Gasturbinenanlage. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Gasturbinenanlage mit Mitteln zur Kühlung der stromaufwärtsliegenden Teile der Turbinenlaufschaufeln mittels einer Kühl flüssigkeit, um die Betriebstemperatur dieser Schaufeln herabzusetzen.
Erfindungsgemäss ist die Anlage dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssigkeits-Zu- führmittel derart angeordnet sind, dass sie Kühlflüssigkeit quer zur Strömungsrichtung des Arbeitsgasstromes derart in den Arbeits kanal einführen können, dass diese Kühlflüs- sigkeit in den Bereich der stromaufwärtslie- genden Teile der Turbinenlaufschaufeln ge- 1angt.
Als Kühlflüssigkeit kann Wasser verwen det werden, oder es kann flüssiger Brennstoff als Kühlflüssigkeit in den Arbeitskanal ein geführt werden. Im letzteren Fall sind zweck mässig stromabwärts der Turbine Mittel zum Verbrennen dieses Brennstoffes vorgesehen.
Der Erfindungsgegenstand ist beispiels weise in der beiliegenden Zeichnung darge stellt; es zeigt: Fig. 1 eine Einzelheit der Anlage im Axial sehnitt, ein erstes Beispiel der Kühlflüssig keit-Zuführmittel zeigend, Fig. 2 eine Frontansicht zu Fig.1. Fig.3 ein Schnitt analog zu Fig.1, ein zweites Beispiel der Kühlflüssigkeit-Zuführ- mit.tel zeigend, und Fig.4 die Radialturbine mit äusserer Be- aufsehlagung einer Anlage im Axialschnitt,
die Kühlflüssigkeits-Zuführmittel zeigend. Es versteht sich, dass der Abstand der Leitschaufeln von den Laufschaufeln der in Fig.1 gezeigten Turbine übertrieben gross ge zeichnet ist, um die Ausbildung der Kühl flüssigkeit-Zuführmittel deutlicher zeigen zu können.
In Fig.1 ist 1 eine Turbinenrotorscheibe, welche einen Kranz von Schaufeln 2 trägt und innerhalb eines Gehäuses 3 angeordnet ist. Der Pfeil 4 zeigt die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums an, während mit 5 der Laufschaufelung vorgelagerte Leitschaufeln bezeichnet sind. Auf der Vorderseite der Ro- torscheibe 1 ist am Rand der letzteren eine im Querschnitt U-förmige, radial einwärts offene Rinne 6 vorgesehen. Am stationären Teil der Turbine, der die Leitschaufeln 5 trägt, ist ein Leitblech 7 befestigt.
Beim Betrieb der Anlage wird durch Dü sen 8 der Vorderseite der Rotorscheibe 1 der Turbine Kühlflüssigkeit zugeführt, die zu folge der Zentrifugalkraft in die Rinne 6 ge schleudert wird und dort einen Flüssigkeits ring 9 bildet; wie ersichtlich, bildet dieser Flüssigkeitsring 9 ein Dichtungselement, das ein Entweichen von Arbeitsmedium durch den zwischen der Rinne 6 und dem Leitblech 7 ge bildeten Zwischenraum gegen die Rotorwelle (nicht gezeichnet) hin verhindert.
Wie Fig. 2 deutlicher zeigt, sind rund am Aussenumfang der Rinne 6 Öffnungen 10 vor gesehen, durch welche Kühlflüssigkeit aus der Rinne in Form einzelner Strahlen in den Ar beitskanal ausströmt. Jeder Turbinenlauf- Schaufel 2 ist beim vorliegenden Beispiel eine Öffnung 10 zugeordnet, so dass eine der Zahl der Laufschaufeln entsprechende Anzahl von Flüssigkeitsstrahlen in: das Arbeitsmedium eindringt. Die Flüssigkeitsstrahlen werden vom Arbeitsmediiun umgelenkt und in die stromaufwärts der Laufschaufeln liegende Zone des Arbeitskanals der Turbine mitgeris sen.
Es hat sich allerdings gezeigt, dass auch mit einer kleineren Anzahl von Flüssigkeits strahlen gute Resultate erzielbar sind. Ver suche haben erwiesen, dass es vorteilhafter ist, eine kleine Anzahl von Srahlen mit je relativ grosser Flüssigkeitsmenge vorzusehen, als eine grössere Anzal feiner Strahlen. Es scheint, dass, wenn die Strahlen so fein sind, dass eine Zerstäubung der Kühlflüssigkeit im Arbeits medium erfolgt, die Kühlwirkung an den Turbinenschaufeln geringer ist.
Wie Fig.1 im übrigen zeigt, werden mit tels der beschriebenen Mittel nicht nur die Laufschaufeln 2, sondern auch die Rotor scheibe 1 der Turbine gekühlt.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbei spiel, bei welchem in der Innenbegrenzungs- wand des Arbeitskanals eine Mehrzahl von Kühlflüssigkeits-Auslassöffnungen 11 im Ab stand voneinander angeordnet sind. Die Öff nungen 11 brauchen im Querschnitt nicht un bedingt rund zu sein. Diese Öffnungen sind stromabwärts der Leitschaufeln 5 nahe dem Fussteil der letzteren angeordnet. Durch Ka näle 12 wird beim Betrieb der Anlage den Öffnungen 11 Kühlflüssigkeit unter Druck zugeführt.
Die aus den Öffnungen 11 austre tenden Strahlen dringen quer zur Strömungs- richutng des Arbeisgases im Arbeitskanal der Turbine in den letzteren ein und werden vom Arbeitsgasstrom abgelenkt und dem Bereich stromaufwärtsliegender Teile der Rotorschau- feln 2 zugeführt.
Fig. 4 zeigt eine von aussen beaufschlagte Radialturbine. Den Laufschaufeln 19 der Tur bine sind Leitsehaufeln 20 vorgeschaltet, wäh rend das Arbeitsgas die Turbine durch eine Auslassleitung 21 verlässt. Beim vorliegenden Beispiel wird die Kühlflüssigkeit aus einem Ring 22 an einer Mehrzahl von bestimmten, am Umfang der äussern Begrenzungswand des Arbeitskanals mit Abstand voneinander ange ordneten Stellen quer zur Strömungsrichtung des Ar beitsgasstromes in den Arbeitskanal ein gespritzt.
Die Kühlflüssigkeit gelangt dort in den Bereich von stromaufwärtsliegenden Tei len der Schaufeln 19 und senkt dabei die Tem peratur der Schaufeln 19. Zusätzlich ist eine Anzahl der Leitschaufeln 20 an der Hinter kante mit Auslassöffnungen 23 für das Ein führen von Kühlflüssigkeit in den Arbeits kanal der Turbine versehen. Aus diesen Öff nungen austretende Kühlflüssigkeit wird vom Arbeitsgasstrom mitgerissen und den Lauf schaufeln der Turbine zugeführt. Alle Leit- schaufeln können zusätzlich auch von innen her gekühlt sein.
Auch in der hohlen Tur binenwelle 24 kann, wie gestrichelt gezeich net, ein Kühlflüssigkeitskanal vorgesehen sein. Aus dem Verteilraum 25 führen eine Mehr zahl von Leitungen 26 die Kühlflüssigkeit zu stromaufwärtsliegenden Teilen der Lauf schaufeln 19.
Wird als Kühlflüssigkeit Brennstoff ver wendet, so wird zweckmässig stromabwärts der Turbinenlaufschaufelung eine Nachverbren- nungseinrichtung vorgesehen, wodurch eine weitere Erhöhung des vom Arbeitsgas erzeug ten Schubes erzielt wird. Wo solche Zusatz aggregate unerwünscht sind, wird zweckmässig Wasser zur Kühlung verwendet.
Es kann unter Umständen auch erwünscht sein, die Kühlung der Laufschaufeln nicht kon tinuierlich vorzunehmen; aber auch dann kön nen die beschriebenen Ausführungen zur Stei gerung der Leistung der Anlage beitragen. Dies wird durch Erhöhung der Brennstoff zufuhr zur Hauptverbrennungseinrichtung der Anlage bei gleichzeitiger Herabsetzung der Turbinen-Laufschaufeltemperatur, wie vorangehend beschrieben, erreicht.
Es versteht sich, da.ss die vorliegende Er findung sowohl auf Axial- als auch auf Ra dialturbinen anwendbar ist.
Gas turbine plant. The present invention relates to a gas turbine system with means for cooling the upstream parts of the turbine rotor blades by means of a cooling liquid in order to lower the operating temperature of these blades.
According to the invention, the system is characterized in that the cooling liquid supply means are arranged in such a way that they can introduce cooling liquid into the working channel transversely to the direction of flow of the working gas flow in such a way that this cooling liquid enters the area of the upstream parts of the turbine blades - 1ang.
Water can be used as the cooling liquid, or liquid fuel can be fed into the working channel as the cooling liquid. In the latter case, means for burning this fuel are expediently provided downstream of the turbine.
The subject of the invention is exemplified in the accompanying drawings Darge provides; It shows: FIG. 1 a detail of the system in axial section, showing a first example of the cooling liquid supply means, FIG. 2 shows a front view of FIG. FIG. 3 shows a section analogous to FIG. 1, showing a second example of the cooling liquid supply device, and FIG. 4 shows the radial turbine with external loading of a system in an axial section,
showing the cooling liquid supply means. It goes without saying that the distance between the guide vanes and the rotor blades of the turbine shown in FIG. 1 is drawn exaggeratedly large in order to be able to show the formation of the cooling liquid supply means more clearly.
In FIG. 1, 1 is a turbine rotor disk which carries a ring of blades 2 and is arranged within a housing 3. The arrow 4 indicates the direction of flow of the working medium, while guide vanes upstream of the rotor are denoted by 5. On the front side of the rotor disk 1, at the edge of the latter, a channel 6 which is U-shaped in cross section and is open radially inward is provided. A guide plate 7 is attached to the stationary part of the turbine, which carries the guide vanes 5.
During operation of the system, cooling liquid is supplied to the turbine by Dü sen 8 of the front of the rotor disk 1, which is thrown ge to follow the centrifugal force in the channel 6 and there forms a liquid ring 9; As can be seen, this liquid ring 9 forms a sealing element which prevents the escape of working medium through the space formed between the channel 6 and the baffle 7 against the rotor shaft (not shown).
As FIG. 2 shows more clearly, 6 openings 10 are seen around the outer circumference of the channel, through which cooling liquid flows out of the channel in the form of individual jets in the work channel. In the present example, an opening 10 is assigned to each turbine rotor blade 2, so that a number of liquid jets corresponding to the number of rotor blades penetrates into the working medium. The fluid jets are deflected by the working medium and carried away into the zone of the working duct of the turbine located upstream of the rotor blades.
However, it has been shown that good results can be achieved even with a smaller number of liquid jets. Ver searches have shown that it is more advantageous to provide a small number of jets, each with a relatively large amount of liquid, than a larger number of fine jets. It seems that if the jets are so fine that the cooling liquid is atomized in the working medium, the cooling effect on the turbine blades is less.
As Fig.1 shows, by means of the means described, not only the blades 2, but also the rotor disk 1 of the turbine are cooled.
Fig. 3 shows a further Ausführungsbei game, in which a plurality of cooling liquid outlet openings 11 stood apart from one another are arranged in the inner delimitation wall of the working channel. The openings 11 do not necessarily need to be round in cross section. These openings are arranged downstream of the guide vanes 5 near the base of the latter. Through channels 12 the openings 11 cooling liquid is supplied under pressure during operation of the system.
The jets emerging from the openings 11 penetrate transversely to the direction of flow of the working gas in the working duct of the turbine and are deflected by the working gas flow and fed to the area of upstream parts of the rotor blades 2.
4 shows a radial turbine acted upon from the outside. The rotor blades 19 of the turbine are preceded by guide vanes 20, while the working gas leaves the turbine through an outlet line 21. In the present example, the cooling liquid is injected from a ring 22 at a plurality of certain, on the circumference of the outer boundary wall of the working channel spaced apart points transversely to the flow direction of the Ar beitsgasstromes in the working channel.
The cooling liquid reaches the area of upstream parts of the blades 19 and lowers the temperature of the blades 19. In addition, a number of guide blades 20 are at the trailing edge with outlet openings 23 for introducing cooling liquid into the working channel of the turbine Mistake. Cooling liquid emerging from these openings is carried away by the working gas flow and the blades are fed to the turbine. All guide vanes can also be cooled from the inside.
Also in the hollow turbine shaft 24, as shown in dashed lines, a cooling fluid channel can be provided. From the distribution space 25, a plurality of lines 26 lead the cooling liquid to upstream parts of the blades 19.
If fuel is used as the cooling liquid, an afterburning device is expediently provided downstream of the turbine rotor blades, whereby a further increase in the thrust generated by the working gas is achieved. Where such additional units are undesirable, water is expediently used for cooling.
Under certain circumstances it may also be desirable not to carry out the cooling of the rotor blades continuously; But even then, the explanations described can contribute to increasing the performance of the system. This is achieved by increasing the fuel supply to the main combustion device of the plant while at the same time reducing the turbine blade temperature, as described above.
It goes without saying that the present invention is applicable to both axial and radial turbines.