-
Flüssigkeitsgekühlter Gasturbinenläufer Bei Gasturbinenläufern, die
durch eine sich erwärmende oder verdampfende Flüssigkeit gekühlt werden, wird das
Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, durch eine hohle Welle in den Läufer eingeführt und
beim Abfließen nach dem äußeren Umfang des Läufers sogleich auf die entsprechende
Umfangsgeschwindigkeit gebracht. Ein derart gekühlter Läufer muß wegen der Fliehkraftwirkung
des Kühlwassers hohe Wasserdrücke aushalten, durch welche er zusätzlich beansprucht
wird. Man wird deshalb einen langgestreckten Gasturbinenläufer von zylindrischer
oder konischer Form, der mehrere Laufschaufelreihen zu tragen hat, nicht als Hohltrommel
bauen, sondern ihn in an sich bekannter Weise aus einzelnen Scheiben gleicher oder
annähernd gleicher Festigkeit zusammensetzen, die an ihrem Umfang aneinandergeschweißt
sind.
-
Bei einem als Hohltrommel gebauten Läufer würden sich starke Vibrationen
einstellen, wenn das Kühlwasser im Läufer einfach als nichtunterteilter, freier
Wasserring mitrotieren würde. Wird der Läufer aus einzelnen aneinandergeschweißten
Scheiben aufgebaut, so bringt dies bereits eine Unterteilung des Wasserringes mit
sich, die zu einer Verminderung der Vibrationen beiträgt. Nun soll der Wasserring
noch weiterhin dadurch unterteilt werden, daß in die zwischen den Scheiben liegenden
und vom Kühlmittel durchflossenen Hohlräume schaufelartige, angenähert über die
ganze Hohlraumbreite sich erstreckende, radiale Trennwände eingebaut werden. Diese
schaufelartigen Trennwände ermöglichen überdies eine gewisse Rückgewinnung der kinetischen
Energie des Kühlmittels.
-
Damit das Kühlmittel in die zwischen den Scheiben liegenden Hohlräume
gelangen kann, müssen die Scheiben mit axialen Durchflußöffnungen versehen sein.
iEs sind luftgekühlte, aus einzelnen aneinandergeschweißten Scheiben aufgebaute
Turbo-
Läufer mit in der Nähe des äußeren Umfanges der Hohlräume
angebrachten Durchflußöffnungen bekannt. Nun wird vorgeschlagen, solche Durchflußöffnungen
sowohl in der Nähe der Läuferachse wie auch in der Nähe des äußeren Umfanges der
Hohlräume anzubringen. Dabei werden, hinsichtlich ihres radialen Abstandes von der
Läuferachse, die äußeren Durchflußöffnungen so angeordnet, daß sie mit Sicherheit
innerhalb des Flüssigkeitsringes liegen, der sich bildet, wenn die Kühlflüssigkeit
beim Durchfluß durch den Läufer verdampft, währenddem die inneren Durchflußöffnungen
so angeordnet sind, daß sie im Dampfraum liegen. Wird die Kühlflüssigkeit nicht
verdampft, sondern nur erhitzt, so ist die Anordnung so zu treffen, daß durch die
äußeren Durchflußöffnungen verhältnismäßig kälteres und durch die inneren Durchflußöffnungen
verhältnismäßig wärmeres Kühlmittel fließen kann.
-
Die Erfindung bezieht sich somit auf einen flüssigkeitsgekühlten,
aus einzelnen am äußeren Umfang aneinandergeschweißten Scheiben von der Form gleicher
Festigkeit aufgebauten Gasturbinenläufer, dessen zwischen den Scheiben liegende
Hohlräume vom Kühlmittel durchflossen werden und dessen Scheiben axiale Durchflußöffnungen
sowohl in der Nähe der Läuferachse wie auch in der Nähe des äußeren Umfanges der
Hohlräume aufweisen, und ist gekennzeichnet durch schaufelartige, angenähert über
die ganze Hohlraumbreite sich erstreckende radiale Trennwände in den Hohlräumen.
-
In der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform eines Läufers
nach der Erfindung dargestellt, wobei mehrere Möglichkeiten des Einbaus der radialen
Trennwände gezeigt sind.
-
Fig. i ist ein Längsschnitt durch die Achse eines Läufers gemäß der
Erfindung; Fig. 2 ist ein Querschnitt senkrecht zur Läuferachse gemäß Linie II-II
der Fig. i und zeigt radiale Trennwände, die nur einseitig befestigt sind; Fig.3
ist ein ebensolcher Querschnitt gemäß Linie III-111 der Fig. i und zeigt unterteilte
radiale Trennwände, deren Teilstücke je auf gegenüberliegenden Seiten von Läuferscheiben
befestigt sind; Fig. 4 zeit nochmals einen solchen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV
der Fig. i mit Trennwänden, die aus vollen Läuferscheiben tierausgefräst sind; Fig.
5 zeigt ein Stück eines abgewickelten Zylinderquerschnittes gemäß der Linie V-V
der Fig. i, worin die durch Ausfräsen der Hohlräume geschaffenen Trennwände verdeutlicht
sind.
-
In Fig. i bezeichnen 1, 2, 3, 4 und 5 Scheiben gleicher oder angenähert
gleicher Festigkeit, die an ihrem äußeren Umfang miteinander verschweißt sind. Die
Endscheiben, hier beispielsweise i und 5, j können mit den Wellenenden 6 und 7 in
einem Stück geschmiedet sein. Die äußeren Durchlaßöffnungen in den Scheiben 2, 3
und 4 sind mit 8 bezeichnet, die inneren mit 9. Die schaufelartigen, radialen Trennwände
io erstrecken sich angenähert über die ganze Breite der Hohlräume und sind nur einseitig,
hier z. B. je an einer Seite der Scheibe 2 bzw. 3 befestigt, was in Fig. i durch
eine gestrichelt gezeichnete Schweißnaht an ihren rechten Rändern dargestellt ist.
Sie könnten aber auch angelötet oder angenietet sein. An ihren linken Rändern schließen
sich die Trennwände ohne Befestigung mehr oder weniger genau an die Umrisse der
Gegenscheiben i bzw. 2 an; durch den verbleibenden Spalt zwischen Trennwand und
Gegenscheibe kann ein Ausgleich des Flüssigkeitsspiegels in den einzelnen Kammern
zwischen den Trennwänden stattfinden. In radialer Richtung gegen die Läuferachse
hin endigen die Trennwände etwas innerhalb der inneren Durchlaßöffnungen 9. Fig.
2 zeigt diese angenähert über die ganze Breite der Hohlräume sich erstreckenden
Trennwände im Schnitt.
-
In Fig. i sind mit ri die Teilstücke unterteilter Trennwände bezeichnet,
die in der Fig. 3 in Ansicht gezeichnet sind. Sie sind, wie durch gestrichelt gezeichnete
Schweißnähte angedeutet, je auf gegenüberliegenden Seiten von Läuferscheiben befestigt.
Ein mehr oder weniger breiter Spalt befindet sich hier zwischen den Teilstücken
i i der Trennwände.
-
Schließlich zeigen Fig. i und die zugehörigen Schnittfig.4 und 5 auch
noch radiale Trennwände 12, die aus vollen Läuferscheiben tierausgefräst. sind.
-
Die Kühlflüssigkeit tritt durch das hohle Wellenende 6 bei 13 in den
Läufer ein, und sie verläßt diesen entweder in erhitztem oder verdampftem Zustand
durch das hohle Wellenende 7 bei 14. In der eintrittsei.tigen Läuferscheibe i wird
die Kühlflüssigkeit beispielsweise durch radiale und axiale Kanäle 15 bzw. 16 dem
ersten Hohlraum in der Nähe des Kranzes zugeführt. Durch die axialen Durchflußöffnungen
8 und 9 sowie durch die Spalte zwischen den Trennwänden und den Scheiben bzw. zwischen
den Teilst'ü'cken der unterteilten Trennwände findet im ganzen Läufer ein Ausgleich
des Fl'ülssigkeitsspiegels statt, der in Fig. i bei 17 angedeutet ist.
-
Die beschriebene Konstruktion überträgt die bekannten Vorteile des
aus einzelnen Scheiben zusammengeschweißten Läufers auf den flü@ssigkeitsgeküblten
Läufer. Die einzelnen Scheiben, als Körper gleicher oder angenähert gleicher Festigkeit
ausgebildet, sind in ihrer mechanischen Festigkeit durch die verhältnismäßig wenigen
Durchflußöffnungen nur unwesentlich beeinträchtigt. Der Zusammenbau dieser an sich
festen, gut schmiedbaren Scheiben durch Aneinanderschweißen am äußeren Umfang ergibt
bei verhältnismäßig niedrigen Kosten einen außerordentlich festen und steifen Läufer
mit hoher kritischer Drehzahl, was bei einem flüssigkeitsgekühlten Läufer, der von
der Kühlflüssigkeit mit zusätzlichen Fliehkräften belastet wird, besonders wichtig
ist. Dabei kann der ganze gek'üblte Läufer mit einem Mindestaufwand an Baustoffen
für eine gegebene Beanspruchung gebaut werden. Die Bauart gemäß der Erfindung gewährleistet
eine rasche, gute und gleichmäßige Durchwärmung des ganzen Läufers. Endlich erfolgt
die Kiiblung mit geringen Energieverlusten,
da das Kühlmittel durch
die Trennwände vom Umfang des Läufers in die Nähe der Läuferachse zurückgebracht
wird.