EP0702129A2 - Axialdurchströmte Gasturbine - Google Patents

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EP0702129A2
EP0702129A2 EP95810542A EP95810542A EP0702129A2 EP 0702129 A2 EP0702129 A2 EP 0702129A2 EP 95810542 A EP95810542 A EP 95810542A EP 95810542 A EP95810542 A EP 95810542A EP 0702129 A2 EP0702129 A2 EP 0702129A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
turbine
cooling air
compressor
drum
Prior art date
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Application number
EP95810542A
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English (en)
French (fr)
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EP0702129A3 (de
EP0702129B1 (de
Inventor
Robert Marmilic
René Wälchli
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom SA
Original Assignee
ABB Management AG
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Publication date
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Publication of EP0702129A3 publication Critical patent/EP0702129A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F01D5/084—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades the fluid circulating at the periphery of a multistage rotor, e.g. of drum type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/60—Shafts
    • F05D2240/63—Glands for admission or removal of fluids from shafts

Definitions

  • the invention relates to an axially flow-through gas turbine according to the preamble of claim 1, consisting essentially of a multi-stage turbine which drives a compressor arranged on a common shaft, the shaft part lying between the turbine and the compressor being a drum.
  • Such gas turbines are known.
  • the entire rotor-side cooling air is z. B. removed from the compressor end. The majority of it flows through separate lines and through a swirl grille, which is usually on the same radius as the rotor cooling channels on the front side of the turbine rotor and e.g. is known from GB 2 189 845, in these rotor cooling channels.
  • the smaller proportion of cooling air is used to cool the last compressor disc, the drum and the first turbine disc.
  • the invention tries to avoid all of these disadvantages. It is based on the task of reducing the axial thrust in an axially flow-through gas turbine of the type mentioned at the outset, the effectiveness of the blade and disk cooling to improve and achieve a uniform temperature distribution.
  • this is achieved in an axially flow-through gas turbine according to the preamble of claim 1 in that at least one suction device for the leakage air and part of the cooling air is arranged in the region of the drum labyrinth.
  • the ring channel in the area of the suction device is expanded to a collecting space for the leakage or cooling air, because this ensures better suction.
  • the suction device consists of a line which is connected on one side to the collecting space for the leakage or cooling air and on the other side to the cooling air extraction ring space in the compressor housing.
  • the suction device is advantageously connected to the cooling air devices for the rear turbine stages, because as a result the extracted air is mixed with the cooling air for the rear turbine stages and is therefore usefully used for the process.
  • At least one feed to the ring channel is arranged in the part of the rotor drum on the compressor side for part of the cooling air, which feed has at least one swirl nozzle at its respective end.
  • the hot leakage air can also be mixed with cooling air, so that the air temperature in this area is reduced to the permissible level.
  • the cooling air pressure after the swirl grille is advantageously chosen so that the usual labyrinth seal between the turbine disk and the disk cover can be dispensed with, so that the pressure near the disk is determined by the pressure of the main turbine flow in the gas duct. If the rotor drum labyrinth is damaged, the disc labyrinth is eliminated and the enlarged leakage air is sucked out, which prevents a large increase in pressure on the turbine disc, so that the axial thrust of the rotor changes only slightly. The drum and disc temperatures also remain relatively stable in the case of an increase in the labyrinth clearance.
  • FIG. 1 shows that the turbine 1 through which the axial flow flows essentially consists of the rotor 3 equipped with moving blades 2 and the blade carrier 5 equipped with guide blades 4. In Fig. 1 only the first axially flow stage of the turbine 1 is shown.
  • the blade carrier 5 is suspended in the turbine housing 6.
  • the turbine housing 6 also includes the collecting space 7 for the compressed combustion air.
  • the combustion air passes from the collecting space 7 into the annular combustion chamber 8, which opens into the turbine inlet.
  • the compressed air flows from the diffuser 9 of the compressor 10 into the collecting space 7.
  • the rotor blades of the compressor 10 and the turbine 1 sit on a common shaft 13, the part of which is located between the turbine 1 and the compressor 10 is designed as a drum 14.
  • the drum 14 is surrounded by a drum cover 15 which is connected to the diffuser outer housing 17 via ribs 16.
  • the wheel side space 19 forms the end of an annular channel 20 which runs between the drum 14 and the drum cover 15.
  • a labyrinth seal 21 which seals against the drum cover 15 is arranged in this annular channel 20.
  • a line 22 coming from the compressor end for guiding the turbine rotor cooling air opens into the wheel side space 19.
  • Swirl nozzles 23 are arranged at their end.
  • the swirl nozzle 23 for the main turbine rotor cooling air is preferably arranged on the same radius as the rotor cooling channels 24 or the inlet opening of the rotor cooling channels 24, while one or more further swirl nozzles 23 are arranged at a smaller radial distance from the main turbine axis and for admixing cooling air for the end face 18 of the turbine rotor 3 serve.
  • two suction devices 25 for the leakage air and part of the cooling air are arranged in the region of the drum labyrinth 21.
  • FIG. 2 shows in detail a possible embodiment variant of the suction device 25.
  • the ring channel 20 is expanded to two collecting spaces 26 in the area of the suction devices 25.
  • the two suction devices 25 here are lines which are connected on the one hand to the collecting spaces 26 of the leakage air and on the other hand to the cooling air extraction ring spaces 28 in the compressor housing. Lines 22a lead from the cooling air extraction ring spaces 28 to the cooling system of the rear turbine stages.
  • the arrangement of the collecting spaces 26 in the drum labyrinth 21 is chosen such that the resulting pressure drop between the spaces 26 and 28 and the cross sections of the lines 25 result in the required amounts of suction air.
  • the suction device 25 can also be designed differently.
  • a feed 27 to the ring channel 20 can also be arranged in the compressor-side part of the rotor drum 14 for a small part of the cooling air, which also has at least one swirl nozzle 23 at its end facing the ring channel 20.
  • the swirl nozzles 23 are acceleration grids with a slight curvature of the skeleton line. The admixture of the cooling air into the hot leakage air mass flow leads to the fact that the air temperature in the compressor-side part of the rotor drum 14 is reduced to an admissible level.
  • FIG 3 shows that only one suction device 25 or more than two suction devices 25 for the leakage or cooling air can be arranged.
  • the cooling air required for the rotor cooling is removed at the end of the compressor.
  • the main part of the rotor cooling air flows via the line 22 and via the swirl nozzle 23 into the wheel side space 19.
  • Most of this swirling cooling air flows into the cooling channels 24 of the rotor 3 via the inlet openings located at the same height, while a small proportion between the turbine disk and the disk cover flows into the gas channel of the turbine 1.
  • the cooling air pressure after the swirl grille can now be selected so that the labyrinth seal normally arranged between the turbine disk and the disk cover can be dispensed with.
  • the pressure near the disc is determined by the pressure of the main turbine flow in the gas duct.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Bei einer axialdurchströmten Gasturbine, im wesentlichen bestehend aus einer mehrstufigen Turbine (1), welche einen auf einer gemeinsamen Welle (13) angeordneten Verdichter (10) antreibt, bei welcher der zwischen der Turbine (1) und dem Verdichter (10) liegende Wellenteil eine Trommel (14) ist, die von einer Trommelabdeckung (15) unter Bildung eines Ringkanals (20) umgeben ist, wobei im Ringkanal (20) eine gegen die Trommelabdeckung (15) dichtende Labyrinthdichtung (21) angeordnet ist, und die Trommelabdeckung (15) zusammen mit der Stirnseite (18) des Turbinenrotors (3) einen radial verlaufenden Radseitenraum (19) begrenzt, bei der seperate Leitungen (22) zur Führung der Turbinenrotorkühlluft vom Verdichter (10) zur Stirnseite (18) des Turbinenrotors (3) angeordnet sind und die Verbindung zwischen diesen Leitungen (22) und dem Radseitenraum (19) jeweils über mindestens eine Dralldüse (23) erfolgt, bei der Kühleinrichtungen (24) für den Turbinenrotor (3) und seine Laufschaufelkränze vorhanden sind und die gesamte rotorseitige Kühlluft für die Turbine (1) dem Verdichter (10) im Bereich des Verdichteraustritts entnommen wird, ist im Bereich des Trommellabyrinths (21) mindestens eine Absaugvorrichtung (25) für die Leckageluft und einen Teil der Kühlluft angeordnet. Die Absaugvorrichtung (25) steht mit den Kühleinrichtungen der hinteren Turbinenstufen in Verbindung. <IMAGE>

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine axialdurchströmte Gasturbine gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1, im wesentlichen bestehend aus einer mehrstufigen Turbine, welche einen auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Verdichter antreibt, wobei der zwischen Turbine und Verdichter liegende Wellenteil eine Trommel ist.
    • Stand der Technik
  • Derartige Gasturbinen sind bekannt. Die gesamte rotorseitige Kühlluft wird dabei z. B. dem Verdichterende entnommen. Der überwiegende Teil davon strömt durch seperate Leitungen und über ein Drallgitter, welches sich in der Regel auf dem gleichen Radius wie die Rotorkühlkanäle an der Stirnseite des Turbinenrotors befindet und z.B. aus GB 2 189 845 bekannt ist, in diese Rotorkühlkanäle ein. Der kleinere Anteil an Kühlluft dient zur Kühlung der letzten Verdichterscheibe, der Trommel und der ersten Turbinenscheibe.
  • In EP 0 447 886 wird die gesamte für die Rotorkühlung erforderliche Kühlluft nach der letzten Laufreihe des Verdichters an dessen Nabe entnommen und mit dem ihr anhafteten Drall unmittelbar in den sich zwischen Rotortrommel und Trommelabdekkung befindenden Ringkanal geleitet. Sie strömt bis vor das Trommellabyrinth. Durch das Labyrinth strömt die unvermeidliche Leckmenge, während der Hauptteil der Rotorkühlluft in ein Drallgitter geführt wird. Dort erfolgt eine Beschleunigung der Kühlluft bei gleichzeitiger Umlenkung in Rotordrehrichtung. Die Abströmung aus dem Drallgitter erfolgt dabei nahezu tangential. Der Leckagemassenstrom durch das Trommellabyrinth unter dem Drallgitter mischt sich im Bereich der Turbinenscheibe mit der Kühlluft nach dem Drallgitter.
  • Bei Gasturbinen mit einem hohen Druckverhältnis tritt hieraber folgendes Problem auf. Da die Luft nach der letzten Verdichterlaufreihe für die Kühlung der Turbinenschaufeln zu heiss ist, muss diese zuerst rückgekühlt werden, bevor sie durch das Drallgitter in die Turbinenrotorkühlluftkanäle gelangt. Der grosse Temperaturunterschied zwischen der Kühlluft und der Labyrinthleckageluft entlang der Rotortrommel führt zu hohen Spannungen im Rotortrommel- und Turbinenscheibenbereich. Ausserdem führt die Mischung der kalten Kühlluft mit der heissen Leckageluft nach dem Drallgitter zu einer unerwünschten Aufheizung der Kühlluft und zur Abschwächung des Dralls.
  • Um den notwendigen Druck im Rotorkühlluftsystem zu erreichen, ist normalerweise eine Labyrinthdichtung zwischen Turbinenrotorscheibe und Scheibenabdeckung oberhalb des Drallgitters notwendig. Dadurch nimmt bei einer Beschädigung des Trommellabyrinths der Druck entlang der Turbinenscheibe zu und führt zu einer massiven Erhöhung des Rotoraxialschubes.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer axialdurchströmten Gasturbine der eingangs genannten Art den Axialschub zu verringern, die Effektivität der Schaufel- und Scheibenkühlung zu verbessern und eine gleichmässige Temperaturverteilung zu erreichen.
  • Erfindungsgemäss wird dies bei einer axialdurchströmten Gasturbine gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass im Bereich des Trommellabyrinths mindestens eine Absaugvorrichtung für die Leckageluft und einen Teil der Kühlluft angeordnet ist.
  • Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass die Turbinenscheibe und ein Teil der Rotortrommel nur noch von der Kühlluft bestrichen werden. Daraus ergibt sich eine tiefere und vor allem gleichmässigere Temperaturverteilung, welche sich positiv auf die Festigkeit im Rotor-Scheibenübergang auswirkt. Da mit dem Absaugen der Leckageluft auch ein Mischen mit der Kühlluft vermieden wird, wird die Kühlluft nicht erwärmt und der Drall der Kühlluft bleibt ungestört.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Ringkanal im Bereich der Absaugvorrichtung zu einem Sammelraum für die Leckage- bzw. Kühlluft erweitert ist, weil dadurch eine bessere Absaugung gewährleistet ist.
  • Ferner ist es zweckmässig, wenn die Absaugvorrichtung aus einer Leitung besteht, welche auf der einen Seite mit dem Sammelraum für die Leckage- bzw. Kühlluft und auf der anderen Seite mit dem Kühlluftentnahmeringraum im Verdichtergehäuse verbunden ist.
  • Weiterhin wird mit Vorteil die Absaugvorrichtung mit den Kühllufteinrichtungen für die hinteren Turbinenstufen in Verbindung gebracht, weil dadurch die abgesaugte Luft der Kühlluft für die hinteren Turbinenstufen beigemischt wird und somit für den Prozess sinnvoll weiterverwendet wird.
  • Es ist zweckmässig, wenn im verdichterseitigen Teil der Rotortrommel für einen Teil der Kühlluft mindestens eine Zuführung zum Ringkanal angeordnet ist, welche an ihrem jeweiligen Ende mindestens eine Dralldüse aufweist. Dadurch kann der heissen Leckageluft ebenfalls Kühlluft zugemischt werden, so dass in diesem Bereich die Lufttemperatur auf das zulässige Mass gesenkt wird.
  • Schliesslich wird mit Vorteil der Kühlluftdruck nach dem Drallgitter so gewählt, dass auf die normalerweise übliche Labyrinthdichtung zwischen Turbinenscheibe und Scheibenabdeckung verzichtet werden kann, so dass der Druck in Scheibennähe vom Druck des Turbinenhauptstromes im Gaskanal bestimmt wird. Bei einer Beschädigung des Rotortrommellabyrinths wird durch den Wegfall des Scheibenlabyrinths und durch die Absaugung der vergrösserten Leckageluft ein grosser Druckanstieg an der Turbinenscheibe verhindert, sodass sich der Rotoraxialschub nur gering ändert. Auch die Trommel- und Scheibentemperaturen bleiben im Falle einer Labyrinthspielvergrösserung relativ stabil.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Teillängsschnitt der Gasturbine;
    Fig. 2
    einen vergrösserten Teillängsschnitt im Bereich des Trommellabyrinths und der Absaugvorrichtung;
    Fig. 3a-c
    drei verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Absaugvorrichtung.
  • Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise das Abgasgehäuse der Gasturbine mit Abgasrohr und Kamin sowie die Eintrittspartien des Verdichterteils. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.
    • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren und anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Fig. 1 ist zu entnehmen, dass die axialdurchströmte Turbine 1 im wesentlichen aus den mit Laufschaufeln 2 bestückten Rotor 3 und dem mit Leitschaufeln 4 bestückten Schaufelträger 5 besteht. In Fig. 1 ist lediglich die erste axialdurchströmte Stufe der Turbine 1 dargestellt. Der Schaufelträger 5 ist im Turbinengehäuse 6 eingehängt. Das Turbinengehäuse 6 umfasst auch den Sammelraum 7 für die verdichtete Brennluft.
  • Die Brennluft gelangt aus dem Sammelraum 7 in die Ringbrennkammer 8, welche in den Turbineneinlass mündet. In den Sammelraum 7 strömt die verdichtete Luft aus dem Diffusor 9 des Verdichters 10. Vom Verdichter 10 ist in Fig. 1 nur die letzte Stufe mit den Laufschaufeln 11 und den Leitschaufeln 12 dargestellt. Die Laufbeschaufelungen des Verdichters 10 und der Turbine 1 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 13, deren sich zwischen Turbine 1 und Verdichter 10 befindendes Teil als Trommel 14 ausgebildet ist.
  • Die Trommel 14 ist von einer Trommelabdeckung 15 umgeben, die über Rippen 16 mit dem Diffusoraussengehäuse 17 verbunden ist. Turbinenseitig begrenzt die Trommelabdeckung 15 zusammen mit der Stirnseite 18 des Turbinenrotors 3 einen radial verlaufenden Radseitenraum 19.
  • Der Radseitenraum 19 bildet das Ende eines Ringkanales 20, der zwischen der Trommel 14 und der Trommelabdeckung 15 verläuft. In diesem Ringkanal 20 ist eine gegen die Trommelabdeckung 15 dichtende Labyrinthdichtung 21 angeordnet.
  • In den Radseitenraum 19 mündet eine vom Verdichterende kommende Leitung 22 zur Führung der Turbinenrotorkühlluft. An ihrem Ende sind Dralldüsen 23 angeordnet. Die Dralldüse 23 für die Turbinenrotorhauptkühlluft ist dabei vorzugsweise auf dem gleichen Radius angeordnet wie die Rotorkühlkanäle 24 bzw. die Eintrittsöffnung der Rotorkühlkanäle 24, während eine oder mehrere weitere Dralldüsen 23 in geringerem radialen Abstand von der Turbinenhauptachse angeordnet sind und zur Beimischung von Kühlluft für die Stirnseite 18 des Turbinenrotors 3 dienen.
  • Im Bereich des Trommellabyrinths 21 sind in diesem Ausführungsbeispiel zwei Absaugvorrichtungen 25 für die Leckageluft und einen Teil der Kühlluft angeordnet.
  • Fig. 2 zeigt im Detail eine mögliche Ausführungsvariante der Absaugvorrichtung 25. Der Ringkanal 20 ist im Bereich der Absaugvorrichtungen 25 zu zwei Sammelräumen 26 erweitert. Die beiden Absaugvorrichtungen 25 sind hier Leitungen, welche einerseits mit den Sammelräumen 26 der Leckageluft und andererseits mit den Kühlluftentnahmeringräumen 28 im Verdichtergehäuse verbunden sind. Von den Kühlluftentnahmeringräumen 28 führen Leitungen 22a zum Kühlsystem der hinteren Turbinenstufen. Die Anordnung der Sammelräume 26 im Trommellabyrinth 21 wird dabei so gewählt, dass das resultierende Druckgefälle zwischen den Räumen 26 und 28 und die Querschnitte der Leitungen 25 die erforderlichen Absaugeluftmengen ergeben. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsvariante beschränkt, die Absaugvorrichtung 25 kann auch anders ausgebildet sein.
  • Ausserdem kann zusätzlich im verdichterseitigen Teil der Rotortrommel 14 für einen geringen Teil der Kühlluft noch eine Zuführung 27 zum Ringkanal 20 angeordnet sein, welche an ihrem dem Ringkanal 20 zugewandten Ende ebenfalls mindestens eine Dralldüse 23 aufweist. Bei den Dralldüsen 23 handelt es sich um Beschleunigungsgitter mit geringer Krümmung der Skelettlinie. Die Zumischung der Kühlluft in den heissen Leckageluftmassenstrom führt dazu, dass im verdichterseitigen Teil der Rotortrommel 14 die Lufttemperatur auf ein zulässiges Mass gesenkt wird.
  • Fig. 3 zeigt, dass auch nur eine Absaugungvorrichtung 25 bzw. mehr als zwei Absaugvorrichtungen 25 für die Leckage- bzw. Kühlluft angeordnet sein können.
  • Die Wirkungsweise der Erfindung wird nachstehend erläutert: Die für die Rotorkühlung benötigte Kühlluft wird am Verdichterende entnommen. Der Hauptteil der Rotorkühlluft strömt über die Leitung 22 und über die Dralldüse 23 in den Radseitenraum 19. Der grösste Teil dieser drallbehafteten Kühlluft strömt über die sich auf gleicher Höhe befindenden Eintrittsöffnungen in die Kühlkanäle 24 des Rotors 3, während ein geringer Anteil zwischen Turbinenscheibe und Scheibenabdeckung in den Gaskanal der Turbine 1 strömt. Durch eine weitere Dralldüse 23, welche in einem geringeren radialen Abstand von der Turbinenhauptachse als die o.g. Dralldüse 23 angeordnet ist, wird weitere Kühlluft in den Radseitenraum 19 geführt. Diese strömt in Richtung Ringkanal 20 und wird zusammen mit dem aus der anderen Richtung vom Verdichter 10 kommenden, nach der letzten Laufschaufel 11 entnommenen Leckageluftmassenstrom in den im Bereich des Trommellabyrinths 21 angeordneten Absaugvorrichtungen 25 abgesaugt. Selbstverständlich kann der Leckageluftmassenstrom auch an einer anderen Stelle entnommen werden, beispielsweise nach der letzten Leitschaufel 12 des Verdichters 10. Die abgesaugte Luft wird dann auf Grund ihres geringen Druckes beispielsweise der Kühlluft für die hinteren Turbinenstufen beigemischt und somit für den Prozess weiter sinnvoll verwendet.
  • Dadurch, dass der Leckageluftmassenstrom und ein geringer Teil der durch eine oder mehrere Dralldüsen 23 beigemischten Kühlluft beim Trommellabyrinth 21 abgesaugt wird, wird die Turbinenscheibe und ein Teil der Rotortrommel 14 nur noch von der Kühlluft bestrichen. Das hat den Vorteil einer gleichmässigeren und tieferen Temperaturverteilung, was sich günstig auf die Festigkeit im Rotor-Scheibenbereich auswirkt.
  • Mit dem Absaugen der Leckageluft wird auch das Mischen mit der Kühlluft nach der Dralldüse 23 vermieden. Der Drall der Kühlluft nach der Dralldüse 23 wird nicht mehr durch die Leckageluft beeinflusst und es findet auch keine Erwärmung der Kühlluft durch die heissere Leckageluft statt; dadurch sind die Eintrittsbedingungen ins Rotorkühlsystem nahezu konstant, die Leistung der Kühlluft ist besser und die Eintrittsverluste in das Rotorkühlsystem werden minimiert.
  • Der Kühlluftdruck nach dem Drallgitter kann nun so gewählt werden, dass auf die normalerweise zwischen Turbinenscheibe und Scheibenabdeckung angeordnete Labyrinthdichtung verzichtet werden kann. Dadurch wird der Druck in Scheibennähe vom Druck des Turbinenhauptstromes im Gaskanal bestimmt.
  • Bei einer Beschädigung des Rotortrommellabyrinths 21 wird durch den Wegfall des Scheibenlabyrinths und durch die vergrösserte Leckageluftmenge ein grosser Druckanstieg an der Turbinenscheibe verhindert, sodass sich der Rotoraxialschub nur gering ändert. Die Trommel- und Scheibentemperaturen bleiben im Falle einer Labyrinthspielvergrösserung relativ stabil.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Turbine
    2
    Laufschaufel der Turbine
    3
    Rotor
    4
    Leitschaufel der Turbine
    5
    Schaufelträger
    6
    Turbinengehäuse
    7
    Sammelraum
    8
    Ringbrennkammer
    9
    Diffusor
    10
    Verdichter
    11
    Laufschaufel des Verdichters
    12
    Leitschaufel des Verdichters
    13
    Welle
    14
    Trommel
    15
    Trommelabdeckung
    16
    Rippen
    17
    Diffusoraussengehäuse
    18
    Stirnseite des Turbinenrotors
    19
    Radseitenraum
    20
    Ringkanal
    21
    Labyrinthdichtung
    22
    Leitungen für Turbinenrotorkühlluft
    22a
    Leitungen zum Kühlluftsystem der hinteren Turbinenstufen
    23
    Dralldüse
    24
    Rotorkühlkanäle
    25
    Absaugvorrichtung
    26
    Sammelraum
    27
    Zuführung für geringen Kühlluftteil
    28
    Kühlluftentnahmeringraum

Claims (6)

  1. Axialdurchströmte Gasturbine, im wesentlichen bestehend aus einer mehrstufigen Turbine (1), welche einen auf einer gemeinsamen Welle (13) angeordneten Verdichter (10) antreibt,
    - bei welcher der zwischen der Turbine (1) und dem Verdichter (10) liegende Wellenteil eine Trommel (14) ist, die von einer Trommelabdeckung (15) unter Bildung eines Ringkanals (20) umgeben ist, wobei im Ringkanal (20) eine gegen die Trommelabdeckung (15) dichtende Labyrinthdichtung (21) angeordnet ist, und die Trommelabdeckung (15) zusammen mit der Stirnseite (18) des Turbinenrotors (3) einen radial verlaufenden Radseitenraum (19) begrenzt,
    - bei der mindestens eine separate Leitung (22) zur Führung der Turbinenrotorkühlluft vom Verdichter (10) zur Stirnseite (18) des Turbinenrotors (3) angeordnet ist und die Verbindung zwischen dieser Leitung (22) und dem Radseitenraum (19) über mindestens zwei Dralldüsen (23) erfolgt,
    - bei der Kühleinrichtungen (24) für den Turbinenrotor (3) und seine Laufschaufelkränze vorhanden sind und
    - die gesamte rotorseitige Kühlluft für die Turbine (1) dem Verdichter (10) im Bereich des Verdichteraustritts entnommen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Trommellabyrinths (21) mindestens eine Absaugvorrichtung (25) für die Leckageluft und einen Teil der Kühlluft angeordnet ist.
  2. Axialdurchströmte Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (20) im Bereich der Absaugvorrichtung (25) zu einem Sammelraum (26) für die Leckage- bzw. Kühlluft erweitert ist.
  3. Axialdurchströmte Gasturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung (25) aus einer Leitung besteht, welche auf der einen Seite mit dem Sammelraum (26) für die Leckage- bzw. Kühlluft und auf der anderen Seite mit dem Kühlluftentnahmeringraum (28) im Verdichtergehäuse verbunden ist.
  4. Axialdurchströmte Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugvorrichtung (25) mit den Kühleinrichtungen (24) der hinteren Turbinenstufen in Verbindung steht.
  5. Axialdurchströmte Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im verdichterseitigen Teil der Rotortrommel (14) für einen Teil der Kühlluft mindestens eine Zuführung (27) zum Ringkanal (20) angeordnet ist, welche an ihrem jeweiligen Ende mindestens eine Dralldüse (23) aufweist.
  6. Axialdurchströmte Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlluftdruck nach dem Drallgitter (23) im Radseitenraum (19) so gewählt wird, dass auf eine Labyrinthdichtung zwischen Turbinenscheibe und Scheibenabdeckung verzichtet werden kann.
EP95810542A 1994-09-19 1995-09-01 Axialdurchströmte Gasturbine Expired - Lifetime EP0702129B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4433289 1994-09-19
DE4433289A DE4433289A1 (de) 1994-09-19 1994-09-19 Axialdurchströmte Gasturbine

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