DE718939C

DE718939C - Gas- oder Dampfturbine

Info

Publication number: DE718939C
Application number: DER97048D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Hingst
Original assignee: Rheinmetall Borsig AG
Current assignee: Rheinmetall AG
Priority date: 1936-08-09
Filing date: 1936-08-09
Publication date: 1942-03-25

Description

Gas- oder Dampfturbine Bei Turbinen, insbesondere Gasturbinen, wird durch die hohen. Temperaturen des Treibmittels ein, Wärmefluß von dem Schaufelkranz zum Radkörper und auch mehr oder weniger zur Welle und den Lagern des Läufers erzeugt. Hierdurch treten entsprechend dem Temperaturverlauf zusätzliche Spannungen in dem Radkörper ,auf, die zu einer überbemessung der tragenden Querschnitte zwingen, was hinsichtlich der erreichbaren Umfangsgeschwindigkeit nachteilig ist. Die durch die Temperatureinwirkung in der äußeren Zone des Radkörpers erzeugten Kräfte haben das Bestreben, eine Ausdehnung in tangentialer Richtung herbeizuführen. Dem wird durch den noch kühleren Baustoff des mittleren Radkörpers entgegengearbeitet, .so daß -#n dier äußeren Zone Druckspannungen entgegen den Zugspannungen in der inneren, Zone auftreten.
Zur Behebung dieses Mangels wurde das den Schaufelkranz tragende Laufrad ; an seinem äußeren Umfang mit Schlitzen versehen. Es ist ferner bekannt, die Laufschaufeln an ihren Fußteilen so zu jestalten, daß zwischen den Schaufelfüßen von der -einen zur anderen Radseite durchgebende Kanäle entstehen, wobei um zu beiden Seiten des Laufrades vorgeseh en' Kühlvorrichtungen kreisende Luft oder Gase die Radseiten in Nähe der Kanäle bespült. Eine wirkungsvolle Unterbindung des Wärmeüberganges auf das Rad kann hierdurch nichterlangt werden, da ein Kühlmitteldurch-Ruß nicht vorhanden ist, @vielmehr nur Teile des, Kühlmittels von Ibeiden Seiten her in die Durchbrechungen eindringen .können. Bei Gasturbinen mit zwei # Schaufelreihen wurde weiter der Vorschlag tgemacht, Kühlluft von, der Radnabe,her in die Radkammern einzuführen und diese durch unterhalb des Schaufelkranzes angebrachte, in radialer Richtung fördernde: Lüfterschaufeln durch die im Fuß der Turbinenschaufeln vorgesehenen engen Kanäle oder Bohrungen,zu treiben, so daß das Kühlmittel in seinem Teil der Schaufeln .annähernd parallel zur Richtung des Treibmittels geführt wird. Hierbei sind diese Lüfterschaufeln .durch schräge Kanäle an einen gemeinsamen, zwischen den , Schaufelreihen liegenden Ringraum angeschlossen, wodurch der tragende Querschnitt -der Schaufelfüße eine Schwächung erfährt und sich Schaufeln ergeben, die in ihrem Aufbau verwickelt sind. Auch erwärmt sich ,hier die Luft beim Durchsaugen .durch die Radkammern ,infolge ihrer Berührung mit den heißen Radseiten und Ikammerwänden, was beim Gegenstand der Erfindung vermieden wird. -Man hat fernerhin bei Turbinenlaufrädern unterhalb des Treibmittelkanals in den Schaufeln vorgesehene Durchbrechungen angewendet, um die durch die Zwischenböden in die Radkammern strömenden Leckmengen ohne Störung der Strömung zwischen den Turbinenschaufeln ab. zuführen. Eine Kühlwirkung läßt sich hier-. durch nicht erlangen, da die Leckmengen zu gering sind und diese Teile des Arbeitsmittels auch eine höhere Temperatur als der das Rad beaufschlagende Treibmittelstrom besitzen. Ferner kann auch eine erhebliche, den D urchfluß unterstützende Beschleunigung nicht in Erscheinung treten, weil sich bei der nur geringen Durchflußmenge hohe Stoßverluste ergeben, zumal die Durchbrechungen im Schaufelkörper nicht in günstiger Weise für die Förderung gestaltet sind.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gas-oder Dampfturbine, bei der der Kühlmitteldurchfluß .annähernd parallel zum Arbeitsmittelflul:') bewirkt wird und die Beschleunigung des Kühlmittels durch gebläseartig wirkende Schaufeln erfolgt. Erfindungsgemäß wird die Beschleunigung des ausschließlich annähernd parallel zum Arbeitsmittelstrom fließenden Kühlmittels durch nach Art eines Axialgebläses in das Laufrad eingesetzte oder gestaltete Füße der Laufschaufeln vorgenommen. Hierdurch wird gegenüber den bekannten Vorschlägen eine wesentlich einfachere Bauart der Schaufeln erhalten. Ferner kommt das K .ühlmittel vor seinem Zutritt zu den Schaufelfüßen nicht mit warmen oder heißen Bauteilen in Berührung, so daß die Kühlwirkung des Kühlmittels voll ausgenutzt werden kann. Durch die Beschleunigung läßt sich aber auch ein Kühlmittelstrom erzeugen, durch den der Übergang hoher Temperaturen von den Laufschaufeln zum Radkörper weitestgehend unterbunden wird,, zumal große Kühlmittelmengen in unmittelbarer Nähe des Schaufelblattes vorbeigeführt werden können.
Bei aus, einem Stück hergestellten Rädern können an Stelle der Schaufelfüße die Stege, die in diesem Falle zwischen den im Radkörper selbst vorgesehenen Kühlmittelkanälen verbleiben., als Gebläseflügel ausgebildet sein und auf diese Weise der Wärmefluß zurr Nabe hin unterbunden werden. Zur Kühlung wird vorzugsweise Luft benutzt; selbstverständlich könnte die Kühlung auch durch andere Gase oder Dämpfe bewirkt werden.
In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt.
Die Abb. i zeigt in einem Längsschnitt beispielsweise; die Anordnung des Läufers in dem Turbinengehäuse. Das Rad i ist fliegend gelagert und trägt in bekannter Weise die Schaufeln 3. In dem Turbinengehäuse ist unterhalb des Treibmittelkanals q. ein Kühlluftkan:al5 vorgesehen, durch den ein Kühlltiftstrom durch Kanäle 6 des Läufers geführt wird. Die Kanäle 6 sind, wie Abb. 2 zeigt, von Stegen 8 an den Schaufelfüßen 9, den Schaufelfüßen 9 selbst und dem äußeren Radumfang i o begrenzt.
Die zur Abführung der Wärme erforderliche Kühlluft wird durch das Laufrad selbst gefördert. Zu diesem Zwecke sind die Schaufelfüße 9 in einem Winkel zur Läuferachse eingesetzt, so daß sie wie die Schaufeln eines Gebläses wirken (Abb. 3). Bei Radkörpern, deren Schaufeln .aus dem vollen Stück herausgearbeitet sind (Abb. q.), kann eine Abführung der Wärme von den Turbinenschaufeln durch Kanäle 6 bewirkt werden, die zwischen je zwei Schaufeln i i unter Stehenlassen eines Steges 13 in den Radkörper i eingearbeitet sind. In diesem Falle wird die Förderung der Kühlluft durch die in Fortsetzung der Schaufelblätter verbleibenden Stege 15 bewirkt.
Der Radkörper kann auch gemäß Abb. 5 gestaltet sein. Hierbei sind außer den Kühlmittelkanälen 6 unterhalb der Schaufelbefestigung 12 in dem Radkörper Schlitze 16 vorgesehen, durch die ebenfalls Kühlluft gefördert wird. Die Wärme, die von den Schaufelbefestigungen 12 auf den Radkörper i zur Einwirkung kommt, kann somit ebenfalls abgeführt «,erden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Gas- oder Dampfturbine mit zwischen den Schaufelfüßen oder im Radkörper vorgesehenen, zum Arbeitsmittelfluß annähernd parallelen Kühlinittelkanälen und Beschleunigung des Kühhnittels durch gebläseartig wirkende Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung des ausschließlich annähernd parallel zum Arb:eitsmittelstrom fließenden Kühlmittels durch nach Art eines Axialgebläses in das Laufrad eingesetzte oder gestaltete Füße der Laufschaufeln erfolgt.
2. Einrichtung nach Anspruch i bei aus einem Stück hergestellten Rädern für Gas-oder Dampfturbinen, dadurch gekennzeichnet, d.aß .an Stelle der Schaufelfüße zwischen Kühlmittelkanälen des Rades verbleibende Stege als Gebläseflügel ausgebildet sind.