EP1731715A1

EP1731715A1 - Transition between a combustion chamber and a turbine

Info

Publication number: EP1731715A1
Application number: EP05012554A
Authority: EP
Inventors: Mariano Cano Wolff; Andreas Heilos; Margarete Herz; Martin Lenze; Christian Lerner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-13

Abstract

The turbine has a combustion chamber surrounded by an external wall, and a turbine unit that downstreams the chamber visible in the flow direction of working medium. The turbine unit has wall units (32) limiting the flow path of the medium. The wall units form a balancing gap in a transition area, where the gap is closed by a number of separate closing components. The closing components are fixed at the wall unit of the turbine unit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit einer von einer Umfassungswand umgebenen Brennkammer und mit einer in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen der Brennkammer nachgeschalteten Turbineneinheit, wobei die Turbineneinheit eine Anzahl von den Strömungsweg des Arbeitsmediums begrenzenden Wandelementen aufweist, und wobei das jeweilige Wandelement im Übergangsbereich zu dem ihm benachbarten Abschnitt der Umfassungswand mit dieser einen Ausgleichsspalt bildet.The invention relates to a gas turbine having a combustion chamber surrounded by a surrounding wall and having a turbine unit downstream of the combustion chamber, the turbine unit having a number of wall elements bounding the flow path of the working medium, and wherein the respective wall element in the transition area to the it forms adjacent portion of Umfassungswand with this one compensation gap.

Gasturbinen werden in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Arbeitsmaschinen eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffs zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Turbinenwelle genutzt. Der Brennstoff wird dazu in einer Brennkammer verbrannt, wobei von einem Luftverdichter verdichtete Luft zugeführt wird. Das in der Brennkammer durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte, unter hohem Druck und unter hoher Temperatur stehende Arbeitsmedium wird dabei über eine der Brennkammer nachgeschaltete Turbineneinheit geführt, wo es sich arbeitsleistend entspannt.Gas turbines are used in many areas to drive generators or work machines. In this case, the energy content of a fuel is used to generate a rotational movement of a turbine shaft. For this purpose, the fuel is burned in a combustion chamber, compressed air being supplied by an air compressor. The working medium produced in the combustion chamber by the combustion of the fuel, under high pressure and at high temperature, is guided via a turbine unit arranged downstream of the combustion chamber, where it relaxes to perform work.

Zur Erzeugung der Rotationsbewegung der Turbinenwelle sind dabei an dieser eine Anzahl von üblicherweise in Schaufelgruppen oder Schaufelreihen zusammengefassten Laufschaufeln angeordnet, die über einen Impulsübertrag aus dem Arbeitsmedium die Turbinenwelle antreiben. Zur Strömungsführung des Arbeitsmediums in der Turbineneinheit sind zu dem üblicherweise zwischen benachbarten Laufschaufelreihen mit dem Turbinengehäuse verbundene und zu Leitschaufelreihen zusammengefasste Leitschaufeln angeordnet.To generate the rotational movement of the turbine shaft, a number of rotor blades, which are usually combined into blade groups or rows of blades, are arranged thereon and drive the turbine shaft via a momentum transfer from the working medium. For the flow guidance of the working medium in the turbine unit are arranged to the usually between adjacent rows of blades connected to the turbine housing and combined into rows of stator vanes.

Die Brennkammer der Gasturbine kann als so genannte Ringbrennkammer ausgeführt sein, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle herum angeordneten Brennern in einen gemeinsamen, von einer hochtemperaturbeständigen Umfassungswand umgebenen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet. Neben einer einzigen Brennkammer kann auch eine Mehrzahl von Brennkammern vorgesehen sein.The combustor of the gas turbine may be embodied as a so-called annular combustor having a plurality of burners circumferentially disposed about the turbine shaft in a common, surrounded by a high temperature resistant surrounding wall combustion chamber space. For this purpose, the combustion chamber is designed in its entirety as an annular structure. In addition to a single combustion chamber can also be provided a plurality of combustion chambers.

Unmittelbar an die Brennkammer schließt sich in der Regel eine erste Leitschaufelreihe einer Turbineneinheit an, die zusammen mit der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen unmittelbar nachfolgenden Laufschaufelreihe eine erste Turbinenstufe der Turbineneinheit bildet, welcher üblicherweise weitere Turbinenstufen nachgeschaltet sind.Immediately adjoining the combustion chamber is generally followed by a first row of guide vanes of a turbine unit which, together with the blade row immediately downstream in the flow direction of the working medium, forms a first turbine stage of the turbine unit, which is usually followed by further turbine stages.

Die Leitschaufeln sind jeweils über einen auch als Plattform bezeichneten Schaufelfuß am Innengehäuse der Turbineneinheit fixiert. Zwischen den in axialer Richtung der Gasturbine voneinander beabstandet angeordneten Plattformen der Leitschaufeln zweier benachbarter Leitschaufelreihen ist jeweils ein Führungsring am Innengehäuse der Turbineneinheit angeordnet. Ein derartiger Führungsring ist durch einen Radialspalt von den Schaufelspitzen der an gleicher axialer Position an der Turbinenwelle fixierten Laufschaufeln der zugehörigen Laufschaufelreihe beabstandet. Damit bilden die Plattformen der Leitschaufeln und die ihrerseits ggf. in Umfangsrichtung der Gasturbine segmentiert ausgeführten Führungsringe eine Anzahl von die äußere Begrenzung eines Strömungskanals für das Arbeitsmedium darstellenden Wandelementen der Turbineneinheit.The guide vanes are each fixed to the inner housing of the turbine unit via a blade root, also referred to as a platform. Between the spaced apart in the axial direction of the gas turbine platforms of the vanes of two adjacent rows of vanes, a guide ring is arranged on the inner housing of the turbine unit. Such a guide ring is spaced by a radial gap of the blade tips of the fixed at the same axial position on the turbine shaft blades of the associated blade row. Thus, the platforms of the guide vanes and, in turn, possibly segmented in the circumferential direction of the gas turbine guide rings form a number of the outer boundary of a flow channel for the working medium performing wall elements of the turbine unit.

Bei der Auslegung derartiger Gasturbinen ist zusätzlich zur erreichbaren Leistung üblicherweise ein besonders hoher Wirkungsgrad ein Auslegungsziel. Eine Erhöhung des Wirkungsgrades lässt sich aus thermodynamischen Gründen grundsätzlich durch eine Erhöhung der Austrittstemperatur erreichen, mit der das Arbeitsmedium aus der Brennkammer ab- und in die Turbineneinheit einströmt. Daher werden Temperaturen von etwa 1200 °C bis 1500 °C für derartige Gasturbinen angestrebt und auch erreicht.In the design of such gas turbines in addition to the achievable power usually a particularly high efficiency is a design target. An increase in the efficiency can be achieved for thermodynamic reasons basically by increasing the outlet temperature at which the working fluid from the combustion chamber and flows into the turbine unit. Therefore, temperatures of about 1200 ° C to 1500 ° C are sought for such gas turbines and achieved.

Bei derartig hohen Temperaturen des Arbeitsmediums sind jedoch die diesem ausgesetzten Komponenten und Bauteile hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Um dennoch bei hoher Zuverlässigkeit eine vergleichsweise lange Lebensdauer der betroffenen Komponenten zu gewährleisten, ist üblicherweise eine Kühlung der betroffenen Komponenten, insbesondere der Umfassungswand der Brennkammer und/oder der Wandelemente der Turbineneinheit, vorgesehen. Die Kühlung kann beispielsweise durch eine Anzahl von in dem jeweiligen Wandabschnitt oder Wandelement integrierten Kühlmittelkanälen verwirklicht sein. Weiterhin kann eine An- oder Überströmung der vom Arbeitsmedium abgewandten Außenseite des jeweiligen Wandabschnitts oder Wandelements durch ein Kühlmittel vorgesehen sein. Zudem weist die der Strahlungswirkung der Brennerflammen direkt ausgesetzte Umfassungswand der Brennkammer neben einer die eigentliche Tragstruktur bildenden, üblicherweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellten Gehäusewand auch noch eine durch eine Anzahl von Hitzeschildelementen gebildete Innenauskleidung auf. Insbesondere können keramische und/oder mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht ausgestattete Hitzeschildelemente als thermische Barriere zum Einsatz kommen.At such high temperatures of the working medium, however, exposed to this components and components are exposed to high thermal loads. In order nevertheless to ensure a comparatively long service life of the affected components with high reliability, cooling of the affected components, in particular the surrounding wall of the combustion chamber and / or the wall elements of the turbine unit, is usually provided. The cooling can be realized for example by a number of integrated in the respective wall section or wall element coolant channels. Furthermore, a flow or overflow of the working medium facing away from the outside of the respective wall portion or wall element may be provided by a coolant. In addition, the peripheral wall of the combustion chamber directly exposed to the radiation effect of the burner flames also has an inner lining formed by a number of heat shield elements in addition to a housing wall which forms the actual support structure and is usually made of a metallic material. In particular, ceramic heat shield elements and / or heat shield elements equipped with a particularly heat-resistant protective layer can be used as a thermal barrier.

Aus konstruktiven Gründen sowie zur akustischen Entkopplung, d. h. zur Vermeidung oder zur Dämpfung resonanzbedingter Vibrationen, ist die Umfassungswand der Brennkammer üblicherweise an einem vom Innengehäuse der Turbineneinheit unabhängigen, d. h. nicht mit diesem in mechanischer Verbindung stehenden Trägergerüst fixiert oder eingehängt.For structural reasons and for acoustic decoupling, d. H. To avoid or damp resonance-related vibrations, the peripheral wall of the combustion chamber is usually independent of the inner casing of the turbine unit, d. H. not fixed or suspended with this mechanically connected support frame.

Zum Ausgleich der während des Betriebs der Gasturbine infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung auftretenden relativen Bewegungen der Bauteile zueinander ist im Übergangsbereich zwischen der Brennkammer und der Turbineneinheit - genauer: zwischen dem jeweiligen Wandelement der Turbineneinheit und dem ihm benachbarten Abschnitt der ggf. mit Hitzeschildelementen ausgekleideten Umfassungswand der Brennkammer - ein Ausgleichsspalt vorgesehen.To compensate for the occurring during operation of the gas turbine due to differential thermal expansion relative movements of the components to each other in the transition region between the combustion chamber and the turbine unit - more precisely: between the respective wall element of the turbine unit and the adjacent section of the possibly with heat shield elements lined enclosure wall of the combustion chamber - a compensation gap provided.

Dieser Ausgleichsspalt ist seiner Natur nach ein Axialspalt. Allerdings kann an der Übergangsstelle konstruktionsbedingt oder infolge unterschiedlich starker thermischer Ausdehnung in radialer Richtung auch ein radialer Versatz oder Oberflächensprung auftreten. Dieser radiale Versatz ist wie die Spaltbreite, also die Ausdehnung des Ausgleichsspalts in axialer Richtung, nicht konstant, sondern variiert zeitlich mit den verschiedenen Betriebszuständen und Temperaturverhältnissen in der Gasturbine. Minimale Spaltbreiten werden unter Umständen nicht während des Volllastbetriebes, sondern vielmehr während instationärer, thermisch nicht ausgeglichener Betriebsphasen, beispielsweise bei Lastwechseln, erreicht.This compensation gap is an axial gap in nature. However, due to the design or as a result of different degrees of thermal expansion in the radial direction, a radial offset or surface discontinuity can also occur at the transition point. This radial offset is like the gap width, ie the expansion of the compensation gap in the axial direction, not constant, but varies in time with the various operating conditions and temperature conditions in the gas turbine. Minimum gap widths may not be achieved during full load operation, but rather during unsteady, thermally unbalanced operating phases, such as during load changes.

Damit können während des Volllastbetriebes, bei dem das die Gasturbine durchströmende Arbeitsmedium besonders hohe Temperaturen aufweist, vergleichsweise große Spaltabstände auftreten, wodurch es unter Umständen zu einem Eintritt vergleichsweise großer Mengen von Heißgas in den Ausgleichsspalt kommt. Bei einem fortgesetzten Heißgaseinzug tritt ein erhöhter Verschleiß der den Spalt begrenzenden Turbinenbauteile auf, der schließlich zu die Betriebssicherheit der Gasturbine gefährdenden Beschädigungen führen kann. Die Reparatur derartiger Schadstellen ist zudem kostspielig und mit längeren Ausfallzeiten der Gasturbine verbunden.Thus, during full load operation, in which the gas turbine flowing through the working medium has particularly high temperatures, comparatively large gap distances occur, which may lead to an entry of relatively large amounts of hot gas in the compensation gap. In a continued Heißgaseinzug occurs an increased wear of the gap limiting turbine components, which can eventually lead to the reliability of the gas turbine hazardous damage. The repair of such damage is also costly and associated with longer downtime of the gas turbine.

Üblicherweise wird dem Bauteilverschleiß durch einen vermehrten Einsatz von Kühlluft, welche in die Spaltregion eingeleitet wird, entgegengewirkt. Es ist jedoch allgemein anzustreben, den Kühlluftverbrauch zu minimieren, da die Kühlluft üblicherweise aus dem Verdichtermassenstrom der Gasturbine abgezweigt wird, wodurch sich deren Gesamtwirkungsgrad vermindert.Usually, the component wear is counteracted by an increased use of cooling air, which is introduced into the splitting region. However, it is generally desirable to minimize the cooling air consumption, since the cooling air is usually diverted from the compressor mass flow of the gas turbine, thereby reducing their overall efficiency.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine der oben genannten Art anzugeben, bei der bei einem hohen erreichbaren Wirkungsgrad der Übergangsbereich zwischen der Brennkammer und der Turbineneinheit für eine hohe betriebliche Sicherheit und lange Lebensdauer ausgelegt ist.The invention is therefore based on the object of specifying a gas turbine of the abovementioned type, in which at a high achievable efficiency of the transition region between the combustion chamber and the turbine unit is designed for a high operational safety and long life.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Ausgleichsspalt durch eine Anzahl von separaten Verschlussbauteilen verschlossen ist.This object is achieved according to the invention by the compensation gap being closed by a number of separate closure components.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für eine möglichst lange Lebensdauer der den Ausgleichsspalt bildenden oder an ihn angrenzenden Turbinenkomponenten der durch den Einzug von Heißgas bedingte oder geförderte Bauteilverschleiß im Bereich der Spaltwandung verzögert werden sollte. Um im Interesse eines möglichst hohen Wirkungsgrades der Gasturbine den Verbrauch an Kühlluft zu minimieren, können daher Mittel oder Konzepte vorgesehen sein, die die Menge des in den Ausgleichsspalt eintretenden Heißgases verringern. Dies lässt sich prinzipiell dadurch erreichen, dass die Breite des Ausgleichsspaltes in seinem Mündungsbereich möglichst gering gehalten ist. Beispielsweise könnten im Bereich der jeweiligen Spaltkante an die Wandelemente angeformte und wechselseitig ineinander eingreifende Nut- und Federelemente ein eine Drosselwirkung aufweisendes Eintrittslabyrinth ausbilden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Breite des verbleibenden Restspaltes nicht beliebig klein ausgelegt sein kann. Aufgrund der angestrebten thermo-mechanischen Entkopplung der Turbineneinheit von der Brennkammer ist nämlich selbst eine kurzzeitige, während bestimmter Betriebszustände auftretende, direkte Berührung der jeweiligen Gehäuseabschnitte ausgesprochen unerwünscht. Zudem könnte eine infolge eines in seiner Breite zu gering dimensionierten Ausgleichsspaltes erfolgende Berührung starke Materialspannungen in den vergleichsweise starren Gehäuseabschnitten oder Wandelementen hervorrufen und es könnte zu Reibverschleiß bzw. hämmerndem Verschleiß kommen.The invention is based on the consideration that, for the longest possible service life of the compensation gap forming or adjacent to him turbine components should be delayed by the collection of hot gas or promoted component wear in the gap wall. In order to minimize the consumption of cooling air in the interest of the highest possible efficiency of the gas turbine, therefore, means or concepts can be provided which reduce the amount of hot gas entering the compensation gap. This can be achieved in principle by the fact that the width of the compensating gap is kept as low as possible in its mouth region. For example, formed in the region of the respective gap edge on the wall elements and mutually mutually engaging groove and spring elements forming a throttle effect exhibiting labyrinth. It should be noted, however, that the width of the remaining gap can not be designed arbitrarily small. Because of the desired thermo-mechanical decoupling of the turbine unit from the combustion chamber, even a brief, occurring during certain operating conditions, direct contact of the respective housing sections is specifically undesirable. In addition, a contact which occurs as a result of a gap which is too small in its width could cause strong material tensions in the comparatively rigid housing sections or wall elements and could result in fretting or hammering wear.

Stattdessen sollte ein für einen möglichst gasdichten Verschluss des Ausgleichsspaltes vorgesehenes Verschlussbauteil im Hinblick auf die während des Betriebs der Gasturbine unter dem Einfluss unterschiedlicher Temperaturbedingungen variierende Spaltgeometrie zusätzliche Freiheitsgrade aufweisen, die eine flexible und bewegliche Anbringung oder Halterung an den angrenzenden Turbinenkomponenten ermöglichen. Zum Ausgleich wiederholt auftretender Längenschwankungen kann es auch wünschenswert sein, das Verschlussbauteil aus einem besonders gut elastisch verformbaren Werkstoff zu fertigen. Derartige Freiheitsgrade in der Materialwahl oder hinsichtlich der Halterung werden dadurch bereitgestellt, dass das jeweilige Verschlussbauteil als separate Komponente (und nicht etwa als integraler Bestandteil der den Ausgleichsspalt begrenzenden Wandelemente) ausgeführt ist und somit im Gegensatz zu den Gehäusekomponenten keine tragende Funktion erfüllen muss. Damit lässt sich bei geeigneter Ausführung des Verschlussbauteils, welche Gegenstand der Unteransprüche ist, eine gute Abdichtung des Ausgleichsspalts erreichen, während die durch das Verschlussbauteil hergestellte Kopplung von Brennkammer und Turbineneinheit bei entsprechender Auslegung nicht zu erhöhten Spannungen bzw. Verschleiß führt.Instead, a closure component provided for as close as possible a gas-tight closure of the compensation gap should have additional degrees of freedom with regard to the gap geometry varying during the operation of the gas turbine under the influence of different temperature conditions, which allow flexible and movable attachment or retention to the adjacent turbine components. To compensate for repeated variations in length, it may also be desirable to manufacture the closure member from a particularly well elastically deformable material. Such degrees of freedom in the choice of material or in terms of the holder are provided by the fact that the respective closure component is designed as a separate component (and not as an integral part of the wall elements delimiting the compensation gap) and thus does not have to perform a supporting function in contrast to the housing components. With a suitable design of the closure component, which is the subject of the subclaims, a good sealing of the compensating gap can be achieved, while the coupling of combustion chamber and turbine unit produced by the closure component does not lead to increased stresses or wear with a corresponding design.

Vorteilhafterweise ist das jeweilige Verschlussbauteil beweglich gegenüber der Umfassungswand der Brennkammer und/oder den Wandelementen der Turbineneinheit befestigt, so dass bei dauerhafter Abdichtung des Ausgleichsspalts Relativbewegungen der Bauteile sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Gasturbine ausgeglichen werden können. Dabei ist die Befestigung oder Verbindung vorteilhafterweise lösbar ausgeführt, um das Verschlussbauteil bei Beschädigung leicht auswechseln zu können, oder um bei abmontiertem Verschlussbauteil eine einfache Zugriffsmöglichkeit in den Ausgleichsspalt zu gewähren.Advantageously, the respective closure component is movably mounted with respect to the peripheral wall of the combustion chamber and / or the wall elements of the turbine unit, so that relative movements of the components in radial as well as in axial direction of the gas turbine can be compensated for permanent sealing of the compensation gap. In this case, the attachment or connection is advantageously carried out releasably, in order to easily replace the closure component in case of damage, or to grant a simple accessibility in the compensation gap with demounted closure member.

Gemäß einer Weiterbildung umfasst das jeweilige Verschlussbauteil vorteilhafterweise ein auf der Oberfläche der die Brennkammer umgebenden Umfassungswand und auf einer Anzahl von Wandelementen der Turbineneinheit aufliegendes Abdeckelement. Dabei ist das jeweilige Abdeckelement in Umfangsrichtung der Gasturbine entsprechend der Kontur der beiden den Spalt zum Innenraum des Strömungskanals begrenzenden Kanten geformt bzw. gebogen. Es liegt also beidseitig jeweils auf seiner gesamten Länge möglichst flach auf an den Spalt angrenzenden Auflageflächen auf. Der seitliche Überstand des Abdeckelements (oder anders ausgedrückt: seine Ausdehnung in axialer Richtung) ist so groß bemessen, dass das Abdeckelement auch bei einer während des Betriebs der Gasturbine vorgesehenen oder zu erwartenden maximalen Spaltausdehnung nicht in den Ausgleichsspalt "hineinrutscht", sondern weiterhin sicher beidseitig aufliegt.According to a further development, the respective closure component advantageously comprises a peripheral wall surrounding the combustion chamber and a number Cover element resting on wall elements of the turbine unit. In this case, the respective cover element is formed or bent in the circumferential direction of the gas turbine according to the contour of the two edges bounding the gap to the interior of the flow channel. It thus lies on both sides as flat as possible on its entire length on adjacent to the gap bearing surfaces. The lateral projection of the cover (or in other words its extension in the axial direction) is dimensioned so large that the cover does not "slips" into the compensation gap even at a maximum gap expansion or expected during operation of the gas turbine, but still safe on both sides rests.

Bei einer ringförmigen Brennkammer mit insgesamt ringförmigem Spaltverlauf bildet auch die Gesamtheit der aneinander angrenzenden Abdeckelemente eine ringförmige Struktur.In the case of an annular combustion chamber with an overall annular gap profile, the entirety of the adjoining cover elements also forms an annular structure.

Wenn sich die Breite des Ausgleichsspaltes während des Betriebs der Gasturbine verändert, wird das Verschlussbauteil über weiter unten zu beschreibende Befestigungsmittel gegenüber der Spaltmitte oder gegenüber einer der beiden Kanten im Wesentlichen auf seiner ursprünglichen Position gehalten, wobei das Abdeckelement während der vergleichsweise langsam ablaufenden Ausdehnungsvorgänge der Wandelemente auf den Auflageflächen rutscht, bzw. die Auflageflächen unter dem Abdeckelement um eine gewisse Strecke seitlich weggleiten. Falls sich infolge unterschiedlicher radialer Ausdehnung der durch den Ausgleichsspalt beabstandeten Wandabschnitte die Höhe des radialen Versatzes an der Übergangsstelle ändert, so werden derartige Änderungen durch ein Verkippen des jeweiligen Abdeckelementes ausgeglichen.When the width of the compensation gap changes during operation of the gas turbine, the closure component is held substantially in its original position over the fastening means to be described below with respect to the gap center or with respect to one of the two edges, wherein the cover member during the relatively slow expansions of the wall elements slips on the support surfaces, or the support surfaces slide laterally under the cover by a certain distance. If the height of the radial offset at the transition point changes as a result of different radial expansion of the wall sections which are spaced apart by the compensation gap, such changes are compensated for by tilting the respective cover element.

Das jeweilige Abdeckelement ist in radialer Ausdehnungsrichtung vergleichsweise flach gehalten, um der Strömung des Arbeitsmediums in den Randbereichen des Strömungskanals keinen nennenswerten Widerstand entgegenzusetzen. Die Auflageflächen für das Abdeckelement können auch (in radialer Richtung) leicht versenkt angeordnet sein, so dass die Oberfläche des Abdeckelements nicht über die seitlich angrenzenden Oberflächen der jeweiligen Wandabschnitte von Brennkammer und Turbine hervorsteht.The respective cover element is held comparatively flat in the radial expansion direction so as not to oppose any appreciable resistance to the flow of the working medium in the edge regions of the flow channel. The bearing surfaces for the cover can also (in the radial direction) be slightly recessed, so that the surface of the cover does not protrude beyond the laterally adjacent surfaces of the respective wall sections of the combustion chamber and turbine.

Zur Verwirklichung einer guten Abdichtung des Ausgleichsspalts gegenüber dem im Strömungskanal vorbeiströmenden Heißgas ist das jeweilige Verschlussbauteil vorzugsweise federbelastet. Dabei hält eine Anzahl von vorzugsweise jeweils als Zugfeder ausgeführten Federelementen das Verschlussbauteil in Position und sorgt durch eine im Wesentlichen in radialer Richtung auf das Abdeckelement einwirkende Kraft für ein sicheres und dichtes Anliegen desselben an den heißgasführenden Wandbauteilen. Durch die Anordnung der Zugfedern im Ausgleichsspalt sind diese wirkungsvoll vor Kontakt mit dem Heißgas geschützt.In order to achieve a good sealing of the compensation gap with respect to the hot gas flowing past the flow channel, the respective closure component is preferably spring-loaded. In this case, holds a number of preferably designed as a tension spring spring elements, the closure member in position and provides by a substantially acting in the radial direction of the cover force for a secure and dense concern of the same on the hot gas wall components. The arrangement of the springs in the compensation gap these are effectively protected from contact with the hot gas.

Alternativ oder zusätzlich zu den Zugfedern kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Anzahl von im Ausgleichsspalt angeordneten elastischen Verriegelungselementen vorgesehen sein, über die das jeweilige Verschlussbauteil fixiert und vor Herausfallen aus dem Ausgleichsspalt gesichert ist. Vorteilhafterweise ist das Verriegelungselement mit einem an das Verschlussbauteil bzw. an das Abdeckelement angeformten Steg, der in den Ausgleichsspalt eingreift, verbunden oder steht mit ihm in Kontakt.As an alternative or in addition to the tension springs, in an advantageous embodiment, a number of elastic locking elements arranged in the compensation gap can be provided, via which the respective closure component is fixed and secured against falling out of the compensation gap. Advantageously, the locking element is connected to an integrally formed on the closure member or on the cover web, which engages in the compensation gap, or is in contact with him.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist als Verriegelungselement ein im Ausgleichsspalt eingespanntes Metallfederband vorgesehen. Ein derartiges Metallfederband kann z. B. an der brennkammerseitigen Begrenzungswand des Ausgleichsspalts zwischen der eigentlichen Gehäusewand (dem so genannten Nabengehäuse) und darauf aufgebrachten Hitzeschildelementen eingeklemmt sein, während es an der turbinenseitigen Begrenzungswand des Ausgleichsspalts unter einem Vorsprung oder in einer Nut einer ein Wandelement der Turbineneinheit bildenden Leitschaufelplattform festgehalten und/oder federnd gelagert ist. Vorteilhafterweise ist das im Ausgleichsspalt eingespannte Metallfederband durch eine Ausnehmung eines an das jeweilige Verschlussbauteil angeformten Steges geführt, wodurch auf besonders einfache und günstige Weise eine sichere und flexibel an die thermischen Ausgleichsbewegungen der Turbinenkomponenten angepasste Verriegelung realisiert ist.In a particularly advantageous embodiment, a metal spring band clamped in the compensation gap is provided as the locking element. Such a metal spring band can, for. B. on the combustion chamber-side boundary wall of the compensation gap between the actual housing wall (the so-called hub shell) and heat shield elements applied thereto while it is held on the turbine-side boundary wall of the compensation gap under a projection or in a groove of a wall element of the turbine unit forming Leitschaufelplattform and / / or is spring-mounted. This is advantageously in the compensation gap clamped metal spring strip guided by a recess of an integrally formed on the respective closure member web, whereby a safe and flexible adapted to the thermal compensatory movements of the turbine components locking is realized in a particularly simple and inexpensive manner.

In einer bevorzugten Alternativausführung ist als Verschlussbauteil jeweils ein Blechstück mit einem im Wesentlichen S-förmig oder Z-förmig konturierten Querschnittsprofil vorgesehen, wobei eine zu einem der Schenkel des S oder Z korrespondierende Teilfläche des Blechstücks den eigentlichen Spaltverschluss bildet.In a preferred alternative embodiment, a piece of sheet metal having a substantially S-shaped or Z-shaped contoured cross-sectional profile is provided as the closure component, wherein a partial surface of the sheet metal piece corresponding to one of the legs of the S or Z forms the actual gap closure.

Brennkammerseitig ist das Blechstück vorzugsweise an einem seiner Randabschnitte in einen Klemmspalt zwischen der Gehäusewand und einer Anzahl von darauf aufgebrachten Hitzeschildelementen eingeklemmt. Turbinenseitig greift ein dem eingeklemmten Randabschnitt gegenüberliegender Randabschnitt des Blechstücks in eine Nut eines Wandelements der Turbineneinheit ein. Auf diese Weise ist zum einen eine einfache Befestigung des Blechstücks ermöglicht, zum anderen passt sich das Blechstück aufgrund seiner Formgebung ähnlich einem Faltenbalg besonders gut an Veränderungen der Spaltgeometrie an, und zwar sowohl bei relativen Verschiebungen in radialer Richtung als auch bei Veränderungen der Spaltbreite (d. h. in axialer Richtung).Combustor side, the sheet metal piece is preferably clamped at one of its edge portions in a nip between the housing wall and a number of applied thereto heat shield elements. Turbine side engages an edge portion of the sheet metal piece opposite the clamped edge portion into a groove of a wall element of the turbine unit. In this way, on the one hand a simple attachment of the sheet metal piece allows, on the other hand, the sheet metal piece adapts due to its shape similar to a bellows particularly well to changes in the gap geometry, both for relative displacements in the radial direction as well as changes in the gap width (ie in the axial direction).

Gemäß einer Weiterbildung sind in vorteilhafter Weise Mittel für eine Zufuhr von Kühlluft in den Ausgleichsspalt vorgesehen, wobei die Einleitung der Kühlluft in der Weise erfolgt, dass das jeweilige Verschlussbauteil durch Prallkühlung an seiner vom heißen Arbeitsmedium abgewandten (sprich: dem Ausgleichsspalt zugewandten) Seite gekühlt wird.According to one embodiment, means for supplying cooling air are provided in the compensation gap in an advantageous manner, wherein the introduction of the cooling air takes place in such a way that the respective closure member is cooled by impingement cooling on its side facing away from the hot working medium (ie: the compensation gap facing) ,

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das jeweilige Verschlussbauteil eine Anzahl von Austrittskanälen für die in den Ausgleichsspalt eingeleitete Kühlluft auf. Bei entsprechender Ausrichtung der Austrittskanäle im Bereich ihrer jeweiligen Austrittsöffnung kann damit eine Filmkühlung an der zum Heißgas gewandten Oberfläche des Verschlussbauteils erreicht werden. Unter Umständen trägt auch die Konvektionskühlung innerhalb der Austrittskanäle zu einer Reduzierung der Bauteiltemperatur und damit zu einer verlängerten Lebensdauer des Verschlussbauteils bei. Die Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen ist im Vergleich zur gesamten vom Verschlussbauteil überdeckten oder verschlossenen Fläche klein gehalten, so dass der Kühlluftbedarf aufgrund der sich einstellenden Drosselwirkung relativ gering ausfällt.In a further advantageous embodiment, the respective closure component has a number of outlet channels for the introduced into the compensation gap cooling air. With appropriate Alignment of the outlet channels in the region of their respective outlet opening can thus be achieved film cooling on the surface facing the hot gas surface of the closure member. Under certain circumstances, the convection cooling within the outlet channels also contributes to a reduction of the component temperature and thus to an extended service life of the closure component. The cross-sectional area of the outlet openings is kept small in comparison to the total area covered or closed by the closure component, so that the cooling air requirement due to the self-adjusting throttling effect is relatively low.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch den bis auf gewollte Leckagen zur Bauteilkühlung mit einer Anzahl von Verschlussbauteilen verschlossenen Ausgleichsspalt im Übergangsbereich zwischen der Brennkammer und der Turbineneinheit einer Gasturbine erheblich Kühlluft eingespart und gleichzeitig die Lebensdauer der Spaltbauteile erhöht werden kann. Durch die Ausführung des Verschlussbauteils als separate Komponente und die damit verbundenen Freiheitsgrade bezüglich Materialwahl und Formgebung ergeben sich vielfältige Möglichkeiten für eine sich flexibel an die variierende Spaltgeometrie anpassende Spaltabdeckung bzw. Spaltabdichtung, wobei das jeweilige Verschlussbauteil zu Wartungszwecken auch relativ leicht wieder abmontiert, repariert oder ersetzt werden kann.The advantages achieved by the invention are, in particular, that significantly reduced cooling air can be saved in the transition region between the combustion chamber and the turbine unit of a gas turbine through the closed to desired leakages for component cooling with a number of closure components compensation gap and at the same time the life of the gap components can be increased. By the execution of the closure member as a separate component and the associated degrees of freedom with respect to choice of material and shape there are many opportunities for a flexibly adapting to the varying gap geometry gap cover or gap seal, the respective closure member for maintenance purposes also relatively easily dismantled, repaired or replaced can be.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1: einen Halbschnitt durch eine Gasturbine,
FIG 2: eine Detaildarstellung des Übergangsbereiches zwischen der Brennkammer und der Turbineneinheit der Gasturbine nach FIG 1,
FIG 3: eine alternative Ausführung des Übergangsbereiches, und
FIG 4: eine weitere Altertivausführung des Übergangsbereiches.

Various embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

FIG. 1: a half-section through a gas turbine,
FIG. 2: a detailed representation of the transition region between the combustion chamber and the turbine unit of the gas turbine according to FIG 1,
FIG. 3: an alternative embodiment of the transition region, and
FIG. 4: another altertiv execution of the transition area.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.

Die Gasturbine 1 gemäß FIG 1 weist einen Verdichter 2 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 4 sowie eine Turbineneinheit 6 zum Antrieb des Verdichters 2 und eines nicht dargestellten Generators oder einer Arbeitsmaschine auf. Dazu sind die Turbineneinheit 6 und der Verdichter 2 auf einer gemeinsamen, auch als Turbinenläufer bezeichneten Turbinenwelle 8 angeordnet, mit der auch der Generator bzw. die Arbeitsmaschine verbunden ist, und die um ihre Mittelachse 9 drehbar gelagert ist. Die in der Art einer Ringbrennkammer ausgeführte Brennkammer 4 ist mit einer Anzahl von Brennern 10 zur Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs bestückt.The gas turbine 1 according to FIG 1 has a compressor 2 for combustion air, a combustion chamber 4 and a turbine unit 6 for driving the compressor 2 and a generator, not shown, or a working machine. For this purpose, the turbine unit 6 and the compressor 2 are arranged on a common, also called turbine rotor turbine shaft 8, with which the generator or the working machine is connected, and which is rotatably mounted about its central axis 9. The running in the manner of an annular combustion chamber 4 is equipped with a number of burners 10 for the combustion of a liquid or gaseous fuel.

Die Turbineneinheit 6 weist eine Anzahl von mit der Turbinenwelle 8 verbundenen, rotierbaren Laufschaufeln 12 auf. Die Laufschaufeln 12 sind kranzförmig an der Turbinenwelle 8 angeordnet und bilden somit eine Anzahl von Laufschaufelreihen. Weiterhin umfasst die Turbineneinheit 6 eine Anzahl von feststehenden Leitschaufeln 14, die ebenfalls kranzförmig unter der Bildung von Leitschaufelreihen an einem Innengehäuse 16 der Turbineneinheit 6 befestigt sind. Die Laufschaufeln 12 dienen zum Antrieb der Turbinenwelle 8 durch Impulsübertrag vom die Turbineneinheit 6 durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 14 dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen aufeinanderfolgenden Laufschaufelreihen oder Laufschaufelkränzen. Ein aufeinanderfolgendes Paar aus einem Kranz von Leitschaufeln 14 oder einer Leitschaufelreihe und aus einem Kranz von Laufschaufeln 12 oder einer Laufschaufelreihe wird auch als Turbinenstufe bezeichnet.The turbine unit 6 has a number of rotatable blades 12 connected to the turbine shaft 8. The blades 12 are arranged in a ring on the turbine shaft 8 and thus form a number of blade rows. Furthermore, the turbine unit 6 comprises a number of fixed vanes 14, which are also fixed in a ring shape with the formation of rows of vanes on an inner casing 16 of the turbine unit 6. The blades 12 serve to drive the turbine shaft 8 by momentum transfer from the turbine unit 6 flowing through the working medium M. The vanes 14, however, serve to guide the flow of the working medium M between two seen in the flow direction of the working medium M consecutive blade rows or blade rings. A successive pair of a ring of vanes 14 or a row of vanes and a ring of blades 12 or a blade row is also referred to as a turbine stage.

Jede Leitschaufel 14 weist eine Plattform 18 auf, die zur Fixierung der jeweiligen Leitschaufel 14 am Innengehäuse 16 der Turbineneinheit 6 als Wandelement angeordnet ist. Die Plattform 18 ist ein thermisch vergleichsweise stark belastetes Bauteil, das die äußere Begrenzung eines Heißgaskanals für das die Turbineneinheit 6 durchströmende Arbeitsmedium M bildet. Jede Laufschaufel 12 ist in analoger Weise über eine auch als Schaufelfuß bezeichnete Plattform 19 an der Turbinenwelle 8 befestigt.Each vane 14 has a platform 18, which is arranged to fix the respective vane 14 on the inner housing 16 of the turbine unit 6 as a wall element. The platform 18 is a thermally comparatively heavily loaded component which forms the outer boundary of a hot gas channel for the working medium M flowing through the turbine unit 6. Each blade 12 is attached to the turbine shaft 8 in an analogous manner via a platform 19, also referred to as a blade root.

Zwischen den beabstandet voneinander angeordneten Plattformen 18 der Leitschaufeln 14 zweier benachbarter Leitschaufelreihen ist jeweils ein Führungsring 21 am Innengehäuse 16 der Turbineneinheit 6 angeordnet. Die äußere Oberfläche jedes Führungsrings 21 ist ebenfalls dem heißen, die Turbineneinheit 6 durchströmenden Arbeitsmedium M ausgesetzt und in radialer Richtung vom äußeren Ende der ihm gegenüber liegenden Laufschaufeln 12 durch einen Spalt beabstandet. Die zwischen benachbarten Leitschaufelreihen angeordneten Führungsringe 21 dienen insbesondere als Abdeckelemente, die das Innengehäuse 16 oder andere Gehäuse-Einbauteile vor einer thermischen Überbeanspruchung durch das die Turbine 6 durchströmende heiße Arbeitsmedium M schützen.Between the spaced-apart platforms 18 of the guide vanes 14 of two adjacent rows of guide vanes is in each case a guide ring 21 on the inner housing 16 of the turbine unit 6 is arranged. The outer surface of each guide ring 21 is also exposed to the hot working medium M flowing through the turbine unit 6 and spaced radially from the outer end of the opposed blades 12 by a gap. The guide rings 21 arranged between adjacent guide blade rows serve, in particular, as cover elements which protect the inner housing 16 or other housing installation parts from thermal overload by the hot working medium M flowing through the turbine 6.

Die Brennkammer 4 ist im Ausführungsbeispiel als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 8 herum angeordneten Brennern 10 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 4 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 8 herum positioniert ist.The combustion chamber 4 is designed in the embodiment as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of circumferentially around the turbine shaft 8 arranged around burners 10 open into a common combustion chamber space. For this purpose, the combustion chamber 4 is configured in its entirety as an annular structure which is positioned around the turbine shaft 8 around.

Zur Erzielung eines vergleichsweise hohen Wirkungsgrades ist die Brennkammer 4 für eine vergleichsweise hohe Temperatur des Arbeitsmediums M von etwa 1000 °C bis 1600 °C ausgelegt. Um auch bei diesen, für die Materialien ungünstigen Betriebsparametern eine vergleichsweise lange Betriebsdauer zu ermöglichen, weist die Umfassungswand 24 der Brennkammer 4 auf ihrer dem Arbeitsmedium M zugewandten Seite, wie in FIG 2 ersichtlich, eine aus Hitzeschildelementen 26 gebildete Innenauskleidung auf. Jedes der auf der Gehäusewand 28 aus Stahl aufgebrachten Hitzeschildelemente 26 ist arbeitsmediumseitig mit einer besonders hitzebeständigen Schutzschicht ausgestattet oder aus einem hochtemperaturbeständigen Material wie beispielsweise Keramik gefertigt. Die Gehäusewand 28 und das jeweilige Hitzeschildelement 26 können einen von einem Kühlmittel durchströmbaren Hohlraum 29 einschließen.To achieve a comparatively high efficiency, the combustion chamber 4 is designed for a comparatively high temperature of the working medium M of about 1000 ° C to 1600 ° C. In order to allow a comparatively long service life even with these, for the materials unfavorable operating parameters 2, the surrounding wall 24 of the combustion chamber 4, on its side facing the working medium M, as shown in FIG. 2, has an inner lining formed of heat shield elements 26. Each of the heat shield elements 26 applied to the housing wall 28 made of steel is provided on the working medium side with a particularly heat-resistant protective layer or made of a high-temperature resistant material such as ceramic. The housing wall 28 and the respective heat shield element 26 may enclose a cavity 29 through which a coolant can flow.

Der Übergangsbereich zwischen der Brennkammer 4 und der Turbineneinheit 6 der Gasturbine 1 ist spezifisch für eine vergleichsweise lange Lebensdauer der angrenzenden Bauteile bei gleichzeitig gering gehaltenem Kühlluftbedarf ausgelegt. Zu diesem Zweck ist ein zum Ausgleich thermischer Ausdehnungsbewegungen vorgesehener Ausgleichsspalt 30 zwischen den Wandelementen 32 der Turbineneinheit 6 und der Umfassungswand 24 der Brennkammer 4 durch eine Anzahl von separaten Verschlussbauteilen 34 verschlossen und somit vor Einzug von heißem Arbeitsmedium M geschützt. Bei der in FIG 2 im Detail dargestellten Ausführungsvariante weist das jeweilige Verschlussbauteil 34 ein auf den Hitzeschildelementen 26 der Brennkammer 4 und auf den Wandelementen 32 der Turbineneinheit 6 aufliegendes Abdeckelement 36 auf. Die Wandelemente 32 der Turbineneinheit 6 sind durch die Plattformen 18 der zur ersten Leitschaufelreihe der Turbineneinheit 6 gehörigen Leitschaufeln 14 gebildet.The transition region between the combustion chamber 4 and the turbine unit 6 of the gas turbine 1 is designed specifically for a comparatively long service life of the adjacent components with simultaneously kept low cooling air requirement. For this purpose, a compensation gap 30 provided between the wall elements 32 of the turbine unit 6 and the surrounding wall 24 of the combustion chamber 4 is closed by a number of separate closure components 34 and thus protected against the entry of hot working medium M to compensate for thermal expansion movements. In the embodiment variant shown in detail in FIG. 2, the respective closure component 34 has a cover element 36 resting on the heat shield elements 26 of the combustion chamber 4 and on the wall elements 32 of the turbine unit 6. The wall elements 32 of the turbine unit 6 are formed by the platforms 18 of the first blade row of the turbine unit 6 associated vanes 14.

Das Verschlussbauteil 34 wird durch ein elastisches Verriegelungselement 38, das auf einen an das Abdeckelement 36 angeformten und in den Ausgleichsspalt 30 eingreifenden Steg 40 einwirkt, in Position gehalten und gegen die am jeweiligen Hitzeschildelement 26 und an der Leitschaufelplattform 18 vorgesehenen Auflageflächen 42 gepresst. Dadurch ist einerseits ein dichtes Auf- bzw. Anliegen des Abdeckelementes 36 gewährleistet, während sich die gesamte Anordnung andererseits flexibel an die betriebsbedingt veränderliche Geometrie des Ausgleichsspaltes 30 anpasst. Bei einer Veränderung der Spaltbreite kann das Abdeckelement 36 nämlich auf den Auflageflächen 42 verrutschen, wobei es aufgrund eines hinreichend groß dimensionierten seitlichen Überstandes und aufgrund der zentrierenden Wirkung des elastischen Verriegelungselementes 38 vor "Hineinfallen" in den Ausgleichsspalt 30 gesichert ist. Zudem kann das Verschlussbauteil 34 bei unterschiedlicher radialer Ausdehnung oder relativer Verschiebung der brennkammerseitigen und turbinenseitigen Wandabschnitte auch aus seiner ursprünglichen, in der FIG 2 dargestellten Lage verkippen.The closure component 34 is held in position by an elastic locking element 38, which acts on a web 40 integrally formed on the cover element 36 and engaging in the compensation gap 30, and pressed against the bearing surfaces 42 provided on the respective heat shield element 26 and on the guide blade platform 18. As a result, on the one hand, a dense contact or abutment of the cover element 36 is ensured, while the other arrangement on the other hand is flexible to the operationally variable geometry the compensation gap 30 adapts. In the event of a change in the gap width, the cover element 36 can slip on the bearing surfaces 42, being secured against falling into the compensating gap 30 due to a sufficiently large lateral projection and due to the centering effect of the elastic locking element 38. In addition, the closure member 34 can also tilt from its original, shown in FIG 2 in different radial extent or relative displacement of the combustion chamber side and turbine side wall sections.

Das Verschlussbauteil 34 oder zumindest ein das Abdeckelement 36 umfassende Teilstück davon ist aus einem vergleichsweise hochwertigen und temperaturbeständigen Werkstoff gefertigt, z. B. aus Keramik, einem hoch legierten Stahl oder einer Nickel- oder Kobaltbasislegierung. Der Werkstoff ist ferner so ausgewählt, dass ein Verschmelzen oder Zusammensintern mit dem Untergrundmaterial auch bei dem auslegungsgemäß vorgesehenen hohen Umgebungstemperaturen vermieden wird, so dass die Flexibilität der Spaltabdichtung beim Betrieb der Gasturbine 1 möglichst lange erhalten bleibt. Da das elastische Verriegelungselement 38 durch seine Anordnung außerhalb des Ausgleichsspaltes 30 vor direktem Kontakt mit dem Heißgas geschützt ist, kann das Verriegelungselement 38 aus entsprechend weniger hochwertigem Material gefertigt sein. Im Ausführungsbeispiel umfasst das elastische Verriegelungselement 38 ein Metallfederband 44, das durch eine Ausnehmung im Steg 40 des Verschlussbauteils 34 geführt ist. An mindestens einen seiner beiden Enden ist das Metallfederband 44 in einem Klemmspalt 62 im Ausgleichsspalt 30 eingeklemmt.The closure member 34 or at least one cover member 36 comprehensive portion thereof is made of a comparatively high-quality and temperature-resistant material, for. As ceramic, a high alloy steel or a nickel or cobalt-based alloy. The material is further selected such that fusion or sintering together with the substrate material is avoided even at the high ambient temperatures designed according to design, so that the flexibility of the gap seal is maintained as long as possible during operation of the gas turbine 1. Since the elastic locking element 38 is protected by its arrangement outside of the compensation gap 30 from direct contact with the hot gas, the locking element 38 may be made of correspondingly less high-quality material. In the exemplary embodiment, the elastic locking element 38 comprises a metal spring band 44, which is guided through a recess in the web 40 of the closure component 34. At least one of its two ends, the metal spring band 44 is clamped in a nip 62 in the compensation gap 30.

Zur Erhöhung der Lebensdauer des Abdeckelements 36 und der die Wandung des Ausgleichsspaltes 30 bildenden Bauteile ist eine Kühlung dieses Bereiches mittels einströmender Kühlluft K vorgesehen, die beispielsweise durch einen in das Nabengehäuse 28 integrierten Kühlluftkanal 48 oder eine Düse zugeführt wird. Indem die Kühlluft K das Abdeckelement 36 von seiner dem heißen Arbeitsmedium M abgewandten Seite her anströmt, ist eine besonders effektive Prallkühlung realisiert. Ein Teilstrom der Kühlluft K tritt schließlich durch die in das Abdeckelement 36 des Verschlussbauteils 34 eingebrachten Austrittskanäle 50 aus dem Ausgleichsspalt 30 aus, wobei aufgrund der schrägen Anordnung der Austrittskanäle 50 im Verhältnis zur Oberfläche des Abdeckelements 36 eine Filmkühlung der Oberfläche erreicht wird. Anschließend vermischt sich die ausgetretene und bereits erwärmte Kühlluft K mit dem in der Turbineneinheit 6 strömenden Arbeitsmedium M.To increase the service life of the cover member 36 and the wall of the compensating gap 30 forming components cooling this area is provided by inflowing cooling air K, which is supplied for example by a built-in hub shell 28 cooling air duct 48 or a nozzle. By the cooling air K, the cover 36 of his side facing away from the hot working medium M side flows, a particularly effective impingement cooling is realized. A partial flow of the cooling air K finally exits through the introduced into the cover 36 of the closure member 34 outlet channels 50 from the compensation gap 30, wherein due to the oblique arrangement of the outlet channels 50 in relation to the surface of the cover member 36 film cooling of the surface is achieved. Subsequently, the leaked and already heated cooling air K mixes with the working medium M flowing in the turbine unit 6.

Bei der in FIG 3 dargestellten Ausführungsvariante ist der Ausgleichsspalt 30 zwischen der Brennkammer 4 und der Turbineneinheit 6 durch ein Verschlussbauteil 34 in Form eines Blechstücks 52 mit einem im Wesentlichen S-förmig oder Z-förmig konturierten Querschnittsprofil verschlossen. Dabei bildet die zu einem der Schenkel des S oder des Z korrespondierende Teilfläche 54, die dem Heißgas führenden Strömungskanal zugewandt ist, die eigentliche Spaltabdichtung. Ein diese Teilfläche 54 begrenzender Randabschnitt 56 greift dabei in eine an einem der Wandelemente 32 der Turbineneinheit 6 eingebrachte Nut 58 ein. Der dem Randabschnitt 56 gegenüberliegende Randabschnitt 60 des Blechstücks 52 ist in einem Klemmspalt 62 zwischen dem Nabengehäuse 28 und den darauf befestigten Hitzeschildelementen 26 eingeklemmt. Das Blechstück 52 ist elastisch verformbar und passt sich aufgrund seiner Gestalt ähnlich dem Balg einer Ziehharmonika an die im Verlauf des Betriebs der Gasturbine 1 veränderliche Geometrie des Ausgleichsspalts 30 an. Ähnlich wie im vorigen Beispiel kann bei Bedarf durch eine geeignete Bohrung in der Brennkammernabe Kühlluft K zugeführt werden.In the embodiment variant shown in FIG. 3, the compensation gap 30 between the combustion chamber 4 and the turbine unit 6 is closed by a closure component 34 in the form of a sheet metal piece 52 having a substantially S-shaped or Z-shaped contoured cross-sectional profile. In this case, the partial surface 54 corresponding to one of the limbs of the S or the Z, which faces the flow channel leading to the hot gas, forms the actual gap seal. An edge portion 56 delimiting this partial surface 54 engages in a groove 58 introduced on one of the wall elements 32 of the turbine unit 6. The edge portion 56 opposite the edge portion 60 of the sheet metal piece 52 is clamped in a nip 62 between the hub shell 28 and the heat shield elements 26 mounted thereon. The sheet metal piece 52 is elastically deformable and conforms due to its shape similar to the bellows of a concertina to the variable during the operation of the gas turbine 1 geometry of the compensation gap 30 at. Similar to the previous example, cooling air K can be supplied as needed through a suitable bore in the combustion chamber hub.

Das als weitere Variante in FIG 4 gezeigte Verschlussbauteil 34 umfasst schließlich ein brennkammerseitig in einem Lager 63 drehbar gelagertes und turbinenseitig auf einem Wandelement 32 aufliegendes Abdeckelement 36, das durch eine im Ausgleichsspalt 30 positionierte Zugfeder 64 niedergehalten und an die Heißgas führenden Komponenten der Gasturbine 1 angepresst wird. Auch diese Variante ist flexibel genug, um die in Folge thermischer Ausgleichsvorgänge auftretenden Relativbewegungen der Bauteile auszugleichen. Wie in den vorigen Beispielen wird eine starre Kopplung zwischen der Brennkammer 4 und der Turbineneinheit 6 der Gasturbine 1 vermieden.Finally, the closure component 34 shown as a further variant in FIG. 4 comprises a cover element 36 rotatably mounted in a bearing 63 and resting on a wall element 32 on the turbine side, which is held down by a tension spring 64 positioned in the compensation gap 30 and pressed against the hot gas components of the gas turbine 1 becomes. This variant is also flexible enough to compensate for the relative movements of the components occurring as a result of thermal compensation processes. As in the previous examples, a rigid coupling between the combustion chamber 4 and the turbine unit 6 of the gas turbine 1 is avoided.

Claims

A gas turbine (1) having a combustion chamber (4) surrounded by a surrounding wall (24) and a turbine unit (6) connected downstream of the combustion chamber (4) in the flow direction of the working medium (M), the turbine unit (6) including a number of the flow path of the working medium (M) limiting wall elements (32), and wherein the respective wall element (32) in the transition region to the adjacent portion of the Umfassungswand (24) with this a compensation gap (30) formed by a number of separate closure members (34 ) is closed.

Gas turbine (1) according to claim 1,
in which the respective closure component (34) is movably mounted opposite the surrounding wall (24) of the combustion chamber (4) and / or the wall elements (32) of the turbine unit (6).

Gas turbine (1) according to claim 1 or 2,
in which the respective closure component (34) is detachably connected to the surrounding wall (24) of the combustion chamber (4) and / or to a number of wall elements (32) of the turbine unit (6).

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 3,
in which the respective closure component (34) is rotatably mounted on the surrounding wall (24) or on a number of wall elements (32) of the turbine unit (6).

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 4,
in which the respective closure component (34) comprises a surrounding wall (24) surrounding the combustion chamber (4) and a cover element (36) resting on a number of wall elements (32) of the turbine unit (6).

Gas turbine (1) according to claim 5,
in which the respective closure component (34) is spring-loaded.

Gas turbine (1) according to claim 6,
in which the respective closure component (34) is connected to a tension spring (64) arranged in the compensation gap (30).

Gas turbine (1) according to one of claims 5 to 7,
wherein the respective closure component (34) is fixed with an elastic locking element (38) arranged in the compensation gap (30).

Gas turbine (1) according to claim 8,
in which the locking element (38) is connected to or is in contact with a web (40) integrally formed on the closure component (34).

Gas turbine (1) according to claim 8 or 9,
in which a metal spring band (44) clamped in the compensation gap (30) is provided as the locking element (38).

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 3,
in each case a sheet-metal piece (52) having a substantially S-shaped or Z-shaped contoured cross-sectional profile is provided as the closure component (34).

Gas turbine (1) according to claim 11,
wherein the surrounding wall (24) of the combustion chamber (4) is formed by a housing wall (28) lined with heat shield elements (26), and wherein the sheet metal piece (52) at one of its edge portions (60) in a clamping gap (62) between the housing wall ( 28) and a number of heat shield elements (26) is clamped.

Gas turbine (1) according to claim 12,
in which an edge portion (56) of the sheet metal piece (52) lying opposite the clamped-in edge portion (60) engages in a groove (58) provided on one of the wall elements (32) of the turbine unit (6).

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 13,
in which means are provided for a supply of cooling air into the compensation gap (30).

Gas turbine (1) according to claim 14,
in which the closure component (34) has a number of outlet channels (50) for cooling air.