AT358337B - Kuehlung des trommelrotors von gasturbinen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Kühlung eines Trommelrotors von Gasturbinen, insbesondere einer die Abgase chemischer oder   petrochemische   Prozesse verwertenden Industrie-Abgasturbine, der axial gerichtete, von einer Seite aus anspeisbare Kühlkanäle im Bereich der Laufschaufelfüsse und der Dichtflächen der Leitschaufelringe aufweist, durch die jeder dieser Leitschaufelringe mittels eines Kühlmediums kühlbar ist. 



   Eine Kühlung der eingangs beschriebenen Art ist aus der AT-PS Nr. 290927 bekannt. In letzter Zeit sind aber die Abgastemperaturen und daher die Betriebstemperaturen durch die Anwendung von neuen chemischen Verfahren stark angestiegen, so dass die bekannte Kühlungsmethode nicht mehr ausreichend ist. Bei der in der oben zitierten AT-PS aufgezeigten Konstruktion kann es nämlich durch ein äusseres Ereignis zu einem Streifen des Rotors am Gehäuse kommen. Ein solches äusseres Ereignis könnte ein Gastemperaturanstieg aus der   FCC-Anlage   oder ein zu rasches Anfahren bzw. ein Gehäuseverzug sein, wodurch aber starke Beschädigungen an den Labyrinthdichtungen auftreten. Selbst wenn der Kühlluftdruck erhalten bleibt, so bedingt die Beschädigung des ersten Labyrinthes einen Druckabfall am Eintritt des ersten Kühlkanals.

   Dieser wird jedoch immer noch von Kühlluft durchströmt. Anders ist es beim Kühlkanal der zweiten Stufe. Wenn die Labyrinthdichtungen des vorhergehenden Leitschaufelringes stark beschädigt sind, so tritt Heissgas in mehrfacher Menge des Kühlluftstromes ein, so dass eine Verminderung der Kühlung des Leitschaufelringes, ja sogar eine Aufheizung stattfinden kann. Der Kühlluftkanal der zweiten Stufe wird nun von diesem Gas-Luft-Gemisch durchströmt, wodurch es zu einer Aufheizung des Rotors und weiters infolge des Staubgehaltes des Gases infolge der Staubabscheidung im Fliehkraftfeld zu einer Verlegung einzelner Kühlkanäle kommt, was thermischen Verzug und Laufunruhe des Rotors bewirkt. 



   Es ist auch aus der FR-PS Nr. 1. 231. 351 ein Kühlkanal bekannt, der praktisch ein Sammelkanal ist, von dem einzelne Bohrungen abzweigen. Bei dieser Kühlungsart könnte es vorkommen, dass dieser Kühlluftkanal im Kanalabschnitt durch Staubabscheidungen verlegt wird. Damit würde die komplette Kühlung in sich wirkungslos. 



   Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kühlung des Trommelrotors einer Gasturbine zu schaffen, mit der die hohen Temperaturen von über 7000C beherrscht werden können. 



   Gemäss der Erfindung wird eine Kühlung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder dieser Leitschaufelringe über die von den Kühlkanälen für die andern Leitschaufelringe getrennten, radial gegenüber diesen versetzten Kühlkanäle kühlbar ist, wobei die radial innen liegenden Kühlkanäle die jeweils von der Seite des Kühllufteintrittes aus tieferliegenden Leitschaufelringe mit dem Kühlmedium versorgen und innerhalb der Dichtflächen der Leitschaufelringe axial entlang geführt sind. 



   Mit dieser Erfindung ist es erstmals möglich, für alle vorgesehenen Leitschaufelringe die volle Druckdifferenz, von Kühllufteintritt bis Austritt an der entsprechenden Dichtung zur Überwindung der Reibung im Kühlkanal und damit für den Wärmeübergang zu nutzen. Bei der bisher bekannten Lösung müsste auch die weiterströmende Kühlluft im Bereich des ersten Leitschaufelringes um das ganze Leitschaufelgefälle abgedrosselt werden. Bei der Erfindung hingegen wird nun die ganze Druckdifferenz im längeren Kühlkanal genutzt. Dadurch ist der Vorteil des besseren Wärmeüberganges gegeben, sowie ein verringerter Kühlluftbedarf und darüber hinaus auch eine niedrigere Rotortemperatur. 



   Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Erhöhung der Betriebssicherheit. Bei der erfindungsgemässen Kühlung sind nach einem eventuellen Streifschaden die Verhältnisse so, wie wenn es sich um die Kühlung eines ersten   Laufschaufelringes   handeln würde. 



   Bei einer Kühlung, bei der die Kühlkanäle Nuten sind und im Nutengrund der für die Laufschaufelfüsse vorgesehenen Nuten angeordnet sind, sind gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung Kühlkanäle Nuten mit variabler Tiefe. Dadurch ist fertigungstechnisch ein grosser Vorteil gegeben. Beispielsweise kann für die einzelnen Arbeitsgänge eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine eingesetzt werden. 



   Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind in die Seitenwände der als Kühlkanäle vorgesehenen Nuten Ausrundungen eingefräst, in denen profilierte Trennstücke zur Trennung der einzelnen Kühlkanäle angeordnet sind. Dadurch sind beide Kühlkanäle und auch jeder weitere nur von Kühlluft durchströmt, wodurch keine Staubablagerungen auftreten, sobald der Druck der Kühlluft aufrechterhalten wird, was aber nur eine Frage der Dimensionierung der Zuluftleitung ist. 

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   Einem besonderen Merkmal der Erfindung zufolge ergänzen die Trennstücke im Bereich der Leitschaufelringe den Rotor zur geschlossenen Rotoroberfläche. Das axial eingeschobene Trennstück trennt nicht nur die beiden Kühlkanäle, sondern reicht radial soweit nach oben an die Dichtungsspitzen, dass alle diese Teile gemeinsam mit dem Rotor abgedreht werden können, so dass das Rechteckzahnprofil als Gegenstück zur Dichtung entsteht. Das Trennstück kann durch Verstiften oder Verstemmen gegen Axialverschiebungen gesichert werden. 



   Die Erfindung wird an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Fig. l zeigt einen Schnitt durch die Abgasturbine, Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Rotor und Fig. 3 den Bereich des Leitschaufelringes. 



   Gemäss Fig. 1 ist der   Schaufelkanal   einer Abgasturbine schematisch dargestellt, wobei auf dem Rotor   --1-- die Laufschaufeln--2-- angeordnet   sind. Die   Laufschaufeln --2-- sind   mittels ihrer Laufschaufelfüsse - in profilierten Nuten des   Rotors --1-- eingesetzt.   Im   Gehäuse --4-- der   Abgasturbine sind, gegebenenfalls in einem eigenen Leitschaufelträger, die Leitschaufelreihen--5--vorgesehen. Am rotorseitigen Ende weisen die   Leitschaufeln --5-- die Leitschaufelringe --6-- auf.   Die Leitschaufelringe --6-werden auch öfters Zwischenboden genannt. Mittels der Labyrinthdichtungen --7-- werden die   Leitschaufelringe --6-- gegen   den Rotor--l-abgedichtet.

   Der Leitschaufelring --6-- ist mit weiteren Dichtungen--8--, die als innere Abdichtung dienen, versehen. Der   Kühlluftkanal --9-- verläuft   unter der ersten Laufschaufel --2-- hindurch zum ersten   Leitschaufelring --6--.   Der zweite   Kühlluftkanal --10--   verläuft unter der ersten und zweiten Laufschaufel --2-- hindurch und versorgt den zweiten Leitschaufelring --6-- mit Kühlluft. Gegebenenfalls könnte auch noch ein dritter Kühlluftkanal vorgesehen werden, der den dritten Leitschaufelring mit Kühlmittel versorgt. 



   Diese Anordnung der Kühlkanäle hat folgende Vorteile in kühllufttechnischer Hinsicht :
Es wird jeweils die volle Druckdifferenz von Kühllufteintritt --11-- bis zum Austritt an der entsprechenden Labyrinthdichtung --7-- zur Überwindung der Reibung im Kühlkanal und damit für den Wärmeübergang genutzt. 



   Die Herstellung des   Kühlkanals--9, 10--erfolgt   in fertigungstechnischer Hinsicht sehr einfach durch Einfräsen einer entsprechenden Nut in den Rotor --1--. Hierauf wird mit einen Fingerfräser in die Seitenwände der Nut --9 bzw.   10--eine Ausrundung--12--gefräst   (Fig.   2).   Mittels eines in die Ausrundungen --13-- axial eingeschobenen   Trennstückes --13-- werden   die beiden   Kühlkanäle --9, 10--   voneinander getrennt. Die   Trennstücke --13-- reichen im   Bereich der   Dichtungen --8-- soweit   radial nach oben, dass alle Teile gemeinsam mit dem Rotor-l-abgedreht werden können. Um den Kühleffekt noch weiter zu erhöhen, kann ein   Rechteckzahnprofil --14-- als   Gegenstück zur Dichtung --8-- vorgesehen werden.

   Eine Axialsicherung des   Trennstückes --13-- kann   durch Verstiften oder Verstemmen erfolgen   (Fig. 3).   

Claims (1)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Kühlung eines Trommelrotors von Gasturbinen, insbesondere einer die Abgase chemischer oder petrochemischer Prozesse verwertenden Industrie-Abgasturbine, der axial gerichtete, von einer Seite aus anspeisbare Kühlkanäle im Bereich der Laufschaufelfüsse und der Dichtflächen der Leitschaufelringe aufweist, durch die jeder dieser Leitschaufelringe mittels eines Kühlmediums kühlbar ist, da- EMI2.1 Kühlkanälen (9,10) für die andern Leitschaufelringe (6) getrennten, radial gegenüber diesen versetzten Kühlkanäle (9,10) kühlbar ist, wobei die radial innen liegenden Kühlkanäle (9,10) die jeweils von der Seite des Kühllufteintrittes (11) aus tieferliegenden Leitschaufelringe (6) mit dem Kühlmedium versorgen und innerhalb der Dichtflächen der Leitschaufelringe (6) axial entlang geführt sind.

   EMI2.2 Seitenwände der als Kühlkanäle (9,10) vorgesehenen Nuten Ausrundungen (12) eingefräst sind, in denen profilierte Trennstücke (13) zur Trennung der einzelnen Kühlkanäle (9,10) angeordnet sind. <Desc/Clms Page number 3>

   4. Kühlung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Trennstücke (13) im Bereich der Leitschaufelringe (6) den Rotor (1) zu einer geschlossenen Rotoroberfläche ergänzen.