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WO2014016153A1 - Verfahren zur minimierung des spalts zwischen einem läufer und einem gehäuse - Google Patents

Verfahren zur minimierung des spalts zwischen einem läufer und einem gehäuse Download PDF

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Publication number
WO2014016153A1
WO2014016153A1 PCT/EP2013/064901 EP2013064901W WO2014016153A1 WO 2014016153 A1 WO2014016153 A1 WO 2014016153A1 EP 2013064901 W EP2013064901 W EP 2013064901W WO 2014016153 A1 WO2014016153 A1 WO 2014016153A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
housing
turbine
gap
monitoring system
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/064901
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Lüttenberg
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 EP13739397.1A priority Critical patent/EP2864596A1/de
Priority to US14/416,071 priority patent/US20150152743A1/en
Priority to JP2015523489A priority patent/JP2015524530A/ja
Priority to CN201380037767.5A priority patent/CN104471194B/zh
Publication of WO2014016153A1 publication Critical patent/WO2014016153A1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/22—Actively adjusting tip-clearance by mechanically actuating the stator or rotor components, e.g. moving shroud sections relative to the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/334—Vibration measurements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/40—Type of control system
    • F05D2270/44—Type of control system active, predictive, or anticipative

Definitions

  • the invention relates to methods for minimizing the gap between a rotor, in particular a rotor, and a housing, in particular a housing of a turbine, wherein the gap between the rotor and the housing is adjustable, in particular by displacement of rotor and housing against each other. It further relates to a turbine, in particular a gas turbine comprising a rotor, in particular a run ⁇ scoop, and a housing, wherein the gap between the rotor and housing by means of an adjusting device is adjustable, in particular by displacement of rotor and housing against each other.
  • a turbine is a flow machine, which the internal energy (enthalpy) into a flowing fluid (liquid or gas) into rotational energy and, ultimately, into mechanical energy to drive ⁇ . Said fluid stream is withdrawn through the possibility ⁇ lichst irrotational laminar flow around the turbine blades, a part of its internal energy, which is transferred to the running blades of the turbine. About this the door ⁇ binenwelle is rotated then, the useful power is delivered to an implement coupled to the working machine, such as in egg ⁇ NEN generator. Blades and shaft are parts of the movable rotor or rotor of the turbine, which is arranged within a housing.
  • Blades mounted on the axle are mounted on the axle. Blades mounted in a plane each form a paddle wheel or impeller. The blades are slightly curved profiled, similar to an aircraft wing.
  • ⁇ wheel is usually a stator. These Leitschau ⁇ feln protrude from the housing into the flowing medium and put it in a twist.
  • the swirl generated in the stator (kinetic energy) is used in the following impeller to set the shaft on which the impeller blades are mounted in rotation.
  • the stator and the impeller together are called stages. Often several such stages are connected in series. Since the stator is stationary, its vanes can be mounted both on the inside of the housing and on the outside of the housing, and thus provide a bearing for the shaft of the impeller.
  • a gap Between the guide blade ends of the rotor and the housing is usually a gap, which serves for example to compensate for the thermal expansion during operation.
  • the gap between the blade end and the housing should be minimal, since fluid flows past the rotor blades through the gap and thus does not contribute to the generation of energy.
  • Cleavage minimization are known from DE 39 10 319 C2, DE 39 01 167 A1 and EP 1 524 411 Bl. In particular, from the latter is known to determine the gap size with the help of the determination of electrical resistance coefficients in electrically conductive contact between rotor and housing.
  • Output signal of the rotor and / or housing associated structure-borne sound monitoring system is used as a measure of the size of the gap and thus to set a minimum gap.
  • the invention is based on the consideration that a particularly easy way to monitor the gap size by as little invasive, to be mounted in the outer regions Senso ⁇ ren would be possible.
  • a simple signal that is generated when touching rotor and housing is the sound that propagates to ⁇ through solid such as a turbine housing.
  • an acoustic detection of vibrations generated by blade ends colliding with the housing is made possible in the outer areas of the housing.
  • a structure-borne sound monitoring system allows a particularly simple and technically uncomplicated control of any contact of blade ends and housing in a displacement of ⁇ housing and rotor against each other. This allows a precise setting of a minimum gap.
  • a structure-borne noise monitoring system is part of a foreign body detection system of the turbine.
  • Foreign object detection systems are often used in turbines to detect any penetrating foreign bodies or even splintering parts of the turbine itself at an early stage and to cause a shutdown of the turbine.
  • Foreign body detection systems are based on acoustic Detek ⁇ tion. Therefore, it is advantageous to use the sound monitoring system of the foreign body detection system in the manner of a double-use also for setting a minimum gap.
  • the rotor is displaced until no output signals generating contact is present. That is, the rotor is displaced until the turbine blade comes into contact with the housing.
  • This contact is monitored by means of a structure-borne noise monitoring system and the travel is thereby limited.
  • the runner is fixed after a possibly short backward displacement - just at the border to the contact.
  • a turbine in particular gas turbine, comprising a rotor, particularly a rotor blade and a casing
  • the gap between the rotor and housing is advantageously minimized with ⁇ means of the described method.
  • a structure-borne noise monitoring system is associated with the rotor and / or housing in a turbine, which is connected on the output side with the actuator.
  • the structure-borne noise monitoring system ⁇ advantageously part of a FremdMechdetek- tion system and / or the runners for setting the size of the gap is advantageously in an axial direction relative to the housing is displaceable.
  • the rotor in particular at the ends of the blades at least partially wearable. This means that there are corresponding abrasion points which are designed for easy contact with the housing during the adjustment process. At the Abriebstel ⁇ len material may then be removed, but these are designed so that thereby no structural damage to the rotor, in particular the rotor blade arise. This allows the runner to be safely moved to the point of light signal-generating contact, which enables optimum gap adjustment.
  • a power plant advantageously comprises a be ⁇ written turbine.
  • the FIG shows a turbine 100, here a gas turbine, in egg ⁇ nem longitudinal section.
  • the gas turbine 100 has a rotor 103 rotatably mounted about an axis of rotation 102 (axial direction), which is also referred to as a turbine rotor.
  • a turbine rotor Along the rotor 103 follow one another an intake housing 104, a compressor 105, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber 106, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109.
  • the annular combustion chamber 106 communicates with an annular hot-gas passage 111, where, for example, form four hinte purely ⁇ other turbine stages 112 form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed from two blade or vane rings. Seen in the flow direction of a working medium 113, in the hot-gas passage 111 a row of guide vanes 115 formed from rotor blades 120 ⁇ series 125th
  • the guide vanes 130 are fastened to the stator 143, whereas the rotor blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133.
  • the run ⁇ blades 120 thus form components of the rotor or Läu ⁇ fers 103.
  • Coupled to the rotor 103 is a generator or a working machine (not shown).
  • air 135 is sucked by the compressor 105 through the intake housing and ver ⁇ seals.
  • the 105 ⁇ be compressed air provided at the turbine end of the compressor is supplied to the burners 107, where it is mixed with a fuel.
  • the mixture is then burned to form the working fluid 113 in the combustion chamber 110.
  • the working medium 113 flows along the hot gas channel 111 past the guide vanes 130 and the rotor blades 120.
  • the working medium 113 expands on the rotor blades 120 in a pulse-transmitting manner, so that the rotor blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine connected to it ,
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal loads during operation of the gas turbine 100.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the direction of flow of the working medium 113, are subjected to the greatest thermal stress in addition to the heat shield bricks lining the annular combustion chamber 106. In order to withstand the temperatures prevailing there, they are cooled by means of a coolant.
  • the guide vane 130 has an inner housing 138 of the turbine 108 facing guide vane root (not Darge here provides ⁇ ) and a side opposite the guide-blade root vane root.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.
  • the gas turbine 100 On the control side, the gas turbine 100 according to the FIG a not-shown foreign body detection system. This serves to detect foreign bodies entering the gas turbine 100 with the air 135 or foreign bodies torn open by damage in the turbine 100 and, if necessary, to cause the turbine 100 to be quickly shut down.
  • the foreign body detection system comprises a structure-borne sound monitoring system, which is connected to a plurality of sensors to runner 103 and housing 138, the output signals with respect to the sound vibrations generated in the turbine 100.
  • the rotor 103 is axially displaceable along the axis 102. Due to the conicity of the rotor tip of the rotor 103 and the housing 138 to each other is the gap d between the rotor 103, especially the running of the blade ⁇ , and housing 138 is reduced by a Axi ⁇ alverschiebung of the rotor 103 or the housing 138 or enlarged.
  • the Axial ⁇ shift is hydraulic.
  • vanes 120 When a first contact has been made, the vanes 120 are fixed or, if the contact is still too strong, they are shifted back until there is no more contact indicated by a corresponding output signal. Then a minimum gap d is set. This ⁇ A position of the minimum gap, during operation, ty- pisch expediently take place after complete heating of the turbine 100th
  • the turbine blade 120 has an outer wear layer.
  • the outer wear layer is, for example, porous and / or ceramic, so that even a small contact does not cause permanent damage.

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Abstract

Ein Verfahren zur Minimierung des Spalts (d) zwischen einem Läufer (120), insbesondere einer Laufschaufel (120), und einem Gehäuse (138), insbesondere einem Gehäuse (138) einer Turbine (100), wobei der Spalt (d) zwischen Läufer (120) und Gehäuse (138) einstellbar ist, insbesondere durch Verschiebung von Läufer (120) und Gehäuse (138) gegeneinander, soll den Spalt zwischen Läufer und Gehäuse auf einfache Art und Weise minimieren. Dazu wird ein Ausgangssignal eines dem Läufer (120) und/oder Gehäuse (138) zugeordneten Körperschall-überwachungssystems als Maß für die Größe des Spalts (d) und damit zur Einstellung eines minimalen Spalts (d) herangezogen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Minimierung des Spalts zwischen einem Läufer und einem Gehäuse
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Minimierung des Spalts zwischen einem Läufer, insbesondere einer Laufschaufei , und einem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuse einer Turbine, wo- bei der Spalt zwischen Läufer und Gehäuse einstellbar ist, insbesondere durch Verschiebung von Läufer und Gehäuse gegeneinander. Sie betrifft weiter eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine, umfassend einen Läufer, insbesondere eine Lauf¬ schaufel, und ein Gehäuse, wobei der Spalt zwischen Läufer und Gehäuse mittels einer Stelleinrichtung einstellbar ist, insbesondere durch Verschiebung von Läufer und Gehäuse gegeneinander .
Eine Turbine ist eine Strömungsmaschine, welche die innere Energie (Enthalpie) eines strömenden Fluids (Flüssigkeit oder Gas) in Rotationsenergie und letztlich in mechanische An¬ triebsenergie umwandelt. Dem Fluidstrom wird durch die mög¬ lichst wirbelfreie laminare Umströmung der Turbinenschaufeln ein Teil seiner inneren Energie entzogen, der auf die Lauf- schaufeln der Turbine übergeht. Über diese wird dann die Tur¬ binenwelle in Drehung versetzt, die nutzbare Leistung wird an eine angekuppelte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise an ei¬ nen Generator, abgegeben. Laufschaufeln und Welle sind Teile des beweglichen Rotors oder Läufers der Turbine, der inner- halb eines Gehäuses angeordnet ist.
In der Regel sind mehrere Schaufeln auf der Achse montiert. In einer Ebene montierte Laufschaufeln bilden jeweils ein Schaufelrad oder Laufrad. Die Schaufeln sind leicht gekrümmt profiliert, ähnlich einer Flugzeugtragfläche. Vor jedem Lauf¬ rad befindet sich üblicherweise ein Leitrad. Diese Leitschau¬ feln ragen vom Gehäuse in das strömende Medium hinein und versetzen es in einen Drall. Der im Leitrad erzeugte Drall (kinetische Energie) wird im darauffolgenden Laufrad genutzt, um die Welle, auf der die Laufradschaufeln montiert sind, in Rotation zu versetzen. Leitrad und Laufrad zusammen bezeichnet man als Stufe. Oft sind mehrere solcher Stufen hintereinandergeschaltet. Da das Leitrad stillsteht, können seine Leitschaufeln sowohl am Gehäuseinneren als auch am Gehäuseäußeren befestigt sein, und somit für die Welle des Laufrads ein Lager bieten.
Zwischen den Leitschaufelenden des Läufers und dem Gehäuse befindet sich üblicherweise ein Spalt, der beispielsweise zur Kompensation der Wärmeausdehnung im Betrieb dient. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, soll der Spalt zwischen Schaufelende und Gehäuse jedoch minimal sein, da durch den Spalt Fluid an den Laufschaufeln vorbei strömt und somit nicht zur Energieerzeugung beiträgt.
Bedingt durch die konische Form der Turbine und des ihn um- gebenden Gehäuses ist es möglich, durch eine Verschiebung des Läufers gegenüber dem Gehäuse mittels einer entsprechenden Stelleinrichtung die Spaltgröße zu beeinflussen. Verfahren zur Verschiebung von Rotor und Läufer sind beispielsweise aus der DE 42 23 495 und WO 00/28190 bekannt. Verfahren zur
Spaltminimierung sind aus der DE 39 10 319 C2, der DE 39 01 167 AI und der EP 1 524 411 Bl bekannt. Insbesondere aus letzteren ist bekannt, mit Hilfe der Ermittlung elektrischer Widerstandsbeiwerte bei elektrisch leitendem Kontakt zwischen Läufer und Gehäuse die Spaltgröße zu ermitteln.
Die Verfahren benötigen jedoch einen hohen apparativen Aufwand und/oder sind nicht sehr genau, so dass häufig in der Praxis nur eine Verschiebung des Läufers um eine feste, vor¬ gegebene Länge zur Anwendung kommt. Um ein Anstreifen der Turbinenlaufschaufeln zu verhindern und das Betriebsrisiko nicht zu erhöhen, wurde der Verfahrweg häufig nicht weiter erhöht. Daher ist eine weitere Optimierung wünschenswert. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem der Spalt zwischen Läufer und Gehäuse auf einfache Art und Weise minimiert wird. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein
Ausgangssignal eines dem Läufer und/oder Gehäuse zugeordneten Körperschallüberwachungssystems als Maß für die Größe des Spalts und damit zur Einstellung eines minimalen Spalts herangezogen wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine besonders einfache Überwachung der Spaltgröße durch möglichst wenig invasive, in den äußeren Bereichen anzubringende Senso¬ ren möglich wäre. Ein einfaches Signal, das bei Berührung von Läufer und Gehäuse erzeugt wird, ist der Schall, der sich zu¬ dem durch Festkörper wie z.B. ein Turbinengehäuse ausbreitet. Damit wird eine akustische Detektion von Vibrationen, die durch mit dem Gehäuse kollidierende Schaufelenden erzeugt werden, in den Außenbereichen des Gehäuses ermöglicht. Somit erlaubt ein Körperschallüberwachungssystem eine besonders einfache und technisch unaufwändige Kontrolle eines etwaigen Kontaktes von Schaufelenden und Gehäuse bei einer Verschie¬ bung von Gehäuse und Läufer gegeneinander. Dies ermöglicht eine präzise Einstellung eines minimalen Spalts.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist ein Körperschallüberwachungssystem Bestandteil eines Fremdkörperdetektionssystems der Turbine. Fremdkörperdetektionssysteme kommen häufig in Turbinen zu Anwendung, um eventuell eindringende Fremdkörper oder auch absplitternde Teile der Turbine selbst frühzeitig zu erkennen und eine Abschaltung der Turbine zu veranlassen. Fremdkörperdetektionssysteme basieren auf akustischer Detek¬ tion. Daher ist es vorteilhaft, das Schallüberwachungssystem des Fremdkörperdetektionssystems in der Art einer Doppelnut- zung auch zur Einstellung eines minimalen Spalts zu nutzen.
Gegebenenfalls sind hierzu sogar keinerlei bauliche Eingriffe in der Turbine notwendig, sondern lediglich eine entsprechende sensor- und steuerungselektrische Anpassung. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Läufer zur Einstellung der Größe des Spalts in einer axialen Richtung gegenüber dem Gehäuse verschiebbar. Durch die typischerweise konische Form der Turbine wird dadurch eine gleichmäßige Reduzierung des Spalts über den gesamten Umfang und in jeder Turbinenstufe erreicht .
Vorteilhafterweise wird der Läufer so verschoben, bis gerade kein Ausgangssignale erzeugender Kontakt mehr vorhanden ist. Das heißt, der Läufer wird verschoben, bis die Turbinenlauf- beschaufelung mit dem Gehäuse in Kontakt kommt. Dieser Kontakt wird mittels Körperschallüberwachungssystem überwacht und der Verfahrweg hierdurch beschränkt. Sobald eine erste Kontaktindikation registriert wird, wird der Läufer nach gegebenenfalls kurzem Rückverschieben - gerade an der Grenze zum Kontakt fixiert.
In einer Turbine, insbesondere Gasturbine, umfassend einen Läufer, insbesondere eine Laufschaufei , und ein Gehäuse, wird der Spalt zwischen Läufer und Gehäuse vorteilhafterweise mit¬ tels des beschriebenen Verfahrens minimiert.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Turbine aufzu- zeigen, bei der der Spalt zwischen Läufer und Gehäuse minimal ist .
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in einer Turbine dem Läufer und/oder Gehäuse ein Körperschallüberwachungssystem zugeordnet ist, das ausgangsseitig mit der Stelleinrichtung verbunden ist.
Auch bezüglich der Turbine ist das Körperschallüberwachungs¬ system vorteilhafterweise Bestandteil eines Fremdkörperdetek- tionssystems und/oder der Läufer zur Einstellung der Größe des Spalts ist vorteilhafterweise in einer axialen Richtung gegenüber dem Gehäuse verschiebbar ist. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Läufer, insbesondere an den Enden der Laufschaufeln zumindest teilweise verschleißbar. Das heißt, dass entsprechende Abriebstellen vorhanden sind, die für ein leichtes Berühren des Gehäuses wäh- rend des Einstellprozesses ausgelegt sind. An den Abriebstel¬ len wird dann eventuell Material abgetragen, diese sind aber so ausgelegt, dass dadurch keine strukturellen Schäden am Läufer, insbesondere der Laufschaufei entstehen. Damit kann der Läufer gefahrlos bis zum leichten, signalerzeugenden Kon- takt verschoben werden, was eine optimale Spalteinstellung ermöglicht .
Eine Kraftwerksanlage umfasst vorteilhafterweise eine be¬ schriebene Turbine.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Kontakterkennung zwischen Läufer und Gehäuse mittels Fremdkörpererkennungssystem eine Minimierung der radialen Spalte mit technisch besonders einfachen Mitteln ermöglicht wird. Der Wirkungsgrad der Turbine wird dadurch maximiert und die Leistung gesteigert. Dies bietet auch Vor¬ teile hinsichtlich der Umweltverträglichkeit, da durch eine leittechnische Änderung eine deutliche Brennstoff- und Emis¬ sionseinsparung erzielt wird.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur eine Gasturbine.
Die FIG zeigt eine Turbine 100, hier eine Gasturbine, in ei¬ nem Längsteilschnitt. Die Gasturbine 100 weist im Inneren ei- nen um eine Rotationsachse 102 (Axialrichtung) drehgelagerten Rotor 103 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer 106, mit mehreren koaxial ange- ordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109. Die Ringbrennkammer 106 kommuniziert mit einem ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hinterein¬ ander geschaltete Turbinenstufen 112 die Turbine 108. Jede Turbinenstufe 112 ist aus zwei Schaufelringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Lauf¬ schaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei am Stator 143 befestigt, wo- hingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind. Die Lauf¬ schaufeln 120 bilden somit Bestandteile des Rotors oder Läu¬ fers 103. An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge- führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brennkammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium 113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 ent- spannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unter- liegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 106 auskleidenden Hitzeschildsteinen am meisten thermisch belas- tet. Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, werden diese mittels eines Kühlmittels gekühlt. Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M = Fe, Co, Ni, Seltene Erden) und Wärme (Wärmedämmschicht, beispielsweise 1r02, Y204-ZrC>2) aufweisen.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge¬ stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .
Auf leittechnischer Seite weist die Gasturbine 100 gemäß der FIG ein nicht näher dargestelltes Fremdkörperdetektionssystem auf. Dieses dient dazu, in die Gasturbine 100 mit der Luft 135 eindringende Fremdkörper oder aber durch Beschädigungen in der Turbine 100 losgerissene Fremdkörper zu detektieren und gegebenenfalls eine Schnellabschaltung der Turbine 100 zu veranlassen. Dazu umfasst das Fremdkörperdetektionssystem ein Körperschallüberwachungssystem, welches mit einer Vielzahl von Sensoren an Läufer 103 und Gehäuse 138 verbunden ist, die Ausgangssignale bezüglich der in der Turbine 100 entstehenden Schallschwingungen .
Weiterhin ist der Läufer 103 entlang der Achse 102 axial verschiebbar. Aufgrund der Konizität der Läuferspitze des Läu- fers 103 und des Gehäuses 138 zueinander wird durch eine Axi¬ alverschiebung des Läufers 103 oder des Gehäuses 138 der Spalt d zwischen Läufer 103, insbesondere den Laufschaufel¬ enden, und Gehäuse 138 verringert oder vergrößert. Die Axial¬ verschiebung erfolgt hydraulisch.
Durch eine axiale Verschiebung des Rotors 103 gegenüber dem Gehäuse 138 wird der bestehende Spalt d verengt und bis schließlich ein erster Kontakt hergestellt wird, der zu Vib¬ rationen und damit zu Erzeugung von Schall führt. Dieser Schall überträgt sich durch das Gehäuse 138 und wird vom Kör¬ perschallüberwachungssystem erfasst und in entsprechende Ausgangssignale umgesetzt. Je nach axialer Verschiebung der Leitschaufeln 120 gegenüber dem Gehäuse 138 wird ein mehr oder weniger starker Kontakt zwischen den Turbinenschaufeln 120 und dem Gehäuse 138 hergestellt, wodurch sich auch die Stärke des erzeugten Körper- schalls und damit der Ausgangssignale ändert. So ergeben sich verschiedene Ausgangssignale in Abhängigkeit von dem Wert der AxialVerschiebung .
Wenn ein erster Kontakt hergestellt wurde, werden die Leit- schaufeln 120 fixiert oder aber - bei noch zu starkem Kontakt - wieder zurückverschoben, bis gerade kein durch ein entsprechendes Ausgangssignal angezeigter Kontakt mehr vorhanden ist. Dann ist ein minimaler Spalt d eingestellt. Diese Ein¬ stellung des minimalen Spalts kann während des Betriebs, ty- pischerweise nach vollständiger Durchwärmung der Turbine 100 erfolgen .
Die Turbinenschaufel 120 weist eine äußere Verschleißschicht auf. Die äußere Verschleißschicht ist beispielsweise porös und/oder keramisch, so dass auch ein geringer Kontakt keine dauerhafte Beschädigung verursacht.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Minimierung des Spalts (d) zwischen einem Läufer (120), insbesondere einer Laufschaufel (120), und einem Gehäuse (138), insbesondere einem Gehäuse (138) einer Turbine (100),
wobei der Spalt (d) zwischen Läufer (120) und Gehäuse (138) einstellbar ist, insbesondere durch Verschiebung von Läufer (120) und Gehäuse (138) gegeneinander,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Ausgangssignal eines dem Läufer (120) und/oder Gehäuse (138) zugeordneten Körperschallüberwachungssystems als Maß für die Größe des Spalts (d) und damit zur Einstellung ei- nes minimalen Spalts (d) herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem das Körperschallüberwachungssystem Bestandteil eines Fremdkörperdetektionssystems ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Läufer (120) zur Einstellung der Größe des Spalts in einer axialen Richtung (102) gegenüber dem Gehäuse (138) verschiebbar ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Läufer (120) so verschoben wird, bis gerade kein Aus¬ gangssignale erzeugender Kontakt mehr vorhanden ist.
5. Turbine (100), insbesondere Gasturbine, umfassend einen Läufer (120), insbesondere eine Laufschaufel (120), und ein Gehäuse ( 138 ) ,
wobei der Spalt (d) zwischen Läufer (120) und Gehäuse (138) mittels des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche minimiert wird.
6. Turbine (100), insbesondere eine Gasturbine, umfassend einen Läufer (120), insbesondere eine Laufschaufel (120), und ein Gehäuse (138),
wobei der Spalt (d) zwischen Läufer (120) und Gehäuse (138) mittels einer Stelleinrichtung einstellbar ist, insbesondere durch Verschiebung von Läufer (120) und Gehäuse (138) gegeneinander,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Läufer (120) und/oder Gehäuse (138) ein Körperschall- Überwachungssystem zugeordnet ist, das ausgangsseitig mit der Stelleinrichtung verbunden ist.
7. Turbine (100) nach Anspruch 6,
bei der das Körperschallüberwachungssystem Bestandteil ei- nes Fremdkörperdetektionssystems ist.
8. Turbine (100) nach Anspruch 6 oder 7,
bei der der Läufer (120) zur Einstellung der Größe des Spalts in einer axialen Richtung (102) gegenüber dem Ge- häuse (138) verschiebbar ist.
9. Turbine (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
bei der der Läufer (120) zumindest teilweise verschleißbar ist .
10. Kraftwerksanlage mit einer Turbine (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 9.
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