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Publication number: DEV0007234MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 6. Mai 1954 Bekanntgemacht am 20. September 1956Registration date: May 6, 1954. Advertised on September 20, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft Gasturbinen mit gekühltem Läufer, und zwar solche Gasturbinen,, bei denen- die Kühlung durch Verdampfung einer Flüssigkeit erfolgt. Hierbei bildet sich ein Flüssig-' keitsring im Läufer. Die Stärke des Flüssigkeitsringies kann mit den veränderlichen Betriebsverhältnissen schwanken, was für den ruhigen Lauf der Anlage von Nachteil ist. Es muß daher angestrebt werden, im Betrieb einen möglichst gleichbleibenden Wasserring einzuhalten. Im allgemeinen wird bei der Gasturbine mit durch Verdampfung gekühlten Läufern die zu verdampfende Flüssigkeit der Gasturbine mit einem bestimmten Druck zugeführt. Eine beachtliche Druckerhöhung erfolgt dann im Läufer der Gasturbine selbst, weil die Flüssigkeit nach außen geschleudert wird und da-The invention relates to gas turbines with a cooled rotor, specifically such gas turbines which cooling takes place by evaporation of a liquid. A liquid ' ring in the runner. The strength of the fluid ringie can fluctuate with the changing operating conditions, what a smooth run the system is disadvantageous. The aim must therefore be to achieve a value that is as constant as possible during operation Adhere to the water ring. In general, the gas turbine is also used by evaporation cooled runners the liquid to be evaporated from the gas turbine at a certain pressure fed. A considerable pressure increase then takes place in the rotor of the gas turbine itself because the Liquid is thrown outwards and

:. durch auf hohen Druck kommt. Die Schleuderung des zur Drehachse zurückgeleiteten Dampfes bewirkt einen geringen Gegendruck, so daß der Druck des abgeleiteten Dampfes für den gewünschten Flüssigkeitsspiegel von Einfluß ist. Da der Dampfdruck in der Entnahmeleitung sich je nach Ab^ nähme vom Verbraucher ändert, so würde hiermit auch eine ständige Änderung der Stärke des Wasserringes auftreten.:. comes through on high pressure. The sling of the steam returned to the axis of rotation causes a slight counterpressure, so that the pressure of the extracted vapor is of influence for the desired liquid level. Because the vapor pressure in the extraction line changes depending on the acceptance from the consumer, this would mean there is also a constant change in the strength of the water ring.

Es ist bekannt, durch eine außerhalb des Läufers liegende Regelvorrichtung den Wasserspiegel in dem Läufer zu beeinflussen. Solche Regelvorrichtungen sind jedoch bei Schnellauf enden Anlagen allein zu träge, da die Vorgänge bei umlaufenden beheizten Teilen sich außerordentlich schnell ändern.It is known to regulate the water level in to influence the runner. Such control devices are, however, in high-speed systems Too sluggish by itself, as the processes involved in rotating heated parts are extremely rapid to change.

Erfmdungsgemaß wird daher eine weitere drosselnae Regelvorrichtung auch noch entweder innerhalb des Läufers oder in der Dampfableitung in der Läuferwelle eingebaut. Diese weitere Regelvor-According to the invention, a further throttle control device is therefore also either within of the rotor or built into the vapor discharge in the rotor shaft. This additional rule

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richtung im Läufer paßt sich den Umlaufverhältnissen bess.er an. Zweckmäßig wird der erzeugte Dampf an einer Stelle des Innendurchmessers des gebildeten Flüssigkeitsringes entnommen. Dies kann durch eine im Läufer befindliche Scheibe mitdirection in the rotor adapts better to the circulation conditions. The generated one is expedient Steam taken at a point of the inner diameter of the liquid ring formed. this can with a disc located in the rotor

.-,einem Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des einzuhaltenden Flüssigkeitsringes geschehen, durch die ein Raum geringer Breite abgetrennt wird. In diesem Raum bildet sich eine Flüssigkeitssäule, durch die der Dampf abströmt. Dadurch entsteht ein der äußeren Regeleinrichtung vorgeschalteter Druckabfall im Dampf, der sich nach der Höhe der Flüssigkeitssäule richtet, sich also der Drehzahl der Gasturbine anpaßt..-, a diameter equal to the inside diameter of the liquid ring to be maintained, separated by a space of small width will. A column of liquid forms in this space, through which the vapor flows off. Through this there is a pressure drop in the steam that is upstream of the external control device and that follows the height of the liquid column is directed, so it adapts to the speed of the gas turbine.

Die Ableitung des sich im Raum mit gleichbleibendiem Flüssigkeitsring'bildenden Dampfes: durch den Flüssigkeitsring hindurch kann durch eine Leitung geschehen.' Gegebenenfalls kann auch ein Schwimmer >auf dem Wasserring die Ableitung des Dampfes regeln. Um einen gleichförmigen Wasserring zu erhalten, können im Läufer in an sich bekannter Weise Teile eingebaut sein, die diesen Wasserring mitnehmen. Diese Teile können auch aus ringartigen Verstärkungen der zylindrischen Läuferwandung bestehen.The discharge of the vapor that forms in the room with the liquid ring 'constant: through the liquid ring through it can be done through a pipe. ' If necessary, a Float> regulate the discharge of steam on the water ring. Around a uniform ring of water to obtain, parts can be installed in the rotor in a manner known per se that this Take the water ring with you. These parts can also consist of ring-like reinforcements of the cylindrical Runner wall exist.

Die Erfindung ist an Hand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to FIGS.

Fig. ι stellt einen Längsschnitt durch eine Gasturbine mit einem gekühlten Läufer nach der Erfindung dar. Die Wirkung ist folgende: Die zu ver-. dampfende Flüssigkeit tritt über Stopfbüchse 1 in die Hohlwelle des Läufers ein. Sie wird durch die Rohre 2 nach außen geschleudert und gelangt in den Raum 3, der mit den Räumen 4· des Läufers durch Bohrungen 5 wasserseitig verbunden ist. Die Räume 4 sind· untereinander durch Bohrungen 6 dampfseitig verbunden. Auf dem Läufer sind die gekühlten Schaufeln 7 der Gasturbine aufgesetzt. Diese Schaufeln haben Bohrungen!, in, die die Kühlflüssigkeit eindringen kann. Das Gehäuse trägt die i^eitschaufeln 9, die entweder mit Luft oder Dampf gekühlt oder aus hochhitzebeständigem Material gefertigt sind. Die auf Druck gebrachte Verbrennungsluft tritt z. B. vom Kompressor kommend in Stutzen 10 ein und gelangt in den Ringraum 11, von wo sie in die Feuerraumkühlkanäle 12 übergeleitet wird und kurz vor der Öffnung des Brenners 13 austritt. Der Brennstoff — in diesem Fall öl — kommt von Zuleitung 14 und gelangt über Ringraum 15 in die Schleuderrohre 16. Diese schleudern das Öl aus und zerstäuben es hierbei im Brenner 13. Die Verbrennungsgase durchströmen das Schaufelsystem 7,9 und treten am Stutzen 26 aus.Fig. Ι shows a longitudinal section through a gas turbine with a cooled runner according to the invention. The effect is as follows: The ver. Steaming liquid enters the hollow shaft of the rotor via stuffing box 1. She is through the Pipes 2 are thrown outwards and enter space 3, which is with the spaces 4 · of the rotor is connected by holes 5 on the water side. The spaces 4 are mutually through bores 6 connected on the steam side. The cooled blades 7 of the gas turbine are placed on the rotor. These blades have holes !, in which the cooling liquid can penetrate. The housing carries the i ^ eitschaufeln 9, which are either air or steam are cooled or made of highly heat-resistant material. The pressurized combustion air occurs z. B. Coming from the compressor in nozzle 10 and enters the annular space 11, from where it is transferred into the furnace cooling ducts 12 and just before the burner opens 13 exits. The fuel - in this case oil - comes from feed line 14 and passes over Annular space 15 in the centrifugal tubes 16. These eject the oil and atomize it in the process in the burner 13. The combustion gases flow through the blade system 7.9 and occur at Nozzle 26 from.

Das Regelventil 27 bestimmt den Druck im Läufer und damit auch die Stärke des Wasserringes. Dieses Ventil kann ein normales Reduzierventil sein, das auf konstanten Druck vor dem Ventil, d. h. im Läufer der Gasturbine, steuert. Wenn die Drehzahl des Aggregates konstant ist, so wird in diesem Fall auch der Wasserring konstant sein. Bei veränderlicher Drehzahl ist es zweckmäßig, die Drosselwirkung des Ventils durch einen Fliehkraftregler zu beeinflussen, in der Weise, daß bei _; zunehmender Drehzahl auch eine stärkere Drosse- 65 ■ lung erfolgt. .... ,..■·■The control valve 27 determines the pressure in the runner and thus also the strength of the water ring. This valve can be a normal reducing valve which controls to constant pressure upstream of the valve, ie in the rotor of the gas turbine. If the speed of the unit is constant, the water ring will also be constant in this case. With variable speed it is useful to influence the throttling effect of the valve by means of a centrifugal governor, in such a way that at _; With increasing speed, there is also a stronger throttling. ...., .. ■ · ■

Die Stärke des Flüssigkeitsringes kann auch durch die Mündung der Dampfentnahmevorrichtung 17 mitbestimmt werden. Die Dampf entnahmevorrichtung 17· kann: ein Ringraum sein oder aus einzelnem radialen Rohren bestellen. Bei genügend hoher Drehzahl würde der Flüssigkeitsring das Bestreben haben, stärker zu werden, d. h. sein Innendurchmesser nähme ab. Da dann der Dampf aber nicht abströmen kann, steigt der Druck des Dampfes so weit an, bis dJar Wasserring' zurückgedrückt ist und der Dampf in die Mündung der Entnahmevorrichtung 17 einströmen kann. In der Entnahmevorrichtung 17 wird in diesem Fall Flüssigkeit auch nach innen gedrückt, z. B. bis zum Wasserstand bei 18. Der erzeugte Dampf muß nun also die geschleuderte Flüssigkeitsschicht in der Entnahmevorrichtung 17 bis 18 durchdringen, wodurch ein beachtlicher Druckabfall entsteht. Beim Durchdringen der Flüssigkeitssäule ist es möglich, daß Flüssigkeit vom durchströmenden Dampf mitgenommen wird, wenn auch ,die abscheidenden Kräfte bei der Zentrifugalkraft groß sind. Diese mitgenommene Flüssigkeit wird nun im Rohr 19 ausgeschleudert und läuft durch Bohrung 20 wieder zurück in den Flüssigkeitsring. Der nunmehr getrocknete Dampf wird durch Bohrung 21 der Hohlwelle abgeleitet.The strength of the liquid ring can also be determined by the mouth of the steam extraction device 17 are co-determined. The steam extraction device 17 · can: be an annulus or order from individual radial tubes. With enough at high speed, the liquid ring would tend to become stronger, i.e. H. being Inside diameter would decrease. However, since the steam cannot flow out, the pressure of the rises Steam up until the water ring is pushed back and the steam can flow into the mouth of the extraction device 17. In the Withdrawal device 17 in this case, liquid is also pressed inwards, e.g. B. to to the water level at 18. The generated steam must now be in the thrown liquid layer the extraction device 17 to 18 penetrate, whereby a considerable pressure drop occurs. When penetrating the column of liquid, it is possible that liquid from flowing through Steam is entrained, although the separating forces in centrifugal force are large are. This entrained liquid is now ejected in the pipe 19 and runs through the bore 20 back into the liquid ring. The now dried steam is drilled through 21 derived from the hollow shaft.

Um das Mitreißen von Flüssigkeit in der Entnahmevorrichtung 17 weitgehend zu vermeiden, ist es zweckmäßig, hier einige Überleitungen vorzusehen, die nur Dampf enthalten, wie z. B. in Fig. 2 wiedergegeben. Ein Rohr 22 leitet den Dampf durch die Flüssigkeitsschicht, so daß nur ein kleiner Teil der Flüssigkeit zu durchdringen ist. Die Bemessung solcher Überleitung erfolgt so, daß in ihr ein Druckabfall entsteht, wie er bei den zu erwartenden Betriebsverhältnissen nötig ist. Es ist auch möglich, von einem Schwimmer gesteuerte Dampfauslaßöffnungen vorzusehen, gemäß Fig. 3. Der Schwimmer 23 wird vom Wasserring getragen. Wenn der Wasserrimg dünner wird, öffnet der Schwimmer die öffnung 24, so daß Dampf abströmen kann und wieder mehr Flüssigkeit eingeschleudert wird.About the entrainment of liquid in the dispensing device 17 largely avoided, it is advisable to provide some reconciliations here, that only contain steam, such as B. shown in FIG. A pipe 22 conducts the steam through the liquid layer so that only a small part of the liquid has to be penetrated. The dimensioning of such a transfer takes place in such a way that a pressure drop occurs in it, as it occurs with the to expected operating conditions. It is also possible to be controlled by a float Provide steam outlet openings, according to Fig. 3. The float 23 is carried by the water ring. When the water rim becomes thinner, the float opens the opening 24 so that steam flows off and more liquid is thrown in again.

Wichtig und wesentlich für die Einregelung eines Flüssigkeitsringes mit konstanter Stärke ist es auch, daß auf der Oberfläche des Flüssigkeitsringes nicht etwaige Wellenbewegungen auftreten, die zu einem unruhigen Lauf Anlaß geben. Um dies zu vermeiden, ist es zweckmäßig, innerhalb des Läufers den Flüssigkeitsring mitnehmende Teile einzubauen. Hierfür sind z. B. die nach innen gehenden ringförmigen Verstärkungen 25 (Fig. 1) der zylindrischen Trommelfläche von Vorteil, da hierdurch der gesamte Wasserring in mehrere kleinere aufgeteilt wird und hierdurch etwaige Wellen oder Schwallbewegungen des Flüssigkeitsringes weitgehend unterbunden werden. Gleichzeitig dienen diese verstärkenden Ringe zur Aufnähme der durch Innendruck und ZentrifugalkraftImportant and essential for the adjustment of a liquid ring with constant thickness it is also that no wave movements occur on the surface of the liquid ring, which give rise to a restless run. To avoid this, it is useful to keep within of the rotor to install parts that drive the liquid ring. For this are z. B. the inside going annular reinforcements 25 (Fig. 1) of the cylindrical drum surface advantageous because as a result, the entire water ring is divided into several smaller ones and thus any Waves or surge movements of the liquid ring are largely prevented. Simultaneously These reinforcing rings are used to absorb the internal pressure and centrifugal force

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auftretenden Kräfte bzw. ermöglichen es, die zylindrischen Wandungen dünner und hierdurch für die Wärmeaufnahme geeigneter zu machen.occurring forces or make it possible to make the cylindrical walls thinner and thereby to make it more suitable for heat absorption.

Claims

Patent claims:

1. Gas turbine with a rotor cooled by evaporation and discharge of the rotor generated steam to a consumer and with a to regulate the strength of the im Runner forming liquid ring and the vapor pressure on the liquid surface serving throttling control device, which resulted in the discharge of the liquid ring Steam is built in to the consumer outside of the rotor, characterized in that that in addition a further throttling control device either within the Rotor or in the vapor discharge is built into the rotor shaft.

2. Gas turbine according to claim i, characterized in that that the generated steam is removed from a point of the inner diameter of the formed .Lüssigkeitsringes.

3. Gas turbine according to claim ι and 2, characterized characterized in that in the rotor by a disc with a diameter equal to that Inside diameter of the liquid ring to be maintained, a space of small width is separated through which the generated steam flows off and in which there is a liquid ring with small diameter forms.

4. Gas turbine according to claims ι and 3, characterized in that for deriving the vapor formed in the space with a constant liquid ring passed through the liquid ring of small diameter Lines are provided.

5. Gas turbine according to claim 1, characterized in that that a float on the water ring regulates the discharge of the steam.

6. Gas turbine with a constant liquid ring according to claim 1, characterized in that that parts are built into the runner in a manner known per se, which form the water ring take along.

7. Gas turbine according to claim 6, characterized in that the entrainment of the water ring Parts in a manner known per se from ring-like reinforcements of the cylindrical Runner wall exist.

Considered publications:
German Patent Nos. 901 719, 879 343, 548, 420 781;

German patent applications V1875 Ia / 46f

(Patent 910855), Mioi7la / 46f (Patent 913836).

1 sheet of drawings