DE1182474B - Gasturbine der Scheibenbauart mit die verspannten Scheiben gegeneinander abstuetzenden Zwischenringen sowie einer Schaufelfusskuehlung durch ein gasfoermiges Medium - Google Patents

Description

• Gasturbine der Scheibenbauart mit die verspannten Scheiben gegeneinander abstützenden Zwischenringen sowie einer' Schaufelfußkühlung durch ein gasförmiges Medium Es ist bekannt, Gasturbinenläufer aus die Schaufeln tragenden Scheiben aufzubauen, die unter Verwendung von zwischen den einzelnen Scheiben angeordneten Ringen verspannt sind. Bei Turbinen dieser Art hat man auch bereits eine Schaufelkühlung in der Weise vorgesehen, daß aus dem Innern des Turbinenläufers herangeführtes Kühlgas, insbesondere Luft, in achsparallelen Kanälen in den die Schaufelfüße aufnehmenden Nuten an den Schaufelfüßen entlanggeführt wird. Die Luft entweicht hierbei nach Kühlung der Schaufelfüße in den Treibmittelstrom der Turbine. Bei einer bekannten Ausführung dieser Art erfolgt die Kühlgasführung zu den an den Schaufelfüßen liegenden Kanälen durch besondere Kühlmittelkanäle der zwischen den Scheiben liegenden Stützringe, die infolgedessen als Hohlkörper ausgebildet sind und eine verwickeltere Gestaltung besitzen.
• Es ist weiter eine Anordnung zur Schaufelfußkühlung durch ein gasförmiges Medium bekanntgeworden, bei der das gasförmige Kühlmittel in Spalten zwischen dem Schaufelfuß und den Nuten der die Schaufelfüße aufnehmenden Scheiben abwechselnd in verschiedener Richtung an dem Schaufelfuß entlanggeführt wird und durch in Nuten der Radscheiben bzw. Schaufelfüße eingreifende Ringkragen der Zwischenringe Gasumleitkammern zwischen Radscheiben und Schaufelfüßen- einerseits und den die Verspannung der Radscheiben andererseits bewirkenden Zwischenringen gebildet werden. Die Kühlmittelzu- bzw. -ableitung erfolgt zu bzw. von den radial innen bzw. außenliegenden Gasumleitkammern durch Ein- bzw. Austrittsschlitze zwischen den Zwischenringen einerseits und- Radscheibe und Schaufelfüßen andererseits. Bei einer derartigen Anordnung ergibt sich, daß sowohl die Fertigung durch die Anbringung der zur Bildung der Umleitkanäle vorhandenen Ringrippen sowie der Nuten kompliziert ist, als auch das Auftreten beträchtlicher Wärmespannungen unvermeidlich ist, wenn sich betriebsmäßig Erwärmungsdifferenzen zwischen Radscheiben, Schaufelfüßen und den Zwischenringen ergeben. Auch ergibt sich bei der vorerwähnten bekannten Anordnung, daß infolge der Reihenschaltung der Kühlkanäle mit zahlreichen scharfen Gasumlenkungen ein verhältnismäßig großer Strömungswiderstand vorhanden ist, wodurch die Wirksamkeit der Schaufelkühlung beschränkt wird.
• Gegenstand der Erfindung ist eine diese Nachteile vermeidende verbesserte Ausführung einer Gasturbine der Scheibenbauart mit die verspannten Scheiben gegeneinander abstützenden Zwischenringen sowie einer Schaufelfußkühlung durch ein gasförmiges Medium, das in achsparallelen Kanälen zwischen den Schaufelfüßen sowie den diese aufnehmenden Nuten hindurchgeführt und über nach radial innen bzw. nach radial außen offenen Kammern zu beiden Seiten der Schaufelfüße bzw. der in diese formschlüssig eingreifenden Vorsprünge des Läuferkörpers von innen zugeführt bzw. nach außen abgoleitet wird. Die Erfindung besteht darin, daß durch Anordnung der Abstützungsfläche der Zwischenringe zwischen den Läuferscheiben lediglich radiäl innerhalb des Fußkreises der Schaufelfüße die Kühlgaskammern zu beiden Seiten der Schaufelfüße von über die ganze radiale Höhe einbaufreien Ringspalten gebildet werden; von denen der eine nach außen offen, der andere außen durch einen der Fliehkraftwirkung unterworfenen Dichtungsring abgeschlossen ist und eine für sämtliche Schaufelfußkanäle einheitliche Kühlmittelzuleitungskammer bildet, die durch in der Läuferscheibe verteilt angeordnete Zuführungskanäle mit der Kühlmittelzuleitung in Verbindung steht.
• Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß bei äußerst einfacher Ausbildung von Zwischenringen, Schaufelfüßen und Läuferscheiben eine sehr wirksame Schaufelfußkühlung erreicht wird und hierbei trotz der Herbeiführung einer wirksamen Abdichtung des der Kühlmittelzuführung dienenden Spaltes auf der einen Seite des Schaufelfußes eine freie Relativbeweglichkeit in dem Bereiche des gekühlten Schaufelfußes gegenüber den Zwischenringen durch Anwendung eines der Fliehkraftwirkung unterworfenen Dichtungsringes gegeben ist.
• Der Fliehkraftdichtungsring wird vorzugsweise wenigstens auf einer Seite an einem kegeligen Wandteil geführt. Für dieses Merkmal (vgl. Unteranspruch 2) wird jedoch Schutz nur im Rahmen der gesamten angeführten Schaufelfußkühlung beansprucht, da bereits bei Anordnung zur Dämpfung von Schaufelschwingungen gleichzeitig als Dichtungen wirkende elastische Federglieder bekanntgeworden sind, die unter Fliehkraftspannung zwischen gegeneinandergeneigten Wandflächen zwischen den Schaufelfüßen elastisch verformt werden und eine Abdichtung bewirken.
• Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden, das in der Zeichnung wiedergegeben ist.
• F i g. 1 gibt einen Axialschnitt durch das Scheibenrad einer Turbine mit Gaskühlung wieder; F i g. 2 zeigt eine Ansicht auf die Läuferscheibe mit eingesetzter Schaufel und den vorhandenen Kühlkanälen; F i g. 3 schließlich veranschaulicht die Abdichtung des Kühlmitteldruckraumes vor den Schaufelkühlkanälen.
• In F i g. 1 bedeutet 1 eine Läuferscheibe, 2 Zwischenringe. Mehrere derartiger Läuferscheiben sind unter Zwischenschaltung der Ringkörper 2 zu dem Läufer vereinigt, der im ganzen in der Figur nicht wiedergegeben ist, da diese Bauart an sich bekannt ist. Die Läuferscheibe 1 trägt in Axialnuten 3 Schaufeln 4, deren Schaufelfüße 4 a in die Nuten 3 eingelassen sind. Durch geeignete Sicherungsmittel, z. B. Bolzen, die die Schaufeldeckplatte 4 b mit dem Scheibenumfang verbinden, sind die Schaufeln gegen axiale Verschiebung an der Scheibe 1 gesichert. Die Zwischenringe 2 sind innen mit Ringkragen 2 a versehen, die eine Abstützung der Ringe 2 an den Scheibenkörpern 1 oder in Nuten derselben ermöglichen. Die Ringe 2a bilden einen geschlossenen Kranz, daß an sich ein Abschluß des Läuferinnern durch sie ermöglicht wird. Die Ringe 2 sind - abgesehen von den Ringkragen 2 a - mit Abstand von den Stirnseiten des Scheibenkranzes bzw. der Schaufelfußstirnseiten derart angeordnet, daß Ringspalte 5a, 5 b zwischen Scheibenkörper 1 bzw. Schaufelfüßen 4a freigelassen sind. Auf der rechten Seite der Scheibe ist nun der Ringraum 5 a - wie in F i g. 3 näher dargestellt ist - durch einen Fliehkraftwirkung unterworfenen Dichtring 7 abgeschlossen, der auf der einen Seite an dem Scheibenkranz bzw. den Schaufelfußstirnseiten dicht anliegt, an der anderen Seite in der Ausnehmung 8 des Ringkörpers 2 von kegelförmigem Profil geführt wird. Unter dem Einfluß der Fliehkräfte wird nun dieser Dichtring, der als geschlossener Ringkörper oder auch geschlitzt ausgeführt sein kann, an die angrenzenden Wandteile mit hoher Kraft angepreßt, so daß sich eine vollkommene Abdichtung des angrenzenden Ringraumes 5 a ergibt. Auf der inneren Seite steht der Ringraum 5 a auf der rechten Scheibenseite über ausgefräste Kanäle 9 in der Scheibe mit dem Läuferinneren in Verbindung, derart, daß ein unter höherem Druck stehendes Medium, z. B. dem Verdichter der Gasturbinenanlage entnommene Luft, aus dem Läuferinnenraum in die auf der rechten Schaufelseite gebildete Druckkammer 5 a eintreten kann. Auf der gegenüberliegenden linken Schaufelseite dagegen ist der Ringspalt oder Ringraum 5 b nach außen zu offen. Infolgedessen kann das in bekannter Weise durch die Kühlkanäle verlaufende Kühlgas nach dem Bestreichen der Schaufelfüße über den linken Ringspalt 5 austreten bzw. in den Treibgasstrom der Turbine abgeführt werden.
• Die erfindungsgemäße Konstruktion zeichnet sich dadurch aus, daß eine überaus wirksame Schaufelfußkühlung bei einfachster Ausbildung der Gesamtkonstruktion erzielt wird. Hervorzuheben ist, daß die erfindungsgemäße Lösung vor allem für die Fertigung große Vorteile bietet, da die erforderlichen Zuleitungs- und Ableitungskanäle durch die überaus einfache Formgebung der Scheiben und Zwischenringe in Verbindung mit den Fliehkraftdichtringen und den von außen auf der einen Seite der Läuferscheibe eingefrästen Kanälen erzielt wird. Bemerkenswert ist ferner, daß die Dichtung des Ringspaltes 5a auch durch Wärmedehnungen nicht berührt wird.
• In Einzelheiten kann die beschriebene Anordnung abgeändert werden. So ist es unter Umständen auch möglich, den Kühlmittelzutritt zu dem Kühlmitteldruckraum durch Aussparungen in dem Ringkragen auf der Seite des Druckraumes zu erzielen.

Claims (2)

1. Patentansprii.che: 1. Gasturbine der Scheibenbauart mit die verspannten Scheiben gegeneinander abstützenden Zwischenringen sowie einer Schaufelfußkühlung durch ein gasförmiges Medium, das in achsparallelen Kanälen zwischen den Schaufelfüßen sowie den diese aufnehmenden Nuten hindurchgeführt und über nach radial innen bzw. nach radial außen offenen Kammern zu beiden Seiten der Schaufelfüße bzw. der in diese formschlüssig eingreifenden Vorsprünge des Läuferkörpers von innen zugeführt bzw. nach außen abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anofdnung der Abstützungsfläche der Zwischenringe zwischen den Läuferscheiben lediglich radial innerhalb des Fußkreises der Schaufelfüße die Kühlgaskammern zu beiden Seiten der Schaufelfüße von über die ganze radiale Höhe einbaufreien Ringspalten gebildet werden, von denen der eine nach außen offen, der andere außen durch einen der Fliehkraftwirkung unterworfenen Dichtungsring abgeschlossen ist und eine für sämtliche Schaufelfußkanäle einheitliche Kühlmittelzuleitungskammer bildet, die durch in der Läuferscheibe verteilt angeordnete Zuführungskanäle mit der Kühlmittelzuleitung in Verbindung steht.
2. 2. Gasturbine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftdichtungsring wenigstens auf der einen Seite an einem kegeligen Wandteil geführt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1076 446; französische Patentschrift Nr. 1238 508; britische Patentschrift Nr. 786 475; USA.-Patentschrift Nr. 2 310 412.