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WO2001065073A1 - Turbine installation - Google Patents

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WO2001065073A1
WO2001065073A1 PCT/EP2001/002094 EP0102094W WO0165073A1 WO 2001065073 A1 WO2001065073 A1 WO 2001065073A1 EP 0102094 W EP0102094 W EP 0102094W WO 0165073 A1 WO0165073 A1 WO 0165073A1
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WO
WIPO (PCT)
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sealing element
turbine system
turbine
plate elements
adjacent
Prior art date
Application number
PCT/EP2001/002094
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Tiemann
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to DE50106206T priority Critical patent/DE50106206D1/en
Priority to EP01927701A priority patent/EP1268981B1/en
Priority to US10/220,200 priority patent/US6702549B2/en
Priority to JP2001563750A priority patent/JP4637435B2/en
Publication of WO2001065073A1 publication Critical patent/WO2001065073A1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005Sealing means between non relatively rotating elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/002Wall structures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/205Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/232Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
    • F05D2260/2322Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M2900/00Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05005Sealing means between wall tiles or panels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00012Details of sealing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03044Impingement cooled combustion chamber walls or subassemblies

Definitions

  • the invention relates to a turbine system, in particular a gas turbine system.
  • a gas turbine system is understood in the following to mean a system which comprises a combustion chamber and a turbine which is referred to as the gas turbine and is arranged downstream of the combustion chamber.
  • a fuel gas is burned in a gas space, and the hot gas generated is fed to the turbine and flows through it.
  • the flow path of the hot gas through the turbine is also referred to below as the gas space.
  • the turbine has fixed guide vanes, which extend radially from the outside in the gas space, as well as rotor blades attached to a shaft called a rotor, which extend radially outward from the rotor. When viewed in the longitudinal direction of the turbine, the guide vanes and the rotor blades engage with one another in a tooth-like manner.
  • the turbine generally has several turbine stages, with a guide vane ring being arranged in each stage, i.e. several of the guide blades are arranged next to one another in the circumferential direction of the turbine.
  • the individual guide vane rings are arranged one after the other in the axial direction.
  • the gas space is usually clad with plate elements. In the combustion chamber, these are tiles, and in the turbine, the plate elements are formed by so-called base plates of the individual guide vanes.
  • the gas area of the combustion chamber and the turbine should be as tight as possible. Therefore, low leakage losses between the individual plate elements are aimed for. In particular, leakage losses between two turbine stages are to be prevented.
  • Due to the large temperature ranges in the gas space there is the problem that a seal expands the must take up and bridge individual plate elements without significantly affecting the seal. This problem is exacerbated by the fact that both the tiles and the base plates of the guide vane are not fastened at their edge regions to adjacent plate elements, so that the plate edges are more or less free and are subject to bending due to thermal expansion. For example, the tiles are usually fastened in the middle and bend approximately spherically when subjected to thermal stress. A seal must therefore - both because of the conical design of the combustion chamber and the turbine in the axial direction - permit both axial and radial mobility.
  • the base plates are provided with a groove on their end face, a sealing plate being inserted into the grooves of two base plates of guide blades from adjacent turbine stages.
  • the end grooves the axial-radial mobility of the foot plates is achieved in that the grooves have sloping side walls.
  • Such grooves are, however, very expensive to manufacture.
  • such a seal is relatively leaky, since a differently rapid thermal expansion behavior of the foot plates and the so-called turbine guide vane carrier to which they are attached must be taken into account.
  • the turbine guide vane carrier When the turbine starts up, the foot plates expand faster, so that a leakage gap between the foot plates is initially closed. The leakage gap opens again when the turbine guide vane carrier has expanded according to the temperature.
  • the invention has for its object to enable a seal that overcomes the disadvantages described.
  • the object is achieved according to the invention by a turbine system, in particular a gas turbine system, with a gas space which is delimited on the outside by adjacent plate elements, a sealing element being assigned to each other adjacent plate elements and connecting them together in a clamp-like manner on their rear sides facing away from the gas space ,
  • the main advantage is the clamp-like design of the sealing element.
  • the sealing element therefore spans the two plate elements. In the case of thermal expansion, the sealing element follows the plate elements without leaving a gap. The sealing by the sealing element is therefore largely unaffected by thermal expansion.
  • the sealing element preferably enables the plate elements to be movable both in the axial and in the radial direction.
  • the sealing element is therefore particularly elastic, both in the axial and in the radial direction.
  • the axial direction here means an extension in the longitudinal direction of the turbine system and the radial direction is an extension perpendicular to the longitudinal axis.
  • the sealing element preferably has two legs, each of which engages in a groove of adjacent plate elements. This enables the sealing elements to be fastened in a manner that is simple to manufacture.
  • the groove preferably extends essentially radially from the rear side of the respective plate element.
  • the legs therefore protrude radially outward from the grooves. This configuration of the groove enables simple
  • the sealing element is preferably constructed in several parts.
  • the legs of the multi-part sealing element preferably overlap over a common circumferential length. This circumferential length is dimensioned sufficiently large to largely avoid leakages.
  • the sealing element is U-shaped, which is easy to implement both in terms of production technology and assembly technology.
  • the sealing element has a corrugated structure in the manner of a bellows for absorbing expansions.
  • the sealing element expediently has this corrugated structure in several directions, so that it can absorb strains in different directions.
  • the sealing element has a double S-shape.
  • the sealing element is arranged between adjacent tiles of a combustion chamber. This ensures a secure seal between the tiles, even if they bend spherically due to the thermal load.
  • the sealing element is arranged between the base plates of adjacent guide blades of a turbine, in particular between the Base plates of guide blades of neighboring turbine stages.
  • the individual base plates are therefore connected to one another in the axial or longitudinal direction of the turbine via clamp-like sealing elements.
  • the clamp-like sealing element described is preferably for the sealing in the axial direction and another for the sealing in the circumferential direction Sealing element provided.
  • differently designed sealing elements are used, in particular for assembly reasons.
  • the further sealing element preferably has a receiving area into which the plate elements extend.
  • the sealing element is H-shaped in cross section.
  • FIG. 1 shows a turbine system with a combustion chamber and turbine
  • FIG. 3 different conventional sealing variants
  • FIG. 4 the sealing variant according to the invention
  • FIG. 5-7 different variants of a sealing element
  • FIG. 8 shows a seal provided in particular for plate elements arranged next to one another in the longitudinal direction.
  • a turbine system 2 in particular a gas turbine system of a turbine set for a power plant for energy generation, comprises a combustion chamber 4 and a turbine 6, which is arranged in the longitudinal or axial direction 8 of the turbine system 2 after the combustion chamber 4. Both the combustion chamber 4 and the turbine 6 are shown cut open in a partial area. This allows a view into the gas space 10 of the combustion chamber 4 and into the gas space 12 of the turbine 6.
  • the combustion chamber 4 is supplied with a fuel gas BG via a gas supply 14, which is burned in the gas space 10 of the combustion chamber 4 and forms a hot gas HG.
  • the gas space 10 is lined with a large number of tiles 13 designed as plate elements.
  • the hot gas HG flows through the turbine 6 and leaves it as a cold gas KG via a gas discharge line 16.
  • the hot gas HG is guided in the turbine 6 via guide vanes 18 and rotor blades 20.
  • a shaft 22 is driven on which the moving blades 20 are arranged.
  • the shaft 22 is connected to a generator 24.
  • the blades 20 extend radially outward from the shaft 22.
  • the guide vanes 18 have a base plate 32 and an attached blade 21.
  • the guide vanes 18 are each fastened via their base plates 32 on the outside of the turbine 6 to a so-called guide vane carrier 26 and extend radially into the gas space 12. Seen in the longitudinal direction 8, the guide vanes 18 and the rotor blades 20 engage in a tooth-like manner.
  • Several of the moving blades 20 and the guide blades 18 are each combined to form a ring, each guide blade ring representing a turbine stage.
  • the second turbine stage 28 and the third turbine stage 30 are shown as examples.
  • the base plates 32 of the individual guide blades 18, like the tiles 13, are designed as plate elements which adjoin one another both in the axial direction 8 and in the circumferential direction 33 of the turbine 6 and limit the gas space 12.
  • the location marked with a circle in FIG. 1 is shown enlarged in FIGS. 2 to 4.
  • the seal described for these figures between two foot plates 32, which are arranged next to one another in particular in the longitudinal direction 8, can also be transferred analogously as a seal for the tiles 13 of the combustion chamber 4.
  • the sealing takes place without a special sealing element solely on the basis of an overlap of mutually adjacent foot plates 32.
  • the two foot plates 32 are designed step-like. With thermal stress and the associated expansion, the two foot plates 32 shift relative to one another in a movement superimposed in the longitudinal direction 8 and in the radial direction 36. As a result, the leakage gap 38 formed between the two foot plates 32 varies. The sealing effect therefore depends crucially on the expansion behavior of the foot plates 32.
  • the foot plates 32 according to FIGS. 2 to 4 each have a hooking on their rear side 39 facing away from the gas space 12. element 40, via which the foot plates 32 are held on the guide vane support 26 (see FIG. 1).
  • Each footplate 32 typically has two interlocking elements 40, which are designed differently and enable both mobility in the axial direction 8 and in the radial direction 36.
  • a further conventional sealing arrangement has a sealing plate 41 which is inserted into grooves 44 in the adjacent foot plates 32.
  • the grooves 44 are incorporated in the end faces 46 of the foot plates 32. They have an opening angle ⁇ of approximately 15 ° in order to enable the foot plates 32 to move in the radial direction 36.
  • a leakage gap 38 is formed between the sealing plate 41 and the foot plates 32, which varies with the expansion due to the thermal load. This variation is due, among other things, to the fact that the base plates 32 expand faster than the guide vane carrier 26 to which they are attached.
  • a U-shaped sealing element 42A with its two legs 52 is introduced into the grooves 44 and in particular fastened.
  • the attachment takes place, for example, by clamping action or also by welding.
  • the sealing element 42A is designed in particular as a sheet metal element. Its legs 52 essentially extend outward in the radial direction, so that the arch 54 connecting the two legs 52 is spaced apart from the rear side 39. This stretched out guidance enables an elastic behavior of the sealing element 42A, ie it follows the thermal expansions of the foot plates 32. The thermal mobility of the foot plates 32 is thus ensured by the flexible or stretchable sealing element 42A. The mobility is therefore independent of the special design of the grooves 44, so that they can be adapted to the legs 52 in a very precise manner. No or only a very small leakage gap 38 is therefore formed between the legs 52 and the grooves 44, which is independent of the thermal stress on the foot plates 32.
  • a sealing element 42B is formed from two separate legs 52, each of which has an arc 54 and overlaps over a circumferential length L.
  • the multi-part design of the sealing element 42B simplifies the assembly, since, for example, the individual legs 52 are simply attached to the corresponding grooves 44 of the respective base plates 32 before the guide vanes 18 are installed, and these are subsequently attached to the guide vane carrier 26.
  • the common circumferential length L is chosen to be as large as possible in order to keep the leakage gap 38 formed between them low for all temperature and operating states.
  • a sealing element 42D is provided with a corrugated structure 58, which replaces the simply designed arch 54 according to FIGS. 4 to 6.
  • This corrugated structure 58 preferably extends in several directions, in particular the two parallel to the foot plates 32.
  • the legs 52 can also be corrugated.
  • the sealing element 42D is thus designed in the manner of a bellows and enables even large thermal expansions to be absorbed in several directions without the leakage gap 38 being enlarged.
  • the sealing elements 42A to 42D preferably connect the base plates 32 of guide vane 18 of adjacent turbine stages 28, 30.
  • a further sealing element 60 is provided for guide vanes 18 of a guide vane ring which are adjacent to one another in the circumferential direction 33.
  • the further sealing element 60 is preferably H-shaped in cross section and has two longitudinal legs 62 which are connected to one another via a transverse leg 64. Between the two longitudinal legs 62, two receiving regions 65 are formed, separated from the transverse leg 64, into which the foot plates 32 extend. The side edges 66 of the foot plates 32 are bent outwards approximately vertically from the gas space 12 and nestle directly against the cross leg 64.
  • This configuration with the receiving areas 65 for the foot plates 32 advantageously enables a material thickness that is homogeneous over the entire foot plate 32, so that uniform cooling of the foot plate 32 is ensured and thermal stresses do not occur in the foot plate 32.
  • a closed cooling system 68 with steam as cooling medium is provided, which is shown in detail in FIG.
  • This closed cooling system 68 has an inflow channel 70 and one
  • the inflow duct 70 is formed between an outer baffle 74 and a baffle 76, which ches between baffle 74 and the base plate 32 is arranged.
  • the baffle plate 76 has flow openings 78 which are designed in the manner of nozzles, so that the cooling medium supplied via the inflow channel 70 passes into the return flow channel 72 along the arrows shown. Due to the nozzle-like mode of operation of the flow openings 78, the coolant is directed against the rear side 80 of the base plate 32 at high speed, so that an effective heat transfer between the coolant and the base plate 21 is realized.
  • the baffle plate 76 is supported against the base plate 32 and held at a distance via support elements 82, for example in the form of welding spots or welding webs.
  • the baffle plate 70 is attached directly to the side edge 66 of the foot plate 32, in particular welded on, and the baffle plate 68 is attached to the baffle plate 70.
  • a flow path 84 in the form of a leakage gap is formed between the further sealing element 60 and at least one of the base plates 32, so that, for example, air can flow from the gas space 12 away from the outer space 86 via the flow path 84 into the gas space 12 and thus the sealing area, i.e. the sealing element 60 and the side edges 66 cools.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The invention relates to a turbine installation (2), especially a gas turbine installation. In particular, the foot plates (32) of the guide blades (18) of adjacent turbine stages (28,30) are interconnected with a clip-type sealing element (42A to 42D) on their rear sides (48) facing away from the gas area (12). This provides a simple seal between adjacent foot plates (32) which is effective regardless of the thermal expansion of the foot plates (32). Said clip-type sealing element (42A to 42D) is also suitable for sealing the tiles (13) of a combustor (4) of the turbine installation (2) together.

Description

Beschreibungdescription
Turbinenanlageturbine plant
Die Erfindung betrifft eine Turbinenanlage, insbesondere eine Gasturbinenanlage .The invention relates to a turbine system, in particular a gas turbine system.
Unter einer Gasturbinenanlage wird im Folgenden eine Anlage verstanden, die eine Brennkammer und eine der Brennkammer nachgeordnete als Gasturbine bezeichnete Turbine umfasst. In der Brennkammer wird ein Brenngas in einem Gasraum verbrannt, und das dabei erzeugte Heißgas wird der Turbine zugeführt und durchströmt diese. Der Stromungsweg des Heißgases durch die Turbine wird im Folgenden ebenfalls als Gasraum bezeichnet. Die Turbine weist feststehende Leitschaufeln, die sich von außen radial m den Gasraum erstrecken, sowie auf einer als Laufer bezeichneten Welle angebrachte Laufschaufeln auf, die sich vom Laufer radial nach außen erstrecken. In Längsrichtung der Turbine betrachtet greifen die Leitschaufeln und die Laufschaufeln zahnartig ineinander ein. Die Turbine hat in der Regel mehrere Turbinenstufen, wobei in jeder Stufe ein Leitschaufelkranz angeordnet ist, d.h. mehrere der Leitschaufeln sind in Umfangsrichtung der Turbine nebeneinander angeordnet. Die einzelnen Leitschaufelkranze sind in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnet. Sowohl bei der Brennkammer als auch bei der Turbine ist der Gasraum üblicherweise mit Plattenelementen verkleidet. Bei der Brennkammer sind dies Kacheln, und bei der Turbine sind die Plattenelemente durch sogenannte Fußplatten der einzelnen Leitschaufeln ge- bildet.A gas turbine system is understood in the following to mean a system which comprises a combustion chamber and a turbine which is referred to as the gas turbine and is arranged downstream of the combustion chamber. In the combustion chamber, a fuel gas is burned in a gas space, and the hot gas generated is fed to the turbine and flows through it. The flow path of the hot gas through the turbine is also referred to below as the gas space. The turbine has fixed guide vanes, which extend radially from the outside in the gas space, as well as rotor blades attached to a shaft called a rotor, which extend radially outward from the rotor. When viewed in the longitudinal direction of the turbine, the guide vanes and the rotor blades engage with one another in a tooth-like manner. The turbine generally has several turbine stages, with a guide vane ring being arranged in each stage, i.e. several of the guide blades are arranged next to one another in the circumferential direction of the turbine. The individual guide vane rings are arranged one after the other in the axial direction. Both in the combustion chamber and in the turbine, the gas space is usually clad with plate elements. In the combustion chamber, these are tiles, and in the turbine, the plate elements are formed by so-called base plates of the individual guide vanes.
Der Gasbereich der Brennkammer sowie der Turbine soll möglichst dicht sein. Daher werden geringe Leckageverluste zwischen den einzelnen Plattenelementen angestrebt. Insbesondere sollen Leckageverluste zwischen zwei Turbinenstufen verhindert werden. Infolge der großen Temperaturspannen im Gasraum besteht das Problem, dass eine Abdichtung Dehnungen der ein- zelnen Plattenelemente aufnehmen und überbrücken muss, ohne dass die Abdichtung wesentlich beeinträchtigt wird. Verstärkt wird dieses Problem dadurch, dass sowohl die Kacheln als auch die Fußplatten der Leitschaufel nicht an ihren Randbereichen zu benachbarten Plattenelementen befestigt sind, so dass die Plattenränder mehr oder wenig frei sind und eine Biegung infolge einer thermischen Ausdehnung unterliegen. Die Kacheln sind beispielsweise in der Regel in ihrer Mitte befestigt und verbiegen sich bei thermischer Belastung etwa kugelförmig. Eine Abdichtung muss daher - auch wegen der in Axialrichtung konischen Ausbildung der Brennkammer und der Turbine - sowohl eine axiale als auch eine radiale Beweglichkeit zulassen.The gas area of the combustion chamber and the turbine should be as tight as possible. Therefore, low leakage losses between the individual plate elements are aimed for. In particular, leakage losses between two turbine stages are to be prevented. Due to the large temperature ranges in the gas space, there is the problem that a seal expands the must take up and bridge individual plate elements without significantly affecting the seal. This problem is exacerbated by the fact that both the tiles and the base plates of the guide vane are not fastened at their edge regions to adjacent plate elements, so that the plate edges are more or less free and are subject to bending due to thermal expansion. For example, the tiles are usually fastened in the middle and bend approximately spherically when subjected to thermal stress. A seal must therefore - both because of the conical design of the combustion chamber and the turbine in the axial direction - permit both axial and radial mobility.
Im Bereich der Turbine sind bei einer herkömmlichen Abdich- tung die Fußplatten mit einer Nut an ihrer Stirnseite versehen, wobei in die Nuten zweier Fußplatten von Leitschaufeln benachbarter Turbinenstufen ein Dichtblech eingelegt ist. Bei den stirnseitigen Nuten wird die axial-radiale Beweglichkeit der Fußplatten dadurch erzielt, dass die Nuten schräge Sei- tenwande aufweisen. Derartige Nuten sind allerdings herstellungstechnisch sehr aufwendig. Zudem ist eine derartige Dichtung relativ undicht, da ein unterschiedlich schnelles Warme- ausdehnungsverhalten der Fußplatten und des sogenannten Tur- binenleitschaufeltragers , an dem sie befestigt sind, zu be- rucksichtigen ist. Beim Anfahren der Turbine dehnen sich nämlich die Fußplatten schneller aus, so dass ein Leckagespalt zwischen den Fußplatten zunächst verschlossen wird. Der Leckagespalt öffnet sich wieder, wenn der Turbinenleitschaufel- trager sich der Temperatur entsprechend gedehnt hat.In the area of the turbine, in the case of a conventional seal, the base plates are provided with a groove on their end face, a sealing plate being inserted into the grooves of two base plates of guide blades from adjacent turbine stages. In the case of the end grooves, the axial-radial mobility of the foot plates is achieved in that the grooves have sloping side walls. Such grooves are, however, very expensive to manufacture. In addition, such a seal is relatively leaky, since a differently rapid thermal expansion behavior of the foot plates and the so-called turbine guide vane carrier to which they are attached must be taken into account. When the turbine starts up, the foot plates expand faster, so that a leakage gap between the foot plates is initially closed. The leakage gap opens again when the turbine guide vane carrier has expanded according to the temperature.
Bei den Kacheln in der Brennkammer tritt zusatzlich das Problem auf, dass aufgrund ihrer kugelförmigen Verbiegung ein solches Dichtblech unter Umstanden bis zum Versagen auf Scherung belastet wird.Another problem with the tiles in the combustion chamber is that, due to their spherical bending, such a sealing plate may be subjected to shear until failure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abdichtung zu ermöglichen, die die beschriebenen Nachteile überwindet. Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Turbinenanlage, insbesondere Gasturbinenanlage, mit einem Gasraum, der nach außen über aneinander angrenzende Plattenelemente begrenzt ist, wobei jeweils ein Dichtelement einander benach- harten Plattenelementen zugeordnet ist und diese an ihren dem Gasraum abgewandten Ruckseiten klammerartig miteinander verbindet .The invention has for its object to enable a seal that overcomes the disadvantages described. The object is achieved according to the invention by a turbine system, in particular a gas turbine system, with a gas space which is delimited on the outside by adjacent plate elements, a sealing element being assigned to each other adjacent plate elements and connecting them together in a clamp-like manner on their rear sides facing away from the gas space ,
Der wesentliche Vorteil ist hierbei in der klammerartigen Ausgestaltung des Dichtelements zu sehen. Das Dichtelement überspannt also die beiden Plattenelemente. Bei thermischen Dehnungen folgt das Dichtelement den Plattenelementen ohne einen Spalt freizugeben. Die Abdichtung durch das Dichtelement ist daher von thermischen Dehnungen weitgehend unbeein- flusst.The main advantage is the clamp-like design of the sealing element. The sealing element therefore spans the two plate elements. In the case of thermal expansion, the sealing element follows the plate elements without leaving a gap. The sealing by the sealing element is therefore largely unaffected by thermal expansion.
Um eine möglichst gute Abdichtung auch bei allseitigen thermischen Dehnungen zu gewahrleisten, ermöglicht das Dichtelement vorzugsweise eine Beweglichkeit der Plattenelemente so- wohl in axialer als auch in radialer Richtung. Das Dichtelement ist daher sowohl in axialer als auch in radialer Richtung insbesondere elastisch ausgebildet. Unter axialer Richtung wird hierbei eine Ausdehnung in Längsrichtung der Turbinenanlage und unter radialer Richtung eine Ausdehnung senk- recht zu der Langsachse verstanden.In order to ensure the best possible seal even with thermal expansions on all sides, the sealing element preferably enables the plate elements to be movable both in the axial and in the radial direction. The sealing element is therefore particularly elastic, both in the axial and in the radial direction. The axial direction here means an extension in the longitudinal direction of the turbine system and the radial direction is an extension perpendicular to the longitudinal axis.
Vorzugsweise weist das Dichtelement zwei Schenkel auf, die jeweils in eine Nut von einander benachbarten Plattenelementen greifen. Dadurch ist eine herstellungstechnisch einfach zu verwirklichende Befestigung der Dichtelemente ermöglicht.The sealing element preferably has two legs, each of which engages in a groove of adjacent plate elements. This enables the sealing elements to be fastened in a manner that is simple to manufacture.
Vorzugsweise erstreckt sich die Nut von der Ruckseite des jeweiligen Plattenelements in dieses im Wesentlichen radial hinein. Die Schenkel ragen also radial nach außen aus den Nu- ten. Diese Ausgestaltung der Nut ermöglicht eine einfacheThe groove preferably extends essentially radially from the rear side of the respective plate element. The legs therefore protrude radially outward from the grooves. This configuration of the groove enables simple
Herstellung und insbesondere eine hohe Genauigkeit beispielsweise durch Schleifen oder Erodieren. Der Vorteil der Anord- nung auf der Ruckseite ist darin zu sehen, dass die Nut im Hinblick auf das Problem der thermischen Dehnungen keine spezielle Form aufweisen muss. Nut und Dichtelement können daher sehr genau aufeinander angepasst werden, so dass sehr geringe Leckagespalte erzielt werden.Production and in particular high accuracy, for example by grinding or eroding. The advantage of arranging On the back, one can see that the groove does not have to have a special shape with regard to the problem of thermal expansion. The groove and sealing element can therefore be matched to one another very precisely, so that very small leakage gaps are achieved.
Um bei der Montage der Plattenelemente in der Turbinenanlage ein einfaches Vorgehen zu ermöglichen, ist das Dichtelement bevorzugt mehrteilig aufgebaut.In order to enable a simple procedure when assembling the plate elements in the turbine system, the sealing element is preferably constructed in several parts.
Dabei überlappen sich vorzugsweise die Schenkel des mehrteiligen Dichtelements über eine gemeinsame Umfangslange . Diese Umfangslange ist dabei ausreichend groß bemessen, um Leckagen weitgehend zu vermeiden.The legs of the multi-part sealing element preferably overlap over a common circumferential length. This circumferential length is dimensioned sufficiently large to largely avoid leakages.
In einer bevorzugten Ausfuhrung ist das Dichtelement U-formig ausgebildet, was sowohl herstellungstechnisch als auch montagetechnisch einfach zu verwirklichen ist.In a preferred embodiment, the sealing element is U-shaped, which is easy to implement both in terms of production technology and assembly technology.
Um eine hohe Dehnbarkeit des Dichtelements zu erzielen, weist dieses zur Aufnahme von Dehnungen eine gewellte Struktur nach Art eines Faltenbalgs auf.In order to achieve a high degree of extensibility, the sealing element has a corrugated structure in the manner of a bellows for absorbing expansions.
Zweckdienlicherweise weist das Dichtelement diese gewellte Struktur in mehreren Richtungen auf, so dass es Dehnungen in unterschiedliche Richtungen aufnehmen kann. Insbesondere ist das Dichtelement doppelt S-formig ausgestaltet.The sealing element expediently has this corrugated structure in several directions, so that it can absorb strains in different directions. In particular, the sealing element has a double S-shape.
In einer bevorzugten Ausfuhrung ist das Dichtelement zwischen benachbarten Kacheln einer Brennkammer angeordnet. Damit wird eine sichere Abdichtung zwischen den Kacheln erreicht, selbst wenn diese sich aufgrund der thermischen Belastung kugelförmig biegen.In a preferred embodiment, the sealing element is arranged between adjacent tiles of a combustion chamber. This ensures a secure seal between the tiles, even if they bend spherically due to the thermal load.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrung ist das Dichtelement zwischen den Fußplatten benachbarter Leitschaufeln einer Turbine angeordnet, und zwar insbesondere zwischen den Fußplatten von Leiterschaufeln benachbarter Turbinenstufen. Die einzelnen Fußplatten sind demnach in Axial- oder Längsrichtung der Turbine über klammerartige Dichtelemente miteinander verbunden.According to a particularly preferred embodiment, the sealing element is arranged between the base plates of adjacent guide blades of a turbine, in particular between the Base plates of guide blades of neighboring turbine stages. The individual base plates are therefore connected to one another in the axial or longitudinal direction of the turbine via clamp-like sealing elements.
Um eine einfache Montage der Plattenelemente, insbesondere der Fußplatten, und zugleich eine gute Abdichtung der Plattenelemente sowohl in Umfangsrichtung als auch in Axialrichtung zwischen benachbarten Turbinenstufen zu erreichen, ist vorzugsweise für die Abdichtung in Axialrichtung das beschriebene klammerartige Dichtelement und für die Abdichtung in Umfangsrichtung ein weiteres Dichtelement vorgesehen. In Abhängigkeit der Richtung werden also insbesondere aus montagetechnischen Gründen unterschiedlich ausgebildete Dichtele- mente eingesetzt.In order to achieve simple assembly of the plate elements, in particular the base plates, and at the same time a good sealing of the plate elements both in the circumferential direction and in the axial direction between adjacent turbine stages, the clamp-like sealing element described is preferably for the sealing in the axial direction and another for the sealing in the circumferential direction Sealing element provided. Depending on the direction, differently designed sealing elements are used, in particular for assembly reasons.
Das weitere Dichtelement weist dabei vorzugsweise einen Aufnahmebereich auf, in den sich die Plattenelemente hineinerstrecken. Insbesondere ist das Dichtelement im Querschnitt gesehen H-formig ausgebildet. Die grundlegende Idee dieserThe further sealing element preferably has a receiving area into which the plate elements extend. In particular, the sealing element is H-shaped in cross section. The basic idea of this
Ausgestaltung ist in der Umkehrung eines herkömmlichen Dichtprinzips zu sehen, bei dem ein Dichtblech in entsprechende stirnseitige Nuten der Fußplatten eingebracht wird. Dies erfordert nämlich in der Regel eine Verstärkung des Randes der Fußplatten im Nutbereich. Dies ist für eine gute Kühlung der Fußplatten problematisch, da aufgrund der unterschiedlichen Materialstarken eine gleichmaßige Kühlung nur schwer zu verwirklichen ist und Warmespannungen auftreten können. In Umkehrung dieses Dichtprinzips wird nunmehr nicht das Dicht- blech in die Fußplatten eingelegt, sondern die Fußplatten werden in das Dichtelement eingebracht. Damit entfallt die Notwendigkeit einer Verstärkung des Randbereichs der Fußplatte. Die Kuhlbarkeit ist somit vereinfacht und die Fußplatte wird in allen Bereichen homogen gekühlt, so dass keine thermischen Spannungen auftreten. Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen jeweils in grob vereinfachter Darstellung:Design can be seen in the reversal of a conventional sealing principle, in which a sealing plate is introduced into corresponding end grooves of the foot plates. This usually requires reinforcing the edge of the foot plates in the groove area. This is problematic for good cooling of the footplates, since uniform cooling is difficult to achieve due to the different material thicknesses and thermal stresses can occur. In reverse of this sealing principle, the sealing plate is now not inserted into the base plates, but the base plates are inserted into the sealing element. This eliminates the need to reinforce the edge area of the footplate. Coolability is thus simplified and the base plate is cooled homogeneously in all areas, so that no thermal stresses occur. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Each shows in a roughly simplified representation:
FIG 1 eine Turbinenanlage mit Brennkammer und Turbine, FIG 2 u. 3 unterschiedliche herkömmliche Dichtungsvarianten, FIG 4 die erfindungsgemaße Dichtungsvariante, FIG 5-7 unterschiedliche Varianten eines Dichtungsele- ments, und1 shows a turbine system with a combustion chamber and turbine, FIG. 3 different conventional sealing variants, FIG. 4 the sealing variant according to the invention, FIG. 5-7 different variants of a sealing element, and
FIG 8 eine insbesondere für in Um angsrichtung nebeneinander angeordneten Plattenelementen vorgesehene Abdichtung.8 shows a seal provided in particular for plate elements arranged next to one another in the longitudinal direction.
Gemäß FIG 1 umfasst eine Turbinenanlage 2, insbesondere eine Gasturbinenanlage eines Turbosatzes für ein Kraftwerk zur Energieerzeugung, eine Brennkammer 4 und eine Turbine 6, die in Längs- oder Axialrichtung 8 der Turbinenanlage 2 nach der Brennkammmer 4 angeordnet ist. Sowohl die Brennkammer 4 als auch die Turbine 6 sind in einem Teilbereich aufgeschnitten dargestellt. Damit ist ein Blick in den Gasraum 10 der Brennkammer 4 und in den Gasraum 12 der Turbine 6 ermöglicht.According to FIG. 1, a turbine system 2, in particular a gas turbine system of a turbine set for a power plant for energy generation, comprises a combustion chamber 4 and a turbine 6, which is arranged in the longitudinal or axial direction 8 of the turbine system 2 after the combustion chamber 4. Both the combustion chamber 4 and the turbine 6 are shown cut open in a partial area. This allows a view into the gas space 10 of the combustion chamber 4 and into the gas space 12 of the turbine 6.
Im Betrieb wird der Brennkammer 4 über eine Gaszufuhrung 14 ein Brenngas BG zugeführt, welches im Gasraum 10 der Brennkammer 4 verbrannt wird und ein Heißgas HG bildet. Der Gasraum 10 ist mit einer Vielzahl von als Plattenelemente ausgebildete Kacheln 13 ausgekleidet. Das Heißgas HG strömt durch die Turbine 6 und verlasst diese als Kaltgas KG über eine Gasableitung 16. Das Heißgas HG wird in der Turbine 6 über Leitschaufeln 18 sowie Laufschaufeln 20 gefuhrt. Dabei wird eine Welle 22 angetrieben, auf der die Laufschaufeln 20 angeordnet sind. Die Welle 22 ist mit einem Generator 24 verbunden .In operation, the combustion chamber 4 is supplied with a fuel gas BG via a gas supply 14, which is burned in the gas space 10 of the combustion chamber 4 and forms a hot gas HG. The gas space 10 is lined with a large number of tiles 13 designed as plate elements. The hot gas HG flows through the turbine 6 and leaves it as a cold gas KG via a gas discharge line 16. The hot gas HG is guided in the turbine 6 via guide vanes 18 and rotor blades 20. A shaft 22 is driven on which the moving blades 20 are arranged. The shaft 22 is connected to a generator 24.
Die Laufschaufeln 20 erstrecken sich von der Welle 22 radial nach außen. Die Leitschaufeln 18 weisen eine Fußplatte 32 und ein daran befestigtes Schaufelblatt 21 auf. Die Leitschaufeln 18 sind über ihre Fußplatten 32 jeweils außen an der Turbine 6 an einem sogenannten Leitschaufeltrager 26 befestigt und erstrecken sich radial in den Gasraum 12. In Längsrichtung 8 gesehen greifen die Leitschaufeln 18 und die Laufschaufeln 20 zahnartig ineinander ein. Mehrere der Laufschaufeln 20 sowie der Leitschaufeln 18 sind dabei jeweils zu einem Kranz zusam- mengefasst, wobei jeder Leitschaufelkranz eine Turbinenstufe repräsentiert. Im Ausfuhrungsbeispiel der FIG 1 ist die zweite Turbinenstufe 28 und die dritte Turbinenstufe 30 beispielhaft dargestellt.The blades 20 extend radially outward from the shaft 22. The guide vanes 18 have a base plate 32 and an attached blade 21. The guide vanes 18 are each fastened via their base plates 32 on the outside of the turbine 6 to a so-called guide vane carrier 26 and extend radially into the gas space 12. Seen in the longitudinal direction 8, the guide vanes 18 and the rotor blades 20 engage in a tooth-like manner. Several of the moving blades 20 and the guide blades 18 are each combined to form a ring, each guide blade ring representing a turbine stage. In the exemplary embodiment in FIG. 1, the second turbine stage 28 and the third turbine stage 30 are shown as examples.
Die Fußplatten 32 der einzelnen Leitschaufeln 18 sind ebenso wie die Kacheln 13 als Plattenelemente ausgebildet, die an- einander sowohl in Axialrichtung 8 als auch in Umfangsrich- tung 33 der Turbine 6 aneinander angrenzen und den Gasraum 12 begrenzen. Die mit einem Kreis in FIG 1 gekennzeichnete Stelle ist in den FIG 2 bis 4 vergrößert dargestellt. Die zu diesen Figuren beschriebene Dichtung zwischen zwei insbeson- dere in Längsrichtung 8 nebeneinander angeordneten Fußplatten 32 lasst sich sinngemäß auch als Abdichtung für die Kacheln 13 der Brennkammer 4 übertragen.The base plates 32 of the individual guide blades 18, like the tiles 13, are designed as plate elements which adjoin one another both in the axial direction 8 and in the circumferential direction 33 of the turbine 6 and limit the gas space 12. The location marked with a circle in FIG. 1 is shown enlarged in FIGS. 2 to 4. The seal described for these figures between two foot plates 32, which are arranged next to one another in particular in the longitudinal direction 8, can also be transferred analogously as a seal for the tiles 13 of the combustion chamber 4.
Gemäß FIG 2 erfolgt bei der hierin dargestellten herkommli- chen Variante die Abdichtung ohne spezielles Dichtungselement allein aufgrund eines Uberlapps einander benachbarter Fußplatten 32. Im Uberlappbereich sind die beiden Fußplatten 32 stufenförmig ausgebildet. Bei thermischer Beanspruchung und der damit verbundenen Dehnung verschieben sich die beiden Fußplatten 32 relativ zueinander in einer in Längsrichtung 8 und in Radialrichtung 36 überlagerten Bewegung. Dadurch variiert der zwischen den beiden Fußplatten 32 gebildete Leckagespalt 38. Die Dichtwirkung hangt also maßgeblich vom Dehnungsverhalten der Fußplatten 32 ab.According to FIG. 2, in the conventional variant shown here, the sealing takes place without a special sealing element solely on the basis of an overlap of mutually adjacent foot plates 32. In the overlap area, the two foot plates 32 are designed step-like. With thermal stress and the associated expansion, the two foot plates 32 shift relative to one another in a movement superimposed in the longitudinal direction 8 and in the radial direction 36. As a result, the leakage gap 38 formed between the two foot plates 32 varies. The sealing effect therefore depends crucially on the expansion behavior of the foot plates 32.
Die Fußplatten 32 gemäß den FIG 2 bis 4 weisen auf ihrer vom Gasraum 12 abgewandten Ruckseite 39 jeweils ein Verhakungs- element 40 auf, über die die Fußplatten 32 am Leitschaufel- trager 26 (vgl. FIG 1) gehalten sind. Jede Fußplatte 32 weist dabei typischerweise zwei Verhakungselemente 40 auf, die unterschiedlich ausgestaltet sind und sowohl eine Beweglichkeit in Axialrichtung 8 als auch in Radialrichtung 36 ermöglichen.The foot plates 32 according to FIGS. 2 to 4 each have a hooking on their rear side 39 facing away from the gas space 12. element 40, via which the foot plates 32 are held on the guide vane support 26 (see FIG. 1). Each footplate 32 typically has two interlocking elements 40, which are designed differently and enable both mobility in the axial direction 8 and in the radial direction 36.
Gemäß FIG 3 weist eine weitere herkömmliche Dichtungsanordnung ein Dichtblech 41 auf, welches in Nuten 44 der benachbarten Fußplatten 32 eingelegt ist. Die Nuten 44 sind dabei in die Stirnseiten 46 der Fußplatten 32 eingearbeitet. Sie weisen einen Offnungswinkel α von in etwa 15° auf, um eine Beweglichkeit der Fußplatten 32 in Radialrichtung 36 zu ermöglichen. Auch bei dieser Ausfuhrungsform ist zwischen dem Dichtblech 41 und den Fußplatten 32 ein Leckagespalt 38 ge- bildet, der mit der Dehnung infolge der thermischen Belastung variiert. Diese Variation ist unter anderem dadurch bedingt, dass sich die Fußplatten 32 schneller ausdehnen als der Leit- schaufeltrager 26, an dem sie befestigt sind.According to FIG. 3, a further conventional sealing arrangement has a sealing plate 41 which is inserted into grooves 44 in the adjacent foot plates 32. The grooves 44 are incorporated in the end faces 46 of the foot plates 32. They have an opening angle α of approximately 15 ° in order to enable the foot plates 32 to move in the radial direction 36. In this embodiment too, a leakage gap 38 is formed between the sealing plate 41 and the foot plates 32, which varies with the expansion due to the thermal load. This variation is due, among other things, to the fact that the base plates 32 expand faster than the guide vane carrier 26 to which they are attached.
Insbesondere die Probleme der Temperaturabhangigkeit des Leckagespalts 38 tritt bei der neuartigen Ausgestaltung gemäß FIG 4 nicht auf. Danach sind im Bereich, in dem die beiden Fußplatten 32 aneinander angrenzen, in deren Ruckseite 39 Nuten 44 eingearbeitet, die sich im Wesentlichen radial in die Fußplatten 32 erstrecken. Hervorzuheben ist, dass die Nuten 44 gemäß FIG 4 im Unterschied zu denen von FIG 3 parallele Seitenwande 50 aufweisen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Nuten 44.In particular, the problems of the temperature dependence of the leakage gap 38 do not occur in the novel embodiment according to FIG. 4. Thereafter, in the area in which the two foot plates 32 adjoin each other, grooves 44 are incorporated in the rear side thereof, which extend essentially radially into the foot plates 32. It should be emphasized that the grooves 44 according to FIG. 4, in contrast to those of FIG. 3, have parallel side walls 50. This enables the grooves 44 to be produced in a particularly simple manner.
In die Nuten 44 ist ein U-formiges Dichtelement 42A mit seinen beiden Schenkeln 52 eingebracht und insbesondere befestigt. Die Befestigung erfolgt beispielsweise durch Klemmwirkung oder auch durch Schweißen. Das Dichtelement 42A ist insbesondere als Blechelement ausgeführt. Seine Schenkel 52 er- strecken sich im Wesentlichen in radialer Richtung nach außen, so dass der die beiden Schenkel 52 verbindende Bogen 54 von der R ckseite 39 beabstandet ist. Diese gestreckte Aus- fuhrung ermöglicht ein elastisches Verhalten des Dichtelements 42A, d.h. es folgt den thermischen Dehnungen der Fußplatten 32. Die thermische Beweglichkeit der Fußplatten 32 wird also durch das Bieg- oder dehnbare Dichtelement 42A ge- wahrleistet. Die Beweglichkeit ist somit unabhängig von der speziellen Ausgestaltung der Nuten 44, so dass diese sehr passgenau an die Schenkel 52 angepasst werden können. Zwischen den Schenkel 52 und den Nuten 44 ist daher kein oder nur em sehr geringer Leckagespalt 38 gebildet, der unabhan- gig von der thermischen Beanspruchung der Fußplatten 32 ist.A U-shaped sealing element 42A with its two legs 52 is introduced into the grooves 44 and in particular fastened. The attachment takes place, for example, by clamping action or also by welding. The sealing element 42A is designed in particular as a sheet metal element. Its legs 52 essentially extend outward in the radial direction, so that the arch 54 connecting the two legs 52 is spaced apart from the rear side 39. This stretched out guidance enables an elastic behavior of the sealing element 42A, ie it follows the thermal expansions of the foot plates 32. The thermal mobility of the foot plates 32 is thus ensured by the flexible or stretchable sealing element 42A. The mobility is therefore independent of the special design of the grooves 44, so that they can be adapted to the legs 52 in a very precise manner. No or only a very small leakage gap 38 is therefore formed between the legs 52 and the grooves 44, which is independent of the thermal stress on the foot plates 32.
Alternative Ausfuhrungsformen des Dichtelements 42A sind beispielhaft in den Figuren 5 bis 7 dargestellt. Gemäß FIG 5 ist ein Dichtelement 42B aus zwei separaten Schenkeln 52 ausge- bildet, die jeweils einen Bogen 54 aufweisen und sich über eine Umfangslange L überlappen. Die mehrteilige Ausbildung des Dichtelements 42B vereinfacht die Montage, da beispielsweise die einzelnen Schenkel 52 bereits vor der Montage der Leitschaufeln 18 einfach m die entsprechenden Nuten 44 der jeweiligen Fußplatten 32 befestigt werden und diese anschließend an dem Leitschaufeltrager 26 angebracht werden. Die gemeinsame Umfangslange L ist dabei möglichst groß gewählt, um den zwischen ihnen gebildeten Leckagespalt 38 für alle Temperatur- und Betriebszustande gering zu halten.Alternative embodiments of the sealing element 42A are shown by way of example in FIGS. 5 to 7. According to FIG. 5, a sealing element 42B is formed from two separate legs 52, each of which has an arc 54 and overlaps over a circumferential length L. The multi-part design of the sealing element 42B simplifies the assembly, since, for example, the individual legs 52 are simply attached to the corresponding grooves 44 of the respective base plates 32 before the guide vanes 18 are installed, and these are subsequently attached to the guide vane carrier 26. The common circumferential length L is chosen to be as large as possible in order to keep the leakage gap 38 formed between them low for all temperature and operating states.
Bei einer alternativen mehrteiligen Ausbildung eines Dichtelements 42C gemäß FIG 6 ist lediglich ein Schenkel 52A mit einem Bogen 54 versehen, wohingegen der zweite Schenkel 52B ein gerades Blechstuck ist. Bei den mehrteilig ausgebildeten Dichtelementen 42B, 42C ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Schenkel 52 im montierten Zustand gegeneinander gepresst werden und beispielsweise eine gewisse Federspannung aufweisen.In an alternative multi-part design of a sealing element 42C according to FIG. 6, only one leg 52A is provided with an arc 54, whereas the second leg 52B is a straight piece of sheet metal. In the case of the multi-part sealing elements 42B, 42C, it is advantageous if the individual legs 52 are pressed against one another in the assembled state and have, for example, a certain spring tension.
Gemäß FIG 7 ist ein Dichtelement 42D mit einer gewellten Struktur 58 versehen, die den einfach ausgestalteten Bogen 54 gemäß den Figuren 4 bis 6 ersetzt. Diese gewellte Struktur 58 erstreckt sich vorzugsweise in mehrere Richtungen, insbeson- dere in den beiden Richtungen parallel zu den Fußplatten 32. Zusatzlich können auch die Schenkel 52 gewellt sein. Das Dichtungselement 42D ist somit nach Art eines Faltenbalgs ausgebildet und ermöglicht selbst große thermische Dehnungen in mehreren Richtungen aufzunehmen, ohne dass der Leckagespalt 38 vergrößert ist.According to FIG. 7, a sealing element 42D is provided with a corrugated structure 58, which replaces the simply designed arch 54 according to FIGS. 4 to 6. This corrugated structure 58 preferably extends in several directions, in particular the two parallel to the foot plates 32. In addition, the legs 52 can also be corrugated. The sealing element 42D is thus designed in the manner of a bellows and enables even large thermal expansions to be absorbed in several directions without the leakage gap 38 being enlarged.
Die Dichtelemente 42A bis 42D verbinden aus montagetechnischen Gründen vorzugsweise die Fußplatten 32 von Leitschau- fein 18 benachbarter Turbinenstufen 28,30. Um auch in Um- fangsrichtung 33 eine gute und einfach montierbare Dichtung zu erzielen, ist für in Umfangsrichtung 33 einander benachbarter Leitschaufeln 18 eines Leitschaufelkranzes ein weiteres Dichtelement 60 vorgesehen.For reasons of assembly technology, the sealing elements 42A to 42D preferably connect the base plates 32 of guide vane 18 of adjacent turbine stages 28, 30. In order to achieve a good and easy-to-install seal in the circumferential direction 33, a further sealing element 60 is provided for guide vanes 18 of a guide vane ring which are adjacent to one another in the circumferential direction 33.
Das weitere Dichtelement 60 ist gemäß FIG 8 bevorzugt im Querschnitt gesehen H-formig ausgebildet und weist zwei Langsschenkel 62 auf, die über einen Querschenkel 64 miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Langsschenkeln 62 sind zwei vom Querschenkel 64 getrennte Aufnahmebereiche 65 gebildet, in die die Fußplatten 32 hineinreichen. Die Seiten- rander 66 der Fußplatten 32 sind etwa senkrecht vom Gasraum 12 nach außen abgebogen und schmiegen sich unmittelbar an den Querschenkel 64 an.According to FIG. 8, the further sealing element 60 is preferably H-shaped in cross section and has two longitudinal legs 62 which are connected to one another via a transverse leg 64. Between the two longitudinal legs 62, two receiving regions 65 are formed, separated from the transverse leg 64, into which the foot plates 32 extend. The side edges 66 of the foot plates 32 are bent outwards approximately vertically from the gas space 12 and nestle directly against the cross leg 64.
Diese Ausgestaltung mit den Aufnahmebereichen 65 für die Fußplatten 32 ermöglicht in vorteilhafter Weise eine über die gesamte Fußplatte 32 homogene Materialstarke, so dass eine gleichmaßige Kühlung der Fußplatte 32 gewährleistet ist und Warmespannungen in der Fußplatte 32 nicht auftreten.This configuration with the receiving areas 65 for the foot plates 32 advantageously enables a material thickness that is homogeneous over the entire foot plate 32, so that uniform cooling of the foot plate 32 is ensured and thermal stresses do not occur in the foot plate 32.
Zur Kühlung der Fußplatten 32 ist insbesondere ein geschlossenes Kuhlsystem 68 mit Dampf als Kuhlmittel vorgesehen, das in FIG 8 ausschnittsweise dargestellt ist. Dieses geschlos- sene Kuhlsystem 68 weist einen Zustromkanal 70 und einenTo cool the foot plates 32, a closed cooling system 68 with steam as cooling medium is provided, which is shown in detail in FIG. This closed cooling system 68 has an inflow channel 70 and one
Ruckstromkanal 72 auf. Der Zustromkanal 70 ist zwischen einem äußeren Leitblech 74 und einem Prallblech 76 gebildet, wel- ches zwischen Leitblech 74 und der Fußplatte 32 angeordnet ist. Das Prallblech 76 weist Stromungsoffnungen 78 auf, die nach Art von Düsen ausgebildet sind, so dass das über den Zustromkanal 70 zugefuhrte Kuhlmittel entlang der dargestellten Pfeile in den Ruckstromkanal 72 übertritt. Aufgrund der du- senartigen Wirkungsweise der Stromungsoffnungen 78 wird das Kuhlmittel mit hoher Geschwindigkeit gegen die Ruckseite 80 der Fußplatte 32 gelenkt, so dass ein effektiver Warmeuber- trag zwischen dem Kuhlmittel und der Fußplatte 21 verwirk- licht ist.Reverse flow channel 72. The inflow duct 70 is formed between an outer baffle 74 and a baffle 76, which ches between baffle 74 and the base plate 32 is arranged. The baffle plate 76 has flow openings 78 which are designed in the manner of nozzles, so that the cooling medium supplied via the inflow channel 70 passes into the return flow channel 72 along the arrows shown. Due to the nozzle-like mode of operation of the flow openings 78, the coolant is directed against the rear side 80 of the base plate 32 at high speed, so that an effective heat transfer between the coolant and the base plate 21 is realized.
Das Prallblech 76 ist über Stutzelemente 82, beispielsweise in Form von Schweißpunkten oder Schweißstegen, gegen die Fußplatte 32 abgestutzt und beabstandet gehalten. Das Prall- blech 70 ist am Seitenrand 66 der Fußplatte 32 direkt befestigt, insbesondere angeschweißt, und das Leitblech 68 ist am Prallblech 70 befestigt.The baffle plate 76 is supported against the base plate 32 and held at a distance via support elements 82, for example in the form of welding spots or welding webs. The baffle plate 70 is attached directly to the side edge 66 of the foot plate 32, in particular welded on, and the baffle plate 68 is attached to the baffle plate 70.
Zwischen dem weiteren Dichtelement 60 und zumindest einem der Fußplatten 32 ist ein Stromungsweg 84 in Form eines Leckagespalts gebildet, so dass von dem Gasraum 12 abgewandten Außenraum 86 beispielsweise Luft über den Stromungsweg 84 in den Gasraum 12 strömen kann und damit den Dichtungsbereich, also das Dichtelement 60 sowie die Seitenrander 66 kühlt. A flow path 84 in the form of a leakage gap is formed between the further sealing element 60 and at least one of the base plates 32, so that, for example, air can flow from the gas space 12 away from the outer space 86 via the flow path 84 into the gas space 12 and thus the sealing area, i.e. the sealing element 60 and the side edges 66 cools.

Claims

Patentansprüche claims
1. Turbinenanlage (2), insbesondere Gasturbinenanlage, mit einem Gasraum (10,12), der nach außen über aneinander angrenzende Plattenelemente (13,32) begrenzt ist, wobei jeweils ein Dichtelement (42A-D) einander benachbarten Plattenelementen (13,32) zugeordnet ist und diese an ihren dem Gasraum (10,12) abgewandten Ruckseiten (48) klammerartig miteinander verbindet.1. Turbine system (2), in particular gas turbine system, with a gas space (10, 12) which is delimited on the outside by adjoining plate elements (13, 32), each with a sealing element (42A-D) adjacent plate elements (13, 32 ) is assigned and connects them to one another like brackets on their rear sides (48) facing away from the gas space (10, 12).
2. Turbinenanlage (2) nach Anspruch 1, bei der das Dichtelement (42A-D) eine Beweglichkeit der Plattenelemente (13,32) sowohl in Axialrichtung (8) als auch in Radialrichtung (36) ermöglicht .2. Turbine system (2) according to claim 1, wherein the sealing element (42A-D) allows mobility of the plate elements (13, 32) both in the axial direction (8) and in the radial direction (36).
3. Turbinenanlage (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Dichtelement (42A-D) zwei Schenkel (52) aufweist, die jeweils in eine Nut (44) der einander benachbarten Plattenelemente (13,32) greifen.3. Turbine system (2) according to claim 1 or 2, wherein the sealing element (42A-D) has two legs (52) which each engage in a groove (44) of the adjacent plate elements (13,32).
4. Turbinenanlage (2) nach Anspruch 3, bei der die Nut (44) sich von der Ruckseite (48) des jeweiligen Plattenelements (13,32) in dieses im Wesentlichen radial hineinerstreckt .4. Turbine system (2) according to claim 3, wherein the groove (44) extends from the rear side (48) of the respective plate element (13, 32) substantially radially into the latter.
5. Turbinenanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Dichtelement (42B,C) mehrteilig aufgebaut ist .5. Turbine system (2) according to one of the preceding claims, in which the sealing element (42B, C) is constructed in several parts.
6. Turbinenanlage (2) nach Anspruch 5 und 3, bei der die beiden Schenkel (52) des mehrteiligen Dichtelements (42B,C) sich über eine gemeinsame Umfangslange (L) überlappen.6. Turbine system (2) according to claim 5 and 3, in which the two legs (52) of the multi-part sealing element (42B, C) overlap over a common circumferential length (L).
7. Turbinenanlage (2) nach einem der vorhergehenden Anspru- ehe, bei der das Dichtelement (42A-C) U-formig ausgebildet ist 7. Turbine system (2) according to one of the preceding claims, in which the sealing element (42A-C) is U-shaped
8. Turbinenanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Dichtelement (42D) zur Aufnahme von Dehnungen eine gewellte Struktur (58) nach Art eines Faltenbalgs aufweist .8. Turbine system (2) according to one of the preceding claims, in which the sealing element (42D) for absorbing expansions has a corrugated structure (58) in the manner of a bellows.
9. Turbinenanlage (2) nach Anspruch 8, bei der das Dichtelement (42D) m mehreren Richtungen die gewellte Struktur (58) aufweist .9. Turbine system (2) according to claim 8, wherein the sealing element (42D) has the corrugated structure (58) in several directions.
10. Turbinenanlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Dichtelement (42A-D) zwischen benachbarten Kacheln (13) einer Brennkammer (4) angeordnet ist.10. Turbine system (2) according to one of the preceding claims, in which the sealing element (42A-D) between adjacent tiles (13) of a combustion chamber (4) is arranged.
11. Turbinenanlage (2) nach einem der vorhergehenden Anspru- ehe, bei der das Dichtelement (42A-D) zwischen den Fußplatten (32) benachbarter Leitschaufeln (18) einer Turbine (6) angeordnet ist.11. Turbine system (2) according to one of the preceding claims, in which the sealing element (42A-D) is arranged between the base plates (32) of adjacent guide vanes (18) of a turbine (6).
12. Turbinenanlage (2) nach einem der vorhergehenden Anspru- ehe, die sich in Axialrichtung (8) erstreckt, und bei der das12. Turbine system (2) according to one of the preceding claims, which extends in the axial direction (8), and in which the
Dichtelement (42A-D) zwischen axial benachbarten Plattenelementen (13,32), insbesondere zwischen den Fußplatten (32) von Leitschaufeln (18) einander benachbarter Turbinenstufen (28,30), angeordnet ist.Sealing element (42A-D) is arranged between axially adjacent plate elements (13, 32), in particular between the base plates (32) of guide blades (18) of mutually adjacent turbine stages (28, 30).
13. Turbmenanlage (2) nach Anspruch 12, bei der zwischen m Umfangsrichtung (33) benachbarten Plattenelementen (13,32), insbesondere zwischen den Fußplatten (32) von Leitschaufeln (18), em weiteres Dichtelement (60) mit einem Aufnahme- bereich (65) vorgesehen ist, in den die Plattenelemente (13,32) hineinreichen 13. Turbine system (2) according to claim 12, in which between the circumferential direction (33) adjacent plate elements (13, 32), in particular between the base plates (32) of guide vanes (18), an additional sealing element (60) with a receiving area (65) is provided, into which the plate elements (13, 32) extend
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