DE19817705C2 - Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil eines Kompressors einer Gasturbine - Google Patents

Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil eines Kompressors einer Gasturbine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil einer radialen Stufe eines Kompressors einer aus Kompressor und Turbine bestehenden Gasturbine.
In einer Gasturbine, die aus einem Kompressor, einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine besteht, wird zur Kühlung der mit heißem Gas beaufschlagten Bauteile Kühlluft benötigt.
Die verdichtete Kühlluft wird der Kompressorstufe, die aus einem Laufrad und einem Diffusor besteht, entnommen und einer im Gehäuse des Verdichters angeordneten Kühlluftleitung zugeführt. In einem derartigen Diffusor entwickelt sich im saugseitigen, hinteren Bereich des Strömungskanals oft durch Aufbau von Grenzschichten an den Diffusorschaufeln ein Totwasser- bzw. Ablösegebiet, das den Wirkungsgrad der ganzen Kompressorstufe beeinträchtigt.
In der DE-PS 11 99 541 ist eine Vorrichtung beschrieben, mit deren Hilfe 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.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kühlluftentnahme im Verdichterteil einer Gasturbine so zu gestalten, daß strömungstechnisch positive Auswirkungen auf den Verdichterwirkungsgrad geschaffen werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. 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 oder Schlitze von horizontal verlaufenden Bohrungen innerhalb der Diffusorschaufel auf der Saugseite der Diffusorschaufeln entnommen wird.
Diese horizontal angeordneten Bohrungen der Diffusor­ schaufeln werden durch gleichartige analoge Bohrungen in der Diffusoraußenseite mit der Kühlluftabführung im Verdichtergehäuse verbunden, so daß die verdichtete Kühlluft aus dem Diffusor unmittelbar dem außenseitigen Luftkanal zugeführt wird. Es erfolgt damit eine Absaugung der Grenzschicht an der Saugseite der Diffusorschaufeln. Dadurch wird die Entstehung eines Totwassergebietes 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 aus Fig. 1 mit verschiedenen Ausführungsbeispielen zur Kühlluftentnahme,
Fig. 3 einen Querschnitt der Diffusorschaufel.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kompressor einer Gasturbine mit Teilen des Ringraums (8), Leitschaufelträgerinnenraum (9), dem Kompressorgehäuse (15) und der Austrittsöffnung (16) für die verdichtete Luft, die danach der Brennkammer zugeführt wird. Die Laufschaufeln (12) des Kompressors sind auf den Rotor­ scheiben (13) befestigt, die durch mehrere Zuganker (14) zusammengehalten werden. In dem Leitschaufelträger (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 Umlenkschaufel (18). Die verdichtete Luft gelangt dann in den Ringraum (8). Der Diffusor (20) besteht aus dem gehäuseseitigen Innenteil (20.1) und der Diffusorgehäuseaußenseite (20.2) sowie den Diffusorschaufeln (3) mit innenliegenden horizontalen Sackbohrungen (19).
In einer solchen Gasturbine, die aus einem Kompressor, einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine besteht, wird zur Kühlung der mit heißem Gas beauf­ schlagten Komponenten verdichtete 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 dem Hinter­ lagergehäuse (21). Die Entnahme von verdichteter Kühlluft kann sowohl durch runde Bohrungen (6.1) als auch durch Schlitze (6.2) erfolgen, die in die Diffusorschaufel (3) eingearbeitet sind. Durch die Entnahmeöffnungen (6.1, 6.2) gelangt die Kühlluft in die Sackbohrungen (19) der Diffusorschaufel (3) und dann durch Bohrungen (19.1) in der Diffusorgehäuse­ außenseite (20.2) weiter in die im Verdichtergehäuse angeordnete Kühlluftabführung (10).
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Diffusor (20) mit Blick auf die Diffusorgehäuseinnenseite (20.1) mit radial angeordneten Diffusorschaufeln (3) mit den Kühlluftentnahmen an den Sackbohrungen (19), die als Bohrungen (6.1) oder Schlitze (6.2) ausgestaltet sein können. In diesem Diffusor (20) kann sich im saug­ seitigen, hinteren Bereich des Strömungskanals kein Totwassergebiet (5), gestrichelt im rechten Teil von Fig. 3 dargestellt, das den Wirkungsgrad der ganzen Kompressorstufe beeinträchtigt, mehr entwickeln.
Die Kühlluftentnahme ist so gestaltet, daß die Kühlluft auf der Saugseite der Diffusorschaufel (3) durch geeignete Entnahmeöffnungen (6.1/6.2) in horizontal verlaufenden Sackbohrungen (19) entnommen, durch Bohrungen in der Diffusorgehäuseaußenseite (20.2) und über die Kühlluftabführung in dem Gehäuse den mit dem Heißgas beaufschlagten Komponenten der Gasturbine zugeführt wird.
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
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
Sackbohrungen in
3
19.1
Bohrungen in
20.2
20
Diffusor
20.1
Diffusorgehäuseinnenseite
20.2
Diffusorgehäuseaußenseite
21
Hinterlagergehäuse

Claims (3)

1. Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil (20) einer radialen Stufe eines Kompressors einer aus Kompressor und Turbine bestehenden Gasturbine, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diffusorschaufeln (3) des Kompressors mit innenliegenden, horizontalen Sackbohrungen (19) versehen sind,
auf der Saugseite der Diffusorschaufeln (3) in den Sackbohrungen (19) mindestens eine Öffnung (6) angeordnet ist
und daß durch die Diffusorgehäuseaußenseite (20.2) Bohrungen (19.1) geführt sind, über die die Sackbohrungen (19) und mit einer Kühlluftabführung (10) verbunden sind.
2. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als runde Bohrungen (6.1) ausgeführt werden.
3. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als Schlitze (6.2) ausgeführt werden.
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