DE830853C - Duesenring fuer mit hohen Betriebstemperaturen arbeitende Turbinen, insbesondere Gasturbinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Düsenring für mit hohen Betriebstemperaturen arbeitende Turbinen-, insl>esondere Gasturbinen, mit mehreren über dien Rinigumfang verteilten und in Öffnungen von Trägern gehaltenen I Hisenschaufeln.

Da bei derartigen Turbinen die Düsen in der Regel die höchsten Temperaturen· auszuhalten haben, bietet ihre bauliche Ausführung und Anordnung besondere und erhebliche Schwierigkeiten, die sich aus der außerordentlich stark verschiedenen Wärmeausdehnung der Düsenteile einerseits und der verhältnismäßig kühleren umschließenden Gehäuseteile andererseits ergeben.

Es sind bereits Düsenkonstruktionen bekanntgeworden. l)ei denen mehrere die Düsen bildende Schaufeln in Öffnungen ringförmiger Träger getragen werden und l>ei denen zwischen den Schaufeln und den Trägern Spalte vorgesehen sind. Wenn jedoch die Spalte genügend groß sind, so erlauben sie ein Entweichen von heißem Treibmittel. Sind, die Spalte jedoch klein, so neigen sie l>eim Betriebe der Maschine dazu sich zu schließen, so daß Wärme auf die tragenden Ringe übertragen wird, welche gewöhnlich an dem umschließenden Gehäuse befestigt oder in Aussparungen desselben festgeklemmt sind. Jede Ausdehnung der tragenden Ringe verursacht daher mechanische Spannungen.

Demgemäß ist esi eine Aufgal>e der Erfindung, eine verl>esserte mechanische Konstruktion von Düsenringen für Gasturbinenkraftmaschinen zu schaffen, bei der freie unterschiedliche Wärmeausdehnungen aller Teile ohne Verursachung unzulässiger Spannungen oder Ermöglichung eines Entweichenst von heißem Treibmittel ermöglicht werden.

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Diesen baulichen und thermischen Anforderungen wird erfindungsgemäß bei einem Düsenring für mit hohen Betriebstemperaturen arbeitende Turbinen, insbesondere Gasturbinen, mit mehreren über den Ringumfang mit Abstand verteilten und in öffnungen von Trägern gehaltenen Düsenschaufeln dadurch genügt, daß zwischen den Düsenschaufeln und ihren Trägern Spalte vorgesehen sind, die so bemessen sind, daß sie sich bei den höchsten Betriebstemperaturen praktisch schließen und dadurch die Ausdehnung der Düsenschaufeln in axialer Richtung gegenüber den Trägern gestatten sowie ein Entweichen von heißem Treibmittel während der Dauer desi Betriebes verhindern. Im einzelnen kann dabei die Anordnung so getroffen sein, daß in diese Spalte Ansätze hineinragen, die an der inneren Umfläche der vorzugsweise ringförmigen Träger der Düsenschaufeln ausgebildet sind sowie sich rings um die Schaufeln längs deren' Umfang erstrecken und dabei eine Größe aufweisen, daß sie im Falle einer Wärmeausdehnung der Düsenschaufeln leicht mindestens in einem beschränkten Ausmaß zusammengepreßt werden und dadurch die Abschließung der freien Räume bewirken.

Ferner können nach der Erfindung in dem Weg der radialen Wärmeausdehnung der Düsenschaufeln Sperringe angeordnet sein, die l»ei nicht im Betrieb befindlichen Düsemschaufeln von diesen durch je einen Spalt getrennt sind, so daß die Ausdehnung der Düsenschaufeln gegenüber ihren Trägern auch in radialer Richtung auf Grund eines vorbestimmten Abstandes dieser Teile möglich ist.

Auch können die Träger der Düsenschaufeln ihrerseits von einem äußeren Gehäuse umschlossen und gehalten und zwischen diesem und den Trägern Spalte zur Ermöglichung einer gegenseitigen Ausdehnung vorgesehen sein. Weiterhin kann jede Düsenschaufel für den Durchgang von ihre Wärmeausdehnung vermindernder Kühlluft einen inneren Längskanal aufweisen, der am einen Ende mit einem Kühllufteinlaßkanal und am anderen Ende mit einem vorzugsweise durch einen der Spalte zwischen den Düsenschaufelträgern und dem äußeren Gehäuse gebildeten Auslaßkanal für die Kühlluft in Verbindung steht, der seinerseits mit seinem Austrittsende nach der Bahn für das heiße Treibmittel in einer praktisch zu dessen Strömungsrichtung parallelen Richtung ausmündet.

Schließlich können ertindungsgemäß die ringförmigen Träger der Düsenschaufeln mit einer schräg gerichteten Außenfläche versehen sein, die eine Führungsbahn für die aus den Schaufeln tretende Kühlluft an der Stelle ihres Überganges in den Strom des heißen Treibmittels bildet, und das Austrittsende des Kühlluftauslaßkanales kann vorteilhafterweise in praktisch der gleichen Höhenlage wie der Fußteil der Laufschaufeln der Turbine vorgesehen sein, so daß die Kühlluft längs der radialen inneren Wandung des Kanals für das heiße Treibmittel geführt wird.

Die Zeichnung veranschaulicht einen nach der Erfindung ausgestalteten Düsenring in einem Ausführungsbeispiel für Gasturbinen.

Fig. ι ist ein Längsschnitt durch den Düsenring sowie einen Teil des Turbinenläufers und die zugehörigen Gehäuseteile;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt des eigentlichen Düsenringes;

Fig. 3 ist ein Querschnitt nach der Geraden 3-3 von Fig. 2 durch eine einzelne Düsenschaufel und zeigt deren innere Kühlkanäle;

Fig. 4 ist eine in Abwicklung wiedergegebene Ansicht des äußeren Umfanges eines Teiles des Düsenringes, und

Fig. 5 ist ein Querschnitt nach der Geraden 5-5 von Fig. 4 und läßt eine Einzelheit des Düsenringes erkennen.

Gemäß Fig. 1 besteht der Turbinenläufer 1 aus einem zweistufigen Schaufelrad mit den miteinander durch einen Verschweißungskörper 5 verbundenen Scheiben 3 und; 4, die je einen äußeren ringförmigen Kranz 3" aus; einem hochwertigen Stahl mit großer Widerstandsfähigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen, der an seinem Umfang eine Reihe von am Außenende offenen und am Innenende mit dem Kranz 3" verbundenen Laufschaufeln 6 trägt. Die Fußteile der Laufschaufeln 6 sind mit sich in, der Richtung der Achse und des Umfanges des Kranzes 3" erstreckenden Fortsätzen 7, 8, 9, 10 versehen, von denen die inneren 8 und 9 sich einander und die äußeren 7 und 10 sich den benachbarten Teilen bis auf ganz schmale, ein Abströmen von heißem Treibmittel in die freien Räume in und an dem Läufer 3, 4, 3" verhindernde Schlitze nähern.

Jeder der beiden hitzebeständigen Kränze τ," ist durch einen ringförmigen Verschweißungskörper 11 mit einem mittleren nabenartigen Träger 12 verbunden, der aus; gewöhnlichem, niedrigkohlenstoffhaltigem Stahl bestehen kann und mit der Welle 13 aus einem Stück hergestellt ist. Die Welle 13 ist in mehreren Lagern geführt, von denen eines in Fig. 1 als Kugellager 15 dargestellt ist, das in einem Hauptrahmen- oder inneren Ständerring 16 gehalten! ist.

Der massige Hauptrahmenring 16 ist mit einem zylindrischen Rahmenteil 17 verschweißt, der gleichachsig mit der Welle 13 verläuft und seinerseits durch eine Schweißwulst 18 an eine quer zu ihm stehende, radial gerichtete Ringplatte 19 angeschlossen ist, die mit mehreren, über ihren Umfang mit Abstand verteilten Öffnungen 20 versehen ist, durch welche die Überleitungen oder die sog. Fischschwänze 21 ragen, welche die Gase von den zylindrischen Verbrennungskammern nach dem kreisförmigen Düsenring führen. In Fig. 1 ist nur ein Teil einer Verbrennungskammer wiedergegeben, die durch ein zylindrisches Gehäuse 22 gegeben ist, dessen Wandung mit ihrem einen Ende in einen Falz in einer Platte 23 eingepaßt ist, die durch Schrauben 24 an der Ringplatte 19 befestigt ist. Die Platte 23 geht in einen einwärts* gerichteten ringförmigen Fortsatz 25 über, mit dem das Austrittsende der inneren Gaszuführung 26 und das daran sich anschließende Eintrittsende der Überleitung 21 verbunden ist. Der ringförmige Fortsatz 25 der Platte 23 weist mehrere Öffnungen 25" auf, durch

die der zwischen dem Gehäuse 22 und der Gaszuleitung 26 gebildete Raum mit dem die Gasüberleitung 21 umschließenden Raum in Verbindung steht.

Mit dem Kugellager 15 ist beispielsweise durch mehrere Schraubenbolzen 28 ein Dichtungskörper 29 verbunden, welcher zwei in axialer Richtung mit Abstand voneinander liegende Labyrinthdichtungen 30, 31 bildet, die mit von der Radnabe 12 abstehenden Ringschultern zusammen arbeiten. Der gegossene Dichtungskörper 29 weist mehrere radial verlaufende Kanäle 32 auf, welche den Ringraum 33 mit einer inneren ringförmigen Aussparung 34 verbinden, die zwischen den Labyrinthdichtungen 30, 31 liegt.

Luft unter hohem Druck wird von einer geeigneten Quelle, z. 15. einem Luft nach den Verbrennungskammern liefernden Verdichter, dem Ringraum 33 über ein Rohr 33" zugeleitet, das sich zwischen zwei f>enachbarten Über leitungen 21 erstreckt und mit einem Bohrloch 33* in dem Rahmenring 16 in Verbindung steht. Die Druckluft strömt von dem Ringraum 33 durch die radialen Kanäle 32 nach der Aussparung 34, wo sie sich teilt und.einerseits, nach links durch die Labyrinthdichtung 30 strömt und so einem etwaigen in der entgegengesetzten Richtung durch die Dichtung 30 erfolgenden ölaustritt entgegenwirkt, während der Rest der Luft nach rechts durch die Labyrinthdichtung 31 geht und dabei sich dem Eintritt von heißem Treibmittel in den Ringraum zwischen dem ersten Schaufelrad 3 und dem benachbarten Gehäuseteilen· widersetzt.· Der äußere Umfang des Dichtungskörpers 29 ist gegenüber dem benachbarten inneren Umfang einer am Rahmenring 16 durch Schrauben 58 befestigten Ringplatte 56 durch einen elastischen Ring 57 abgedichtet, der die Trennfuge zwischen den Teilen 29 und 56 abschließt und in einer Ringnut am äußeren Umfang des Dichtungskörpers 29 liegt.

An der Ringplatte 56 ist ein ebenfalls ringförmiger Kühlkörper 59 befestigt, der auf der einem Seite konzentrische Ringnuten 59" aufweist, die eine vergrößerte strahlenden Oberfläche gegenüber dem heißen Schaufelradkranz 3" ergeben, während an der anderen Seite des Kühlkörpers 59 breitere konzentrische Ringnuten 59* ausgespart sind, die Kanäle für den Durchgang von Kühlwasser bilden. Das Kühlwasser kann durch Rohre zu- und abgeführt werden, die mit den in gestrichelten bzw. in vollen Linien angedeuteten Bohrungen 60 bzw. 61 in Verbindung stehen. Beispielsweise kann, Kühlflüssigkeit durch die Bohrung 60 nach einer radial verlaufenden Nut in dem Kühlkörper 59 und von da nach der innersten Ringnut 59* geleitet werden. Geeignete radiale Kanäle sind im Kühlkörper zur Verbindung der einzelnen Ringnuten 59* vorgesehen, so daß das Kühlwasser nacheinander durch die verschiedenen Ringnuten 59^ strömt, bi»! es die äußerste Ringnut 59* erreicht, von wo es in den radialen Ablaufkanal 62 eintritt, der in der Ringplatte 56 ausgespart ist und von dem die Kühlflüssigkeit durch die Bohrung 61 abfließt.

Die Ringplatte 19 ist durch Bolzen 35 an einem zusammenhängenden Ringteil 36 befestigt, der seinerseits mit einem konischen Ringkörper 37 verschweißt ist, an welchem ein zweiter schwerer Hauptrahmenring oder Ständer 38 angeschweißt ist. Mehrere über den Umfang des Ringkörpers 37 mit Abstand verteilte und zur Gewichtsverminderung, mit Löchern 40 versehene radiale Platten 39 verbinden die Ringkörper 36, 38 und 37 zu einer starren baulichen Einheit, die mit einem nicht dargestellten Rahmenring das eigentliche Turbinengehäuse bilden.

Die Düsenanordnung der ersten Stufe stellt eine bauliche Gesamtheit dar, die zwischen dem inneren Hauptrahmenring 16 und dem äußeren Hauptrahmenring 38 gehalten ist. Der radial innenliegende Teil der ganzen Düsenanordnung weist einen Tragring 63 auf, der an seinem inneren Ende in einen radial gerichteten, umgebördelten Ringflansch 64 übergeht, in welchen der Tragring 16 greift. Der axial verlaufende zylindrische Teil 65 des Ringes 63 bildet ein inneres Düsemringgehäuse 65, das den Rahmenring 16 mit Abstand umgibt, während ein weiterer sich radial erstreckender Teil 66 des Ringes 63 an seinem Umfang einen axial gerichteten zylindrischen Flansch 67 und einen zu diesem entgegengesetzt stehenden ringförmigen Fortsatz 68 aufweist. Der Flansch 67 umfaßt das ringförmige Austrittsende der Überleitung 21 und diese Verbindung wird durch mehrere kleine federnde Lappen 69 unterstützt, die an die benachbarte Wandungsfläche der Überleitung 21 durch Punktschweißung oder sonstwie angeschlossen sind. Der Ring 63 ist an dem Hauptrahmenring 16 durch mehrere Gewindebolzen 70 befestigt, und zur Halterung der Gesamtheit der Düsenanordnung trägt auch der Kühlkörper 59 durch den an seinem äußeren Umfang ausgebildeten axialen Ansatz 59^C bei.

Die äußeren Teile der Düsenanordnung sind von einem ringförmigen Düsengehäuse 71 umgeben, das am einen Ende mit einem radial verlaufenden Flansch versehen ist, der durch Bolzen¹ 72 an den inneren Umfang des Hauptrahmenringes 38 unter Zwischenfügung einer Unterlagscheibe 73 von einer bestimmten, vorher festgelegten Dicke angeschlossen ist. An der von dem Flansch abgewendeten. Seite geht der Ring 71 in einen radial nach einwärts gerichteten Flansch 71" über, der in einem axial verlaufendem Flansch yi^b endet, der das Austrittsende der Überleitung 21 in ähnlicher Weise wie der Flansch 67 des inneren Ringes 63 umfaßt und in seiner Haltewirkung durch federnde Lappen 69 unterstützt wird.

Der eigentliche Düsenring besteht aus mehreren hohlen gegossenen Schaufeln 74, von denen jede einen sie ganz durchsetzendem längsi gerichteten Kühlluftkanal aufweist, der in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien 75 angedeutet und aus Fig. 3 näher in seiner besonderen Formgebung ersichtlich ist. Die Düsenschaufeln 74 sind vorzugsweise im Präzisionsguß aus hoch hitzbeständigem Werkstoff, wie z. B. einer geeigneten hochwertigen Stahllegierung, hergestellt, und jede Schaufel wird getrennt gegossen'. Wie Fig. 3 zeigt, weisen diese Schaufeln 74 einen ziemlich abgestumpften und abgerundeten

inneren Hauptteil 74" und einen außerordentlich dünn auslaufenden Austrittsteil 74* auf. l^Tm die Halterung der Schaufeln 74 in den inneren und äußeren Ringen zu erleichtern, ist jede mit einem aus einem Stück mit ihr bestehenden und quer zu ihr stehenden Flansch 76 verseilen, der ungefähr die Form des Schaufelquerschnittes hat, aber an dem schvvanzförmigen Schaufelende viel dicker ist und dadurch die Aussparung von in der Weite der Schaufelaustrittskante entsprechenden Xuten in den Düsentragringen unnötig macht.

Diese getrennt gegossenen Düsen schaufeln 74 sind in zwei konzentrischen Ringen J- und 78 gehalten, die in Fig. 1 und 2 im Querschnitt dargestellt sind, und von denen der eine in Fig. 4 in ebener Abwicklung wiedergegel>en ist. Diese Ringe77, 78 sind, wie Fig. 4 zeigt, nicht zusammenhängende Körper, sondern aus mehreren, z. B. sechs, bogenförmigen Segmenten zusammengesetzt, von denen jedes sieben Düsenschaufeln trägt, und die im gesamten Ring z. H. zweiundvierzig Schaufeln aufweisen. Wie Fig. 4 in Verbindung mit dem vergrößerten Querschnitt von Fig. 5 erkennen: läßt, sind diese Segmente am ihren einander l>enachbarten Enden mittels einer aus Nut und Vorsprung bestehenden Verbindung aneinander angeschlossen, die ein genügend großes Spiel zwischen ihnen läßt, so daß ihre Wärmeausdehnung in der Umfangsrichtung ohne irgendeine Änderung des mittleren Innendurchmessers des Düsenringes möglich ist. In thermodynamischer und ärodynamischer Hinsicht ist es naturgemäß wichtig, daß der Durchmesser des Düsenringesi gegenüber den Laufschaufeln keine merkliche Änderung beim Wechsel der Betriebstemperatur erfährt.

Wie aus Fig. 1 und im vergrößerten Maßstab aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist der Tragring 78 der Düsenschaufeln 74 einen U-förmigen Querschnitt auf, dessen linker Schenkel 78° an seiner inneren Fläche mit einer Ringnut versehen ist, in welche ein im Weg der radialen Wärmeausdehnung der Düsenschaufeln 74, 76 liegender Sperring 80 eingefügt ist. Dieser aus Segmenten gebildete Ring kann in passender Weise durch eine Verkittung 81 oder ein ähnliches Haltemittel in Lage gesichert sein. Der andere Schenkel 78* des Ringes 78 geht in einen axial gerichteten Flansch 78^C ül>er. Bei jedem Segment des Ringes 78 ist der bogenförmige Flansch 78^C mit einem Schlitz versehen, dessen Endwandung in Fig. 2 durch die Linie 82 angedeutet ist. Durch diesen Schlitz wird es möglich, beim Zusammensetzen des Du sen trag ringe s J^ die Ringsegmente in axialer Richtung gegenül>er dem Hauptrahmenring T₁S in Lage zu bringen, indem dabei der Schlitz 82 über das vorstehende Ende eines in Fig. 1 in gestrichelten Linien angedeuteten zapfenförmigen Dül>els 83 hinweggeleitet, der einen festen Punkt bildet, um das' Düsensegment in der einem oder der anderen Umfangsrichtung so einzustellen, daß es sich in jeder Richtung von diesem Festpunkt aus im Umfang ausdehnen kann.

Ein bestimmter Zwischenraum 80* besteht zwischen der unteren Fläche des Sperrings 80 und den lxmachbarten Enden der gegossenen Düsenschaufeln 74, da hierein gewisser Freiheitsgrad erwünscht L-I. damit bei keiner Betriebsbedingung die unterschied- ; liehe Wärmeausdehnung übermäßige Spannungen ! in irgendeinem der die Gesamtheit der Düsenringanordnung bildenden Teile hervorruft. Infolge des Vorhandenseins des Zwischenraumes 8o^ft können die Düsenschaufeln 74 sich in ihrer Längsrichtung ausdehnen und zusammenziehen, ohne diesen freien Zwischenraum80'' vollständig abzuschließen. Ferner is't ein Spalt 84 zwischen dem Endflansch 76 der Düsenschaufeln 79 und der benachbarten Oberfläche der im Tragring 78 ausgesparten Öffnung vorgesehen. L^Tm das Austreten von heißem Treibmittel durch diesen Spalt 84 zu verhindern, ist an dem Ring 78 ein kleiner Vorsprung 85 ausgebildet, der sdch ganz um den Flansch 76 herum erstreckt. Der Vorsprung 85 ist von genügender Größe, um für gewöhnlich die Düsenschaufel 74 in der richtigen Abstandsbeziehung zu dem Ring Ji^ zu halten, aber gleichzeitig ist er klein genug, daß er beim Auftreten von übermäßigen Spannungen zwischen dem Endflansch 76 der Schaufel 74 und dem Ring J<> infolge unterschiedlicher Wärmeaiisdehnung etwas zusammengedrückt wird, bevor auf den Ring J^ irgendwelche zu hohe, sprengend wirkende Kräfte übertragen' werden. I⁷Ur gewöhnlich wird in der ersten Zeit des Betriebes der Maschine der Endflansch 76 der Düsenschaufeln 74 sich ausdehnen und den Vorsprung 85 des Ringes 78 bis zu einem bestimmten Grad zusammenpressen, so daß der Vorsprung 85 sich genau den Schaufeln 74 anpaßt. wenn diese in ihrem erhitzten Zustand sind. Auf Grund des so dauernd auf den Vorsprung 85 ausgeübten¹ Verformungsdruckes wird sich ein kleiner Spalt zwischen ihm und dem Flansch 76 im kalten Zustand der Teile ausbilden, aber beim jedesmaligen Arbeiten der Maschine wird sich dieser Spalt vollständig schließen.

Die Dicke der Unterla.gschcibe 73 zwischen dem Haupttragring 38 und dem benachbarten Flansch des die Düsen außen umschließenden Ringes 71 muß sorgfältig nach l>estimmten Gesichtspunkten gewählt werden. Wie Fig. 1 zeigt. Ικ-steht nämlich ein kleiner Spalt 86 zwischen dem linken Schenkel J^" des Ringes 78 und der benachbarten Οΐκ-rfläche des Flansches 71" des Ringe;· 71. und die Teile 78" und 71" sind so bemessen und ausgeführt, daß dieser Spalt 86 groß genug ist. um bei keiner l'etriebsbedingung vollständig geschlossen zu werden und so stets das Auftreten übermäßiger Spannungen im ί Ring 71 zu verhindern. Gleichzeitig ist aber auch eine zu weit gehende Bewegungsfreiheit bei den j Düsentragsegmenten 78 zu vermeiden. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren ist die Dicke der Unterlagsc'heibe JT₁ so gewählt, daß der Spalt 86 eine Größe erhält, dii eine freie unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen den Ringen 71. J^ unter sämtlichen möglichen Betriebsbedingungen gewährleistet und dabei keinen übermäßigen Freiheitsgrad für die Diis.entragsegme.nte 78 gestattet.

Die Ausbildung des inneren Düsentragringes 77 ist ganz ähmlich der Ausgestaltung des äußeren

kiiiyffs ^R. I kr Sperring 8o«. der Spalt 84" und der ringförmige Vorsprung 85" gleichen in Ausführung und Wirkung den entsprechend bezifferten Teilen 80,84,85 l>eim äußeren Ring 78. jedoch ist der innere Ring 77 an seiner rechten Seite durch eine aus Nut und Eingriffszunge l>estehende Verbindung an den Umfangsflansch 59° des Kühlkörpers 59 angeschlossen. Kin dem Zapfen 83 entsprechender Zapfen kann vorgesehen sein, um die Lage der einzelnen R ing Segmente 77 gegenüber dem Tragflansch 59'' in der l/mtangsrichtung einzustellen. Auf der liiiikcn Seite des Ringes 77 sind ein oder mehrere kleine Zapfen 77" in Bohrlöcher des Ringes 77 eingedrückt, und die vorstehenden Enden dieser Zapfen

»5 liegen an der Ix-nachbarteiu Oberfläche des Ringes 66 an und schaffen als Abstandsmittel einen Kühlluftkanal zwischen den Ringen 77, 66.

Wie ersichtlich, ist die ganze Düsenringausführung so gestaltet, daß eine freie unterschiedliche Wärmeausdehnung für die Düsenschaufeln 74 auf Grund der Spalte 8o^ft, 84, 84" und auch für die äußere Tragringsegmente 78 in der Umfangsrichtung auf Grund der Spalte 79 (vgl. Fig. 5) und in einer axialen Richtung auf Grund des Spaltes 86 ermöglicht ist. Die Teile sind dabei so ausgebildet, daß diese freie Spalte meist vollständig bei der höchsten Betriebstemperatur geschlossen und zum Zusammenstoß ihrer Wandungen gebracht werden, so daß praktisch keine Verlustwege für das Druckmittel l>eim normalen Betrieb der Maschine entstehen. Auch wird irgendein Verlust, der bei der kalten Maschine und l>ei der Höchstweite der Spalte auftreten kann, nur dazu beitragen, alle Teile rasch und gleichförmig auf die Betriebstemperatur zu bringen.

Um für diie Düsenanordnung eine Kühlmittelzufuhr zu erreichen, ist die Verbrennungskammer so ausgebildet, daß von einem nicht dargestellten Verdichter Luft unter Druck in den Zwischenraum zwischen der äußeren Wandung 22 der Verbrennungskammer und der Wandung der Leitung 26 strömt. Während ein Teil dieser Druckluft als Verbrennungsluft durch geeignet angeordnete öffnungen 26" in die Zuleitung 26 eintritt, geht ein anderer Teil dieser verhältnismäßig kühlen, in den Raum zwischen dein Wandungen 22 und 26 unter Druck stehenden Luft durch die in dem Tragring 25 der Verbrennungskammer 22 ausgesparten und über dessen, (.τηfang mit Abstand verteilten Öffnungen nach ckr Düsenanordnung. Die öffnungen 25" sind von einem sorgfältig gewählten Ausmaß. so daß sie gerade den für die wirksame Kühlung ikr Düsenanordnung erforderlichen Betrag von Luft hindurchlasscn. Diese Luft strömt um die Außenfläche der Wandung der Überleitung 21 und kühlt diese ebenfalls.

(^Tm die Strömung dieser Kühlluft zu bestimmen und als Strahlungsschutz zwischen der heißen Wandung der (TIk rleitung 21 und der Düsenanordnung 77, 78 einerseits und dem verhältnismäßig kühleren Hauptrahmen andererseits zu benutzen, kann ein Schild 37* aus Metallblech durch Schweißen oder scnstwie mit den Rahmenringen 19 und 16 und ein ähnliches Schild 37⁰ mit dem äußeren Rahmenringen 36 und 38 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise verbun dien sein. Diese Schilder begrenzen eine Kammer, aus der Kühlluft durch mehrere Locher 71« austritt, die im axial gerichteten Teil des Ringes 71 ausgespart und über dessen Umfang mit Abstand verteilt sind. Der die Düsen außen umgebende Ring 71 und der äußere Tragring 78 der Düsenschaufeln

74 bestimmen einen ringförmigen Kühlluftkanal, der die Gesamtheit der Düsenschaufeln 74 umgibt, so daß Kühlluft gleichförmig auf alle Längs'kanäle

75 der Düsenschaufeln 74 verteilt wird. In gleicher Weise begrenzen der die Düsen innen umschließende Ring 65 und der innere Tragring 77 der Düsenschaufeln 74 einen ringförmigen Sammelraum für das verbrauchte Kühlmittel, für das dann der zwischen den Ringen 77 und 66 durch die Zapfen 77" geschaffene enge Ringraum als Auslaßkanal dient.

Von diesem Ringraum aus verfolgt die Kühlluft ihre Bahn längs der konischen Oberfläche 77^b des Ringes 77, die so geneigt ist, daß die Richtung der Kühlluftströmung mit der Strömungsrichtung des durch die heißen Gaskanäle gehenden Treibmittels praktisch zusammenfällt. Auf diese Weise wird das , Kühlmittel mit den heißen Gasen mit geringst- '. möglicher Störung des Gasstromes vermischt. Das Austrittsende des zwischen den Ringen 77 und 66 gebildeten Auslaßkanals befindet sich praktisch in der gleichen Höhenlage wie der Fußteil der Laufschaufeln 6 der Turbine, so daß die Kühlluft längs '' der radial innenliegenden Wandung des Kanals für das heiße Treibmittel geführt wird. Indem die kühlere Luft längs dieses radial inneren Wandteiles des Gaskanals ihren Weg zu nehmen sucht, entsteht ein kühlerer Film von Kühlmittel unmittelbar in der Nähe der Endflanschen 76 der Düsenschaufeln 74, und diese Kühlluftschicht setzt sich bis zwischen die Laufschaufeln: 6 fort, so daß die hochbeanspruchten Fußteile dieser Schaufeln 6 einer gegenüber der mittleren Temperatur des Treibmittels niedrigen Temperatur ausgesetzt sind. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, arbeitet der kurze axiale Fortsatz 68 des Ringes 66 mit der benachbarten Schrägfläche 77^b des· Ringes 77 zur Bildung einer ringförmigen Düse zusammen, welche die Kühlluft in der gewünschten Richtung und mit der gewünschten Geschwindigkeit austreten läßt.

Bei dieser Kühlluftführung ist der statische Druck der Kühlluft in; dem Raum innerhalb des Schildes 37" praktisch gleich dem Druck in dem Luftraum zwischen der Wandung 22 der Verbrennungskammer 22 und der Wandung der Leitung 26. Die Strömung der Kühlluft wird dal>ei dadurch hervorgerufen, daß die Überleitungen 21 so bemessen und geformt sind, daß die Geschwindigkeit der von der Verbrennungskammer her kommenden heißen Gase merklich bei deren Annäherung an den Düsenring zunimmt. Das bedeutet, daß ein wesentlicher Teil der statischen Druckenergie des heißen Treibmittels in Geschwindigkeitsenergie beim Eintritt der Gase in den Düsenring umgewandelt wird. Auf diese Weise wird der an der Eintrittsetelle des Düsenringes l>estehendie statische Druck erheblich unter

dem statischen Druck der Kühlluft außerhalb der Überleitungen 2i liegen. Dieser Unterschied im statischen Druck ruft den beschriebenen Kühlluftstrom hervor. Außerdem bewirkt die hohe Geschwindigkeit des Treibmittelsi eine Saugwirkung, welche die Kühlluft in der angegebenen Weise durch die Kanäle zieht.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ίο i. Düsenring für mit hohen Betriebstemperaturen arbeitende Turbinen, insbesondere Gasturbinen, mit mehreren über den Ringumfang mit Abstand verteilten und in öffnungen von Trägern gehaltenen Düsenschaufeln, wobei zwisehen' den Düsenschaufeln und ihren Trägern Spalte vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (84, 84") derart bemessen sind, daß sie sich bei den höchsten Betriebstemperaturen praktisch schließen und dadurch die Wärmeausdehnung der Düsenschaufeln (74) in axialer Richtung gegenüber den Trägern (yj, 78) gestatten sowie ein Entweichen von heißem Treibmittel während der Dauer desi Betriebes verhindern.
2. 2. Düsenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Spalte (84, 84⁰) zwischen den Düsenschaufeln (74, 76) und ihren Trägern (77, 78) an diesen vorgesehene Ansätze (85, 85") hineinragen, die von einer Größe sind, daß sie im Falle einer Wärmeausdehnung der Düsenschaufeln leicht, mindestens in einem beschränkten Ausmaß, zusammengepreßt werden und dadurch die Abschließung der freien Räume bewirken.
3. 3. Düsenring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (85, 85") an der inneren Umfläche von ringförmigen Trägern (77> 78) angeordnet sind und sich rings um die Düsenschaufeln (74,76) längs deren Umfang erstrecken.
4. 4. Düsenring nach einem def Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Träger ein Ring ist, der aus einer Mehrzahl voneinander getrennter Bogenisegmente (78) von wesentlich weniger als i8o° Umfangserstreckung besteht, wobei jedes dieser Segmente einen Schlitz (78^) zur Aufnahme sich radial erstreckender Keile (83), Dübel o. dgl. aufweist, die an einem benachbarten feststehenden Teil derart vorgesehen sind, daß die Segmente in Umfangsrichtung festgelegt werden.
5. 5. Düsenring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (78) durch Expansionsverbindungen (79) miteinander verbunden sind, die eine beschrankte Umfangsausdehnung erlauben.
6. 6. Düsenring nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (78) durch die benachbarten feststehenden Teile (59, 87) der Maschine nur mit einem Teil ihrer äußeren Kante gehalten werden und daß sie im übrigen von den umschließenden Teilen (65, 71) durch die Ausdehnung zulassende genügend große Spalte getrennt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   3058 1.