DE895395C - Einrichtung zur Kuehlung von Gasturbinenschaufeln - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Kühlung von Gasturbinenschauteln Es ist bekannt, Gasturbinenschaufeln dadurch zu kühlen, daß man durch Hohlräume der Schaufel Kühlmittel hindurchpumpt oder Kühlmittel in diesen Hohlräumen zirkulieren und verdampfen läßt. Hierbei ist besonders zu beachten, daß das Kühlmittel, das in die Hohlräume der Schaufel gelangt, keine Verschmutzungen oder Ablagerungen an den Wandungen der Hohlräume hinterläßt. Ein Steinansatz z. B. würde bei den großen einfließenden Wärmemengen unzulässig hohe Temperaturen hervorrufen, außerdem ist bei der notwendigen Kleinheit der Hohlräume in kurzer Zeit mit völliger Verstopfung zu rechnen.
• Wie aus dem Kesselbau schon bekannt ist, lassen sich mit Hilfe eines Wärmeträgers etwaige Ablagerungen an den feuerbeheizten Teilen vermeiden. Auch ist für die Schaufeln von Gasturbinen schon vorgeschlagen, die Wärme aus den Schaufeln in den Schaufelfuß durch einen Wärmeträger abzuleiten. In diesem Fall wurde ein von einem Kühlmittel durchströmter Kanallurch alle Schaufelfüße, geführt, so daß das Kühlmittel die aus den Schaufeln kommende Wärme aufnehmen kann. Wenn bei dieser Anordnung auch mit einem Wärmeträger gearbeitet wird, so ist sie nicht geeignet, um der Schwierigkeiten Herr zu werden, die durch etwaige Ablagerungen entstehen können. Denn in dem Kanal, der durch die Schaufelfüße geleitet ist, ist ebenfalls wieder mit Ablagerungen zu rechnen, die bei dem kleinen Querschnitt eines durch die Schaufelfüße gehenden Kanals ebenso betriebsstörend sein können, wie etwaige Ablagerungen in Hohlräumen der Schaufel selbst. Vor allem ändert sich aber der Zustand des Kühlmittels bei der Durchströmung durch die einzelnen Schaufelfüße, sei es in der Temperatur oder bei Verdampfung in seinem Gehalt an Wasser. Diese Änderung muß nun eine verschieden starke Ablagerung verursachen, d. h. die einzelnen Schaufeln werden ungleich gekühlt. Die Temperaturen in den einzelnen Schaufeln desselben Schaufelkranzes sind verschie-,den, wodurch unweigerlich eine . Unwucht des Läufers auftritt.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, in den Hohlräumen der Gasturbinenschaufeln mit einem Wärmeträger zu arbeiten, der die aufgenommene Wärme an einen Wärmeaustauscher abgibt, der in einem geschleuderten unter Siedetemperatur stehenden Flüssigkeitsring angeordnet ist. Dieser Flüssigkeitsring umschließt einer Dampfraum von dem der im Flüssigkeitsring erzeugte Dampf abströmen kann.
• Hierdurch ist die Gewähr dafür gegeben, daß etwaige Ablagerungen an der Austauscherheizfläche gleichmäßig auf den Umfang verteilt werden. In einem geschleuderten Ring, dessen Oberfläche unter einer dem Druck entsprechenden Siedetemperatur steht, wird mit Hilfe der Schleuderkraft der Zustand an allen Stellen des Umfanges gleich gehalten. Es ist zweckmäßig, als Zwischenträger einen Stoff zu nehmen, der in den Schaufeln verdampft und im Wärmeaustauscher wieder kondensiert. Hierdurch werden nicht nur gute Wärmeübertragungsverhältnisse geschaffen, sondern es ist auch die Möglichkeit gegeben, die Wärme von den Schaufeln weiter fortzuleiten, d. h. die Austauschheizfläche möglichst groß zu machen, auf alle Fälle größer zu machen als die beheizte Oberfläche in den Hohlräumen der Schaufel.
• Es ist vorteilhaft, die Hohlräume, in denen der Zwischenträger kondensiert, über dem Umfang. miteinander zu verbinden, um einen noch besseren Ausgleich in der Wärmeabgabe zu haben.
• Die Erfindung ist durch die Abb: i bis 7 näher erläutert.
• Abb. i stellt im Schema eine Gasturbine mit !, einer Schaufelkühlung nach der Erfindung dar. In einem zylindrischen Trommelläufer i wird Flüssigkeit über Zuleitung 2 eingeschleudert. Die Flüssigkeit bildet in dem Trommelläufer i einen mit umlaufenden Ring 3. Auf den Umfang des Läufers i sind Hohlschaufeln q. angeordnet, die mit im Wasserring 3 angeordneten Wärmeaustauschflächen 5 verbunden sind. Erfindungsgemäß soll in den Hohlschaufeln q. ein Wärmeträger umlaufen, -der @in den von -den Verlyrennungsigasen beheizten Schaufeln q, verdampft und in denn dm Wasserring 3 angeordneten Wärnneaustauscher 5 weder kondensiert. Der durch die Kondensationswärme im Wasserring 3 erzeugte Dampf wird durch die Fliehkraft in den inneren Dampfraum 6. gedrängt. Der erzeugte Dampf kann durch die - Hohlwelle 7 zu einem Überhitzer oder unmittelbar zur Verwendungsstelle abgeleitet werden. Die Verbrennungsgase treten aus dem Brennraum 8 mit hoher Temperatur in die Gasturbine ein.
• In Abb. 2 ist der Turbinenläufer i im Querschnitt dargestellt. Es ist nur ein Teil der Turbinenschaufel q. eingezeichnet.
• Die Abb. 3 zeigt eine Ausführungsform der Turbinenschaufel q., deren beheizter und schaufel= förmig ausgebildeter Teil 9 mehrere Bohrungen io enthält. Der innere, als Wärmeaustauscher ausgebildete Teil ii ist vollständig hohl und ragt in den Wasserring 3 des Turbinenläufers hinein. Im Innern der Schaufel q. ist ein Wärmeträgermittel enthalten, das unter dem Einfluß der Fliehkraft nach außen in die Bohrungen io geschleudert und dort verdampft wird. Der Dampf strömt nach innen in den Hohlraum des Teiles i i und gibt durch Kondensation an der Wandung seine Dampfwärme an den Wasserring 3 ab. Der aus dem Wasserring 3 erzeugte Arbeitsdampf strömt radial in den zentral gelegenen Dampfraum ab.
• In den Abb. q. und 5 ist eine andere Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. Hier münden die Hohlräume der einzelnen Turbinenschaufeln eines Schaufelkranzes in einen gemeinsamen, im Innern des Läufers gelegenen Ringkanal 12 ein. Dieser Ringkanal 12 ist zur Vergrößerung der . Wärme abgebenden Oberfläche mit axialen Rippen 13 besetzt. Vom Ringlcanal 12 aus führen Bohrungen 14 in die Rippen 13, so daß eine verhältnismäßig große Niederschlagsfläche für den Dampf des Wärmeträgermittels geschaffen wird.
• In den Ausführungsbeispielen nach Abb. 6 und 7 sind im Gegensatz zum vorigen Beispiel die Rippen 13 des Ringkanals 12 radial angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß die Rippen 13 sich selbst tragende Ringe bilden und dadurch die Beanspruchung der Läuferwandung erheblich verringert Wird. Auch in diesem Fall sind die Rippen 13 mit Bohrungen 14 versehen; außerdem sind in den Rippen 14, wie Abb. 7 zeigt, Löcher oder Aussparungen 15 vorhanden, die einen Durchfluß und Ausgleich des Wassers im Flüssigkeitsring ermöglichen.
• Als Wärmeträger kann vorteilhaft ein bei niedrigem Druck hochsiedendes Mittel gewählt werden, z. B. Quecksilber.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: z. Einrichtung zur Kühlung von Schaufeln, insbesondere von Gästurbinenschaufeln, durch einen in den Hohlräumen der Schaufel befindlichen Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Wärmeträger Wärme an einen Wärmeaustauscher abgibt, der in dem Turbinenläufer angeordnet ist und dessen Kühlmittel unter dem Einfluß der Fliehkraft durch den Wärmeaustauscher gefördert wird.
2. 2. Einrichtung zur Kühlung von Schaufeln nach Anspruch i; dadurch gekennzeichnet, daß in einem geschleuderten unter Siedetemperatur stehenden Flüssigkeitsring (3) im Innern des Turbinenläufers ein Wärmeaustauscher (5; 11, 12) ,.angeordnet ist, durch den - der Wärmeträger aus den Hohlräumen der Schaufel (d.) geleitet wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeträger eine Flüssigkeit vorgesehen ist, die in den Hohlräumen der Schaufel verdampft und im Wärmeaustauscher wieder kondensiert wird. q..
4. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme abgebenden Flächen des Wärmeaustauschers größer sind als ,die beheizte, Schaufelwanidumg.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der Schaufel durch einen Ringkanal (i2) untereinander verbunden sind.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume jeder Schaufel mit einer Wärmeaustauschfläche (i i) verbunden sind, durch die ein Wärmeträgermittel für sich umläuft.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch i und 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschflächen durch Rippen, Nadeln od. dgl. vergrößert sind. B.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (i3) mit den Bohrungen (1q.) für den Wärmeträger versehen sind.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (i3) axial verlaufen. io. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (i3) an einen die Hohlräume eines Schaufelkranzes verbindenden Ringkanal (i2) angesetzt sind und selbsttragende Ringe bilden.