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Einrichtung zur Kühlung des Läufers von vornehmlich in Flug- und Fahrzeugen
eingebauten Turbinen, insbesondere Gasturbinen Es sind verschiedene Vorschläge gemacht
worden, um die Kühlung von Turbinenlaufrädern durch einen in Nähe der Schaufelfüße
verdampfenden Kühlflüssigkeitsring zu b.ewirken. Um die Kühlung innerhalb eines
geschlossenen Kreislaufes zu ermöglichen, wurde die Niederschlagung des Kühlmittels
im Läufer selbst vorgenommen. Diese Einrichtung ist nicht immer anwendbar, so z.
B. bei kleineren Hilfsmaschinen, da sie eine außerordentliche Überbemessung des
Läufers erfordert. Sie weist aber auch den Nachteil auf, daß zur Kondensation des
Dampfes ein besonderes Wärmeaustauschmittel und eine Pump mit Zu- und, Abführungsleitungen
notwendig werden. Der Aufbau der Turbine wird somit verwickelt und raum- und gewichtsbeanspruchend.
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Bei einer anderen schon vorgeschlagenen Bauart liegt der Kondensator
für die Kühlflüssigkeit außerhalb des Läufers und ist an diesen -mit Hilfe eines
Anschlußgehäuses bei getrennter Flüssigkeitszuführung und Dampfableitun!g angeschlossen.
Da die Verdampfung der Kühlflüssigkeit bei einem hohen, durch die Fliehkraft bedingten
Flüssigkeitsdruck und diesem entsprechenden Dampfdruck erfolgt, wird eine starke
Bemessung der Rohrleitungs- und Kühlerwandstärken notwendig.
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Fernerist es bekannt, Zylinder von Brennkraftkolbenmaschinen mittels
einer unter dem Einfluß der zugeführten Wärme verdampfenden Kühlflüssigkeit, z.
B. Ammoniak, kühl zu halten. Der Dampf wird oberhalb der Maschine angeordneten Kühlflächen
zugeleitet und tritt nach seiner Niederschlagung auf dem gleichen Wege als Flüssigkeit
zu dem zu kühlenden Zylinder wieder zurück. Hierbei sind die Leitungen und Kühler
äußerst hohen Innendrücken ausgesetzt. Die Konstruktion; wird daher ebenfalls schwer
und raumbeanspruchend.
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Die vorliegende Erfindung hat eine Einrichtung zur Kühlung des Läufers
von vornehmlich in Flug- und Fahrzeugen eingebauten
Turbinen, insbesondere
Gasturbinen, durch ein im geschlossenen Kreislauf geführtes, im Läufer unter Druck
verdampfendes und in einem oberhalb des zu kühlende.'` Läufers angeordneten Kondensator
wi verflüssigtes Kühlmittel zum Gegenstand.' derartige Maschinen werden ganz besonders:
hohe Anforderungen hinsichtlich eines möglichst kleinen Gewichtes und einer geringen
Raumbeanspruchung gestellt. Diese Forderungen werden ,dadurch erfüllt, daß erfin-.
dungsgemäß der zum Kondensator strömende Dampf bei seinem Austritt aus den Verdampfungsräumen
auf einen etwas höheren Druck als Atmosphärendruck entspannt wird und die Zuführung
des bei der Kühlung erzeugten Dampfes zu dem Kondensator in an sich bekannter Weise
auf dem Wege des Kühlflüssigkeitszutrittes zu den zu kühlenden Teilen erfolgt. Die
Entspannung des Dampfes beseitigt die Beanspruchung des Kondensators und der zu
ihm führenden Rohrleitung durch hohe Innendrücke. Die Wandteile können demzufolge
Abmessungen erhalten, die nur einen Bruchteil der bei hohem Innendruck notwendig
werdenden betragen. Infolge der besseren Wärmeübergangszahlen ergibt sich ein günstigerer
Wärmeaustausch; der Kühlerwirkungsgrad wird also erhöht und es kann der Kondensator
kleiner als bisher bemessen werden. Die sonst erforderliche, gegen den hohen Innendruck
fördernde Kondensatpumpe kommt in Fortfall. Bei Flug-und Fahrzeuganlagen wird man
den Kondensator in den Fahrtwind legen; so daß auch die Pumpe für das Kühlmittel
zur Niederschlagung des Dampfes sowie die zugehörigen Rohrleitungen und Rückkühler
erspart werden. Durch die Verwendung nur einer Rohrleitung zur Zuführung des flüssigen
und zur Abführung des dampfförmigen Kühlmittels wird das Baugewicht und der Platzbedarf
ebenfalls herabgestzt. Andererseits, wird sich ein gewisser Wärmeaustausch des Dampfes
mit dem Kondensat ergeben, der bei. der Abmessung des Kondensators berücksichtigt
werden kann. Die Verbindung des Kondensators mit dem Laufrad wird vereinfacht, da
nur eine Rohrleitung anzuschließen und abzudichten ist. Ein weiterer Vorteil besteht
darin, daß etwaige Beschädigungen des Kondensators praktisch bedeutungslos sind,
da bei dem niedrigen Innendruck nur verhältnismäßig geringe Kühlmittelmengen entweichen.
Die Abdichtung des umlaufenden Turbinenrades gegenüber der festen Dampf- und Flüssigkeitsleitung
bereitet keinerlei Schwierigkeiten. An Stelle der bei hohen Dampfdrücken notwendigen
umfangreichen Abdichtung wird nur eine einfache ' Abdichtung erforderlich; etwaige
geringe ML@ndichtigkeiten an dieser Stelle ziehen aber äleichfalls nur unbedeutende
Verluste des Kühlmittels nach sich. Die Durchführung der Kühlung bei verschiedenen
Drücken innerhalb des geschlossenen Kreislaufes erhöht somit die Betriebssicherheit
der Anlage, die eine wesentliche Voraussetzung für Flug-und Fahrzeuganlagen ist.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens.
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Das z. B. durch Wasser gekühlte Turbinenlaufrad a weist in Radmitte
zwei hintereinander angeordnete, abgesetzte Ausdrehungen b, c auf. Von der
Ausdrehung b gehen die der Zuführung der Kühlflüssigkeit zum Schaufelkranz
dienenden Kanäle d ab, während die Rückführung des sich bildenden Dampfes durch
die Kanäle f zur Ausdrehung c erfolgt. Die Kanäle f sind an der Austrittsstelle
e düsenartig verengt; so daß der von den Schaufeln zu den Nabenräumen b, c tretende
Dampf auf einen etwas höheren Druck als Atmosphärendrack, z. B. o, i atü, entspannt
wird. Die Entspannung läßt sich durch eine zweckentsprechende Bemessung der Räume
b, c und er Leitung lt unterstützen. Der Kondensator g ist oberhalb der Maschine
beispielsweise im Fahrtwind angeordnet und dampf- und flüssigkeitsseitig durch die
Leitung oder den Schlauch h mit den Radräumen verbunden. Der Anschluß kann durch
eine Labyrinthdichtung i abgedichtet sein.