Turbine, insbesondere für Treibgase von hoher Temperatur. Die Erfindung bezieht sich auf eine Tur bine, insbesondere für Treibgase von hoher Temperatur, mit einem Läufer, dessen Hohl räume von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt werden, und besteht darin, dass die Hohlräume mit Vorrichtungen versehen sind, durch welche die Strömung des Kühl mittels in der Umgebung des äussern Um fanges des Läufers so beschleunigt wird, dass die Wärmeabgabe vom Läufer an das Kühl mittel auf die dem Umfang benachbarten Teile konzentriert wird.
Bei Turbinen, deren Läufer aus einzel nen Scheiben zusammengesetzt ist, werden zweckmässig die Kühlmittelhohlräume als zum Teil durch Oberflächen der Scheiben begrenzte, im äussern Teil des Läufers lie gende, ringförmige Räume ausgebildet. In den ringförmigen Räumen können Zufuhr düsen oder Leitbleche als Vorrichtungen zur Beschleunigung der Kühlmittelströmung an geordnet sein.
Es können weiter auch Vor richtungen vorgesehen sein, welche einen Teil der Wärme des Läufers durch Strah- lung mittelbar an das Kühlmittel übertra gen. Zweckmässig weist das Kühlmittel an nähernd den gleichen Druck auf wie das die Läuferschaufelung beaufschlagende Arbeits mittel. Das Kühlmittel kann zum Beispiel nach der Strömung durch die Hohlräume des Läufers als Arbeitsmittel weiter verwendet werden.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Wärmeströmung in einer Scheibe eines bekannten Turbinenläufers, Fig. 2 die ent sprechenden Verhältnisse in. einem Turbinen läufer nach der Erfindung. Der Temperatur verlauf in den Scheiben nach den Fig. 1 und 2 ist aus Fig. d ersichtlich. Fig. 4 und 5 stellen zwei Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes dar.
Werden bei einem Turbinenläufer keine besonderen Vorkehren getroffen, so wird die vom Arbeitsmittel an die Laufschaufeln 1 (Fig. 1) und an den Umfang 2 des Turbinen läufers abgegebene Wärme gleichmässig durch die Oberfläche der Scheibe 3 wieder abgegeben. Es ergibt sich für den Wärme fluss ein verhältnismässig langer Weg mit einem grossen Widerstand, was eine ungenü gende Kühlung in der Scheibe zur Folge hat.
Gemäss der Erfindung soll, wie in Fig. 2 gezeigt, die Wärmeabgabe vom Läufer na das Kühlmittel auf die dem Umfang 2 be nachbarten Teile 4 konzentriert werden. Die abgeführte Wärmemenge und damit die Kühlwirkung werden dann nicht nur wegen des erhöhten Wärmeüberganges zwischen dem Kühlmittel und der Läuferwand, son dern auch wegen des bedeutend kürzeren Weges, den die Wärme zu durchströmen hat, wesentlich erhöht.
Bei einer Scheibe nach Fig. 1 ergibt sich ein Temperaturverlauf nach der Kurve T1 der Fig. 3, bei einem Läufer nach der Fig. 2 hingegen ein solcher nach der Kurve T, der Fig. 3. Mit TI, ist die Temperatur des die Läuferschaufeln beaufschlagenden Arbeits mittels eingetragen.
Der Turbinenläufer nach Fig. 4 ist aus fünf Einzelscheiben 3 zusammengeschweisst und besitzt zu beiden Seiten je einen eben falls angeschweissten Achsstummel 5. Durch die Bohrung 6 des einen Achsstummels wird ein Kühlmittel zugeführt, das durch die Boh rungen 7 der Läuferscheiben 3 von einem der Hohlräume 8 zum andern gelangen kann. Aus dem letzten der Hohlräume 8 tritt das Kühlmittel durch eine Bohrung 9 des zwei ten der Achsstummel aus dem Turbinen läufer aus.
Im Innern der Hohlräume 8 sind Füh rungsvorrichtungen 10 angeordnet, die für den Durchtritt des Kühlmittels in der Um gebung des Umfanges 2, das heisst den Stel len 4 entlang, eine Beschleunigung, das heisst eine Vergrösserung der Kühlmittelgeschwin- digkeit verursachen. Die Vergrösserung der Kühlmittelgeschwindigkeit hat einen erhöh ten Wärmeübergang an den Stellen 4 im Gefolge, so dass die Wärme im wesentlichen, wie in der Fig. 2 gezeigt, von den Schau feln 1 an das Kühlmittel übergeht.
Die Leitvorrichtungen 10 sind ausserdem so ausgebildet, dass ein wesentlicher Teil der Wärme durch Strahlung mittelbar von den Stellen 4 an das Kühlmittel übertragen wird. Die Wärme strahlt nämlich zunächst auf die Metallteile der Vorrichtung 10, die aber ihrerseits durch das Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit bestrichen werden, so dass die auf diese Vorrichtung eingestrahlte Wärme gleich durch Wärmeübertragung wieder an das Kühlmittel weiter abgegeben wird.
Der Läufer nach Fig: 5 besitzt Scheiben, die nicht am äussern Umfang, sondern zwi schen der Achse und dem äussern Umfang miteinander verschweisst sind. Das Kühlmit tel kann im Innern der ringförmig abge schlossenen 'Hohlräume 8 mit als Düsen aus gebildeten Vorrichtungen<B>11</B> derart gelenkt und dessen Geschwindigkeit derart erhöht werden, dass im wesentlichen die Stellen 4, die dem äussern Umfang 2 der Scheiben be nachbart sind, von dem Kühlmittel berührt werden.
Damit wird wiederum eine Wärme- strömung in den Scheiben ss erreicht; wie sie durch die Fig. 2 zur Darstellung gebracht ist.
Das dem Turbinenläufer durch die Boh rung 6 (Fig. 4 und 5) zugeführte Kühlmit tel weist zweckmässig den gleichen oder an nähernd den gleichen Druck auf wie das die Schaufeln 1 beaufschlagende Arbeitsmittel. Es besteht dann die Möglichkeit, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen der Hohlräume 8 aus der Bohrung 9 dem Ar- beitsmittelstrom zugeführt werden kann, so dass nicht nur seine Energie noch ausgenutzt werden kann, sondern auch die Temperatur des die Schaufeln beaufschlagenden Treib gases vermindert wird.
Handelt es sich um eine Anlage mit mehreren Turbinen, so kann das bereits benutzte Kühlmittel auch einer andern Turbine zugeführt werden bezw. in einer Brennkammer als Verbrennungsluft verwendet werden. Als nächstliegendes Kühl- mittel kommt Luft in Frage. Es wäre aber auch möglich, dass inerte Gase, z. B. Rauch gase oder Stickstoff, zur Kühlung verwendet werden.
In den Hohlräumen können auch be sonders die Strahlung aufnehmende Schirm- wände vorhanden sein, welche einen Teil der Wärme des Läufers in Form von Strahlung aufnehmen und diese Wärme dann an das Kühlmittel übertragen.
Turbine, especially for high temperature propellants. The invention relates to a turbine, in particular for propellant gases of high temperature, with a rotor, the hollow spaces are traversed by a gaseous coolant, and consists in that the cavities are provided with devices through which the flow of the cooling means in the area surrounding the outer circumference of the rotor is accelerated so that the heat dissipation from the rotor to the coolant is concentrated on the parts adjacent to the circumference.
In the case of turbines, the rotor of which is composed of individual disks, the coolant cavities are expediently designed as annular spaces, which are partially delimited by the surfaces of the disks and located in the outer part of the rotor. In the annular spaces supply nozzles or baffles can be arranged as devices to accelerate the coolant flow.
Devices can also be provided which indirectly transmit part of the rotor's heat to the coolant by radiation. The coolant expediently has approximately the same pressure as the working medium acting on the rotor blades. The coolant can, for example, continue to be used as a working medium after it has flowed through the cavities of the rotor.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 shows the heat flow in a disc of a known turbine runner, Fig. 2 shows the corresponding relationships in. A turbine runner according to the invention. The temperature profile in the disks according to FIGS. 1 and 2 can be seen from FIG. Fig. 4 and 5 illustrate two embodiments of the subject of the invention.
If no special precautions are taken with a turbine runner, the heat given off by the working fluid to the rotor blades 1 (FIG. 1) and to the circumference 2 of the turbine runner is given off again evenly through the surface of the disk 3. There is a relatively long path for the flow of heat with great resistance, which results in inadequate cooling in the pane.
According to the invention, as shown in FIG. 2, the heat dissipation from the runner na the coolant is to be concentrated on the parts 4 adjacent to the circumference 2. The amount of heat dissipated and thus the cooling effect are then significantly increased not only because of the increased heat transfer between the coolant and the rotor wall, but also because of the significantly shorter path through which the heat has to flow.
In the case of a disk according to FIG. 1, there is a temperature profile according to the curve T1 in FIG. 3, in the case of a rotor according to FIG. 2, on the other hand, one according to the curve T in FIG. 3. TI is the temperature of the rotor blades applied work equipment.
The turbine runner according to Fig. 4 is welded together from five individual disks 3 and has a likewise welded stub axle 5 on both sides. Through the bore 6 of one stub axle, a coolant is fed through the holes 7 of the rotor disks 3 from one of the cavities 8 can get to the other. From the last of the cavities 8, the coolant passes through a bore 9 of the two th of the stub axle from the turbine runner.
In the interior of the cavities 8 guide devices 10 are arranged, which cause an acceleration, that is to say an increase in the coolant speed, for the passage of the coolant in the vicinity of the circumference 2, that is to say along the points 4. The increase in the coolant speed has an increased heat transfer at the points 4 in the wake, so that the heat essentially, as shown in FIG. 2, passes from the blades 1 to the coolant.
The guide devices 10 are also designed in such a way that a substantial part of the heat is transferred indirectly from the points 4 to the coolant by radiation. This is because the heat initially radiates onto the metal parts of the device 10, which in turn are swept by the coolant at high speed, so that the heat radiated onto this device is immediately passed on to the coolant again through heat transfer.
The rotor according to FIG: 5 has disks which are not welded to one another on the outer circumference, but between the axis and the outer circumference. The coolant tel can be directed inside the ring-shaped abge closed 'cavities 8 with devices formed as nozzles 11 and its speed increased in such a way that essentially the points 4, which are the outer circumference 2 of the disks be adjacent to the coolant.
This in turn achieves a heat flow in the disks ss; as shown by FIG. 2.
The coolant supplied to the turbine rotor through the Boh tion 6 (FIGS. 4 and 5) expediently has the same or approximately the same pressure as the working medium acting on the blades 1. There is then the possibility that the coolant can be supplied to the working medium flow after flowing through the cavities 8 from the bore 9, so that not only its energy can still be used, but also the temperature of the propellant gas acting on the blades is reduced .
In the case of a system with several turbines, the coolant that has already been used can also be fed to another turbine. be used as combustion air in a combustion chamber. The closest possible coolant is air. But it would also be possible that inert gases such. B. flue gases or nitrogen, can be used for cooling.
In the cavities there can also be shield walls that absorb the radiation in particular, which absorb part of the heat of the rotor in the form of radiation and then transfer this heat to the coolant.