Flüssigkeitsgekühlter Gasturbinenläufer. Bei Gasturbinenläufern, die durch eine sich erwärmende oder verdampfende Flüssig keit gekühlt werden, wird das Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, durch eine hohle Welle in den Läufer eingeführt und beim Abfliessen nach dem äussern Umfang des Läufers sogleich auf die entsprechende Umfangsgeschwindig keit gebracht.
Ein derart gekühlter Läufer muss wegen der Fliehkraftwirkung des Kühl wassers hohe Wasserdrüeke aushalten, durch welche er zusätzlich beansprucht wird. Man wird deshalb einen langgestreekten Gasturbi- nenläufer von zylindriseher oder konischer Form, der mehrere Laufschaufelreihen zu tra gen hat, nicht als Hohltrommel bauen, son dern ihn aus einzelnen Scheiben gleicher oder annähernd gleicher Festigkeit zusammen setzen, die in an sich bekannter Weise an ihrem äussern Umfang aneinandergeschweisst sind.
Die Erfindung bezieht sich somit, auf einen flüssigkeitsgekühlten Gasturbinenläufer, der erfiriduiigsg-emäss aus einzelnen an ihrem Um fang aneinandergeschweissten Scheiben be steht, deren Scheibenkörper mindestens an nähernd die Form gleicher Festigkeit haben, und bei welchem die zwischen den Scheiben liegenden 13ohlräume vom Kühlmittel durch flossen werden.
In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform eines Läufers nach der Er findung dargestellt, wobei mehrere Möglich keiten des Einbaus der radialen Trennwände gezeigt sind. Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Achse eines Läufers gemäss der Erfin- dung. Fig. 2 ist ein Querschnitt senkrecht zur Läuferachse gemäss Linie II-II der Fig.1 und zeigt radiale Trennwände, die nur einseitig befestigt sind.
Fig. 3 ist ein ebensolcher Quer schnitt gemäss Linie III-III der Fig. 1 und zeigt unterteilte radiale Trennwände, deren Teilstücke je auf gegenüberliegenden Seiten von Läuferscheiben befestigt sind. Fig. 4 zeigt nochmals einen solchen Querschnitt gemäss der Linie IV-IV der Fig.1 mit Trennwän den, die aus vollen Läuferscheiben heraus gefräst sind.
Fig. 5 zeigt ein Stück eines ab gewickelten Zv linderschnittes gemäss der Linie V-V der Fig. l., worin die durch Ausfräsen der Hohlräume geschaffenen Trennwände ver deutlicht sind.
In Fig. 1 bezeichnen 1, 2, 3, 4 und 5 Schei ben gleicher oder angenähert gleicher Festig keit, die an ihrem äussern Umfang miteinan der verschweisst sind. Die Endscheiben, hier beispielsweise 1 und 5, können mit den Wel lenenden 6 und 7 in einem Stück geschmiedet. sein. Die äussern Durchlassöffnungen in den Scheiben 2, 3 und 4 sind mit 8 bezeichnet, die innern mit 9. Die sehaufelartigen, radialen Trennwände 10 erstrecken sich angenähert über die ganze Breite der Hohlräume und sind nur einseitig, hier z.
B. je an einer Seite der Scheibe bzw. 3 befestigt, was in Fig.1 durch eine gestrichelt gezeichnete Schweissnaht an ihren rechten Rändern dargestellt ist. Sie könnten aber auch angelötet oder angenietet sein. An ihren linken Rändern schliessen sieh die Trennwände ohne Befestigung mehr oder weniger genau an die Umrisse der Gegenschei ben 1 bzw. 2 an; durch den verbleibenden Spalt zwischen Trennwand und Gegenscheibe kann ein Ausgleich des Flüssigkeitsspiegels in den einzelnen Kammern zwischen den Trenn wänden stattfinden.
In radialer Richtung, gegen die Läuferachse hin, endigen die Trenn wände etwas innerhalb der innern Durchlass- öffnungen 9. Fig.2 zeigt diese angenähert über die ganze Breite der Hohlräume sich erstreckenden Trennwände im Schnitt.
In Fig. 1 sind mit 11 die Teilstücke -unter teilter Trennwände bezeichnet, die in der Fig. 3 in Ansicht gezeichnet sind. Sie sind, wie durch gestrichelt gezeichnete Schweissnähte angedeutet., je auf gegenüberliegenden Seiten von Läuferscheiben befestigt. Ein mehr oder weniger breiter Spalt befindet sich hier zwi schen den Teilstücken 11 der Trennwände.
Schliesslich zeigen Figur 1 und die zuge hörigen Schnittfiguren 4 und 5 auch noch radiale Trennwände 12, die aus vollen Läufer scheiben herausgefräst sind.
Die Kühlflüssigkeit tritt durch das hohle Wellenende 6 bei 13 in den Läufer ein, und sie verlässt diesen, entweder in erhitztem oder verdampftem Zustand, durch das hohle Wel lenende 7 bei 14. Vorzugsweise werden dabei, hinsichtlich ihres radialen Abstandes von der Läuferachse, die äussern Durchflussöffnungen so angeordnet, dass sie mit Sicherheit inner halb des Flüssigkeitsmantels liegen, der sieh bildet, wenn die Kühlflüssigkeit beim Durch lass durch den Läufer verdampft, während dem die innern Durchflussöffnungen so ange ordnet sind, dass sie im Dampfraum liegen.
Wird die Kühlflüssigkeit nicht verdampft, sondern nur erhitzt, so ist die Anordnung so zu treffen, dass durch die äussern Durchfluss- öffnungen verhältnismässig kälteres und durch die innern Durchflussöffnungen verhältnis mässig wärmeres Kühlmittel fliessen kann. In der eintrittseitigen Läuferscheibe 1 wird die Kühlflüssigkeit beispielsweise durch radiale und axiale Kanäle 15 bzw. 16 dem ersten Hohlraum in der Nähe des Kranzes zugeführt.
Durch die axialen Durchflussöffnungen 8 und 9 sowie durch die Spalte zwischen den Trenn- wänden und den Scheiben bzw. zwischen den Teilstücken der unterteilten Trennwände fin det im ganzen Läufer ein Ausgleich des Flüs sigkeitsspiegels statt, der in Fig. 1 bei 17 an gedeutet ist.
Die beschriebene Konstruktion überträgt die bekannten Vorteile des aus einzelnen Scheiben zusammengeschweissten Läufers auf den gekühlten Läufer. Die einzelnen Scheiben, als Körper gleicher oder angenähert gleicher Festigkeit ausgebildet, sind in ihrer mecha nischen Festigkeit durch die verhältnismässig wenigen Durehflussöffnungen nur unwesent lich beeinträchtigt. Der Zusammenbau dieser an sich festen, gut schmiedbaren Scheiben durch Aneinanderschweissen am äussern Um. fang ergibt bei verhältnismässig niedrigen Kosten einen ausserordentlich festen und stei fen Läufer mit hoher kritischer Drehzahl, was bei einem gekühlten Läufer, der von der Kühl flüssigkeit mit zusätzlichen Fliehkräften be lastet wird, besonders wichtig ist.
Dabei kann der ganze gekühlte Läufer mit einem Mindest aufwand an Baustoffen für eine gegebene Be anspruchung gebaut werden.
Liquid-cooled gas turbine rotor. In gas turbine rotors that are cooled by a heating or evaporating liquid speed, the coolant, z. B. cooling water, introduced through a hollow shaft in the runner and immediately brought to the corresponding speed circumferential speed when flowing to the outer circumference of the runner.
A runner cooled in this way has to withstand high water pressures due to the centrifugal force of the cooling water, by which it is additionally stressed. An elongated gas turbine rotor of cylindrical or conical shape, which has to carry several rows of blades, will therefore not be built as a hollow drum, but will be made up of individual disks of the same or approximately the same strength, which in a known manner on their outer surface Circumference are welded together.
The invention thus relates to a liquid-cooled gas turbine rotor which, according to the invention, consists of individual disks welded to one another at their circumference, the disk bodies of which have at least approximately the same strength and in which the coolant flowed through the cavities between the disks will.
In the drawing, for example, an embodiment of a rotor according to the invention is shown, with several possibilities of installing the radial partitions are shown. 1 is a longitudinal section through the axis of a runner according to the invention. FIG. 2 is a cross section perpendicular to the rotor axis along line II-II of FIG. 1 and shows radial partition walls which are only attached on one side.
Fig. 3 is a similar cross-section along line III-III of FIG. 1 and shows subdivided radial partitions, the sections of which are each fastened on opposite sides of carriers. Fig. 4 shows again such a cross section along the line IV-IV of Fig.1 with the partition walls, which are milled out of full carriers.
Fig. 5 shows a piece of a wound from Zv lind section according to the line V-V of Fig. 1., In which the partitions created by milling out the cavities are ver clear.
In Fig. 1, 1, 2, 3, 4 and 5 discs denote the same or approximately the same Festig speed which are welded to the miteinan at their outer circumference. The end plates, here for example 1 and 5, can with the Wel lenenden 6 and 7 forged in one piece. his. The outer passage openings in the disks 2, 3 and 4 are designated by 8, the inner ones by 9. The shovel-like, radial partition walls 10 extend approximately over the entire width of the cavities and are only on one side, here z.
B. each attached to one side of the disc or 3, which is shown in Figure 1 by a dashed weld seam on their right edges. But you could also be soldered or riveted. At their left edges close the partitions without attachment more or less exactly to the outlines of the Gegenenschei ben 1 or 2; Due to the remaining gap between the partition and the counter disc, the liquid level in the individual chambers between the partition walls can be balanced.
In the radial direction, towards the rotor axis, the partition walls end somewhat inside the inner passage openings 9. FIG. 2 shows these partition walls extending approximately over the entire width of the cavities in section.
In Fig. 1, 11 denotes the sections -under divided partitions, which are drawn in Fig. 3 in view. As indicated by weld seams shown in dashed lines, they are each attached to opposite sides of carriers. A more or less wide gap is here between tween the sections 11 of the partitions.
Finally, FIG. 1 and the associated sectional figures 4 and 5 also show radial partition walls 12 which are milled out of full rotor disks.
The cooling liquid enters the rotor through the hollow shaft end 6 at 13, and it leaves it, either in a heated or vaporized state, through the hollow shaft end 7 at 14. Preferably, in terms of their radial distance from the rotor axis, the outer ones Flow openings arranged so that they are certainly within the liquid jacket that forms when the cooling liquid evaporates as it passes through the rotor, during which the inner flow openings are arranged so that they are in the vapor space.
If the coolant is not evaporated, but only heated, the arrangement must be made so that relatively colder coolant can flow through the outer flow openings and relatively warmer coolant can flow through the inner flow openings. In the carrier disk 1 on the inlet side, the cooling liquid is supplied to the first cavity in the vicinity of the ring, for example through radial and axial channels 15 and 16, respectively.
Through the axial flow openings 8 and 9 and through the gaps between the partition walls and the disks or between the sections of the subdivided partition walls, the fluid level across the rotor is compensated, which is indicated at 17 in FIG.
The construction described transfers the known advantages of the rotor welded together from individual disks to the cooled rotor. The individual disks, designed as bodies of the same or approximately the same strength, are only insignificantly affected in their mechanical strength by the relatively few flow openings. The assembly of these solid, easily forgeable discs by welding them together on the outside. At relatively low cost, catch results in an extremely strong and stiff rotor with a high critical speed, which is particularly important in a cooled rotor that is burdened with additional centrifugal forces by the cooling liquid.
The entire cooled runner can be built with a minimum of building materials for a given load.