DE735503C

DE735503C - Laeufer fuer Gasturbinen, bei dem Schaufeln und Laeufer aus keramischen Werkstoffen bestehen

Info

Publication number: DE735503C
Application number: DEM146759D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Schuette
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1939-12-27
Filing date: 1939-12-28
Publication date: 1943-05-17

Description

Läufer für Gasturbinen, bei dem Schaufeln und Läufer aus keramischen Werkstoffen bestehen Bei Gasturbinen, deren Schaufeln und Läufqr aus kemamüschen Werkstoffen bestehen, muß man besonders darauf bedacht sein, die Schaufeln so einfach wie möglich auszubilden. Um die Gasturbine mit möglichst hohen Dmehzahlen betreiben zu können, wird man nun Läufer und Schaufeln: aus einem Stück herstellen. In diesem Fall bereitet jedoch die Herstellung stark gekrümmter Gleichdruckschaufeln erhebliche Schwierigkeiten, so daß es zweckmäßig ist, tragfl#gelähnliche -Überdruckschaufeln zu verwenden. Da man mit diesen Schaufeln aber nur verhältnismäßig kleine Gefälle je Stufe verarbeiten kann; @erhäIt man eine große Stufenzahl und damit einen langen -Läufer.
Die Erfindung betrifft einen Läufer für Gasturbinen, bei ,dem Schaufeln und Läufer aus kerams:rhen Werkstoffen bestehen. Erfindungsgemäß ist der Läufer als Trommel ausgebildet und umgibt meinem Abstand eine Welle aus hochdauerstandfestem Stahl, mit der er nur an den nicht unmittelbar den heißen Gasen ausgesetzten Enden verbunden ist. Es kommen also lediglich die Schaufeln und dei Trommelläufer aus keramischen Massen mit den heißen Brenngasen in Berührung. Diese Anordnung. allein -enügt jedoch roch nicht, um die Gasturbine betriebsfähig zu gestalten. Durch Leitung und Strahlung körnen hierbei noch so große Wärmemengen auf die Stahlwelle im Innern. des Trommelläufers übertragen werden, daß die Welle eine unzulässig hohe Temperatur annimmt. Um diesen übelstand zu vermeiden, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung die Stahlwelle im Bereich der Läufertrommel durch einen Luftschleier gegen Wärmestrahlung von dem Läufertrommel geschützt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die" Stahlwelle keinen unzulässig hohen Temp@craturen ausgesetzt ist und der gesamte Läufer doch steif genug ist, um große Kräfte aufnehmen zu können.
Es ist zwar bekannt, das Turbinengehäuse und das Turbinenlaufraddurch einen zwischen Gehäuse und Welle- und Gehäuse und Laufrad geführten Luftstrom zu kühlen. Doch handelt es sich beim Erfindungsgegenstand nicht um .eine Kühlung des keramischen Gehäuses oder des keramischen Laufrades, die auch ohne Kühlung der Temperatur der Treibgase ohne weiteres gewachsen sind, sondern um eine Wärmeisolation der Welle: gegenüber der Strahlungswärme aus den keramischen Teilen der Turbine.
Da keramische Mas)en bekanntlich spröde und daher meistens gegen starken T.ernpe:-raturwechsel empfindlich sind und bei großen: Wärmegefällen infolge der ungleichmäßigen WärmedehnungenimLäuferzusätzlicheWärnespannungen auftreten, :empfiehlt es sich ferner, in Weiterbildung der Erfindung für Gasturbinenläufer und -schaufeln nur keramischen Werkstoff mit einem geringen Wärmeausdehnungskoeffizienteii zu verwenden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbine nach der Erfindung in einem Längsschnitt dargestellt.
Innerhalb des Turbinengehäuses i ist der aus keramischer Masse bestehende Trommelläufer z angeordnet, der aus einzelnen, die Laufschaufeln 3 tragenden Zylinderstücken zusammengesetzt ist. Zwischen den. Laufschaufelkränzen sind .im Gehäuse i die Leitschaufeln q. angeordnet. Die Lauf- und Leitschaufeln 3 und ¢ bestehen ebenfalls aus keramischem Werkstoff. Der Trommelläufer 2 wird an beiden Seiten durch Rohre 5 getragen, welche an ihren Enden mittels keilförmiger Ansätze 6 mit der aus hochdauerstandfestem Stahl bestehenden Welle 7 verbunden sind. Mittels der Mutter 8 werden die Rohre 5 gegen den Läufer 2 gepreßt, so daß sie diesen sicher tragen. Die Welle 7 ist zweckmäßig außerhalb des eigentlichen Turbinengehäuses im Grundgestell 12 gelagert.
Um die Einstrahlung vom Trommelläufer auf die Welle weiter zu unterbinden, sind in dem Zwischenraum zwischen Trommelläufer 2 und Welle 7 mehrere dünne Wärmeisolierrohre 9 konzentrisch angeordnet, die untereinander konzentrische Luftspalte frei lassen.. und sich gegenseitig nur an @ei;nigen wenigen Steller. durch angebrachte Knaggen io be- rühren. Eine Berührung dieser Isoliierrohre 9 mit der stählernen Welle 7 findet jedoch nicht statt. Zum Wärmeschutz der Welle 7 wird durch die Spalte zwischen den: Rohreng und der Welle 7 ein kräftiger Luftstrom geleitet.
Die dem keramischen Trommelläufer 2 am nächsten gelegenen Isolierrohre g weisen nur wenige kleine Öffnungen i i auf, damit die zwischen den Isolierrohren und Trommeli läufer 2 vorhandenen Räume nur eine geringe Verbindung mit dem von der Isalierluft durchströmten Ringraum haben. Diese Maßnähme soll bezwecken; daß der Luftstrom nicht unmittelbar an der Innenwand des Trommelläufers entlang strömt. Eine zu wirksame Abkühlung des Läufers kann nämlich gefährliche Wärmespannungen herbeiführen. Andererseits sollen diese Rohre eine Aufheizung der Stahlwelle verhindern. Die kleinen Bohrungen in den äußeren Wärmeisolierrohren verhüten, daß die in den Ringräumen zwischen .den äußeren Rohren und dem Läufer 2 eingeschlossene Luft zu sehr erwärmt wird und dann eine größere Wärmemenge nach der Welle überträgt. Durch die kleinen Bohrungen i i kann immer ein bestimmter Luftaustausch mit dem Luftstrom stattfinden, so, daß eine zu starke Erhitzung der eingeschlossenen Luft nicht eintritt.
Die Isolierluft tritt bei 13 in das Turbinengehäuse i ein und strömt aus dem Ringraum 1q. durch die Bohrungen 15 in der Mutter 8 und den Ringraum 16 zwischen der Welle 7 und dem Rohr 5 zu den vorn den Isolierrohren 9 gebildeten Ringräumen 17 zwischen Läufer 2 und Welle 7 und auf der anderen Seite durch die entsprechenden Ringräume und Bohrungen bei 18 aus dem Turbinengehäuse wieder aus. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage kann die Isolierluft gleichzeitig als Sperrluft verwendet j werden und nach Austritt aus der Turbine dem Verbrennungsluftvorwärmer für die Brennkammer zugeführt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Läufer für Gasturbinen, bei dem Schaufeln und Läufer aus keramischen Werkstoffen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (2) als Trommel ausgebildet ist und in einem Abstand eine Welle (7) aus hochdauerstandfestem Stahl umgibt, mit -der er nur an den nicht unmittelbar den heißen Gasen ausgesetzten Enden verbunden ist.
2. Läufer für Gasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß für den Läufer (2) und die Schaufeln (3 und q.) keramischer Werkstoff mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet wird.
3. Läufer für Gasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlwelle (7) im Bereich der Läufertrommel - (z) durch einen Luftschleier gegen Wärmestrahlung von der Läufertrommel (z) geschützt ist. q..
Läufer für Gasturbinen nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß in den konzentrischen Spalt zwischen Läufertrommel (a) und Stahlwelle (7) ein. 101der mehrere konzentrische Wärmeisolierrohne (9) eingesetzt sind, die mittels @ iemzelner Knaggen (io) Abstand vom Läufer (a) sowie untereinander halten.
Läufer für Gasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da,ß de konzentrischen Spalte zwischen dem Läufer (i) und den benachbarten Isolierrohren (9) nur über eine Anzahl kleiner Öffnungen (I I) mit dem Isolierluftstrom in Verbindung stehen.
6. Läufer für Gasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft nach dem Austritt aus der Turbine dem Verhrennungsluftvorwärmer für die Brennkammer zugeführt wird.