DE2442638A1

DE2442638A1 - Kuehleinrichtung fuer eine gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE2442638A1
Application number: DE2442638A
Authority: DE
Inventors: Jenny Burket; Wilhelm Dr Endres
Original assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Current assignee: Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1974-09-06
Publication date: 1976-01-15
Also published as: IT1039402B; SE7507181L; GB1493008A; JPS5119224A; FR2276465A1; CH572577A5; FR2276465B3; JPS5838617B2; SE395177B; DE2442638C2

Description

BST 072 ES/sw

Brown Boveri Sulzer Turbomaschinen AG, Zürich

Kühleinrichtung für eine Gasturbinenanlage

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Gasturbinenanlagen, bestehend aus einem Verdichter und einer Gasturbine, insbesondere einer mit Schweröl betriebenen Gasturbine, deren Gehäuse mit Führungen für das Kühlmittel ausgerüstet ist, wobei an dem im Gehäuse befestigten Leitschaufelträger Ringräume vorgesehen sind, von denen das Kühlmittel in die Kühlkanäle der hohlen Leit- und Laufschaufeln und über Austrittsöffnungen an den Schaufeln in den Strömungskanal der Gasturbine gelangt, so dass die Aussenwandungen der Schaufeln mit einem Schutzschleier des Kühlmittels gegenüber dem heissen Arbeitsgas abgeschirmt sind.

Der Betrieb von Gasturbinenanlagen wird durch Ablagerungen von Rückständen an den Schaufeln ernstlich gestört. Bei Verkrustung der Strömungswege be-

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deutet dies nicht nur einen schädigenden Einfluss auf das Material, sondern auch eine Herabsetzung des Wirkungsgrades.

Die Entfernung solcher Ablagerungen durch sog. Auswaschen der löslichen Salze oder durch dem Strömungsmittel beigemischte Schleifstoffe ist hinlänglich bekannt. Diese Methoden verlangen grösste Sorgfalt und bergen trotzdem die Gefahr, dass einzelne Stellen der durch Verkrustung oder Ablagerung befallenen Maschinenteile nicht erreicht werden können.

Man hat zwar nachfolgend versucht, mittels Einspritzen bestimmter Flüssigkeitsmengen in den Strömungskanal eine plötzliche Abkühlung der verkrusteten Oberflächenzone der Ablagerungen zu bewirken, so dass durch die auftretenden Wärmespannungen die Verkrustung von den Grundmaterialien ab·* platzt. Aber auch dieses Reinigungsverfahren führt nur bei relativ grossflächigen, glatten Teilen der Gasturbinenanlage zum Erfolg. Z.B. können bei mit Schweröl betriebenen Gasturbinen mit Luftkühlung der Schaufeln, die feinen Austrittslöcher an der Schaufel oberfläche leicht verstopft werden.

Diese Erscheinungen treten zwar kaum im Dauerbetrieb auf, aber wahrend des Anfahrens kann unverbrannter Brennstoff oder teerartiger Rückstand in den Strömungskanal gelangen. Aufgrund der im Vergleich zur Temperatur des Arbeitsmittels relativ niedrigen Temperatur der Schaufeln werden die Rückstände bei Berührung mit der Schaufel oberfläche teigig oder gar fest. Trotz der dauernden Strömung an den Austrittslöchern der

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Schaufeln kann es während des Betriebes zu einem Zusetzen derselben kommen. Diese Erscheinung wird teilweise durch das Waschen der Gasturbine noch gefördert. Durch die verlangsamte Strömungsgeschwindigkeit, aber auch die niedrige Drehzahl beim Waschen können dann teilweise gelöste Stoffe oder Schmutzwasser in die Austrittslöcher eindringen und an diesen erneut oder noch stärker den freien Querschnitt verkleinern. Beim nachfolgenden Hochfahren der Maschine verkoken dann die Ablagerungen in den Austrittslöchern, so dass der bereits verminderte Kühl mittel durchfluss noch weiter herabgesetzt oder sogar verhindert wird.

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein, deren Aufgabe in der Schaffung einer Einrichtung zur Verhinderung des Zusetzens der.Austrittslöcher an Schaufeln zum Strömungskanal einer Gasturbine während des Anfahrens oder Waschens zu sehen ist.

Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Ringraum im Gehäuse der Turbine mindestens eine Zuleitung hineinragt, die mit einem Speicher oder Gebläse verbunden ist und an deren Ende im Ringraum eine Ejektordüse angeordnet ist, deren Austritt an den Kühlkanal der hohlen Leitschaufel direkt anschliesst.

Diese Einrichtung erlaubt während des Anfahrens oder des Waschens der Gasturbinenanlage einen grösseren Kühlmittel strom durch die Austrittslöcher an der Schaufel in den Strömungskanal zu fördern, wobei die Ejektordüse eine Druckerhöhung im Kühlkanal der hohlen Leitschaufel bewirkt. Damit

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werden einerseits die an die Austrittsöffnung gelangenden Rückstände vom Massenstrom mitgerissen und bereits in der Oeffnung angelegte Ablagerung leichter ausgeblasen.

Sobald der Anfahr- oder Reinigungsvorgang abgeschlossen ist, wird die Einrichtung ausser Kraft gesetzt, d.h. der Speicher abgesperrt oder das Hochdruckgebläse stillgesetzt.

Ferner ist bei einer anderen Ausführungsform vorteilhaft, dass in der Zuleitung des Kühlmittels vom Speicher oder Gebläse ein fernsteuerbares Absperrorgan eingesetzt ist und dass der Druck des Kühlmittels im Speicher höher ist als jener der vom Brennluftverdichter in den Ringraum geförderten Luft.

Nachfolgend wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, aus der. zusammen mit der Beschreibung weitere Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Gasturbinenanlage in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Gehäuses und des Strömungskanals in grösserem Massstab.

Für einander entsprechende Teile sind in den beiden Figuren gleiche Be-

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zugszeichen eingesetzt.

Die Gasturbinenanlage besteht wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, aus dem Brennluftverdichter 1 und der Turbine 2, die in einem gemeinsamen Gehäuse 3 und auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet sind. Im Gehäuse 3 sind die Leitschaufel träger 5 und 5' eingesetzt. Die Luft gelangt über die Ansaugstutzen 6 in den Strömungskanal 7 des Verdichters 1. An zwei · · Stellen sind Entnahmen 8 vorgesehen, die in Ringräume 9 münden. Aus den Ringräumen 9 wird die Luft über nicht dargestellte Leitungen an die Turbine 2 geführt, wo sie Teile der Welle 4 und Schaufeln 19, 20 kühlt. Die Hochdruckluft wird in den Ringraum 10 am turbinenseitigen Ende des Gehäuses gefördert, wo sie einerseits zur Kühlung des Leitschaufel trägers 5' und der Welle 4 und Laufschaufeln 20 der Turbine 2 dient und andererseits in die nicht gezeigte Brennkammer abströmt. Von der Brennkammer gelangt das heisse Gas über das Heissgasgehäuse 11 in den Strömungskanal 7¹ der Turbine 2 und tritt nach dessen Durchströmung über den Abgasdiffusor aus.

Die Welle 4 ist an den Lagern 13 abgestützt, während das Gehäuse 3 am Fundament 14 aufruht. In den Ringraum 10 der Turbine 2 ragt eine Zuleitung 15, deren Ende mit einer Ejektordüse 18 (Fig. 2) ausgerüstet ist. Die Zuleitung 15 ist mit einem Speicher 16 verbunden und weist ein Absperrorgan 17 auf, welches fernsteuerbar ist.

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In Fig. 2 ist ein Ausschnitt gemäss dem Schnitt nach Fig. 1 in grösserem Massstab wiedergegeben. Im Ringraum 10 des Gehäuses 3 sind die Heissgasgehäuse Π für das Treibgas angeordnet. Am Leitschaufelträger 5' sind in Nuten die Leitschaufeln 19 eingesetzt, die zusammen mit den Leitschaufeln 20 den Strömungskanal 7¹ der.Turbine 2 bilden.

Die Leitschaufeln 19 sind mit Kühlkanälen 21 versehen, die einen Eintritt am Schaufel fuss haben und an den Austrittslöchern 22 am Schaufelblatt münden. Die normale, aus dem Ringraum 10 in die Kühlkanäle 20 gelangende Luft tritt über die Austrittslöcher 22 in den Strömungskanal 7' aus .und bildet dadurch einen Schleier, der das Schaufelblatt vor einer direkten Berührung mit dem heissen Treibgas schützt.

Beim Anfahren können unverbrannte oder unvollständig verbrannte Teilchen des Schweröles bzw. des Brennstoffes vom Treibgas mitgeführt werden. Diese Teilchen können an der Oberfläche der Schaufeln- 19, 20 auftreffen und haften bleiben, da diese eine niedrigere Temperatur aufweisen als das Treibgas selbst und teilweise der Stockpunkt der Oelreste unterschritten wird. Mit fortschreitenden Betrieb kann es aber vorkommen, dass solche Oelreste in die Austrittslöcher 22 gelangen und diese entweder gänzlich verstopfen oder deren Querschnitt stark verkleinern. Diese Erscheinung wird nunmehr durch die beschriebene Einrichtung verhindert, denn im Teillastbetrieb wird die zusätzliche Kühlluft über die Zuleitung 15 aus dem Speicher 16 (siehe Fig. 1) in den Kühlkanal 21 der Leitschaufel

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19 eingeblasen. Durch die Ejektord'üse 18, die unmittelbar vor dem Eintritt des Kühlkanals 21 t>. 21' an der Leitschaufel 19 bzw. des Leitschaufel· trägers 5¹ angeordnet ist, kommt es einerseits zu einer grösseren, durch den Kühlkanal 21 und die Austrittslöcher 22 geförderte Luftmenge, und gleichzeitig zu einer Anhebung des Druckes. Aufgrund dieser Tatsache werden an die Austrittslöcher 22 gelangende OeIrückstände oder andere Verunreinigungen vom austretenden Massenstrom in den Strömungskanal 7' abgeblasen.

Anstatt des Speichers 16 kann auch ein Gebläse die zusätzliche Luftmenge liefern, wobei es vorteilhaft erscheint, dass der Druck höher als derjenige der durch den Brennluftverdichter 1 in den Ringräumen 9 und 10 angelieferten Luft ist. Darüber hinaus kann bei einem Hochdruckgebläse anstatt des Speichers 16 auch das in der Zuleitung 15 angeordnete Absperrorgan entfallen, da die automatische Anlieferung erst bei Betrieb des Hochdruckgebläses erfolgt.

Anstatt Hochdruckluft könnte aber auch Dampf über die Zuleitung 15 in die Kühlkanäle 21 eingebracht werden, sodass bei genügender Feuchte gleichzeitig ein Waschvorgang an der Turbine durchführbar ist.

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Claims

*+ Z O O O BST 072 Patentansprüche:

1. Kühleinrichtung für Gasturbinenanlagen, bestehend aus einem Verdichter und einer Gasturbine, insbesondere einer mit Schweröl betriebenen Gasturbine, deren Gehäuse mit Führungen für das Kühlmittel ausgerüstet ist, wobei an dem im Gehäuse befestigten Leitschaufelträger Ringräume vorgesehen sind, von denen das Kühlmittel in die Kühlkanäle der hohlen Leit- und Laufschaufeln und über Austrittsöffnungen an den Schaufeln in den Strömungskanal der Gasturbine gelangt, so dass die Aussenwandungen der Schaufeln mit einem Schutzschleier des Kühlmittels gegenüber dem heissen Arbeitsgas abgeschirmt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ringraum (10) im Gehäuse (3) der Turbine (2) mindestens eine Zuleitung (15) hineinragt, die mit einem Speicher (16) oder einem Hochdruckgebläse verbunden ist und an deren Ende im Ringraum (10) eine Ejektordüse (18) angeordnet ist, deren Austritt an den Kühlkanal (21) der hohlen Leitschaufel (19) direkt anschliesst.

2. Kühleinrichtung für Gasturbinenanlagen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (15) des Kühlmittels nach dem Speicher (16) ein fernsteuerbares Absperrorgan (17) eingesetzt ist.

3. Kühleinrichtung für Gasturbinenanlagen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (16) ein Dampfspeicher ist.

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4. Kühleinrichtung für Gasturbinenanlagen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (16) mit den Entnahmen (8) des Verdichters (1) verbunden ist.

BROWN BOVERI SULZER TURBOMASCHINEN AG

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