Gekühlter Gasturhinenläufer. Die Erfindung betrifft einen durch Flüs sigkeit gekühlten Gasturbinenläufer mit am Umfang angeordneten, druckfesten Hohlräu men zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit. Da die Kühlflüssigkeit der Fliehkraft unterliegt und die von der Kühlflüssigkeit aufgenom mene Wärme gegebenenfalls zur Erzeugung von hochgespanntem Dampf nutzbar ge macht werden soll, sind die Räume zur Auf nahme des Kühlmittels druckfest ausgebildet. Die Ausbildung des Läufers als reiner Trom melläufer hat den Nachteil einer sehr hohen zusätzlichen Beanspruchung-durch den Innen druck. Auch ist es kaum möglich, Teile der Beschaufelung bei Beschädigung auszuwech seln.
Bei reinen Scheibenläufern dagegen macht die Zu- und Ableitung des Kühlmit tels insbesondere zu und von den Schaufeln grosse Schwierigkeiten, weil hier eine Bear beitung von innen her kaum möglich ist. Die Herstellung solcher gekühlter Scheiben mit am Aussenumfang befestigten, gleichfalls ge kühlten Schaufeln ist daher sehr erschwert.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, den Läufer aus ring- und scheibenförmigen Kör pern zusammenzusetzen und die ringförmi gen, als Schaufelträger ausgebildeten Körper in den scheibenförmigen Körpern zu lagern. Die ringförmige Ausbildung des Schaufelträ gers gestattet allseitige Bearbeitung, insbe sondere von innen, und eine zweckmässige Ausbildung der Kühlräume. Diese.können in Axialrichtung verhältnismässig klein sein, so dass auch die Beanspruchung durch Innen druck nur gering ist. Durch Lagerung der ringförmigen Schaufelträger in Scheiben wird die äussere Beanspruchung durch Flieh kraft gemindert, da die Scheiben, die ent sprechend kräftig ausgebildet werden kön nen, den grössten Teil der angreifenden Flieh kräfte aufnehmen.
Der Schaufelträger kann aus mehreren zwischen Scheiben gelagerten Ringen bestehen. Bei Beschädigung der Schaufeln ist die Auswechslung eines solchen Ringes verhältnismässig einfach. Entspre chend der Beheizung des Läufers von aussen sind auch die Hohlräume für das Kühlmittel am Aussenumfang angeordnet. Sofern der äussere Umfang von den ringförmigen Schau felträgern und den Scheiben gebildet wird, enthalten beide Teile Hohlräume für das Kühlmittel; wird der Umfang des Läufers nur von den Ringen des Schaufelträgers ge bildet, so ist es nicht notwendig, auch noch die Scheiben zu kühlen, da diese nicht mehr unmittelbar beheizt werden.
Die Erfindung ist an Hand der Beispiele nach Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine Gasturbine mit ge kühltem Läufer nach der Erfindung. Auf der Turbinenwelle 1 sitzen Scheiben 2. Zwischen den Scheiben 2 sind Ringe 3 eingespannt, die die Beschaufelung 4 tragen. Die Scheiben köpfe 5 sind so ausgebildet, dass sie nach bei den Seiten vorspringende Ränder der Ringe 3 übergreifen. Der Aussenumfang des Läu- fers wird bei dieser Anordnung abwechselnd durch aneinandergepresste Scheiben 2 und Ringe 3 gebildet. Zur Kühlung des Aussen umfanges ist es daher erforderlich, dass ausser den Ringen 3 auch die Scheiben gekühlt wer den. In den Ringen 3 sind daher zur Auf nahme des Kühlmittels Hohlräume 6 und in den Scheiben Hohlräume 7 vorgesehen.
Das Kühlmittel tritt durch die Wellenbohrung 8 in- den Läufer ein und wird dann über Ver bindungsröhrchen 9, die noch etwas in die Hohlräume 6 und 7 der Scheiben 2 und Ringe 3 vorstehen, an die Aussenwandung des Läu fers geschleudert. In der obern Hälfte der Abbildung ist die Kühlmittelzufuhr darge stellt.
Die untere Hälfte zeigt die Ableitung des erzeugten Dampfes aus den Hohlräumen 6 und 7 über die Bohrungen 10 und Röhr chen 11 zur Hohlwelle 1, von wo aus der Dampf einer nicht gezeigten Verbraucher stelle zugeführt werden kann. Durch das in die Hohlwelle eingeschraubte Hohlwellenstück 12 werden auch die Scheiben 2 und Ringe 3 fest aneinandergepresst. Die Verbrennung der Treibstoffe mag unter Überdruck in dein Ringraum 13 erfolgen, von wo aus die Gase die Beschaufelung durchströmen. Mit 14 wird die Leitschaufelung und mit 15 das Ge häuse der Turbine bezeichnet.
Bei dein dar gestellten Beispiel sind die Scheiben zum Halten der Schaufelträger und die Scheibe, die an den Feuerraum angrenzt, verschieden artig ausgebildet. Es können jedoch auch alle Scheiben völlig gleichartig sein. Gegebenen falls können dann bei dem am Feuerraum angrenzenden Teil des Läufers zwischen den Scheiben Kühlringe eingesetzt werden, die keine Schaufel tragen.
Der Aufbau des gesamten Läufers bei der Ausführung nach Fig. 1 kann z. B. aus gehend von der rechten Scheibe aus erfolgen. Es wird dann der erste Ringkörper auf gesetzt, worauf die Verbindungsleitungen zu den Scheibenhohlräumen und den Ringhohl räumen angeschlossen werden, dann baut man die nächste Scheibe auf usw.
Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der je ein Ring 3 auf einer Seite mit einer Scheibe 2 fest verbunden ist, beispielsweise durch Schweissung, während auf der andern Seite der Ring ohne feste Verbindung in der benachbarten Scheibe gelagert ist. Die Zu und Ableitung des Kühlmittels zu bzw. von dem Hohlraum 7 des scheibenförmigen Kör pers 2 kann in gleicher Weise erfolgen, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Vom Hohlraum 7 tritt das Kühlwasser in den Hohlraum 6 des ringförmigen Schaufelträgers 3 über und bildet in beiden Hohlräumen unter dem Ein fluss der Fliehkraft einen mitumlaufenden Wasserring.
Der erzeugte Dampf wird, wie in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet, durch eine Bohrung in dem scheibenförmigen Kör per 2 radial nach innen geleitet. Von dem Hohlraum 6 führen Bohrungen 16 in die Schaufel, durch .die vom Raum 6 her eben falls Kühlwasser fliesst. Da das Kühlwasser ständig nach aussen und der erzeugte Dampf nach innen abgedrängt wird, werden die am stärksten beheizten Teile des Läufers am intensivsten gekühlt.
Die Verbindung der Ringe 3 mit den Schaufeln wird zweckmässig durch Stumpf schweissung bewirkt. Es ist dabei vorteilhaft, die Schaufel vorzubohren bis kurz vor dein innern Schaufelende und erst nach der Ver- schweissung fertig zu bohren. Am äussern Schaufelende werden die Bohrungen durch gefräste, waagrechte Kanäle miteinander ver bunden und die :Schaufel durch eine Deck platte verschlossen.
Die Fig.3 zeigt eine andere Ausführungs form des Erfindungsgegenstandes. Hier wird der Aussenumfang des Läufers nur durch aneinandergesetzte Ringe 3 gebildet, die nach der Achse zu mit Aussparungen versehen sind, in die der vorspringende Rand der Scheiben 2 eingreift. Da die Scheibe 2 hinter den Rin gen 3 liegt, braucht sie nicht gekühlt zu wer den. Hohlräume 6 für das Kühlmittel sind daher auch nur für die Schaufelträger 3 vor zusehen.
Die Zuleitung der Kühlflüssigkeit und die Ableitung des erzeugten Dampfes kann in gleicher Weise durch radiale Rohre erfol- gen, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Befesti gung der Schaufel mit dem ringförmigen Schaufelträger 3 und die Herstellung der Kühlkanäle in den Schaufeln wurde in der Beschreibung von Fig. 2 erwähnt.
Ein anderes Beispiel des Erfindungs gegenstandes ist in Fig. 4 dargestellt. Ähn lich wie in den vorhergehenden Beispielen sind auch hier die ringförmigen Schaufel träger 3 wieder in den Scheiben 2 gelagert. Beiderseits der Schaufelträger 3 sind An sätze 17 vorhanden. Diese Ansätze zweier be- naehbarter Schaufelträger 3 werden nach der Montage des Läufers miteinander ver schweisst. Hierdurch entstehen in sich ge schlossene Hohlräume 18, die durch die Schaufelträger 3 und die Scheiben 2 um grenzt werden.
Die Ansätze 17, die die äussere Begrenzung der -Hohlräume 18 bilden, wer den im wesentlichen nur durch den Innen druck beansprucht und können, wenn die Hohlräume 18 in Axialrichtung kurz sind, verhältnismässig dünnwandig sein. Die Kühl mittelzufuhr zu den Hohlräumen 18 erfolgt über die Wellenbohrung 8 und Verbindungs rohre 9 zu dem ersten Hohlraum 18 und, von hier aus durch Bohrungen 19 in den Schau felträgern 3 zu den übrigen Hohlräumen 18. Der entstandene Dampf wird in ähnlicher Weise von dem letzten Hohlraum über Rohre 11 und Wellenbohrung 20 abgeleitet.
Es ist zweckmässig, durch weiter nach innen lie gende Bohrungen 21 in den Schaufelträgern 3 das Überströmen von Dampf von dein ersten bis zum letzten Hohlraum zu erleich tern. Bei Auswechslung einzelner Schaufel träger 3 werden die Ansätze 17 wieder auf geschnitten, so dass die einzelnen Scheiben und Schaufelträger einzeln abgezogen werden können.
Bei jedem der beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele ist es vorteilhaft, die Kühlung des Läufers nach dem Drehkesselprinzip ar beiten zu lassen, nach dem das Kühlmittel ohne besondere Pumpe dem Läufer nahezu drucklos zugeführt wird. Durch Schleuder wirkung der nach aussen an den Umfang ge- führten Wassermasse wird das Kühlmittel auf Druck gebracht, der annähernd dem Druck des erzeugten Dampfes entspricht und diesem das Gleichgewicht hält. .
Cooled gas turbine runner. The invention relates to a liquid cooled by liq gas turbine rotor with circumferentially arranged, pressure-resistant Hohlräu men for receiving the cooling liquid. Since the cooling liquid is subject to centrifugal force and the heat absorbed by the cooling liquid, if necessary, should be made usable for generating high-pressure steam, the spaces for receiving the coolant are made pressure-resistant. The design of the runner as a pure drum runner has the disadvantage of very high additional stress due to the internal pressure. It is also hardly possible to replace parts of the blading if damaged.
In the case of pure disc rotors, on the other hand, the supply and discharge of the Kühlmit means, in particular to and from the blades, great difficulties because processing from the inside is hardly possible here. The production of such cooled disks with attached to the outer circumference, also ge cooled blades is therefore very difficult.
According to the invention it is proposed to assemble the runner from annular and disc-shaped cores and to store the ringförmi gene, designed as a blade carrier in the disc-shaped bodies. The annular design of the Schaufelträ gers allows processing on all sides, in particular special from the inside, and an appropriate design of the cooling spaces. These can be relatively small in the axial direction, so that the stress caused by internal pressure is only low. By mounting the ring-shaped blade carrier in disks, the external stress caused by centrifugal force is reduced, since the disks, which can be made correspondingly strong, absorb most of the centrifugal forces acting on them.
The blade carrier can consist of several rings mounted between disks. If the blades are damaged, it is relatively easy to replace such a ring. Corresponding to the heating of the rotor from the outside, the cavities for the coolant are also arranged on the outer circumference. If the outer circumference is formed by the annular blade carriers and the discs, both parts contain cavities for the coolant; If the circumference of the rotor is only formed by the rings of the blade carrier, it is not necessary to also cool the disks, since they are no longer directly heated.
The invention is explained in more detail with reference to the examples according to FIGS.
Fig. 1 shows a gas turbine with GE cooled rotor according to the invention. Disks 2 are seated on the turbine shaft 1. Rings 3, which carry the blades 4, are clamped between the disks 2. The disk heads 5 are designed so that they overlap after the protruding edges of the rings 3 on the sides. In this arrangement, the outer circumference of the rotor is formed alternately by disks 2 and rings 3 pressed together. In order to cool the outer circumference, it is therefore necessary that, in addition to the rings 3, the disks also be cooled. In the rings 3 cavities 6 and cavities 7 in the discs are therefore provided for receiving the coolant.
The coolant enters the rotor through the shaft bore 8 and is then thrown against the outer wall of the rotor via connecting tubes 9 which protrude somewhat into the cavities 6 and 7 of the disks 2 and rings 3. The coolant supply is shown in the upper half of the figure.
The lower half shows the discharge of the steam generated from the cavities 6 and 7 via the bores 10 and Röhr chen 11 to the hollow shaft 1, from where the steam can be supplied to a consumer, not shown. Through the hollow shaft piece 12 screwed into the hollow shaft, the disks 2 and rings 3 are also firmly pressed against one another. The combustion of the fuels may take place under excess pressure in the annular space 13, from where the gases flow through the blading. 14 with the guide vanes and 15 with the housing of the turbine.
In your example provided, the disks for holding the blade carrier and the disk adjoining the combustion chamber are designed differently. However, all discs can also be completely identical. If necessary, cooling rings that do not carry a blade can then be used between the disks in the part of the rotor adjacent to the combustion chamber.
The structure of the entire rotor in the embodiment of FIG. 1 can, for. B. from going from the right disc. The first ring body is then put on, whereupon the connecting lines to the disc cavities and the ring cavities are connected, then the next disc is built, etc.
Fig. 2 shows an embodiment in which a ring 3 is firmly connected on one side to a disk 2, for example by welding, while on the other side the ring is mounted without a fixed connection in the adjacent disk. The supply and discharge of the coolant to or from the cavity 7 of the disk-shaped body 2 can take place in the same way, as shown in FIG. From the cavity 7, the cooling water passes into the cavity 6 of the annular blade carrier 3 and forms a circulating water ring in both cavities under the influence of the centrifugal force.
The steam generated is, as indicated in Fig. 2 by arrows, passed through a hole in the disk-shaped Kör by 2 radially inward. From the cavity 6 holes 16 lead into the blade, through .the from the space 6 also if cooling water flows. Since the cooling water is constantly pushed outwards and the generated steam is pushed inwards, the most intensely heated parts of the rotor are cooled most intensively.
The connection of the rings 3 with the blades is expediently effected by butt welding. It is advantageous to pre-drill the shovel until shortly before the inner end of the shovel and to finish drilling only after the welding. At the outer end of the blade, the holes are connected to one another by milled, horizontal channels and the blade is closed by a cover plate.
3 shows another embodiment of the subject invention. Here the outer circumference of the rotor is formed only by rings 3 attached to one another, which are provided with recesses towards the axis, into which the projecting edge of the disks 2 engages. Since the disc 2 is behind the Rin gene 3, it does not need to be cooled to who. Cavities 6 for the coolant are therefore only to be seen for the blade carrier 3 before.
The supply of the cooling liquid and the discharge of the generated steam can take place in the same way through radial pipes, as shown in FIG. The fastening of the blade to the annular blade carrier 3 and the production of the cooling channels in the blades was mentioned in the description of FIG.
Another example of the subject invention is shown in FIG. Similar to the previous examples, the ring-shaped blade carriers 3 are again mounted in the disks 2 here. On both sides of the blade carrier 3 sets 17 are available. These approaches of two adjacent blade carriers 3 are welded to one another after the rotor has been assembled. This creates self-contained cavities 18 which are bordered by the blade carrier 3 and the discs 2 to.
The approaches 17, which form the outer boundary of the cavities 18, who claimed the pressure essentially only by the internal pressure and can, if the cavities 18 are short in the axial direction, be relatively thin-walled. The coolant supply to the cavities 18 takes place via the shaft bore 8 and connecting tubes 9 to the first cavity 18 and, from here through holes 19 in the display 3 to the remaining cavities 18. The resulting steam is similarly from the last The cavity is diverted via pipes 11 and shaft bore 20.
It is useful to tern the overflow of steam from your first to the last cavity by further inward lying holes 21 in the blade carriers 3. When replacing individual blade carriers 3, the lugs 17 are cut open again so that the individual disks and blade carriers can be pulled off individually.
In each of the exemplary embodiments described, it is advantageous to allow the rotor to be cooled according to the rotary boiler principle, according to which the coolant is supplied to the rotor almost without pressure without a special pump. Due to the centrifugal effect of the mass of water directed outwards to the circumference, the coolant is brought to a pressure which corresponds approximately to the pressure of the generated steam and which keeps it in equilibrium. .