CH308992A - Gas turbine plant. - Google Patents

Gas turbine plant.

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CH308992A
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CH
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cooling liquid
turbine
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gas turbine
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Power Jets Research De Limited
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Power Jets Res & Dev Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/185Liquid cooling

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  

      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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Gasturbinenanlage, mit Mitteln zur Küh lung der stromaufwärtsliegenden Teile der Turbinenlaufschaufeln mittels einer Kühl flüssigkeit, um die Betriebstemperatur dieser Laufschaufeln herabzusetzen, dadurch ge kennzeichnet, 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 Turbinenlaufschaufen ge langt. PATENT CLAIM: Gas turbine system, with means for cooling the upstream parts of the turbine blades by means of a cooling liquid in order to lower the operating temperature of these blades, characterized in that the cooling liquid supply means are arranged such that they supply cooling liquid transversely to the flow direction of the working gas flow can introduce into the working channel that this cooling liquid reaches the area of the upstream parts of the turbine blades. UNTERANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Axial turbine mit einer Rotorscheibe aufweist, die am Umfang Laufschaufeln trägt, und dass die Kühlflüssigkeits-Zuführmittel zum Zufüh ren von Kühlflüssigkeit zur stromaufwärts- liegenden Rotorseite bestimmt sind. SUBClaims: 1. Gas turbine system according to claim, characterized in that it has an axial turbine with a rotor disk which carries rotor blades on the circumference, and that the cooling liquid supply means are intended for supplying cooling liquid to the upstream rotor side. 2. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüs- sigkeits-Zuführmittel rings um die Rotorwelle der Turbine vorgesehen sind sowie eine am Rotorscheibenrand angeordnete Rinne zum Auffangen von von der Rotorwelle her zu geführter Kühlflüssigkeit, und dass in die ser Rinne eine Mehrzahl von Auslassöffnun- "gen vorgesehen ist, durch welche Kühlflüssig keit unmittelbar stromaufwärts der Turbinen- laufschaufelung in den Arbeitskanal der Tur bine eindringen kann. 2. Gas turbine system according to dependent claim 1, characterized in that the cooling liquid supply means are provided around the rotor shaft of the turbine and a trough arranged on the edge of the rotor disk for collecting cooling liquid to be fed from the rotor shaft, and that in this trough a plurality of outlet openings is provided through which cooling liquid can penetrate into the working duct of the turbine directly upstream of the turbine rotor blades. 3. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssig keits-Zuführmittel eine Mehrzahl von Öffnun gen aufweisen, welche rund am Umfang der innern Begrenzungswand des Arbeitskanals der Turbine mit Abstand voneinander und unmittelbar stromaufwärts der Turbinenlauf- schaufelung angeordnet sind. 3. Gas turbine plant according to claim, characterized in that the cooling liquid supply means have a plurality of openings which are arranged around the circumference of the inner boundary wall of the working channel of the turbine at a distance from one another and immediately upstream of the turbine blades. 4. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlflüs- sigkeits-Zuführleitung an eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen angeschlossen ist, welche mit Abstand voneinander in der einen Be grenzungswand des Arbeitskanals der Turbine im Bereich der stromaufwärtsliegenden Teile der Turbinenlaufschaufeln angeordnet sind und durch welche Kühlflüssigkeit quer zur Strömungsrichtung des Arbeitsgases in dieser Zone des Arbeitskanals in den letzteren ein treten kann. 4. Gas turbine system according to claim, characterized in that a cooling liquid supply line is connected to a plurality of outlet openings which are arranged at a distance from one another in the one boundary wall of the working channel of the turbine in the area of the upstream parts of the turbine blades and through which cooling liquid transversely to the direction of flow of the working gas in this zone of the working channel in the latter can occur. 5. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssig keit Wasser ist. 6. Gasturbinenanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlflüssig keit ein flüssiger Brennstoff ist, wobei strom abwärts der Turbinenlaufschaufelung eine Nachverbrennungseinrichtung zum Verbren nen dieses Brennstoffes vorgesehen ist. 5. Gas turbine system according to claim, characterized in that the cooling liquid is water. 6. Gas turbine system according to claim, characterized in that the cooling liquid speed is a liquid fuel, an afterburning device for burning this fuel being provided downstream of the turbine rotor blades.
CH308992D 1951-05-16 1952-05-14 Gas turbine plant. CH308992A (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1088291B (en) * 1953-06-19 1960-09-01 Havilland Engine Co Ltd De Rocket propulsion
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