DE879343C

DE879343C - Laeufer fuer fluessigkeitsgekuehlte Gasturbinen

Info

Publication number: DE879343C
Application number: DEV1874D
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl-Ing Peters
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1942-05-22
Filing date: 1942-05-22
Publication date: 1953-06-11

Description

Läufer für flüssigkeitsgekühlte Gasturbinen Die vorliegende Erfindung hat einen Läufer für flüssigkeitsgekühlte Gasturbinen zum Gegenstand. Bei .einem Giasturbinenläufer mit Luftkühlung ist es an sich bekannt, die zylindrische Wandung des Läufers durch auf der Welle angeo@rdrnete Scheiben zu tragen. Die zylindrische Wandung besteht hierbei aus einzelnen, von den Scheiben getragenen Ringen, die übereinandergreifen und nicht unmittelbar von den Brenngasen beheizt werden. Diese Ausführungsform eines Gasturbinenläufers ist aber nicht für höhere Drücke des Kühlmittels geeignet, da die Wandung des Läufers nicht druckdicht ist. Um Wärmespannungen in der Läuferwandung zu vermeiden, ist .eine besondere, mit Ansätzen versehene Schaufelform vorgesehen; die zwar eine unmittelbare Beheizung der Läuferwandung verhindern, andererseits aber die Beschaufelung erheblich schwieriger gestalten.
Bei flüssigkeitsgekühlten Gasturbinen mit Verdampfung des Kühlmittels ist der Läufer durch den hohen Druck des Kühlmittels, der sich aus dem Gewicht des Kühlmittels und dem Dampfdruck zusammens:eezt, zusätzlich beansprucht, wobei die Wandstärke des Läufers mit Rücksicht auf :die Wärmespannungen möglichst gering sein soll.
Erfindungsgemäß wird für flüssigkeitsgekühlte Csasturbinen ein Läufer vorgeschlagen, bei dem ein trommelartig ausgebildeter, unmittelbar durch die Verbrenniungsgase beheizter Läufer die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit enthält und bei dem von der'-.Zylinderwandung in -das Innere der Trommel ring- -der scheibenartige Verstärkungen ausgehen, die die Wandung in ihrer Beanspruchung durch Fliehkraft und Wärmespannung-,entlasten. Eine derartige Ausführungsform gibt auch die Miögliichkezt,. das Kühlmittel zu verdampfen und mit Höchstdrücken, z. B. i oo at, weiter zu verwerten. Die Drehung -dies Läufers macht eine besondere Speiseeinrichtung überflüssig, da das Kühlin i,,ttel eingeschleudert wird, wobei die geschleuderte Wassersäule dem Dampfdruck des Kühlmittels im Innern des Läufers das Gleichgewicht hält. Das Zuflußrohr muß hierbei bis in den unter dem Einfuß der Fliehkraft sich rausbildendem Kühbnittelring reichen. Die in axialer Richtung abnehmende Beheizung der Läuferwandung wird zweckmäßig zur Vermeidung von hierdurch hervorgerufenen Wärmespannungen in der Weise berücksichtigt, daß die Wandung des Läufers. zwischen dien ring- oder scheibenartigen Verstärkungen federnd ausgebildet wird.
Durch die ring- oder scheibenförmigen. Verstärkungen wird der Innenraum des Läufers in mehrere Räume unterteilt, die dampfseitig miteinander -in- Verbindung stehen. Um auch in.- .allen Räumen eine gleiche Stärke des Flüssigkeitsringes zu erreichem, sind innerhalb. des Flüssigkeitsringes hart arn Innenumfang des Läufers auch kühlmittelseitige Verbindungen vorgesehen. Der Zufluß von Kühlmittel ientsprechend der verdampften Menge au den einzelnen Räumen kann auch. über besondere Bohrungen durch die Laufschaufel erfolgen und somit gleichzeitig zur :Schaufelkühlung dienen.
Die Erfindung ist in dem Beispielen nach Abb. i bis 5 näher erläutert.
Abb. i zeigt ieinen trommelartigen Läufer, der in. den Lagern r und 2 gelagert ist. Die Zuleitung der Kühlflüssigkeit erfolgt in der Hohlwelle 3, die Flüssigkeit wird im Rohr 4 nach außen geschleudert und .gelangt zunächst in den Raum 5. Die Räumte 5, 6, 7 .und 8 :sind ,durch die Ringwände 9, i o, i i voneinander getrennt und können außen .durch Bohrungen 12 miteinander in Verbindung stehen. Die Galsturbinenschaufeln können in radialer Verlängerung der Scheiben angebracht sein oder auch zwischen zwei. Scheiben. Die Ableitung der Kühlflüssigkeit oder des erzeugten Dampfes erfolgt durch -die - Hohlwelle 13. Die Zuleitung zu einer gekühlten Schaufel kann so erfolgen, daß der Wassierfl.uß, von ieiner Kammer, z. B. durch Bohrung .14 von der Kammer 7, erfolgt und die Dampfa.'bleitung 15 in die benachbarte Kammer 8 mündet. Hierdurch und durch Bemessung der Bohrungen 12 zwischen Kammer 8 und 7 hat man die Umlaufverhältnisse durch die Schaufel in der Hand. Zur Aufnahme der durch .den inneren Überdruck auf die Trommelböden 16 und 17 entstehenden Kräfte können Zuganker vorn Boden 16 zu Boden 17 längs hindurchgehen, die bei der Schleuderun.g von den Ringen 9, i o, i I getragen werden. Solche Zuganker brauchen nicht durchgehend sein, sondern können vom Boden 16 zur Ringwand i i und getrennt davon jener von Ringwand i i zur Ringwand i o führen. Man kann ,auch die einzelnen Kammern 6, 7, 8 .nach dem Innenraum zu geschlossen machen und den in der Kammer 8 entstandenen Dampf durch entsprechende Bohrungen der Ringwand i i durch die Kammer 7 leiten, um so alle Kammern gleichmäßig zur Ausschleuderung heranzuziehen.
Der Gasturbinenläufer nach Abb.2 besteht aus den Scheiben 18, 19, 20; 21, die auf die Welle 22 aufgeschoben sind und die durch innerhalb der inneren Berührungsfläche derselben angeordnete Radialkeile ausgerichtet sein können. Auf den Scheiben werden die Laufschaufeln 23 befestigt. Die einzelnen Scheiben sind am Umfang bei 24 miteinander Die Hohlräume 25, 26, 27 zwischen den Scheiben dienen zur Aufnahme des Kühlmittels, beispielsweise Wasser. Es ist zweckmäßig, die von dem Kühlmittel taufgenommene Wärme zur Erzeugung -von hochgespanntem Dampf nach dem Drehkesselprinzip auszunutzen. Das Kühlmittel tritt durch die Bohrung 28 in der Welle 22 ein. Durch ein isoliertes Einsatzrohr 29 wird es in den Hohlraum 25 zwischen den beiden Schieiben 18 -und i9 geleistet und auf Druck geschleudert. Durch Bohrungen 30 tritt das Kühlmittel in die benachbarten Höhlräumne 26 und 27 über. Während das flüssige Kühlmittel nach außen an den Umfang des Läufers geschleudert wird, strömt der erzeugte Dampf nach innen und wird über die Bohrungen 31 und 32 durch die hohle Welle einer Verbraucherstelle zugeleitet. Der Druck der geschleuderten Wassersäule in dem Hohlraum 25 steht im Gleichgewicht zu dem Dampfdruck plus dem Druck dies sich in den Hohlräumen 26 und 27 bildenden Wasserringes.
Die Abb.3 zeigt einen Gasturbinenläufer, der ähnlich dem vorhergehenden Beispiel ausgebildet ist, nur sind die mittleren Scheiben durch Ringe 33,34 ersetzt, die gewissermaßen als Verstärkungsrippen seines durch die Vers,chweißung am Außenumfang zu einem trommelförmigen Körper gewordenen Läufers @anzusprechen sind, und zwar an den Stellen, an dienen die Laufschaufeln befestigt sind. Die Kühlung des Läufers kann in ähnlicher Weise wie bei dem vorhergehenden Beispiel erfolgen, selbstverständlich kann aber ,auch jede andere Kühlung angewendet werden, beispielsweise durch einfachen Durchfluß des Kühlmittels. unter dem Druckeiner Pumpe ohne Dampferzeugung.
Die scheibenförmigen oder ringförmigen Körper können zweckmäßigerweise nach dien Drehachse zu mit zunehmender Breite ausgeführt werden.
Die Abb.4 und 5 zeigen eine besondere Ausbildung der Schweißstelle 24. Durch die ungleichen Temperaturen ,am Außenumfang und in der Mitte des Läufers, falls in der Mitte eine Verbindung besteht, ist @es zweckmäßig, die Schweißverbindung zur Vermeidung von Wärmespannungen elastisch auszubilden, ,entweder, wie res die Abb. 4 zeugt, durch S-förmig nach ,außen gebogene Stege oder aber durch "Einschweißung eines lyraförm:igen Stückes nach Abb.5. Die ,erwähnten Beispiele sind nur eine Auswahl aus einer großen Zahl von weiteren clastis-ch@en Verbindungen, die natürlich auch bei der Kühlunig, wie sie im Zusammenhang mit Abb. z beschrieben wurde, mit Rücksicht ;auf den Innendruck druckfest ausgeführt sein muß.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Läufer für flüssigkeitsgekühlte Gasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbinenschaufeln von ring- oder scheibenförmigen Körpern getragen werden, die am Umfang miteinander verbunden sind und die zwischen den Ringen oder Scheiben druckfeste Hohlräume zur Aufnahme des unter Druck stehenden Kühlmittels bilden. z. Läufer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein trommelartig unmittelbar durch die Verbrennungsgase beheizter Läufer die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit enthält und von. dien Zylinderwandungen in das Innere der Trommel ring- oder scheibenartige Verstärkungen :angebracht sind, die die Zylinderwandung in ihrer Beanspruchung durch Fliehkraft und Wärmespannung entlasten. 3. Läufer nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wandung der Trommel zwischen den ring- oder scheibenartigen. Verstärkungen in axialer Richtung elastisch ,ausgebildet ist. Läufer mach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verstärkerscheiben oder -ringen die Wandung der Trommel nach innen oder ,außen angenähert lyraförmig ausgeführt ist. 5. Läufer nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß als elastisches Glied zwischen den Wandverstärkungen lyrafÖrmige Ringe eingeschweißt sind. 6. Läufer nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das mitumlaufende Zuflußrohr für das Kühlmittel von der Welle aus bis in den durch die Fliiehkraftwirkung sich bildenden Kühlmittelring am Innenumfang des Läufers reicht und der Schleuderdruck der Kühlmittelsäu.le im Zuflußrohr außerhalb des Wasserringes dem aus dem Kühlmittel erzeugten Dampf das Gleichgewicht hält. 7. Läufer nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel durch ring-oder scheibenartige Verstärkungen in mehrere Räume unterteilt ist und die gleichmäßige V:erteilun;g des flüssigen Kühlmittels auf sämtliche Räume durch Bohrungen in den Verstärkungen nahe dem Umfang erfolgt. B. Läufer nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß, zur Kühlung der Schaufel bei Anordnung der Verstärkungen Kühlmittelkanäle zu den Kühlräumen der Schaufel vorgesehen sind, die aus dem einen Raum Kühlmittel zur Schaufel und :aus der Schaufel zum benachbarten Raum leiten. 9. Läufer mach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Räume im Innern der Trommel dampfseitig voneinander getrennt sind und aus jedem Raum der erzeugte Dampf für sich abgeleitet wird. i o. Läufer nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Dampf zur Minderung von Wärmespannungen aus dem Flüssigkeitsraum der hocherhitzten Teile zur Aufwärmung nicht unmittelbar beheizter Teile dient. i i. Läufer nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmigen Körper gegeneinander durch innerhalb der inneren Berührungsfläche derselben .angeordnete Radialkeile ausgerichtet sind. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 552 o i i ; Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, Bd. 83 (1939), Nr. 1 q., S.398 und q.oo; Die Entwicklung der Holzwarth-Gasturbine, herausgegeben von der Holzwarth-Gasturbinen G. m. b. H., Mülheim-Ruhr, 1938, S.105.