DE944226C

DE944226C - Device for cooling the blades of gas turbines

Info

Publication number: DE944226C
Application number: DEV5069A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinrich Vorkauf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-10-17
Filing date: 1952-10-17
Publication date: 1956-06-07

Description

Einrichtung zur Kühlung der Schaufeln von Gasturbinen 7neat.y anm Patant R443ßA Das Patent 895 395 hat eine Einrichtung zur Kühlung von Schaufeln, insbesondere von Gasturbinenschaufeln, durch einen in den Hcrhlsc'haufeln befindlichen Wärmeträger zum Gegenstand, der in einem Wärmeaustauscher Wärme an eine Kühlflüssigkeit abgibt, wobei die Kühlflüssigkeit durch Fliehkraftwirkung durch den Wärmeaustauscher gefördert wird. Hierbei war der Wärmeaustauscher in dem von der Kühlflüssigkeit unter dem EinfluB der Fliehkraft gebildeten Wasserring angeordnet. Durch den Wärmeaustauscher wurde die von dem Wärmeträger aufgenommene Wärmeanden Wasserring abgegeben, so daB ein Teil des Kühlmittels im Läufer selbst verdampft. Dies erfordert, daB das Kühlmittel vollkommen sauber ist, um Ablagerungen an der Läuferwandung zu vermeiden.Device for cooling the blades of gas turbines 7neat.y anm Patant R443ßA The patent 895 395 has a device for cooling blades, in particular of gas turbine blades, by one located in the cooling blades Heat transfer medium to the object, which in a heat exchanger heat to a cooling liquid releases the cooling liquid through the heat exchanger by centrifugal force is promoted. Here the heat exchanger was in that of the cooling liquid arranged under the influence of centrifugal force formed water ring. Through the heat exchanger the heat absorbed by the heat transfer medium was released from the water ring, so that some of the coolant evaporates in the rotor itself. This requires that the coolant is completely clean in order to avoid deposits on the rotor wall.

Um auch mit einem Kühlwasser fahren zu können, das weniger Anforderung an die Reinheit des Wassers stellt, wird in Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes nach dem Hauptpatent vorgeschlagen, den Wärmeaustauscher aus achsparallelen geraden Rohren zu bilden, die außermittig nahe dem Umfang des Läufers angeordnet sind und im Innern von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden.In order to be able to drive with a cooling water, that is less of a requirement to the purity of the water, is in further development of the subject of the invention Proposed according to the main patent, the heat exchanger from axially parallel straight lines To form tubes which are arranged eccentrically near the circumference of the rotor and are traversed by the coolant inside.

An sich sind Wärmeaustauscher mit geraden Rohren zur Kühlung der Schaufeln von Gasturbinen, die von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden, bekannt, aber die Rohre des Wärmeaustauschers sind nicht außermittig angeordnet, so daf besondere Mittel benötigt werden, um die Kühlflüssigkeit durch den Wärmeaustauscher zu fördern. Bei dem Erfindungsgegenstand wird die Fliehkraft benutzt, um die Kühlflüssigkeit durch den Wärmeaustauscher zu leiten, so daß keine besonderen Mittel erforderlich sind.As such, heat exchangers with straight tubes are used to cool the blades of gas turbines through which a cooling liquid flows will, known, but the tubes of the heat exchanger are not arranged off-center, so that special means are required to pass the cooling liquid through the heat exchanger to promote. In the subject matter of the invention, the centrifugal force is used to cool the liquid to pass through the heat exchanger, so that no special means are required are.

Ferner sind zur Schaufelkühlung von Gasturbinen Wärmeaustauscher bekannt, die außermittig nahe am Umfang des Läufers angeordnet sind. Hierbei wird aber als Kühlmittel nur Luft verwendet und dis von den Schaufeln aufgenommene Wärme nicht zur Dampferzeugung benutzt.Furthermore, heat exchangers are known for the blade cooling of gas turbines, which are arranged eccentrically close to the circumference of the rotor. Here, however, is used as a Coolant uses air only and does not disrupt the heat absorbed by the blades used to generate steam.

Für den Erfindungsvorschlag wird keine selbständige Bedeutung beansprucht; vielmehr ist dieser nur in Verbindung mit dem Hauptpatent zu würdigen. Er bringt gegenüber dem Hauptpatent den Vorteil, daß der Wasserring im Läufer aus dem Wärmeträger gebildet ist, so daß ständig das gleiche Mittel im Läufer umläuft ohne Zu- und Abfluß. Infolgedessen kann auch der. Läufer nicht verschmutzen. Das Kühlwasser selbst strömt nur durch die Rohre des Wärmgaustatzscüers, die sich verhältnismäßig leicht reinigen lassen. Weiterhin ist auch die Auswechslung der Kühlrohre des Wärmeaustauschers erleichtert.No independent meaning is claimed for the invention proposal; rather, it can only be appreciated in connection with the main patent. He brings compared to the main patent the advantage that the water ring in the runner from the heat transfer medium is formed so that the same agent constantly circulates in the runner without inflow and outflow. As a result, the. Do not contaminate the runner. The cooling water itself flows only through the pipes of the warming gauze scanner, which are relatively easy to clean permit. Furthermore, the replacement of the cooling tubes of the heat exchanger is also necessary relieved.

Die Erfindung ist an Hand der Abb. i bis 5 näher beschrieben.The invention is described in more detail with reference to FIGS.

Abb. i und :2 zeigen einen Trommelläufer i, auf dessen zylindrischen Flächen die Gasturbinenschaufel 2 angeordnet ist. Der Trommelkörper ist in sich völlig geschlossen. Er wird zum Teil mit einem Wärmeträger gefüllt und dann druckdicht verschlossen. Die aufgesetzten Schaufeln können Bohrungen enthalten, in die der Wärmeträger hineingeschleudert wird. Der Trommelkörper wird von den achsparallelen Rohren 3 durchzogen, die von der Kammer 4 Kühlflüssigkeit bekommen und in die Kammer 5 münden. Die Rohre 3 können in ringförmigen Rippen 6 gelagert sein, wodurch einerseits eine Vergrößerung der Wärmeaustauschflächen erfolgt -und gleichzeitig die auf dieRohre 3 wirkende Beanspruchung durch Fliehkraft aufgenommen wird.Fig. I and: 2 show a drum rotor i, on its cylindrical Surfaces the gas turbine blade 2 is arranged. The drum body is in itself completely closed. It is partially filled with a heat transfer medium and then pressure-tight locked. The attached blades can contain bores into which the Heat transfer medium is thrown in. The drum body is of the axially parallel Pipes 3 traversed, which get cooling liquid from the chamber 4 and into the chamber 5 open. The tubes 3 can be mounted in annular ribs 6, whereby on the one hand an enlargement of the heat exchange surfaces takes place - and at the same time that of the pipes 3 acting stress is absorbed by centrifugal force.

Die in die Kammer 4 durch die Hohlwelle 7 eintretende Kühlflüssigkeit wird nach außen geschleudert, sie kann in den Rohren 3 ganz oder teilweise verdampft werden, so daß in der Kammer 5 sich Dampf bzw. nur ein Flüssigkeitsring befindet. Der Dampf befindet sich bei dieser Arbeitsweise unter Druck und wird durch Hohlwelle 8 abgeleitet. Wenn man die die Kammern 4 und 5 abschließenden Bodenteile 9 und io abnehmbar macht, so sind die Rohre 3 im Innern gut zugänglich und können auch mechanisch gereinigt werden.The cooling liquid entering the chamber 4 through the hollow shaft 7 is thrown outwards, it can be wholly or partially evaporated in the tubes 3 so that in the chamber 5 there is steam or only a liquid ring. In this mode of operation, the steam is under pressure and is passed through a hollow shaft 8 derived. If you have the chambers 4 and 5 closing bottom parts 9 and io makes removable, the tubes 3 are easily accessible inside and can also mechanically getting cleaned.

Inder Abb. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es soll hier nur der mit Schaufeln besetzte Teil indirekt gekühlt werden, während z. B. der Feuerraummantel i i direkt gekühlt wird, da hier nicht so feine Bohrungen vorhanden sind wie n den, . Turbinenschaufeln 12, Die Kühlflüssigkeit :ritt drch Bohrung 13 ein und wird im Rohr 14 nach außen geschleudert. Im Raum 15 ist Gelegenheit gegeben, daß etwaige vom Kühlmittel mitgeführte Teile ausgeschleudert werden. Die Kühlflüssigkeit gelangt in den Raum 15, durch die Wärmeaustauschrohre 16 zum Raum 17; sie kann auf diesem Wege zum Teil verdampfen.In Fig. 3 another embodiment is shown. It should here only the part occupied with blades are indirectly cooled, while z. B. the fire chamber jacket i i is cooled directly because there are not so fine bores here are like n the,. Turbine blades 12, the coolant: rode through hole 13 a and is thrown in the pipe 14 to the outside. In room 15 there is the opportunity that any parts carried along by the coolant are thrown out. The coolant enters the room 15, through the heat exchange pipes 16 to the room 17; she can on partially evaporate this way.

Abb. 4 zßigt, wie die Wärmeaustauschrohre in entsprechenden Ausschnitten des Turbinenläufers gelagert sein können. Der in den Schaufeln befindliche Wärmeträger gelangt in die Räume, die die Wärmeaustauschrohre 16 umgeben. An Stelle der in Abb. 3 und 4 gezeigten länglichen Ausschnitte zur Lagerung der Wärmeaustauschrohre kann man auch die Rohre in achsparallelen Bohrungen 18 gemäß Abb. 5 lagern. Das ist in der Herstellung verhältnismäßig einfach. Durch radiale oder schräge Bohrungen werden die Bohrungen 1$ miteinander in Verbindung gebracht. Die Rohre 16 haben dann zweckmäßig außen rillenartige Abdrehungen, wodurch der Raum geschaffen wird, in dem der zwischen den Schaufeln und den Wärmeaustauschrohren umlaufende Wärmeträger sich befindet. An den Enden der Rohre 16 müssen° entsprechende Abdichtungen zu den Räumen 15 und 17 bestehen. Bei runden Bohrungen nach Abb. 5 ist dies einfach, da nur die Rohre 16 aufgedornt zu werden brauchen; siewerden zur Sicherheit zweckmäßig noch dichtgeschweißt.Fig. 4 shows how the heat exchange tubes in corresponding sections the turbine rotor can be stored. The heat transfer medium in the blades reaches the spaces that surround the heat exchange tubes 16. Instead of the in Fig. 3 and 4 shown elongated cutouts for storage of the heat exchange tubes you can also store the pipes in axially parallel bores 18 as shown in Fig. 5. Is in relatively easy to manufacture. Through radial or inclined holes the holes $ 1 connected to each other. The tubes 16 then have expedient outside groove-like twisting, creating the space in which the between the blades and the heat exchange tubes circulating heat transfer medium is located. At the ends of the tubes 16 must be appropriate seals to the spaces 15 and 17 exist. In the case of round bores as shown in Fig. 5, this is easy because only the pipes 16 needing to be puffed up; they are expediently welded tightly for safety.

Wie in Abb. 3 gezeigt, sind-auf der Kühlmittel-Zuführungsseite i9 Ausschnitte vorhanden, die den die Rohre tragenden Ausschnitten gegenüberliegen. Ein innen angebrachter Ring 2o verschließt diese öffnungen. Der Ring wird durch den Innendruck dicht. Man kann den Ring 2o nach innen hineindrücken und ihn exzentrisch lagern. Es ist dann möglich, die Rohre 16 innen mechanisch zu reinigen. Auch ist es möglich, im Ring Verschlußpfropfen anzubringen, nach deren Entfernung man an einzelne Rohre herankommt. Durch Drehen des Ringes werden dann alle Rohre zugänglich.As shown in Fig. 3, i9 Cutouts are present, which are opposite to the cutouts carrying the tubes. A ring 2o attached to the inside closes these openings. The ring is going through the internal pressure tight. You can push the ring 2o inwards and get it eccentric to store. It is then possible to mechanically clean the inside of the tubes 16. Also is it is possible to place a stopper in the ring, after which you can click single pipes come up. All pipes are then accessible by turning the ring.

Außer den beiden Schaufelreihen m?t inneren Bohrungen können auf dem Läufer unter Umständen noch weitere ungekühlte Schaufelreihen aufgesetzt werden, wenn die Gastemperatur weit genug gefallen ist. .In addition to the two rows of blades, inner holes can be used on the Runners may be placed in additional uncooled rows of blades, when the gas temperature has dropped far enough. .

Claims

PATENT CLAIMS: - i. Device for cooling blades, in particular gas turbine blades, according to Patent 895 395, by means of a heat transfer medium located in the hollow blades which gives off heat to a cooling liquid in a heat exchanger, the cooling liquid being conveyed through the heat exchanger by centrifugal force, characterized in that the heat exchanger consists of axially parallel straight tubes which are arranged eccentrically near the circumference of the rotor and through which the cooling liquid flows inside.

2. Device according to claim i, characterized in that the turbine rotor for the purpose of cleaning the straight pipes removable from the outside Has floor parts, after their removal the of the interior of the exchange surfaces through which the coolant flows are accessible.

3. Device according to claim 1, characterized in that the openings for the Entry of the cooling liquid into the interior of the heat exchange tubes concentrically are arranged around the axis of the turbine.

4 .. Device according to claim 2, characterized characterized in that a detachable ring is provided, after its removal the Inside of the heat exchange tubes becomes accessible.

5. Device according to claim 2 and 4, characterized in that a detachable ring in an annular, the cooling liquid containing space is arranged so that it by the pressure of the cooling liquid is pressed onto the sealing surface.

6. Device according to claim 2und4, characterized characterized in that the detachable ring can be pushed into the interior and such Is arranged eccentrically displaceable that a displacement in an eccentric Location makes the interior of part of the heat exchange tubes accessible.

7. Device according to claim 2 and 6, characterized in that the detachable ring contains sealing plugs through which the interior of a part of the heat exchange tube is accessible. Cited publications: Austrian patent specification no. 170 528; Swiss patents Nos. 237 475, 268 948, 271-742; French patents n ° 943 379,985 o1I. #