Verfahren und Einrichtung zur Beeinflussung des Temperaturzustandes im Rotor einer Turbomaschine. Die Erfindung bezieht sieh auf ein Ver fahren zur Beeinflussung des Temperaturzu standes mindestens in einem Teil eines Rotors einer Turbomaschine in einer Wärinekraft- anlage mittels eines Wä.rmeträggers und auf eine Einrichtung zur Ausführung dieses Ver fahrens.
Das Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, class als Wärmeträger eine einstell bare Menge Arbeitsmittel dein Anlage verwen det wird, wobei die Temperatur des Wärme trägers mindestens zeitweise durch Mischung einer kälteren und einer heisseren Arbeits- mittelmerige verändert werden. kann.
Die Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens ist gekennzeichnet durch eine Vor richtung, mittels welcher mindestens einem Teil eines Rotors eine aus der Anlage ent nommene einstellbare Arbeitsmittelmenge als Wärmeträger zugeführt werden. kann, und durch Mittel, um die Temperatur dieses Wärmeträgers durch Verwendung eines ein stellbaren Gemisches einer kälteren und einer heisseren Arbeitsmittelmenge verändern zu können.
Während des Betriebes von Gasturbinen und insbesondere bei deren Inbetriebnahme können infolge von Teniperaturunterscliieden im Rotor unzulässige ZVärm:espannung-en auf treten. Solche Spannungen können zu einer Beschädigung der Turbine führen. Mit der Erfindung kann der Temperaturzustand im Rotor so beeinflusst werden, dass unter Be- rücksiehtigung der jeweiligen Betriebsverhäl.t- pisse der Anlage die beschriebene Gefahr weitgehend ausgeschaltet werden kann.
Im Fall einer Gasturbinenanlabe wird zweckmässig die Entnahmestelle für die käl tere Arbeitsmittelmenge im Strömungsweg des Arbeitsmittels vor dem Gaserhitzer und die Entnahmestelle für die heissere Arbeitsmittel- inen-e hinter dem Gaserhitzer angeordnet. Der \Gaserhitzer kann als Brennkammer oder als Wärmeaustauscher ausgebildet sein.
Das Verfahren nach der Erfindung ist nachstehend an Hand des auf der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbei spiels der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens in Anwendung bei einer offenen Clasturbinenanlage beispielsweise erläutert.
Der Verdichter 1 sangt durch den Stut zen ? Luft aus der Atmosphäre an und drückt sie in verdichtetem Zustand durch die Lei tung 3 in die Brennkammer 4. Diese besitzt hehrere Einsätze 5, in denen der durch die Düsen 6 zerstäubte Brennstoff unter Verwen dung eines Teils der zugeführten Luft ver brannt wird.
Das Gemisch der Verbrennungs- äase und des Luftüberschusses strömt durch die Leitung i in die Turbine 8, wo es unter Abgabe von Arbeitsleistung an ,den Nutz leistungsempfänger 9 sieh entspannt, um an schliessend durch den Stutzen 10 aus deir Anlage abzuströmen. Der Rotor 11 der Tur bine 8 ist, als fliegende Scheibe ausgebildet, die zusammen mit dein Rotor des Verdich ters 1 und denn des Nutzleistungsempfängers 9 auf einer g-ein.einsa-men. Welle sitzt. Eine Leitung 12 mündet zentral in den Raum vor dem Turbinenrotor ein.
In sie mün den die beiden Entnahmeleitungen 13 und 14, welche je ein Einstellorgan 15 bzw. 16 aufwei sen. Die Entnahmeleitung 14 führt zu der Entnahmestelle für eine kältere Arbeitsmittel- menge, die im Strömungsweg des Arbeitsmit tels vor der Brennkammer 5 gelegen ist, und die Entnahmeleitung 13 zu einer Entnahme stelle für :die heissere Arbeitsmittelmenge, welche hinter der Brennkammer angeordnet ist. Die Leitung 12 kann also mit einem Ge misch aus verdichteter, nur wenig erhitzter Luft und aus heissem Arbeitsmittel gespeist werden.
So kann dem Zentrum des Rotors 11 ein Gasgemisch zugeführt werden, dessen Temperatur in weiten Grenzen mit Hilfe der Einstellorgane 15 und 16 einstellbar ist.
Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird zweckmässig, wie in der Zeichnung dargestellt, das Einstellorgan 15 geschlossen und das Ein stellorgan 16 ganz geöffnet. Das heisse Ar beitsmittel wird unmittelbar dem Zentrum des Rotors zugeführt, so dass dieser auch von innen her durchwärmt wird. Dadurch wird der Temperaturzustand des Motors so beein- flusst, dass trotz der Erwärmung durch die Schaufeln von der Peripherie her der Rotor kein so schroffes Temperaturgefälle aufweist, dass gefährliche Spannungen entstehen.
Nach Inbetriebsetzung wird der Gaszutritt zum Rotor durch das Einstellorgan 16 gedros selt und durch gleichzeitiges öffnen des Ein- stellorganes 15 die Temperatur des die Scheibe beaufsehlagenden Gasgemisches herabgesetzt.
Man kann dieses Mischungsverhältnis so wäh len, dass die Scheibe im Zentrum ungefähr die jenige Temperatur erhält, welche das Arbeits mittel bei der Strömung durch den zur Scheibe gehörenden Laufschaufelkranz auf weist, wodurch die Wärmespannungen wäh rend des Betriebes auf ein Mindestmass redu ziert werden. Ändert sich infolge von Last schwankungen die Temperatur .des die Schau feln :durchströmenden Arbeitsmittels, so wird auch die Temperatur des durch die Leitung 1.2 gegen die Scheibe strömenden Gasgemisches entsprechend eingestellt.
Unter Umständen greift die Temperaturänderung so weit durch, dass das Gemisch der Teilarbeitsmittelmengen ohne Beeinflussung durch die Einstellorgane von selbst so geändert wird, dass sich die Temperatur des durch die Leitung 12 auf die Scheibe strömenden Arbeitsmittels der Tem peratur des durch die Schaufeln strömenden Arbeitsmittels anpasst.
Bei Gasturbinenanlagen mit sehr hoch er hitztem Arbeitsmittel kann .der Rotor auch unter Inkaufnahme von Wärmespannungen gekühlt werden. Im Laufe der Zeit werden diese Wärmespannungen durch Fliessen des Materials auf ein zulässiges Mass geschwächt. Gerade bei solchen Rotoren treten aber wäh rend der Inbetriebnahme beträchtliche Wärme spannungen auf, indem die kalten Scheiben, bei gleichzeitiger Kühlung des Zentrums, vom Umfang her rasch auf sehr hohe Temperatu ren erhitzt werden. Die durch das vorgängige Fliessen im Zentrum schon bestehende Vor spannung wird durch das hierbei entstehende schroffe Temperaturgefälle noch weiter ver grössert.
Hier kann wiederum eine Vorrich tung gemäss der Erfindung zweckmässige Ab hilfe schaffen, indem. der normalerweise ge kühlte Rotor beim Anfahren zunächst geheizt wird, worauf durch allmähliches -Umschalten der Einstellorgane die Temperatur des zur Beaufschlagung des Rotors benützten Me diums derart abgesenkt wird, dass die Küh lung nach und nach wirksam wird.
Die Vorrichtung zur Beeinflussung des Temperaturzustandes in Rotoren kann auch für beidseitig gelagerte Rotoren insbesondere von vielstufigen Turbinen Verwendung fin den. Sie kann ferner auch zum Beispiel für Dampfturbinen - angewendet werden. Als Wärmeträger zur Beeinflussung des Tempe raturzustandes in einem Rotor kann beispiels weise ein einstellbares Gemisch aus überhitz tem Dampf und aus entspanntem Dampf der Anlage verwendet werden.