CH226751A - Einrichtung an Gasturbinen zum Kühlen von Schaufeln. - Google Patents

Description

  Einrichtung an Gasturbinen zum Kühlen von Schaufeln.    Die Erfindung bezieht sich auf eine Ein  richtung an Gasturbinen zum Kühlen von  Schaufeln.  



  Es ist     bekannt,        Gasturbinenschaufeln     durch Luft zu kühlen, sei es, dass die Luft  einfach durch die hohle Schaufel hindurch  geleitet wird, .sei es, dass sie derart aus der  Schaufel austritt, dass sie einen kühlenden  Luftfilm um die Schaufel bildet. Eine we  sentliche Schwierigkeit bei dieser     Art    der  Kühlung besteht darin, eine zweckmässige  Verteilung der Kühlluft auf die einzelnen  Schaufeln zu erzielen. Diese     Schwierigkeit     tritt ganz besonders dann auf, wenn mehrere  aufeinanderfolgende Stufen gekühlt werden  sollen. Weil nämlich die einzelnen Stufen in  verschiedenen Druckbereichen arbeiten, ist  die Druckdifferenz zwischen Kühlluft und  Arbeitsmittel von Stufe zu Stufe verschieden.

    Die Kühlluft tritt dann also hauptsächlich  dort durch, wo sie den geringsten Gegen  druck findet, so dass gerade die erste, meist       gefährdete    Stufe am wenigsten gekühlt  wird. Ferner können aber auch Ungleich-    heitere der Luftverteilung zwischen den ein  zelnen Schaufeln ein und derselben Stufe  auftreten, etwa infolge unvermeidlicher Her  stellungsungenauigkeiten.  



  Die vorliegende     Erfindung    besteht darin,  dass die Kühlluft jeder gekühlten Stufe über  mindestens eine in einem Kühlluftzufuhr  kanal eingebaute     Lavaldüse        zugeführt    wird,  und dass das Verhältnis des engsten Quer  schnittes zum Endquerschnitt der     Lavaldüse     so bemessen ist, dass im engsten Querschnitt  mindestens annähernd     Schallgeschwindigkeit     auftritt, das Ganze zum Zwecke, die für die  Kühlung der Schaufeln notwendige Luft  zuteilung zu sichern. Die Luftmenge, welche  den einzelnen Stufen zugeführt wird, kann  für die erste Stufe am grössten und für jede  weitere Stufe kleiner sein.

   Den Schaufeln  ein     und    derselben Stufe kann die Luft grup  penweise durch     Lavaldüsen    zugeteilt werden.  Die Luft kann jeder     einzelnen    Schaufel  durch eine     Lavaldüse    zugeteilt werden. Bei  Einrichtungen zum Kühlen von Schaufeln  mit     Luftfilmkühlung    am Rücken und an der      Hohlseite jeder Schaufel kann die Kühlluft  den beiden Seiten jeder Schaufel durch je  eine     Lavaldüse    zugeführt werden. Die der  ersten Stufe zugeführte Kühlluft kann durch  einen Verdichter auf einen über dem     Druch     des Arbeitsmittels vor der ersten Stufe liegen  den     Druc1L    gebracht werden.  



  Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs  gegenstandes ist auf der Zeichnung darge  stellt.  



       Fig.    1 zeigt eine     Gasturbinenanlage,          Fig.    2 einen     Querschnitt    durch die Linie       II-11    von Füg. 1 in einem grösseren Massstab,       Fig.    3 eine Schaufel mit     Luftfilmkühlung     entsprechend einem Querschnitt     III-III    von       Fig.    4 und     Fig.    4 eine Schaufel im Quer  schnitt.  



  Der     Agialkompressor    1 verdichtet die  durch den Saugraum 2 angesaugte Arbeits  luft, fördert sie in die Brennkammer 3, wo  sie durch einen Brenner 4 hoch erhitzt wird.  Das entstehende heisse Gas gelangt in die  Turbine 5, wo es expandiert und durch den  Abgasstutzen 6 einer weiteren Turbine zu  geführt oder ins Freie abgelassen wird. Die  Turbine 5 ist mit gekühlten Schaufeln 7 ver  sehen, denen die Luft gemäss der Erfindung  durch     Lavaldüsen    8     bezw.    9 zugeteilt wird.

    Die Luft für die ersten beiden Stufen wird  durch eine zusätzliche     Kompressorstufe    10  auf einen etwas erhöhten Druck gebracht,  strömt durch die Leitung 11 und gelangt in  den Ringkanal 12 der     Labyrinthdichtung    ;  von hier aus strömt sie durch die Bohrungen  13 und 14 des Rotors 1.5 in den Raum 16,  von dem aus sie direkt in die Schaufeln 7  gelangt. Die Kühlluft für die     dritte    und  vierte Stufe braucht nicht zusätzlich verdich  tet zu werden, weil in diesen Stufen schon ein  wesentlich kleinerer     Druck    herrscht; sie wird  also direkt durch die Leitung 17 dem übrigen  Teil der komprimierten Luft entnommen und  durch den Ringkanal 18 und die Bohrungen  19 und 20 in den Raum 21 geleitet, von wo  aus sie den Schaufeln 7 zugeführt wird.

   Je  nach den speziellen Verhältnissen könnte  man die Kühlluft auch in Zwischenstufen    des     Axialkompressors    1 abzapfen und der  Turbine zuführen.  



       Fig.    2 zeigt eine Ausführungsform der  Luftkühlung, indem statt jeder einzelnen  Laufschaufel 7 mehrere Schaufeln 7' grup  penweise durch     Lav        aldüsen    9' Luft zuge  führt erhalten. Die engsten Querschnitte  dieser     Lavaldüsen    sind so bemessen, dass die  Luftgeschwindigkeit bei Betrieb der     31a-          schine    angenähert der Schallgeschwindigkeit  entspricht.  



       Fig.    3 zeigt eine Schaufel mit Luftfilm  kühlung. bei welcher die Luft durch zwei  Kanäle 25 und 26 in die Schaufel 27 ein  geleitet wird. Die Schaufel ist durch ein  Deckelstück 40, das durch eine Schweissnaht  40' mit der     La.ufsehaufel    27 verbunden ist,  abgeschlossen. Der Schaufelteil 41 kann mit  dem Schaufelteil 27 verschweisst sein.  



       Fig.    4 zeigt die gleiche Schaufel im  Querschnitt. Aus dem Luftkanal 8 gelangt  die Luft in den Kanal 25 und durch den  Spalt 33 an den     Schaufelrücken,    um als  schützender Luftfilm der Schaufel entlang  zu strömen. In gleicher Weise wird die  Kühlluft aus dem     Kanal    26 durch den Spalt  32 der Hohlseite der Schaufel zugeführt. Da  an den Stellen, wo die Spaltöffnungen 33  und 32 angebracht sind, im allgemeinen ver  schiedene     Strömiuigsgeschwindigkeiten    und  damit auch verschiedene Drücke herrschen,  würde an sich die Gefahr bestehen, dass sich  die Kühlluft sehr ungleichmässig auf die  beiden Schaufelseifen verteilt, oder dass sogar  nur die eine von beiden Seiten überhaupt ge  kühlt würde.

   Es könnte sogar auftreten, dass  beispielsweise Gas durch den Spalt 32 ein  dringen, durch den Kanal 26 nach unten  strömen und sich mit der Kühlluft mischen  würde. Es würde dann ein     Gemisch    von Gas  und Kühlluft den Kanal 25 emporsteigen  und aus dem Spalt 33 treten. Die Kühlung  wäre damit praktisch illusorisch. Dies wird  nun aber durch vorliegende Erfindung ver  mieden.  



  Die Luft wird den Kanälen 25 und 26  aus einem Kanal 8     bezw.    9 durch     Lavaldüsen     28 und 29 zugeführt, deren engster Quer-      schnitt 30, 31 so bemessen ist, dass annähernd  Schallgeschwindigkeit eintritt, so dass die  durch die Kanäle 25 und 26     strömenden          Kühlluftmengen    nahezu oder vollständig un  abhängig sind von den Drücken bei den  Spaltöffnungen 32 und     33.     



  Der Schaufelteil 41 bildet hier einen  wirksamen     Erosionsschutz    gegen die     erodie-          renden    Einwirkungen von Staub und  Schlacke.  



  Die Einrichtung kann sowohl bei reinen       Gasturbinenanlagen    als auch bei Anlagen,  bestehend aus Verbrennungsmotor und Ab  gasturbine, angewendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Einrichtung an Gasturbinen zum Kühlen von Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft jeder gekühlten Stufe über mindestens eine in einem Kühlluftzufuhr kanal eingebaute Lavaldüse zugeführt wird, und dass das Verhältnis des engsten Quer- schnittes zum Endquerschnitt der Laval- düse so bemessen ist, dass im engsten Querschnitt mindestens annähernd Schall geschwindigkeit auftritt, das Ganze zum Zwecke, die für die Kühlung der Schaufeln notwendige Luftzuteilung zu sichern.

   ÜNTERANSPR üCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Luftmenge, welche den einzelnen Stufen zugeführt wird, für die erste Stufe am grössten und für jede weitere Stufe kleiner ist. 2. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass den Schaufeln ein und derselben Stufe die Luft gruppenweise durch Lavaldüsen zugeteilt wird. 3. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Luft jeder einzelnen Schaufel durch eine Lavaldüse zu geteilt wird.

   4. Einrichtung nach.Patentanspruch zum Kühlen von Schaufeln mit Luftfilmkühlung am Rücken und an der Hohlseite jeder Schaufel, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluft den beiden Seiten jeder Schaufel durch je eine Lavaldüse zugeführt wird. 5. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die der ersten Stufe zugeführte ,Kühlluft durch einen Ver dichter auf einen über dem Druck des Ar beitsmittels vor der ersten Stufe liegenden Druck gebracht wird.