DE19814627C2 - Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil eines Kompressors einer Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil einer radialen Endstufe eines Kompressors einer Gasturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

In einer Gasturbine, die aus einem Kompressor, einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine besteht, wird zur Kühlung der mit heißem Gas beaufschlagten Komponenten Kühlluft benötigt.

Die Kühlluft wird der radialen Kompressorstufe entnommen, die aus einem Laufrad und einem Diffusor besteht, der sowohl beschaufelt als auch unbeschaufelt sein kann. In dem Diffusor entwickelt sich nahe der Gehäusewand oft ein Totwassergebiet, das den Wirkungsgrad der ganzen Kompressorstufe beeinträchtigt.

Aus der DE-OS 43 23 799 ist eine Kühlluftentnahme für einen Gasturbinen-Verdichter axialer Bauart bekannt. Diese Kühlluftentnahme besteht aus einem Entnahmeschlitz, der in der Gehäusewand zwischen dem Leitrad und dem Laufrad des Gasturbinen-Verdichters angeordnet ist. In dem Eintrittsbereich der Entnahmeschlitze sind Mittel zur Nutzbarmachung der kinetischen Energie der Umfangskomponente der Strömung vorgesehen. Bei einem aus der GB-PS 11 19 479 bekannten reinen Axialverdichter ohne Radialteil ist in mindestens einer der Leitschaufeln ein Durchgang vorgesehen, durch den verdichtete Luft entnommen wird. In derartigen Axialverdichtern sind die Strömungsverhältnisse anders als in Radialverdichtern. Die vorliegende Erfindung zielt auf die Vermeidung eines Strömungsphämomens ab, das in dieser Form nur bei Radialverdichtern bzw. in dem Radialteil von Axialverdichtern auftritt.

In der DE-PS 11 99 541 ist eine Vorrichtung beschrieben, mit deren Hilfe die komprimierte Kühlluft den Turbinenleitschaufeln einer Gasturbinenanlage zugeführt wird. Diese Vorrichtung enthält einen mit Druckluft gefüllten, doppelwandigen Sammler. Die Innenwand des Sammlers ist vor jeder Leitschaufel der Gasturbine mit mehreren Bohrungen versehen. Diese Bohrungen haben ausschließlich den Zweck, die in dem Sammler enthaltene Kühlluft so in den Hauptstrom der Treibgase einzubringen, daß eine wirkungsvolle Kühlung der Leitschaufeln der Gasturbine erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil einer radialen Endstufe des gattungsgemäßen Kompressors so zu gestalten, daß strömungstechnisch positive Auswirkungen auf den Verdichterwirkungsgrad geschaffen werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches. Die abhängigen Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlluftentnahme.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird die Kühlluftentnahme so gestaltet, daß die verdichtete Kühlluft durch Öffnungen in Form von Bohrungen oder Schlitze auf der Gehäuseseite des Diffusors entnommen wird und damit eine Absaugung der Seitenwandgrenz­ schicht erfolgt.

Die Öffnungen können sowohl als runde Bohrungen als auch als Schlitze mit einer Erstreckung in radialer bzw. mit einer Erstreckung in Umfangsrichtung aus­ geführt werden. Dadurch wird die Entstehung eines Totwassergebiets verhindert oder zumindest stark vermindert, was den Wirkungsgrad der gesamten Stufe anhebt.

Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vermeidung eines Totwassergebiets erreicht, die zu einer Reduzierung der Verluste im Diffusor und zu einer Erhöhung des Stufenwirkungsgrads führt.

Die Erfindung wird anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Kompressorteil einer Gasturbine im Bereich des Diffusors,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Diffusors entsprechend Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht der Gehäusewand im Diffusorbereich mit verschiedenen Ausführungsbeispielen zur Kühlluftentnahme.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kompressor einer Gasturbine mit Teilen des Ringraumes (8), dem Leitschaufelinnenraum (9), dem Kompressorgehäuse (15) und der Austrittsöffnung (16) für die verdichtete Luft, die der Brennkammer der Gasturbine zugeführt wird.

Die Laufschaufeln (12) des Kompressors sind auf den Rotorscheiben (13) befestigt, die durch mehrere Zuganker (14) zusammengehalten werden. In dem Leit­ schaufelträger (1) sind Leitschaufeln (11) befestigt. Die Endstufe des Kompressors besteht aus einer radialen Stufe mit einem radialen Laufrad (2), einem beschaufelten Diffusor (3) und einer axialen Umlenk­ schaufel (18). Die verdichtete Luft gelangt dann in den Ringraum (8).

In einer solchen Gasturbine, die aus einem Kompressor, einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine besteht, wird zur Kühlung der mit heißem Gas beauf­ schlagten Komponenten Kühlluft benötigt, die dem Kompressor bei hohem Druck entnommen wird.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Diffusors aus Fig. 1. Die Diffusorschaufelung (3) dient mit den ent­ sprechenden Befestigungselementen (7) gleichzeitig zur Verbindung des Leitschaufelträgers (1) mit der Gehäuse­ wand des Ringraums (4).

In einem derartigen Diffusor (20) entwickelt sich nahe der Gehäusewand (4) an der Diffusor-Gehäuseseite (20.1) oft ein Totwassergebiet (5), das den Wirkungsgrad der ganzen Kompressorstufe beeinträchtigt.

Verdichtete Luft wird über eine Kühlluftabführung (10) einer radialen Kompressorstufe, die aus einem Laufrad (2) und einem Diffusor (20) besteht, der sowohl beschaufelt als auch unbeschaufelt sein kann, entnommen.

Erfindungsgemäß wird daher die Kühlluftentnahme so gestaltet, daß die Kühlluft einseitig durch Öffnungen (6) auf der Gehäuseseite (20.1) des Diffusors (20) entnommen wird und durch Kühlluftkanäle (10) den mit Heißgas beaufschlagten Teilen, u. a. auch der Außenwand des Hosenrohres (17), zugeführt wird.

Im Fall eines beschaufelten Diffusors wird die Luft durch Kühlluftbohrungen (19) in der Diffusorschaufel (3) auf die Diffusoraußenseite (20.2) geleitet. Im Falle eines unbeschaufelten Diffusors (20) muß die Kühlluft durch andere geeignete Einrichtungen zur Diffusoraußenseite transportiert werden.

Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Gehäusewand im Diffusor­ bereich mit verschiedenen Ausführungsbeispielen zur Kühlluftentnahme. Die Entnahme kann sowohl durch Bohrungen (6.1), durch Schlitze mit radialer Erstreckung (6.2) als auch durch Schlitze, die sich in Umfangsrichtung erstrecken (6.3), erfolgen.

Bezugsziffernliste

1

Leitschaufelträger

2

Laufrad, radial

3

Diffusorschaufel

4

Gehäusewand

5

Totwasser in

20

6

Öffnungen in

20.1

6.1

Bohrungen

6.2

Schlitze, Erstreckung in radialer Richtung

6.3

Schlitze, Erstreckung in Umfangsrichtung

7

Befestigungselemente

8

Ringraum

9

Leitschaufelträgerinnenraum

10

Kühlluftabführung

11

Leitschaufel

12

Laufschaufel

13

Rotorscheibe

14

Zuganker

15

Kompressorgehäuse

16

Austrittsöffnung

17

Hosenrohr

18

Axiale Umlenkbeschaufelung

19

Bohrungen in

3

20

Diffusor

20.1

Diffusor, Gehäuseseite

20.2

Diffusor, Außenseite

Claims (4)

1. Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil (20) einer radialen Endstufe eines Kompressors einer Gasturbine mit einem durch eine Gehäusewand (4) begrenzten Ringraum (8), wobei der Diffusorteil (20) durch eine Diffusor-Gehäuseseite (20.1) und eine Diffusoraußenseite (20.2) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Diffusor-Gehäuseseite (20.1) im Bereich der Kühlluftabführung (10) in der Gehäusewand (4) des Ringraumes (8) umlaufend mindestens eine Öffnung (6) zwischen den Diffusorschaufeln (3) angeordnet ist.

2. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als runde Bohrungen (6.1) ausgeführt sind.

3. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als Schlitze (6.2) mit einer Erstreckung in radialer Richtung ausgeführt sind.

4. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als Schlitze (6.3) mit einer Erstreckung in Umfangsrichtung ausgeführt sind.