DE2836539C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein gekühltes Heißgasgehäuse für Gasturbinen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Aus DE-AS-20 12 949 ist eine Brennkammerwand, insbesondere für Gasturbinentriebwerke bekanntgeworden, welche aufga­ bengemäß die Kühlung eben dieser Brennkammerwand zum In­ halt hat, wobei die auftretenden Wärmespannungen durch eine konstruktiv einfache Ausgestaltung vermieden werden sollen. Im wesentlichen wird diese Aufgabe dadurch ge­ löst, dass zwischen dem Heißgasgehäuse und einer dieses umgrenzenden Außenschale ein Kuhlluftkanal vorgesehen ist. Im Kühlluftkanal selbst sind Einsätze vorgesehen, welche sich in Umfangsrichtung des Heißgasgehäuses er­ strecken, und welche dafür sorgen, dass die in axialer Richtung in den Kühlluftkanal strömende Kühlluft um das Heißgasgehäuse herumgeleitet wird. Zwar wirkt die vorge­ schlagene Lösung gegen Wärmespannungen, eine solche Küh­ lung die allein durch einen axialen Film der zu kühlenden Fläche zustande kommt, benötigt aber große Energiemen­ gen, insbesondere wenn es sich, wie vorliegend der Fall ist, um die Kühlung sehr heißer Aggregate handelt. Geht es überdies um Gasturbinentriebwerke, die mit einem Brennstoff niedrigen Heizwertes betrieben werden, so sind hierfür große Brennkammern notwendig, die die dafür benötigten Energiemengen an Kühlleistung noch weiter er­ höhen, so daß, unabhängig woher die Kühlleistung stammt, mit Wirkungsgradverluste der Anlage gerechnet werden muß.

Aus DE-OS-23 39 366 ist eine Brennkammer einer Gasturbine bekannt geworden, bei welcher die Kühlung der dünnwandi­ gen Innenwand, die aus einer Anzahl in axialer Richtung der Brennkammer sich erstreckenden Schirmbleche besteht, sektorweise vorgenommen wird, aber immer so, daß die einzelnen Schirmbleche mit einer ummantelnden Kühlluft- Strömung bestrichen werden. Die herangeführte Kühlluft trifft durch die axial und in einer Ebene angeordneten Öffnungen in der Außenwand auf diese Schirmbleche auf und strömt dann, nach Ummantelung der ganzen Breite eines jeden Schirmbleches, durch axiale Spalte zwischen den einzelnen Leitblechen ins Innere der Brennkammer. Eine solche Auslegung ist wiederum im wesentlichen eine Küh­ lung mittels eines umströmenden Filmes entlang der zu kühlenden Fläche. Eine Kühlung einer Brennkammer, bei welcher das Heißgas vor Eintritt in die Turbine seine Strömungsrichtung ändern muß, läßt sich mit diesem Vor­ schlag bei begrenzter zur Verfügung stehender Kühlluft nicht erzielen. Der linienförmige Aufprall der Kühlluft auf die Schirmbleche entfaltet des weiteren keine nen­ nenswerte Wirkung, abgesehen davon, daß die hier vorge­ schlagene konstruktive Lösung der Schirmbleche im Bereich einer Umlenkung mit einer vernünftigen Aufwand nicht machbar wäre.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gekühlten Heißgasgehäuse für Gasturbinen der eingangs genannten Art, mittels eines begrenzten Bedarfs an Kühlluft eine maximierte Kühlung im Bereich von Umlenkungen des Brenn­ kammerstromes zu erzielen.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se­ hen, daß die zu kühlenden Bereiche, wo die thermischen Belastungen extrem hoch sind, einer kombinierten Prall­ und Filmkühlung unterzogen werden, welche bei begrenztem Bedarf an Kühlluft einen maximierten Kühleffekt ergibt. Dadurch, daß der Bedarf an Kühlluft begrenzt gehalten wird, kann der Prozeß in der Gasturbine wirtschaftlich geführt werden. Dabei ist hervorzuheben, daß der aus dem Verdichter abgezweigte Kühlluftmenge denjenigen Teil ist, der durch die Mischluftdüsen in die Brennkammer strömen­ den Mischluftstrom darstellt, womit der Verbrennung der Brennkammer kein wirkungsgradschädigender Luftanteil ent­ zogen wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die besonders thermisch belasteten Bereiche integral gleichmäßig gekühlt werden: Der Temperaturprofil der Heißgasströmung in die Turbine erfährt dadurch keine Ungleichmäßigkeit, was sich auf den Wirkungsgrad der Gasturbine positiv auswirkt.

Eine vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildung der er­ findungsgemässen Aufgabenlösung ist im abhängigen An­ spruch gekennzeichnet.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung Ausführungsbei­ spiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmit­ telbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strömungsrichtung des Me­ diums ist mit Pfeilen angegeben. In den verschiedenen Fi­ guren sind jeweils gleiche Elemente mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine erfindungs­ gemäße Anordnung mit Heißgasgehäuse und Außenschale,

Fig. 2 eine Variante des Details gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Variante gemäß Fig. 1 mit Trennung der Film- und Prallkühlung,

Fig. 4 ein Detail der Kühlluftverteiler.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Gemäß Fig. 1 ist mit 1 ein Gasturbinengehäuse bezeichnet, in welchem auf einer gemeinsamen Welle 2 ein Verdichter 3 und eine Turbine 4 angeordnet sind. Von einer auf das Turbinengehäuse 1 aufgesetzten Brennkammer 5 besorgt ein Heißgasgehäuse 6 die Verbindung mit dem Turbineneintritt 7. Die Heißgase gelangen in Pfeilrichtung in die Turbine 4. Zwischen Verdichter 3 und Brennkammer 5 ist ein vom Turbinengehäuse 1 umschlossener Zwischenraum 8 vorgese­ hen. Das Heißgasgehäuse 6 ist von einer Außenschale 9 im Abstand dazu so umschlossen, daß zwischen dem Heißgasgehäuse 6 und der Außenschale 9 ein Kühlluftka­ nal 10 gebildet wird. Die Außenschale 9 ist mit Kühl­ lufteintrittsöffnungen 11 versehen. Vom Verdichter 3 ge­ langt komprimierte Luft durch einen Luftkanal 12 in den Zwischenraum 8, von wo ein Teil der komprimierten Luft als Primärluft über einen Verbrennungslufteintritt 13 in den Brennraum 14 der Brennkammer 5 gelangt, während ein weiterer Teil der komprimierten Luft als Kühlluft durch die Kühllufteintrittsöffnuggen 11 in den Kühlluftkanal 10 strömt. Dabei wird die Außenoberfläche des Heißgasge­ häuses 6 umströmt und abgekühlt. Die Kühlluft strömt dann zu Mischluftdüsen 15 ab, durch welche sie als Sekundär­ luft dem Heißgas im Brennraum 14 beigemischt wird. Das Heißgas gelangt durch den Turbineneintritt 7 in die Tur­ bine 4, expandiert darin und verläßt sie durch einen Ab­ gasstutzen 16.

Um eine Störung der Kühlluftstrahlung durch die abströ­ mende Luft zu verringern, können, wie in Fig. 2 darge­ stellt, in die Kühllufteintrittsöffnungen 11 der Außen­ schale 9 Kühlluftführungen 18 eingesetzt werden, welche bis dicht an die Außenoberfläche des Heißgasgehäuses 6 heranreichen. Durch diese Anordnung entsteht zwischen den einzelnen Kühlluftführungen 18 ein ausreichender Raum, um die Kühlluft nach dem Kühlen des Heißgasgehäuses 6 unge­ hindert abströmen zu lassen, ohne die Prallkühlung zu be­ einflussen.

Um eine effektivere Trennung der in den Kanal 10 einströ­ menden von der abströmenden Luft zu erzielen, werden, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, in der Außenschale 9 Kühlluftröhrchen 21 angeordnet, welche in eine oben abge­ schlossene und mit über die Oberfläche verteilten Öffnun­ gen 24 versehene, erweiterte Kammer 22 übergehen. Durch die Kühlluftröhrchen 21 strömt die Kühlluft in die Kammer 22 ein und wird durch die Öffnungen an deren Oberfläche, welche dicht an der Außenoberfläche des Heißgasgehäuses 6 angeordnet ist, an diese geblasen. Da zwischen den Kühlluftröhrchen 21 und damit hinter den Kammern 22 je­ weils entsprechende Zwischenräume 23 vorgesehen sind, kann die abströmende Kühlluft in diesen Zwischenräumen 23 abströmen und von dort dem Brennraum 14 zugeleitet wer­ den.

Claims (2)

1. Gekühltes Heißgasgehäuse für Gasturbinen mit zwi­ schen Turbine und Verdichter angeordneter Brennkam­ mer, wobei das Heißgasgehäuse der Brennkammer mit einer Außenschale ummantelt ist, welche im Bereich des zu kühlenden Heißgasgehäuses Kühllufteintritts­ öffnungen aufweist, die so ausgerichtet sind, daß die vom Verdichter kommende komprimierte Luft radial auf das Heißgasgehäuse auftritt und axial entlang des Heißgasgehäuses abströmt, dadurch gekennzeich­ net,

• - daß im Bereich einer Umlenkung des Brennkammerstro­ mes zur Turbine (4) ein Teil der Verdichterluft auf das Heißgasgehäuse (6) auftrifft,
• - daß dieser Teil Verdichterluft durch stromauf der Umlenkung plazierte Mischluftdüsen (15) in die Brennkammer (5) einströmt und
• - daß dieser Teil Verdichterluft den gesamten durch die Mischluftdüsen (15) strömenden Mischluftstrom darstellt.

2. Gekühltes Heißgasgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kühllufteintrittsöffnun­ gen (11) stromaufrichtende Kühlluftführungen (18) eingesetzt sind.