DE2432092A1 - Turbine mit heissem, elastischem treibmittel - Google Patents
Turbine mit heissem, elastischem treibmittelInfo
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Description
W. 601
Augsburg, den 27. Juni
Weotinghouse Electric Corporation, Wesfcinghouse Building,
Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222,. V,St.A.
Turbine mit heißem, elastischem Treibmittel
Die Erfindung betrifft eine Turbine mit heißem, elastischem Treibmittel, mit einem Gehäuse, einem darin
angeordneten Rotor mit einer Anzahl von jeweils einen Laufschaufelkranz tragenden Laufradscheiben, weiter mit
jeweils zwischen den Laufrad3cheiben angeordneten Leitschaufelkränzen,
die jeweils einen Fußbandring und einen
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Deckbandring aufweisen, ferner mit einer die JchaufoL-kränze
umgebenden Ringkonstruktion und mit ΐ-Iitteln zur
Beaufschlagung der Leitschaufeln mit Kühlmittel..
Die Konstrukteure von Gasturbinen versuchen stets, die unerwünschten Auswirkungen der Wärmedehnung und der
Wärme an sich auf die, um die Leitschaufeln und die Laufschaufeln herum angeordnete Ringkonstruktion und da:s (iehäun
zu vermeiden, Dazu wird im allgemeinen Kühlluft aus einem Verdichter durch die Leitschaufeln hindurchgeleitet, Außerdem
wird gewöhnlich Kühlluft aus einer axial angeordneten Kühlluftquelle durch die Laufradacheiben und die dadurch
ebenfalls gekühlten Laufschaufeln hindurch radial nach außen geleitet, Die aus den Laufschaufeln austretende Kühlluft
kühlt gewöhnlich die radial außerhalb der Laufschaufeln angeordneten Ringsegmente, wobei jedoch nicht die zur Verhinderung
von Wärmeverformungen einzelner Ringsegmente erforderliche Kühlwirkung erzielt wird. Die am stromabseLtigen
Ende der Turbine befindlichen Laufschaufeln werden nicht
gekühlt, so daß auch die Ringkonstruktion an diesem Turbinen ende nur wenig oder gar keine Kühlung erfährt,
Es Ist auch schon versucht worden, das Kühlmittel aus dem Verdichter radial einwärts auf die Ringkon3truktion
zu leiten, jedoch wird dadurch die Strömungskanalwandung
- 2 4 09886/0909
nicht gegen das heiße Treibgas geschützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Turbine
der eingangs dargelegten Art so zu verbessern, daß die, die Leitschaufeln tragende Ringkonstruktion gegen die hohen
Temperaturen des Treibgases geschützt ist«
Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Turbine
£.emä'fi. der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkrmstruktion
eine Vielzahl von radial innerhalb derselben angeordneten, die Laufschaufeln eng umgebenden isolierten
lünpsegmenten trägt, welche von rohrförmigen, durch die Ringfconstruktion
hindurchragenden Federmitteln federnd in ihrer Lage gehalten werden und sowohl radiale als auch axiale
Dehnungsmöglichkeit besitzen, und daß die Federrnittel einen
durch die Ringkongtrulction hindurch zu den Ringsegmenten führenden Kühlluftkanal bilden.
Die Segmente der Ringkonstruktion und feststehende
Segmente des Strömungskanals bilden eine ringförmige Kühlmittel Strömungskammer, aus welcher Kühlmittel durch Kanäle
in die einzelnen Leitschaufelkränze gelangt. Das Kühlmittel verhindert eine beschädigung der benachbarten Rirekonstruktion
durch das heiße Treibgas,
Line t(vu\ußte Ausiührungsforn der Erfindung wird
- 3 A09886/09Ü9
nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
beispielsweise beschrieben, üs zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt
durch eine Gasturbine nach der Erfindung,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung
der gekühlten Ringkonstruktion der in Fig. 1 darrestellten
Turbine,
Fig. 3 eine Anordnung zur Rinrsegment-
kühlung, und
Fig. l\ eine perspektivische Ansicht
eines Wärmeschildes.
Fig. 1 zeift eine Axial-Gasturbine 10 mit drei Laufradscheiben 12, I^ und l6, die jeweils an ihrem Umfang eine
Vielzahl von Laufschaufeln Ib, 20 und ic) tragen. iJie i^aufscnaufeln
lö, 20 und 22 besitzen jeweils einen Teil ',·_ 7 nil
Flügelprofil 0 otror'auf des ersten ijaufs'-naufelkranze.'ä In
ist ein Leitsch^ufolkranz ?J\ angeordnet. Zwinchen df!
ersten beiden j-iaufnnhaufelkränzen l'o und 20 befindet sicn
A Q 9 8 8 6 / 0 9 0 9
ORIGINAL INSPECTED
-ε-
ein weiterer Leitschaufelkranz 26S Ein noch weiterer Leitschaufelkranz
28 ist stromab des zweiten Laufschaufelkranzes 20 angeordnet, Eine brenneinrichtung 30 liefert
heißes Treibmittel, welches durch den Leitapparat 24 zu den Laufschaufelkränzen 18, 20 und 22 strömt und die
Laufräder 12, l4 und Ib in Drehung versetzt.
Das heiße Treibmittel strömt durch einen ringförmigen Strömungskanal, der radial innen durch eine Anzahl von
Fußbandringen 32, welche die radial inneren Enden der Leitschaufeln 24, 26 und 28 halten, und durch eine Vielzahl von
Pußplatten 31* begrenzt wird. Die Fußplatten 34 sind jeweils
am radial inneren Ende des Flügelprofilteils 23 der Laufschaufeln gebildet. Fiadial außen ist der Treibmittelkanal
durch eine Vielzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Deck bandsegmenten 35, durch eine Ringkonstruktion 36 und durch
eine Vielzahl von Ringsegmenten 37 begrenzt. Die gesamte
Turbine 10 ist von einem Turbinengehäuse 38 umgeben, von
welchem in Fig, 1 nur ein Teil sichtbar ist.
Ein hoher Wirkungsgrad und eine große Ausgangsleistung der Turbine machen eine Kühlung der den Treibmittelkanal,
begrenzenden Grenzflächen erforderlich. Ohne Kühlung dieser Flächen müßte die gesamte TurbLnenkonstruktion aus schwerer
erhält Licheru und teurerem rter'icstoff hergestellt werden.
— r: _
J
J
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ORIGINAL INSPECTEÖ
Die Kühlung erfolgü dadurch, daß durch einen am
Turbinengehäuse 38 angeordneten r,ühlmitteleinlaA 40 unter
Druck stehendes Kühlmittel aus einer nicht dargestellten
Kühlmittelquelle eingeleitet wird» Dieses Kühlmittel gelangt
in eine Ringkairaner 42, die von der Ringkonstruktion
gebildet ist. Die Ringkammer 42 ist in Figs 2 mehr im einzelnen
dargestellt«
Eine Ringsepment-Kühlanordnung 44 ist in den Pig. 2 und
deutlicher gezeigt. Diese kühlanordnung 44 ist radial außerhalb
der Laufschaufelkränze 18 und 20 in Umfancsrichtung um
den Treibmittelkanal herum angeordnet.
üie Kühlanordnung 44 weist die genannten RincSegmente
auf, welche ringförmig angeordnet sind und den Treibmittelkanal begrenzen. An der radial äußeren Seite jedes Ringsegments
37 ist ein in Fig. 4 dargestellter Wärmeschild 4ό
befestigt. Der Wärmeschild 46 weist ein an der radial inneren ^eite einer Platte 50 angeschweißtes gewelltes Teil 48 auf«
Nur ein mittiger geradliniger Bereich des Wärmeschildes ist am Ringsegment 37 angeschweißt, so daß ungehinderte
WärmedehnungsmöglLchkeiten für die einzelnen Teile des Wärmeschildes 46 gegeben sind. Das gewellte Teil 48 vernindert,
daß vom Trelbmittelkanal viel Wärme zur Ringkonstruktion
36 gelangt und wirkt daher als Wärmeisolator.
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ORIGINAL INSi1ECTEO
2 U 3 2 Ci 9
Der Wärmeschild 46 wird dadurch gekühlt, daß Kühlmittel aus einer Vielzahl von bohrungen bzw.
Düsen 51 im radial inneren hnde eines radial verlaufenden Zylinders 52 auf ihn auftrifft. Der Zylinder 52
dient als Aühlmittelleitung und wird von einer Feder 54
gegen den Wärmeschild 4 6 gedrückt. Die Feder 54 und der
Zylinder 52 sind in einem hülsenartigen Rohr 56 angeordnet,
welches an der Ringkonstruktion 36 befestigt ist,
-Das radial äußere r„nde des Rohres 56 befindet sich
innerhalb der· jvühlmittelkammer 42 der Ringkonstruktion 36.
Das Kühlmittel gelangt durcn eine Einlaßöffnung 57 am
äußeren Ende des Rohres 56 in dieses hinein, oodann strömt das Kühlmittel durch die Feder 54 hindurch in den Zylinder
hinein. Dort wird das kühlmittel durch die Öffnungen 51 im
radial inneren Lnde des Zylinders ^2 hinausgedrücktc Das
auf den Wärmeschild 46 auftreffende Kühlmittel strömt über diesen hinweg und gelangt an den stirnseitigen Rändern der
Rin.rsegmente 37 durch eine Vielzahl von öffnungen 58 in
den Treibnittelkanal, welche in Umfangsrichtung zwischen
den Ringsegir.enten 37 und den diesen tragenden benachbarten Kopfbandsepnenten 35 angeordnet sind.
Das in den ireibmittelkanal strömende Kühlmittel erzeugt
einen Differenzdruck zwischen dem Treibmittelkana]
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ORIGINAL INSPECTED
und den Kühlmittel-Strömungswegen, Diese Druckdifferenz verhindert, daß heißes Treibmittel in die Ringsegment-Kühlanordung
44 oder die Ringkonstruktion 36 hinein gelangt.
Die den Zylinder 52 und den Wärmeschild 36 gegen das Ringsegment 37 und dieses gegen die Deckbandsegmente 35
drängende Feder 54 ermöglicht eine Wärmedehnung des betreffenden
Ringsegments 37 und des zugehörigen Wärmeschildes 46 in radialer Richtung, Axiale Wärmedehnungen
sind ebenfalls möglich, da sich die stirnseitigen Lippenbereiche 37A der Ringsegmente 37 und die Lippen 35A der
benachbarten Deckbandsegmente 35 überlappen.
Die Deckbandsegmente 35 werden durch einen unter Druck stehenden Kühlmittelstrom gekühlt, der durch eine
Vielzahl von in der Ringkonstruktion 36 angeordneten öffnungen 59 eintritt, wie in Fig. 2 dargestellt. Das
Kühlmittel strömt aus der innerhalb der Ringkonstruktion befindlichen Kühlmittelkammer 42 in die öffnungen 59 hinein
und gelangt dann zum ersten Leitschaufelkranz 24.
Das in die weiter stromab angeordneten öffnungen 59'
eintretende Kühlmittel kühlt die Leitschaufelkränze 26 und 28, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Das Kühlmittel trifft auf
eine Platte 60 auf, welche es zu den stirnseitigen Bereichen
- 8 409886/0909
der Deckbandsegmente 35 hin umlenkt. Diese Bereiche befinden sich in der Nähe der die Ringsegmente 37 tragenden Teile,
Die Kühlwirkung verringert die Wärmedehnung der Deckbandsegmente, der Schaufelkränze und der tragenden Konstruktion und ermöglicht den Bau einer Turbine mit größerer
Genauigkeit und mit zufriedenstellender Metallkriechfestigkeit aus einfacherem, weniger wärmebeständigem und billigerem
Metall.
Anhand der obigen Beschreibung bieten sich dem Fachmann zahlreiche Abwandlungsmöglichkeiten an. Beispielsweise
können die Ringsegmente durch eine andere Federanordnung unter Druck gesetzt sein, Das Kühlmittel kann durch mehrere
von der Kühlluftkammer, ausgehende Rohre ausströmen und der Wärmeschild kann zahlreiche Abwandlungen erfahren.
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Claims (1)
- Patentansprüche1/ Turbine rait heißem, elastischem Treibmittel, mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Rotor mit einer Anzahl von jeweils einen Laufschaufelkranz tragenden Laufradscheiben, weiter mit jeweils zwischen den Laufradscheiben angeordneten Leitschaufelkränzen, die jeweils einen Fußbandring und einen Deckbandring aufweisen, ferner mit einer die Schaufelkränze umgebenden Ringkonstruktion und mit Mitteln zur Beaufschlagung der Leitschaufeln mit Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkonstruktion (36) eine Vielzahl von radial innerhalb derselben angeordneten, die Laufschaufeln eng umgebenden isolierten Ringsegmenten (37) trägt, welche von rohrförmigen, durch die Ringkonstruktion hindurchragenden Pedermitteln (52, 51O federnd in ihrer Lage gehalten werden und sowohl radiale als auch axiale Dehnungsmöglichkeit besitzen, und daß die Federmittel einen durch die Ringkonstruktion hindurch zu den Ringsegmenten führenden Kühlluftkanal bilden.2, Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringeegmente (37) jeweils an ihrer radial außen liegenden Seite einen mit Abstand vom betreffenden Ring-- 10 -409886/0909• /11-segment angeordneten Warmestrahlungsschild (46) tragen,3. Turbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pedermittel jeweils aus einem von der Ringkonstruktion (36) gehaltenen, etwa radial verlaufenden Rohr.(56), einem darin verschieblichen Kolben (52) und einer diesen Kolben bezüglich der Turbinenachse radial einwärts gegen das jeweils betreffende Ringsegment (37) drängenden Feder (54) bestehen,4. Turbine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet,daß die genannten Ringsegmente (37) von Deckbandsegmenten (35) der Leitschaufelkränze (24, 26, 28) getragen werden, die jeweils mit Ansätzen (35A) versehen sind, auf denen lippenartige Ansätze (37A) der Ringsegmente verschieblieh aufliegen,5. Turbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze der Deckbandsegmente (35) eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen (58) zum Austritt des verbrauchten Kühlmittels aufweisen.- 11 409886/0909ti. .tLeerseite
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