EP1013879A1 - Liquid cooled turbomachine shaft - Google Patents

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Publication number
EP1013879A1
EP1013879A1 EP98811267A EP98811267A EP1013879A1 EP 1013879 A1 EP1013879 A1 EP 1013879A1 EP 98811267 A EP98811267 A EP 98811267A EP 98811267 A EP98811267 A EP 98811267A EP 1013879 A1 EP1013879 A1 EP 1013879A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
cooling medium
heat engine
cavity
engine according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98811267A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Pierre Meylan
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.)
ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority to EP98811267A priority Critical patent/EP1013879A1/en
Publication of EP1013879A1 publication Critical patent/EP1013879A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/185—Liquid cooling
    • 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
    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/088—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in a closed cavity

Definitions

  • FIG. 1 schematically shows the shaft 20 of a gas turbine. Elements that are not are necessary for a direct understanding of the invention, such as for example the bearing of the shaft are omitted.
  • On her outside The circumference is essentially with compressor rotor blades 50 and Turbine blades 60 provided which the compressor section 5 and define the turbine section 7.
  • the shaft includes a cavity 40 and means 22 for supplying a fresh cooling medium 41 into the cavity and Means 21 for removing a heated cooling medium 42 from the cavity. in the The shaft is operated in particular in the turbine part 7 and between the A hot gas flows around the turbine part 7 and the compressor part 5, whose temperature is higher than the permissible material temperature of the shaft 20 is.
  • the cavity 40 is filled with a liquid during operation.
  • the radial position of the inlet or return openings 21, 22 is not primary here essential to the invention; however, it will be expedient if, as in FIG. 1, the inlets are arranged closer to the axis of rotation 10 of the shaft than the Returns 42. This is because the liquid within the Cavity rotates with the shaft 20 about the axis of rotation 10.
  • the cooling liquid 41 which through the inlets 22 in flows into the cavity 40, is conveyed radially outwards, and flows, after absorbing heat from the shaft, through the returns 21 from.
  • the shaft thus conveys the coolant itself.
  • the rotation of the shaft builds up in the cavity 40 a pressure field such that the liquid in the cavity 40 is in shape a solid body vortex with the shaft 20 rotates about the axis of rotation 10, and thus the pressure in the liquid increases from the center to the outside.
  • a coolant return 21 flows thus heated coolant due to the hydrostatic pressure distribution towards lower pressure, i.e. towards the center of the shaft, and is replaced by cool medium, which continues to be a good one Heat transfer between the material of the shaft 20 and the coolant contributes.
  • the hydrostatic pressure distribution within the cavity 40 enables also the cooling of exposed segments of the shaft through blind holes, which is shown in Fig. 2.
  • the figure shows the turbine section of a shaft 20, which with radial guide grooves for receiving blades 60th is provided.
  • protruding brackets 25 are provided.
  • the brackets 25 are on your surface of the Hot gas flow immediately exposed and consequently thermally particularly heavily loaded.
  • the brackets are also mechanical heavily stressed because they hold the centrifugal blades 60 and their circumferential force must be transferred to the shaft.
  • Coolant which is heated in the blind holes 405, or even evaporates, flows through a due to the pressure distribution described natural convection flow back into the cavity 40 and is by fresh coolant replaced.
  • the cooled gas turbine shaft described can be in a variety of Circuit variants for cooling thermally highly stressed components and to increase the output of gas turbines, as they are integrated for example from EP 0 597 305 B1, DE 44 09 567 A1, US 5 689 948, or EP 0 808 994 A2 are known.
  • a Liquid-cooled shaft according to the invention also as a preheating stage in one Combi system can be used. Liquid heated in the wave -to Example water - can be used anywhere to increase performance or be introduced into a gas turbine cycle to reduce nitrogen oxide, or serve to generate process steam.
  • FIG. 6 An example of a possible process control is shown in FIG. 6.
  • a Gas turbine consists essentially of a rotor 20 and a stator or Housing 72. An amount of air 81 is sucked in from the environment, and in Compressor 5 compresses. The compressed air becomes a in the combustion chamber 6 Amount of fuel 82 supplied and burned. The resulting hot gas is then relaxed in the turbine 7, applying torque to the rotor is transmitted. The extracted hot gas in the turbine Power serves to drive the compressor 5 and a payload, for example a generator 73. A hot gas flows from the turbine 83, from which heat is further removed in a waste heat steam generator 75 becomes. A pump 77 delivers a quantity of liquid 45, for example Water, at an elevated pressure.

Abstract

The shaft(2) of the heat engine has an inner chamber(40) which when the engine is running is filled with a cooling medium which is a fluid or a medium under supercritical pressure. The shaft consists of several segments connected in series interconnected by central openings, and with chamber formed between each two. At least one chamber is connected to an inlet(22) for feed of the cooling medium so that the fresh cooling medium(41) flows into each section through the openings. Each chamber section has an outlet(21) for carrying away the heated cooling medium(42).

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine, beinhaltend unter anderem eine Welle, welche Welle sich im Betrieb um eine Rotationsachse dreht, und welche Welle im Betrieb an einer radial aussen liegenden Grenzfläche von einem Medium hoher Temperatur beaufschlagt wird, welche Welle weiterhin in ihrem Inneren mindestens einen Hohlraum einschliesst, und welche Welle mit Mitteln zur Zufuhr eines frischen Kühlmediums in den Hohlraum und zur Abfuhr eines erwärmten Kühlmediums aus dem Hohlraum versehen ist.The invention relates to a heat engine, including among others a shaft, which shaft rotates in operation about an axis of rotation, and which wave in operation at a radially outer boundary of a medium of high temperature, which wave is still in encloses at least one cavity inside, and which wave with Means for supplying a fresh cooling medium into the cavity and for removal a heated cooling medium from the cavity is provided.

Stand der TechnikState of the art

Im Gasturbinenbau ist ein Trend zu grossen Einheitenleistungen zu beobachten. Die realisierten Prozesstemperaturen- und Drücke steigen ebenfalls stetig an. In Folge wurden in der Vergangenheit effiziente Kühlmethoden für thermisch hochbelastete Komponenten wie die Turbinenschaufeln entwickelt. Aufgrund der zunehmenden Einheitenleistung tritt jedoch auch die Welle der Maschinen zusehends ins Blickfeld, deren mit der Baugrösse steigende mechanische Beanspruchung bei gleichzeitig steigenden Materialtemperaturen zum Einsatz immer teuerer und schwierig zu bearbeitender Werkstoffe führtIn gas turbine construction there is a trend towards large unit outputs observe. The realized process temperature and pressures increase also steadily on. As a result, have been efficient in the past Cooling methods for thermally highly stressed components like that Turbine blades developed. Due to the increasing unit output However, the wave of machines, whose increasing mechanical stress at the same time increasing material temperatures are becoming increasingly expensive and difficult to use processing materials

Insbesondere bei grossen Einheitenleistungen zeigt sich die Überlegenheit geschweisster Wellen gegenüber anderen Bauarten wie Scheibenläufern, welche durch einen oder mehrere Zuganker verbunden sind. Beispielsweise neigt insbesondere ein Scheibenläufer mit einem zentralen Zuganker bei hohen zu übertragenden Drehmomenten zum Verdrehen. Solche Probleme treten bei geschweisten Wellen naturgemäss nicht auf. Andererseits ist man auf eine gute Schweissbarkeit der verwendeten Werkstoffe angewiesen, was beim Einsatz hochwarmfester Werkstoffe immer weniger gegeben ist. Gleichzeitig stellen solche Werkstoffe auch Probleme bei der spanenden Bearbeitung der Wellen.The superiority is particularly evident with large unit outputs welded shafts compared to other types such as disc rotors, which are connected by one or more tie rods. For example In particular, a disc rotor with a central tie rod tends at high torques to be transmitted for twisting. Such problems arise welded waves naturally not. On the other hand, you're on one good weldability of the materials used, which is what There is less and less use of heat-resistant materials. At the same time such materials also pose problems when machining Waves.

Daher ist anzustreben, die Temperatur zumindest der mechanisch hochbelasteten Bereiche der Welle niedrig zu halten. Insbesondere dann, wenn die Temperatur unterhalb etwa 300°C gehalten werden kann, ist der Einsatz konventioneller Stähle möglich. Freilich ist hierzu eine effiziente Kühlung der Welle notwendig.It is therefore desirable to at least maintain the temperature mechanically to keep highly stressed areas of the shaft low. Especially if the temperature can be kept below about 300 ° C conventional steels possible. Of course, this is an efficient cooling of the Wave necessary.

In der Vergangenheit wurden mehrfach vorgeschlagen, die Wellen von Gasturbinen zu kühlen. Hierbei wurde anhin die Kühlung mit Verdichterluft bevorzugt. EP 761 929 A1 und DE 44 11 616 A1 geben Möglichkeiten an, Gasturbinenrororen mittels Verdichterluft zu kühlen. Derartige Kühlungseinrichtungen lassen sich besonders leicht realisieren, wenn die Welle aus einzelnen Scheiben besteht, die miteinander verschweisst sind, und Hohlräume einschliessen. Mit derartigen Kühlmethoden ist es jedoch nur beschränkt möglich, die Temperatur der Welle signifikant zu senken. Dies ist einerseits darin begründet, dass nur eine begrenzte Menge an Kühlluft zur Verfügung steht, andererseits hat bereits die Hochdruck-Verdichterluft, welche einem modernen Gasturbinenprozess entnommen wird, eine höhere Temperatur als die oben geforderte. Weiterhin vereitelt der relative schlechte Wärmeübergang der Luft eine effiziente Konvektionskühlung der Welle. So fokussieren die zitierten Druckschriften auf Verfahren, die eine Steuerung des zeitlichen Temperaturverlaufs und damit der thermischen Dehnung der Welle in transienten Betriebszuständen ermöglichen.In the past, the waves of To cool gas turbines. Here, the cooling with compressor air prefers. EP 761 929 A1 and DE 44 11 616 A1 indicate possibilities of To cool gas turbine rotors using compressor air. Such Cooling devices are particularly easy to implement when the shaft consists of individual panes welded together, and Include voids. With such cooling methods, however, it is only limited possible to significantly lower the temperature of the wave. This is on the one hand because only a limited amount of cooling air is used On the other hand, the high-pressure compressor air already has some taken from a modern gas turbine process, a higher one Temperature than that required above. The relatively bad continues to thwart Heat transfer of the air an efficient convection cooling of the shaft. So focus the cited documents on processes that control the temporal temperature profile and thus the thermal expansion of the shaft in enable transient operating states.

Neueste Entwicklungen haben die Prozesseckdaten soweit nach oben getrieben, dass im stationären Betrieb einer Gasturbine Massnahmen zum Schutz der Welle vor Überhitzung getroffen werden müssen. So schlägt DE 196 17 539 A1 vor, innerhalb der oben erwähnten Hohlräume, die im Inneren einer geschweissten Welle vorliegen, radiale Führungsstege einzubringen, welche die Kühlung verbessern. Aus DE 196 15 549 ist weiterhin bekannt, die in Turbinen weitverbreiteten Wärmestausegmente, die einen unmittelbaren Kontakt der Welle mit dem heissen Arbeitsmedium verhindern, bei entsprechenden Prozesseckdaten auch in den letzten Stufen des Verdichters einzusetzen.The most recent developments have the process key data up so far driven that in stationary operation of a gas turbine measures to Protection of the shaft against overheating must be taken. This is how DE beats 196 17 539 A1 before, inside the cavities mentioned above, inside there is a welded shaft, to insert radial guide webs, which improve cooling. From DE 196 15 549 it is also known that widespread heat accumulation segments in turbines that have an immediate Prevent contact of the shaft with the hot working medium corresponding process key data also in the last stages of the compressor to use.

Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Massnahmen gelingt es jedoch nicht, die Temperatur des Rotors einer modernen Gasturbine, mit hohem Verdichterenddruck und hoher Turbineneintrittstemperatur, auf ein Niveau zu begrenzen, bei dem gut bearbeitbare und schweissbare konventionelle Stähle, wie beispielsweise 2 - 3% Nickel-Stähle, ohne besondere Berücksichtigung ihrer Hochtemperatureigenschaften verwendet werden können.However, the measures known from the prior art succeed not, the temperature of the rotor of a modern gas turbine, with high Compressor end pressure and high turbine inlet temperature, to a level limit, in which easily machinable and weldable conventional steels, such as 2 - 3% nickel steels, without special consideration their high temperature properties can be used.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, bei einer Wärmekraftmaschine, beinhaltend unter anderem eine Welle, welche Welle sich im Betrieb um eine Rotationsachse dreht, und welche Welle im Betrieb an einer radial aussen liegenden Grenzfläche von einem Medium hoher Temperatur beaufschlagt wird, welche Welle weiterhin in ihrem Inneren mindestens einen Hohlraum einschliesst, und welche Welle mit Mitteln zur Zufuhr eines frischen Kühlmediums in den Hohlraum und zur Abfuhr eines erwärmten Kühlmediums aus dem Hohlraum versehen ist, die Welle so auszuführen, dass die Welle im Betrieb sehr effizient gekühlt ist.The invention seeks to remedy this. The object of the present invention is it is, in a heat engine, including, among other things, a shaft, which shaft rotates around an axis of rotation during operation, and which shaft in operation at a radially outer boundary of a medium high temperature is applied, which wave continues inside includes at least one cavity, and which wave with means for Supply of a fresh cooling medium in the cavity and to remove one heated cooling medium is provided from the cavity, the shaft so that the shaft is cooled very efficiently during operation.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Hohlraum beim Betrieb der Wärmekraftmaschine fortwährend mit einem Kühlmedium gefüllt ist, welches Kühlmedium in Form einer Flüssigkeit oder eines Mediums unter überkritischem Druck vorliegt. Aufgrund der volumenspezifisch um Grössenordnungen höheren Wärmekapazität und des ebenfalls deutlich höheren Wärmeübergangs wird die Kühlung gegenüber einem gasförmigen Kühlmedium deutlich gesteigert.This is achieved according to the invention in that the cavity during operation the heat engine is continuously filled with a cooling medium, which cooling medium in the form of a liquid or a medium under supercritical pressure. Due to the volume-specific order Orders of magnitude higher heat capacity and also clearly Cooling is higher than a gaseous heat transfer Coolant significantly increased.

Besonders zweckmässig lässt sich die Erfindung realisieren, wenn die Wärmekraftmaschine mit einer geschweissten Welle ausgestattet ist, wobei die Welle aus einzelnen, in Längsrichtung aneinandergefügten Segmenten besteht, welche Segmente so geformt sind, dass zwischen jeweils zwei Segmenten ein Hohlraum im Inneren der Welle eingeschlossen ist, und welche Segmente dergestalt miteinander verbunden sind, dass jeder Hohlraum gegen die radial aussen liegende Grenzfläche der Welle hermetisch abgeschlossen ist. Wellen dieser Bauart beinhalten ohnehin schon Hohlräume, die sich aufgrund des hermetischen Abschlusses der Fügeverbindung einfach mit einer Kühlflüssigkeit füllen lassen. Primär sind ausser den Mitteln zur Zu- und Abfuhr des Kühlmediums sowie gegebenenfalls Verbindungskanälen zwischen den Hohlräumen keine konstruktiven Änderungen der Welle notwendig. Ausführungsformen einer solchen Welle ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention can be implemented particularly expediently if the Heat engine is equipped with a welded shaft, the Shaft made up of individual segments joined together in the longitudinal direction consists of which segments are shaped so that between two Segments a cavity is enclosed inside the shaft, and which Segments are connected to each other in such a way that each cavity the radially outer boundary surface of the shaft is hermetically sealed is. Waves of this type already contain cavities that are due to the hermetic seal of the joint, simply with a Have the coolant filled. In addition to the means of supply and removal, primary of the cooling medium and, if necessary, connecting channels between the Cavities no structural changes to the shaft necessary. Embodiments of such a wave result from the Subclaims.

Beim Einsatz einer erfindungsgemässen stark gekühlten Welle wird es in den meisten Fällen weiterhin zweckmässig sein, das Gehäuse ebenfalls zu kühlen, damit es nicht durch die stark unterschiedlichen thermischen Dehnungen von Rotor und Stator zu übermässigen Spaltverlusten kommt. When using a strongly cooled shaft according to the invention, it is in the in most cases it may still be advisable to cool the housing as well, so that it is not affected by the very different thermal expansions of Excessive gap losses occur in the rotor and stator.

Bevorzugte Ausführungen der Welle und der Prozessführung des Kühlmittels ergeben sich ebenfalls aus den Unteransprüchen.Preferred designs of the shaft and the process control of the coolant also result from the subclaims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erlätert. Im einzelnen zeigen. Dabei zeigt Fig. 1 ein schematisch ein Erfindungsgemässe Turbomaschinenwelle. Fig 2 zeigt Beispiele für die Ausgestaltung der Kühlmittelführung in peripheren Bereichen einer Welle. Fig. 3 illustriet eine Möglichkeit der internen Kühlmittelführung in einem geschweisten Scheibenläufer.The invention is explained below with reference to the drawing. In detail demonstrate. 1 shows a schematic diagram of the invention Turbo machine shaft. Fig. 2 shows examples of the design of the Coolant flow in peripheral areas of a shaft. Fig. 3 illustrates one Possibility of internal coolant flow in a welded Disk runner.

Im den Figuren 4 und 5 sind Möglichkeiten zur Integration der Laufschaufelkühlung in das erfindungsgemässe Kühlsystem dargestellt.In Figures 4 and 5 are ways to integrate the Blade cooling shown in the cooling system according to the invention.

Fig. 6 zeigt schliesslich die Integration des erfindungsgemässen Kühlsystem in ein Kombikraftwerk.6 finally shows the integration of the cooling system according to the invention in a combined cycle power plant.

In der Zeichnung sind im Sinne einer besseren Übersichtlichkeit alle nicht zum unmittelbaren Verständnis notwendigen Details weggelassen. Die schematischen Figuren stellen nur Beispiele dar, und dürfen nicht in einschränkendem Sinne verstanden werden.In the drawing, for the sake of better clarity, all are not for immediate understanding necessary details omitted. The schematic figures are only examples and are not allowed in restrictive sense can be understood.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Fig. 1 zeigt schematisch die Welle 20 einer Gasturbine. Elemente, die nicht zum unmittelbaren Verständnis der Erfindung notwendig sind, wie beipielsweise die Lagerung der Welle, sind fortgelassen. An ihrem äusseren Umfang ist die Welle im wesentlichen mit Verdichter-Laufschaufeln 50 und Turbinen-Laufschaufeln 60 versehen, welche den Verdichterabschnitt 5 und den Turbinenabschnitt 7 definieren. Die Welle beinhaltet einen Hohlraum 40, sowie Mittel 22 zur Zufuhr eines frischen Kühlmediums 41 in den Hohlraum und Mittel 21 zur Abfuhr eines erwärmten Kühlmediums 42 aus dem Hohlraum. Im Betrieb wird die Welle insbesondere im Turbinenteil 7 sowie zwischen dem Turbinenteil 7 und dem Verdichterteil 5 von einem heissen Gas umströmt, dessen Temperatur höher als die zulässige Materialtemperatur der Welle 20 ist. Der Hohlraum 40 ist im Betrieb mit einer Flüssigkeit gefüllt. Dabei ist der Druck der Flüssigkeit so zu wählen, dass es nicht zur Verdampfung der erwärmten Kühlflüssigkeit im Hohlraum 40 kommt. Weiterhin wird die Temperatur der Flüssigkeit im Hohlraum 40 begrenzt, indem fortwährend frische Kühlflüssigkeit 41 über den Kühlmittelzulauf 22 zugeführt und erwärmte Kühlflüssigkeit 42 über den Rücklauf 21 abgeführt wird.1 schematically shows the shaft 20 of a gas turbine. Elements that are not are necessary for a direct understanding of the invention, such as for example the bearing of the shaft are omitted. On her outside The circumference is essentially with compressor rotor blades 50 and Turbine blades 60 provided which the compressor section 5 and define the turbine section 7. The shaft includes a cavity 40 and means 22 for supplying a fresh cooling medium 41 into the cavity and Means 21 for removing a heated cooling medium 42 from the cavity. in the The shaft is operated in particular in the turbine part 7 and between the A hot gas flows around the turbine part 7 and the compressor part 5, whose temperature is higher than the permissible material temperature of the shaft 20 is. The cavity 40 is filled with a liquid during operation. Here is the Choose liquid pressure so that it does not vaporize the heated coolant in the cavity 40 comes. Furthermore, the Temperature of the liquid in cavity 40 is limited by continually fresh coolant 41 supplied via the coolant inlet 22 and heated Coolant 42 is discharged via the return 21.

Die Bezeichnung des Kühlmittels als Kühlflüssigkeit ist hier nicht immer physikalisch exakt: Bei entsprechend hohem Druck kann das Kühlmittel auch ohne weiteres ein überkritisches Medium sein. Aus Gründen der Einfachheit wird im Ausführungsbeispiel von einer Flüssigkeit ausgegangen; die Verallgemeinerung ist für den Fachmann trivial.The designation of the coolant as a coolant is not always here Physically exact: With a correspondingly high pressure, the coolant can also easily be a supercritical medium. For the sake of simplicity a liquid is assumed in the exemplary embodiment; the Generalization is trivial for the person skilled in the art.

Die radiale Lage der Zulauf- bzw. Rücklauföffnungen 21, 22 ist hier nicht primär erfindungswesentlich; es wird jedoch zweckmässig sein, wenn, wie in Fig. 1, die Zuläufe näher an der Rotationsachse 10 der Welle angeordnet sind, als die Rückläufe 42. Dies ist darin begründet, dass die Flüssigkeit innerhalb des Hohlraums mit der Welle 20 um die Rotationsachse 10 rotiert. Somit wird bei der dargestellten Anordnung die Kühlflüssigkeit 41, die durch die Zuläufe 22 in den Hohlraum 40 einströmt, radial nach aussen gefördert, und strömt, nachdem sie Wärme aus der Welle aufgenommen hat, durch die Rückläufe 21 ab. Damit fördert die Welle die Kühlflüssigkeit selbst.The radial position of the inlet or return openings 21, 22 is not primary here essential to the invention; however, it will be expedient if, as in FIG. 1, the inlets are arranged closer to the axis of rotation 10 of the shaft than the Returns 42. This is because the liquid within the Cavity rotates with the shaft 20 about the axis of rotation 10. Thus at the arrangement shown, the cooling liquid 41, which through the inlets 22 in flows into the cavity 40, is conveyed radially outwards, and flows, after absorbing heat from the shaft, through the returns 21 from. The shaft thus conveys the coolant itself.

Andererseits baut sich aufgrund der Rotation der Welle in dem Hohlraum 40 ein Druckfeld auf, dergestalt, dass die Flüssigkeit im Hohlraum 40 ja in Gestalt eines Festkörperwirbels mit der Welle 20 um die Rotationsachse 10 rotiert, und somit der Druck in der Flüssigkeit vom Zentrum nach aussen zunimmt. In Bereichen, die radial ausserhalb eines Kühlmittelrücklaufs 21 liegen, strömt somit erwärmete Kühlflüssigkeit aufgrund der hydrostatischen Druckverteilung in Richtung geringeren Druckes, das heisst zum Zentrum der Welle hin, ab, und wird durch kühles Medium ersetzt, was weiterhin zu einem guten Wärmeübergang zwischen dem Material der Welle 20 und der Kühlflüssigkeit beiträgt.On the other hand, the rotation of the shaft builds up in the cavity 40 a pressure field such that the liquid in the cavity 40 is in shape a solid body vortex with the shaft 20 rotates about the axis of rotation 10, and thus the pressure in the liquid increases from the center to the outside. In Areas that lie radially outside a coolant return 21 flows thus heated coolant due to the hydrostatic pressure distribution towards lower pressure, i.e. towards the center of the shaft, and is replaced by cool medium, which continues to be a good one Heat transfer between the material of the shaft 20 and the coolant contributes.

Die hydrostatische Druckverteilung innerhalb des Hohlraums 40 ermöglicht weiterhin auch die Kühlung exponierter Segmente der Welle durch Sacklöcher, was in Fig. 2 dargestellt ist. Die Figur zeigt den Turbinenabschnitt einer Welle 20, welche mit radialen Führungsnuten zur Aufnahme von Laufschaufeln 60 versehen ist. Zur Halterung der Schaufeln 60 sind aus der Welle 20 hervorstehende Halterungen 25 vorgesehen. Im Gegensatz zu anderen Segmenten der Welle, die beispielsweise mit Wärmestausegmenten versehen sein können, sind die Halterungen 25 an Ihrer Oberfläche der Heissgasströmung unmittelbar ausgesetzt und infolgedessen thermisch besonders hoch belastet. Zudem werden die Halterungen auch mechanisch stark beansprucht, da sie die fliehkraftbeaufschlagten Laufschaufeln 60 halten und deren Umfangskraft auf die Welle übertragen müssen. Zur Kühlung der Halterungen 25 können nun von einem Hohlraum 40 abzweigende und in die Halterungen 25 hineinragende Sackbohrungen 405 in die Welle 20 eingebracht werden. Kühlflüssigkeit, die in den Sackbohrungen 405 erwärmt wird, oder gar verdampft, strömt aufgrund der beschriebenen Druckverteilung durch eine natürliche Konvektionsströmung in den Hohlraum 40 zurück und wird durch frische Kühlflüssigkeit ersetzt.The hydrostatic pressure distribution within the cavity 40 enables also the cooling of exposed segments of the shaft through blind holes, which is shown in Fig. 2. The figure shows the turbine section of a shaft 20, which with radial guide grooves for receiving blades 60th is provided. To hold the blades 60 are from the shaft 20th protruding brackets 25 are provided. In contrast to others Segments of the shaft, which, for example, provide heat accumulation segments may be, the brackets 25 are on your surface of the Hot gas flow immediately exposed and consequently thermally particularly heavily loaded. In addition, the brackets are also mechanical heavily stressed because they hold the centrifugal blades 60 and their circumferential force must be transferred to the shaft. To cool the Brackets 25 can now branch off from a cavity 40 and into the Brackets 25 protruding blind holes 405 are introduced into the shaft 20 become. Coolant, which is heated in the blind holes 405, or even evaporates, flows through a due to the pressure distribution described natural convection flow back into the cavity 40 and is by fresh coolant replaced.

Die Ausbildung dieses Strömungs- und Druckfeldes innerhalb des Hohlraums wird begünstigt, wenn der Hohlraum mit radialen Rippen versehen wird, wie sie bereits aus der DE 196 17 539 zum Einsatz mit luftgekühlten Wellen bekannt sind, wobei diese Schrift einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung darstellt. Diese Massnahme verhindert weiterhin die Erzeugung schädlicher Sekundärströmungen mit starken Umfangskomponenten. The formation of this flow and pressure field within the cavity is favored if the cavity is provided with radial ribs, as they already known from DE 196 17 539 for use with air-cooled shafts are, this document an integral part of the present Represents description. This measure continues to prevent generation harmful secondary currents with strong peripheral components.

Die beschriebene Kühlung lässt sich herstellungstechnisch besonders einfach realisieren bei geschweissten Wellen, wie sie beispielsweise aus der DE 26 33 829 bekannt sind. Diese bestehen aus einzelnen, im Wesentlichen scheibenförmigen Segmenten, die in Längsrichtung aneinandergefügt und mittels umlaufender Schweissungen miteinander verbunden werden. Bauartbedingt schliessen diese Wellen zwischen den Längssegmenten Höhlräume ein, die durch die umlaufenden Schweissnähte hermetisch nach aussen abgedichtet sind. Vor dem Fügen kann eine Bearbeitung des Innenraums der Welle, beispielsweise, um die oben beschriebenen Sacklöcher einzubringen, sehr einfach realisiert werden. Hier muss eine Verbindung zwischen den einzelnen Hohlräumen realisiert werden, wie in einem in Fig. 3 dargestellten Beispiel skizziert. Die Welle 20 besteht in diesem Beispiel aus den Segmenten 201, 202, 203, 204, 205, 206 und 207, die miteinander verschweisst sind. Die Welle schliesst zwischen den Segmenten die Hohlräume 40 ein. Zuläufe 22 und Rückläufe 21 sind in diesem Beispiel an einem turbinenseitigen Wellenstumpf angeordnet, wobei diese exemplarische Anordnung in keinem Fall in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Alle Segmente, bis auf das am weitesten vom Kühlmittelzulauf entfernte, sind mit einer zentralen Bohrung versehen, durch die ein Rohr 28 hindurchgeführt ist. Radial weiter aussen gelegen sind Verbindungskanäle 23 zwischen den einzelnen Hohlräumen 40 eingebracht. Frische Kühlflüssigkeit 41 strömt durch das zentrale Rohr 28 in den am weitesten entfernten Hohlraum, und durch die Bohrungen 23 werden sukzessive die weiteren Hohlräume von der Flüssigkeit durchströmt, wobei die Kühlflüssigkeit Wärme aus dem Wellenmaterial aufnimmt und durch die Rückläufe 21 abführt. Selbstverständlich sind auch andere interne Führungen der Kühlflüssigkeit möglich, wobei beispielsweise jeder Hohlraum 40 mit einer eigenen Kühlmitteleinspeisung versehen sein könnte. Derartige konstruktive Details ergeben sich im konkreten Fall beispielsweise aus einer angestrebten Temperaturverteilung.The cooling described is particularly easy to manufacture realize with welded shafts, as for example from DE 26 33 829 are known. These consist of individual, essentially disc-shaped segments that are joined together in the longitudinal direction and are connected to one another by means of circumferential welds. Due to their design, these waves close between the longitudinal segments Caves, which are hermetically sealed by the surrounding weld seams are sealed on the outside. The joining can be edited before joining Interior of the shaft, for example, around the blind holes described above can be implemented very easily. Here's a connection can be realized between the individual cavities, as in one in FIG. 3 outlined example outlined. In this example, the shaft 20 consists of the segments 201, 202, 203, 204, 205, 206 and 207 that are together are welded. The wave closes the between the segments Cavities 40 a. Inlets 22 and returns 21 are on in this example a turbine-side stub shaft, these being exemplary Arrangement is in no way to be understood in a restrictive sense. All segments, except the farthest from the coolant inlet, are provided with a central bore through which a tube 28 passes is. Connecting channels 23 are located radially further outside between the introduced individual cavities 40. Fresh coolant 41 flows through the central tube 28 into the most distant cavity, and through the Bores 23 successively become the further cavities from the liquid flows through, the coolant heat from the shaft material picks up and dissipates through the returns 21. Of course, too other internal guides of the coolant possible, for example each cavity 40 may be provided with its own coolant feed could. Such constructive details arise in the specific case for example from a desired temperature distribution.

In den Figuren 4 und 5 sind Möglichkeiten dargestellt, thermisch hochbelastete Rotorkomponenten, wie Turbinen-Laufschaufeln oder Wärmestausegmente, mittels der dem Hohlraum 40 zugeführten Flüssigkeit zu kühlen. Hierzu wird beispielsweise eine Turbinen-Laufschaufel 60, die von einem Heissgas 8 angeströmt wird, mit Kühlkanälen 406 versehen, die mit dem Hohlraum 40 in Verbindung stehen. Analog zu den in Fig. 2 dargestellten Sacklöchern 405 werden auch die Kanäle 406 bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel aufgrund der infolge der Erwärmung der Kühlflüssigkeit auftretenden Dichteunterschiede und der beschriebenen Druckverteilung von Kühlmittel durchströmt. Ebenso ist es möglich, anstatt die Kühlflüssigkeit in einem Kreislauf zu führen, die Mittel zur Abfuhr des erwärmten Kühlmittels 21 als Öffnungen in der Laufschaufel 60 auszuführen, dergestalt, dass das unter Druck stehende und aufgeheizte Kühlmittel 42 vollständig oder teilweise dem Wärme-Kraftprozess zugeführt wird, wodurch die der Welle und den Laufschaufeln entzogene Wärme unmittelbar wieder genutzt wird.In Figures 4 and 5 possibilities are shown, thermally highly stressed Rotor components, such as turbine blades or heat accumulation segments, to cool by means of the liquid supplied to the cavity 40. To do this For example, a turbine blade 60 that is generated by a hot gas 8 is flowed, provided with cooling channels 406, which with the cavity 40 in Connect. Analogous to the blind holes 405 shown in FIG. 2 channels 406 are also due to the example shown in FIG. 4 the differences in density due to the heating of the coolant and the described pressure distribution of coolant flows through. Likewise it is possible, instead of circulating the coolant, the means for removing the heated coolant 21 as openings in the rotor blade 60 to be carried out in such a way that the pressurized and heated Coolant 42 fully or partially supplied to the thermal power process the heat extracted from the shaft and the blades is immediately used again.

Die beschriebene gekühlte Gasturbinenwelle kann in eine Vielzahl von Schaltungsvarianten zur Kühlung thermisch hochbelasteter Komponenten und zur Leistungserhöhung von Gasturbinen integriert werden, wie sie beispielsweise aus der EP 0 597 305 B1, der DE 44 09 567 A1, der US 5 689 948, oder der EP 0 808 994 A2 bekannt sind. Ebenso kann eine erfindungsgemässe flüssigkeitsgekühlte Welle auch als Vorwärmstufe in einer Kombi-Anlage eingesetzt werden. In der Welle erwärmte Flüssigkeit -zum Beispiel Wasser - kann an beliebiger Stelle sowohl zur Leistungserhöhung oder zur Stickoxidreduktion in einen Gasturbinenkreislauf eingebracht werden, oder zur Erzeugung von Prozessdampf dienen.The cooled gas turbine shaft described can be in a variety of Circuit variants for cooling thermally highly stressed components and to increase the output of gas turbines, as they are integrated for example from EP 0 597 305 B1, DE 44 09 567 A1, US 5 689 948, or EP 0 808 994 A2 are known. Likewise, a Liquid-cooled shaft according to the invention also as a preheating stage in one Combi system can be used. Liquid heated in the wave -to Example water - can be used anywhere to increase performance or be introduced into a gas turbine cycle to reduce nitrogen oxide, or serve to generate process steam.

Ein Beispiel für eine mögliche Prozessführung ist in Fig. 6 dargestellt. Eine Gasturbine besteht im wesentlichen aus einem Rotor 20 und einem Stator oder Gehäuse 72. Aus der Umgebung wird eine Luftmenge 81 angesaugt, und im Verdichter 5 verdichtet. In der Brennkammer 6 wird der verdichteten Luft eine Brennstoffmenge 82 zugeführt und verbrannt. Das entstandene Heissgas wird sodann in der Turbine 7 entspannt, wobei ein Drehmoment auf den Rotor übertragen wird. Die in der Turbine dem gespannten Heissgas entnommene Leistung dient zum Antrieb des Verdichters 5 und einer Nutzlast, beispielsweise eines Generators 73. Aus der Turbine strömt ein heisses Gas 83 aus, dem weiterhin Wärme in einem Abhitzedampferzeuger 75 entzogen wird. Eine Pumpe 77 fördert eine Flüssigkeitsmenge 45, beispielsweise Wasser, auf einen erhöhten Druck. Die unter Druck stehende Flüssigkeit wird dem Kühlmittelzulauf der Welle als frische Kühlflüssigkeit 41 zugeführt. Diese wird in dem Hohlraum innerhalb der Welle 20 erwärmt und strömt als erwärmte Kühlflüssigkeit 42 ab. Die bereits erwärmte Kühlflüssigkeit wird nachfolgend dem Stator 72 der Gasturbine zugeführt und kühlt diesen. Selbstverständlich kann die Gehäusekühlung auch unmittelbar mit frischer Kühlflüssigkeit 41 erfolgen, oder mit Dampf, der dem Wasser-Dampf-Kreislauf an einer beliebigen anderen Stelle entnommen wird. Dabei wird die Flüssigkeit weiter erwärmt oder verdampft. Das erwärmte Medium 43 kann nachfolgend als Prozessdampf verwendet werden, oder einem Wasser-Dampf-Kreislauf zugeführt werden, wobei die hier dargestellte Schaltung selbstverständlich keine Einschränkung darstellt; es wurde hier lediglich eine einfache Schaltungsvariante zur Illustration aus der Vielfalt der Möglichkeiten herausgegriffen. In dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kühlmedium 43 nach erfolgter Gehäusekühlung einem Abhitzedampferzeuger 75 zugeführt, und strömt als überhitzter Dampf 44 einer Dampfturbine 74 zu, in der die der Gasturbine durch Kühlung und heisses Abgas entzogene Wärme zur Erzeugung einer weiteren mechanischen Leistung genutzt wird. Nachfolgend wird der entspannte Dampf in einen Kondensator 76 geleitet und steht wieder als Kühlflüssigkeit zur Verfügung.An example of a possible process control is shown in FIG. 6. A Gas turbine consists essentially of a rotor 20 and a stator or Housing 72. An amount of air 81 is sucked in from the environment, and in Compressor 5 compresses. The compressed air becomes a in the combustion chamber 6 Amount of fuel 82 supplied and burned. The resulting hot gas is then relaxed in the turbine 7, applying torque to the rotor is transmitted. The extracted hot gas in the turbine Power serves to drive the compressor 5 and a payload, for example a generator 73. A hot gas flows from the turbine 83, from which heat is further removed in a waste heat steam generator 75 becomes. A pump 77 delivers a quantity of liquid 45, for example Water, at an elevated pressure. The pressurized liquid will fed to the coolant inlet of the shaft as fresh coolant 41. This is heated in the cavity within the shaft 20 and flows as heated Coolant 42 from. The coolant that has already been warmed up follows fed to the stator 72 of the gas turbine and cools it. Of course the case cooling can also be carried out directly with fresh cooling liquid 41 done, or with steam, the water-steam cycle at any taken elsewhere. The liquid is further heated or evaporates. The heated medium 43 can subsequently be used as process steam be used, or fed into a water-steam cycle, the circuit shown here, of course, no limitation represents; it was only a simple circuit variant Illustration selected from the multitude of possibilities. In the in Fig. 6 illustrated embodiment, the cooling medium 43 is after Housing cooling supplied to a heat recovery steam generator 75, and flows as superheated steam 44 to a steam turbine 74 in which the gas turbine passes through Cooling and hot exhaust gas extracted heat to generate another mechanical power is used. Below is the relaxed steam passed into a condenser 76 and is again available as a cooling liquid Available.

Wo dies zweckmässig ist, kann das erwärmte Kühlmedium 42, 43 ganz oder teilweise an geeigneter Stelle dem Arbeitsmedium der Gasturbine zugeführt werden, was oben bereits angedeutet wurde.Where appropriate, the heated cooling medium 42, 43 may be whole or partially supplied to the working medium of the gas turbine at a suitable point what has already been indicated above.

Um die der Welle 20 zu entziehende Wärmeleistung zu reduzieren, wird es sich insbesondere dann, wenn die Gasturbine mit hohen Druckverhältnissen und ohne Zwischenkühlung der Verdichterluft arbeitet, zweckmässig erweisen, bereits in den letzten Verdichterstufen Wärmestausegmente einzubauen, wie in der DE 196 15 549 A1 beschrieben. In order to reduce the heat output to be extracted from the shaft 20, it will especially when the gas turbine with high pressure ratios and works without intermediate cooling of the compressor air, prove useful, to install heat accumulation segments in the last compressor stages, as in DE 196 15 549 A1.

Abschliessend bleibt festzuhalten, dass die erfindungsgemässe Welle insbesondere in Gasturbinen mit sequentieller Verbrennung, wie sie in den US-Patentschriften 5,577,378 und 5,454,220 beschrieben sind, aufgrund der dort vorliegenden extremen Prozessdaten mit Vorteil einzusetzen ist, wobei die zitierte Schrift einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung darstellt.Finally, it should be noted that the shaft according to the invention especially in sequential combustion gas turbines such as those in the US patents 5,577,378 and 5,454,220 are described, due to there existing extreme process data is to be used with advantage, the cited script an integral part of the present description represents.

BezugszeichenlisteReference list

55
VerdichterabschnittCompressor section
66
BrennkammerCombustion chamber
77
TurbinenabschnittTurbine section
88th
HeissgasHot gas
1010th
RotationsachseAxis of rotation
2020th
TurbomaschinenwelleTurbo machine shaft
2121
Mittel zur Abfuhr erwärmten Kühlmediums (Zulauf)Means for removing heated cooling medium (inlet)
2222
Mittel zur Zufuhr frischen Kühlmediums (Rücklauf)Means for supplying fresh cooling medium (return)
2323
VerbindungskanalConnecting channel
2525th
Halterungbracket
2828
Rohrpipe
4040
Hohlraumcavity
4141
Frisches KühlmediumFresh cooling medium
4242
Erwärmtes Kühlmedium aus dem RotorHeated cooling medium from the rotor
4343
Erwärmtes Kühlmedium aus dem StatorHeated cooling medium from the stator
4444
Überhitzter DampfSuperheated steam
4545
FlüssigkeitsmengeAmount of liquid
5050
Verdichter-LaufschaufelCompressor blade
6060
Turbinen-LaufschaufelTurbine rotor blade
7272
Statorstator
7373
Generator generator
7474
DampfturbineSteam turbine
7575
AbhitzedampferzeugerHeat recovery steam generator
7676
Kondensatorcapacitor
7777
Pumpepump
8181
LuftmengeAir volume
8282
BrennstoffmengeAmount of fuel
8383
HeissgasHot gas
201201
RotorscheibeRotor disc
202202
RotorscheibeRotor disc
203203
RotorscheibeRotor disc
204204
RotorscheibeRotor disc
205205
RotorscheibeRotor disc
206206
RotorscheibeRotor disc
207207
RotorscheibeRotor disc
405405
KühlkanalCooling channel
406406
KühlkanalCooling channel

Claims (16)

Wärmekraftmaschine, beinhaltend unter anderem eine Welle (20), welche Welle sich im Betrieb um eine Rotationsachse (10) dreht, und welche Welle im Betrieb an einer radial aussen liegenden Grenzfläche von einem Medium hoher Temperatur beaufschlagt wird, welche Welle weiterhin in ihrem Inneren mindestens einen Hohlraum (40) einschliesst, und welche Welle mit Mitteln (21,22) zur Zufuhr eines frischen Kühlmediums (41) in den Hohlraum und zur Abfuhr eines erwärmten Kühlmediums (42) aus dem Hohlraum versehen ist, dadurch gekennzeichnet, der Hohlraum beim Betrieb der Wärmekraftmaschine fortwährend mit einem Kühlmedium gefüllt ist, welches Kühlmedium in Form einer Flüssigkeit oder eines Mediums unter überkritischem Druck vorliegt.Heat engine, including a shaft (20), which The shaft rotates around an axis of rotation (10) during operation, and which shaft in operation at a radially outer boundary of a medium high temperature is applied, which wave continues in its Includes at least one cavity (40) inside, and which shaft with Means (21,22) for supplying a fresh cooling medium (41) into the cavity and for removing a heated cooling medium (42) from the cavity is provided, characterized in that the cavity during operation of the Heat engine is continuously filled with a cooling medium, which cooling medium in the form of a liquid or a medium under supercritical pressure. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Welle aus einzelnen, in Längsrichtung aneinandergefügten Segmenten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207) besteht, welche Segmente so geformt sind, dass zwischen jeweils zwei Segmenten ein Hohlraum (40) im Inneren der Welle eingeschlossen ist, und welche Segmente dergestalt miteinander verbunden sind, dass jeder Hohlraum gegen die radial aussen liegende Grenzfläche der Welle hermetisch abgeschlossen ist, weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Hohlräume durch zentrale Öffnungen miteinander verbunden sind, und dass mindestens ein Hohlraum mit besagtem Mittel zur Zufuhr des frischen Kühlmediums verbunden ist, dergestalt, dass das frische Kühlmedium durch Öffnungen in jeden der Hohlräume einströmt, und dass jeder Hohlraum über mindestens eine Öffnung zur Abfuhr des erwärmten Kühlmediums aus diesem Hohlraum angebracht ist. Heat engine according to claim 1, wherein the shaft from individual, in Longitudinally joined segments (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207), which segments are shaped so that between two segments each have a cavity (40) inside the shaft is included, and which segments with each other connected that each cavity against the radially outer Interface of the shaft is hermetically sealed, this continues characterized in that the individual cavities through central openings are interconnected, and that at least one cavity with said means for supplying the fresh cooling medium is connected, such that the fresh cooling medium through openings in each of the Cavities flows in, and that each cavity has at least one Opening for the removal of the heated cooling medium from this cavity is appropriate. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Welle aus einzelnen, in Längsrichtung aneinandergefügten Segmenten (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207) besteht, welche Segmente so geformt sind, dass zwischen jeweils zwei Segmenten ein Hohlraum (40) im Inneren der Welle eingeschlossen ist, und welche Segmente dergestalt miteinander verbunden sind, dass jeder Hohlraum gegen die radial aussen liegende Grenzfläche der Welle hermetisch abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Wellenendes ein Kühlmittelzulauf (22) angebracht ist, dass ein Rohr (28) mit diesem Kühlmittelzulauf verbunden ist, welches Rohr durch zentrale Öffnungen in den Wellensegmenten hindurchgeführt ist, und welches Rohr in einem der Hohlräume endet, dergestalt, dass das frische Kühlmittel durch das Rohr in eben diesen Hohlraum einströmt, und, dass dieser Hohlraum mit mindestens einem weiteren Hohlraum durch Öffnungen in den Segmenten verbunden ist.Heat engine according to claim 1, wherein the shaft from individual, in Longitudinally joined segments (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207), which segments are shaped so that between two segments each have a cavity (40) inside the shaft is included, and which segments with each other connected that each cavity against the radially outer Interface of the shaft is hermetically sealed, thereby characterized in that a coolant inlet in the area of a shaft end (22) is attached that a pipe (28) with this coolant inlet is connected, which pipe through central openings in the Shaft segments is passed, and which tube in one of the Cavities ends in such a way that the fresh coolant enters through the pipe flows into this cavity, and that this cavity with at least one other cavity through openings in the segments connected is. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 wobei die Welle innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (72) der Maschine gekühlt ist.Heat engine according to claim 1, wherein the shaft within a Housing is arranged, characterized in that the housing (72) the machine is cooled. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle mit weiteren Komponenten wie beispielsweise Lautschaufeln (60) oder Wärmestausegmenten (28) bestückt ist, und dass zumindest ein Teil des innerhalb der Welle erwärmten Kühlmediums zur Kühlung dieser Komponenten verwendet wird.Heat engine according to claim 1, characterized in that the Shaft with other components such as sound scoops (60) or heat accumulation segments (28) and that at least one part of the cooling medium heated within the shaft for cooling it Components is used. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Abfuhr des erwärmten Kühlmediums aus den Hohlräumen im Inneren der Welle dergestalt ausgeführt sind, dass zumindest ein Teil des erwärmten Kühlmediums in das Arbeitsmedium (8) der Wärmekraftmaschine einströmt. Heat engine according to claim 1, characterized in that the Means for removing the heated cooling medium from the cavities in the Are designed inside the shaft such that at least part of the heated cooling medium in the working medium (8) Heat engine flows in. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mittel zur Abfuhr von erwärmtem Kühlmedium ein Rücklauf ist.Heat engine according to claim 1, characterized in that at least one means for removing heated cooling medium is a return is. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf mit weiteren thermisch hochbelasteten Komponenten (72) der Wärmekraftmaschine verbunden ist, dergestalt, dass innerhalb der Welle erwärmtes Kühlmedium zur Kühlung der weiteren Komponenten verwendbar ist.Heat engine according to claim 7, characterized in that the Return with other thermally highly stressed components (72) Heat engine is connected in such a way that within the shaft heated cooling medium for cooling the other components is usable. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Kühlmediums in einem geschlossenen Kreislauf geführt ist.Heat engine according to claim 7, characterized in that at least part of the cooling medium in a closed circuit is led. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in dem geschlossenen Kreislauf einen Kühler (76) durchströmt.Heat engine according to claim 9, characterized in that the Cooling medium in the closed circuit a cooler (76) flows through. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium in dem geschlossenen Kreislauf mindestens einen Verdampfer und Überhitzer (75) und eine Turbine (74) durchströmt.Heat engine according to claim 9, characterized in that the Cooling medium in the closed circuit at least one evaporator and superheater (75) and a turbine (74) flows through. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Zufuhr (22) von frischem Kühlmedium (41) näher an der Rotationsachse (10) der Welle liegen als Mittel zur Abfuhr (21) erwärmten Kühlmediums (42).Heat engine according to claim 1, characterized in that Means for supplying (22) fresh cooling medium (41) closer to the The axis of rotation (10) of the shaft is heated as a means for removal (21) Cooling medium (42). Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Hohlraums Einbauten zur Führung des Kühlmediums vorhanden sind. Heat engine according to claim 1, characterized in that Inside the cavity internals for guiding the cooling medium available. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Führung des Kühlmediums im wesentlichen radial verlaufende Rippen sind.Heat engine according to claim 13, characterized in that the Means for guiding the cooling medium essentially radially Ribs are. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle in den letzten Verdichterstufen mit Wärmestausegmenten versehen ist.Heat engine according to claim 1, characterized in that the Provide the shaft with heat accumulation segments in the last compressor stages is. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmekraftmaschine eine Gasturbine mit sequentieller Verbrennung ist.Heat engine according to claim 1, characterized in that the Heat engine is a gas turbine with sequential combustion.
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