DE767079C

DE767079C - Gehaeuse fuer Gasturbinen aus keramischem Werkstoff

Info

Publication number: DE767079C
Application number: DEM146760D
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr-Ing Schuette
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1939-12-27
Filing date: 1939-12-28
Publication date: 1951-10-29

Description

AUSGEGEBEN AM
29. OKTOBER 1951

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46f GRUPPE

M 146/60 Ia/46f

ist als Erfinder genannt worden

Patentiert im Deutschen Reich vom 28. Dezember 1939 an Patenterteilung bekanntgemacht am 14. Juni 1951

Um eine Gasturbine mit möglichst hoher Wirtschaftlichkeit zu betreiben, ist es erforderlich, die Turbine mit Gasen sehr hoher Temperatur zu beaufschlagen. Der am höchsten beanspruchte Bauteil einer Gasturbine ist zwar immer der Läufer mit den Schaufeln, jedoch ist auch das Gehäuse bei hohen Gastemperaturen sehr stark beansprucht. Um eine allen Anforderungen gerecht werdende ίο Konstruktion zu erhalten, stellt man das Turbinengehäuse aus keramischen Werkstoffen her. Auch bei hohen Temperaturen besitzen diese Werkstoffe noch eine hohe Festigkeit. Die wirtschaftlichen Anfangsdrücke einer Gasturbine liegen im allgemeinen niedrig. Sie sind je nach Höhe der Gastemperatur und der Teilwirkungsgrade etwas verschieden, bewegen sich aber durchweg in der Größenordnung von etwa 3 bis 4 ata. Bei den hieraus sich ergebenden geringen Beanspruchungen des Turbinengehäuses ist es ohne weiteres möglich, das Gehäuse ohne besondere Bewehrung aus keramischen Werkstoffen herzustellen. Diese Anordnung· hat aber doch noch anderweitige Nachteile. Da die keramischen Werkstoffe empfindlich gegen Schlag sind, kann ein derartiges Turbinengehäuse leicht durch äußere Einwirkung beschädigt

werden. Ferner wird bei den hohen Gastemperaturen im Innern des Turbinengehäuses auch die Außenseite des Turbinengehäuses eine ziemlich hohe Temperatur annehmen. Die Abstrahlung wird daher ebenfalls eine bedeutende Höhe annehmen, wenn man nicht für eine sehr sorgfältige Isolierung des Gehäuses Sorge trägt. Von besonderer Bedeutung ist jedoch die Vermeidung eines hohen Temperaturgefälles innerhalb der keramischen Wand des Turbinengehäuses, da keramische Werkstoffe gegenüber hohen Temperaturunterschieden sehr empfindlich sind.

Nach der Erfindung sind daher um das Gehäuse in bestimmtem Abstand vom Ge-: häuse und untereinander zwei oder mehrere Stahlmäntel angeordnet, und durch die Zwischenräume strömt Luft in der Weise, daß sie erst in den äußeren Hohlraum_zwischen den beiden Stahlmänteln eintritt und von dort in den inneren Hohlraum zwischen dem keramischen Gehäuse und dem inneren Stahlmantel überströmt. Dadurch wird erreicht, daß die Luft, welche das Keramikgehäuse unmittelbar bestreicht, bereits einen bestimmten Wärmegrad besitzt und der Temperaturunterschied auf beiden Seiten des Keramikgehäuses eine zulässige Höhe nicht überschreitet. Es ist zwar bekannt, Gehäuse aus hitzebeständigen Metallen mit einem Schutzmantel zu umgeben und durch diese ein Druckgas zu führen, doch handelt es sich in allen diesen Fällen lediglich um die notwendige Druckentlastung der bei hohen Temperaturen wenig widerstandsfähigen Metallgehäuse. Ein Temperaturausgleich wird hier nicht erstrebt, ja sogar nicht einmal gewünscht, sondern vielmehr eine kräftige Kühlung bevorzugt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbine mit einem Gehäuse nach der Erfindung in einem Längsschnitt dargestellt.

Der Trommelläufer 1 mit den Laufschaufein 2 wird unter Zwischenschaltung der Rohre 3 von der Welle 4 getragen. Die Leitschaufeln 5 sind in dem Turbinengehäuse 6 angeordnet, das aus keramischem Werkstoff besteht. Das Treibgas tritt durch den Stutzen 7 in die Turbine ein und durch den Stutzen 8 aus. Um das Gehäuse 6 sind in einem bestimmten Abstand zwei Schutzmantel 9 und 10 angeordnet. Der um das Turbinengehäuse gelegte erste Mantel 9 besteht aus einem hitzebeständigen Stahl, während der um diesen ersten Mantel 9 herumgelegte zweite Mantel 10 aus normalem Baustahl hergestellt ist. Zwischen dem Turbinengehäuse und dem ersten Stahlmantel und dem ersten und zweiten Stahlmantel können einige in der Zeichnung nicht dargestellte Rippen so angeordnet sein, daß nur an wenigen } Stellen eine gegenseitige Berührung stattfindet und demzufolge die Wärmeleitung vom Turbinengehäuse nach außen behindert wird, daß aber andererseits doch eine Versteifung des Turbinengehäuses und seiner Schutzmäntel erreicht wird.

Der zur Isolierung des Turbinengehäuses 6 bestimmte Teil der vom Gebläse verdichteten Luft wird zunächst durch die Stutzen 11 in den vom ersten und zweiten Stahlmantel 9 und 10 gebildeten Hohlraum geleitet. Dann tritt die Luft in den zwischen dem ersten Stahlmantel 9 und dem Turbinengehäuse 6 befindlichen Hohlraum ein. Durch diese Luftführung wird erreicht, daß sich am äußeren Umfang der Turbine die kälteste Luft befindet und die Wärmeabstrahlung gering gehalten wird, und daß am Turbinengehäuse 6 nur bereits vorgewärmte Luft vorbeiströmt. Es wird hierdurch vermieden, daß das Turbinengehäuse 6 zu stark gekühlt wird, und daß dadurch bedingte Wärmespannungen das Turbinengehäuse gefährden können. Der äußere Stahlmantel 10 nimmt bei dieser Anordnung nur eine geringe Außentemperatur an, so daß man mit einer verhältnismäßig dünnen und damit billigen Isolationsschicht 12 die Wärmeverluste in den niedrigsten Grenzen halten go kann. Die in der Turbine erwärmte Luft tritt durch den Stutzen 13 aus.

Claims

Patentansprüche:

i. Gehäuse für Gasturbinen aus keramischem Werkstoff, der gegenüber hoher Wärmebeanspruchung widerstandsfest ist, dadurch gekennzeichnet, daß um das Gehäuse (6) in einem bestimmten Abstand vom Gehäuse (6) und untereinander zwei oder mehrere Stahlmäntel (9 und 10) angeordnet sind und durch die Zwischenräume Luft in der Weise strömt, daß sie erst in den äußeren Hohlraum zwischen den beiden Stahlmänteln (9 und 10) eintritt und von dort in den inneren Hohlraum zwischen dem keramischen Gehäuse (6) und dem inneren Stahlmantel (9) überströmt.
2. Gehäuse für Gasturbinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft der vom Verdichter der Turbinenanlage für die Verbrennung im Gaserzeuger erzeugten Druckluft entnommen und nach der Durchleitung durch das Turbinengehäuse dieser wieder zugeführt wird, wobei die Querschnitte der Luftleitung sowie die Menge der Luft so bemessen sind, daß an der Zusammen- iao führungsstelle der aus dem Turbinengehäuse kommenden Luft mit der für die

Brennkammer bestimmten Verbrennungsluft annähernd gleicher Druck und gleiche Temperatur in beiden Luftströmen herrschen.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:
Deutsche Patentschriften Nr. 665 762, 154525, 568464;

österreichische Patentschrift Nr. 33250; britische Patentschriften Nr. 198 390, 292514.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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