl von Läufern 9 gebildet, die vorzugsweise durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verschweißt sind. Radial außen an den Turbinenläufern 9 sind Laufschaufeln 10 an dem entsprechenden Turbinenläufer 9 angeordnet.

Die Turbine 3 umfasst ein Leitrad 11 und einen Rotor 12. Der Rotor 12 weist eine Vielzahl, in diesem Fall drei, Turbinenläufer 13 auf, an denen Kränze von Laufschaufeln 14 auf an sich bekannte Art angeordnet sind.

Der Kompressorrotor 7 ist mit dem Turbinerrotor 12 durch ein Verbindungsglied 15 verbunden, das sich durch das Zentrum der ringförmigen Brennkammer 4 erstreckt. Das Verbindungsglied 15 ist hier im Wesentlichen röhrenförmig. Der Kompressorrotor 7 und der Turbinerrotor 12 sind von Lagergliedern 16, 17 hängend angeordnet, die an den gegenüberliegenden Enden der Rotoren angeordnet sind.

Wie aus 2 deutlich wird, umfasst die Gasturbinenanordnung ein Ausgleichsglied 18, das ein scheibenförmiges Stück 19, das mit einem Ende des Turbinenrotors 12 verbunden ist, und einen Achsenabschnitt 20, der mit dem scheibenförmigen Stück verbunden ist, aufweist. Der Achsenabschnitt 20 erstreckt sich in der Richtung von dem Turbinerrotor 12 und wird von dem Lagerglied 17 getragen. Das Ausgleichsglied 18 ist durch Axialbolzen 30 an und mit den Turbinenläufern 13 des Turbinenrotors 12 verschraubt. Das Ausgleichsglied 18 ist mit dem stromabwärts angeordneten Ende des Turbinenrotors 12 verbunden.

Das Ausgleichsglied 18 umfasst eine Druckkammer 21, die an der Seite des scheibenförmigen Stücks 19 angeordnet ist, die von dem Turbinerrotor 12 abgewandt ist. Eine oder mehrere Öffnungen 22 sind vorgesehen, um einen Strom des Druckfluids in die Druckkammer 21 zu ermöglichen. Das Druckfluid ist vorzugsweise Kompressorluft, die von dem Kompressor abgezogen wurde und die einen hohen Druck und eine relativ hohe Temperatur hat.

In dem Bereich um den äußeren Umfang des Achsenabschnitts 20 sind im Wesentlichen radial ausgerichtete Öffnungen 23 zu dem Zentrum des Achsenabschnitts 20 hin gebohrt. Weiterhin erstreckt sich in dem Zentrum des Achsenabschnitts 20 eine im Wesentlichen axiale Öffnung 24, die im Bereich eines ihrer Enden mit den radialen Öffnungen 23 verbunden ist und an ihrem anderen Ende in einem Raum 25 endet, der von dem letzten Turbinenläufer des Turbinenrotors 12 und dem scheibenförmigen Stück 19 gebildet wird. Der Raum 25 bildet einen Hohlraum. Die radialen Öffnungen 23 sind mit der Druckkammer 21 verbunden und bilden zusammen mit der axialen Öffnung 24 einen Kanal 26, der dafür vorgesehen ist, Druckfluid/Druckluft von der Druckkammer 21 zu dem Raum 25 zu leiten.

Eine Vielzahl von Abflussleitungen 27 sind entlang des äußeren radialen Umfangs des Raums 25 vorgesehen, um einen weiteren Transport des Druckfluids von dem Raum 25 zu einem Hauptstromkanal der Turbine 3 zu ermöglichen.

Weiterhin sind Dichtungselemente 28 entlang dem äußeren Umfang des scheibenförmigen Stücks 19 angeordnet, um so weit wie möglich zu verhindern, dass das Druckfluid zwischen dem Stück 19 und dem Wandabschnitt austritt, der zusammen mit dem Stück 19 die Druckkammer 21 bildet.

Es ist klar, dass für den Fachmann eine Anzahl von Abwandlungen und Abweichungen der erfindungsgemäßen Gasturbinenanordnung offensichtlich sind, ohne dass dieser Fachmann über den Schutzbereich der Erfindung hinausgehen muss, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.

Beispielsweise wäre es möglich, axiale Öffnungen in einem oder mehreren der Turbinenläufer 13 der Turbine 3 auszubilden, um durch diese Öffnungen die Kühl-Kompressorluft von dem Raum an dem letzten Turbinenläufer zu den übrigen Turbinenläufern zu leiten, um diese zu kühlen.


Anspruch[de]
  1. Gasturbinenanordnung, die Folgendes umfasst:

    – einen Kompressor (2) mit einem Rotor (7),

    – eine Turbine (3) mit einem Rotor (12), der mit dem Kompressorrotor (7) verbunden ist, und

    – ein Ausgleichsglied (18), das mit dem Turbinerrotor (12) verbunden und so angeordnet ist, dass es Axialkräften entgegenwirkt, die von dem Kompressorrotor (7) und dem Turbinerrotor (12) erzeugt werden,

    wobei das Ausgleichsglied (18) so angeordnet ist, dass es durch ein Druckfluid aktiviert wird, wobei die Anordnung wenigstens einen Kanal (26) aufweist, der so angeordnet ist, dass er wenigstens einen Teil des Druckfluids, das für die Aktivierung verwendet wird, wenigstens einem Teil der Turbine (3) zuführt, um dessen Temperatur zu beeinflussen, wobei der Teil der Turbine (3) ein Rotorabschnitt (13) ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsglied (18) an dem stromabwärtigen Ende des Turbinenrotors (12) befestigt ist, und wobei der Kanal (26) zu einem Raum (25) führt, der zwischen dem Ende des Turbinenrotors (12) und dem Ausgleichsglied (18) ausgebildet ist.
  2. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbinenrotorabschnitt (13) ein Turbinenläufer (13) ist.
  3. Gasturbinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenzeichnet, dass sie wenigstens eine Abflussleitung (27) aufweist, die so angeordnet ist, dass sie einen Abfluss des Druckfluids, das verwendet wird, um den Einfluss auf die Temperatur auszuüben, in einen Hauptstromkanal (31) in der Turbine (3) ermöglicht.
  4. Gasturbinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsglied (18) einen Achsenabschnitt (20) aufweist, der koaxial zu dem Turbinerrotor (12) ist.
  5. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 4, dadurch kennzeichnet, dass der Kanal (26) sich durch den Achsenabschnitt von dessen äußerem Umfang und axial in dem Achsenabschnitt (20) zu dem Raum (25) erstreckt.
  6. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (26) wenigstens eine radiale Öffnung (23), die sich von dem äußeren Umfang des Achsenabschnitts (20) in den Bereich des Zentrums des Achsenabschnitts erstreckt, sowie wenigstens eine axiale Öffnung (24) aufweist, die mit der radialen Öffnung (23) verbunden ist und an dem Raum (25) endet.
  7. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (26) eine Vielzahl von im Wesentlichen radialen Öffnungen (23), die sich von dem äußeren Umfang des Achsenabschnitts (20) zu dessen Zentrum erstrecken, sowie wenigstens eine axiale Öffnung (24) aufweist, die mit den radialen Öffnungen (23) verbunden ist und an einem Ende an dem Raum (25) endet.
  8. Gasturbinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsglied (18) eine Druckkammer (21) aufweist, die eine Öffnung (22) aufweist, um das Druckfluid in diese zu leiten.
  9. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss der Temperatur eine Kühlung ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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