DE1033221B

DE1033221B - High temperature axial turbine

Info

Publication number: DE1033221B
Application number: DEM27794A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Leitner
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1955-07-26
Filing date: 1955-07-26
Publication date: 1958-07-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Axialturbine, bei der ein oder mehrere Laufräder die Welle mit einem Ringspalt umgeben, der von kühlem Treibmittel durchströmt wird.The invention relates to a high-temperature axial turbine, in which one or more impellers surround the shaft with an annular gap through which cool propellant flows.

Bei den bekannten Turbinen dieser Art werden die Laufräder an der Hochdruckseite außen von sehr heißem Treibmittel, innen von dem kühlen, durch den Ringspalt strömenden Treibmittel beaufschlagt. Dadurch erhalten die Laufräder außer den durch die Fliehkraft verursachten Spannungen zusätzlich beträchtliche Wärmespannungen.In the known turbines of this type, the impellers on the high pressure side are very much on the outside hot propellant, acted upon inside by the cool propellant flowing through the annular gap. Through this In addition to the stresses caused by the centrifugal force, the impellers also receive considerable Thermal stress.

Zweck der Erfindung ist, diese zusätzlichen Wärmespannungen erheblich herabzusetzen.The purpose of the invention is to reduce these additional thermal stresses considerably.

Die Erfindung besteht darin, daß der Ringspalt durch eine Hülse in zwei konzentrische Spalte geteilt ist, deren innerer von kühlem und deren äußerer von wärmerem Treibmittel durchströmt wird.The invention consists in that the annular gap is divided into two concentric gaps by a sleeve the inside of which is traversed by cool propellant and the outside by warmer propellant.

Durch eine derartige Ausbildung der Turbine ist, obwohl die Kühlung der Welle nicht beeinträchtigt wird, die Temperatur, der das Laufrad bzw. die Laufräder ausgesetzt werden, an allen Stellen des Rades wesentlich gleich, so daß das Rad keiner zusätzlichen Wärmespannung unterliegt. Der dünnwandige Teil der Hülse, auf dem das oder die Laufräder sitzen, ist sonach von außen von wärmendem und innen von kühlendem Arbeitsmittel umspült; er läßt sich ohne konstruktive Schwierigkeiten so ausbilden, daß er die in ihm auftretenden Wärmespannungen aufnehmen kann, da er nicht durch Scheiben, Schaufeln usw. zusätzlich fliehkraftbeansprucht ist. Es versteht sich, daß sowohl Hülse als auch Laufräder entweder einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein können.Such a design of the turbine, although the cooling of the shaft is not impaired is the temperature to which the wheel or wheels are exposed at all points on the wheel essentially the same, so that the wheel is not subject to any additional thermal stress. The thin-walled part the sleeve on which the wheel or wheels sit is therefore warm from the outside and warm from the inside cooling working medium washes around; he can be trained without constructive difficulties in such a way that he can absorb thermal stresses occurring in it, since it is not additionally caused by discs, blades, etc. is subject to centrifugal force. It goes without saying that both the sleeve and the impellers are either in one piece or can also be designed in several parts.

Das den inneren Ringspalt durchströmende kühle Treibmittel kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung an einer bereits kühlen Stelle dem Treibmittelstrom entnommen und entgegen der Haupt-Treibmittel-Stromrichtung durch den Ringspalt hindurchgesaugt werden.The cool propellant flowing through the inner annular gap can according to a further feature of Invention taken from the propellant flow at an already cool point and against the main propellant flow direction be sucked through the annular gap.

Als Saugvorrichtung kann dabei eine an der hochdruckseitigen Wellendichtung vorgesehene, zu einer Stelle tieferen Druckes im Haupt-Treibmittelstrom führende Absaugleitung benutzt werden, die durch Bohrungen der Hülse mit dem Ringspalt in Verbindung steht.A suction device provided on the high-pressure side shaft seal can be used as a suction device Suction lines leading through the main propellant flow can be used to place lower pressure in the main propellant flow Bores of the sleeve is in communication with the annular gap.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann der Ringspalt hinter den Bohrungen der Hülse durch eine wärmeelastische Dichtung geschlossen sein.According to a further feature of the invention, the annular gap behind the bores of the sleeve can be through a heat-elastic seal to be closed.

Das den äußeren Ringspalt durchströmende Treibmittel kann zweckmäßigerweise an einer noch heißen Stelle dem Haupt-Treibmittelstrom entnommen, in den Ringspalt abgeleitet und aus diesem an einer Stelle niedrigeren Druckes in den Haupt-Treibmittelstrom zurückgeführt werden.The propellant flowing through the outer annular gap can expediently still be hot on one Place taken from the main propellant flow, diverted into the annular gap and from this at a Put lower pressure in the main propellant stream to be led back.

Weiterhin können die Laufräder und die Hülse in Hochtemperatur-AxialturbineFurthermore, the impellers and the sleeve can be used in high-temperature axial turbines

Anmelder:Applicant:

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg A. G., Zweigniederlassung, Nürnberg,Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg A. G., Branch office, Nuremberg,

Katzwanger Str. 101Katzwanger Str. 101

Dr.-Ing. Alfred Leitner, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. Alfred Leitner, Nuremberg,
has been named as the inventor

an sich bekannter Weise gemeinsam mittels Radialbolzen wärmeelastisch mit der Turbinenwelle zentriert sein.In a manner known per se, centered jointly with the turbine shaft in a thermally elastic manner by means of radial bolts be.

Zweckmäßigerweise werden die Ringspalte so bemessen, daß im Betriebszustand höchstens jeweils 1% des Haupt-Treibmittelstromes durch sie hindurchgehen kann.The annular gaps are expediently dimensioned in such a way that that in the operating state at most 1% of the main propellant flow pass through them can.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dieselbe zeigt einen Axialschnitt durch den erfindungsgemäß ausgebildeten Teil einer Gleichdruck-Dampf- oder Gasturbine, welcher höheren Temperaturen ausgesetzt ist.In the drawing, the invention is shown using an exemplary embodiment. The same shows one Axial section through the inventively designed part of a constant pressure steam or gas turbine, which exposed to higher temperatures.

Auf der Welle 1, die in einem niederen Temperaturbereich die aus dem vollen gearbeiteten Laufräder 4 trägt, von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind, ist im Hochtemperaturbereich die aus einem Stück hergestellte Hülse 2 aufgeschoben, welehe die noch im Bereich höherer Temperaturen arbeitenden Laufräder 3 trägt. Über einen Teil der Hülse 2 ist als selbsttragender äußerer Ringkörper das Regelrad 5 aufgeschoben, das zusammen mit der Hülse 2 mittels Radialbolzen 6 auf der Welle 1 fixiert und wärmeelastisch zentriert ist. Das Regelrad 5 trägt die Beschaufelung 7. Das Innengehäuse 8, an welchem die Leiträder 9 bis 14 und weitere in der Darstellung nicht mehr zu sehende Leiträder befestigt sind, umschließt das rotierende System, das mittels der Wellendichtung 15 gegen den Raum des Innengehäuses 8 abgedichtet ist. Die Wellendichtung 15 ist in bekannter Weise über einen Absaugraum 16 im Innengehäuse 8 an die Absaugleitung 17 angeschlossen, durch welche das abgesaugte Treibmittel in Richtung der Pfeile 18 über den Ringkanal 19, am Leitrad 14, wieder dem Haupt-Treibmittelstrom zugeführt wird.On the shaft 1, which in a low temperature range, the impellers 4 carries, of which only two are shown in the drawing, is the off in the high temperature range one piece made sleeve 2 pushed, welehe the impellers 3 still working in the range of higher temperatures carries. Over part of the sleeve 2 the control wheel 5 is pushed on as a self-supporting outer ring body, which together with the sleeve 2 is fixed by means of radial bolts 6 on the shaft 1 and thermally elastically centered. The control wheel 5 carries the Blading 7. The inner housing 8, on which the guide wheels 9 to 14 and others in the illustration Idler wheels that can no longer be seen are attached, enclosing the rotating system, which by means of the shaft seal 15 is sealed against the space of the inner housing 8. The shaft seal 15 is known in Way connected via a suction space 16 in the inner housing 8 to the suction line 17, through which the aspirated propellant in the direction of arrows 18 via the annular channel 19, on the stator 14, again the Main propellant flow is supplied.

Der Ringspalt 20, welcher auf der Absaugseite durch eine wärmeelastische Dichtung 21 zwischen Welle 1 und Hülse 2 abgedichtet ist, steht auf derThe annular gap 20, which on the suction side by a heat-elastic seal 21 between Shaft 1 and sleeve 2 is sealed, is on the

809 559/125809 559/125

Druckseite über einen Radialspalt 22 am Leitrad 13 mit dem Haupt-Treibmittelstrom und auf der entgegengesetzten Seite durch Bohrungen 16 α in der Hülse 2 mit dem Absaugraum 16 in Verbindung, wodurch das am Leitrad 13 entnommene Treibmittel von niedrigerer Temperatur unter Kühlung der Welle 1 durch den Ringspalt 20 gesaugt und zusammen mit dem aus der Wellendichtung 15 abgesaugten Treibmittel durch die Absaugleitung 17 in den Arbeitsprozeß rückgeführt wird.Pressure side via a radial gap 22 on the stator 13 with the main propellant flow and on the opposite side Page through holes 16 α in the sleeve 2 with the suction space 16 in connection, whereby the propellant withdrawn at the stator 13 at a lower temperature with cooling of the shaft 1 sucked through the annular gap 20 and together with the propellant sucked out of the shaft seal 15 is returned through the suction line 17 in the work process.

Bei einer Dampfturbine üblicher Leistung und Bauart beträgt die abgesaugte Kühldampfmenge etwa 1 %■ der Frischdampfmenge.In the case of a steam turbine of normal power and design, the amount of cooling steam extracted is around 1% the amount of live steam.

Durch Rückführung des zur Kühlung abgezweigten Treibmittels in den Arbeitsprozeß wird vermieden, daß die in dem Kühlmittel vorhandene Wärmeenergie verlorengeht. Der Ringspalt 23 steht mit dem Haupt-Treibmittelstrom einerseits durch einen Radialspalt 24 hinter dem Leitrad 9 und andererseits durch einen Radialspalt 25 hinter dem Leitrad 11 in Verbindung, wodurch unter dem Einfluß des Druckgefälles Treibmittel von höherer Temperatur als im Ringspalt 20 gleichsinnig zum Haupt-Treibmittelstrom durch den Ringspalt 23 gefördert und dem Arbeitsprozeß wieder zugeführt wird. Die durch den Ringspalt 23 strömende Treibmittelmenge kann zweckmäßigerweise wieder l°/o des Haupt-Treibmittelstromes betragen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß die Innenbohrung des Regelrades 5 aufgeheizt wird und das Regelrad allseitig vom Treibmittel ungefähr gleicher Temperatur umgeben ist. Dies hat den Vorteil, daß zusätzliche Wärmebeanspruchungen des Regelradkörpers entfallen. Durch die Beheizung der Innenbohrung des Regelrades ist es möglich, auch bei hohen Temperaturen eine robuste Ausführung desselben beizubehalten, ohne daß durch die hohen Fliehkräfte, welche die Regelradbeschaufelung 7 auf den Radkörper ausübt, die Nabenbeanspruchung unzulässig hoch wird. Die Hülse 2, welche in diesem Bereich außen von heißem und innen von kälterem Treibmittel umspült wird, kann die sich hieraus ergebenden Beanspruchungen ohne weiteres aufnehmen, weil sie nur sich selbst zu tragen hat.By returning the blowing agent branched off for cooling to the work process, it is avoided that the thermal energy present in the coolant is lost. The annular gap 23 is with the main propellant flow on the one hand by a radial gap 24 behind the stator 9 and on the other hand by a Radial gap 25 behind the stator 11 in connection, whereby propellant under the influence of the pressure gradient of a higher temperature than in the annular gap 20 in the same direction as the main propellant flow through the Annular gap 23 is promoted and fed back to the work process. The flowing through the annular gap 23 Expediently, the amount of propellant can again be 1% of the main propellant flow. By the measure according to the invention is achieved that the inner bore of the control wheel 5 is heated and the control wheel is surrounded on all sides by the propellant at approximately the same temperature. This has the advantage that additional thermal stresses on the control wheel body are omitted. By heating the Inner bore of the control wheel, it is possible, even at high temperatures, a robust design of the same maintain without being affected by the high centrifugal forces which the control wheel blades 7 on the Exerts wheel center, the hub stress becomes inadmissibly high. The sleeve 2, which in this area If hot propellant flows around the outside and colder propellant on the inside, the resulting stresses can be avoided without further ado, because it only has to support itself.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. High-temperature axial turbine in which one or more impellers form the shaft with an annular gap

45 surrounded, which is traversed by cool propellant, characterized in that the annular gap is divided by a sleeve (2) into two concentric gaps, the inner (20) of which cool and the outer (23) of warmer propellant flows through,

2. Turbine according to claim 1, characterized in that the inner annular gap (20) Cool propellant flowing through is taken from the propellant flow at an already cool point (13) and sucked through the annular gap (20) counter to the main propellant flow direction will.

3. Turbine according to claim 2, characterized in that a suction device on the shaft seal (15) on the high-pressure side, provided at a point of lower pressure in the main propellant flow leading suction line (17) is used, which through bores (16 σ) of the sleeve (2) with the annular gap (20) in connection stands.

4. Turbine according to claim 3, characterized in that the annular gap (20) behind the Bores (16 a-) of the sleeve (2) is closed by a heat-elastic seal (21).

5. Turbine according to claim 1, characterized in that the outer annular gap (23) Propellant flowing through is taken from the main propellant flow at a still hot point (9)

'men, derived into the annular gap (23) and from this at a point (11) of lower pressure is returned to the main propellant stream.

6. Turbine according to claim I, characterized in that the impellers (5) and the sleeve (2) in a manner known per se jointly with the turbine shaft by means of radial bolts (6) (1) are centered.

7. Turbine according to claim 1, characterized in that the annular gaps (20, 23) are dimensioned so that in the operating state at most I ⁰ Zo of the main propellant flow can pass through them.

Considered publications: German patent documents No. 198 130, 565 045, German patent specifications No. 198130, 565 045,

1 sheet of drawings