DE707342C - Turbinenlaeufer, insbesondere fuer Gasturbinen, der durch fortlaufende Verdampfung eines Fluessigkeitsringes gekuehlt wird - Google Patents

Description

• Turbinenläufer, insbesondere für Gasturbinen, der durch fortlaufende Verdampfung eines Flüssigkeitsringes gekühlt wird Flüssigkeitsgekühlte Turbinenläufer für Gas- und Dampfturbinen sind an sich bekannt. Die Wärmeabfuhr erfolgt zumeist durch einen Kühlflüssigkeitsstrom, der von der hohlen Welle aus zu den Schaufelpartien und in umgekehrter Richtung durch das Rad geführt wird. Hierbei wird das Kühlmittel nicht verdampft, sondern die Wärmeabführung wird durch große Kühlwassermengen bei nur geringer Wärmeaufnahme bewirkt. Bei ortsb.eweglichen Anlagen, z. B. bei abgasbetriebenen Hilfsaggregaten von Flugzeugen können die benötigten Kühlflüssigkeitsmengen nicht mitgeführt werden. Hinzu kommt, daß sich durch den großen Kühlwasserinhalt des Läufers zusätzliche Beanspruchungen des Laufrades ergeben, die zu einer stärkeren Bemessung der tragenden Querschnitte zwingen.
• Bei Dampfturbinen ist @es ferner bekannt, die Ventilationswärme des Schaufelkranzes durch einen Flüssigkeitsring abzuleiten, der von einer in der Laufradtrommel eingeschlossenen bestimmten Flüssigkeitsmenge gebildet ist. Diese von der erfindungsgemäßen Kühlung abweichenden Art der Wärmeabfuhr ist für Gasturbinen ungeeignet.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen flüssigkeitsgekühlten Turbinenläufer, insbesondere für Gasturbinen, bei dem die Flüssigkeit in Nähe des Schaufelkranzes unter dem Einfluß der Fliehkraft einen Flüssigkeitsring bildet, der du:rchWärm:eaufnahme fortlaufend verdampft wird. Es bereitet erhebliche Schwierigkeiten, im Läufer bei jedem Betriebszustand die gerade erforderliche Kühlflüssigkeitsmenge zur Verfügung zu haben, da die Temperaturen des Treibmittels (Gas) und damit die abzuführenden Wärmemengen entsprechend der jeweiligen Belastung starken Änderungen ausgesetzt sind und die höchste Beheizung der Turbinenschaufeln nicht immer mit der höchsten Belastung zusammenfällt. Dies ist z. B. der Fall bei Abgasturbinen von Flugzeugen. Erfindungsgemäß erfolgt die Kühlung durch eine bei allen Belastungen gleichbleibende Flüssigkeitsmenge, die bei der höchsten Beheizung der Turbine in der Zeiteinheit verdampfenden Flüssigkeitsmenge entspricht, wobei die überschußmenge durch eine im Innern des Turbinenlaufrades vorgesehene Rückführungseinrichtung abgeführt wird. Zum Ausgleich etwaiger Stopfbuchsenverluste kann die Kühlflüssigkeitsmenge um einen bestimmten Betrag, z. B. um ioo;o, größer gewählt werden als an sich erforderlich ist. Die Wassereinspeisung entsprechend der höchsten auftretenden Temperatur der Abgase hat den Vorteil, daß während der ganzen Flugdauer Sicherheit gegen irbertemperatur des Laufrades vorhanden ist, und infolge des vorgesehenen Abstreifers wird ein Ansteigen des Wasserringes über das für die Festigkeit des Rades zulässige Maß vermieden.
• In der Zeichnung ist in den Abb. i und z der Kühlmittelkreislauf eines Turbinenläufers beisp#elsweise dargestellt. Die Wirkungsweise der Erfindung wird an Hand der Abb.3 veranschaulicht.
• Das Turbinenlaufrad a ist aus zwei Scheiben und einern Schaufelträgerring gebildet und schließt einen Ringraum b für den Zutritt der Kühlflüssigkeit ein. Das Laufrad ist auf seiner Stirnse_te durch ein Anschlußgehäuse c an eine Speise- und Kondensationseinrichtung für die Kühlflüssigkeit angeschlossen. Bei gleichbleibender Fördermenge, die der bei der höchsten Beheizung der Turbine in der Zeiteinheit verdampfenden Flüssigkeitsmenge entspricht, erfolgt die Zufuhr des Kühlmittels durch eine Verdrängerpumpe d, die durch einen Motor e mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Die Kühlflüssigkeit wird durch die Pumpe d dem Kondensator g entnommen und durch die Leitung lt einer Ringkammer des Anschlußgehäuses c zugeleitet. Die Ringkammer i steht in offener Verbindung mit der Nabenbohrung k und dem Ringraum b des Turbinenläufers.
• In dem Auschlußgehäuse c ist ein durch die hohle Nabe k nach dem Ringraum b hindurchtretendes Rohr f befestigt, das einen oder mehrere Abstreifer nt trägt. Die Abstreifrohre m erstrecken sich radial von der Nabe bis in die Nähe der inneren Begrenzung des Schaufelträgers. Der Abstand zwischen der innereil Begrenzung des Schaufelträgers und dem Ende der Abstreifrohre bestimmt die Stärke des unter dem Einfluß der Fliehkraft in der Ringkammer b sich bildenden Flüssigkeitsringes it. Alle diesen Wasserstand übersteigenden Flüssigkeitsmengen werden zwangsläufig durch die feststehende Abstreifeinrichtung und die Rohrleitung o dem Kondensator g zugeleitet. Die verdampften Teile des Kühlflüssigkeitsringesa werden ebenfalls durch die Abstreifeinrichtung m und die Rohrleitung o zum Kondensator geführt. Es findet also ein ständiger Kreislauf des Kühlmittels statt.
• In dem Schaubild gemäß Abb.3, welches einen Ausschnitt aus dem Betriebsbereich veranschaulicht, stellt die Kurve A den Verlauf der Abgastemperatur einer Brennkraftmasehine dar. Im übrigen sind als Ordinate die Wasserringstärke und als Abszisse die Zeit, z. B. die Flugzeit eines Flugzeugs aufgetragen. Der Linienzug B-C-D-E gibt grundsätzlich den Verlauf der Wasserringstärke im Laufrad der Abgasturbine wieder. Da die zugeführte Flüssigkeitsmenge der der höchsten Beheizung der Turbine in der Zeiteinheit verdampfenden Flüssigkeitsmenge entsprechend bemessen ist, so bleibt der Kühlwasserring während der Höchstbeanspruchung, d. h. zwischen den Punkten B und C angenähert konstant. Während der weiteren Flugzeit bei geringerer Belastung und daher geringerer Abgastemperatur hat die gleichbleibende Einspeisung von Kühlflüssigkeit eine Zunahme der Wasserringstärke gemäß der Linie C-E zur Folge. Um die beschriebenen Nachteile infolge zu starken Ansteigens des Wasserringes zu vermeiden, tritt bei D der Abstreifer in Tätigkeit, so daß die Stärke des Wasserringes längs der Strecke D@-F konstant bleibt. Es wird also der einer zu großen mechanischen Beanspruchung des Turbinenlaufrades entsprechende gestrichelte Flächenstreifen D@-E-F weggeschnitten, oder mit anderen Worten, die Stärke des Kühlwasserringes kann den durch die Ordinate G-D bestimmten Wert nicht überschreiten, und zwar trotz sicherer Vermeidung einer zu hohen Temperaturbeanspruchung des Abgasturbinenlaufrades.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Turbinenläufer, insbesondere für Gasturbinen, der durch fortlaufende Verdampfung eines Flüssigkeitsringes gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung durch eine bei allen Belastungen gleichbleibende Flüssigkeitsmenge erfolgt, die der bei der höchsten Beheiztuig der Turbine in der Zeiteinheit verdampfenden Flüssigkeitsmenge entspricht und die überschußmenge durch eine im Innern des Turbinenlaufrades vorgesehene Rückführungseinrichtung abgeführt wird.