In der Hochleistungs-Gasturbinenanlage 10 sind die Laufschaufeln
und
die tragenden Elemente des Turbinenlaufrades den Temperaturen der zwischen den Laufschaufeln
18 und 21 der Turbine hindurchströmenden heißen Verbrennungsgase während einer längeren
Zeitspanne nur gewachsen, wenn eine Kühlung vorhanden ist. In der Praxis muss daher
auf geeignete ,leise dafür gesorgt werden, daß die Betriebs-
temperaturen
der verschiedenen Elemente auf
geeigneten
Werten gehalten werden. Die erfindungsgemäße
Wärmeabschirmung bewirkt diese Kühlung auf sehr wirksame Weise und hat eine . hohe
Zuverlässigkeit. Diese Abschirmung besteht, wie Fig. 2 zeigt, aus einer einstückigen
Versteifungsscheibe 33, mit zylindrischem Abschirmma.ntel 34, die zwischen den beiden
haufradscheiben 19 und 22 angeordnet ist. Der Abschirmmantel 34 der Versteifungsscheibe
33 liegt zwischen den peripheren Bereichen 19# und 22#
der Scheiben 19 und
22, deren radiale Stirnflächen genau und
eben bearbeitet sind. die aus Fig.
2 hervorgeht, befinden sich an den Enden des zylindrischen Abschirmmantels 34 einstückig
mit diesem Ringflansche 40 bzw. 45, die mit ihren Stirnflächen 40' bzw. 45' an den
Stirnflächen 38 des Laufrades 19 bzw. 50 des Laufrades 22 anliegen. Die Stirnfläche
40' liegt ferner an den genau und eben bearbeiteten Stirnflächen der Schaufelfüße
18' der Laufschaufeln 18 an und wird gegen den Rand 19#
mittels
der Bolzen
41 aa«edrUcät:
Die Holzen 41 dienen
gleichzeitig
der BetestieM
der Ringscheibe
42 an der
in Strömungsrichtung
vorderen Stirnfläche
37 des Scheiben-
randes 191. Auf
diese weine schirmen
die Ringscheiben 40 und
42 den Randbereich
19' der haufradscheibe
19 und die
Laufschaufelfüte 18#
gegen eine
direkte Berßhruag mit
den
heißen Verbrennungsgasen
ab. Infolge
der genauen und dichten
Anlage der Ringscheiben 40 und 42 an
den lrlächen
38 und 3?
werden ferner Druckverluste verhindert.
Außer diesen Dicht-
flächen tragen auch die übergreifenden Ränder
43 und
44
an den Ripgscheiben
40 und
42 zum Vermeiden
von Druckverlusten
bei. Diese Ränder
43 und 44 haben
jedoch vor allem
den Zweck, die konzentrische Lage der Ringscheiben 40 und
42 zur Laufradscheibe 19 zu gewährleisten. .Am
dem axial hinteren Ende
den Abschirnamtels
34 sitzt ebenfalls eine radiale Ringscheibe
45, die mit dem Abedirmmatel
34 aus
einem Stück besteht. Sie ist
ähnlich
wie die Ringscheibe
40
an
der vorderen Stirnfläche
35 des peripheren Bereiche
22'
der haufradscheibe
22 mittels der Holzen
46 befestigt, welche
fernerhin an die entgegengesetzte
Stirnfläche
36 die Ring-
scheibe 4? andrucken,
deren eben bearbeitete
?läehe 47'
satt
und
abdichtend an der hinteren Stirnfläche
36 der Laufrad-Scheibe
22 und
an den Stirnflächen
der Laufechautelfüße
21' anliegt, um ebenfalls
Druckverluste au Wrhindern. |
Gemäß den Figuren 2 und 3 ist die Ringscheibe 45
an |
r |
ihrer Stirnfläche 45 im äußeren Bereich "R" etwas - |
abgesetzt, so daß zwischen der abgesetzten Fläche 45@ und der vorderen Stirnfläche
35 das Randes 22 der Laufradscheibe 22 ein sc-@-@maler Spalt 50 gebildet wird,
welcher Wärmedehnungen tmd -schrumpfungen
der lr,'ärmeabschirmung
während
des Betriebes,
der Turbine
ermöglicht.
Dadurch, daß
diese freie Dehnung
und Schrumpfung
des
Abschirmmantels
34 möglich
ist, werden in ihm Wärmespannungen vermieden,
ebenso wie in dem Läufer,
weil die
Scheiben 19 und 22 nur durch den
äupplungaring 25 starr
miteinander verbunden sind.
Wie erwähnt,
schirmt die erfindungsgemäß ausgebildete Wärmeabschirmung
den Turbinenläufer,
einschließlth
der Scheiben
19 und
22 und
des ICupplungsringss
25 und
der Laufachutufelfüße
18 und 21 gegen eine
direkte Bergung mit
den heißen
Gasen ab. Ferner bewirkt die
Wärmeabschirmung
eine äühlu»g
des Turbinenläufer® und verhindert übermäßige
Druckverluste.
Die Kühlfunktion
der Wärmeabschirmung
ist nachstehend
an-
hand der Figuren 3-5 erläutert.
Zn der Ringscheibe
45 be-
findet sich in der Dichtfläche 45'
ein PJngkanal
51, in
welchen mehr
er-, in Abstand voneinander angeordnete,
Zöcher
52 münden. Manche
der Löcher 52 sind von den Schraubbolzen
4E durchsetzt. Die anderen löcher 52 sind offen und |
ges Latten so, d?B durch sie hindurch Kühlluft in den |
Ringkanal 51 strömen kann - vgl. Fig. 5. Der- Ringkanal |
51 sieht seinerseits in Verbindung mit den Räumen 53, die |
eich unter den %asfschaufelfüßen 21 befinden und mit |
Yühlluftkanllen 54 in den Rufschaufeln 21 in Verbindung |
etcher: Zin entsprechender Ringkanal 55 ist in der Ring- |
^che:.be 40 angeordnet, welcher mit Räumen 56 unter den Lauf- |
e ^haufelfüßen 1 ° in Verbindung steht, in die die lCtthlluf
t- |
Landle 57 in den Laufschaufeln 18 munden. In der Ringscheibe |
41 AM Sie löcher 5' für den Durchtritt von Kühlluft
ange- |
ordnet. |
'mhan3 !er Figuren 1 und 5 ist der Verlauf der Strömung
der Mühlluft
im Betrieb der Turbine beschrieben.
Relativ
kühle,
vom Verdichter
gelieferte Druckluft
wird vor der Brennkammer
abgezapft und
durch Ufäungen
in der inneren Ringwand 14 hindurch
geleitet. Diene
Druckluft
strömt durch Öffnungen (Fig. 5) zwischen einander benachbarten
Spannbolzen 28 in
der haufradscheibe
19 und dann auswKrte durch die
Zwischen-
räume zwischen den aneinander anliegenden
und ineinandergreifenden,
axialen Vorsprüngen des Kupplungsringes 25 und der Ringflansche 26 und 27 in
den Ringraum 60, der seitlich und nach außen von den laufradscheiben 19 und
22 und der Wärmeabschirmung 34 begrenzt wird. Die relativ Mle Luft
bewegt
sich aus dem Raum CO durch die Öffnungen 52 bzw. 59 in den Ringscheiben 45 bzw.
40, die Räume 53 und 56. und die K;ihlkanäle 54 bzw. 5?, so daß die Laufschaufeln
18 und 21 der Turbine gekühlt werden. Die Größe der Öffnungen in den Ringscheiben
40 und 45 ist so bemessen, daß den !Kühlkanälen de.- Laufschaufeln 18 und 21 genügende,
aber nicht übermäßig große Kühlluftmengen zugeführt werden. Durch die
sorgfältige
GrUßenbemessung der Löcher in den Ringscheiben 40 und 45 und die
wirksame Abdichtung zwischen den Ringscheiben und den Zugeordneten Rändern der Laufradscheiben
wird gewährleistet, daß keine Kühlluftmengen verlorengehen. Die gute :bdichtung
ist unbedingt erforderlich,, da sich die Kühlluft in dem ?aum 60 unter einem wesentlich
höheren Druck befindet als dic außerhalb des &bechiramantels 34 befindlichen
Verxrennungagase. Nach dem Durchtritt durch die Laufschaufeln 13 und 21 wird die
Kühlluft in den Strom der heißen Verbrennung* produkte geleitet. Aus den Figuren
1 und 2 Igeht hervor, daß die ganze Wärmeabschirmung, einachlieaslich der Vereteifungescheibe
33, mit Hilfe der Ringscheiben 40 und 45 von den Laufradacheiben 19 und 22 getragen
wird. Im Betrieb der Turbine bei hoher Drehzahl bewirkt die Versteifungsscheibe
33, daß die Ringspannungen in derer Abachirmmantel 34 niedrig gehalten werden, und
zwar deshalb, weil die Versteifungsscheibe 33 gegenüber dem
Abschirmmantel
34 relativ massiv ist und durch
die in dem Raum
60 befindliche
Kühlluft
auf einer
relativ niedrigen
Temperatur
gehalten wird.
Infolgedessen
dehnt sich die Versteifungsscheibe
33 im
Betrieb
der Turbine nicht stark aus.
Da die Vereteifungsscheib:3mit dem Abschirmmantel 34
einstöckig |
ist, verhindert
nie eine.fliehkraitbedingte, radial auswärtegerichtete
Ausbiegung
des Abschirämaatels
34. Die fliehkraftbedintgte Beanspruchung,
die sonst zu Ringspannungen in
dem
ibschirmmantel
34 führen
würde, wird daher in
erster Linie
von der masniven
und nur schwach
beanspruchten Versteitnagsscheibe aufgenommen,
die sich in einer
auf niedriger Teaperatur befindlichen Hebung
bewegt. Infolgedessen werden sowohl
die Ringspannungen
als auch
die Wärmespannungen
niedrig
gehalten,
so saß die erfindungsgemUe
Abschirmung
auch eine
sehr hohe. Sicherheit gewährleistet.
wenn
die heißen Verbrennungsgase
durch tie Düsenringe
1?
und
2o der Turbine strömen,
stellt sich in
diesen ein
be-
trächtlicher Druckabfall ein.
Beispielsweise kann
der Druck
vor den Dösen
2o doppelt so hoch sein wie
der Druck dahinter.
üm.sicherzustellen, saß die
gesamte Gasströmung durch
die Meen
20 in den Zwischenboden tritt, muss eine Abdichtung vorhanden
sein, die
axiale Strömungsmittelverluste
am Umtang
des Zwischenbodens 20
verhindert. Um
diese unerwäneehten
Strömungehittelverluste
zu verhindern,
ist eine ringfOrmige Dichtungsvorrichtung 65
vorgesehen.
Diese umfaBtin
der Umfangerichtung angeordnete
Dichtrippen 66 auf
der Außenfläche des Abschirmmpntels 34 und einen von dem Zwischenboden 20
getragenen Ring 67 aus einem geeigneten,
sich satt anlegenden Material, beispielsweise
mit
geöffne-
ten Zellen. Da die Dichtrippen 66 von der erfindungsgemäßen Wärmeabschirmung
getragen.werden, hat diese Dichtvorrichtung
065 gegenüber anderen mehrere
Vorteile. Zunächst findet im Betrieb der Turbine keine beträchtliche Verlagerung
der Rippen 66 statt, weil die Versteifungsscheibe 33 eine Auswärtsbewegung des Abschirmmantels
34 verhindert. Infolgedessen bleiben die Dichtflächenabstände und damit auch die
Strömungsmittelverluste klein. Zweitens dient die relativ massive und kühle Versteifungsscheibe
33 als ein Wärmeaufnehmer, der Wärme von den Rippen 66 ableitet und dadurch dazu
beiträgt, daß hohe Temperaturen in den Rippen 66
vermieden werden. Drittens
kann der Abschirmmantel
34 einen
relativ großen Radius haben, weil
seine Spannungen suf
einem niedrigen Niveau gehalten werden. Infolgedessen
hat die Dichtvorrichtung ebenfalls einen relativ großen Radius, so daß die Radialabmessung
des Zwischenbodens 20, über. welche Belastungen infolge von Druckunterschieden voihanden
sind,
auf ein Kinimum herabgesetzt
wird. Dadurch
wird auch die
auf den Ziisehenboden
20 wirkende Liegebelastung
auf ein Minimus herabgesetzt.