DE2442638C2 - Kühleinrichtung für eine Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für die Turbinen-Leitschaufeln von insbesondere mit Schweröl betriebenen Gasturbinenanlagen, 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 Leitschaufeln und über Austrittsöffnungen an den Leitschaufeln in den Strömungskanal der Gasturbine gelangt so daß die Außenwandungen der Leitschaufeln mit einem Schutzschleier des Kühlmittels gegenüber dem heißen Arbeitsgas abgeschirmt sind.

Eine derartige Kühleinrichtung ist bekannt aus der US-PS 33 88 888. Durch Ablagerungen von Rückständen an der Turbinenbeschauflung kann es zu betrieblichen Störungen kommen. Bei Verkrustungen der Strömungswege bedeutet 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 ist bekannt aus der DE-AS 10 32 468.

Diese Methode verlangt größte Sorgfalt und birgt 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 Verkru-

stung von den Grundmaterialien abplatzt Aber auch dieses Reinigungsverfahren führt nur bei relativ großflächigen, glatten Teilen der Gasturbinenlage zum Erfolg. Zum Beispiel können bei mit Schweröl betriebenen Gasturbinen mit Luftkühlung der Schaufeln, die feinen Austrittslöcher an der Schaufelaberfläche leicht verstopft werden.

Diese Erscheinungen treten zwar kaum im Dauerbetrieb auf, aber während 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 Schaufeloberfläche teigig oder gar fest Trotz der dauernden Strömung an den Austrittslöchern der 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 Kühlmitteldurchfluß 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 Gasturbine mindestens eine Zuleitung hineinragt die mit einem Druckspeicher oder einem Hochdruckgebläse verbunden ist und an deren Ende im Ringraum eine Ejektordüse angeordnet ist, die auf die Eintrittsöffnung der hohlen Leitschaufeln gerichtet ist.

Diese Einrichtung erlaubt während des Anfahrens oder des Waschens der Gasturbinenanlage einen größeren Kühlmittelstrom durch die Austrittslöcher an der Schaufel in den Strömungskanal zu fördern, wobei die Ejektordüse eine Druckerhöhung im Kühlkanal der hohlen Leitschaufel bewirkt. Damit werden einerseits die an die Austrittsöffnung gelingenden Rückstände vom Massenstrom mitgerissen und bereits in der Öffnung 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

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die Gasturbinenanlage in schematischer Darstellung,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Gehäuses und des Strömungskanals in größerem Maßstab.

Für einander entsprechende Teil sind in den beiden

Figuren gleiche Bezugszeichen eingesetzt

Die Gasturbinenanlage besteht wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, aus dem Brennluftverdichter

I und der Turbine 2, die in einem gemeinsamen Gehäuse 3 und auf einer gemeinsamen Welle 4 angeordnet sind. Im Gehäuse 3 sind die Leitschaufeltrsger 5 und 5' eingesetzt Die Luft gelangt Ober die Ansaugstutzen 6 in den Strömungskanal 7 des Verdichters 1. An zwei Stellen sind Entnahmen 8 vorgesheen, die in Ringräurne 9 münden. Aus den Ringräumen 9 wird die Luft über nicht dargeE*.eilte 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 Leitschaufelträgers 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 T der Turbine 2 und tritt nach dessen Durchstrcmung über den Abgasdiffusor 12 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 (F i g. 2) ausgerüstet ist. Die Zuleitung 15 ist mit einem Speicher 16 verbunden und weist ein Absperrorgan 17 auf, welches fernsteuerbar ist.

In F i g. 2 ist ein Ausschnitt gemäß dem Schnitt nach F i g. 1 in größerem Maßstab wiedergegeben. Im Ringraum 10 des Gehäuses 3 sind die Heißgasgehäuse

II für das Treibgas angeordnet. Am Leitschaufelträger 5' sind in Nuten die Leitschaufeln 19 eingesetzt, die zusammen mit den Laufschaufeln 20 den Strömungskanal T der Turbine 2 bilden.

Die Leitschaufeln 19 sind mit Kühlkanälen 21 versehen, die einen Eintritt am Schaufelfuß 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 T aus und bildet dadurch einen Schleier, der das Schaufelblatt \or 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 ölreste unterschritten wird Mit fortschreitendem Betrieb kann es aber vorkommen, daß solche Ölreste 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 19 eingeblasen. Durch die Ejektordüse 18, die unmittelbar vor dem Eintritt des Kühlkanals 21 ο. 2Γ an der Leitschaufel 19 bzw. des Leitschaufelträgers 5' 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 ölrückstände oder andere Verunreinigungen vom austretenden Massenstrom in den Strömungskanal T abgeblasen.

Anstatt des Speichers 16 kann auch ein Gebläse die zusätzliche Luftmenge liefern, wobei es vorteilhaft

^J0 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, so daß bei genügender Feuchte gleichzeitig ein Waschvorgang an der Turbine durchführbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kühleinrichtung für die Turbinen-Leitschaufeln von insbesondere mit Schweröl betriebenen Gasturbinenanlagen, deren Gehäuse mit Führungen für das Kühlmittel ausgerüstet ist wobei an dem im Gehäuse befestigten Leitschaufelträger Ringräusne vorgesehen sind, von denen das Kühlmittel in die Kühlkanäle der hohlen Leitschaufeln und über Austrittsöffnungen an den Leitschaufeln in den Strömungskanal der Gasturbine gelangt so daß die Außenwandungen der Leitschaufeln mit einem Schutzschleier des Kühlmittels gegenüber dem heißen Arbeitsgas abgeschirmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringraüm (10) im Gehäuse (3) der Gasturbine (2) mindestens eine Zuleitung (15) hineinragt die mit einem Druckspeicher (16) oder einem Hochdruckgebläse verbunden ist und an deren Ende im Ringraum (10) eine Ejektordüse (18) angeordnet ist die auf die Eintrittsöffnung des Kühlkanals (21) der hohlen Leitschaufel (19) gerichtet ist

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

3. Kühleinrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Speicher (16) ein Dampfspeicher ist

4. Kühleinrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß der Speicher (16) mit Druckluftentnahmestellen (8) des Verdichters (1) der Gasturbinenanlage verbunden ist