Turbinenläufer Um die zum wirtschaftlichen Betrieb einer Gasturbine
erforderlichen hohen Temperaturen zu beherrschen, hat man schon vorgeschlagen, den
Läufer und die Schaufie.ki durch: einen Luftstrom oder ähnliches zu kühlen. Die
diesbezüglichen Versuche haben aber zu keinem Erfolg geführt, weil besonders die
Schaufelkühlung derartige bauliche Schwierigkeiten bedingt, daß ein einwandfreher
Dauerbetrieb einer mit gekühlten Schaufeln ausgeriisteten Gasturbine in Frage gestellt
ist.Turbine rotor In order to be able to operate a gas turbine economically
To master required high temperatures, one has already proposed the
Runner and the Schaufie.ki through: a stream of air or something similar to cool. the
Attempts in this regard have not led to any success, because especially the
Blade cooling such structural difficulties caused that a flawless
Continuous operation of a gas turbine equipped with cooled blades called into question
is.
Man hat weiter versucht, die Schaufeln dadurch haltbar zu machen,
daß man die Schaufeln selbst möglichst einfach ausführte, aber dafür durch besondere
Düsen Kühlluft an die Schaufeln heranführte. Die Schaufeln wurden also abwechselnd
immer dem heißen Gasstrom und dann dem kalten Kühlluftstrom ausgesetzt. Abgesehen
davon, daß durch diese schnellen Temperaturwechsel die ,äußerste Oberfläche der
Schaufeln nicht gerade schonend behandelt wird, haftet diesem Verfahren noch ein
anderer schwerwiegender Nachteil an. Die Erzeugung der Kühlluft erfordert nämlich:
einen nicht zu vernachlässigenden Leistungsaufwand. Die Kühlluft muß verhältnismäßig
stark verdichtet werden, damit sie mit genügender Geschwindigkeit in das Turbinenlaufrad
einströmt. Bei geringer Geschwindigkeit würde sie nämlich bremsend wirken; Turbinen,
die nach diesem Verfahren arbeiten, besitzen also eine geringere Wirtschaftlichkeit.Attempts have continued to make the shovels durable by
that the blades themselves were made as simple as possible, but with special ones
Nozzles supplied cooling air to the blades. So the shovels were alternating
always exposed to the hot gas flow and then the cold cooling air flow. Apart from that
from the fact that through this rapid temperature change the outermost surface of the
Shovels are not handled gently, this process still adheres to
another serious disadvantage. The generation of the cooling air requires:
a not insignificant effort. The cooling air must be proportionate
are strongly compressed so that they enter the turbine wheel at sufficient speed
flows in. At low speed it would have a braking effect; Turbines,
those who work according to this process are therefore less economical.
Diese Nachteile könnte man nun dadurch beheben, daß man Turbinenschaufeln
aus keramischen Massen verwendet und sie, wie es im Turbinenbau bekannt ist, zwischen
zwei Läuferscheiben anordnet. Eine derartige AusfühTung hätte zwar den Vorteil,
daß man die Turhinenschaufeln nicht besonders zu
kühlen brauchte,
da der Werkstoff gegenüber den -hohen Temperaturen sehr widerstandsfähig ist. Dagegen
würde im Betrieb bei der üblichen Befestigungsart der Laufschaufel mittels Muttern
auf der Turbinenwelle infolge der unterschiedlichen Wärmedehnung der verschiedenartigen
Werkstoffe ein übermäßig starker Druck von den Läuferscheiben auf die keramischen
Schaufeln ausgeübt werden. Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbinenläufer,
bei welchem die kranzförmig angeordneten Turbinenschaufeln aus keramischen Massen
bestehen und von beiden Seiten von über die Schaufelfüße greifenden Scheiben gehalten
werden. Erfindungsgemäß werden die Läuferscheiben mittels eines Zugankers von beiden
Seiten gegen die aus keramischen Massen bestehenden Laufschaufeln gedrückt, der
sich durch eine zentrale Bohrung in den Läuferscheiben und den zugehörigen Wellenstummeln
erstreckt, wobei die große Dehnungslänge des Zugankers eine gewisse Wärmedehnung
der Scheiben und Wellenstummel nach außen ermöglicht, so daß ein übermäßiger Druck
auf die keramischen Laufschaufeln verhindert wird. Versieht man nun außerdem den
Zuganker ebenfalls mit einer Bohrung, so kann man in Weiterbildung der Erfindung
in an sich bekannter Weise ein Kühlmittel bis zu den stählernen Läuferscheiben leiten,
das diese wirksam kühlt. Es findet dabei sogar auch noch eine teilweise Kühlung
der Laufschaufeln bzw. des Laufscha;ufeltragringes statt, ohne daß die Schaufeln
eine verwickelte Form erhalten müssen. Der Turbinenläufer nach der Erfindung stellt
demnach eine einfache, betriebssichere und zugleich auch wirtschaftliche Lösung
der Wärmebeherrschung bei einer Gasturbine dar.These disadvantages could now be remedied by turbine blades
made of ceramic masses and they, as it is known in turbine construction, between
arranges two carriers. Such a design would have the advantage
that you don’t have to use the turquoise shovels too much
needed cooling
because the material is very resistant to the high temperatures. Against it
would be in operation with the usual method of fastening the rotor blade by means of nuts
on the turbine shaft due to the different thermal expansion of the various
Materials Excessive pressure from the carriers on the ceramic
Shovels are exercised. The invention relates to a turbine runner,
in which the turbine blades arranged in a ring are made of ceramic masses
exist and held on both sides by disks reaching over the blade roots
will. According to the invention, the carrier disks are separated from both by means of a tie rod
Sides pressed against the blades made of ceramic masses, the
through a central hole in the carriers and the associated shaft stubs
extends, with the large elongation length of the tie rod causing a certain thermal expansion
the washers and stub shafts to the outside, so that excessive pressure
on the ceramic blades is prevented. If you now also add the
Tie rods also with a bore, so you can in a further development of the invention
direct a coolant to the steel carrier disks in a manner known per se,
that effectively cools them. It is even partially cooled
of the rotor blades or the rotor blade support ring instead of the blades
must be given an intricate form. The turbine runner according to the invention provides
therefore a simple, reliable and at the same time economical solution
the heat control in a gas turbine.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Turbinenläufers
nach der Erfindung dargestellt, bei welchem die Läuferscheiben mittels eines Zugankers
zusammengehalten werden, und zwar zeigen: Abb. i einen Längsschnitt durch die Turbine
und Abb: 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Abb. i.In the drawing is an embodiment of a turbine rotor
shown according to the invention, in which the carriers by means of a tie rod
are held together, namely: Fig. i a longitudinal section through the turbine
and Fig: 2 shows a cross section along the line II-II in Fig. i.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine axial beaufschlagte
Gasturbine. Die Laufschaufeln i sind zweckmäßigerweise mit einem sog. Hammerkopffuß
2 ausgeführt und bilden aneinandergelegt einen Schaufelkranz (s. Abb. 2). Dieser
Schaufelkranz ist zwischen die beiden aus Stahl bestehenden, mit Wellenstummeln
3 und q. versehenen Läuferscheiben 5 und 6 gespannt. Zusammengehalten werden die
Läuferscheiben 5 und 6 durch einen Zuganker 7, der die hohlen Scheiben 5 und 6 und
die Wellenstummel 3 und q. durchdringt. Die notwendige Vorspannung f wird durch
die Mutter 8 erzielt. In der Mitte der Bohrung des Zugankers 7, etwa in der Höhe
des Schaufelkranzes, ist eine Trennwand 9 vorgesehen, die den durch die Zugankerbohrungen
geleiteten Kühlmittelstrom zwingt, durch die Löcher io in den Raum zwischen den
beiden Läuferscheiben 5 und 6 einzutreten. Der Weg des Kühlmittels wird hier durch
das trommelförmige Leitblech i i bestimmt, welches das Kühlmittel zwingt, an den
Innenwänden der Läuferscheiben 5 und 6 sowie an dem Schaufelkranz entlang zu strömen.
Durch die Löcher 12 tritt das Kühlmittel in den anderen Teil der Zugankerbohrung
aus und strömt von dort nach außen ab. Das Leitblech i i ist auf einem Blechzylinder
13 befestigt, welcher zwischen die Läuferscheiben 5 und 6 geklemmt und- ebenfalls
mit Durchtrittslöchern 14 für den Kühlmittelstrom versehen ist. Der Zuganker 7 liegt
nur an den Enden an der Bohrungswandung der Wellenstummel 3 und q. an. Auf der übrigen
Länge ist der Außendurchmesser des Zugankers 7 kleiner gehalten als der Bohrungsdurchmesser
der Wellenstummel 3 und q., so daß zwischen beiden ein Hohlraum 15 vorhanden
ist, durch den ebenfalls über die Löcher 16 und 17 das Kühlmittel strömt.
Die Wellenstummel 3 und ¢ werde. dadurch gut gekühlt, so daß sich sehr günstige
Verhältnisse für die Lagerung der Wellenzapfen 18
und i9 in den Turbinenlagern
2o und 21 ergeben. Gegen das Turbinengehäuse 22 sind die Wellenstummel 3 und q.
durch übergeschobene Wärmeisolierrohre 23 und 2¢ geschützt, die mit Labyrinthdichtungen
versehen sind und zur Abdichtung des Gasraumes nach außen dienen. Die Einführung
bzw. Abführung des Kühlmittels, für das in erster Linie Druckluft in Frage kommt,
erfolgt durch die feststehenden Rohrstutzen 25 und 26, die in die offenen Enden
des Zugankers 7 bzw. der Zugankermutter 8 hineinragen. Die Abdichtung nach: außen
erfolgt mittels der Labyrinthdichtungen 27 und 28.The illustrated embodiment shows an axially acted upon gas turbine. The rotor blades i are expediently designed with a so-called hammer head root 2 and when placed next to one another form a blade ring (see Fig. 2). This blade ring is between the two existing steel, with stub shafts 3 and q. provided carriers 5 and 6 tensioned. The carriers 5 and 6 are held together by a tie rod 7, which holds the hollow disks 5 and 6 and the stub shafts 3 and q. penetrates. The necessary preload f is achieved by the nut 8. In the middle of the bore of the tie rod 7, approximately at the height of the blade ring, a partition 9 is provided which forces the coolant flow directed through the tie rod bores to enter the space between the two carriers 5 and 6 through the holes io. The path of the coolant is determined here by the drum-shaped guide plate ii, which forces the coolant to flow along the inner walls of the carriers 5 and 6 and along the blade ring. The coolant exits through the holes 12 into the other part of the tie rod bore and flows outward from there. The guide plate ii is attached to a sheet metal cylinder 13 which is clamped between the carriers 5 and 6 and is also provided with through holes 14 for the coolant flow. The tie rod 7 is only at the ends on the bore wall of the stub shaft 3 and q. at. On the remaining length of the outer diameter of the tie rod 7 is kept smaller than the bore diameter of the stub shaft 3 and q. So that between the two there is a cavity 1 5 through which the coolant also flows via the holes 16 and 17. The shaft stubs 3 and ¢ will. thereby well cooled, so that very favorable conditions for the storage of the shaft journals 1 8 and 19 in the turbine bearings 2o and 21 result. The shaft stubs 3 and q are against the turbine housing 22. protected by thermal insulation tubes 23 and 2 ¢ pushed over, which are provided with labyrinth seals and serve to seal off the gas space from the outside. The coolant, for which compressed air is primarily used, is introduced or discharged through the stationary pipe sockets 25 and 26, which protrude into the open ends of the tie rod 7 and the tie rod nut 8. The external seal is made by means of the labyrinth seals 27 and 28.