DE1139326B - Fluessigkeitsgekuehlte Gasturbine - Google Patents

Description

• Flüssigkeitsgekühlte Gasturbine Bei Gasturbinen, deren aktive Teile, z. B. Läufer, durch ein. flüssiges, in abgeschlossenen Kanälen geführtes Mittel infolge Verdampfung des letzteren gekühlt werden, besteht häufig, falls der erzeugte Dampf für andere Zwecke Anwendung finden soll, der Wunsch oder die Notwendigkeit, den Dampf zu überhitzen.
• Es sind bereits Gasturbinen mit Flüssigkeitskühlung bekanntgeworden, bei denen das zur Kühlung der Läuferschaufeln verwendete Wasser in einer Anzahl von Schaufelreihen mit Verdampfungskühlung verdampft wird und danach der so gewonnene Sattdampf durch die Kühlkanäle der folgenden Schaufelstufen hindurchgeleitet wird und hierbei eine Überhitzung erfährt. Eine derartige Turbinenausführung bedingt jedoch wegen der sehr verschiedenen Verhältnisse in den Schaufeln mit Verdampfungskühlung bzw. den als überhitzer wirkenden Schaufeln eine unterschiedliche konstruktive Gestaltung der Turbine, die besonders wegen des Erfordernisses der getrennten Dampfzu- und -ableitung in den die Überhitzung ermöglichenden Schaufelstufen erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Ein weiterer Nachteil derartiger Anordnungen ergibt sich dadurch, daß unter Umständen beim Anfahren, wenn die Schaufeln bereits von dem heißen Treibmittel beaufschlagt sind, in den als überhitzer wirkenden Schaufelstufen eine befriedigende Kühlung wegen fehlender oder zu geringer Dampferzeugung nicht sichergestellt ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentlich günstigere Einrichtung für Gasturbinen mit Verdampfungskühlung und Überhitzung des bei der Verdampfung erzeugten Sattdampfes zu schaffen, bei der die Nachteile der vorerwähnten bekannten Anordnungen vermieden sind. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der Turbine als Zwischenüberhitzer ein Wärmeaustauscher zugeordnet ist, in dessen Sekundärkreis der durch Drosselung auf einen niedrigeren Druck bzw. niedrigere Temperatur gebrachte Kühldampf zugeführt wird, um durch Wärmeübertragung von dem auf der Primärseite der Drosselstelle zuströmenden Kühldampf höherer Temperatur überhitzt zu werden. Vorzugsweise wird hierbei der überhitzer rohrförmig ausgebildet und zusammen mit der ihm zugeordneten Drosselungseinrichtung innerhalb des Läufers angeordnet. Weist die Turbine einen zum Aufbau des Läufers dienenden Hohlwellenteil auf, so kann die Anordnung derart getroffen werden, daß der Hohlwellenteil den überhitzer einschließt oder wenigstens teilweise selbst als ; Überhitzer ausgebildet ist.
• Die Erfindung soll näher an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden, das in der Zeichnung wiedergegeben ist.
• In der Zeichnung bedeutet 1 einen Hohlwellenteil, der zum Tragen und Verspannen des .aus den Läuferscheiben 2 und Schaufelringen 3 zusammengesetzten Läuferkörpers besteht. Der Läufer der Turbine wird durch ein flüssiges Kühlmittel, z. B. Wasser gekühlt, welches durch die mit 5 bezeichneten Kanäle den zwischen den Schaufelringen und den Läuferscheiben vorhandenen Kühl- oder Verdampfungsräumen zuströmt. Mit 6 ist ein Abströmkanal der Hohlwelle bezeichnet. Innerhalb der Hohlwelle ist nun erfindungsgemäß das mit 10 bezeichnete Überhitzungssystem angeordnet. Dieses besteht im wesentlichen .aus einem Rohrkörper 11, dessen Wand einerseits von den radialen Kanälen 12 für d;-- Eintritt des Kühldampfes, andererseits von den axial verlaufenden bzw. koaxialen Kanälen 13 durchzogen ist. Auf der rechten Seite des Wärmeaustauschersystems ist ein Wandteil 14 mit einer Drosselöffnung 15 vorhanden, welcher das Innere 11a des Wärmeaustauschkörpers 11 mit einem Überströmraum 16 verbindet. Der Übcrströmraum 16 steht mit dem Innenkanalsystem 13 des Wärmeaustauschkörpers 11 in Verbindung. Bei 6 schließlich ist ein Abströmkanal vorgesehen, der es gestattet, aus dem Innenkanalsystem 13 den Dampf abzuführen.
• Die Wirkungsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Zwischenüberhitzungssystems besteht nun darin, daß zunächst dem Innenraum 11 a durch die radialen Kanäle 12 aus den Verdampfungsräumen des Turbinenläufers der erzeugte Sattdampf (z. B. von von 80 ata, 295° C) zuströmt. Der Dampf tritt sodann durch den Drosselquerschnitt 15 in der Sperrwand 14 in den einen wesentlich niedrigeren Druck aufweisenden überströmraum 16 über, von wo er durch die Innenkanäle 13 des Zwischenüberhitzers 11 geführt wird. Die Drosselung in dem Querschnitt 15 hat nun eine wesentliche Änderung des Dampfzustandes zur Folge, dessen Druck erheblich bei gleichzeitiger wesentlicher Temperatursenkung ( z. B. auf 20 ata, bei 210° C) vermindert wird. Gleichzeitig ergibt sich bei der Drosselung, daß der Dampf feucht wird und der Wert des Dampfanteiles auf 0,97 bis 0,98 absinkt. Infolge der erheblichen Temperaturdifferenz zwischen der von dem Sattdampf in dem Raum 11ä berührten Wand des Wärmeaustausch-Systems und dem Innenkanalsystem 13 wird der Dampf in dem Innenkanalsystem 13 überhitzt, derart, daß beispielsweise seine Endtemperatur bei 20 ata 280° C beträgt. Innerhalb des Dampfraumes 11a vor dem Drosselquerschnitt 15 tritt hierbei praktisch keine Temperaturabsenkung des Saftdampfes ein; vielmehr bilden sich entsprechend der abgeführten Wärmemenge infolge Kondensation Wassertröpfchen gleicher Temperatur. Diese Wassertröpfchen schlagen sich infolge der Rotation an den Außenwänden des Dampfraumes 11a nieder. Unter dem Einfluß der Fliehkraftwirkung kann das gebildete Wasser wieder über die Kanäle 12 in den Läufer zurückströmen. Der durch Wärmeübertragung von dem Dampf in dem Raum 11a zwischenüberhitzte Dampf kann sodann aus den Kanälen 13 über den Abströmkanal 6 einem Verbrauchersystem zugeführt werden, z. B. einer Dampfturbine.
• Einzelheiten der beschriebenen Einrichtung können selbstverständlich geändert werden. Statt ein besonderes Zwischenüberhitzersystem inform des Rohrkörpers 11 einzubauen, ist es möglich, den zur Abstützung und Verspannung der Läuferscheibe dienenden Rohrteil vollständig oder zum Teil für die Zwischenüberhitzereinrichtung zu verwenden. Ebenso ist es möglich, das Zwischenüberhitzersystem aus gesonderten, konzentrisch ineinander geschobenen Rohrteilen aufzubauen. Eine weitere Verbesserung ist noch in der Weise möglich, daß innerhalb des Wärmeaustauschsystems schraubenförmig oder ähnlich gestaltete Wandteile zur Verlängerung des Strömungsweges für den entspannten, zu überhitzenden Dampf vorgesehen werden. Das Zwischenüberhitzungssystem kann unter Umständen auch an anderer Stelle statt in dem Läufer eingebaut werden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Flüssigkeitsgekühlte Gasturbine, bei welcher das eingeführte Kühlmittel z. B. Wasser bei der Kühlung zur Verdampfung gebracht wird und durch eine zugeordnete überhitzungseinrichtung der 'erzeugte Dampf überhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbine als Zwischenüberhitzer ein Wärmeaustauscher zugeordnet ist, in dessen Sekundärseite der durch Drosselung auf einen niedrigeren Druck bzw. niedrigere Temperatur gebrachte Kühldampf zugeführt wird, um durch Wärmeübertragung von dem auf der Primärseite der Drosselstelle zuströmenden Kühldampf höherer Temperatur überhitzt zu werden.
2. 2. Turbine nach Anspruch 1 mit einem durch Verdampfung einer Kühlflüssigkeit gekühlten Läufer, dadurch gekennzeichnet, daß der 17berhitzer rohrförnüg ausgebildet und zusammen mit der ihm zurgeordneten Drosselungseinrichtung innerhalb des Läufers angeordnet ist.
3. 3. Turbine nach Anspruch 1 mit einem zum Aufbau des Läufers dienenden Hohlwellenteil, dadurch gekennzeichnet; daß der Hohlwellenteil den überhitzer einschließt oder wenigstens teilweise selbst als überhitzer ausgebildet ist.
4. 4. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überhitzen aus einem Rohrkörper mit wenigstens an dem einen Ende eingebauter Sperrwand mit Drosselquerschnitt in einem überströmkanal einmündet und dieser IUberströmkanal die Dampfzuführung zu Innenkanälen des Rohrkörpers ermöglicht.
5. 5. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überhitzen aus zwei konzentrisch zueinander angeordneten Rohrteilen besteht, deren Innenräume über den Drosselquerschnitt und überströmraum miteinander verbunden sind.
6. 6. Turbine nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandteile des Überhitzers mit radialen Kanälen für die Zuführung des in der Turbine verdampfenden Kühlmittels versehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 949 611, 909 268, 901719; H. Vorkauf, Aufsatz »Brennkraftturbine mit Drehkessel« im Jahrbuch der Brennkrafttechn. Gesellschaft e. V.