DE2252581A1 - Kuehlsystem fuer eine gasturbine - Google Patents

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 24.10.72

Wemer-von-Siemens-Straße

Unser Zeichen: VPA 72/8927 C/Di

Kühlsystem für eine Gasturbine

In Gasturbinen werden insbesondere die ersten Leit- und laufschaufeln des Turbinenteiles mit relativ heißen Gasen in Berührung gebracht, so daß es zur Erhaltung ausreichender Festigkeit für das Material notwendig ist, entweder die Schaufeln oder mindestens die Schaufelfüße zu kühlen-

Bei Gasturbinen mit geschlossenem Heliumkreislauf lassen sich für die Schaufeln der Turbine Werkstoffe verwenden, die relativ hohe Temperaturen aushalten, ohne daß dabei die bei Luftatmosphäre üblichen Korrosionserscheinungen auftreten»

Bei derartigen Gasturbinen genügt es - auch im Hinblick auf den guten Wärmeübergang zwischen dem komprimierten Helium und dem Material der Turbine - die LaufschaufeIftiße zu kühlen, zumal dort die höchsten Materialbeanspruchungen liegen.

Bei Gasturbinen läßt sich das in den Verdichterstufen verdichtete Gas zur Kühlung verwenden. Dieses Gas< kann nach Durchströmen von Kühlkanälen in den Leitschaufeln und im Laufschaufelfuß über Ringspalte in den Gaskanal, in dem das heiße Gas strömt, eingeleitet werden. Bei derartigen Einrichtungen besteht das Problem, die Laufschaufelfüße mit einer genügend großen Kühlmittelmenge zu beschicken, um noch ausreichende Pestigkeitseigenschaften des Werkstoffs zu erzielen.

409818/0215

- 2 - VPA 72/8927

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlsystem für eine Gasturbine zu schaffen, bei der jede zu kühlende Schaufeletufe mit einer einstellbaren, von den anderen Stufen unabhängigen Kühlgasmenge beaufschlagt wird, die wiederum auf alle Schaufelfüße der Stufe gleichmäßig verteilt wird. Sie Erfindung betrifft damit ein Kühlsystem, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist. Das Neue besteht in der im Kennzeichen enthaltenen technischen Lehre.

AIb Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung ein Teilschnitt durch eine Turbine dargestellt. Sie Turbine besteht aus einem Rotor 1 mit Laufscheufeln 2, die gekühlte laufschaufelfüße 3 besitzen. Außerdem sind Leitschaufeln 4 vorgesehen, die einerseits in einem Leitschaufelträger 5 gehalten sind und andererseits in feststehende Ringe 7 münden, die in Aussparungen 8 im Rotor 1 hineinragen. Zwischen dem Rotor 1 und den feststehenden Ringen 7 sind Dichtungslabyrinthe 9 vorgesehen. Außerdem besitzt jeder feststehende Ring 7 an der der Leitschaufelaustrittskante zugeordneten Seitenflanke eine Dichtlippe, die einen größeren Kühlgasverlust vom Ringspalt 11 zum Heißgaskanal hin verhindert.

Andererseits ist der der Laufschaufelaustrittskante zugeordnete Singspalt 12 zum Gaskanal 10 hin offen, um das Kühlgas dem Hauptgasstrom wieder zuzuführen.

Sie Turbine wird nach außen durch das Gehäuse 13 begrenzt. Zwischen dem Gehäuse 13 und dem Leitschaufelträger 5 befindet sich ein Raum 14, in dem sich komprimiertes Gas, z.B. Helium, befindet. Hierzu steht ,der Raum 14 mit der Austrittsseite des Verdichters der Gasturbine in Verbindung. Da sich dieses Gas auf einem ähnlich hohen Druck befindet wie das Gas im Gaskanal 10, nämlich auf oberem Prozeßdruck im vorderen Teil des Leitschaufelträgers in Strömungsrichtung des Hauptmassenstromes gesehen und auf unterem Prozeßdruck im

409818/0215 - 3 -

hinteren Teil, muß der Leitschaufel träger nur -eine geringe Druckdifferenz aufnehmen. Dagegen muß das Außengehäuse zur Aufnahme des vollen Differenzdruckes zur Umgebung ausgelegt sein.

Das verdichtete, im Raum 14 befindliche Gas dient gleichzeitig zur Kühlung der Leitschaufeln 4 und der Leitschaufelfüße 3- Hierzu ist in jeder Leitschaufel 4 ein Kühlgaskanal 15 vorgesehen, der einerseits über einen SaumeIringraum 18 und eine justierbare bzw. durch entsprechende DiaiensionieruBg festgelegte Drosselstelle 16 mit dem Baum H verbunden ist und andererseits in den feststehenden Hing 7 mündet. Daduröii kann das komprimierte Gas aus dem Baum 14 in den Ringspalt gelangen, der in Strömungerichtung des Gases im Gaskanal 10 hinter der Leitschaufel 4 liegt. Von da aus strömt das Kühlgas durch öffnungen (Bohrungen, Schlitze oder dergl.) im L&u£- schaufelfuß 3 in Strömungsrichtung des Gases im Gaskanal 10 durchdie Rotorschaufeln hindurch und gelangt dann in einen Ringspalt 12, der vor dem nächsten feststehenden Ring 7 einer folgenden Leitschaufel liegt und sum G&skanal 10 hin geöffnet ist.

Auf diese Weise wird eine durch die Öffnung der Drosselsteile 16 vorgegebene Gasmenge zunächst eine Leitschaufel 4 und anschließend daran einen LaufschäufeIfuß 3 der nachfolgenden Schaufelrihe durchströmen. Da sowohl der Gasdruck im Raum 14, als auch der Gasdruck im Gaskanal 10 unabhängig iet von den übrigen Kühlgasleitungen, kann allein durch Dimensionierung der Drosselstelle 16 jeder Kühlgaskanal für sich so dimensioniert werden, daß eine gerade ausreichende Kühlgasmenge durch die Schaufelfüße der nachfolgenden Laufschaufelrihe strömte

Die Anzahl der Öffnungen in den I^ufschaufelfüßen 3 ist dabei unabhängig von der Anzahl der Öffnungen in den Leit- .* schaufeln 4. Eine gewisse Leckgasmenge strömt durch die

409818/0215

verbleibenden Öffnungen zwischen den Hingspalten 11 zum Graskanal 10 und es wird auch Kühlgas an den Labyrinthen 9 vorbeigelangen, jedoch können diese Mengen durch entsprechende Dimensionierungder Labyrinthspalte relativ gering ge halten werden.

2 Patentansprüche
1 Figur

409818/0215

Claims (2)

1. Patentansprüche

   !!.,Kühlsystem für eine Gasturbine mit Lauf- und Leitrschaufeln, bei der das verdichtete, zur Kühlung verwendete Gas sich in einem den Leitschaufelträger umgebenden Raum befindet und bei der in den Leitschaufein Kühlgaskanäle vorgesehen sind, die einerseits mit dem den leitschaufelträger umgebenden Raum und andererseits über Ringspalte zwischen den Leit- und Laufschaufeln mit dem Gaskanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlgaskanal (15) einer Leitschaufel (4) sich durch den in Strömungsrichtung des Gaskanals (10) folgenden Laufschaufelfuß (3) und durch den Ringspalt (12) zwischen dieser Laufschaufel (3) und der darauffolgenden Leitschaufel (4) erstreckt und daß dieser Ringspalt (12) zum Gaskanal (10) hin geöffnet ist.
2. 2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem den Leitschaufelträger (5) umgebenden Raum (14) und dem Kühlgaskanal (15) eine Drosseisteile (16) zur Einstellung der Kühlgasmenge des Kühlgaskanals (15) befindet.

   409818/0215

   Le-e r s e i t e