DE1264156B - Gasturbinenanlage mit Kuehlung des Leitschaufeltraegers der Turbine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F02c

Deutsche Kl.: 46 f- 4/02

Nummer: 1264156

Aktenzeichen: A 499261 a/46 f

Anmeldetag: 5. August 1965

Auslegetag: 21. März 1968

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage, bestehend aus einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine mit einem durch verdichtete Luft gekühlten Leitschaufelträger, in dem in Umfangsrichtung verlaufende Kühlluftkanäle angeordnet sind.

Zur Kühlung der Leitschaufelträger einer Gasturbine ist die Anordnung von Kühlrohren auf der Gehäuseaußenwand bekannt. Es ist ferner die Innenkühlung des Schaufelträgers bekannt, bei der Kühlluft durch Längsbohrungen in den Schaufelbefestigungen und den zwischen den Schaufelbefestigungen angeordneten Wärmestausegmenten strömt. Die bekannten Kühlanordnungen für Schaufelträger weisen den Nachteil auf, daß größere Temperaturunterschiede in der Schaufelträgerwand und dadurch Wärmespannungen auftreten, daß ferner die Bohrungen in den Schaufelbefestigungen und Segmenten durch Schmutz leicht verstopft werden und daß ein Luftverlust infolge Leckage an den Dichtungsstellen zwischen den Segmenten und den Schaufelbefestigungen schwer vermeidbar ist.

Ferner ist eine Gasturbine bekannt, deren Schaufelträger durch verdichtete Luft gekühlt wird und bei der im Schaufelträger in Umfangsrichtung verlaufende, segmentartig abgeteilte Kühlluftkanäle angeordnet sind. Die Luft wird nach Durchströmen der Kühlluftkanäle in den Strömungsweg des Arbeitsmittels der Gasturbine geleitet, was an Stellen verschiedenen Druckes erfolgt, so daß das Druckgefälle der Kühlluft nur teilweise in mechanische Energie umgewandelt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Gasturbinenanlagen zu vermeiden und dadurch ihren Wirkungsgrad zu verbessern. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Kühlluftkanäle im Leitschaufelträger zwischen den Leitschaufelbefestigungen angeordnet sind und daß der gesamte die Kühlluftkanäle verlassende Kühlstrom in den Strom der Verbrennungsgase zwischen dem Brennkammeraustritt und dem Turbineneintritt mündet, so daß wenigstens angenähert das ganze Druckgefälle der Kühlluft in der Gasturbine in mechanische Leistung umgewandelt wird.

Als Kühlluft kann, wie an sich bekannt, ein Teil der vom Verdichter angesaugten Luft dienen, die den Kühlluftkanälen direkt zugeführt wird. Dadurch vereinfacht sich die Beschaffung der notwendigen Kühlluft.

Die Kühlluftkanäle können parallel und/oder in Reihe geschaltet sein, wodurch der Druckverlust der Kühlluft bzw. die notwendige Luftmenge kleiner wird.

Gasturbinenanlage mit Kühlung des
Leitschaufelträgers der Turbine

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.,
Baden (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

8000 München, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Willy Burger, Wettingen (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 23. Juli 1965 (10329)

Werden an der Innenseite des Schaufelträgers zwischen den Schaufelbefestigungen Wärmestausegmente angeordnet, so wird die an den Schaufelträger übertragene Wärmemenge verkleinert, eine Wirkung, die bei Anordnung von Strahlungsschutzblechen zwischen den Wärmestausegmenten und den benachbarten Kühlluftkanälen noch erhöht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Längsschnitt eine Anordnung, bei welcher die Kühlluftkanäle auf der Innenseite des Schaufelträgers liegen,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Anordnung von F i g. 1 längs der Linie A-A,

Fig3 einen Schnitt durch die Anordnung von F i g. 1 längs der Linie B-B,

F i g. 4 einen vergrößerten Schnitt durch einen Kühlluftkanal,

F i g. 5 einen vergrößerten Schnitt durch einen Kühlluftkanal gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In F i g. 1 ist der Rotor 1 einer Gasturbine dargestellt, der mit Laufschaufeln 2 versehen ist. Der Schaufelträger 3 trägt Leitschaufeln 4 in schematisch gezeigten Schaufelbefestigungen 5. Zwischen dem Zylinder 6 und dem Innenmantel 7 strömt Kühlluft in Pfeilrichtung zur Turbine.

Auf der inneren Seite des Schaufelträgers 3 sind in Umfangsrichtung zwischen den Schaufelbefestigun-

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gen S Kühlluftkanäle 10 und 11 angeordnet. Ein Teil der Kühlluft strömt durch Eintrittsöffnungen 12 in die Kühlluftkanäle 10 und verläßt sie durch Austrittsöffnungen 14.

Die Kühlluft wird hierauf durch den auf der Außenwand des Schaufelträgers 3 liegenden Kanal 16, der durch die Verschalung 17 begrenzt ist, zum Kühlluftkanal 11 mit der Eintrittsöffnung 13 geleitet. Nach Durchströmen des Kanals 11 gelangt die Kühlluft durch Öffnungen 15 in den Beschaufelungseintritt 8. Zur Drosselung des Wärmeeinfalls sind auf der Innenseite des Schaufelträgers 3 zwischen den Kanälen 10,11 und den Laufschaufeln 2 Wärmestausegmente 20 angeordnet. Diese bestehen beispielsweise aus einem zunderfesten Stahl mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Als Kühlluft dient zweckmäßigerweise ein Teil der vom vorgeschalteten Verdichter abgegebenen Luft, wobei die zur Kühlung benutzte Luft nach dem Durchströmen der Kühlluftkanäle an den Beschaufelungseintritt der Turbine geführt, wird. Zur Zirkulation der Kühlluft im Schaufelträger einer Turbine steht demnach der Druckabfall der zwischen Verdichter und Turbine liegenden Brennkammer zur Verfugung. Die Kühlkanäle 10 und 11 können je nach gewünschtem Druckabfall parallel und/oder in Reihe geschaltet werden.

In Fig. 2 ist der Kühlluftkanal 10 im Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 1 gezeigt. Die Kühlluft tritt durch die Öffnung 12 im Schaufelträger 3 in den Kanal 10, der durch die Innenwand des Schaufelträgers 3 und die eingesetzte Kanalwand 18 gebildet ist. Durch die Austrittsöffnung 14 gelangt die Kühlluft in den durch die Verschalung 17 geschlossenen Kanal 16. Mit 20 ist wiederum das zum Schütze der Kanalwand 18 angeordnete Wärmestausegment bezeichnet. In Fig. 3 ist der Kühlluftkanal 11 von F i g. 1 im Schnitt längs der Linie B-B ersichtlich. Die Kühlluft strömt vom Kanal 16 durch die Eintrittsöffnung 13 in den Kühlluftkanal 11 und verläßt ihn durch die in Längsrichtung angeordnete Austrittsöffnung 15. In F i g. 4 sind Einzelheiten eines Kühlluftkanals gezeigt. Im Schaufelträger 3 ist zwischen den Schaufelbefestigungen 5 der Kanal 10 angeordnet. Auf der inneren Seite ist der Kanal 10 durch die Kanalwand 18, beispielsweise durch ein eingeschweißtes Blech, geschlossen. Zwischen dem Kühlluftkanal 10 und der Laufschaufel 2 befindet sich das Wärmestausegment 20. Zur weiteren Drosselung des Wärmeeinfalls ist zwischen dem Wärmestausegment und der benachbarten Kanalwand 18 das Strahlungsschutzblech 22 vorgesehen.

An Stelle der eingeschweißten Bleche als Kanalwände 18 können (Fig. 5) auch eingestemmte Bleche vorgesehen werden.

Die Erfindung bewirkt einen verbesserten Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage und ermöglicht eine Erhöhung der Gaseintrittstemperatur.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage, bestehend aus einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine mit einem durch verdichtete Luft gekühlten Leitschaufelträger, in dem in Umfangsrichtung verlaufende Kühlluftkanäle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftkanäle (10,11) zwischen den Leitschaufelbefestigungen (5) angeordnet sind und daß der gesamte die Kühlluftkanäle (10,11) verlassende Kühlluftstrom in den Strom der Verbrennungsgase zwischen dem Brennkammeraustritt und dem Turbineneintritt (8) mündet, so daß wenigstens angenähert das ganze Druckgefälle der Kühlluft in der Gasturbine in mechanische Leistung umgewandelt wird.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise ein Teil der vom Verdichter angesaugten Luft als Kühlluft dient, die den Kühlluftkanälen (10,11) direkt zugeführt wird.

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftkanäle (10, 11) parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.

4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Schaufelträgers (3) zwischen den Schaufelbefestigungen (5) Wärmestausegmente (20) angeordnet sind.

5. Gasturbinenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Wärmestausegmenten (20) und den benachbarten Kühlluftkanälen (10,11) Strahlungsschutzbleche (22) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 948 929; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 080 352; französische Patentschrift Nr. 1 370 900; USA.-Patentschriften Nr. 2 783 965, 2 618 120.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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