DE767312C - Cooling of exhaust gas turbines - Google Patents

Cooling of exhaust gas turbines

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DE767312C
DE767312C DED81350D DED0081350D DE767312C DE 767312 C DE767312 C DE 767312C DE D81350 D DED81350 D DE D81350D DE D0081350 D DED0081350 D DE D0081350D DE 767312 C DE767312 C DE 767312C
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DE
Germany
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cooling
exhaust gas
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gas turbines
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DED81350D
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Friedrich Dipl-Ing D Nallinger
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

Kühlung von Abgasturbinen Es sind Kühlungen von Abgasturbinen bekannt, bei welchen die Kühlluft an der Außenseite des Turbinenrades entlang von innen nach außen in Gestalt eines Luftschleiers geführt wird. Eine solche Kühlung reicht jedoch für hoher Wärmebeanspruchungen, wie sie: insbesondere bei Abgasturbinen für Benzineinspritzung auftreten, im allgemeinen nicht aus. Es wurde ferner vorgeschlagen, eine wirksame Kühlung dadurch zu erzielen, daß die: Kühlluft durch das. hohle Innere des Turbinenrades geführt wird, wobei das Innere gleichzeitig als Gebläse ausgebildet ist und der geförderte Kühlluftstrom zur Aufladung der Brennkraftmaschine - dienen soll. Jedoch hat auch diese Innenkühlung des Turbinenrades nicht befriedigt.Cooling of exhaust gas turbines Cooling of exhaust gas turbines is known, in which the cooling air along the outside of the turbine wheel from inside to is guided outside in the form of an air curtain. However, such cooling is sufficient for high thermal loads, such as: especially in exhaust gas turbines for gasoline injection occur, in general, do not occur. It was also suggested an effective To achieve cooling that the: cooling air through the hollow interior of the turbine wheel is performed, the interior being designed as a fan and at the same time promoted cooling air flow for charging the internal combustion engine - to serve. However this internal cooling of the turbine wheel was also unsatisfactory.

Die, Erfindung bezweckt die Verbesserung solcher Kühlungen dadurch, daß das Turbinenrad sowohl durch einen von innen nach außen entlang seiner Außenseite bzw. entlang seinen beiden Außenseiten fließenden kräftigen Luftstrom als auch durch einen unabhängig von diesem Kühl,l:uftstro:m und zu ihm parallel geführten, durch Hohlräume des Rades sowie vorzugsweise: durch die hohlen Schaufeln fließenden: weiteren Kühlluftstrom gekühlt wird. Durch diese aus einer Außen-und einer Innenleühlung zusammengesetzte Kühlung werden Wärmestauungen im Turbinenrad praktisch vollständig vermieden, da die Wärme sofort sowohl nach innen als auch nach außen abfließen kann. Überhitzungen und schädliche Wärmebeanspruchungen werdon c,rmied,-n, vor allein dann, wenn auch die Scbatife1n durch einen innern Stroni unmitte@llia r gekühlt werde...The invention aims to improve such cooling by that the turbine wheel through both an inside out along its outside or strong airflow flowing along its two outer sides as well as through one that is independent of this cooling, air flow and that is run parallel to it Cavities of the wheel as well as preferably: flowing through the hollow blades: further Cooling air flow is cooled. This consists of an external and an internal cooling Compound cooling will cause heat build-up in the turbine wheel practically completely avoided as the heat is instantaneous both inwards and outwards can drain. Overheating and harmful thermal stress werdon c, rmied, -n, only then, even if the scbatife1n through an inner stroni in the middle r be cooled ...

Es sind zwar Gasturbinen bekannt, deren Liufer durch einen inneren Kühlstrom gekühlt «-erden, wobei das Kühlmittel auch gleicliz.eitig auf die Auß°nseite des Läufers gelangen kann. Die erzielbare Kühlwirkung ist jedoch ,v,s#2ntlich geringer als die Kühlwirkung einer gemäß der Erfindung ausgeliildet2n Kühlung. da das Kühlmittel bei der bekannten Anordnung -zunächst dieInnenkanäle des Rades durchfließt, bevor es vom Umfang des Radas her auf die Aul;enseite desselben gelangen kann. Das Kühlmittel ist daher einerseits Bereits vorgewärmt, wenn es die Außenflächen des Kühlrades bestreicht, und and:rseits kann von einem eigentlichen Kühlstrom auf der Aullenscit,- des Rades des-«-:gen nicht gesprochen werden, weil sich das Kühlmittel lediglich von außen her in Kammern 1ieiderseits des Rades anstauen kann. ein kräftiges Durchströmen dieser Kammern infolgedessen nicht gewährleistet ist.There are gas turbines known whose Liufer by an inner Cooling flow cooled "-earth, the coolant also on the same side on the outside of the runner can get. The achievable cooling effect is, however, considerably less as the cooling effect of a cooling designed according to the invention. because the coolant in the known arrangement -first flows through the inner channels of the wheel before it can reach the outer side of the rada from the circumference of the rada. The coolant is therefore on the one hand already preheated when it is the outer surfaces of the cooling wheel coated, and on the other hand, from an actual cooling current on the Aullenscit, of the wheel of the - «-: genes cannot be spoken, because the coolant is only can accumulate from the outside in chambers on both sides of the wheel. a strong flow of these chambers is consequently not guaranteed.

Des weiteren sind auch Kühlungen von Gasturbinen bekannt, bei «-elchen das Kühlmittel auf beiden Seiten des Turbinenrades radial von innen zuströmt, das Turbinenrad 1;°iders°its bespült und am Umfang des Rades abströmt, wobei sich die Kühlströme nahe am Umfang des Rades d--rart verzweigen, daß ein Teil der Kühlströme um den äull°_ren, die Schaufeln tragenden Flansch des Turbinenrades leerumströmt, während der restliche Teil der Kühlströme durch Bobrungen dieses Flansches sowie durch die' hohlen Turbinenschaufeln hindurchgeleitet wird. Auch diese Kühlung bietet nicht die Vorteile der Erfindung. da sich die Kühlströme erst unmittelbar vor den Schaufeln verzweigen, nachdem sie t;ereit: im Verlauf ihrer radialen Strömung am Turbinenrad entlang Wärme aufg:nommen haben. Eine Innenkühlung d°s Rades selbst ist hierbei nicht vorgesehen. Auch besteht nicht die Möglichkeit, die Kühlströme für die Innen- und Außenkühlung v: rschiedenen Kühlmitteldu#--11Qn zu entnehmen.Cooling systems for gas turbines are also known, at «-elchen the coolant flows radially from the inside on both sides of the turbine wheel, the Turbine wheel 1; ° iders ° its flushed and flows off at the circumference of the wheel, whereby the Cooling flows close to the circumference of the wheel d - branch out in such a way that some of the cooling flows flows around the outer flange of the turbine wheel carrying the blades, while the remaining part of the cooling flows through Bobrungen this flange as well is passed through the 'hollow turbine blades. This also offers cooling does not take advantage of the invention. since the cooling flows are only immediately before the Blades branch after they are ready: in the course of their radial flow at Have absorbed heat along the turbine wheel. Internal cooling of the wheel itself is not provided for here. There is also no possibility of the cooling flows For internal and external cooling, different coolant no # - 11Qn can be found.

Im Gegensatz. zu diesen bekannten Kühlung'n ermöglicht die Erfindung eine noch weiter verbesserte 1sülilwirlzung an Turbinenrädern dadurch. daß einerseits das Turbinenrad nicht nur auf seiner Außenseite. sondern auch über seine ganze radiale Erstreckung von innen her g,-kühlt wird und daß anderseits bzide Kühlströme unabhängig voneinand2r in Parallelanordnung durch das Turbinenrad hindurch bzw. auf seiner Außenfläche entlang geführt werden, wobei sie, ohne zuvor Wärme aus dem Turbinenrad aufgenommen zti Haben, mit größter Kühlwirkung sowohl durch die Innenkanäle als auch auf der Außenfläche des Rades entlang fließen.In contrast. the invention enables these known cooling systems an even further improved fluid circulation on turbine wheels as a result. that on the one hand the turbine wheel not only on its outside. but also over its entire radial Extension from the inside g, -cooled and that on the other hand or both cooling flows independently of one another in a parallel arrangement through or on top of the turbine wheel The outer surface can be guided along, without first removing heat from the turbine wheel added zti, with the greatest cooling effect both through the inner channels as also flow along the outer surface of the wheel.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt dargestellt. Auf der Welle a, ist frei tragend das Turbinenrad b angeordnet. Die zum Antrieb der Turbine benutzten Abgase werden bei g zugeführt und strömen nach Durchtritt durch die Schaufeln lr bei 1 z. B. ins Freie ab. Das Turbinenrad ist hohl ausgebildet, so <laß die bei e eintretende Kühlluft durch den Hohlraum von innen nach auljen hindurchströmen kann. Im Hohlraum können Scliraulren«-atidungen vorgesehen sein, so daf, das Turbinenrad gleichzeitig als Gebläse für die Kühlluft dient. Die am Umfang des Rades angeordneten Schaufeln lr der Turbine sind ebenfalls hohl und als Durchtrittskanäle c für die aus dem Hohlraum d nach außen z. B. in eine Kammer f austretende Kühlluft ausgebildet. Gegebenenfalls kann die nach f gefördert: Kühlluft für weitere Zwecke, z. B. zum Aufladen der Brennkraftmaschine oder für Heizzwecke, verwendet werden.In the drawing, an embodiment of the invention is shown in section. The turbine wheel b is arranged in a cantilevered manner on the shaft a. The exhaust gases used to drive the turbine are fed in at g and, after passing through the blades, flow at 1 z. B. into the open. The turbine wheel is hollow so that the cooling air entering at e can flow through the cavity from the inside to the outside. In the cavity, air circulation systems can be provided so that the turbine wheel also serves as a fan for the cooling air. The arranged on the circumference of the wheel blades lr of the turbine are also hollow and as passage channels c for the from the cavity d to the outside z. B. formed in a chamber f exiting cooling air. If necessary, the promoted according to f: Cooling air for other purposes, e.g. B. can be used to charge the internal combustion engine or for heating purposes.

Eine weitere Kühlung der Turbine ist dadurch vorgesehen, daß ein Kühlluftstrom durch z. B. unter dem Staudruck des Flug-oder Fahrwindes stehende Kanäle rt in der Nähe der Welle a von außen gegen das Turbinenrad geleitet wird, von wo er in Form eines Luftschleiers durch die Spalträume ;r und o auf beiden Seiten des Rades zwischen diesem und dem Gehäuse nach dein Umfang abgelenkt wird. Von hier aus kann die Kühlluft in den Abgasstrom ,;-i, wie auf der unteren Hälfte der Abbildung dargestellt. in die Kammer f, wie auf der oberen Hälfte der Abbildung dargestellt, oder unmittelbar nach außen abgeführt werden. Die Kühlluft könnte jedoch auch teilweise nach i und teilweise nach f oder nach außen abgeleitet werden. Die Zuführung beider Kühlluftströme kann ferner unter gleichem oder verschiedenem Druck erfolgen. Ferner kann der Innenkühlstrom auch. dem Kanal r. entnommen «-erden, indem er durch Bohrungen in der Wandung des Turbinenrades in dessen Innenhohlraum d eintritt. Beide Kühlluftströme kömiten auch dem Abgasstrom zugeführt «-erden.A further cooling of the turbine is provided that a cooling air flow by z. B. under the dynamic pressure of the airborne or driving wind standing channels rt in the Near the shaft a is directed from the outside against the turbine wheel, from where it takes shape an air curtain through the gaps; r and o on either side of the wheel between this and the housing is deflected according to your scope. The cooling air can flow from here into the exhaust gas stream,; - i, as shown in the lower half of the figure. in the chamber f, as shown in the upper half of the figure, or immediately be discharged to the outside. The cooling air could, however, also partly according to i and can be partially derived to f or to the outside. The supply of both cooling air streams can also take place under the same or different pressure. Furthermore, the internal cooling flow even. the channel r. removed "-earth by drilling through holes in the wall of the Turbine wheel enters its inner cavity d. Both streams of cooling air also come fed to the exhaust gas stream.

Claims (5)

PATENTANSPPLCH&: i. Kühlung von Abgasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad sowohl durch einen von innen nach außen entlang seiner Außenseite fließenden kräftigen Kühlluftstrom als auch durch einen unabhängig von diesem Kühlluftstrom und zu ihm parallel geführten, durch Hohlräume des Rades sowie vorzugsweise durch die hohlen Schaufeln fließenden weiteren Kühlluftstrom gekühlt wird. PATENT APPLICATION &: i. Cooling of exhaust gas turbines, characterized in that that the turbine wheel through both an inside out along its outside flowing powerful cooling air flow as well by an independent from this cooling air flow and guided parallel to it, through cavities of the wheel and preferably further cooling air flow flowing through the hollow blades is cooled. 2. Kühlung von - Abgasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und der Außenkühlluftstrom an die gleiche Kühlluftquelle, z. B. dem Staudruck des Flugwindes, angeschlossen sind. 2. Cooling of - exhaust gas turbines according to claim i, characterized in that that the inside and outside cooling air flow to the same source of cooling air, e.g. B. the Dynamic pressure of the air wind, are connected. 3. Kühlung von Abgasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und Außenkühlluftstrom an verschiedene Kühlluftquellen angeschlossen sind, wobei sie unter gleichem oder verschiedenem Druck zugeführt werden können. 3. Cooling of exhaust gas turbines after Claim i, characterized in that the internal and external cooling air flow to different Cooling air sources are connected, whereby they are under the same or different Pressure can be supplied. 4. Kühlung von Abgasturbinen nach Anspruch r bis 3, dadurch gekennzeichnet, da.ß das Turbinenrad auf seiner Innen- oder Außenseite oder auf seiner Innen- und Außenseite als Gebläse ausgebildet ist. 4. Cooling of exhaust gas turbines according to claim r to 3, characterized in that the turbine wheel on its inside or outside or is designed as a fan on its inside and outside. 5. Kühlung von Abgasturbinen nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Innen- oder Außenkühlung des Turbinenrades dienenden I,',-ühlströme weiteren Zwecken, z. B. Heizzwecken, nutzbar gemacht werden. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 320 825, 346 599, 493 057, 522 992.5. cooling of exhaust gas turbines according to claim i to 4, characterized in that the serving for the internal or external cooling of the turbine wheel I, ', - ühlströme further purposes, for. B. heating purposes, are made usable. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications were taken into account in the granting procedure: German Patent Specifications Nos. 320 825, 346 599, 493 057, 522 992.
DED81350D 1939-10-17 1939-10-17 Cooling of exhaust gas turbines Expired DE767312C (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE952853C (en) * 1942-05-23 1956-11-22 Alfred Buechi Dr Ing Gas turbine with an impeller disk which is acted upon tangentially from the outside and which deflects the propellant gas from the radial inlet into the axial outlet direction
DE1023275B (en) * 1953-11-20 1958-01-23 Napier & Son Ltd Gas or exhaust gas turbine

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DE493057C (en) * 1930-03-01 Lorenzen G M B H C Impeller for turbines composed of two symmetrical disks
DE522992C (en) * 1928-09-27 1931-04-22 Vladimir Kalabek Multi-stage gas turbine in which the gaseous coolant is used for work

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