Gasturbine mit getrennter Kühlung für Turbine und Abgasgehäu ^¬ se

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem Turbinen ^¬ gehäuse und einem Abgasgehäuse, die unabhängig voneinander mit Kühlluft versorgt werden können, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine.

Innerhalb eines Abgasgehäuses einer Gasturbine sind typi ^¬ scherweise ein Lagergehäuse sowie ein innerer und ein äußerer Konus eines Abgasdiffusors angeordnet, die alle über ein Sys ^¬ tem aus Streben miteinander verbunden sind, welches bei- spielsweise aus sechs gleichmäßig im Umfang angeordneten La ^¬ gerstreben besteht. Die Lagerstreben erstrecken sich dabei vom Lagergehäuse radial auswärts durch den Abgasdiffusor hindurch zum Außengehäuse des Abgasgehäuses. Im Heißgaspfad des Abgasdiffusors werden die Lagerstreben durch einen weiteren Strebensatz abgeschirmt, der sie umgibt und der hohl ausge ^¬ führt ist, und als Stütze für den Abgasdiffusor dient, so dass die Lagerstreben vor dem Heißgas geschützt sind und mit ^¬ tels durch den Hohlraum strömende Luft gekühlt werden können. Dadurch wird das Strebensystem auch gegenüber Temperaturtran- sienten unempfindlicher.

Zum Kühlen des Abgasgehäuses wird Kühlluft nach dem Stand der Technik durch das Außengehäuse der Turbine geleitet, wo die Kühlluft, bevor sie in das Abgasgehäuse strömt, bereits zur Wärmekonditionierung verwendet wird, d.h. zur Kühlung der

Bauteile, die den Heißgaspfad in der Turbine begrenzen. Über entsprechende Hohlräume wird die Kühlluft vom Außengehäuse der Turbine zum Verbindungsflansch mit dem Abgasgehäuse geleitet und dort durch Öffnungen den Kopfseiten der Lagerstre- ben zugeführt.

Ein Zentriersitz an der Schnittstelle des Außengehäuses der Turbine und des Abgasgehäuses sorgt für eine genaue zentri- sehe Positionierung des Lagers und somit des Rotors in der Maschine .

Wenn sich beide Gehäuse, also Turbine und Abgasgehäuse, un- terschiedlich ausdehnen, kommt es beim An- bzw. Abfahren der Gasturbine zum Lösen dieser Passung und somit zu einem Absacken des Lagergehäuses.

Ferner kann es bei vergleichsweise großen Gasturbinen im Hin- blick auf deren Transportierbarkeit insbesondere bezüglich zulässiger Außenmaße im Bereich der Weiterleitung von

Kühlluft vom Außengehäuse der Turbine zum Abgasgehäuse zu Platzproblemen kommen, so dass ein benötigter Strömungsquerschnitt für den die Kühlluft transportierenden Kanal nicht bereitgestellt werden kann oder umgekehrt zulässige Höchstma ^¬ ße für einen Transport überschritten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbine bereitzustel ^¬ len, die eine verbesserte Kühlung des Abgasgehäuses bei ge- ringem Platzbedarf ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Er ^¬ findung ist es, ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb an ^¬ zugeben .

Die Erfindung löst die auf eine Gasturbine gerichtete Aufga- be, indem sie vorsieht, dass bei einer Gasturbine mit einer

Turbine, umfassend ein Turbinengehäuse, einen äußeren und ei ^¬ nen inneren Gehäuseteil, zwischen denen im Betriebe der Gasturbine ein Heißgas strömt, wobei zwischen dem äußeren

Gehäuseteil und dem Turbinengehäuse zumindest teilweise ein Ringkanal gebildet ist, der dazu ausgebildet ist, ein Kühl- fluid aufzunehmen, und mit einem in Strömungsrichtung eines Heißgases der Turbine nachgelagerten Abgasgehäuse mit einem Lagersystem für einen Rotor, umfassend über den Umfang angeordnete Lagerstreben, die sich von einem Wellenlager zu einem Außengehäuse erstrecken und im Heißgaspfad eines im Abgasge ^¬ häuse angeordneten Abgasdiffusors durch einen weiteren

Strebensatz abgeschirmt werden, der die Lagerstreben umgibt und der hohl ausgeführt ist, und als Stütze für den Diffusor dient, so dass die Lagerstreben vor dem Heißgas geschützt sind und mittels durch den Hohlraum strömender Luft gekühlt werden können, wobei zur Zentrierung von Turbine und Abgasgehäuse diese über eine Passung miteinander verbunden sind, die Turbine und das Abgasgehäuse unabhängig voneinander mit

Kühlluft versorgt werden können. Dadurch lassen sich die Kühlluftmengen für Turbine und Abgasgehäuse und die jeweils dort erreichbaren Temperaturen getrennt einstellen. Dies führt nicht nur zu einer Optimierung, sprich Verringerung des Kühlluftbedarfs, sondern erlaubt überhaupt eine gezielte Tem ^¬ peraturkontrolle von Turbine und Abgasgehäuse.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ringkanal in Umfangsrichtung durch eine Abtrennung fluiddicht vom Abgasgehäuse getrennt. Im Stand der Technik waren beide Bereiche noch miteinander fluidtechnisch verbunden. Nach der Erfindung ist eine solche Verbindung nicht nur nicht erforderlich, sondern unerwünscht. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Abtrennung als Trennblech ausgebildet ist. Trennbleche werden typischerweise auch als Schottbleche bezeichnet. Da im Bereich von Turbine und Abgas ^¬ gehäuse keine großen Druckdifferenzen vorherrschen, können die Abtrennungen verhältnismäßig dünnwandig ausgebildet sein. Dies erlaubt die Verwendung einfacher und kostengünstiger Bauteile .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterführung kann auch vorgesehen sein, dass die Lagerstreben Kopfseiten umfassen, denen das Kühlmittel direkt zuführbar ist. Dies ist deswegen vorteil ^¬ haft, weil die Kopfseiten radial außen liegen und einfach erreichbar sind, d.h. die Kühlmittelzufuhr ist problemlos in einem radialen Außenbereich des Abgasgehäuses umsetzbar. Ferner ist es vorteilhaft, wenn jede der Lagerstreben einen in der jeweiligen Lagerstrebe angeordneten Kühlhohlraum zur Führung eines Kühlmittels von radial außen nach radial innen im Abgasgehäuse aufweist. In einem solchen Fall kann die

Kühlluft direkt durch die Lagerstrebe von radial außen nach radial innen geleitet werden, so dass sich das Kühlmittel, d.h. die Kühlluft, schnell im Abgasgehäuse verteilen lässt.

In diesem Zusammenhang ist es besonders zweckmäßig, wenn die Kühlhohlräume im Bereich des Wellenlagers enden, so dass auch dieses zuverlässig gekühlt werden kann.

Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform um- fasst die Gasturbine weiter eine Vorrichtung zur Regelung einer zentrischen Positionierung von Turbine und Abgasgehäuse über jeweils zugeführte Kühlmittelmengen. Diese Regelung ermittelt Temperaturen und Positionen an verschiedenen Punkten der Turbine und des Abgasgehäuses und stellt die jeweilige Luftzufuhr so ein, dass das thermische Verhalten der Bauteile ausgeglichen und ein Lösen der Passung zwischen Turbine und Abgasgehäuse verhindert werden.

Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine mit einer Turbine und einem Abgasgehäuse, bei dem Kühlmittel der Turbine und dem Abgasgehäuse getrennt zugeführt wird. Insbesondere werden Turbine und Abgasgehäuse zentriert, indem ihnen Kühlmittel geregelt zugeführt wird. Dabei wird vorteilhafterweise Kühl ^¬ mittel so zugeführt, dass eine unterschiedliche thermische Ausdehnung von Turbine und Abgasgehäuse vermieden wird, so dass eine genaue zentrische Positionierung in einer Passung an einer Schnittstelle der Turbine und des Abgasgehäuses ge ^¬ währleistet ist.

Mit der Gasturbine nach der Erfindung und dem erfinderischen Verfahren, wonach ein Kühlmittel getrennt der Turbine und dem Abgasgehäuse zugeführt wird, kann die Kühlung der Gehäuse über die Kühlmittelmengen besser als vorher kontrolliert werden .

Ferner lässt sich die Kühlmittelversorgung einfacher und insbesondere mit geringerem Platzbedarf ausführen, als bei der aus dem Stand bekannten Kühlung, bei der das Kühlmittel von der Turbine in das Abgasgehäuse weitergeleitet wurde. Bei großen Gasturbinen bedeutet dies, dass auch jetzt die Erfordernisse hinsichtlich der maximalen Abmessungen für einen Transport eingehalten werden können.

Eine Kontrolle der Kühlung bzw. eine direkte Einflussnahme auf die Gehäusetemperaturen von Turbine und Abgasgehäuse er ^¬ möglicht einen zuverlässigen Zentriersitz an der Schnittstelle der Gehäuse, so dass ein Rotor-Offset im Betrieb der Gas- turbine verringert wird.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich: Figur 1 einen Ausschnitt einer Gasturbine mit einer gemeinsamen Kühlluftversorgung von Turbine und Abgasgehäuse nach dem Stand der Technik;

Figur 2 einen Ausschnitt einer Gasturbine mit einer getrenn- ten Kühlluftversorgung von Turbine und Abgasgehäuse nach der Erfindung .

Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Aus ^¬ schnitt einer Gasturbine 1, insbesondere den Übergang zwi- sehen Turbine 2 und Abgasgehäuse 7. Gemäß dem in der Figur 1 gezeigten Stand der Technik erfolgt die Kühlluftversorgung von Turbine 2 und Abgasgehäuse 7 über einen gemeinsamen Luft ^¬ strom 20, der zuerst den durch ein Turbinengehäuse 3 und ei ^¬ nen äußeren Gehäuseteil 4 zumindest teilweise gebildeten Ringkanal 6 der Turbine 2 durchströmt, bevor er in das Abgas ^¬ gehäuse 7 einströmen kann. Eine derartige Konstruktion benötigt vergleichsweise viel Platz und lässt keine Einflussnahme auf Einzelkomponenten, wie Turbine 2 und Abgasgehäuse 7, zu. Die Figur 2 zeigt eine getrennte Kühlluftversorgung von Turbine 2 und Abgasgehäuse 7 nach der Erfindung. Der Ausschnitt der Figur 2 ist etwas größer gewählt, als in Figur 1 und zeigt ferner im Bereich der Turbine 2 einen inneren Gehäuseteil 5, der zusammen mit dem äußeren Gehäuseteil 4 den Heißgaspfad der Turbine 2 umschließt, sowie das Lagersystem 8 für einen Rotor, umfassend über den Umfang angeordnete Lagerstreben 9, die sich von einem Wellenlager 10 zu einem Außen- gehäuse 11 erstrecken. Diese werden im Heißgaspfad eines im Abgasgehäuse 7 angeordneten Abgasdiffusors 12 durch einen weiteren Strebensatz 13 abgeschirmt, der die Lagerstreben 9 umgibt und der hohl ausgeführt ist, und als Stütze für den Diffusor 12 dient, so dass die Lagerstreben 9 vor dem Heißgas geschützt sind und mittels durch den Hohlraum 14 strömender Luft gekühlt werden können.

Zur Zentrierung von Turbine 2 und Abgasgehäuse 7 sind diese über eine Passung 15 miteinander verbunden.

Gemäß der Erfindung werden Turbine 2 und Abgasgehäuse 7 ge ^¬ trennt mit Kühlluft beaufschlagt.

Ein erster Kühlluftstrom 22 versorgt den Ringkanal 6 im Be- reich der Turbine 2 und schützt das Turbinengehäuse 3 vor ho ^¬ hen Temperaturen aus dem Abgasstrom.

Ein zweiter Kühlluftstrom 23 kühlt die Kopfseiten 17 der Lagerstreben 9 sowie über Kühlhohlräume 18 das Lagersystem 8.

Infolge der Trennung der Kühlluftzufuhr weist die Turbine 2 zwischen Turbinengehäuse 3 und äußerem Gehäuseteil 4 eine Ab ^¬ trennung 16 auf, um die zu kühlenden Bereiche fluidtechnisch voneinander zu trennen.

Ferner kann der äußere Gehäuseteil 4 eine thermische Isolie ^¬ rung 21 aufweisen, so dass die Menge an Kühlmittel im Bereich der Turbine 2 weiter verringert werden kann. Figur 2 zeigt ferner eine Vorrichtung 19 zur Regelung der ersten und zweiten Kühlluftströme 22, 23. Durch die Aufteilung und mögliche kontrollierte Versorgung der Bauteile mit Kühlluft, kann das thermische Verhalten der Bauteile ausgeglichen werden und ein Lösen der Passung 15 verhindert werden.