DE821881C

DE821881C - Verfahren und Vorrichtung zum Kuehlen von Verbrennungsgasturbinen

Info

Publication number: DE821881C
Application number: DEM3129A
Authority: DE
Inventors: Pieter Grootenhuis; Nolan Peter William Moore
Original assignee: NOLAN PETER WILLIAM MOORE
Current assignee: NOLAN PETER WILLIAM MOORE
Priority date: 1946-12-17
Filing date: 1950-05-04
Publication date: 1951-11-22
Also published as: GB619634A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbrennungsgasturbinen, die mit so hohen Gastemperaturen arbeiten, daß es schwierig ist, die wirksamen Flächen für diese Temperaturen widerstandsfähig zu machen. Bekanntlich ist es im Hinblick auf die Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades wünschenswert, die Betriebstemperaturen von Gasturbinen zu erhöhen, aber die Werkstoffe, die bisher für die Herstellung der wirksamen Teile, z. B. der Turbinenschaufeln, zur Verfügung standen, haben den anwendbaren Temperaturen eine enge Grenze gesetzt.

Wenn man auch Kühlverfahren angewendet hat, so beruhten diese bisher auf einer inneren Kühlung, die voraussetzt, daß Wärme durch die Arbeitsflächen hindurch an eine Kühlflüssigkeit oder eine feste Unterlage von großem Wärmeaufnahme; vermögen abgeleitet wird. Diese Verfahren erfordern einen hochgradigen Wärmedurchgang durch die wirksamen Teile, und da diese gewöhnlich nicht aus Werkstoffen mit der höchsten bekannten Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. Silber oder Kupfer, hergestellt werden können, ist die Wirkung solcher Kühlverfahren sehr beschränkt.

Bekanntlich bleibt ein poröser Körper, durch den eine Flüssigkeit hindurchsickern kann, kühler als die umgebende Atmosphäre, wenn es sich um eine Flüssigkeit handelt, die an der Oberfläche verdampfen kann. Diese Art zu kühlen wird mitunter als Verdunstungskühlung bezeichnet. Im vorliegenden Falle handelt es sich darum, daß zur Kühlung entweder eine an der Oberfläche verdampfte Flüssigkeit verwendet wird, oder auch zur Kühlung ein Gas durch einen porösen Körper hindurchtritt.

Die Bezeichnung Kühlmittel schließt sowohl Flüssigkeiten als auch Gase ein, die unter diesen Bedingungen zum Kühlen verwendet werden. Wenn dieses Kühlverfahren auf hocherhitzte Flächen von Gasturbinen angewendet werden soll, müssen die in Frage kommenden Teile porös sein oder wenigstens poröse Oberflächen haben, zu denen ein Kühlmittel leichten Zutritt hat. Diesen Oberflächen wird das Kühlmittel unter einem ausreichenden Druck zugeführt, der in der dem normalen Wärmefluß entgegengesetzten Richtung wirkt.

Es ist an sich bekannt, Kühlverfahren, die der Verdunstungskühlung ähnlich sind, auf andere Arten von Anlagen anzuwenden, die mit Verbrennungsprodukten von hohen Temperaturen arbeiten und Ofenwände und Verbrennungskammern enthalten, wo die hohen Beanspruchungen, wie sie bei Verbrennungsgasturbinen aufgenommen werden müssen, nicht vorkommen.

ao Gemäß der Erfindung besteht das Verfahren zur Kühlung solcher Läufer- und Ständerteile von Verbrennungsgasturbinen, die von den heißen Gasen bestrichen werden, darin, daß diese Teile mit einem porösen Belag versehen werden, durch den man ein Kühlmittel hindurchsickern lassen kann. Dies geschieht unter dem Druck, der notwendig ist, damit das Kühlmittel dauernd durch den Belag hindurchströmt und mit den über diesen streichenden heißen Gasen in Berührung kommt. Bei Anwendung des Verfahrens auf die Kühlung der Lauf- und Leitschaufeln von Gasturbinen können die Schaufeln als Schalen aus porösem Werkstoff ausgebildet sein, die einen oder mehrere Kanäle enthalten. Diese können in geeigneter Weise durch den Schaufelfuß in Verbindung mit einer Kühlmittelquelle gebracht werden, wenn die Schaufeln je nach dem vorliegenden Fall an dem Läufer oder Ständer befestigt werden. Da Porosität und mechanische Festigkeit Eigenschaften sind, die im umgekehrten Verhältnis zueinander stehen, kann es, wenn hohe Beanspruchung oder hohe Temperatur oder beide Bedingungen vorliegen, oft nötig sein, eine Schaufel anzuwenden, bei der die poröse Schale mittels eines Bindemittels oder auf andere Weise an einem Ver-Stärkungskern befestigt äst, der sich in ihrem Innern von dem Schaufelfuß aus erstreckt. Der Kern ist mit den Kanälen versehen, so daß das Kühlmittel an mehreren dicht nebeneinander liegenden Punkten, an die Innenfläche der porösen Schale geführt wird.

J₀ Eine Gasturbine, mit Schaufeln und anderen Teilen, die aus porösem Werkstoff bestehen oder mit solchem bestückt sind, so daß diese Teile mit der erfindungsgemäßen Kühlung behandelt werden können, kann mit Gastemperaturen betrieben werden, die wesentlich höher liegen als die normale, den Werkstoff nicht gefährdende Betriebstemperatur. Die Gasturbine kann daher mit einem höheren Wirkungsgrad arbeiten als er bei bekannten Kühlverfahren erreichbar ist. Eine weitere Verbesserung

(S₀ des Wirkungsgrades kann man bei mehrstufigen Gasturbinen erzielen, indem man flüssigen Brennstoff als Kühlmittel für die Schaufeln in einer oder mehreren der Hochdruckstufen der Turbine verwendet, d. h. in einer Stufe, in der die Temperatur der hindurchstreichenden heißen Gase oberhalb des Flammpunktes der heißen Gase liegt. Gewöhnlich erfordert die Einführung des Brennstoffes in das Arbeitsgas zwischen einer Hochdruck und einer Niederdruckturbine zusätzliche Leitungen und Verbrennungskammern. Aber bei dem neuen Verfahren, den Brennstoff einzuführen, ist diese besondere Anordnung nicht erforderlich, und die Stufen können unmittelbar aufeinanderfolgen.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert; in dieser zeigt

Fig. ι a ein Schema, das die Kühlwirkung eines Kühlmittels über einen Schnitt durch einen porösen Körper' veranschaulicht.

Fig. ι b schaubildlich den Temperaturanstieg in dem Körper unter verschiedenen Bedingungen,

Fig. 2 und 3 in Schrägansicht eine Lauf- bzw. eine Leitschaufel, beide in einer Ausführungsart aus porösem Werkstoff,

Fig. 4 eine Seitenansicht und

Fig. 5 eine Draufsicht einer abgewandelten Form g₅ einer Laufschaufel mit einem festen Kern,

Fig. 6 im Schnitt eine andersartige Form eines festen Kernes,

Fig. 7 im Schnitt eine weitere Änderung des Kernes,

Fig. 8 in Schrägansicht noch eine andere Ausführungsform des Kernes und

Fig. 9 schematisch eine Art der Anwendung der erfindungsgemäßen Kühlung bei der Laufwelle einer Gasturbine.

Wie sich zunächst aus Fig. 1 a ergibt, fließt das Kühlmittel durch den porösen Körper B in der durch die Pfeile gekennzeichneten Richtung entgegen dem von der heißen Seite // zu der kalten Seite C verlaufenden Wärmefluß und entzieht so dem Körper während ihres Durchflusses durch ihn dauernd Wärme.

Das Kühlmittel kann entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, und im ersteren Fall wird die beste Kühlwirkung durch eine derartige Regelung des Stromes erreicht, daß ein Teil der Flüssigkeit verdampft, wenn sie durch den Körper sickert, und der Rest, wenn er an der heißen Oberfläche austritt. Auf diese Weise wird im wesentlichen alle latente Wärme, die zur Verdampfung der Flüssigkeit benötigt wird, dem Körper entzogen. Der Umstand, der hierbei vermieden werden muß, ist der, daß man die Flüssigkeit so stark durch den Körper hindurchsickern läßt, daß er eine Flüssigkeitsschicht auf der heißen Seite bildet, von der Tropfen von den heißen Gasen weggeführt werden können. Unter diesen Umständen würden die Gase beträchtlich gekühlt werden, was im Falle einer Gasturbine ihren Wirkungsgrad bedeutend vermindern würde.

Wenn als Kühlmittel ein Gas verwendet wird, ändert sich grundsätzlich nichts, und die Kühlwirkung hängt davon ab, wie leicht die Wärme von dem porösen Körper auf das Gas übertragen werden kann sowie von den wärmeisolierenden Eigenschaften einer Schicht L des Gases, wenn es an der Ober-

fläche des Körpers ausgetreten ist. Wenn der überwiegende Teil der Wärmeenergie von der äußeren Wärmequelle durch Strahlung übertragen wird, so findet man, daß Kohlendioxyd eine bessere isolierende Wirkung hat als beispielsweise Luft.

Wenn die Oberflächenschicht des Kühlmittels ioo°/oig wirksam ist, so ist die höchste Temperatur des Körpers die des Kühlmittels bei seinem Austritt an der Oberfläche. Aber selbst wenn diese Schicht bezüglich der Wärmeisolation nur teilweise wirksam ist, so ist die Wärmemenge, die von der Wärmequelle auf den Körper übertragen wird, merklich kleiner als bei anderen Kühlverfahren. Wenn das Kühlmittel durch den porösen Körper hindurchtritt, entzieht sie ihm Wärme und gibt diese an die Wärmequelle zurück, während nur wenig oder gar keine Wärme durch den Körper hindurch an die kalte Oberfläche geleitet wird. Dies bedeutet bei einer Gasturbine, daß keine wesentliche Wärme von dem Arbeitsgas verlorengeht. Außerdem bewahren die bedeckten Schichten der mit der erfindungsgemäßen Kühlung behandelten Teile, z. B. der Schaufeln, ihre normalen im kalten Zustand vorhandenen Festigkeitseigenschaften.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Kühlung über den Querschnitt des porösen Körpers in Fig. ι a ist in Fig. ι b schaubildlich dargestellt, in der als Ordinaten die Temperaturen T° aufgetragen sind. Kurve m zeigt eine über den Querschnitt gleichbleibende Temperatur, wenn keine Wärme entzogen wird, wobei die Temperatur die der Wärmequelle ist. Kurve η zeigt die Kühlwirkung, wenn die Wärme durch den Körper hindurch zu einem Kühlmantel o. dgl. geführt wird, was einen ausgesprochenen Temperaturanstieg ergibt. Bei erfindungsgemäßer Kühlung veranschaulichen die Kurven p und q den Temperaturanstieg in dem Körper bzw. im Kühlmittel.

Bei einem porösen Körper ist die dem Kühlmittel ausgesetzte wirksame Fläche beträchtlich größer als bei einer anderen Anordnung zur Wärmeübertragung, und so ist die erforderliche Kühlmittelmenge viel kleiner.

Eine Vorstellung von der Kühlmittelmenge, die für die erfindungsgemäße Kühlung von Gasturbinenschaufeln bei der Verwendung von Luft als Kühlmittel erforderlich ist, kann man aus den nachstehenden Berechnungen gewinnen.

Die Wärmeübergangszahl zwischen den heißen Gasen und den Laufschaufeln einer durchschnittlichen Gasturbine ist zu etwa 975 kcal/h · qm · ⁰C angenommen. Die Temperatur der Gase sei mit T₁ ⁰C und die der Schaufeln mit T₅ ⁰C bezeichnet. Die Wärmeisolierung durch die kühlende Grenzschicht von Luft auf der Schaufel habe eine Wirksamkeit von χ %. Dann ist die von den heißen Gasen auf die Schaufel übertragene Wärme:

(100-

(T₁- T₂). 975 kcal

100

h. qm

Die Anfangstemperatur der Kühlluft sei T₃ ⁰ C, und es sei angenommen, daß die Kühlluft beim Durchstreichen durch die Schaufel die Temperatur T₂ der Schaufel erreicht. Dann ist die erforderliche Kühlluftmenge:

(100-*) (T₁-T₁). 975 kg

Werte	1000	Gastemperatur I₁ ⁰C	1200	1300
von χ %	0		0	0
	o,33	1100	0,48	0,56
100	0,66	0	0,96	0,12
75	1,00	0,41	1.44	1,68
50	0,82
25	1,23

100 (T₉-T₃). Sp qm.h'

wobei Sp die spezifische Wärme der Luft ist.

Wenn A die gesamte Oberfläche der Schaufeln und Q die ganze durch die Turbine strömende Menge ist, so ist der auf diese bezogene Prozentsatz des gesamten Kühlmittelstromes gegeben durch den Ausdruck:

(100 — x) (T₁ — T₂) -975 · /4-IOO
(^> (T₃-T₃).Sp. Q ·

Einige Zahlenwerte können nun für einen besonderen Fall behandelt werden. Die Schaufeltemperatur T₂ werde zu 550⁰ C, die Eintrittstemperatur T₃ der Luft zu 200⁰ C und die spezifische Wärme der Luft zu 0,26kcal/kg· ° C angenommen. Die Turbine soll 50 Schaufeln haben und jede von ihnen eine gesamte Oberfläche von 40 qcm. Die gesamte durch die Turbine strömende Menge Q sei 20 kg/sec. Dann können die folgenden Werte leicht abgeleitet werden.

Tabelle des auf die gesamte Durchströmmenge bezogenen prozentualen Anteiles der gesamten Kühlmittelmenge, die benötigt wird, um die Schau- go fein auf einer Temperatur von 550⁰ C zu halten, für verschiedene Gastemperaturen und Werte von x:

Bei Anwendung der Erfindung auf die Kühlung von Turbinenschaufeln weist die beaufschlagte Oberfläche der Schaufel gewöhnlich wenigstens eine Oberflächenschicht von porösem Werkstoff auf, wobei die für die Schaufel angewendete Ausführung weitgehend davon abhängt, ob als poröser Werkstoff Sintermetall, Spritzmetall oder keramisches Material gewählt ist.

Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungen für eine Laufbzw, eine Leitschaufel, die geeignet sind zur Herstellung ganz aus gesintertem Metallpulver, vorzugsweise nichtrostendem Stahl. Beide Schaufeln haben ein hohles Inneres, wobei die Dicke der Wand α nach dem Schaufelfuß hin zunimmt, d. h. nach dem Gebiet der größten Biegungsbeanspruchung hin. Der Fuß der Läuferschaufel ist so gestaltet, daß er einen üblichen schwalbenschwanzartigen Paßteil b aufweist, der mit dem Läufer in iao Eingriff gebracht werden kann. Das hohle Innere der Schaufel kann dann durch eine Bohrung c in dem Schaufelfuß mit einer Kühlmittelleitung in dem Läufer in Verbindung stehen. Die gesinterte Schaufel wird durch Einpressen des Materials in eine geteilte Form, in die ein Kern zur Bildung des hohlen

Innern eingesetzt ist, und durch anschließende Sinterung nach bekannten Verfahren hergestellt. Falls gewünscht wird, den Schaufelfuß zu verstärken, so kann man dies erreichen, indem man ihn aus feinkörnigem Material fertigt oder auch, indem man ihn mit einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt bindet. Schließlich wird das obere Ende der Schaufel durch eine dicht passende Platte d abgeschlossen, die mit den Wänden der

ίο Schaufel durch Hartlöten oder in einer anderen geeigneten Weise verbunden ist. Eine ähnliche Ausführungsart kann für Leitschaufeln angewendet werden, wenn auch der Schaufelfuß e und die Abdeckung / anders geformt sind.

Bei einer Abwandlung der in Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Lauf- und Leitschaufeln wird die poröse Wand durch eingebettete Drähte aus Stahl von hoher Zugfestigkeit verstärkt, der eine solche Zusammensetzung hat, daß er bei der Sintertemperatur nicht vollkommen schmilzt. Wenn die Schaufeln gesintert werden, verbindet sich die Verstärkung mit dem porösen Material der Schaufel und bewahrt diesen Zusammenhalt, so daß das poröse Material verstärkt ist, wenn es danach zum Zwieck der erfindungsgemäßen Kühlung verwendet wird.

Fig. 4 und 5 zeigen eine abgewandelte Ausführung einer Laufschaufel, bei der die Beanspruchung der Schaufel durch einen nichtporösen metallischen Kern aufgenommen wird, der aus einem Stück mit dem Schaufelfuß besteht und von einer porösen Oberflächenschicht h bedeckt ist. Auf jeder Seite des Kernes erstrecken sich eine Reihe von Riefen k von einem Querkanal / in der Nähe des Schaufelfußes aus. Beide Kanäle stehen über Zweigdurchlaßkanäle mit einem gemeinsamen Einlaß j für das Kühlmittel in dem Schaufelfuß in Verbindung. Bei der Herstellung der Schaufel werden die Riefen und Kanäle mit einem leicht schmelzenden Stoff wie z. B. Wachs, gefüllt, der auslaufen kann, nachdem der Kern mit einer porösen Oberflächenschicht bedeckt ist. Diese wird durch Aufpressen eines Metallpulvers angebracht, nachdem die Schaufeloberfläche vorher aufgerauht ist, um eine schlüssige Verbindung für das anzuheftende Pulver zu schaffen. Die Schaufel wird dann erhitzt, damit das die Riefen ausfüllende Wachs ausläuft und schließlich wird sie auf eine hohe Temperatur erhitzt, um die Oberflächenschicht zu sintern.

Ein hiervon abweichendes Verfahren zur Herstellung der porösen Oberflächenschicht ist das Me- __tallspritzen. Bei diesem Verfahren kann die gewünschte Porosität dadurch geregelt werden, daß der Abstand zwischen der Spritzdüse und der Oberfläche geändert wird, oder durch Änderung des Sauerstoffgehaltes der Flamme und des kühlenden Gasstromes. Bei einer gespritzten Schicht wird eine gewisse zusätzliche Behandlung, wie z. B. Profilschleifen, notwendig, um der Schaufel endgültig die erforderlichen Abmessungen zu geben.

Eine abgewandelte Form des Kernes, die in Fig. 6 im Querschnitt gezeigt ist, weist eine Reihe von ' Kanälen t in dem Kern auf, die von einer gemeinsamen Leitung in dem Schaufelfuß ausgehen und durch kurze seitliche Kanäle mit verschiedenen Punkten an der Oberfläche des Kernes in Verbindung stehen.

Noch eine andere Form eines Kernes, der eine poröse Schale trägt, ergibt sich, wenn marl gemäß Fig. 7 gelochtes Metallblech verwendet, das umgebogen und an der Auslaufkante zusammengeschweißt sowie auch mit dem Schaufelfuß durch Schweißen verbunden ist.

Bei einer weiteren Schaufelausführung nach Fig. 8 ist die poröse Schale aus porösem Blechmaterial gefertigt, das vorher durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt ist. Die Schaufel wird an der Führungskante ν umgebogen und ist an der Auslaufkante und an ihrer Verbindungsstelle mit dem Schaufelfuß mit Nahtschweißung versehen. Der Fuß hat eine zur Verstärkung dienende Verlängerung x, mit der die Schaufel an mehreren Stellen durch Punktschweißung verbunden ist, während Schlitze^ in dem Fuß öffnungen ergeben für das Kühlmittel, das in die Hohlräume innerhalb der Schaufel auf beiden Seiten der Verlängerung eintritt.

Bei allen vorhergehenden Beispielen von Schaufeln, die eine poröse, gesinterte Oberfläche haben, kann Porosität durch irgendeines der bekannten Verfahren erzielt werden, wie es in der Pulver- g₀ metallurgie und der Metallkeramik angewendet wird. Feste Werte für die Porosität kann man erhalten durch Vorsintern fein zerteilter Bestandteile und anschließendem Zermahlen der vorgesinterten Masse, worauf man durch Sieben Körner gewünschter Größe erhält, aus denen das Endprodukt geformt und gesintert wfird.

Schaufeln in verschiedenen Turbinenstufen, wo verschiedene Anforderungen an die Kühlwirkung gestellt werden, können mit entsprechend verschiedener Porosität hergestellt werden, so daß die erforderliche Kühlwirkung dadurch erzielt wird, daß das Kühlmittel den verschiedenen Stufen mit einem gemeinsamen Druck zugeführt wird. Andere Umstände erfordern wiederum, daß sich verschiedene Porositäten über die einzelnen Schaufeln verteilen, und diesen Erfordernissen ist vorzugsweise dadurch Rechnung getragen, daß Körner von verschiedenen passenden Größen in verschiedene Teile der zur Herstellung der Schaufeln dienenden Formen eingebracht werden. Ein solches Erfordernis ist es, den Widerstand gegen den Kühlmittelstrom über eine poröse Schicht mit verschiedener Dicke gleich zu machen. Ein anderes Erfordernis besteht darin, den Kühlmittelstrom an der Führungskante einer Schaufel zu erhöhen, da diese Kante der am meisten den heißen Gasen ausgesetzte Teil ist.

Es versteht sich natürlich, daß die Schaufeln nur ein Beispiel für Turbinen-Läufer- und Ständerteile sind, bei denen die erfindungsgemäße Kühlung angewendet wferden kann, und daß ferner viele der konstruktiven Betrachtungen, die vorher in Verbindung mit den Schaufeln angestellt worden sind, auch bei anderen Teilen angewendet werden können, wofür nunmehr ein Beispiel gegeben werden soll. Ein solches weiteres Beispiel stellt die Abtriebs-

welle der Hochdruckturbine einer Industriegasturbinenanlage dar. Wie in Fig. 9 schematisch dargestellt ist, treten die heißen Gase in die Turbine durch eine seitliche Einlaßleitung 10 ein und streichen um die Läuferwelle. Dieser Teil der Welle wird dadurch gekühlt, daß er mit Abstand von einer Hülse 11 aus porösem Material umgeben wird, wobei ein ringförmiger Kanal gebildet wird, dem aus einem Einlaßring i2dasKühlmittel unter Druck zugeführt wird. Am anderen Ende der Hülse steht der Kanal mit öffnungen in dem Läufer in Verbindung, die in poröse Laufschaufeln 13 führen, von denen nur drei Ringe dargestellt sind. Bei dieser Anordnung wird die Abtriebswelle 14 durch die Hülse kühl gehalten, wobei das Kühlmittel auch zu den Laufschaufeln fließt, während das durch die Hülse hindurchtretende Kühlmittel, in diesem Fall Luft, ohne Wärmeverlust zu der durch die Turbine strömenden Masse hinzukommt. Bisher wurden nur unbrennbare Kühlmittel wie z. B. Luft oder Wasser betrachtet. Es kann aber auch flüssiger Brennstoff in gewissen Umständen, wie z. B. bei einer mehrstufigen Gasturbine, vorteilhaft zum Wiedererhitzen des Gases zwischen a₅ aufeinanderfolgenden Stufen verwendet werden. Üblicherweise erfordert die Einführung des Brennstoffes in das Arbeitsgas zwischen Hochdruck- und Niederdruckturbine zusätzliche Leitungen und Verbrennungskammern, aber dasselbe Ergebnis J₀ kann man in einer sehr vereinfachten Weise durch die erfindungsgemäße Kühlung der Lauf- und Leitschaufeln erreichen, indem man in der letzten Stufe der Hochdruckturbine flüssigen Brennstoff als Kühlmittel verwendet. Der Brennstoff tritt an der Oberfläche der porösen Schaufel in einem teilweise verdampften Zustand aus und der Rest als kleine Tropfen. Sobald der Brennstoff die Oberfläche verläßt, mischt er sich mit dem Betriebsgas, das in der Hauptsache Luft ist, und da die Temperatur vor-_4<) wiegend oberhalb des Flammpunktes des Brennstoffes liegt, tritt Verbrennung ein. Die Niederdruckturbine kann unmittelbar anschließend an die Hochdruckturbine angeordnet sein, wobei die beiden Turbinen, wenn gewünscht, auf einer Welle sitzen können.

Die Wahl des Kühlmittels hängt weitgehend von der Art der Anlage ab, bei der die erfindungsgemäße Kühlung angewendet wird. Zum Beispiel bei einer ortsfesten Turbine oder einer Schiffsturbine kann ein flüssiges Kühlmittel, gewöhnlich Wasser, verwendet werden, aber bei einer Gasturbine für Flugzeuge ist es offensichtlich nur praktisch, Luft zu verwenden. Die Art, wie das Kühlmittel unter Druck gesetzt werden kann, hängt sonach davon j. ab, ob eine Flüssigkeit oder ein Gas verwendet wird. Da die Zentrifugalkraft bei dem Druck, unter dem eine Flüssigkeit durch einen umlaufenden porösen Teil tritt, eine Rolle spielt, kann sie den erforderlichen Druck teilweise oder ganz erzeugen. Bei 6„ einem gasförmigen Kühlmittel ist die Zentrifugalkraft gewöhnlich ganz unzureichend, und der Druck muß durch Pumpen oder Kompressoren erzeugt werden, ebenso wie im Falle der erfindungsgemäßen Kühlung von nicht umlaufenden Teilen mittels Gasen oder Flüssigkeiten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zum Kühlen solcher Läuferund Ständerteile von mit hohen Gastemperaturen arbeitenden Verbrennungsturbinen, die von den heißen Gasen bestrichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Teile mit porösen Schichten versehen werden, durch -die man ein Kühlmittel unter dem nötigen Druck hindurchsickern läßt, derart, daß ein ständiger Strom von Kühlmittel durch die Schichten hervorgerufen und in Berührung mit den über die Schichten streichenden heißen Gasen gebracht wird.
2. Aus porösem Werkstoff hergestellte Bauteile von Verbrennungsgasturbinen oder ähnlichen Anlagen, die mit hohen Gastemperaturen arbeiten, zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Werkstoff zusammengesintert ist mit einer eingebetteten Verstärkung, die bei der Sintertemperatur nicht vollständig schmilzt, sondern eine Verbindung mit dem porösen Werkstoff eingeht und einen genügenden Zu_: sammenhang bewahrt, um den porösen Werk- g₀ toff zu verstärken, wenn er danach zum Zwecke der Kühlung benutzt wird.
3. Lauf- oder Leitschaufel für Verbrennungsgasturbinen zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit hohlem Schaufelblatt aus porösem Werkstoff und einem Fuß, durch den die Schaufel in üblicher Weise an dem Läufer oder, je nach dem, an dem Ständer befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaufelfuß ein oder mehrere Kanäle angeordnet sind, die den Hohlraum im Schaufelblatt mit einer unter Druck gehaltenen Kühlmittelquelle verbinden, wobei das Kühlmittel durch die poröse Schale hindurchsickern kann in einer Richtung, die im wesentlichen entgegengesetzt ist der des Wärme- _loj stromes, der von den heißen Gasen durch die Turbine fließt.
4. Lauf- oder Leitschaufel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaufelhohlraum ein Verstärkungskern mit fester Verbin- _no dung zum Schaufelblatt angeordnet ist, der sich innerhalb der Schaufel von deren Fuß aus erstreckt und mehrere Löcher oder Riefen hat, die mit den Kanälen in Verbindung stehen, so daß das Kühlmittel nach der Innenfläche der porösen _1Xg Schale an mehrere dicht nebeneinander liegende Punkte geleitet werden kann.
5. Verbrennungsgasturbine für Gastemperaturen, die wesentlich höher liegen als die Betriebstemperatur, die gewöhnlich für Turbinenschaufelwerkstoff zulässig ist zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine Schaufeln mit porösen Schichten hat, durch die man ein Kühlmittel unter dem nötigen Druck hindurchsickern lassen kann, derart, daß ein ständiger Strom von

Kühlmittel durch die Schichten hervorgerufen und in Berührung mit den über die Schichten streichenden heißen Gasen gebracht wird.
6. Verbrennungsgasturbine zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch ι mit einer Einlaßleitung für das unter Druck stehende Arbeitsgas, das über die Läuferwelle der Turbinenschaufeln streicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle mit Abstand von einer Hülse aus im wesentlichen porösem Werkstoff umgeben ist, die nach dem Betriebsgasstrom hin offen ist, und daß ein ringförmiger Kanal für das von einer unter Druck stehenden Quelle strömende Kühlmittel vorgesehen ist, von der ein Teil durch die Hülse hindurchsickert und sie dabei kühlt, während der Rest in Öffnungen in dem Läufer fließt und zum Kühlen der Schaufeln dient.

J. Verfahren nach Anspruch ι zum Kühlen der Lauf- und/oder Leitschaufeln in wenigstens einer der Hochdruckstufen bei einer mehrstufigen Verbrennungsgasturbuine, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Innern der im wesentlichen porös ausgebildeten Hohlschaufeln flüssiger Brennstoff unter dem nötigen Druck hindurchsickert, derart, daß ein ständiger Strom des Brennstoffes durch die Schaufeln hervorgerufen wird, aus denen er an deren Oberfläche in einem im wesentlichen gasförmigen Zustand austritt, sich mit dem Arbeitsgas mischt und mit diesem verbrennt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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