DE1079388B

DE1079388B - Gasturbine mit Verdampfungskuehlung

Info

Publication number: DE1079388B
Application number: DES54370A
Authority: DE
Inventors: Dr Erich Pollmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-07-19
Filing date: 1957-07-19
Publication date: 1960-04-07

Description

DEUTSCHES

Für Gasturbinen bietet die Verdampfungskühlung gegenüber der Flüssigkeitskühlung mit zwangläüfigef Führung des flüssigen Kühlmittels insofern große Vorteile, als mit höheren Temperaturen gearbeitet werden kann und infolgedessen eine wirtschaftlichere Betriebsweise der Gasturbine möglich ist. Infolge der höheren Temperaturen stellt jedoch die Ausbildung des Läufers besonders höhe Ansprüche wegen def eintretenden Wärmedehnungen, wodurch üfttef Umständen die Abdichtung der VerdampfUiig-Sfaume des Kühlmittels nicht unbeträchtlich erschwert wird,

Es sind Turbihenausführungeü bekanntgeworden, bei denen zur Beherrschung der gegebenen Schwierigkeiten der Läuferkörper aus Schäüfelringe haltenden Scheiben aufgebaut ist₃ die in ä&iäler Richtung verspannt sind, die SehäüMringe dft Riftgvörsprüngen halten und gemeinsam mit den Schatifelringen zwischen ihnen liegende Verdänipfüögsräume mit entsprechenden Flüssigkeitsringen einschließen, -Die Erfindung geht davon aus, daß bei einer derartigen Anordnung die Abdichtung der VeMäffipfUtogsräunie schwierig ist und einen beträchtlichen Aufwand -erfordert und daß vor allem die Gefahr gegeben ist, daß in den die VerdatEpf längs räumte a'nfüll'ehden Flüssigkeitsringen Schwingungen auftreten können, was zu empfindlichen Störungen im Betrieb führen 'öder toffer Umständen -einen-Betrieb üb&fcäupl uneöglfch"mächen kann.

Gemäß der Erfindung wird «ine wesentlich vorteilhaftere Ausbildung von Gasttirbmenlauferii, die aus einzelnen-, die Schaufelreihefi bildenden -Schaufeln mit Verdampfüngsk-ühking SO¹WiS die Schaufeln ^haftenden, axial verspannten -Scheiben ätifgebaut sind, dadurch erreicht, daß die einzelnen ^:Säfaäufeln dttrch ^;gesöirderte, Wärmebewegungen zulassende Kühlmittelzu- und Gasableitungen "rriit einem im Inneren des Turbinenläufers angeordneten zentralen Kühlmittelzuleitungs- bzw. -Ableitüngssystetn "verbunden siiiti. Vorzugsweise wird hierbei die Anordnung derart getroffen, daß'jede einzelne'Schaufel einer Uffifabgsreihe für sich jeweils durch eingesteckte und abgedichtete Rohre für die Kühlmittelzu- bzw. Dampfableitung mit einem Ringkörper verbunden'ist, der-zwischen-inneren Ringkränzen der den -Sehaüfelreihen benachbarten beiden Hältescheiben 'abgedichtet angeordnet 'ist und über Bohrungen die Kühlmittelzu-'Und-Dämpfabfuhr in-an sich'bekannter Weise-über ein; im Inneren der Hohlwelle angeordnetes Rohr 'bzw. 'deren äußeren Ringraum ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung- ermöglicht einerseits eine überaus ^: einfache zuverlässige Abdichtung der Kühlmittel- "und 'Verdampfüngsräuine für Maschinen mit -direkter 'Verdampfungskühlung, bei welchen "der-durch'die Kühlung eifz'eugte Dampf aus Gasturbine mit Verdampfungskühlung

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke
Aktiengesellschaft,
Berlin und Erlangen,
ίο Erlangen, Wemer-von-Siemens-Str. 50

Dr. Erich Pollmann, Mülheim/Ruhr,
_t. ist als Erfinder genannt worden

der Maschine herausgeführt und für andere Zwecke verwendet wird. Sie gestattet vor allem die Beschränkung der Wasserräume auf begrenzte Teilquerschnitte, daß auch in den Räumen, welche neben der zu verdampfenden Flüssigkeit teilweise mit Dampf angefüllt sind, keine nennenswerten, den Maschinenbetrieb störenden Schwingungen auftreten können. Schließlich hat die erfindungsgemäße Anordnung noch den für Überholung und Instandsetzungsarbeiten wichtigen Vorteil, daß die «ϊηζεΐηεη Schaufeln mit den -angeschlossenen, die Kühlmittelzuführung und Da-mpfableitung ermöglichenden Kanälen gesondert ausgebaut oder ausgewechselt werden können.

Erwähnt sei, daß an sich mit indirekter Verdampfungskühlung arbeitende Maschinen %ekannt sind, bei denen die zwischen Ringen des Lauferkörpers gehaltenen Einzelsohäufeln mit geschlossenen, die Verdarrip'ftingsflüssigkeit-erfthaltendenKimlerelemenien vereinigt sind. Derartige, die Durchleitung eines weiteren gasförmigen Kühlmittels durch den Läuferkörper erfordernde Anordnungen, bei denen dlso die Verwendung des bei der Kühlung erzeugten Dampfes für andere'Zwecke nicht möglich'ist, sind von erfindungsgemäß ausgebildeten Turbinenläufern weitgehend unterschieden und daher nicht-vergleichbar.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten sollen näher an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden, das sieh auf eine Gasturbine mit Verdampfungskühlung bezieht. "Mit 1 sind in der -Zeichnung einzelne Turbinenschaufelsegmente bezeichnet, die mit-Sägezahnfüßen.la in entsprechend beafbeiteten Ringnuten-2 α der den Läuferkörper bildenden Tragscheiben 2 gehalten-werden. Die Tragscheiben 2 Werden durch-axial verlaufende Spanrtbölzen 4 in geeigneter Weise mit die Wellenteile bzw. -Wellenstummel -enthaltenden Stirnwandteilen -des -Läufers

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Claims

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verbunden. Zur Vereinfachung sind diese mit den Kanal 2 c strömen kann. Durch gegenüber den Zttffüh-

Wellenstummeln verbundenen Stirnwandteile in der rungsbohrungen versetzte Bohrungen-.2g;· 2h kajm das

Zeichnung nicht wiedergegeben. Die einzelnen Kühlmittel aus der Scheibe 2 wieder abgeleitet werfen,.

Schaufelsegmente 1 sind nun in ihrem Inneren, wie wozu es erforderlich ist, gegebenenfalls tnrater

insbesondere der Grundriß der Fig. 2 erkennen läßt, 5 Zwischenschaltung von zusätzlichen Kofafcö-rpem Ab-

mit Sacklochbohrungen 1 b versehen, die am äußeren leitungskanäle zu schaffen.

Ende der Schaufel verschweißt oder durch eingesetzte Die Kühlung der beschriebenen GastarMne im BeStopfen abgeschlossen sind. Die einzelnen Schaufel- trieb ist nach dem vorangehenden ohne weiteres, versegmente weisen nun im Inneren Hohlräume 1 c auf, ständlich. Das durch den Zuleitungskanai 8, die Eahin welche die Sacklochbohrungen 1 b einmünden. Die io rungen9/\, die Rohrkanäle 5, die Bohrungen i.e„ den Hohlräume 1 c für die Kühlmittel verteilung bzw. Zu- einzelnen Schaufeln zugeleitete Kühlmittel gelangt führung zu den Sacklöchern innerhalb der Schaufeln über die Innenräume 1 c in die einzelnen Sarkrochkönnen in einfacher Weise derart hergestellt werden, bohrungen Ib. Infolgedessen bilden sich, innerhalb der daß zunächst nur die oberen Schaufelteile nebst Sack- den heißen Gasen ausgesetzten Schaufeln am Umfang lochbohrungen hergestellt und die Hohlräume z. B. 15 der Sacklochbohrungen Dampfbläschen, die Infolge durch Fräsen eingearbeitet werden, worauf die unteren der auf die Kühlflüssigkeit ausgeüBtem Zentiiftrgal-Deckplatten Id aufgeschweißt werden, so daß die wirkung nach innen verdrängt werden, und Star dee Hohlräume 1 c nach außen abgeschlossen sind. In die zur Gasableitung dienenden Rohrteil 6",. die Bohrung Deckplatten Id sind nun in jedem Schaufelsegment die 9e in dem Ringkörper 9 nach dem DampfaibiMtimigs-Kühlmittelzuführungsrohre 5 und Dampfableitungs- 20 kanal 7 abgeleitet werden.

rohre 6 dicht eingelassen. Aus Gründen, die später Infolge der besonderen, oben erläuterten; Ätisbilnäher erläutert werden, werden die Kühlmittelzufüh- düngen der Kühlmittelzuführung irr die Bohrtmgen 1 e rungsrohre5 über den Schaufelhohlraum Ic in die ergibt sich, daß eine Dampf Strömung; im die KtHiI-Bohrungen 1 e hinausgeführt. An ihren in Richtung mittelzuführungsrohre 5 ausgeschlossen; ist Je nach. der durch die Mittellinie angedeuteten Maschinenachse 25 dem Dampfdruck im Abführungsarohr & wird! sich auf geführten Enden sind die Rohre 5, 6 in das Ztt- bzw. einem bestimmten Radius eine Flüssdgfeeitsoberiäche Ableitungskanalsystem für die Kühlflüssigkeit bzw. 6 a ausbilden. Ist der Dampfdruck niedriger, so wird den entwickelten Dampf geführt. Zur Bildung der er- sich die Flüssigkeitsoberfläche nach innen,, d.h. zur forderlichen Kanäle, die in sich abgeschlossen sein Achse hin, verschieben. In der angegebenen Weise ermüssen, ist zwischen den Scheibenkörpern 2 ein Ring- 30 gibt sich eine wirkungsvolle HeißiriSbJttng der einkörper9 vorgesehen. Der Ringkörper 9' stößt mit zelnen Schaufelsegmente durch Verdampfung. Diese seinen seitlichen Dichtungsflächen 9 α, die gegebenen- Kühlung wird durch die indirekte Schanfelkühlung falls mit Dichtringen 9 & aus Kupfer oder einem durch den durch die Scheiben 2 Mradharchgeführten anderen Metall ausgelegt sein können, an die radialen flüssigen Kühlmittelstrom ergänzt.
Begrenzungsflächen 2b der Scheibenkörper 2. Im 35 Die erfindungsgemäße Löstmgbietet zusätzlich noch Inneren des Ringkörpers 9 sind sodann zwischen den den wesentlichen Vorteil, d'aß Wasserringe, die unter Bohrungen der Scheiben 2 und der Maschinenachse Umständen durch Schwingungen zas Störungen Verliegende Rohrteile 10 abgedichtet eingeschraubt. Die anlassung geben können, praktisch vollständig verradialen Rohrkörper 5 und 6 für die Kühlmittelzufüh- mieden sind.

rung zu den einzelnen Schaufeln bzw. Dampfableitung 40 Um die Rohrteile 6 und 5 gegenüber der darvon den Schaufeln sind in radialen Bohrungen 9d, 9e gestellten Ausführung wesentlich zu verkürzen, wäre des Ringkörpers 9 eingesetzt und abgedichtet. Dabei es möglich, den Ringkörper 9 mit einem sich nada ist die Bohrung 9 d für das Kühlmittelzuleitttngsrohr außen verjüngenden scheibenförmigen Kranz zu vereine Sacklochbohrung, das Kühlrohr 6 ist in eine sehen. Selbstverständlich kann gegenüber dem in der durchgehende Bohrung 9 e eingeführt, weiche in den 45 Figur angedeuteten Beispiel die Zahl der Schaittfel-Dampfableitungskanal 7 im Inneren der Turbine ein- stufen größer als zwei gemacht werden, wobei ohne mündet. Dieser Dampfableitungskanal wird durch die weiteres die Kühlmittelzufuhr zn den Schaufeln und innere Bohrung des Ringes 9 und die beiden ein- den Läuferscheiben durch entsprechende axiale Bohgesetzten Rohrteile 10 begrenzt. Der Ringkörper 9 rungen2/ in den Ringteilen 9 bzw. inneren Ringweist außerdem Querbohrungen 9/ auf, welche die 50 kränzen der Scheiben 2 bewirkt wird.
Sacklochbohrungen 9 d, in die die Kühlmittelzuführungsrohre 5 eingesetzt sind, durchdringen. Diese Patentansprüche:
Bohrungen 9/ ermöglichen es, aus dem Ringkanal 8 l. Gasturbine, deren Läufer aus einzelnen die (siehe rechte Seite der Fig. 1) zwischen der inneren Schaufelreihen bildenden Schaufeln mit VerBohrung der Läuferscheibe 2 und dem in dem Ring- 55 dampfungskühlung sowie die Schaufeln haltenden, teil 9 eingeschraubten Rohrkörper 10 das flüssige axial verspannten Scheiben aufgebaut ist, dadurch Kühlmittel durch den Spalt 9g zwischen der Scheibe 2 gekennzeichnet, daß die einzelnen Schaufeln (1) und dem Ringkörper 9 den Bohrungen 9 d zuzuführen. durch gesonderte, Wärmebewegungen zulassende Infolgedessen kann das Kühlmittel über die Sackloch- Kühlmittelzu- und Gasableitungen (5,6) mit einem bohrungen 9 d, die Kühlmittelzuführungsrohre 5 in die 60 im Inneren des Turbinenläufers angeordneten zen-Kühlmittelräume 1 c der Schaufeln 1 bzw. die erwei- tralen Kühlmittelzuleitungs- bzw. Gasableitungsterten Bohrungen 1 e der Schaufeln eintreten. system verbunden sind.

Die Bohrungen 9f ermöglichen es gleichzeitig auch, 2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

das Kühlmittel der axial verlaufenden, in der Ver- zeichnet, daß jede einzelne Schaufel (1) einer Um-

längerung der Bohrung 9/geführten Innenbohrungen 65 fangsschaufelreihe für sich jeweils durch ein-

2/ der linken Lauferscheibe 2 zuzuführen. Die letztere gesteckte und abgedichtete Rohre (5, 6) für die

ist dabei etwa in der Mitte mit radialen Bohrungen 2 d Kühlmittelzu- bzw. Dampfableitung mit einem

versehen, durch welche das Kühlmittel zu einem am Ringkörper (9) verbunden ist, der zwischen inneren

Umfang der Scheibe 2 liegenden, durch einen ein- Ringkränzen der der Schaufelreihen benachbarten

geschweißten elastischen Wandteil 2 e abgeschlossenen 70 beiden Haltescheiben (2) abgedichtet angeordnet

ist und über Bohrungen (9e, 9/) die Kühlmittelzu- und Dampfabfuhr in an sich bekannter Weise über ein im Inneren der Hohlwelle angeordnetes Rohr (10) bzw. deren äußeren Ringraum (8) ermöglicht.

3. Gasturbine nach Anspruch 1, bei der die einzelnen Schaufeln aus dem eigentlichen Schaufelkörper mit Fuß und einem daran anschließenden, mit den Sacklochkühlkanälen der Schaufeln verbundenen Hohlraum bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Fuß unter Einschluß des Hohlraumes (1 c) eine radial innerhalb der Haltevorsprünge der Schaufel liegende Deckplatte angeschweißt ist, in deren Bohrungen die Kühlmittelzu- bzw. Ableitungsrohre eingesetzt sind.

4. Gasturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzuleitungsrohre (5) radial über die Schaufelhohlräume (Ic) hinaus in an den Schaufelhohlraum angeschlossene erweiterte Bohrungen des Schaufelfußes eingeführt sind.

5. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkörper (9) und den Haltescheiben (2) besondere Dichtungen (9 b) angeordnet sind.

6. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringkörpern (9) koaxial zur Maschinenachse angeordnete Rohrteile (10) eingeschraubt sind, die im Inneren gemeinsam mit dem genannten Ringkörper (9) den Dampfableitungskanal (7) begrenzen, auf ihrer Außenseite zusammen mit den zylindrischen Bohrungen der Ringscheiben (2) weitere Kanäle (9/) für die Führung des Kühlmittels zu den Kühlmittelzuleitungskanälen (5) begrenzen.

7. Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch durchgehende radiale Bohrungen (9e) in dem zwischen den inneren Kränzen der Radscheiben (2) liegenden Ringkörper (9), welche die Ableitung des Dampfes von den einzelnen Schaufeln (1) ermöglichen.

8. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß axial verlaufende Bohrungen (9/) in den inneren Ringkörper (9) zwischen den Läuferscheiben (2) für die Zuleitung des Kühlmittels zu den in Sackbohrungen (9 d) eingeführten Kühlmittelzuleitungskanälen der einzelnen Schaufeln.

9. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer Verdampfungskühlung der Schaufeln (1) eine indirekte Fußkühlung der die Schaufeln haltenden Scheiben (2) durch ein flüssiges Kühlmittel vorgesehen ist.

10. Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch an sich bekannte ringförmige Kühlkanäle (2 c) in den zur Schaufelverspannung dienenden Läuferscheiben (2), denen ein flüssiges oder verdampfendes Kühlmittel über Radialkanäle (2 d) sowie axiale Bohrungen (2/) in den Läuferscheiben (2) bzw. zwischen diesen angeordneten Ringkörpern (9) zugeführt werden, wobei entsprechende versetzte Kanäle (2 g, 2h) für die Ableitung des Kühlmittels vorhanden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 949 611, 946 935;
österreichische Patentschrift Nr. 170 528;
schweizerische Patentschriften Nr. 268 948,
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USA.-Patentschrift Nr. 2 778 601.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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