DE1080352B - Kuehleinrichtung fuer Gasturbinen, insbesondere fuer mit Schweroel betriebene Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Verwendung von Gasturbinen, die mit Schweröl betrieben werden, wird durch die Gefahr des Absetzens von Verbrennungsrückständen, wie Vanadium- und Schwefelverbindungen, stark eingeschränkt. Diese Rückstände setzen sich an den heißen Maschinenteilen fest und geben hier den Anlaß zur Korrpsionsbildung. Es hat sich gezeigt, daß das Absetzen der Rückstände vermieden werden kann, wenn die Turbinen-Eintrittstemperatur des Arbeitsgases nicht über 650° C gesteigert wird, wobei dann die Turbinenbauteile noch unter dieser Temperaturgrenze liegen. Da das Ziel der Entwicklung aber dahin geht, die Turbinen-Eintrittstemperatur über, die vorgenannte Temperatur zu steigern, sind besondere Maßnahmen erforderlich, um die Wand- und Schaufeltemperatur im Strömungskanal trotzdem unterhalb der genannten Hafttemperatur zu halten.

Als möglicher Lösungsweg ist schon zum Ausdruck gebracht worden, die Schaufeln mittels in die Grenzschicht eingeblasener Kaltluftschleier zu kühlen, wobei dann zu erwarten sei, daß die gefährlichen Teilchen der Verbrennungsrückstände die Grenzschicht nicht durchdringen können.

An sich ist es bekannt, Turbinenschaufeln dadurch zu kühlen, daß man beispielsweise vom Verdichter abgezapfte Kühlluft durch die hohl ausgebildeten Turbinenschaufeln führt. Auch ist es bekannt, einen Schutzgasschleier über die Rotoroberfläche zu legen, um die inneren Begrenzungsflächen des Strömungskanals gegen die heißeren Arbeitsgase abzuschirmen.

Es sind auch schon Kühleinrichtungen bekanntgeworden, bei denen der Kühlluftstrom zuerst alle Leitschaufelreihen und dann die Laufschaufelreihen der Turbinen nacheinander durchfließt, um dann dem Arbeitsmittelstrom vor der Brennkammer wieder zugeführt zu werden. Da die Betriebstemperaturen der Schaufelreihen der Turbine in Strömungsrichtung an sich abnehmen, muß die Kühlung der ersten Schaufelreihen intensiver betrieben werden als bei den weiter stromab folgenden Reihen. Es ist daher zur Lösung der Aufgabe von ausschlaggebender Bedeutung, daß sowohl die erste Laufschaufel- als auch die erste Leitschaufelreihe von einem Kühlmittelstrom mit relativ niedriger Temperatur durchflossen wird.

Um dieses zu erreichen, soll das Kühlmittel nach der Erfindung die Leit- und Laufschaufelreihen im Parallelstrom durchfließen. Zusätzlich schlägt die Erfindung noch die Kühlung der gasführenden Strömungskanäle mit dem gleichen Kühlmittel vor. Die Erfindung bezieht sich also auf eine Kühleinrichtung, insbesondere für mit Schwerpl betriebene Gasturbinen, bei der die Kühlmittelführung durch die Aufeinanderfolge mehrerer an sich bekannter Merkmale gekennzeichnet ist. Für die mit aufgestellten

Kühleinrichtung für Gasturbinen,

insbesondere für mit Schweröl

betriebene Gasturbinen

Anmelder:

BMW Triebwerkbau Gesellschaft m.b.H., München 68, Dachauer Str. 665

Dr.-Techn. Hermann Hagen, München-Pasing,
ist als Erfinder genannt worden

Unteransprüche wird dabei nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch Schutz begehrt.

Nach der Erfindung wird das vorgesehene Kühlmittel einem das Turbinengehäuse umgebenden Ringraum zugeführt und umspült

a) geführt durch eine Zwischenwand, die äußere Begrenzungswand des Arbeitsgas-Strömungskanals;

b) fließt dann in Parallelströmen durch die hohlen Leitschaufelreihen radial nach innen in die Räume zwischen den Laufrädern und den Leitschaufelträgern ;

c) tritt weiter durch Kanäle im Laufradkranz in die hohlen, in zwei Strömungswege unterteilten Laufschaufeln, die im Gegenstrom durchflossen werden, und

d) tritt letztlich in den Arbeitsgas-Strömungskanal ein, wo die Außenwandungen entweder der nächstfolgenden Leitschaufel oder, der soeben verlassenen Laufschaufel durch einen Schutzluftschleier gegen die heißeren Arbeitsgase abgedeckt werden.

" Weiterhin ist im Ringraum um das Turbinengehäuse ein ringförmiges Zwischenblech angeordnet, durch welches das Kühlmittel entlang der äußeren Begrenzungsfläche der Strömungskanäle geführt wird und das von den hohlen Leitschaufeln durchbrochen wird. Zur Sicherstellung der erfindungsgemäßen Kühlluftführung sind die Spalte zwischen den Laufrädern und den feststehenden Leitschaufelträgern durch Labyrinth-Drosselstellen abgedichtet.

Um die abgeführte Wärmemenge teilweise auszunutzen, kann die Kühlluft für die Gasturbinen einer mittleren Verdichterstufe entnommen werden. Nach der, Aufheizung wird diese einer mittleren Turbinenstufe wieder zugeführt.

909 T&7/113

Die Zeichnung zeigt ein Ausführurigsbeispiel der Erfindung, und zwar in schematischer Darstellung in der

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasturbine und in der

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Strömungskanal der Turbine in größerem Maßstab.

Die Gasturbine nach der Fig. 1 besteht aus einem mehrstufigen Axialverdichter 1, einer Brennkammer für Schwer öl verbrennung 2 und einer mehrstufigen Axialturbine 3. Aus einer mittleren Verdichterstufe 4 wird Luft für die Kühlung der Turbinenteile abgezweigt. Diese Kühlluft wird einem Ringraum 5 zugeführt, der das Turbinengehäuse 6 im Bereich der Strömungskanäle 7 umgibt.

Für das Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die Temperatur des Arbeitsmittels nach Durchlaufen der beiden ersten Turbinenstufen bereits unter die als kritisch angesehene Hafttemperatur gesunken ist, so daß sich die Kühlmittelführung im vorliegenden Beispiel auf diese beiden ersten Turbinenstufen beschränken kann.

Ein im Ringraum 5 mit Abstand vom Turbinengehäuse 6 angeordnetes, ringförmiges Zwischenblech 8 — dargestellt in Fig. 2 — leitet den Kühlluftstrom durch den entstandenen Kanal 9 über die Außenfläche des Turbinengehäuses 6. Die an den Leitradwänden 10 und 11 befestigten Leitschaufeln 12 und 13 sind hohl ausgebildet und durchdringen mit ihren äußeren Enden die Gehäusewand 6, in der sie nochmals gelagert sind, sowie das Zwischenblech 8, so daß der den Kanal 9 verlassende Kühlluftstrom im Raum 5 umgelenkt und durch die hohlen Leitschaufeln 12 und 13 in die Räume 14 und 15 zwischen den Leitradwänden und den Laufrädern fließt. Hierbei kann die Richtung des aus den Leitschaufeln austretenden Kühlluftstromes durch eingebaute Ablenkbleche 16 so beeinflußt werden, daß er entlang der Leitradwände und nach Umlenkung in Nabennähe wieder zurück entlang der Laufradwände strömt. Aus dem durch Labyrinth 22 abgeschlossenen Raum 14 wird dann das Kühlmittel durch Kanäle 17 im Laufradkranz 18 in die hohl ausgebildeten Laufschaufeln 19 geführt, die an ihrem äußeren Ende geschlossen und durch Zwischenwände 20 od. dgl. unterteilt sind, so daß das Kühlmittel im Gegenstrom die Laufschaufeln durchfließt und diese durch Kanäle 21 wieder verläßt. Jetzt findet das Kühlmittel durch den Spalt 23 zwischen Leitrad- und Laufradkranz den Weg in die Strömungskanäle 7, wo die ausströmende Luft sich schleierartig über die folgenden Leitschaufeln 13 legt und diese gegen die heißeren Arbeitsgase abschirmt.

Um die Kühlluft der folgenden Stufe mit möglichst hohem Druck den Verbrennungsgasen zuzuführen, wird die durch den zweiten Leitapparat 13 nach innen geführte Luft von dem ebenfalls durch ein Labyrinth

abgeschlossenen Raum 15 nach der Abströmseite des Laufrades 26 geführt und über den Weg 27 auf die Laufradvorderseite gebracht, von wo sie dem Hauptstrom zugemischt wird.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kühleinrichtung für Gasturbinen, insbesondere für mit Schweröl betriebene Gasturbinen, deren Kühlmittelführung gekennzeichnet ist durch die Aufeinanderfolge folgender an sich bekannter Merkmale:

Das vorgesehene Kühlmittel wird einem das Turbinengehäuse umgebenden Ringraum (5) zugeführt und umspült

a) geführt durch eine Zwischenwand (8), die äußere Begrenzungswand (6) des Arbeitsgas-Strömungskanals (7);

b) fließt dann in Parallelströmen durch die hohlen Leitschaufelreihen (12 und 13) radial nach innen in die Räume (14 und 15) zwischen den Lauf rädern und den Leitschaufelträgern;

c) tritt weiter durch Kanäle (17) im Laufradkranz (18) in die hohlen, in zwei Strömungswege unterteilten Laufschaufeln (19 und 26), die im Gegenstrom durchflossen werden, und

d) tritt letztlich in den Arbeitsgas-Strömungskanal (7) ein, wo die Außen wandungen entweder der nächstfolgenden Leitschaufel oder der soeben verlassenen Laufschaufel durch einen Schutzluftschleier gegen die heißeren Arbeitsgase abgedeckt werden.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Leitschaufeln (12 und 13) das Zwischenblech (8) durchdringen.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (23) zwischen den Laufradkränzen (18) und den feststehenden Leitschaufelträgern (10 und 11) durch Labyrinth-Drosselstellen (22 und 24) abgedichtet sind.

4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgeheizte Kühlluft vor einer der letzten Turbinenstufen in den Arbeitsgas-Strömungskanal eintritt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 948 929, 881 425,
638, 346 599;

deutsche Auslegeschriften Nr. 1 009 436,
S 39525 I a/46 f (bekanntgemacht am 4.10.1956);

schweizerische Patentschriften Nr. 294 130,
533, 273 795, 261 730;

Zeitschrift des VDI, Bd. 94, Nr. 10 (1. 4.1952),
S. 281.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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