DE882774C - Gasturbine mit Schaufelkuehlung - Google Patents

Description

• Gasturbine mit Schaufelkühlung Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf Verbesserungen der Kühlung von Turbinenschaufeln.
• Erfindungsgemäß werden. Flüssigkeit ausströmende Düsen in .der Nähe der Turbinenschaufeln an der Eingangsseite angeordnet, um Kühlflüssigkeit unmittelbar auf die Vorderkanten der Turbinenschaufeln aufzuspritzen. Im einzelnen betrachtet, sind die Düsen in ortsfesten Führungsleitschaufeln oder -blechen mit ihren Düsenöffnungen in den Übergangskanten der Leitschaufeln oder Leitbleche angeordnet.
• Wasser kann als Kühlmittel verwendet werden. Wird jedoch ein flüssiger Brennstoff als Kühlmittel benutzt, so besteht ein weiteres Merkmal -der Erfindung darin, daß turbinenabwärts Zünd- und Brenneinrichtungen zum Verbrennen des sich ergebenden Brenngemisches vorgesehen werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar in der Anwendung bei einer Turbine für eine Rückstoßantriebsanlage, ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt bzw. zeigen Fig. i einen Längsschnitt durch die Turbine und die Rückstoßantriebsdüse, Fig. a eine Ständerleitschaufel, und zwar in einer Zwischenbauform, Fig. 3 eine fertiggestellte Leitschaufel, Fig: q. und 5 zwei Ansichten gemäß dem Schnitt nach der Schnittlinie IV-IV in Fig. i, während Fig. 6 in schaubildlicher Darstellung die Kühlströme veranschaulicht, welche von den Düsen auf die Schaufeln gespritzt werden. In Fig. i ist i ein Turbinenläufer einer @Gasturbinen-Rückstoßantriebsanlage,: der auf einer Welle 2 sitzt, welche von einem Lager 23 gehalten wird und Turbinenschaufeln 3 trägt. Die Verbrennungsgase passieren nach dem Antrieb .des.Turbinenläufers i ein Rückstoßrohr 4 mit einem erweiterten Teil 5 und dem üblichen Auspuffkegel 6, der in Auswärtsrichtung der Turbine i vorgesehen ist.
• In der Nähe des Ringes der Turbinenschaufeln 3, ist der übliche Ständerring für die Ständerführungsschaufeln oder Leitbleche g vorgesehen. Eine Kühlflüssigkeit wird durch ein Rohr 7 und durch Zweigrohre 8 jeder -einer Anzahl dieser Leitschaufeln g zugeführt, welche so ausgebildet; sind:, däß sie als kühlmittelabgebende Düsen arbeiten: Wie' in Fig. 2 gezeigt .ist, weist jede der Leitschaufeln einen inneren Durchlaß ga auf, sowie Verbindungsschlitze gb entlang der Abgangskante. Wenn nicht genügend Raum für Schlitze vorhanden ist, welche mit dem Durchgang ga durch gebohrte Löcher in Verbindung stehen, in welchen Rohre eingesetzt werden können, werden Schlitze; wie .dargestellt, vorgesehen, in welchen mit Innenbohrung versehene Einsätze io eingefügt werden, um Durchlässe zu bilden, die zu den Auslaßaussparungen oder Düsenöffnungen i i führen. Schmelzmetall, welches diese Einsätze hält, dient dazu, alle Lücken in den Sehlitzen auszufüllen, so daßeine fertig bearbeitete glattflächige, mit mehreren Aussparungen versehene bzw. mehrlöcherige Turbinenschaufel entsteht, wie sie in Fig. 3 angedeutet ist. Die Düsenöffnungen ii weisen in Richtung auf die Führungs- oder Vorderkanten der Turbinenschaufeln 3, d. h. sie sind in der Lage, strahlförmig Kühlflüssigkeit unmittelbar auf. die Vorderkanten der Schaufeln aufzuspritzen, wie dies aus den Fig. i und 6 zu ersehen ist. Weiterhin sind die Düsenöffnungen von solcher Abmessung und in einer solchen Verteilung, daß sie eine wirksame Kühlung in bezug auf die Temperaturverteilung und :die Verteilung der Spannungen in den sich bewegenden Schaufelblättern herbeiführen, d. h. die Düsenöffnungen nehmen-in,der Abmessung ab und ihr Abstand nimmt zur Spitze der Schaufel hin, ab; so daß die Kühlflüssigkeitsabgabe von -einem Höchstwert an den. Stellen gegenüber den Wurzel- .oder Fußteilen der Schaufelblätter auf einen- Mindestwert in -der- Nähe der Blattspitzen abnimmt.
• Das Kühlmittel wird: über di.e Pumpe 24 aus dem Vorratsbehälter 25 durch ein Steuerventil 27 und die Rohrleitungen 70 zugeführt; wobei die Pumpe das übliche Sicherheitsventil 26 aufweist.
• Wenn auch Wasser verwendet werden kann, so ist die dargestellte und nachbeschriebene Anordnung dafür bestimmt, Brennstoff als Kühlflüssigkeit zu verwenden.
• Die Kegelführung 6 wird von vier hohlen, stromlinienförmigen Haltern 13 gehalten, wobei Teile .der Wandung dieser Halter als schwenkbare Klappen 14 ausgebildet sind, welche sich um die Achse 12 in der Nähe einer Welle 15 zu drehen vermögen, welche rriittels eines Steuergliedes 16 - und Verbindungsstücken i6a und i6b bei der Drehung die Klappen14 aus der in Fi:g. 4 gezeigten Stellung in diejenige nach Fig. 5 zu bewegen vermag. Wenn diese in der Offenstellung gemäß Fig. 5 sind, ,bilden sie stabilisierende Störkörper für die Flamme, die durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugt wird.
• Der Brennstoff wird mittels einer Zündvorrichtung igh mit Elektroden 2o gezündet, welche in den Raum hineinragen, der von den Klappen 14 umschlossen ist. Die bauliche Anordnung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, wobei die Zündvorrichtung der -Einfachheit wegen weggelassen ist, da es sich hierbei um eine normale und übliche Zündvorrichtung handelt; das Loch zum Vorsehen der Zündvorrichtung ist jedoch im Halter 13 an der Hinterkante der Klappen zu sehen. Weitere spreizbare Klappen 18, die auf Stiften 40 sitzen, können in der Wandung des strömungsabwärts gelegenen Endes des Kegels 6 selbst vorgesehen werden, wie dies in Fi.g. i gezeigt ist. Diese können mittels radialen Eingriffs mit gegabelten Endstücken 1811 auf diesen Klappen von radialen Ansätzen 42 betätigt werden, die vom Ende des Hebels 43 vorragen, welcher über einen Hebel qq: auf der Welle 15 betätigt wird; der Hebel 44 ist auch aus Fig. 5 zu ersehen.
• Ein hydraulischer. Druckzylinder 3o, der auf die Antriebsvorrichtung 17 zwecks Drehung der Welle 15 einwirkt; bewirkt das Öffnen der Klappen zusammen mit dem Einspritzen des zusätzlichen Brennstoffs durch die Düsenöffnungen i i. Dieses wird durch die Verbindung des Handgriffs 28 zum Ventil z7 mittels des Kupplungsstücks 2g und zum Steuerventil 31 mittels der Kupplung 31a bewirkt.
• Vorzugsweise wird eine Düse mit veränderlichem Auslaß vorgesehen; diese ist bekannt und hat die Form von schieblehrenartigen Armen 33 am Lager 34s die über das Hebelsystem 35 mittels des hydraulischen Druckzylinders 36 betätigt werden; der ebenfalls vom Steuerventil 31 aus gesteuert wird, so daß die Vorrichtung 33 gleichzeitig mit dem Einspritzen von zusätzlichem Brennstoff und der Betätigung der Klappen 14 und i8 bedient bzw. betätigt wird.
• Die Druckzylinder 3o und 36 werden beide vom Steuerventil 31 durch die Rohrleitungen 32 bedient, wobei die hydraulische Druckflüssigkeit über Ventil 31 von den Hauptleitungen 38 aus geliefert wird. .Die Zündvorrichtung ig wird von der elektrischen Hauptleitung 39 aus gespeist.
• Der erweiterte Teil des Rückstoßrohres ist mit einer Auskleidung bzw. einem Futter 21 versehen, die bzw. das von einem Halter 22 gehalten wird, wobei das Futter aus keramischem Werkstoff oder auch aus porösem und durchlässigem Werkstoff bestehen kann, durch welchen Luft in nicht turbulenter Weise zugeführt werden kann, um eine Kühlschicht für die Innenfläche des Futters zu bilden.
• Das poröse Futter kann auch mit einer geringen Menge Wasser zu Kühlzwecken von der WasserhauPtleitung 37 her versorgt werden, wobei dieses in das Rückstoßrohr eintritt und der dadurch erzeugte Dampf in die Atmosphäre zusammen: mit dem Verbrennungsgas ausgestoßen wird. Da die Klappen 1q., welche stabilisierende Störkörper bilden, sich stromlinienförmig den Haltern 13 anpassen und die Klappen 18 :dem Kegel 6, werden Druckverluste dann, wenn diese Klappen eingeschwenkt sind, auf einen Kleinstwert gebracht, da ja der Kegel und die Halter auf jeden Fall vorgesehen werden müssen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß Flüssigkeit abgebende Düsen in der Nähe eines Ringes von Turbinenschaufeln. an der strömungsaufwärts gelegenen bzw. vorderen Seite der Schaufeln so angeordnet sind, daß Strahlen einer Kühlflüssigkeit gegen die Vorderkanten der Schaufeln bzw. Schaufelblätter gespritzt werden derart, daß die Kühlstrahlen dort auftreffen und die Blätter kühlen.
2. 2. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen für die Flüssigkeitsstrahlen innerhalb der Ständerleitschaufeln angeordnet sind, wobei die Flüssigkeitsöffnungen in den abgehenden Kanten vorgesehen sind und auf die Vorderkanten der Turbinenläuferschaufeln gerichtet sind.
3. 3. Gasturbine nach Anspruch 2, gekennzeichnet ,durch in Längsrichtung gebohrte Stän.derfü'hrungsschaufeln mit geschlitzten Vorderkanten, welche Röhren, in Verbindung mit den Innenbohrungen aufweisen, welche eingesetzt sind, um die Schlitze in den Kanten auszufüllen und die Flüssigkeit abgebenden Düsen zu bilden.
4. 4.. Gasturbine nach Anspruch i bis. 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen so angeordnet sind, daß .die Kühlmittelabgabe auf das Schaufelblatt von einem Größtwert am Fußteil des Schaufelblattes auf einen Kleinstwert im Bereich der Blattspitze abnimmt.
5. 5. Gasturbinenanlage nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß dieKühlflüssigkeit, die auf die Schaufelblätter gerichtet wird, ein flüssiger Brennstoff ist und daß strömungsabwärts der Turbinenschaufeln ein Stau-, Stör-oder Widerstandskörper zum Hervorrufen einer die Verbrennung stabilisierenden Zone- sowie eine Zündvorrichtung zum Zünden in dieser Zone der brennbaren Mischung vorgesehen sind, die sich .durch das Einführen des flüssigen Kühlbrennstoffs in die Arbeitsgase der Turbine an der strömungsaufwärts gelegenen Seite der Schaufelblätter bildet.
6. 6. Gasturbinenanlage nach Anspruch 5, da-,durch gekennzeichnet, daß der die Verbrennung stabilisierende Stau- oder Störkörper aus der Stellung zurückklappbar ist, in welcher er in die Düse hineinragt, und daß Steuermittel vorgesehen sind, um die Betätigung des Staukörpers und :die Zufuhr des Kühlbrennstoffs miteinander zu kuppeln, der von den Düsen an den Turbinenschaufeln abgegeben wird.
7. 7. Gasturbine nach Anspruch 6, welche in eine Rückstoßantriebsdüse hineinfördert, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verbrennung stabilisierender Stau- oder Störkörper aus. einem aasgelenkten, rückklappbaren Steuerelement besteht, welches einen Teil eines Halters bildet, der einen konischen Führungskörper in der Düse trägt. B. Gasturbine nach Anspruch, 6 oder 7, welche in eine Rückstoßantriebsdüse hineinfömdert, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verbrennung stabilisierender Stau- oder Störkörper von einem aasgelenkten, rüclcklappbaren Steuerelement gebildet wird, welches einen Teil der Wandung des konischen Führungskörpers in der Düse bildet. g. Gasturbinenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstoßdüse mit einer eine veränderliche Arbeitsfläche aufweisenden Düsenvorrichtung versehen ist, welche von einer Steuereinrichtung betätigt wird, .die mit der Antriebsvorrichtung für den rückklappbaren Stau- oder Störkörper und mit der Zufuhr des flüssigen Kühlbrennstoffs gekuppelt ist. io. Gasturbinenanlage nach Anspruch 5 bis g, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstoßdüse mit einem Futter oder Einsatz aus porösem Werkstoff sowie aus Mitteln zum Einbringen von Wasser durch das Futter "hindurch zu Kühlzwecken versehen ist.