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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotor für eine Gasturbine
mit einer dampfgekühlten
Laufschaufel und einer luftgekühlten
Laufschaufel, wie sie z. B. im Dokument
EP 0 735 254 beschrieben ist.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Um
einen thermischen Wirkungsgrad einer Gasturbine zu verbessern, wird
in Betracht gezogen, eine Laufschaufel für eine Gasturbine durch Dampf zu
kühlen.
Bei diesem Aufbau ist es notwendig, einen neuen Rotor mit einem
Durchgang zur Zuführung
von Dampf zu der Laufschaufel für
die Turbine und zum Zurückgewinnen
des Dampfes nach der Ausführung einer
Kühlfunktion
bereitzustellen.
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In
diesem Fall wird ein Extraktionsdampf einer Dampfturbine in einem
Kraftwerk mit kombiniertem Zyklus und dgl. als Kühldampf verwendet, aus Gründen eines
Zyklus am Dampfende wird aber ein Entweichen desselben soweit wie
möglich
eingeschränkt.
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2 ist eine Schnittansicht
eines Turbinenabschnitts bei einer Gasturbine mit einer herkömmlichen
dampfgekühlten
Laufschaufel.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wird
der Kühldampf von
einer Richtung eines Rotors 31 her zugeführt, der an
der Endstufenseite angeordnet ist, und zwar durch ein Loch 33 mit
einem Spalt für
einen Spindelbolzen 32 des Rotors, und wird dann in eine
vordere Kammer 34 einer Laufschaufel der ersten Stufe geleitet. Anschließend wird
nach Kühlung
eines Rotors 35 und einer Laufschaufel 36 beim
Durchströmen
derselben der Kühldampf
sequentiell durch einen Rotor 37 der zweiten Stufe und
eine Laufschaufel 38 der zweiten Stufe mit gleicher Konfiguration
geleitet, um sie jeweils abzukühlen,
und wird dann aus einem Kühldampfloch 39 in
dem Rotor 31 der Endstufe zurückgewonnen.
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Der
Kühldampf
aus der dampfgekühlten Laufschaufel
wird über
einen obengenannten Weg zugeführt
und zurückgewonnen,
es ist jedoch möglich,
unter Berücksichtigung
eines Wirkungsgrads der Effizienz und der Ausgangsleistung, in der
hinteren Stufe (eine Laufschaufel der dritten Stufe ist in der dargestellten
Ausführungsform
gezeigt) durch eine geringe Luftmenge zu kühlen.
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Da
bei der in 2 gezeigten
Struktur aber der Durchgang zum Zuführen und Zurückgewinnen des
Kühldampfes
komplex ist, besteht auch dann, wenn nur ein Teil der Laufschaufeln
durch Luft gekühlt
wird, keine Möglichkeit,
einen Durchgang für Kühlluft am
Rotorende zu schaffen, so daß es schwierig
ist, die Kühlluft
sicherzustellen.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Berücksichtigung der obigen Punkte
getätigt,
wobei es eine Aufgabe der Erfindung ist, einen Aufbau des Typs bereitzustellen,
der sowohl über
Dampfkühlung
als auch über
Luftkühlung
verfügt.
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Die
Erfindung dient zur Erfüllung
der oben genannten Aufgabe, wobei eine Wärmerückgewinnungs-Gasturbine bereitgestellt
wird, mit:
einem Gasturbinenrotor einer vorderen Stufe, welcher
an einer vorderen Stufe der Turbine angeordnet ist und eine dampfgekühlte Laufschaufel
aufweist,
einem Gasturbinenrotor einer hinteren Stufe, der
an einer hinteren Stufe der Turbine angeordnet ist und eine luftgekühlte Laufschaufel
aufweist, und
einer vor der luftgekühlten Laufschaufel angeordneten
Leitschaufel,
so daß sie
derart aufgebaut ist, daß Kühlungsluft
zum Kühlen
der luftgekühlten
Laufschaufel durch die Leitschaufel zugeführt wird.
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Ferner
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Wärmerückgewinnungs-Gasturbine
bereitgestellt, die so aufgebaut ist, daß eine Zufuhr der Kühlungsluft
zu der an der hinteren Stufe angeordneten Laufschaufel, die durch
Luft gekühlt
wird, durch Einleiten einer Kühlungsluft
durch einen äußeren Deckring,
einen Leitschaufelkörper
und einen inneren Deckring der vor der luftgekühlten Laufschaufel angeordneten
Leitschaufel eingeleitet wird, so daß die Kühlungsluft der Laufschaufel
der hinteren Stufe zugeführt
wird.
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Des
weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Wärmerückgewinnungs-Gasturbine bereitgestellt,
bei der die Leitschaufel, durch die die Kühlungsluft strömt, einen
Strömungsdurchgang
von der Leitschaufel zu der Laufschaufel durch den Rotor bildet,
wobei ein Kühlungsluft-Verbindungsabschnitt von
der Leitschaufel zum Rotor innerhalb eines gekühlten Abschnitts der Laufschaufel
und einer Kühlungsluft-Auslaßöffnung in
bezug auf eine Richtung eines Rotorradius positioniert ist, so daß sie derart aufgebaut
ist, daß die
Kühlungsluft
der Laufschaufel über
den Rotor von der Leitschaufel zugeführt wird, und daß dabei
eine Position zum Verbinden der Kühlungsluft von der Leitschaufel
zum Rotor auf eine Position eingestellt wird, die innerhalb einer
zu kühlenden
Stelle der hinteren Laufschaufel und einer Auslassstelle für die Kühlluft positioniert
ist, die mit dem zu kühlenden
Abschnitt derselben in bezug auf die Radialrichtung des Rotors in
Verbindung steht, wodurch die Kühlungsluft
unter Verwendung eines Druckunterschieds zwischen diesen beiden
Positionen sicher übergeleitet
wird.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine Schnittansicht zur
Darstellung einer dampf- und
luftgekühlten
Turbine gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, und.
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2 eine Schnittansicht, die
eine herkömmliche
dampfgekühlte
Turbine zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Bezugsziffer 1 bezeichnet einen an der Endstufe angeordneten
und von einem scheibenartigen Element (einer Scheibe) gebildeten
Rotor, und die Bezugsziffer 2 bezeichnet einen Spindelbolzen zum
Bilden eines kombinierten Körpers
einer Laufschaufel durch integrales Kombinieren mehrerer scheibenartiger
Elemente (Scheiben).
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Die
Bezugsziffer 3 bezeichnet eine vordere Kammer der Laufschaufel
der ersten Stufe, die vor einer Laufschaufel 5 der ersten
Stufe ausgebildet ist, die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen
Rotor, der in einer ersten Stufe mit einem Außenumfang angeordnet ist, in
den die Laufschaufel 5 der ersten Stufe eingesetzt ist,
und die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Rotor der zweiten
Stufe, der derart angeordnet ist, daß er die Fortsetzung des in
der ersten Stufe angeordneten Rotors 4 bildet.
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Die
Bezugsziffer 7 bezeichnet eine Laufschaufel der zweiten
Stufe, die stromab von der Laufschaufel der ersten Stufe 5 angeordnet
ist, wobei eine Leitschaufel dazwischen eingefügt ist, und desgleichen bezeichnet
die Bezugsziffer 10 eine Laufschaufel der dritten Stufe,
die stromab der Laufschaufel 7 der zweiten Stufe angeordnet
ist, wobei eine weitere Leitschaufel 11 dazwischen eingefügt ist.
In diesem Fall hat die Laufschaufel 10 der dritten Stufe
eine luftgekühlte
Struktur, so daß sie
auch als luftgekühlte
Laufschaufel bezeichnet wird.
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Die
Bezugsziffer 12 bezeichnet eine äußere Ummantelung bzw. einen äußeren Deckring,
der einen Teil der Leitschaufel 11 bildet, die Bezugsziffer 13 bezeichnet
einen inneren Deckring, der an einem entgegengesetzten Ende derselben
angeordnet ist, die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen unteren
Abschnitt des inneren Deckrings, der sich weiter einwärts von
dem inneren Deckring 13 erstreckt, und die Bezugsziffer 15 bezeichnet
eine Dichtungsrippe, die in dem unteren Abschnitt 14 des
inneren Deckrings angeordnet ist und sich zum Rotor hin erstreckt.
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Die
Bezugsziffer 16 bezeichnet ein Loch zum Zuführen von
Kühlungsluft,
wobei mehrere Löcher 16 in
einer Umfangsrichtung von einem Kühlungsluft-Verbindungsabschnitt 18 vorgesehen
sind, der durch die Dichtungsrippe 15 über einen inneren Abschnitt
eines Rotors 17 der dritten Stufe festgelegt und gebildet
ist, wobei ein stromabwärtiges
Ende desselben mit einer Kühlungsluft-Auslaßöffnung 20 in
Verbindung steht, die mit einem zu kühlenden Abschnitt 19 der
luftgekühlten
Laufschaufel (der Laufschaufel der dritten Stufe) 10 in
Verbindung steht.
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Dabei
ist eine Positionsbeziehung zwischen dem Kühlungsluft-Verbindungsabschnitt 18 und
der Kühlungsluft-Auslaßöffnung 20,
die miteinander durch das Loch 16 in Verbindung stehen,
derart gestaltet, dass der erstere innerhalb des letzteren in bezug
auf die Radialrichtung angeordnet ist.
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In
diesem Fall bezeichnet die Bezugsziffer 8 ein Kühldampfloch
zum Leiten eines der Laufschaufel 5 der ersten Stufe und
der Laufschaufel 7 der zweiten Stufe zugeführten Kühldampfs,
und die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine Fahrzeugkammer zur Aufnahme
der Laufschaufeln und der Leitschaufeln in dieser.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
mit der obigen Struktur wird der Kühlungsdampf aus einer Richtung
des Endstufenrotors 1 durch das Loch mit dem Spalt für den Spindelbolzen 2 des
Rotors zugeführt und
in die vordere Kammer 3 der Laufschaufel der ersten Stufe
eingeleitet.
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Dann
kühlt nach
dem Kühlen
des Rotors 4 und der Laufschaufel 5 beim Durchströmen derselben
der Kühldampf
den Rotor 6 der zweiten Stufe und die Laufschaufel 7 der
zweiten Stufe des gleichen Typs in dieser Reihenfolge und wird dann
aus dem Kühldampfloch 8 des
Rotors 1 der Endstufe zurückgewonnen.
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Demgegenüber wird
bei der Kühlungsluft eine
Abzugsluft, die von einem Gasturbinenkompressor (nicht dargestellt)
abgezogen wird, in das Gehäuse 9 eingeleitet
und über
den äußeren Deckring 12, den
inneren Abschnitt der Leitschaufel 11, den inneren Deckring 13 und
das Loch des unteren Abschnitts 14 des inneren Deckrings
zu dem Dichtungsrippenabschnitt 15 in der Leitschaufel 11 vor
der Luftgekühlten
Laufschaufel 10 geleitet.
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Dann
wird die von dem Dichtungsrippenabschnitt 15 ausgetragene
Kühlungsluft
in den Rotor 17 und die Laufschaufel 10 aus mehreren
im Außenumfang
des Rotors 17 angeordneten Löchern 16 strömen gelassen,
die zum Dichtungsrippenabschnitt 15 ausgetragene Kühlungsluft
wird jedoch von dem Rotorloch in einer Größenordnung eines Absolutwerts eines
Abzugsdrucks und einer Pumpenbetätigungswirkung
infolge einer Differenz ΔH
in einer Höhenposition
zwischen dem Rotor-Einlaßloch
und dem Rotor-Auslaßloch angesaugt,
um sicher in die Laufschaufel 10 zu strömen, wodurch sie schließlich in die
Gas-Hauptströmung
ausgetragen wird.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
ist es möglich,
mit Luft mit in geeigneter Weise installierten Luftkühlungsmitteln
zu kühlen,
ohne den dampfgekühlten
Aufbauabschnitt durch die Kühlungsluft
zu stören.
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Wie
oben erwähnt
wurde, ist die Erfindung gemäß der Ausführungsform
beschrieben worden, die Erfindung ist aber nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und
es versteht sich von selbst, daß verschiedene Änderungen
am konkreten Aufbau innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen
werden können.
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Wie
oben erwähnt
wurde, ist es gemäß dem Gasturbinenrotor
vom Wärmerückgewinnungstyp
der Erfindung möglich,
eine unnötigerweise
komplexe Struktur bei der dampfgekühlten Gasturbine zu vermeiden,
die zur Verbesserung eines Wirkungsgrads und einer Ausgangsleistung
und zum Kühlen
sowohl durch Dampf als auch durch Luft mit einer einfacheren Struktur
bereitgestellt wird.
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Da
ferner gemäß der Erfindung
nach Anspruch 2 ein Einlaß der
Kühlungsluft
derart spezifiziert ist, daß sie
durch den inneren Abschnitt der Leitschaufel, die vor der Laufschaufel,
auf die Kühlluft einwirkt,
angeordnet ist durchgeleitet wird, kann eine Gesamtstruktur sicher,
einfach und kompakt gestaltet werden, so daß sie in erheblich größerem Umfang realisiert
werden kann.
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Des
weiteren kann gemäß der Erfindung,
wie sie in Anspruch 3 beschrieben ist, die über die Leitschaufel und den
Rotor zu der Laufschaufel passierende Kühlungsluft sicher und genau
durch den Druckunterschied zwischen der Bewegungsposition von der
Leitschaufel zum Rotor und der Bewegungsposition zur Laufschaufel
bewegt werden, so daß eine
gewünschte
Kühlfunktion
erzielt werden kann.