CH268948A - Axialturbomaschine. - Google Patents

Description

      Axialturbomasebine.       Die vorliegende Erfindung betrifft Axial  turbomaschinen, insbesondere solche, die  bei hohen Betriebstemperaturen arbeiten. Mit  der Erfindung wird eine Verbesserung der  Kühlung der     Laufradschaufelung    solcher Ma  schinen angestrebt, wobei diese Verbesserung  einerseits durch die Schaufelkonstruktion als  solche und anderseits durch den besonderen  Einbau der Schaufeln in die Maschine be  dingt ist. Insbesondere bei Gasturbinen ist  die zulässige Betriebstemperatur der Schau  feln häufig ein entscheidender Faktor im Be  trieb der Maschine. Es ist möglich, eine Ma  schine, die für eine gegebene Leistung berech  net: ist, für eine grössere Arbeitsleistung zu  verwenden, wenn die Schaufeln auf eine nie  drigere Betriebstemperatur gebracht werden  können.

   Alternativ kann für eine Maschine       gegebenerArbeitsleistungeine        längereLebens-          dauer    erreicht werden, oder man kann für  die     Schaufelung    Metall von geringerer Quali  tät verwenden.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung ist bei  einer zum Betrieb bei hohen Temperaturen  bestimmten     Axialturbomaschine    mindestens  ein     Laufschaufelkranz    vorhanden, dessen  Schaufeln zwischen ihren in dem vom Ar  beitsfluidum durchflossenen Kanal der Ma  schine angeordneten Arbeitsteilen und dem       Laufradumfang    mit Zwischenteilen versehen  sind, welche miteinander einen den Laufrad  umfang umgebenden Ring bilden, der aussen  eine Fortsetzung der innern Begrenzungs-    wand des vom Arbeitsfluidum durchflossenen  Kanals bildet.

   Dieser Ring grenzt auf beiden  Seiten des Laufrades an einen ringförmigen       Kühlmittelkanal,    der vom     vomArbeitsfluidum     durchflossenen Kanal umschlossen ist; der  Ring besitzt für jede Schaufel eine Anzahl       Durchflusskanäle,    die eine Verbindung zwi  schen den an die beiden Seiten des Laufrades  angrenzenden Teilen des     Kühlmittelkanals     herstellen, um den     Durchfluss    des     Kühlmittels     von der einen     Laufradseite    auf die andere zu  gestatten. Die     Durchflusskanäle    verlaufen im  genannten Ring in     Axialrichtung    gesehen  radial.  



  Zweckmässig sind innerhalb jeder Schau  fel Mittel vorgesehen, um die Übertragung  von Wärme aus den Arbeitsteilen zu den Zwi  schenteilen zu fördern. Zu diesem Zweck kann  jede Laufschaufel mindestens einen sich über  ihren Arbeitsteil und ihren     Zwischenteil    er  streckenden, geschlossenen Hohlraum aufwei  sen, der ein     Kühlmittel    enthält, das beim Be  trieb der Maschine zwecks Wärmeaustausches  zirkuliert, wobei sich der Hohlraum im betref  fenden     Zwischenteil    zwischen benachbarten       Durchflusskanälen    hindurch erstreckt.

       Ge-          wünschtenfalls    können mehrere     Kühlmittel-          hohlräume    vorgesehen sein; die     Durchfluss-          kauäle    sind dann in den Zwischenteilen zweck  mässig so angeordnet, dass sie sich mit ihnen  nicht kreuzen und dass sie dem Kühlluftstrom  eine möglichst grosse     Berührungsfläche    dar  bieten.

        Um die durch den Einfluss der     Zentrifu-          galkraft    entstehenden, auf die     Zwischenteile          wirkenden    Biegebelastungen möglichst     klein     zu halten und um zum Tragen des Gewichtes  der     Schaufeln        eine    angemessene Querschnitts  fläche dieser     Zwischenteile    zu erhalten und  um ferner eine angemessene Wärmeleitfähig  keit dieser Teile zu gewährleisten, sind die       Durchflusskanäle        in    den Zwischenteilen mit.  Vorteil enge Schlitze, die in z.

   B. zur     Rota-          tionsachse    geneigten Schnittebenen liegen.  Diese     Durchflusskanäle    können ferner     ge-          krümmt    sein, so dass sie die Wirkung einer       Turbinenschaufelung    haben.  



  Die     Schaufeln    können nach bekannten       Verfahren    hergestellt werden, z. B. durch Zu  sammenbacken von Metallpulver unter Druck  anwendung in     einer        entsprechenden    Form,     in     welcher Kerne zur Bildung der     Durchfluss-          kanäle    angeordnet sind. Diese Kerne werden  vor der     vollständigen,    im Verlaufe     eine-          Wärmebehandlung    erfolgenden Verfestigung  des Materials durch entsprechende Öffnungen  in der Wand des Formkastens herausgezogen.

    Sollen die     Durchflusskanäle    ebene Schlitze  sein, so     können    die Kerne aus einem einzigen,  quer durch die Form ragenden Stück beste  hen. Sollen die Kanäle jedoch eine schwache       Krümmung    aufweisen, so können die Kerne  aus zwei Teilen bestehen, die in der Mitte der  Form zusammenstossen. Die     Durchflusskanäle     sind zweckmässig vom     Auslass    und vom Ein  lass her konvergent ausgebildet, was das Her  ausnehmen der Kernteile erleichtert.  



  In der beiliegenden Zeichnung ist als     Aus-          führun.gsbeispiel    der erfindungsgemässen Ma  schine eine Turbine dargestellt. Es     zeigt          Fig.    1 einen teilweisen     Axialschnitt    einer       Turbine,    von der     nur    ein Stück des Umfanges  des     Laufrades    ersichtlich ist,

         Fig.    2 eine der     Fig.1    entsprechende Vor  deransicht einer Gruppe von drei     nebeneinan-          derliegenden        Schaufeln        und          Fig.    3     einen    Schnitt längs der Linie 3-3  in     Fig.    2.  



  Auf der     Zeichnung    stellen 1, 1 die beiden       Hälften    eines zweiteiligen Turbinenlaufrades  dar, von denen jede einen äussern, nach innen         vorspringenden    Randteil 2 hat, welche hand  teile in entsprechende     Vertiefungen    auf bei  den Seiten der Schaufelwurzel 4     eingreifen.     Jede Schaufel weist einen Arbeitsteil 5 auf,  der in einem durch eine innere Wand 7     und     eine äussere Wand 8 abgegrenzten, ringförmi  gen     Arbeitsfluidumkanal    liegt, sowie einen  Zwischenteil 9.

   Die Zwischenteile - 9 aller  Schaufeln bilden zusammen einen Ring; der  den     Laufradkranz    umschliesst und auf beiden  Seiten des Laufrades an einen ringförmigen,  vom     Arbeitsfluidumkanal    6 umschlossenen       Kühhnittelkanal    10 angrenzt. Dem     Kühlmit-          telkanal    wird in der Richtung des Pfeils A  beispielsweise Druckluft zugeführt, welche  wenigstens annähernd den gleichen Druck be  sitzt wie das     Arbeitsfluidum    im Kanal 6.  



  Die Zwischenteile 9 der     Schaufeln        sind     mit, in     Axialrichtung    gesehen, radialen  Schlitzen 11 versehen, die in zur Rotations  achse geneigten     Schnittebenen    liegen, um       einen        Durchfluss    durch die Teile 9 von der  einen Seite des     Kanals    10 zur andern zu ge  statten, wobei diejenigen     Sehlitze    11 zweier  benachbarter Zwischenteile, die     in        aneinan-          derstossenden        Seitenwänden    münden,

   in einer  Flucht liegen und über eine in einer Seiten  wand vorgesehene     Aussparung    12 miteinan  der verbunden sind. _ Die     Durchflusskanäle     können so ausgebildet     sein,    dass sie nach Art  einer     Turbinenschaufelung    wirken und dabei  der Kühlluft Energie entziehen.  



  Daraus erhellt,     däss    vermöge der beschrie  benen Konstruktion zwischen dem untern  Ende der Arbeitsteile 5 der     Schaufeln    und  ihren Wurzeln 4 eine sehr stark gekühlte  Zone entsteht, so dass ein     Wärmeabfluss    in  dieser Richtung     etattfindet    und das Laufrad  gegen die vom Arbeitsfluidum ausgehende       Heizwirkung    isoliert wird.

   Um die Kühlung  der Schaufelteile 5 auch für sehr hohe Tem  peraturen wirksam zu machen, ist jede Schau  fel zusätzlich mit einem oder mehreren ge  schlossenen Hohlräumen 13 versehen (im dar  gestellten Fall deren drei), die sich von den  Teilen 4 zu den Teilen 5 der Schaufel er  strecken und     innerhalb    der letzteren zwischen  den Schlitzen 11     hindurchtreten.    Jeder Hohl-           raum    enthält ein Kühlmittel, wie zum Bei  spiel Natrium,     Caesium    oder Aluminium  chlorid     bzw.        -bromid,    welche Kühlmittel beim  Betrieb der Maschine unter Austausch von       Wärme    zirkulieren können,

   und zwar unter  Wechsel vom flüssigen in den gasförmigen  Zustand und umgekehrt. Bei einer derarti  gen Anordnung bildet der sehr stark gekühlte  Teil 9 die für eine solche Zirkulation not  wendige, stark gekühlte Zone, wobei zu be  achten ist, dass beim Betrieb die Zentrifugal  kraftwirkung die Zirkulation des Kühlmittels  aufrecht erhält.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Axialturbomaschine, die zum Betrieb bei hohen Temperaturen bestimmt ist, gekenn zeichnet durch mindestens einen Laufschau felkranz, dessen Schaufeln zwischen ihren im vom Arbeitsfluidum durchflossenen Ar beitskanal.

   angeordneten Arbeitsteilen und dem Laufradumfang mit Zwischenteilen ver sehen sind, welche miteinander einen den Laufradumfang umgebenden Ring bilden, der aussen eine Fortsetzung der innern Begren zungswand des vom Arbeitsfluidum durch- flossenen Kanal bildet und auf beiden Seiten des Laufrades an einen ringförmigen Kühl mittelkanal angrenzt, der vom Arbeitsfluidum durchflossenen Kanal umschlossen ist, wobei der Ring für jede Schaufel eine Anzahl Durchflusskanäle besitzt, die eine Verbindung zwischen den an die beiden Seiten des Lauf rades angrenzenden Teilen des Kühlmittel kanals herstellen,

   um den Durchfluss des Kühlmittels von der einen Laufradseite auf die andere zu gestatten und welche Kanäle, in Axialrichtung gesehen, radial im Ring ver laufen. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Maschine gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass jede Laufrad schaufel mindestens einen sich über ihren Arbeitsteil (5) und ihren Zwischenteil (9) er streckenden geschlossenen Hohlraum (13) besitzt, der ein Kühlmittel enthält, das beim Betrieb der Maschine zwecks Wärmeaustau sches zirkuliert, wobei der Hohlraum im Zwi schenteil zwischen benachbarten Durchfluss- kanälen (11) verläuft. 2.

   Maschine gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Durchfluss- kanäle (11) in den Zwischenteilen (9) ge krümmt sind, um als Kanäle einer Turbinen- schaufeliing zu wirken. 3. Maschine gemäss Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Durchflusska- näle (11) in den Zwischenteilen (9) in zur Rotationsachse geneigten Schnittebenen, lie gen, wobei diejenigen Durchflusskanäle (11) zweier benachbarter Zwischenteile (9), die in aneinanderstossenden Seitenwänden münden, in einer Flucht liegen.