CH271742A - Gasturbine mit flüssigkeitsgekühlten Laufschaufeln. - Google Patents

Description

  Gasturbine mit flüssigkeitsgekühlten     Laufschaufeln.       Die Erfindung betrifft eine Gasturbine  und bezieht sich auf die     Ausbildun--    der  Schaufeln, wobei diese durch ein Medium,  z. B. Wasser, mit natürlicher Zirkulation,     ge-          küblt    sind. Dadurch soll die Verwendung  von     Sonderwerkstoffen    für Schaufeln und  Rotor vermieden Lind ausserdem ermöglicht  werden, die     Betriebsteniperatur    hinaufzusetzen.  



       Ii',rfindun,-sgenläss    wird die Schaufelküh  lung mit Hilfe einer Anzahl Bohrungen von  <B>1</B> mm oder weniger durchgeführt, durch  welche ein Kühlmittel vom Schaufelkopf     zum          Sehaufelfuss    strömt.  



  Der Erfindungsgegenstand ist in den       Fig.   <B>1</B> bis<B>7</B> beispielsweise dargestellt.     Fig.   <B>1</B>  zeigt einen Querschnitt durch den Rotor mit  in Ansieht dargestellten Schaufeln.     Fig.    2  stellt eine     Laufseheibe    und einige     Laufsehau-          feln    dar.     Fig.   <B>3</B> zeigt den     Grundriss    zu     Fig.    2,  wobei eine Schaufel im Schnitt dargestellt ist.

         Fig.    4 zeigt eine nach der Linie     A-A    der       Fig.    2 geschnittene Schaufel in vergrössertem  Massstab.     Fig.   <B>5</B> zeigt den     hülsenförmigen     Ansatz einer Schaufel nach der Linie     C-C     der     Fig.    2 geschnitten.     Fig.   <B>6</B> stellt eine Tur  binenhälfte mit Rotor und     Leitapparat    im  Schnitt dar.     Fig.   <B>7</B> zeigt die ganze Turbine  mit Zu- und Abfuhr des Sekundärkühlmittels  sowie mit der Einrichtung zur Messung des  Wasserstandes des primären Kühlmittels im  Schnitt.

      <B>In</B>     Fig.   <B>1</B> zeig<B>1</B>     die    Schaufeln, welche in  <B>C</B>     Llt     den Nuten 2 der Laufräder<B>3,</B> die mit Vor  sprüngen 4 versehen sind, ihren Halt finden.  Am Fuss<B>5</B> der Schaufel ist die Hülse<B>6</B> an  geschweisst, welche in     Fig.   <B>5</B> im Querschnitt  dargestellt ist. Den Querschnitt durch die  Schaufel<B>1</B> zeigt     Fig.    4.<B>7</B> sind     äquidistant          züm    Umfang angeordnete feine Bohrungen  von höchstens<B>1</B> mm<B>0,</B>     welehe    parallel     zür          Sehaufelaehse    verlaufen.

   In diesen strömt das  Kühlmittel, z. B. Wasser, von aussen nach  innen, gelangt dann in die Hülse<B>6</B> und von  hier in den Raum<B>8</B> zwischen den     Laufsehei-          ben   <B>3.</B> Das Kühlmittel strömt von innen  nach aussen durch mindestens eine Bohrung  <B>9</B>     (Fig.    4), die grösseren Durchmesser hat als  die Bohrungen<B>7.</B> Es wird dieser Bohrung<B>9</B>  durch ein in der Hülse<B>6</B>     (Fig.   <B>5)</B>     einge-          sehweisstes    Querrohr<B>1.0</B> zugeführt, wobei die  Hülse an den beiden Eintrittsstellen<B>11</B> Boh  rungen 12 besitzt, deren Durchmesser kleiner  als der Durchmesser der Bohrungen<B>7</B> ist,

   um  Verunreinigungen von diesen     fernzuhalten.     Vom     Qudrohr   <B>10</B> gelangt das Wasser über ein       Rohrstüek   <B>13</B>     (Fig.   <B>1)</B> in die Bohrung<B>9.</B>  Hierbei ist vorausgesetzt,     dass    der in der  rotierenden Trommel sieh einstellende, ring  förmige Wasserspiegel<B>1.5</B> näher zur Welle  liege als die Bohrungen 12.

   Das durch die  Bohrung<B>9</B> radial nach aussen steigende Was  ser verdampft nicht, da die Wärme. von dem      in den feinen, näher dein     Schaufehunfang    ge  legenen     Bolir-Lingen   <B>7</B> strömenden Wasser auf  genommen wird und gelangt am äussersten       Schaufelende    in einen flachen     Ra-ain   <B>16,</B> der  durch ein aufgeschweisstes     SchaufelendsEick     <B>17,</B> -welches dem     Seliaufelprofil    entspricht, ab  geschlossen ist. Das Kühlmittel strömt     nun     durch die Bohrungen<B>7</B> nach einwärts, ver  dampft zum Teil Lind tritt schliesslich durch  die Hülsen<B>6</B> aus.

   Der     Kühlmittelkreislauf     wird dadurch bewirkt,     dass    das Kühlmittel in  den Bohrungen<B>7,</B> in denen es teilweise ver  dampft, spezifisch leichter ist als in den     Boh-          rangen   <B>9,</B> so     dass    der     Fliehkraftdruck    in den  Bohrungen<B>7</B> kleiner ist als in den Bohrungen  <B>9.</B> Der erzeugte Dampf gelangt durch die  Rohre<B>18</B> in einen zentrisch gelegenen     Hohl-          rauin,    in welchem     Kühlsehlangen   <B>26</B>     (Fig.   <B>6)</B>  angeordnet sind.  



  Die Laufräder sind von Mänteln<B>19</B> am  Aussenumfang umgeben. Die Mäntel<B>19</B> sind  mit den Schaufeln<B>1</B> durch     Sehweissung    20  verbunden     (Fig.   <B>1.).</B>     A-Lieh    die einzelnen  Schaufeln jedes Kranzes sind miteinander an  den Stellen 21 verschweisst     (Fig.    2 und     3.).     



  Im Raum 22     (Fig.   <B>1)</B> zwischen dem Man  tel<B>19</B> und der Stirnseite der Laufräder<B>3</B> be  findet sich der ringförmige Wasserkörper im  Sinne der eingezeichneten Pfeile in Strömung,  da die Zufuhr des Wassers an der Stirnseite  des Rotors erfolgt, wie -unten an Hand von       Fig.   <B>6</B> beschrieben ist.  



  Der im Raum 22 gebildete Dampf strömt  entlang der     abgesehrägten        Rotorstirnflächen     gegen innen zu und gelangt im Sinne des  Pfeils<B>D</B> in den Raum<B>8.</B> Von hier tritt er  gemeinsam mit dem in den Schaufeln gebil  deten Dampf     dureh    die Rohre<B>18</B> in den zen  trischen Hohlraum. des Rotors ein. Die Was  serzirkulation -um die Laufräder<B>3</B> wird durch  radiale Nuten<B>23</B> im Fuss der Laufs     ehaufelii     sowie durch ähnliche     Nuiten    24 in den Lauf  rädern<B>3</B> ermöglicht. Die genannten Nuten  sind in den     Fig.    2 und<B>3</B> dargestellt.  



  Die     Gesanitansicht    des Rotors zeigt     Fig.   <B>6.</B>  Es ist wieder<B>15</B> der Wasserspiegel des     mit-          rotierenden    Wasserringes. Die durch die    Rohre<B>18</B> in den     mittig    gelegenen     Hohlrauin     <B>25</B> strömenden Dampfmengen kondensieren an  den     mitrotierenden    Rohren<B>26,</B> und das gebil  dete Kondensat wird in der Folge     zur    Gänze  dem     Rotormantel    wieder zugeführt.

   Gegen  die     Fliehkraftwirkung    sind die Rohre<B>26</B>  durch Stützbleche<B>27</B> abgesteift, welche<B>Öff-</B>  nungen<B>28</B> besitzen, entlang denen das kon  densierte Kühlmittel längs der     Z-,#linderfläeh(-,     <B>29</B> bis zur Öffnung<B>030</B> strömt.     Ein        Riiek-          strömen    in die Rohre<B>18</B> wird durch das     naeli,     einwärts vorstehende Rohrende verhindert. Es  gelangt demnach die Hauptmenge des     Kon-          densates    über die Bohrung<B>30</B> in den Hohl  raum<B>31</B> und von hier in den rotierenden  Wasserkörper.

   In der Folge strömt es über  den Ringspalt 14 zur ersten     Laufradreilie,     dann über den Raum 22 zur zweiten     usw.    bis  zur letzten     Laufradreihe.     



  Die geschilderte Einrichtung schwächt die  Festigkeit der Schaufel nur ganz geringfügig.  gestattet jedoch an allen Stellen der Ober  fläche eine ausserordentlich wirksame     Küh-          luing.    Die Schaufeln<B>1</B> sind, wie beschrieben,  mittels Vor- und Rücksprunges zwischen<B>je</B>  zwei     Laufradscheiben   <B>0'</B> befestigt. Diese neh  men die     auftretenden,Fliehkräfte,    welche von  den Schaufeln herrühren,     auf,    sind aber nicht  direkt dem     Einfluss    der strömenden, heissen  Gase ausgesetzt, sondern noch von Mänteln<B>19</B>  -umgeben.

   Zwischen diesen und den Lauf  rädern findet gleichfalls eine Zirkulation des  Kühlmittels,     bzw.    eine Verdampfung desselben  statt, wodurch die Mäntel. und die Laufräder  gekühlt werden.  



  Der Eintritt der heissen Rauchgase in die  Turbine<B>f</B>indet bei<B>32,</B> der Austritt der expan  dierten und abgekühlten Gase bei<B>33</B> statt.  34 sind die     Leitradreilien,    welche entweder       ungekühlt    aus Spezialmaterial oder auf ge  eignete Weise     gel#ülllt    ausgeführt werden  können. Das Turbinengehäuse ist gleichfalls  durch ein Kühlmittel, welches den Hohlraum.  <B>35</B> durchströmt, gekühlt.  



  Durch die     Kühlsehlangen   <B>26</B> strömt ein  sekundäres Kühlmittel, welches hierbei     zum     Teil verdampft. Der gebildete Dampf wird           naeli    aussen abgeführt. Dies ist     aus        Fig.   <B>7</B> er  sichtlich.  



  Das     -,ektiiidäi,iiiittel,    z. B. Wasser niedri  geren Druckes, tritt durch die Rohrleitung<B>ä!)</B>  und das innenliegende Rohr 40 in die Kühl  schlangen<B>26</B> ein. Der Austritt erfolgt über  die     Drehstopfbüelise   <B>36</B> in das feststehende  Gehäuse<B>37,</B> wo das gebildete     Danipf-Flüssig-          keits-Geiniseh    über die Rohrleitung<B>38</B> abge  führt wird und<B>je</B> nach seiner     Zusainmenset-          zung'z.    B. für     Ileiz-    oder     Antriebszweehe     verwendet werden kann.  



  Die     Primärkühlmittelfüllung,    welche im  Betriebszustand durch den Spiegel<B>15</B> gekenn  zeichnet ist, erfolgt erstmalig vor der ersten  Inbetriebsetzung. Da der Primärteil des Ro  tors in sieh vollkommen geschlossen ist, kann  ein Verlust des     Priniärkühlmittels    nur durch       Undiehtheiten    entstehen.  



  Um den Flüssigkeitsstand des Primärmit  tels     a-uieh    im Betrieb kontrollieren zu können,  ist eine eigene Einrichtung vorgesehen. Diese  kann beispielsweise darin bestehen,     dass    der       Dampf(irtiek    im     mittig    gelegenen Hohlraum  <B>25</B> mittels eines fixen     Manoineters    41 genies  sen wird. Ausserdem wird an den Rotor an  der Stelle 42 innerhalb des rotierenden Was  serringes eine Rohrleitung 43 angeschlossen.  welche über die Bohrung 44 zum fixen     l#,lano-          meter    45 führt. Die beiden Manometer sind       druekseitig    voneinander durch die Stopf  büchse 46 getrennt.

   Mittels einer     Drehstopf-          büchse    47 wird die Fuge zwischen rotierendem  Teil und     fesistehendeni    Teil der Einrichtung  gegen aussen abgedichtet.<B>Im</B>     Betriebszustancl     wird 'Manometer 41     auf    den im Hohlraum<B>25</B>  herrschenden Druck ansprechen, während  Manometer 45 keinen Druck anzeigen wird,  denn der     Dampfdruek    kann nicht entgegen  der     Flielikraft    die im Rohr 43 vorhandene  Wassersäule überwinden.

   Verschiebt sieh  jedoch der Spiegel<B>15</B> infolge eines Wasserver  lustes bis ausserhalb der     Ansehlussstelle    42,  kann der     Dampfdruek    über Rohr 43 und Boh  rung 44 wirken,     und    die     Manoineter    45 -Lind  41 zeigen praktisch den gleichen Druck. Dies  ist     deinnaeh    das Alarmzeichen, und die Tur  bine     muss    in diesem Fall abgestellt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCII: Grasturbine mit flüssigkeitsgekühlten Lauf schaufeln und natürlicher Zirkulation des Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln Bohrungen von höchstens<B>1</B> mm Durchmesser besitzen, durch welche ein Kühl mittel vom Sehaufelkopf zum Fuss strömt. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> <B>1..</B> Gasturbine nach Patentanspruell, da durch gekennzeichnet, dass die Bohrungen parallel zur Schaufelachse und äquidistant zum Umfang angeordnet sind.

   2, Gasturbine nach Patentansprueh und Unteransprueh <B>1,</B> dadureh gekennzeichnet, dass im Innern des Sehaufelquerschnittes eine oder mehrere Bohrungen mit grösserem Durehmes- ser als dem der Randbohrungen vorgesehen sind, durch welche das Kühlmittel vom Schaufelluss zum Sehaufelkopf strömt.

   <B>3.</B> Gasturbine nach Patentansprueh und den Unteransprilehen <B>1</B> und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Abschluss am Schaufel kopf durch eine Platte erfolgt, die eine dein Sehaufelquersehnitt entspreehendeUmrissform besitzt und einen flachen Hohlraum am Sehaufelkopf abdeckt, in welehen sämtliche Sehaufelkanäle münden. 4.

   Gasturbine nach Patentansprueh und den Unteransprüehen <B>1</B> bis<B>3,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass im Sehaufelfuss radiale Nuten vorglesehen, sind, damit das Kühlmittel längs des Rotormantels strömen kann. <B>5.</B> ('Tasturbine nach Patentanspruch und den Unteransprüehen <B>1</B> bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass im Rotor ein geschlossener Primärkreislauf mit Verdampfung am Um lange und Kondensation des Kühlmittels im Innern des Rotors mit mitrotierendem Kühler gebildet ist.

   <B>6.</B> Gasturbine nach Patentansprueh Lind den Unteransprüehen <B>1</B> bis<B>5,</B> gekennzeichnet durch ein das Primärkühlmittel. kondensie rendes Sekundärkühlmittelsystem. mit rotie rendem Kühler, bei dein die Zu- Lind<B>Abfüh-</B> rung des Kühlmittels über Drehstopfbüchsen erfolgt. <B>7.</B> GastiLrbine nach Patentanspruch und den Unteransprüchen<B>1</B> bis<B>6,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass die Rohre<B>(18),</B> welche die Dampfzufuhr zu dem mittleren Raum<B>(25)</B> er möglichen, gegen innen zu vorspringende En den besitzen.

   <B>8.</B> Gasturbine nach Patentanspruc'h und den Unteransprüchen<B>1</B> bis<B>7,</B> dadurch gekenn zeichnet, dass die einzelnen,<B>je</B> einen Radkranz bildenden Schaufeln an den Stossstellen mit einander verschweisst sind. <B>9.</B> Gasturbine nach Patentanspruch und den Unteransprüchen <B>1</B> bis<B>8,</B> dadareh gekenn zeichnet, dass der Aussenumfang der Lauf räder von Mänteln<B>(19)</B> umgeben ist, mit denen die Schaufeln der einzelnen Radkränze durch Schweissung verbunden sind.

   <B>10.</B> Gasturbine nach Patentanspruch und den Unteransprüchen <B>1</B> bis<B>9,</B> dadurel-i ge kennzeichnet, dass das Kühlmittel durch den Kanal zwischen dem Mantel<B>(19)</B> und dem Aussen1--unfang des Laufrades in axialer Rieb- tang vom heisseren zum kälteren Rotorende strömt.

   <B>11.</B> CTasti--irbine nach Patentanspruch und den Unteransprüchen<B>1</B> bis<B>10,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass angenähert das ganze Kühl mittel den am heisseren Rotorende gelegenen ersten Ringraum durchströmt. 12. Gasturbine nach Patentanspruch und den Unteransprüehen <B>1</B> bis<B>11,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass die Schaufeln unterhalb des Fusses radiale Hülsen<B>(6)</B> besitzen.

   <B>13.</B> Gasturbine nach Patentanspruch und den Unteransprüchen<B>1</B> bis 12, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kühlmittelzufuhr zur Schaufel durch ein senkrecht zur Hülsen achse eingebautes Zuführungsrohr<B>(10)</B> er folgt. 14.

   Gasturbine nach Patentansprueh und den Unteransprüchen<B>1</B> bis<B>13,</B> dadurch ge kennzeichnet, dass an den beiden Enden des senkrecht zur Hülsenachse eingebauten Züi- führungsrohres <B>(10)</B> Bohrungen (12) in der Hülse v<B>'</B> orgesehen sind, deren Durchmesser kleiner ist als der Bohrungsdurchmesser der Schaufelkanäle<B>(7),</B> in welchen das Kühlmittel vom Schaufelkopf zum Fuss strömt.

   <B>15.</B> Gasturbine nach Patentansprueh und den Unteransprüchen<B>1</B> bis 14, gekennzeich net durch eine Vergleichsdruckanzeigeeinrich- tung, bei der die eine Druckentnahme am Wellenmittel, die andere innerhalb des rotie renden Kühlmittelringes erfolgt, zum Zweeke der Kontrolle des Flüssigkeitsstandes des Pri märkühlmittels während des Betriebes.