DE574138C - Dampf- oder Gasturbine fuer unter hoher Temperatur befindliches Treibmittel - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
10. APRIL 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 14 c GRUPPE 10

Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. März 1930 ab

Die neuzeitliche Dampfturbinentechnik verlangt hohe Drücke und Temperaturen des Treibmittels, damit in Turbinen von kleinem Umfange hohe Leistungen erzielt werden können. In bezug auf Gasturbinen ist die Forderung auf hohe Temperaturen des Treibmittels besonders aus dem Grunde vorherrschend, damit das unter Druck befindliche Treibmittel in einer für die Turbine zweckmäßigen Weise ausgenutzt, werden kann. Im allgemeinen hat hierbei die Gasturbine selbst die als Treibmittel zu verwendende verdichtete Luftmenge hervorzubringen. Der Energieinhalt des Treibmittels hängt sowohl von seinem Druck als auch von seinem Wärmeinhalt ab. Der auf einen bestimmten Druck verdichteten Luft kann somit durch Erwärmung Energiemenge zugeführt werden, und zwar desto mehr, je höher die Luftmenge erwärmt wird. Es ist zweckmäßig, das Treibmittel auf die mit Rücksicht auf die zur Turbine gehörigen Bauteile zulässige Temperatur zu erwärmen. Der bisher zur Herstellung von Dampf- oder Gasturbinen verwendete Baustoff ist nicht so wärmebeständig, daß er die neuerdings angestrebten hohen Temperaturen verträgt. Gegen höhere Temperaturen beständiger Baustoff ist bereits bekannt, doch kann dieser nicht so bearbeitet und behandelt werden, daß haltbare Bauteile für Turbinen daraus hergestellt werden können.

Es ist im Turbinenbau bereits bekannt, Bauteile, die durch besonders hohe Temperaturen gefährdet sind, durch Einlagen oder Überzüge a'us schlechten Wärmeleitern, z. B. Asbest oder Kieselgur, zu schützen. Die Erfindung geht einen anderen Weg. Sie bezweckt insbesondere ein einen radial beaufschlagten Schaufelteil tragendes Turbinenrad gegen die innerhalb der Turbine auftretenden schädlichen Temperatureinflüsse zu schützen und erreicht dies dadurch, daß das Turbinenrad mit einer frei ausdehnbar angebrachten Vorrichtung versehen ist, welche den radial beaufschlagten Schaufelteil trägt, das Turbinenrad schützt und die mit dieser zusammenhängenden Teile vor dem Einfluß der Hitze bewahrt.

Wollte man in der an sich bekannten Weise vorgehen und ein radial beaufschlagte Schaufeiringe tragendes Turbinenrad gegen Temperatureinflüsse etwa dadurch schützen; daß man das Rad mit einem Überzug aus Wärmeschutzmitteln versieht, so könnte dieser Weg deshalb nicht zum Erfolge führen, weil ja die für den Wärmeschutz in Frage kommenden Werkstoffe, z. B. Asbest oder Kieselgur, ungeeignet wären, die radial beaufschlagten Schaufelringe zu tragen. Diese müßten viel-■ mehr nach wie vor mit dem Turbinenrad verbunden sein, so daß durch Wärmefluß die hohe Temperatur trotz der Bekleidung des Rades ohne weiteres auf das Turbinenrad übergehen könnte.

Die Erfindung vermeidet diesen Mangel, weil die frei ausdehnbar angebrachte Vorrichtung, die aus hitzebeständigem Baustoff besteht, die radial beaufschlagten Schaufeln

*) Von dem Patentsucher .ist als der Erfinder angegeben worden:

AIf Lysholm in Stockholm.

selbst trägt, andererseits aber gegenüber dem Turbinenrad frei ausdehnbar angeordnet ist, wobei zur weiteren Isolierung des Turbinenrades von der Schutzvorrichtung zwischen diesen beiden Teilen ein freier Raum angeordnet ist.

Weitere die Erfindung kennzeichnende Merkmale werden an Hand der Zeichnungen , nachstehend näher erläutert. to Es zeigt

Abb. ι einen Längsschnitt durch eine Turbine nach der Erfindung,

Abb. 2 einen Schnitt durch die Turbine nach der Linie A-A in Abb. i, Abb. 3 eine Abänderung der in Abb. 1 dargestellten Ausführungsform.

In Abb. ι bezeichnet 1 eine freihängend angebrachte, radial beaufschlagte Beschaufelung, der durch die Anlaßleitung 2 Dampf zugeao führt wird, um vom zentralen Raum 3 in radialer Richtung die Beschaufelung zum Auslaß 4 zu durchströmen und von dort durch die Auslaßleitung 5 aus der Turbine ausgelassen zu werden.

as In der radial beaufschlagten' Beschaufelung ι dreht sich jeder zweite Schaufelring, und diese Schaufelringe sind an einem Turbinenrad 6, das mittels Bolzen 7 in bekannter Weise an einer Welle 8 befestigt ist, angelenkt. Die Welle 8 gehört zu einer getriebenen Maschine, z. B. einem elektrischen Stromerzeuger 9, und ist in einem Lager 12 gelagert, das in dem diesen Stromerzeuger 9 umgebenden Gehäuse 10 angeordnet ist. Das Turbinenrad 6 ist mit einem Wellenzapfen 13 versehen oder mit einem solchen in einem Stück hergestellt, der in einem Lager 15 gelagert ist, das in dem die Beschaufelung 1 umgebenden Turbinengehäuse 14 vorgesehen ist. Das Turbinengehäuse 14 ist mit doppelten Wänden versehen, zwischen denen ein Kanal

16 gebildet ist, in dem zwecks Kühlung des Turbinengehäuses Wasser umläuft.

Um jedoch zu verhindern, daß das unter hoher Temperatur befindliche Treibmittel mit denjenigen Teilen der Turbine, z. B. mit dem Turbinenrad 6 und dem Turbinenmantel 14, in Berührung kommt, die nicht aus wärmebeständigem Baustoff hergestellt sind, werden diese Teile mit einer schützenden Bekleidung aus wärmebeständigem Baustoff versehen. Somit ist das Turbinenrad 6 mit einer Scheibe

17 aus wärmebeständigem Baustoff bekleidet, die mittels Bolzen 18 an dem Rad befestigt ist. Ferner ist die Anlaßleitung 2 und die Wände des zentralen Raums 3 in der Turbine mit schützenden Bekleidungen 20 und 19 versehen, die das Treibmittel daran hindern, mit dem nicht wärmebeständigen Baustoff in Berührung zu kommen. Auch die Wände 21 des Auslasses 4 bestehen aus wärmebeständigem Baustoff. Schließlich ist auch noch der die stillstehenden Schaufelkränze der Beschaufelung tragende Flansch oder die Scheibe 24 mit einer schützenden Bekleidung 25 versehen, die mittels Bolzen am Flansch 24 befestigt ist. Diese schützende Bekleidung 25 kann gleichzeitig den Einlaß 2 bilden oder zusammen mit diesem an einer außerhalb der Wand 20 vorgesehenen besonderen Wand 26 befestigt sein. Durch diese Maßnahmen wird die Wärmeüberführung zum Turbinengehäuse 14 erschwert. Die verschiedenen Schaufelkränze sind durch gelenkige Verbindungen unter Vermittlung der wärmebeständigen Bekleidungen 17 und 25 an dem Turbinenrad 6 oder am Flansch 24 befestigt. Diese Bekleidungen sowie auch die die Auslaßkammer 4 umgebende Wand 21 und die den Auslaß 5 umgebende Wand 22 leiten das durch die Beschaufelung geströmte Treibmittel derart, daß es die Wände des Turbinengehäuses nicht bestreicht. In Abb. 2, in der dieselben Bezugszeichen für die entsprechenden Teile wie in Abb. 1 verwendet sind, ist dargestellt, wie die mit wärmebeständigem Baustoff versehenen Wände 21 des Auslasses 4 in Spiralform ausgeführt sind, so daß der Auslaß sich nach der Auslaßleitung 5 hin allmählich erweitert. Aus Abb. ι und 2 ist ersichtlich, daß besonders die Wände des Auslasses 4 durch Bolzen 23 mit dem Turbinengehäuse verbunden sind, wodurch Ausdehnung des Auslasses 4 ermöglicht wird.

Abb. 3, in der dieselben Bezugszeichen für die entsprechenden Teile wie vorher verwendet sind, stellt eine etwas vereinfachte Ausführungsform, der Erfindung dar. Auch in diesem Falle ist der zum zentralen Raum 3 der radial beaufschlagten Beschaufelung führende Anlaßkanal 2 mit einer schützenden Bekleidung 20 versehen. Ferner ist der zentrale Raum wie vorher in axialer Richtung durch eine Bekleidung 17 begrenzt, die das Turbinenrad 6 schützt. Die gelenkigen Verbindungen, mittels deren die Schaufelkränze mit der Bekleidung 17 oder dem Flansch 24 verbunden sind, hindern Dampf an den Seiten der radial beaufschlagten Beschaufelung vorbei zum Raum zwischen dem Turbinengehäuse 14 und der den Auslaß 4 bildenden Wand 21 auszulecken. Ferner können natürlich auch Vorrichtungen zur Verhinderung des Ausleckens von Dampf zwischen den Schaufelkränzen in an sich bekannter Weise vor- ng gesehen werden, und zwar sowohl bei dieser als auch der in Abb. 1 oder 2 dargestellten Ausführungsform. In dieser in Abb. 3 dargestellten Ausführungsform ist jedoch das Turbinengehäuse mit keinem Mantel für Kühlwasser umgeben. Diese Ausführungsform kann somit bei Turbinen verwendet wer-

den, bei denen die Anfangstemperatur des Treibmittels nicht so hoch ist, daß der unter Wärmegefälle durch die Beschaufelung sich entspannende oder zum Raum nächst dem Turbinengehäuse ausleckende Teil des Treibmittels eine die Wärmebeständigkeit des Baustoffes gefährdende Temperatur annimmt. Die aus wärmebeständigem Baustoff ausgeführte, mittels Bolzen 18 in bekannter Weise ^t0 als schützende Bekleidung auf dem Turbinenrad 6 angebrachte Scheibe 17 schützt auch den Bolzen 7, der das Turbinenrad 6 oder den Wellenzapfen 13 mit der von der Turbine getriebenen Welle 8 verbindet. Da ferner zwi- >5 sehen der schützenden Scheibe 17 und dem Turbinenrad 6 ein freier Raum vorgesehen ist, wird auch eine Isolierung gegen die hohe Temperatur erzielt, wodurch die Wärmeüberführung durch Leitung zu den Lagern 15 und 12 erschwert wird. Auch die die Wände der Auslaßleitung 5 bildende schützende Bekleidung 22 ist dem Turbinengehäuse 14 so angepaßt, daß eine isolierende Schicht zwischen der aus wärmebeständigem Baustoff ausgeführten Bekleidung 22 und dem Turbinengehäuse 14 entsteht. Nach diesem Grundsatz können auch die übrigen Bekleidungen an den von ihnen zu schützenden Teilen angebracht werden. So läßt z. B. der Mantel 20 um die Anlaßleitung 20 eine isolierende Luftschicht zum Turbinengehäuse oder dem Mantel 26 zu. Auch der Auslaß 4 ist mit Wänden 21 versehen, die in einer bestimmten Entfernung vom Turbinengehäuse 14 angeordnet sind. Der wärmebeständige Baustoff, aus dem die schützenden Teile herzustellen sind, kann beispielsweise aus Chromnickelmolybdänstahl bestehen; jedoch können die Teile auch aus irgendeinem anderen Baustoff hergestellt wer- *° den, das als wärmebeständig bezeichnet werden kann. Die in den Abbildungen dargestellte Turbine ist als Gegendruckturbine ausgeführt gedacht, bei der Gas als Treibmittel verwendet wird. Dieses Gas wird zweckmäßig aus auf hohen Druck verdichteter Luft erzeugt, die durch innere Verbrennung erwärmt wird, wobei die Erwärmung ohne Drucksteigerung des Treibmittels vor sich geht.

Durch Verwendung von Bekleidungen nach der Erfindung können Turbinen für so hohe Temperaturen hergestellt werden, wie sie der Wärmebeständigkeit des schützenden Baustoffes entsprechen, und gleichzeitig können andere Teile, die bei früheren Bauarten vom Treibmittel umströmt werden, aus bisher verwendetem Baustoff hergestellt werden.

Es ist somit möglich, bisher übliche Herstellungsverfahren für die meisten der */ur Turbine gehörigen Teile anzuwenden. Bei Verwendung von einfach umlaufenden, radial beaufschlagten Turbinen ist der Weg des Treibmittels durch die Turbine kurz und braucht nicht wie bei axial beaufschlagten Turbinen nach außen durch Wände begrenzt zu werden, wodurch Düsen oder andere Regelorgane für das Treibmittel überflüssig werden, und infolgedessen wird die Gefahr für das Verbrennen des Baustoffes verringert.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dampf- oder Gasturbine für unter hoher Temperatur befindliches Treibmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen radial beaufschlagten Schaufelteil tragendes Turbinenrad mit einer frei ausdehnbar angebrachten Vorrichtung zum Schütze des Turbinenrades und der damit zusammenhängenden Teile gegen Hitze versehen ist.

2. Dampf- oder Gasturbine nach An-Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung an dem Turbinenrad beweglich angebracht ist.

3. Dampf- oder Gasturbine nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Turbinenrad und der Schutzvorrichtung ein freier Raum vorgesehen ist.

4. Dampf- oder Gasturbine nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeich- go net, daß die Schutzvorrichtung aus einem gegen Hitze widerstandsfähigen Baustoff,

z. B. Chromnickelmolybdänstahl, hergestellt ist.

5. Dampf- oder Gasturbine nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die radial beaufschlagte Beschaufelung durch gelenkige Verbindungen an einer auf einem Turbinenrad angebrachten, aus wärmebeständigem oder gegen Gase schützendem Baustoff ausgeführten Bekleidung angebracht ist.

6. Dampf- oder Gasturbine nach Anspruch ι bis 5, gekennzeichnet durch einen im Raum zwischen der radial beaufschlagten Beschaufelung und dem Turbinengehäuse gelegenen, aus wärmebeständigem oder gegen Gase schützendem Baustoff ausgeführten Dampfauslaß, der die radial beaufschlagte Beschaufelung mit der aus n₀ wärmebeständigem oder gegen Gase schützendem Baustoff ausgeführten Auslaßleitung durch das Turbinengehäuse verbindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen