Gasturbine

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine.

Der grundsätzliche Aufbau einer Gasturbine, wie zum Beispiel einer Industriegasturbine, ist dem hier angesprochenen Fachmann grundsätzlich bekannt. So verfügt eine Gasturbine als wesentliche Baugruppen über einen Verdichter, über einen mindestens eine Brennkammer aufweisenden Brenner sowie über eine Turbine. Im Verdichter wird ein Luftstrom verdichtet, wobei der in dem Verdichter verdichtete Luftstrom der oder jeder Brennkammer der Gasturbine zuführbar ist. In der oder jeder Brennkammer der Gasturbine wird in Anwesenheit der verdichteten Luft ein Brennstoff verbrannt, wodurch die Luft erhitzt wird. Die erhitzte Luft ist ausgehend von der oder jeder Brennkammer der Turbine der Gasturbine zuführbar, wobei in der Turbine die erhitzte Luft entspannt wird. Die Arbeitsleistung einer solchen Gasturbine ergibt sich dann aus der Differenz der von der Turbine abgegebenen und der vom Verdichter aufgenommenen Leistung. Diese Differenz entsteht durch den Energieeintrag in der oder jeder Brennkammer des Brenners.

Wie bereits ausgeführt, ist die erhitzte Luft ausgehend von der jeweiligen Brennkammer der Turbine zuführbar, und zwar über ein jeweiliges Zwischenstück, welches auch als Übergangsstück bezeichnet wird. Dann, wenn die Gasturbine mehrere Brennkammern umfasst, ist ausgehend von jeder Brennkammer über jeweils ein Zwischenstück die Luft der Turbine zuführbar. Das jeweilige Zwischenstück ist mit einem stromabwärtigen Ende an einem Leitschaufelträger der Turbine befestigt. Dabei erstreckt sich mindestens eine Befestigungsschraube in Radialrichtung des Zwischenstücks durch eine entsprechende Bohrung des Leitschaufelträgers sowie eine entsprechende Bohrung des Zwischenstücks.

Die Zwischenstücke bzw. Übergangsstücke, die der Strömungsführung ausgehend von der jeweiligen Brennkammer in Richtung auf die Turbine der Gasturbine dienen, unterliegen im Betrieb extremen Belastungen aus Temperatur, Druck und Vibration. Dies hat zur Folge, dass die Zwischenstücke bzw. Übergangsstücke meist eine Lebensdauer aufweisen, die kürzer ist als die Lebensdauer der restlichen Komponenten der Gasturbine. Daher ist es erforderlich, die Zwischenstücke bzw. Übergangsstücke zu ersetzen. Dies bereitet bei aus der Praxis bekannten Gasturbinen Schwierigkeiten, nämlich dergestalt, dass die Zwischenstücke bzw. Übergangsstücke nicht ohne große Montagearbeiten am Rest der Gasturbine ausgetauscht werden können.

Es besteht daher Bedarf an einer Gasturbine, bei welcher Übergangsstücke bzw. Zwischenstücke, die der Strömungsführung der erhitzten Luft ausgehend von der jeweiligen Brennkammer in Richtung auf die Turbine dienen, mit geringerem Montageaufwand ersetzt werden können.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Gasturbine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Gasturbine nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist das jeweilige Zwischenstück an dem stromabwärtigen Ende mindestens ein Befestigungselement mit mindestens einer ein Innengewinde aufweisen Bohrung auf. Das jeweilige Befestigungselement des jeweiligen Zwischenstücks ragt in eine jeweilige Ausnehmung des Leitschaufelträgers der Turbine hinein, wobei der Leitschaufelträger mindestens ein gewindelose Durchgangsnut aufweist, die an einem dem jeweiligen Zwischenstück zugewandten Abschnitt axial offen ausgebildet ist. Das jeweilige Befestigungselement des jeweiligen Zwischenstücks ist über ein jeweiliges Halteelement mit mindestens einer gewindelosen Durchgangsbohrung und mindestens einer die jeweilige Durchgangsbohrung des Halteelements, die jeweilige Durchgangsnut des Leitschaufelträgers und die jeweilige Gewindebohrung des jeweiligen Befestigungselement durchdringende Befestigungsschraube am Leitschaufelträger montiert.

Die obige Ausführung der Gasturbine, nämlich die Befestigung des jeweiligen Zwischenstücks an dem Leitschaufelträger der Turbine über das jeweilige Befestigungselement und das jeweilige Halteelement und die oder jede Befestigungsschraube, welche die jeweilige gewindelose Durchgangsbohrung des jeweiligen Halteelements, die jeweilige gewindelose Durchgangsnut des Leitschaufelträgers und die jeweilige Gewindebohrung des jeweilige Befestigungselements durchdringt, erlaubt einen Austausch des jeweiligen Zwischenstücks bei geringem Montageaufwand.

Durch z.B. einfaches Durchtrennen der jeweiligen Befestigungsschraube an einem gegenüber dem jeweiligen Halteelement vorstehenden Abschnitt kann das jeweilige Halteelement selbst bei klemmender Befestigungsschraube entfernt und das jeweilige Befestigungselement in Axialrichtung vom Leitschaufelträger entfernt werden. Ein Austausch von Zwischenstücken bzw. Übergangsstücken kann ohne weitere Zerlegung der Gasturbine erfolgen.

Vorzugsweise hintergreift das jeweilige Halteelement das jeweilige Befestigungselement und den Leitschaufelträger in Axialrichtung des jeweiligen Zwischenstücks bzw. des Leitschaufelträgers. Dies erlaubt eine besonders vorteilhafte Befestigung des jeweiligen Zwischenstücks am Leitschaufelträger.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung greift das jeweilige Befestigungselement am jeweiligen Zwischenstück, insbesondere an einem nockenartigen, sich in Radialrichtung des jeweiligen Zwischenstücks erstreckenden Vorsprung des jeweiligen Zwischenstücks um eine Drehachse kippbar gelenkig an. Vorzugsweise erstreckt sich die jeweilige Drehachse tangential zur Umfangrichtung des jeweiligen Zwischenstücks. Hiermit ist eine besonders vorteilhafte Befestigung des jeweiligen Zwischenstücks am Leitschaufelträger möglich. Die kippbare Anbindung des jeweiligen Befestigungselements am jeweiligen Zwischenstück ist hierbei von besonderem Vorteil.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung weist ein Brennkammergehäuse, welches für das aufzunehmende Flammrohr der jeweiligen Brennkammer jeweils eine Ausnehmung aufweist, eine Abmessung auf, sodass über dieselbe das jeweilige Zwischenstück an der Turbine montierbar und von der Turbine demontierbar ist. Hierdurch kann das jeweilige Zwischenstück in Axialrichtung einfach von der Gasturbine entfernt werden, ohne dass eine weitere Zerlegung an der Gasturbine erfolgen muss.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 eine Gasturbine im Querschnitt;

2 eine perspektivische Ansicht eines Details der Gasturbine der 1;

3 das Detail der Gasturbine der 2 mit demontiertem Halteelement;

4 eine Draufsicht auf 3; und

5 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Details der Gasturbine der 1.

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Gasturbine 10 im Bereich eines Verdichters 11, einer Turbine 12 und einem mindestens eine Brennkammer aufweisenden, zwischen den Verdichter 11 und die Turbine 12 geschalteten Brenner 13. Von dem Verdichter 11 sind ein statorseitiges Gehäuse 14 und eine rotorseitige Welle 15 mit mehreren Verdichterstufen gezeigt. Von der Turbine 12 sind ein statorseitiges Gehäuse 16 und eine rotorseitige Welle 17 mit mehreren Turbinenstufen gezeigt. Die rotorseitige Welle 15 des Verdichters 11 und die rotorseitige Welle 17 der Turbine 12 sind miteinander gekoppelt.

Von dem Brenner 13 ist ein Brennergehäuse 18 gezeigt, welches zwischen das statorseitige Gehäuse 14 des Verdichters 11 und das statorseitige Gehäuse 16 der Turbine 12 geschaltet ist. Vorzugsweise weist das Brennergehäuse 18 mehrere Ausnehmungen 19 auf, wobei jede Ausnehmung 19 der Aufnahme jeweils mindestens eines Flammrohrs 20 einer jeweiligen Brennkammer 21 dient. Über den Umfang des Brennergehäuses 18 sind diese Ausnehmungen 19 zur Aufnahme der Flammrohre 20 vorzugsweise in Umfangsrichtung gesehen gleichverteilt angeordnet.

Der Verdichter 11 dient der Verdichtung eines Luftstroms. Der verdichtete Luftstrom verlässt den Verdichter 11 über einen Diffusor 22 und gelangt über den Diffusor 22 in einen ringförmigen Strömungskanal 23, der vom Brennergehäuse 18 bereitgestellt wird.

Ausgehend von diesem ringartigen Strömungskanal 23 des Brennergehäuses 18 gelangt die verdichtete Luft in den Bereich jeder Brennkammer 21 und damit in den Bereich jedes Flammrohrs 20, wobei im Bereich der jeweiligen Brennkammer 21 ein Kraftstoff verbrannt wird und hierbei die Luft erhitzt wird.

Die erhitzte Luft wird ausgehend von der jeweiligen Brennkammer 21 der Turbine 12 zugeführt, wobei hierzu Zwischenstücke 24 dienen. Ausgehend von jeder Brennkammer 21 kann die erhitzte Luft über jeweils ein Zwischenstück 24 der Turbine 12 der Gasturbine 10 zugeführt werden.

2 und 3 zeigen perspektivische Detailansichten eines Zwischenstücks 24, über welches ausgehend von einer Brennkammer 21 erhitzte Luft der Turbine 12 zugeführt werden kann, wobei das in 2 und 3 gezeigte Zwischenstück 24 an einem stromabwärtigen Ende 25 mit einem Leitschaufelträger 26 der Turbine 12 verbunden ist. Die hier vorliegende Erfindung betrifft Details der Verbindung eines solchen Zwischenstücks 24 mit dem Leitschaufelträger 26 der Turbine 12.

Das in 2 und 3 gezeigte Zwischenstück 24 ist mit seinem stromabwärtigen Ende 25 über mindestens ein Befestigungselement 27 am Leitschaufelträger 26 der Turbine 12 befestigt, wobei das jeweilige Befestigungselement 27 mindestens eine Bohrung 28 mit einem Innengewinde aufweist. 4 kann entnommen werden, dass am gezeigten Befestigungselement 27 zwei derartige Gewindebohrungen 28 mit Innengewinde ausgebildet sind.

Das jeweilige Befestigungselement 27 des in 2 und 3 gezeigten Zwischenstücks 24 ragt in Axialrichtung in eine jeweilige Ausnehmung 29 des Leitschaufelträgers 26 der Turbine 12 hinein, wobei die jeweilige Ausnehmung 29 in Axialrichtung offen und dem jeweiligen Zwischenstück 24 zugewandt ist. Der Leitschaufelträger 26 weist mindestens eine gewindelose Durchgangsnut 30 aufweist, die an einem dem Zwischenstück 24 zugewandten Abschnitt axial offen ausgebildet ist. 4 kann entnommen werden, dass für das jeweilige Befestigungselement 27 am Leitschaufelträger 26 zwei derartige gewindelose, sich in Axialrichtung erstreckende Durchgangsnuten 30 ausgebildet sind.

Mit dem jeweiligen Befestigungselement 27 und dem Leitschaufelträger 26 wirkt zur Befestigung des in 2 und 3 gezeigten Zwischenstücks 24 am Leitschaufelträger 26 ein jeweiliges Halteelement 31 zusammen, welches mindestens eine gewindelose Durchgangsbohrung aufweist. Jede dieser gewindelosen Durchgangsbohrungen des jeweiligen Halteelements 31 dient der Aufnahme und Führung jeweils einer Befestigungsschraube 32. Die jeweilige Befestigungsschraube 32 durchdringt dabei die jeweilige gewindelose Durchgangsbohrung des Halteelements 31, die jeweilige gewindelose Durchgangsnut 30 des Leitschaufelträgers 26 und die jeweilige Gewindebohrung 28 des Befestigungselements 26. 2 kann entnommen werden, dass das jeweilige Halteelement 31 das jeweilige Befestigungselement 27 und den Leitschaufelträger 26 in Axialrichtung gesehen abschnittsweise hintergreift bzw. umgreift.

Die Fixierung des jeweiligen Zwischenstücks 24 am Leitschaufelträger 26 der Turbine 12 erfolgt demnach durch das Zusammenspiel mindestens eines Befestigungselements 27 und eines entsprechenden Halteelements 31 mit mindestens einer Befestigungsschraube 32. Die oder jede Befestigungsschraube 32 erzeugt dabei eine Kraft zwischen dem jeweiligen Befestigungselement 27 und dem Leitschaufelträger 26, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung entsteht. Ferner fixieren die Befestigungsschrauben 31 und das jeweilige Halteelement 31 das jeweilige Befestigungselement 27 über eine formschlüssige Verbindung.

Die jeweilige Gewindebohrung 28 des jeweiligen Befestigungselements 27, die jeweilige Durchgangsnut 30 des Leitschaufelträgers 26 sowie die jeweilige gewindelose Durchgangsbohrung des jeweiligen Halteelements 31 fluchten in Radialrichtung gesehen, wobei das jeweilige Befestigungselement 27 in Radialrichtung gesehen zwischen einem radial inneren Abschnitt des Zwischenstücks 24 und dem radial äußeren Halteelement 31 positioniert ist.

Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Leitschaufelträger 26 geteilt ausgeführt, wobei derselbe ein dem jeweiligen Zwischenstück 24 zugewandtes erstes Teil 34 und ein vom jeweiligen Zwischenstück 24 abgewandtes zweites Teil 33 aufweist. Dabei ist die Ausnehmung 29 des Leitschaufelträgers 26 an dem dem Zwischenstück 24 zugewandten Teil 34 des Leitschaufelträgers 26 ausgebildet. Ebenso sind die gewindelosen Durchgangsnuten 30 an diesem Teil 34 des Leitschaufelträgers 26 ausgebildet.

Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung greift das jeweilige Befestigungselement 27 am Zwischenstück 24 um eine Drehachse 35 kippbar gelenkig an, wobei sich diese Drehachse 35 tangential zur Umfangsrichtung des jeweiligen Zwischenstücks 24 erstreckt. Das jeweilige Befestigungselement 27 greift über die jeweilige Drehachse 35 an einem nockenartigen, sich in Radialrichtung erstreckenden Vorsprung 36 des Zwischenstücks 24 an, wobei dieser Vorsprung 36 mit einer Axialfläche an einer Axialfläche des Leitschaufelträgers 26 anliegt.

Das jeweilige Befestigungselement 27 ragt in die jeweilige Ausnehmung 29 des Leitschaufelträgers 26 in Axialrichtung abschnittsweise hinein, wobei eine Einführtiefe des jeweiligen Befestigungselements 27 in diese Ausnehmung 29 des Leitschaufelträgers 26 durch einen radial äußeren Vorsprung 37 des Befestigungselements 27 begrenzt ist. Wie am besten 2 entnommen werden kann, umgreift bzw. hintergreift das jeweilige Halteelement 31 diesen Vorsprung 37 des Befestigungselements 27 in Axialrichtung an einer Seite.

Wie am besten 2 und 3 entnommen werden kann, bilden die beiden Teile 33 und 34 des Leitschaufelträgers 26 innenliegende Nuten aus, in welche Leitschaufeln mit entsprechenden Abschnitten 38 eingefädelt sind. Die Leitschaufeln 39 bilden einen Leitschaufelkranz dienen dabei der Strömungsführung der erhitzten Luft ausgehend vom Zwischenstück 24 in Richtung auf einen sich an den Leitschaufelkranz anschließenden Laufschaufelkranz der Turbine 12. Die Leitschaufeln 39 verfügen über Strömungseintrittskanten 40, Strömungsaustrittskanten 41 sowie über sich zwischen den Strömungseintrittskanten 40 und den Strömungsaustrittskanten 41 erstreckende, der Strömungsführung dienende Druckseiten sowie Saugseiten.

Zur Demontage eines Zwischenstücks 24 muss lediglich eine oder jede Befestigungsschraube 32 gelöst bzw. bei Klemmen derselben an einem radial außen gegenüber dem jeweiligen Halteelement 31 vorstehenden Abschnitt durchtrennt werden. Danach kann dann das entsprechende Halteelement 31 einfach demontiert werden. Anschließend kann dann das jeweilige Zwischenstück 24 in Axialrichtung vom Leitschaufelträger 26 entfernt werden, und zwar dadurch dass das jeweilige Befestigungselement 27 gegebenenfalls zusammen mit der oder jeder noch im Befestigungselement 27 steckenden, durchtrennten Befestigungsschraube 32 in Axialrichtung aus der jeweiligen Durchgangsnut 30 und Ausnehmung 29 im Leitschaufelträger 26 in Axialrichtung herausgezogen wird. Es ist nicht erforderlich, auf den Leitschaufelträger 26 der Turbine 12 zuzugreifen.

Ferner wird vorgeschlagen, die Ausnehmungen 19 des Brennergehäuses 18 derart auszugestalten, dass über dieselben die Zwischenstücke 24 montiert und demontiert werden können, woraus folgt, dass ein Innendurchmesser der Ausnehmungen 19 größer ist als ein Außendurchmesser der Zwischenstücke 24. Hierdurch kann dann einfach über die Ausnehmungen 19 im Brennkammergehäuse 18 ein verschlissenes Zwischenstück 24 entfernt und ein neues Zwischenstück 24 positioniert und am Leitschaufelträger 26 montiert werden.

Die obige Ausführung der Gasturbine 10, nämlich die Befestigung des jeweiligen Zwischenstücks 24 an dem Leitschaufelträger 26 der Turbine 12 über das jeweilige Befestigungselement 27 und das jeweilige Halteelement 31 und die oder jede Befestigungsschraube 32, welche die jeweilige gewindelose Durchgangsbohrung des jeweiligen Halteelements 31, die jeweilige gewindelose Durchgangsnut 30 des Leitschaufelträgers 26 und die jeweilige Gewindebohrung 28 des jeweilige Befestigungselements 27 durchdringt, erlaubt einen Austausch des jeweiligen Zwischenstücks 24 bei geringem Montageaufwand. Selbst dann, wenn die oder jede Befestigungsschraube 32 defekt sein sollte, kann das jeweilige Zwischenstück 24 vom Leitschaufelträger 26 der Turbine 12 in Axialrichtung in Richtung auf den Brenner 13 vom Leitschaufelträger 26 abgezogen und über die entsprechend dimensionierte Ausnehmung 19 des Brennergehäuses 18 entfernt werden, um in umgekehrter Richtung ein neues Zwischenstücks 24 an dem Leitschaufelträger 26 zu montieren. Die Befestigungsschrauben 32 sind mit ihren Außengewinden ausschließlich mit einem Befestigungselement 27 des jeweiligen Zwischenstücks 24 in Eingriff. Im Bereich des Leitschaufelträgers 26 durchdringen die Befestigungsschrauben 32 ausschließlich die axial offenen, gewindelosen Durchgangsnuten 30 und im Bereich des jeweiligen Haltelements 31 die gewindelosen Durchgangsbohrungen. Die Befestigungsschrauben 32 und Halteelement 31 sind über verschlossene Montageöffnungen des Brennergehäuses 18 zugänglich, 1 zeigt solchen Verschluss eine solchen Montageöffnung.

10

Gasturbine

11

Verdichter

12

Turbine

13

Brenner

14

Gehäuse

15

Welle

16

Gehäuse

17

Welle

18

Brennergehäuse

19

Ausnehmung

20

Flammrohr

21

Brennkammer

22

Diffusor

23

Strömungskanal

24

Zwischenstück

25

Ende

26

Leitschaufelträger

27

Befestigungselement

28

Gewindebohrung

29

Ausnehmung

30

Durchgangsnut

31

Halteelement

32

Befestigungsschraube

33

Teil

34

Teil

35

Drehachse

36

Vorsprung

37

Vorsprung

38

Abschnitt

39

Leitschaufel

40

Strömungseintrittskante

41

Strömungsaustrittskante

42

Verschluss