CH303399A - Einrichtung zur Kühlung von teilbeaufschlagten Turbinen für sehr heisse Treibmittel. - Google Patents

Description

  Einrichtung zur     Kühlung    von     teilbeaufschlagten    Turbinen     für    sehr heisse Treibmittel.    Eines der schwierigsten Probleme der neu  zeitlichen     Hochtemperaturturbinen    liegt in  der Beherrschung der     Baustofffrage.    Die Fe  stigkeitseigenscha.ften der in Betracht kommen  den Stähle nehmen mit steigender Temperatur       sehr    stark ab, so dass der Erhöhung des Wir  kungsgrades durch Übergang zu hohen Tem  peraturen eine verhältnismässig enge Grenze  gezogen ist.

   Höhere Temperaturen als bisher  werden sich, sofern keine grundsätzlich neuen       Baustoffe    gefunden werden, nur durch     Bau-          stoffkühlung    beherrschen lassen, und es ist  daher klar, dass gerade der Schaufelkühlung  besondere Aufmerksamkeit     geschenkt    wird.  Eine Reihe von Vorschlägen hierfür geht da  hin, nur die Scheibe zu kühlen und die     Wärme     ans den Schaufeln in die gekühlte Scheibe     ab-          I'liessen        zti    lassen.

   Dieser Weg bringt von den       bisher    bekannten Vorschlägen an sieh wahr  seheinlieh die geringsten konstruktiven     Schwie-          riekeiten    mit sich; er leidet jedoch an dem       i'f)elstand,    dass die Wärme durch den     verhä.lt-          nismässig    engen Querschnitt des Schaufelfusses       abfliessen    muss, der eine Art Drosselstelle für  den     'LVärmeabfluss    bildet.     _INIan    wird daher       wzhi,scheinlieh    nur am Fuss eine ausreichende       Kühlung    erwarten können, während der Kopf  heiss bleibt.

   Darauf ist es zurückzuführen,       class    die     1Tehrzahl    der bekannten Vorschläge       @        auf    die unmittelbar gekühlte Schaufel     auf-          (rebaut    ist, sei es, dass die Schaufel vom     Kühl-          !nittel        durehström.t    wird, sei es, dass sie von  ihm angeströmt wird. Beide Wege sind jedoch         ungünstig.    Die innen gekühlte Schaufel ist ein  verwickelter und in der Herstellung schwieri  ger und teurer Körper. Bei der angeströmten  Schaufel dagegen sind die Energieverluste  gross.

   Ausserdem mischt sich bei Dampfturbi  nen der Dampf mit dem Kühlmittel, das im  allgemeinen Luft ist, so dass es nötig ist, am  Ende des Prozesses für eine gute     Trennung     der beiden Medien zu sorgen, die wahrschein  lich niemals vollkommen sein wird.  



  Die     Erfindung    geht zur Lösung der Auf  gabe, eine hinreichende Kühlung zu erzielen,  einen grundsätzlich andern Weg, nämlich den,  hinter der Zone, in der die     Beschaufelung     Wärme aufnimmt, mindestens eine Kühl  fläche anzuordnen, die der     Besehaufelung     Wärme durch Strahlung und Leitung ent  zieht. In erster Linie wird man die Erfin  dung zur Kühlung des Schaufelkranzes an  wenden. Es sind jedoch auch Fälle denkbar,  in denen man diese Kühlung auf die Scheibe  anwendet und weiter, indem man diese Küh  lung sowohl auf die     Beschaufelung    selbst wie  auch auf die Scheibe erstreckt.  



  Es könnte zunächst den Anschein haben,  als ob die durch die Erfindung erzielbare  Kühlwirkung nicht sehr wirksam sein könnte.  Eine Nachrechnung     zeigt    jedoch, dass die  Kühlwirkung der der     Wärmeaufnahmezone     folgenden Kühlzone überraschend hoch ist. Es  handelt sich ja. auch nicht darum, die Schau  feln sehr tief     herunterzukühlen,    sondern es  genügt, wenn das allgemeine Temperatur-           niveau    um l00 , ja auch nur     iun    50  gesenkt  wird; denn im kritischen Bereich bedeutet  schon eine verhältnismässig geringe Tempera  tursenkung eine sehr ins Gewicht fallende  Erhöhung der Dauerstandfestigkeit.  



  Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandes sind in den     Fig.    1 bis 5 darge  stellt.  



       Fig.    1 zeigt. einen abgewickelten Lauf  sehaufelkranz 1 mit den Düsen 2. Es handelt  sieh, wie man sieht, um eine     teilbeaufsehlagte     Turbine, bei der also die     Beschaufelung    1 nur  im Bereich der Düsen 2 Wärme aufnimmt.  Naturgemäss kann über den Umfang, wie es  vielfach üblich ist, eine Reihe von Düsenseg  menten 2 verteilt sein. Hinter die Zone der  Düsen 2 ist nun gemäss der Erfindung eine  Kühlzone geschaltet, die durch die     Kühlbak-          ken    3 und 4 gebildet wird. Die Anordnung ist  im einzelnen aus     den"Fig.    2 und 3 zu ersehen,  die Schnitte nach den Linien     A-A    und     B-B     darstellen.

   Die Kühlbacken 3 und 4 sind aus  einem gut wärmeleitenden Material, dessen  Wärmeleitfähigkeit grösser ist als diejenige  des Turbinengehäuses, z. B. Kupfer, herge  stellt und werden von einem Kühlmittel,       zweckmässig    Wasser, durchflossen. Innerhalb  des Bereiches der Kühlbacken 3 und 4 gibt die       Beschaufelung    1 einen Teil der Wärme, die sie  in der Düsenzone 2 aufgenommen hat, wieder  ab und wird infolgedessen, auf einen vollen  Umlauf bezogen, auf einem Temperaturwert  gehalten, der     beträehtlieh    niedriger liegt als  der, welcher sich ohne diese Kühlung einstel  len würde.  



  Wie     Fig.    4 zeigt, können die Kühlbacken 3  und 4 die Form eines Ringsektors besitzen,  der lediglich vor dem Schaufelkranz selbst  liegt. Strichpunktiert ist eingezeichnet, dass  man diese Kühlbacken. auch weiter nach der  Achse zu verlängern kann, so dass neben dem  Schaufelkranz auch die Scheibe gekühlt wird.

    Die Kühlbacken wird man zweckmässig ela  stisch. einsetzen, so dass sie sich frei dehnen  können.     Bemerkenswert    ist bei dem Vorschlag,  dass sich diese Kühleinrichtung ohne wesent  lichen zusätzlichen     Bauaufwand    im Turbinen  gehäuse unterbringen lässt,     denn    infolge der         Teilbeaufsehlagung    steht längs des Umfanges  genügend freier Raum zur     Verfügung,    in den  man die     Kiihlbacken    einbauen kann. Man kann  auch Kühlkammern unmittelbar in das Tur  binengehäuse einarbeiten.

   Bei     mehrkränzigen     Rädern mit     Teilbeaufsehlagung    liegen zusätz  liche Kühlbacken, wie     Fig.    5 zeigt, zwischen  den beiden     Laufsehaufelkränzen.     



  Um die Wärme möglichst gut aus der     Be-          sehaufelun-    abführen zu können, wird man  die Kühlbacken mit verhältnismässig geringer  Wandstärke ausführen müssen. Das ist ohne  weiteres möglich, wenn man den Kühlmittel  druck etwa gleich dem     Radraumdruek    wählt.  Man wird     praktischerweise    etwas mit dem  Druck darunter bleiben, und zwar deshalb,  damit bei etwaigem     Leekwerden    der     Kühlbak-          ken    keine Kühlflüssigkeit in den Arbeitsraum  übertreten kann. Sofern hierfür eine Regelung  zweckmässig sein sollte, lässt sieh diese ohne  Schwierigkeiten als Druckregelung ausbilden.  



  Eine weitere     beaehtliehe    Erhöhung der  Kühlwirkung kann dadurch erzielt werden,  dass man für das Kühlmittel eine     zusätzlielre     Kühleinrichtung vorsieht. An sieh bedeutet  jede Kühleinrichtung einen gewissen Energie  aufwand, also Verlust. In gewissen Fällen  kann jedoch der thermische Gewinn durch die  höhere Temperatur, mit der man die Turbine  betreiben kann, wesentlich grösser sein als der  thermische Verlust, der durch die zusätzliche  Kühlung des Kühlmittels eintritt.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH:</B> Einrichtung zur Kühlung von teilbeauf- schlagten Turbinen für sehr heisse Treibmittel, gekennzeichnet durch mindestens eine hinter der Zone, in der die Besehaufelung Wärme aufnimmt, angeordnete Kühlfläche, die der Beschaufelun g Wärme durch Leitung und Strahlung entzieht. I?NTERANSPRZ\CHE l.. Einrielrtung nach. Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche in der Zone des Schaufelkranzes angeordnet ist.

   2. Einrieht.ung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die Kühlfläche sich sowohl über den Schaufelkranz wie auch über mindestens einen Teil der Scheibe erstreckt. 3. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Kühlflächen bei derseits der zu kühlenden Flächen angeordnet sind. -l. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Kühlkammern in das Turbinengehäuse eingearbeitet sind. 5. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass Kühlflächen in Form von taschenartigen Kühlbacken in das lehäuse eingesetzt sind. 6.

   Einrichtung nach Unteranspruch 5, da- clureh gekennzeichnet, da.ss die Kühlbacken aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleit- fähigkeit grösser ist als diejenige des Turbi nengehäuses. 7. Einrichtung nach Unteransprueh 6, da durch gekennzeichnet, dass der Druck des Kühlmittels in den Kühlbacken gleich dem Druck ist, dem die Kühlbacken von aussen her ausgesetzt sind. B. Einrichtung nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass die Kühlbacken vvärmeelastiseh in das Gehäuse eingesetzt sind. 9.

   Einrichtung nach Patentanspruch, an einer mehrkränzigen Turbine. mit Teilbeauf- schlagung, dadurch gekennzeichnet, dass zu sätzliche Kühlflächen in der nicht beauf- schlagten Zone in den Raum zwischen den bei den Schaufelkränzen hineinragen. 10. Einrichtung nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel in einer Kühleinrichtung unter die Zulauftem- peratur gekühlt wird.