EP1200744B1

EP1200744B1 - Device and method for controlling a cooling air flow of a gas turbine and gas turbine with a cooling air flow

Info

Publication number: EP1200744B1
Application number: EP00953106A
Authority: EP
Inventors: Arnd Reichert; Dirk Lieser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-07-29
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: CA2380474A1; US6749395B1; WO2001009518A1; JP2003506614A; EP1200744A1; DE50009999D1

Abstract

The invention relates to a device for controlling a cooling air flow (1) according to needs, especially a gas turbine cooling air flow (1'), with low maintenance means, whereby the cooling air flow flows through a flow channel (2) and a control fluid flow (30) is introduced into the flow channel (2) in said cooling air flow (1) with a flow component (9) which is perpendicular to the flow direction (35) of said cooling air flow (1). The flow rate of the cooling air flow (1) can therefore be adjusted on the basis of control parameters of the control fluid flow (30) and/or other parameters.

Description

Aus der EP 0 768 448 A1 ist eine luftgekühlte Gasturbinenschaufelvorrichtung bekannt. Die Laufschaufeln sind auf drehbaren Trägerscheiben eingesetzt. Durch die für den Betrieb der Gasturbine zugeführte Heißluft werden auch temperaturempfindliche Bereiche der Gasturbine aufgeheizt, die hierdurch Schaden nehmen können. Die auf durch die Heißluft angetriebenen, drehbaren Trägerscheiben eingesetzten Laufschaufeln werden durch von der Trägerscheibe zugeführte Kühlluft gekühlt. Die stationären Leitschaufeln werden zur Kühlung von radial außen zugeführter Kühlluft durchströmt. Diese dient u.a. zur Kühlung von zwischen den Laufschaufeln und den Leitschaufeln liegenden Trägerscheibenseitenräumen.EP 0 768 448 A1 discloses an air-cooled gas turbine blade device known. The blades are rotatable Carrier discs used. By the for the operation The gas turbine supplied hot air are also temperature sensitive Areas of the gas turbine heated by this Can be damaged. Those powered by the hot air, rotatable carrier discs are used blades cooled by supplied from the carrier disk cooling air. The stationary vanes are used for cooling from radially flows outside supplied cooling air. This serves u.a. to Cooling between the blades and the vanes lying Trägerscheibenseiten spaces.

Zudem ist aus der US 3,123,285 eine Vorrichtung zum Regeln der Randströmung eines subsonisch durchströmten Diffusors bekannt, um einen kurzbauenden Diffusor bei vergleichsweise hohem Druckgewinn im Strömungsmedium zu ermöglichen. Hierzu wird über die gesamte axiale Baulänge des Diffusors eine Steuerströmung im Bereich der äußeren und inneren Diffusorwand in den Hauptstrom eingeströmt.In addition, from US 3,123,285 a device for controlling the edge flow of a subsonisch perfused diffuser known a short-building diffuser at a comparatively high To allow pressure gain in the flow medium. For this becomes over the entire axial length of the diffuser one Control flow in the area of the outer and inner diffuser wall flowed into the main stream.

Darüber hinaus offenbart die EP 0 192 185 in einer Hochdruckverdichterluftentnahmeleitung einer Gasturbine ein zwischengeschaltetes Überdruckventil, welches bei Überschreiten eines vorgegebenen Differenzdruckes zwischen dem Entnahmeluftdruck und dem Zellendruck öffnet.Moreover, EP 0 192 185 discloses in a high-pressure compressor air extraction line a gas turbine an intermediate Pressure relief valve, which when exceeding a predetermined differential pressure between the extraction air pressure and the cell pressure opens.

Außerdem ist aus der GB 444,103 ein Verfahren zum Regeln eines Hauptstromes bekannt, bei dem eine quergerichtete Steuerströmung unter hohem Druck bzw. unter hoher Geschwindigkeit quer in den Hauptstrom eingedüst wird. In addition, from GB 444,103 a method for regulating a Mainstream known, in which a transverse control flow under high pressure or at high speed is injected transversely into the main stream.

Für die Zuleitung der Kühlluft zu den Trägerscheibenseitenräumen am inneren radialen Ende einer Leitschaufel weist die Leitschaufel eine Öffnung auf, durch die die durch einen äußeren Kühlluftzufuhrkanal geleitete Kühlluft eingespeist wird. Das Ausströmen der übrigen Kühlluft erfolgt im Wesentlichen durch eine Vielzahl kleiner Öffnungen, so genannter Filmkühlungsbohrungen in einer so genannten Schaufelnase in den Heißluftstrom hinein, wobei ein Kühlluftfilm auf der Außenseite der Gasturbinenschaufel gebildet wird.For the supply of cooling air to the Trägerscheibenseitenräumen at the inner radial end of a vane has the Guide vane on an opening through which the through an outer Cooling air supply channel fed cooling air fed becomes. The outflow of the remaining cooling air is essentially through a multitude of small openings, so-called Film cooling holes in a so called blade nose in the hot air flow into it, with a cooling air film on the outside the gas turbine blade is formed.

Bei ungehinderter, auf maximale Kühlung ausgerichteter Kühlluftzufuhr wird der Wirkungsgrad der Gasturbine, der im wesentlichen durch die Temperatur des eingeleiteten Heißgases bestimmt wird, durch die in größeren Mengen zugeführte Kühlluft stark herabgesetzt und der Energieverbrauch der Gasturbine wesentlich erhöht.For unobstructed cooling air supply that is designed for maximum cooling the efficiency of the gas turbine, which is substantially by the temperature of the introduced hot gas is determined by the supplied in larger amounts of cooling air greatly reduced and the energy consumption of the gas turbine significantly increased.

Um dem entgegenzuwirken, werden Steuerungsventile eingesetzt. Diese sind im Allgemeinen handelsübliche Ventilformen und befinden sich radial außen an der Leitschaufel oder weiter vorne im Zufuhrweg der Kühlluft, im Kühlluftzufuhrkanal.To counteract this, control valves are used. These are generally commercially available valve types and are radially outward on the vane or further forward in the supply path of the cooling air, in the cooling air supply channel.

Hierdurch ist das Ventil zwar einerseits gut zugänglich beispielsweise um eventuelle Reparaturen oder Einstellungen vorzunehmen, andererseits ist damit lediglich eine gleichzeitige Einstellung des Drucks der Kühlluft für den Trägerscheibenseitenraum und des Drucks der Kühlluft möglich, die durch die Filmkühlungsbohrungen an der Schaufelnase strömt. Bei der Einstellung eines sehr geringen Drucks der Kühlluft kann dies leicht dazu führen, dass der Kühlluftfilm an der Schaufelnase abreißt und somit keine ausreichende Kühlung der Leitschaufeloberfläche mehr gegeben ist. Andererseits wird bei einem stark eingestellten Druck der Kühlluft zur Herstellung eines ausreichenden Kühlfilms ein starker Kühlluftzustrom in die Heißluft hervorgerufen, der zu einer Verminderung der Leistung der Gasturbine und einem höheren Energieverbrauch führt. As a result, the valve is on the one hand easily accessible, for example to make any repairs or adjustments, On the other hand, it is therefore only a simultaneous one Adjustment of the pressure of the cooling air for the carrier disk side space and the pressure of the cooling air possible through the Film cooling holes on the blade nose flows. In the Setting a very low pressure of the cooling air can do this easily cause the cooling air film on the blade nose tears off and thus no sufficient cooling of the vane surface more is given. On the other hand, at a heavily adjusted pressure of the cooling air to produce a sufficient cooling film a strong inflow of cooling air into the Hot air evolved, resulting in a reduction in performance the gas turbine and a higher energy consumption leads.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine bedarfsspezifische Regelung eines Kühlluftstroms mittels eines Steuerstroms anzugeben, wobei die Menge des sich einstellenden Gesamtstroms nahezu unabhängig von der eingebrachten Menge des Steuerstroms ist. Insbesondere soll bei einer Gasturbine eine automatische, ausreichende Kühlung des Trägerscheibenseitenraums durch Kühlluftzuführung verlässlich unabhängig vom Betriebszustand gewährleistet sein, und zugleich ein hoher Wirkungsgrad der Gasturbine erreicht werden.Object of the present invention is therefore an on-demand Control of a cooling air flow by means of a Control flow, where the amount of adjusting Total current almost independent of the amount introduced of the control current. In particular, should in a gas turbine an automatic, sufficient cooling of the carrier disk side space reliably independent of cooling air supply be guaranteed by the operating state, and at the same time a high Efficiency of the gas turbine can be achieved.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Regelung Kühlluftstroms einer Gasturbine, angegeben wird, der einen Durchflusskanal mit einer Düse und einem nachgeordneten Diffusor durchströmt, mit einem im Bereich des Durchflusskanals zwischen der Düse und dem Diffusor in den Kühlluftstrom mit einer Strömungskomponente quer zur Durchströmungsrichtung des Kühlluftstroms durch den Durchflusskanal eingeleiteten Regelungsfluidstrom, wobei die Durchflussrate des Kühlluftstroms nach Maßgabe von der Einlassgeometrie des Regelungsfluidstroms in den Kühlluftstrom und/oder von der Geometrie des Durchflußkanals einstellbar ist.This object is achieved in that a device for Control cooling air flow of a gas turbine, is given, the a flow channel with a nozzle and a downstream Diffuser flows through, with one in the area of the flow channel between the nozzle and the diffuser into the cooling air flow with a flow component transverse to the flow direction the cooling air flow introduced through the flow channel Control fluid flow, wherein the flow rate of the cooling air flow in accordance with the inlet geometry of the control fluid flow into the cooling air flow and / or adjustable by the geometry of the flow channel is.

Diese Art der Regelung ist gut geeignet für schlecht zugängliche Stellen von Maschinen oder dergleichen, die zugleich einer starken Belastung ausgesetzt sind. Die Vorrichtung arbeitet nahezu unabhängig von Verschmutzungen oder anderen Umwelteinflüssen, wie zum Beispiel aggressiven chemischen Angriffen durch einen entsprechenden Kühlluftstrom. Das Regelungselement unterliegt keinerlei Abnutzungen, ein verschleißfreies Schalten ist aufgrund des kontaktlosen Einstellens beispielsweise ohne elektrischen Strom oder mechanische Vorrichtungen möglich. Eine derartige Regelungsvorrichtung ist daher sehr wartungsarm, da die Regelung des Kühlluftstroms lediglich durch ein besonders eingestelltes Hinzuführen eines Regelungsfluidstroms erfolgt. Bei einem Ausfall der Regelung strömt in jedem Fall der ursprünglich eingestellte Kühlluftstrom in seiner Grundeinstellung. Der Kühlluftstrom kann unabhängig von der Funktion des Regelungsstroms vor Inbetriebnahme der Vorrichtung so eingestellt werden, daß er für die gewünschte Funktion ausreicht.This type of scheme is well suited for poorly accessible Make of machines or the like, at the same time are exposed to a heavy load. The device works almost independent of pollution or other environmental influences, such as aggressive chemical attacks through a corresponding cooling air flow. The regulatory element is not subject to any wear, a wear-free Switching is due to contactless setting for example, without electricity or mechanical Devices possible. Such a control device is therefore very low maintenance, as the regulation of the cooling air flow only by a specially adjusted addition a control fluid flow takes place. In case of failure of the Regulation flows in any case, the originally set Cooling air flow in its basic setting. The cooling air flow can be used before commissioning, regardless of the function of the control current the device can be adjusted so that he is sufficient for the desired function.

Der Regelungsfluidstrom greift in das Durchflußverhalten des Kühlluftstroms dahingehend ein, daß er entweder die Strömung beschleunigt oder abbremst beziehungsweise die Durchflußrate erhöht beziehungsweise erniedrigt. Dies geschieht im wesentlichen durch Änderungen in der Art der Nutzfluidströmung in bestimmten Rand- beziehungsweise Mittenbereichen des Kühlluftstroms im Durchflußkanal. Hierbei ist insbesondere auch eine Umwandlung der Strömung von einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung abzustellen. Voraussetzung ist, daß der Regelungsfluidstrom beim Einströmen in den Kühlluftstrom eine zur Beeinflussung der Strömung geeignete Strömungskomponente aufweist. Das heißt eine Komponente seiner Hauptströmungsrichtung, die quer zur Durchströmungsrichtung des Kühlluftstroms durch den Durchflußkanal gerichtet ist. Hierdurch wird das Strömungsverhalten des Kühlluftstroms in einer vorbestimmten Weise beeinflußt.The control fluid flow engages in the flow behavior of Cooling air flow to the effect that he either the flow accelerates or decelerates or the flow rate increases or decreases. This essentially happens by changes in the type of Nutzfluidströmung in certain edge or center areas of the cooling air flow in the flow channel. This is especially true a transformation of the flow from a laminar flow into to turn off a turbulent flow. Requirement is, that the control fluid flow when flowing into the cooling air flow a flow component suitable for influencing the flow having. That is, a component of its main flow direction, the transverse to the flow direction of the cooling air flow is directed through the flow channel. hereby the flow behavior of the cooling air flow is in a predetermined Way influenced.

Vorteilhafterweise ist das Regelungsfluid Luft. Es ist auch denkbar, dem Nutzfluid ein Regelungsfluid mit gegenüber dem Kühlluftstrom in gewissem Umfang "neutraler" Zusammensetzung, wie z.B. einer wässrigen Lösung Wasser zuzuführen.Advantageously, the control fluid is air. It is also conceivable, the Nutzfluid a control fluid with respect to the Cooling air flow to a certain extent of "neutral" composition, such as. supplying water to an aqueous solution.

Der Regelungsfluidstrom kann einerseits in seiner Stärke beziehungsweise in seiner Durchflußrate eingestellt werden und übt dadurch einen regelnden Einfluß auf den Kühlluftstrom aus. Andererseits kann seine Einleitungsgeometrie, bespielsweise die Winkelposition des Regelungsfluidstroms relativ zum Kühlluftstrom beziehungsweise dem Ansatz des Regelungsfluidstroms relativ zum Kühlluftstrom, verändert werden. Eine Einflußnahme ist auch durch eine Veränderung der Geometrie des Durchflußkanals, durch den der Kühlluftstrom fließt, möglich. Die genannten Möglichkeiten der Regelung können untereinander kombiniert werden, wobei nach einem Einbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in eine Maschine vorzugsweise die Durchflußrate bzw. -stärke des Regelungsfluidstroms eingestellt wird. Die Regelung des Regelungsfluidstroms bei festgelegter Geometrie erfolgt mit Regelungsparametern des Regelungsfluidstroms, die jedoch von der jeweils gewählten Geometrie abhängen.The control fluid flow can on the one hand in its strength or be set in its flow rate and thereby exerts a controlling influence on the cooling air flow out. On the other hand, its introduction geometry, recordable the angular position of the control fluid flow relative to Cooling air flow or the approach of the control fluid flow relative to the cooling air flow to be changed. A Influence is also due to a change in geometry the flow channel through which the cooling air flow flows, possible. The aforementioned possibilities of regulation can be mutually exclusive be combined, after incorporation of an inventive Device in a machine preferably the Flow rate or strength of the control fluid flow adjusted becomes. The regulation of the control fluid flow with fixed Geometry takes place with control parameters of the control fluid flow, however, of the geometry chosen depend.

Die Durchflußrate des Kühlluftstroms ist vorteilhaft durch Einstellung des Drucks des Regelungsfluidstroms einstellbar. Hierdurch kann eine stufenlose und sehr genaue Einstellung des Regelungsfluidstroms erreicht werden, die mit geringem Aufwand vorzunehmen ist. Zugleich ist diese Vorrichtung sehr wartungsarm, da nahezu ständig ein Regelungsstrom fließt, wodurch die Zufuhrkanäle des Regelungsstroms freigahalten werden.The flow rate of the cooling air flow is advantageous by Adjustment of the pressure of the control fluid flow adjustable. This allows a stepless and very accurate adjustment of the control fluid flow can be achieved with low Effort is to be made. At the same time this device is very low maintenance, because almost constantly a control current flows, whereby the supply channels of the control flow are released.

Die Durchflußrate des Regelungsfluidstroms ist vorzugsweise klein gegenüber der Durchflußrate des Kühlluftstroms, well auf diese Weise keinerlei Änderungen des physikalischen und chemischen Eigenschaften des Kühlluftstroms vorgenommen werden, beispielsweise Druck- oder Temperaturänderungen oder Änderungen der chemischen Zusammensetzung bspw. einer Kühlfunktion. Darüberhinaus ist bei einem Ausfall des Regelungsfluidstroms der Kühlluftstrom für die Erfüllung der vorgesehenen Aufgaben weiterhin ausreichend, so daß das System, in dem die Vorrichtung zur Regelung eingesetzt ist, durch den Ausfall der Regelung nicht wesentlich gestört wird. Der Anteil des Regelungfluidstroms, der in den Kühlluftstrom hineingeführt wird, am Gesamtstrom ist insgesamt vorzugsweise kleiner als 50% und insbesondere kleiner als 10%. Der resultierende Gesamtstrom, der sich aus dem Regelungsfluidstrom mit dem Kühlluftstrom zusammensetzt, entspricht praktisch dem vorher eingeleiteten Kühlluftstrom.The flow rate of the control fluid stream is preferably small compared to the flow rate of the cooling air flow, well in this way, no changes in the physical and chemical properties of the cooling air flow are made, for example, pressure or temperature changes or changes the chemical composition, for example, a cooling function. In addition, in case of failure of the control fluid flow the cooling air flow for the fulfillment of the intended Tasks continue to be sufficient, so that the system in which the Device used for regulation, by the failure the scheme is not significantly disturbed. The share of Control fluid flow, which led into the cooling air flow is, the total current is preferably less than total 50% and in particular less than 10%. The resulting total current, resulting from the control fluid flow with the cooling air flow composed, corresponds practically to the previously introduced Cooling air flow.

Ein weiterer Vorteil der Regelung eines großen Stroms durch einen kleinen Strom ist darüberhinaus der geringere Energieeinsatz, der hierfür notwendig ist, beziehungsweise der geringe Verbrauch an Regelungsfluidstrom.Another advantage of controlling a large current through a small current is moreover the lower energy input, which is necessary for this, or the low Consumption of control fluid flow.

In einer speziellen Einleitgeometrie ist der Regelungsfluidstrom radial in den im Durchflußkanal strömenden Kühlluftstrom einleitbar, d.h. der Regelungsfluidstrom steht mittig und senkrecht oder zumindest mit einer Strömungskomponenten senkrecht auf dem Durchflußkanal. Hierdurch wird eine ungleichförmige Anströmung des Kühlluftstroms erreicht. Auf diese Weise wird der Strom stark verwirbelt, wobei sich die Verwirbelungsstärke nach den Regelungsparametern des Regelungsfluidstroms richtet. Auf diese Weise wird die Durchflußrate des Kühlluftstroms mehr oder weniger stark herabgesetzt. Der Massenstrom wird bei optimaler Einstellung der Einleitgeometrie und optimalen Regelungsparameterwerten minimal. Bei vorgegebener Einleitgeometrie kann durch Änderung des Regelungsdrucks eine kontinuierliche Regelung des Kühlluftstroms vom Normalwert herab bis zu einem Minimalwert vorgenommen werden. In a special introduction geometry is the control fluid flow radially into the flow of cooling air flowing in the flow channel introducible, i. the control fluid flow is in the middle and perpendicular or at least with a flow component perpendicular to the flow channel. This will be a non-uniform Flow of the cooling air flow achieved. On this way, the current is strongly swirling, with the Turbulence according to the control parameters of the control fluid flow directed. In this way, the flow rate the cooling air flow reduced more or less. The mass flow is at optimal setting of the introduction geometry and optimal control parameter values minimum. at given inlet geometry can by changing the control pressure a continuous control of the cooling air flow from the normal value down to a minimum value become.

Bei einer anderen Einleitgeometrie ist der Regelungsfluidstrom sekantial in den Durchflußkanal durchströmenden Kühlluftstrom einleitbar, d.h. der Regelungsstrom steht zwar weiterhin mit zumindest einer Komponenten senkrecht auf den Kühlluftstromrichtung, ist jedoch nicht mittig angesetzt, also bei einem zylindrischen Durchflußkanal beim maximalen Durchmesser des Durchflußkanals, sondern mehr oder weniger weit seitlich daneben, so daß der regelungsfluidstrom entsprechend einer Art Sekanten im Fall eines zylindrischen Durchflußkanals in den Kühlluftstrom eingeführt wird. Diese Art der Bezeichnung ist jedoch nicht als Beschränkung auf zylindrische Durchflußkanäle zu verstehen sondern kann auch auf andere Kanalformen angewandt werden. Durch diese spezielle Art der Zuführung wird ein Drall im Durchflußkanal und insbesondere dem durchströmenden Nutzfluistrom erzeugt. Dieser Drall stabilisiert die Strömung des Kühlluftstroms und erhöht dessen Durchflußrate. Je nach Regelungsparameter des Regelungsfluidstroms reicht dementsprechend die Durchflußrate von der ursprünglich eingestellten bis zu einem Maximalwert. Die erreichbaren Werte der Durchflußrate sind bei der tangentialen wie auch bei der radialen Einströmung neben den Regelungsparametern auch stark von der Einleitgeometrie des Regelungsfluidstroms und der Geometrie des Durchflußkanals abhängig.In another introduction geometry, the control fluid flow is secantially flowing in the flow channel cooling air flow introducible, i. the control current is still available with at least one component perpendicular to the Cooling air flow direction, but is not centrally located, so at a cylindrical flow channel at the maximum Diameter of the flow channel, but more or less far to the side, so that the control fluid flow accordingly a kind of secant in the case of a cylindrical Flow channel is introduced into the cooling air flow. These Type of designation is not limited to cylindrical Flow channels to understand but can also other channel shapes are applied. Through this special Type of feed becomes a swirl in the flow channel and in particular generated by the flowing Nutzfluistrom. This Swirl stabilizes the flow of cooling air flow and increases its flow rate. Depending on the control parameter of the control fluid flow ranges accordingly, the flow rate of the originally set up to a maximum value. The achievable values of the flow rate are at the tangential as well as the radial inflow next to the control parameters also strongly from the inlet geometry of the control fluid flow and the geometry of the flow channel dependent.

Eine in der Anwendung vorteilhafte Geometrie des Durchflußkanals besteht darin, daß der Durchflußkanal eine Düse und einen nachgeordneten Diffusor mit einem vorbestimmten Öffnungswinkel aufweist und der Regelungsfluidstrom in einen Übergangsumfangsbereich zwischen der Düse und dem Diffusor einleitbar ist. Diese Ausbildung der Geometrie des Durchflußkanals ermöglicht eine sehr genaue Regelung des Kühlluftstroms, der erst durch die Düse und dann den Diffusor fließt, wobei ein sehr kleiner Regelungsfluidstrom ausreicht, der zwischen Düse und Diffusor in den Kühlluftstrom eingespeist wird. An advantageous in the application geometry of the flow channel is that the flow channel a nozzle and a downstream diffuser with a predetermined opening angle and the control fluid flow into a transition peripheral region introduced between the nozzle and the diffuser is. This formation of the geometry of the flow channel allows a very precise control of the cooling air flow, the first through the nozzle and then the diffuser flows, wherein a very small control fluid flow is sufficient between Nozzle and diffuser is fed into the cooling air flow.

Im Falle einer radialen Anordnung der Einleitung des Regelungsfluidstroms, wie oben dargestellt, wird der Regelungsfluidstrom vorzugsweise im Bereich des Beginns des Diffusors eingeleitet. Durch die Einleitung des Regelungsfluidstroms wird eine ungleichförmige Anströmung des Diffusors erreicht, wobei der Druckrückgewinn des Diffusors herabgesetzt wird. Bei einem starken zugeführten Regelungsfluidstrom wird eine nahezu vollständige Störung der Anströmung erreicht, wodurch schließlich der Druckrückgewinn nahezu vollständig verhindert wird. Auf diese Weise wird die Durchflußrate beziehungsweise der Massenstrom durch die Düse minimal. Fällt der Regelungsfluidstrom aus, durchfließt der ursprünglich eingestellte Kühlluftstrom die Düse und den Diffusor.In the case of a radial arrangement of the introduction of the control fluid flow, As shown above, the control fluid flow preferably in the region of the beginning of the diffuser initiated. By the introduction of the control fluid flow becomes a non-uniform flow of the diffuser achieved, wherein the pressure recovery of the diffuser reduced becomes. With a strong supply of control fluid flow an almost complete disturbance of the flow is achieved, whereby finally the pressure recovery almost completely is prevented. In this way, the flow rate or the mass flow through the nozzle minimal. If the control fluid flow fails, the original flows through set cooling air flow the nozzle and the diffuser.

Bei einer tangentialen Einspeisung des Regelungsfluidstroms in den Kühlluftstrom, wird vorzugsweise der Regelungsfluidstrom dem mittleren Bereich der Düse zugeführt. Der erzeugte Drall stabilisiert auf diese Weise die Diffusorströmung. Der Druckrückgewinn und der Massenstrom durch die Düse wird erhöht. Es sind auch Einleitungen möglich, die zwischen einer extrem sekantialen und einer radialen Einströmung liegen. Hierdurch erreicht man eine geringere Verwirbelung und zudem einen leichten Drall, was widerum Einfluß auf die Durchflußrate ausübt.For a tangential feed of the control fluid flow in the cooling air flow, is preferably the control fluid flow fed to the central region of the nozzle. The generated Twist thus stabilizes the diffuser flow. The pressure recovery and the mass flow through the nozzle is elevated. There are also possible discharges between one extremely secantial and a radial inflow lie. This achieves a lower turbulence and also a slight twist, which in turn affects the flow rate exercises.

Wenn der durchströmte Diffusor einen Öffnungswinkel von annähernd 10 % aufweist und ein Verhältnis von Einlaßfläche der Düse zur Auslaßfläche des Diffusors von annähernd 1:3 besteht, ist bei einer radialen Einleitung des Regelungsfluidstroms ein Regelbereich des einzelnen aus Düse und Diffusor bestehenden Drosselorgans von 70 % bis 100 % der ungestörten Durchflußrate zu erzielen. Dieser sehr weite Regelungsbereich kann dadurch eingestellt werden, daß der Druck des Regelungsfluidstroms verändert wird.If the perfused diffuser an opening angle of approximately 10% and a ratio of inlet area of Nozzle to the outlet surface of the diffuser of approximately 1: 3, is at a radial introduction of the control fluid flow a control range of the individual nozzle and diffuser existing throttle body from 70% to 100% of undisturbed To achieve flow rate. This very wide regulation area can be adjusted by the pressure of the control fluid flow is changed.

Wenn der durchströmte Diffusor einen Öffnungswinkel von annähernd 30 % aufweist und ein Verhältnis von Einlaßfläche der Düse zur Auslaßfläche des Diffusors von annähernd 1:3 besteht, erhält man einen Diffusor, der nur einen geringfügigen Druckrückgewinn erzeugt. Wird in diesem Fall der Regelungsfluidstrom tangential in die Düse eingespeist, erreicht der Regelbereich des aus Düse und Diffusor bestehenden Drosselorgans bei Eistellung des Drucks des Regelungsfluids 100 % bis nahezu 140 % der unbeeinflußten Durchflußrate des Kühlluftstroms.If the perfused diffuser an opening angle of approximately Has 30% and a ratio of inlet area of Nozzle to the outlet surface of the diffuser of approximately 1: 3, you get a diffuser that is only a minor one Pressure recovery generated. In this case, the control fluid flow tangentially fed into the nozzle reached the control range of the existing nozzle and diffuser throttle body when the pressure of the control fluid is 100% to nearly 140% of the unaffected flow rate of the cooling air flow.

Eine Erweiterung des Regelbereiches des Drosselorgans kann dadurch erreicht werden, daß mehrere der oben beschriebenen Vorrichtungen in Reihen oder parallel geschaltet angebracht sind, wobei sie von dem Kühlluftstrom durchströmt sind. Auf diese Weise wird beispielsweise bei einer Reihenschaltung von Drosselorganen ein bei radialer Anströmung auf 70 % der ungestörten Durchflußrate herabgesetzter Kühlluftstrom bei Durchfluß durch das zweite Drosselorgan wiederum vermindert, wodurch man eine Herabsetzung der ungestörten Durchflußrate auf annähernd 50 % erreichen kann. Fallen die Regelungsströme aus, fließt wiederum - wie bereits oben dargelegt - der ursprünglich eingestellte ungestörte Kühlluftstrom. Es ist also in jedem Fall der Störung der Regelungsvorrichtung ein Kühlluftstrom vorhanden, was insbesondere für Kühlungen oder andere Gasregelungen zur Sicherunge einer gewissen Grundversorgungsehr vorteilhaft ist, um eine Zerstörung von Anlagen zu verhindern, beispielsweise aufgrund eines Versagens einer Kühlfunktion.An extension of the control range of the throttle body can be achieved in that several of the above Devices mounted in rows or in parallel are, wherein they are flowed through by the cooling air flow. On This is the case, for example, in a series connection of Throttling elements with radial flow to 70% of undisturbed Flow rate reduced cooling air flow at flow again reduced by the second throttle body, whereby a reduction of the undisturbed flow rate can reach almost 50%. Fall the control currents out, flows again - as already stated above - the original set undisturbed cooling air flow. So it is in each case the fault of the control device, a cooling air flow present, especially for cooling or other Gas regulations to safeguard a certain basic supply very advantageous to destruction of facilities too prevent, for example, due to a failure of a Cooling function.

Insbesondere kann der Regelungsfluidstrom ein Regelungsgasstrom sein. Durch die vorgeschlagene Vorrichtung können selbst heiße oder aggressive Gase sicher geregelt werden. Mechanische Teile, die zum Beispiel durch oxidativen oder korrosiven Angriff beschädigt werden könnten und hierdurch ihre Funktion verlieren würden, sind im Zusammenhang mit dem Regelungsgasstrom nicht notwendig, um eine kontinuierliche Regelung des Nutzgasstroms zu erreichen. Zur Regelung eines heißen Nutzgasstroms ist es bei einem sehr kleinen Regelungsgasstrom nicht unbedingt notwendig, daß der Regelungsgasstrom dieselbe Temperatur wie das Nutzgas besitzt. Dies erleichtert die Erzeugung und die Einleitung des Regelungsgasstroms, weil keinerlei Temperaturmessung stattfinden muß.In particular, the control fluid stream may be a control gas stream be. By the proposed device can Even hot or aggressive gases are safely controlled. mechanical Parts, for example, by oxidative or corrosive Attack could be damaged and thereby their Function would be associated with the control gas flow not necessary to continuous regulation to reach the Nutzgasstroms. To control a hot Nutzgasstroms it is at a very small control gas flow not essential that the control gas flow has the same temperature as the useful gas. This facilitates the generation and introduction of the control gas flow, because no temperature measurement must take place.

Beide Gasströme können jedoch auch beispielsweise bei Einsatz der Regelungsvorrichtung in einer Gasturbine demselben Gasvorrat, der in der Gasturbine verdichtet wird, entnommen werden, wobei sie nicht dieselben Gasparameter, wie z.B. Druck und Temperatur, aufweisen müssen.However, both gas streams can also be used, for example the control device in a gas turbine the same gas supply, which is compressed in the gas turbine, be removed, not having the same gas parameters, e.g. print and temperature, must have.

Eine sehr gute Nutzung der oben genannten Vorteile der Regelungsvorrichtung ist in einer Gasturbine möglich. Eine Gasturbine, mit auf Trägerscheiben eingesetzten Laufschaufeln, mit stationär zwischen den Trägerscheiben angeordneten Leitschaufeln, die von einem radial äußeren Bereich bis zu einem radial inneren Bereich von Kühlluft durchströmt sind und mit jeweils einem Trägerscheibenseitenraum zwischen einer Laufschaufel und einer Leitschaufel, dem zumindest ein Teil der durch die Leitschaufel strömenden Kühlluft zuführbar ist, weist besonders hohe Anforderungen an die Haltbarkeit und die Wartungsfreiheit einer Drosselvorrichtung für die in den Trägerscheibenseitenraum ausströmende Kühlluft auf, wie bereits einleitend dargestellt. Darüberhinaus liegt eine starke Belastung durch hohe Arbeitsgastemperaturen vor.A very good use of the above advantages of the control device is possible in a gas turbine. A gas turbine, with blades used on carrier discs, with stationary vanes arranged between the carrier disks, from a radially outer area to a radially inner region of cooling air are flowed through and with each a carrier disk side space between a blade and a vane, which at least part of the through the guide vane flowing cooling air can be supplied, has particularly high demands on the durability and the Maintenance freedom of a throttle device for in the carrier disk side space outgoing cooling air on, as already presented in the introduction. In addition, there is a heavy burden due to high working gas temperatures.

Bezogen auf die Gasturbine wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest eine Leitschaufel an einem inneren radialen Endbereich eine die Kühlluftzufuhr zum Trägerscheibenseitenraum beeinflussende Vorrichtung aufweist.
Eine derartige Regelvorrichtung versperrt durch die aus ihr ausgestoßene Kühlluft, auch als "Sperrluft" bezeichnet, und den damit verbundenen "Überdruck" im Trägerscheibenseitenraum gegenüber dem Heißgaskanal eine Luftzufuhr aus dem Heißgaskanal den Eintritt in den Trägerscheibenseitenraum und verhindert somit Beschädigungen. Durch eine derartige Vorrichtung wird die Kühlluftzufuhr direkt am inneren radialen Endbereich der Leitschaufel bei dem Einströmen der Kühlluft in den Trägerscheibenseitenraum geregelt, und nicht bereits in dem Kühlluftzufuhrkanal zur Leitschaufel. Eine Regelung im Kühlluftzufuhrkanal zur Leitschaufel beeinflußt, wie oben dargestellt, neben der Kühlluftzufuhr zum Trägerscheibenseitenraum auch die Kühlluftzufuhr zu Filmkühlungsbohrungen an der Schaufelnase, was bei sehr niedrigen Drücken der Kühlluft zu unerwünschten Filmabrissen und damit Überhitzungen der Schaufelnase führen kann. Durch eine Regelung am inneren radialen Endbereich, der beispielsweise auch angrenzende Bauteile der Leitschaufel umfaßt, ist eine Minimierung der benötigten Kühlluftmenge möglich, was zu einem höheren Wirkungsgrad der Gasturbine führt ohne den Gasdruck an den Filmkühlungsbohrungen zu beeinflussen. Die Kühlluftzufuhr kann durch die vorgeschlagene Vorrichtung individuell an die spezielle Geometrie der Schaufeln und der Trägerscheibenseitenräume angepaßt werden.Relative to the gas turbine, the object is achieved in that at least one vane at an inner radial end region has a device influencing the cooling air supply to the carrier disk side space.
Such a control device blocked by the ejected from her cooling air, also referred to as "blocking air", and the associated "pressure" in the carrier disk side space relative to the hot gas duct, an air supply from the hot gas duct entry into the carrier disk side space and thus prevents damage. By such a device, the cooling air supply is controlled directly at the inner radial end portion of the vane upon the inflow of the cooling air into the carrier disk side space, and not already in the cooling air supply channel to the vane. A control in the cooling air supply duct to the vane affects, as shown above, in addition to the cooling air supply to Trägerscheiben side space and the cooling air supply to film cooling holes on the blade nose, which can lead to unwanted film breaks and thus overheating of the blade nose at very low pressures of the cooling air. By controlling at the inner radial end portion, which includes, for example, adjacent components of the vane, a minimization of the required amount of cooling air is possible, resulting in a higher efficiency of the gas turbine without affecting the gas pressure at the film cooling holes. The cooling air supply can be adjusted by the proposed device individually to the specific geometry of the blades and the carrier disk side spaces.

Eine besonders gut regelbare und wartungsarme Vorrichtung zur Beeinflussung der Kühlluftzufuhr zum Trägerscheibenseitenraum einer Gasturbine ist dadurch gegeben, daß am inneren radialen Endbereich einer Leitschaufel eine Regelungsvorrichtung angebracht ist, wodurch die Kühlluftzufuhr vom Trägerscheibenseitenraum mit einem Regelungsluftstrom regelbar ist, wie es in verschiedenen Formen oben dargestellt wurde. Die Erfindung stellt dann sozusagen eine pneumatische bzw. aerodynamische Mengenregelung der Sperrluft dar.A particularly well controllable and low-maintenance device for Influencing the cooling air supply to the carrier disk side space a gas turbine is given by the fact that at the inner radial End portion of a vane mounted a control device is, whereby the cooling air supply from the carrier disk side space with a control air flow is adjustable, as it is in various forms was presented above. The invention then represents, so to speak, a pneumatic or aerodynamic Volume control of the sealing air.

Die Kühlluftzufuhr zum Trägerscheibenseitenraum muß nicht von vorneherein in ihrer Größe bestimmt sein, sobald die Leitschaufel in der Gasturbine eingebaut ist, sondern kann nachträglich bezüglich des gewünschten Durchflußverhaltens am inneren radialen Endbereich mittels des Regelungsluftstroms eingestellt werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil beim Herstellungsprozeß keine Leitschaufelvorrichtung exakt einer anderen entspricht und auf diese Weise eine Optimierung der Kühlluftzufuhr und einer Minimierung des Kühlluftbedarfs durch leichte Änderungen der Kühlluftströmung nachträglich erreicht werden können. Auf diese Weise wird nicht zuviel Kühlluft verbraucht, jedoch ist gleichzeitig eine sichere Kühlung des Trägerscheibenseitenraums gewährleistet.The cooling air supply to the carrier disk side space does not have to in the first place be determined in size, as soon as the vane installed in the gas turbine, but can be retrofitted with respect to the desired flow behavior at the inner Radial end by means of the control air flow be set. This is particularly advantageous because because in the manufacturing process no vane device exactly corresponds to another and in this way one Optimization of the cooling air supply and a minimization of the Cooling air demand by slight changes in the cooling air flow can be achieved later. This way will not too much cooling air consumed, but at the same time one ensures safe cooling of the carrier disk side space.

Eine unabhängige und wartungsarme Vorrichtung zur Zuführung des Regelungsluftstroms zum Drosselorgan am inneren radialen Endbereich einer Leitschaufel ist dadurch gegeben, daß der Regelungsluftstrom durch einen Zuleitungskanal zum Übergangsumfangsbereich zwischen der Düse und dem Diffusor zuführbar ist, wobei der Zuleitungskanal im Inneren der Leitschaufel untergebracht ist und an seinem äußeren Endbereich eine Regelungsvorrichtung zur Einstellung des Regelungsluftdrucks aufweist. Auf diese Weise kann der Regelungsluftstrom am inneren radialen Endbereich der Leitschaufel sozusagen "ferngesteuert" eingestellt werden, ohne daß hierfür komplexe mechanische Vorrichtungen vonnöten sind. Der Regelungsluftstrom hält sich seine eigene Zuführung immer von Verunreinigungen frei und ermöglicht somit eine lange Lebensdauer der Drosselungsvorrichtung. Die Regelung findet außerhalb des durch hohe Temperaturen stark belasteten inneren radialen Endbereichs der Leitschaufel statt, und ist somit der Wartung gut zugänglich.An independent and low-maintenance device for feeding the control air flow to the throttle body at the inner radial End region of a guide vane is given by the fact that the Control air flow through a supply duct to the transitional peripheral area be fed between the nozzle and the diffuser is, wherein the feed channel inside the vane is accommodated and at its outer end portion a control device for adjusting the control air pressure. In this way, the control air flow at the inner Radial end portion of the vane so to speak "remotely controlled" can be adjusted without complex mechanical Devices are needed. The control air flow stops his own feeder always gets rid of impurities and thus allows a long life of the throttling device. The regulation takes place outside of the high Temperatures heavily loaded inner radial end portion The guide vane instead, and is therefore easily accessible for maintenance.

Die Drosselvorrichtung wird auch durch hohe Temperaturbeaufschlagung nicht in ihrer Funktion geschädigt und weist eine dauerhafte hohe Regelungsgeschwindigkeit auf. Sie kann ohne Schaden auch einmal überbelastet werden, zum Beispiel durch einen zu stark eingestellten Druck des Regelungsluftstroms. Der Luftstrom prallt dann lediglich an die Wände der Düse beziehungsweise des Diffusors, kann diese jedoch nicht ernsthaft beschädigen. Bei Ausfall der Regelung strömt in jedem Fall ein Grundkühlluftstrom, der unabhängig von der Funktion des Regelungsluftstroms vor Inbetriebnahme der Gasturbine beispielsweise durch eine vorbestimmte Größe der Öffnungen im Durchflußkanal und einen fest einzustellenden Kühlluftstrom so eingestellt werden kann, daß sein Strom für die gewünschte Funktion ausreicht. Wenn der Regelungsluftstrom sehr klein wählbar ist, ist auch der Zuleitungskanal klein und kann somit leicht innerhalb der Leitschaufel untergebracht werden. Außerhalb der Leitschaufel würde er den Betrieb der Gasturbine stören und für eine Regelung unmöglich sein.The throttle device is also characterized by high temperature not damaged in their function and assigns one permanent high control speed. She can without Damage can also be overburdened once, for example by too high a set pressure of the control airflow. The air flow then bounces only on the walls of the nozzle or However, the diffuser can not do this seriously to damage. In case of failure of the control flows in each Case a basic cooling air flow, regardless of the function the control air flow before commissioning of the gas turbine for example, by a predetermined size of the openings in the Flow channel and a fixed cooling air flow can be adjusted so that its current for the desired Function is sufficient. When the control air flow is very small is selectable, the supply channel is small and thus can easily housed inside the vane. Outside the vane, he would operate the gas turbine disturb and impossible for a regulation.

Eine große Kontinuität und eine sichere Zuführung des Regelungsluftstroms kann dadurch gewährleistet werden, daß der Zuleitungskanal zwischen der in seinem äußeren Bereich angebrachten Regelvorrichtung und dem Eintritt in den Übergangsumfangsbereich zwischen der Düse und dem Diffusor einen Zwischenbereich aufweist, wobei die Zwischenbereiche von die Kühlluftzufuhr beeinflussenden Vorrichtungen mehrerer Leitschaufeln einer Trägerscheibe verbunden sind. Dieser Zwischenbereich, der eine Art Reservoir für den Regelungsluftstrom darstellt, ermöglicht eine Zuführung eines konstanten Regelungsluftstroms, auch wenn einmal kleinere Schwankungen bei der Zuführung des Regelungsluftstroms auftreten, oder der Druck sich ändert. Eine Verbindung der Zwischenräume verschiedener Leitschaufeln durch eine Art Versorgungskanal stabilisiert den Regelungsluftdruck weiterhin und ermöglicht darüberhinaus eine Verminderung der Anzahl der für die Steuerung des Regelungsluftstroms benötigten Regelungsvorrichtungen.Great continuity and reliable supply of control airflow can be ensured by the fact that the Supply duct between the mounted in its outer region Regulating device and the entry into the transitional peripheral area between the nozzle and the diffuser an intermediate area having the intermediate areas of the Cooling air supply influencing devices of several vanes a carrier disc are connected. This intermediate area, the one kind of reservoir for the control air flow represents, allows a supply of a constant Control airflow, even if minor fluctuations occur at the supply of the control air flow, or the Pressure changes. A compound of interspaces of different Guide vanes stabilized by a kind of supply duct the control air pressure continues and allows beyond a reduction in the number of controllers the control airflow required control devices.

Darüberhinaus ermöglicht der Zwischenbereich eine Kühlung des ihn umgebenden Materials und dient somit auch der Temperaturabsenkung im Bereich des inneren radialen Endbereichs der leischaufeln.
Verfahren zur Lösung der oben gestellten Aufgabe werden in Anspruch 16 bis 26 gegeben.Moreover, the intermediate region allows cooling of the surrounding material and thus also serves to lower the temperature in the region of the inner radial end region of the leischaufeln.
Methods for achieving the above object are given in claims 16 to 26.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele werden die Vorrichtung und das Verfahren zur Regelung eines Kühlluftstroms insbesondere eines Kühlluftstroms einer Gasturbine näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1a: schematisch eine Nutzfluid-Regelungsvorrichtung im Längsschnitt,
FIG 1b: schematisch einen Längsschnitt durch einen Ausschnitt aus einer Gasturbine,
FIG 2a: eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1b betreffend ein Drosselorgan mit radialer Regelungsluftzufuhr,
FIG 2b: einen Querschnitt durch eine Regelungsvorrichtung mit radialer Regelungsluftzufuhr,
FIG 3a: eine Ausschnittsvergrößerung aus Fig. 1b mit einer Regelungsvorrichtung mit tangentialer Regelungsluftzufuhr,
FIG 3b: einen Querschnitt durch eine Regelungsvorrichtung mit tangentialer Regelungsluftzufuhr nach Fig.3a und
FIG 4: einen Längsschnitt durch mehrere Leitschaufeln mit verbundenen Regelungsvorrichtungen.

Based on the embodiments illustrated in the drawings, the device and the method for controlling a cooling air flow in particular a cooling air flow of a gas turbine are explained in detail. Show it:

FIG. 1a: schematically a Nutzfluid-control device in longitudinal section,
FIG. 1b: schematically a longitudinal section through a section of a gas turbine,
FIG. 2a: 1 shows an enlarged detail of FIG. 1b concerning a throttle element with radial control air supply, FIG.
FIG. 2b: a cross section through a control device with radial control air supply,
FIG. 3a: 1 is an enlarged detail of FIG. 1b with a control device with tangential control air supply, FIG.
FIG. 3b: a cross section through a control device with tangential control air supply according to Fig.3a and
FIG. 4: a longitudinal section through a plurality of vanes with associated control devices.

Fig. 1a zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen prinzipiellen Aufbau einer Nutzfluid-Regelungsvorrichtung. Das Nutzfluid 1 durchströmt einen Durchflußkanal 2. Der Durchflußkanal 2 ist in seiner Form nicht festgelegt, wird jedoch hier als zylinderförmig angenommen. Seitlich an den Durchflußkanal 2 ist ein Regelungsfluidkanal 34 angebracht, durch den dem im Durchflußkanal 2 durchströmenden Kühlluftstrom 1 ein Regelungsfluidstrom 30 zugeführt wird. Die Geometrie des Regelungsfluidkanals 34 ist ebenfalls nicht festgelegt, insbesondere der Übergang 45 des Regelungsfluidkanals 34 in den Durchflußkanal 2. Je nachdem ob man eine laminare oder eine turbulente Strömung erzeugen möchte, ist es angebracht, einen entsprechenden Übergang 45 zu wählen, beispielsweise angepaßte, abgerundete Kanten. Der Regelungsfluidstrom 30 kann in mindestens zwei Strömungskomponenten 3 zerlegt werden, wobei immer eine Strömungskomponente 3 quer zur Durchströmungsrichtung 30 des Kühlluftstroms 1 durch den Durchflußkanal 2 gegeben ist. Diese Zerlegung in Strömungskomponenten 3 ist vektoriell zu verstehen, wobei bei der Zerlegung eine Strömungskomponente 3 so gewählt wird, daß sie parallel zur Durchströmungsrichtung 35 des Kühlluftstroms 1 durch den Durchflußkanal 2 ist.Fig. 1a shows schematically and not to scale a principal Structure of a Nutzfluid-control device. The Nutzfluid 1 flows through a flow channel 2. The flow channel 2 is not fixed in its form, but becomes here assumed as cylindrical. Laterally to the flow channel 2, a control fluid channel 34 is attached, through the flowing through the flow channel 2 cooling air flow. 1 a control fluid stream 30 is supplied. The geometry of the Control fluid channel 34 is also not specified, in particular the transition 45 of the control fluid channel 34 in the Flow channel 2. Depending on whether you have a laminar or a would like to generate turbulent flow, it is appropriate to one appropriate transition 45 to choose, for example, adapted, rounded edges. The control fluid stream 30 may be in at least two flow components 3 are decomposed, wherein always a flow component 3 transversely to the flow direction 30 of the cooling air flow 1 through the flow channel 2 given is. This decomposition into flow components 3 is vectorial to understand, wherein at the decomposition a flow component 3 is chosen so that they are parallel to the flow direction 35 of the cooling air flow 1 through the flow channel 2 is.

Mit Hilfe des Regelungsfluidstroms 30, der in den Kühlluftstrom 1 eingeleitet wird, kann die Durchflußrate des Kühlluftstroms 1 eingestellt werden. Dies geschieht dadurch, daß der Kühlluftstrom 1 durch das Einleiten des Regelungsfluidstroms 30 in seinem Fließverhalten verändert wird. Grundsätzlich sind zwei primäre Veränderungen der Durchflußrate denkbar, einerseits die Beschleunigung und andererseits die Behinderung der Strömung des Kühlluftstroms durch den seitlich eingeleiteten Regelungsfluidstrom 30. Die Stärke und Art der Regelung des Kühlluftstroms 1 durch den Regelungsfluidstrom 30 hängt einerseits von der Einleitgeometrie des Regelungsfluidstroms 30 in den Kühlluftstrom 1 ab. Hierunter ist beispielsweise der Übergang 45 des Regelungsfluidkanals 34 in den Durchflußkanal 2 zu verstehen, beispielsweise ein Ansatz mit Kanten oder ein abgerundeter Ansatz. Auch die Winkel 17 am Übergang 45 Regelungsfluidkanal 34-Durchflußkanal 2 können verändert werden und somit die Richtung des einströmenden Regelungsfluidstroms 30. Auch die Größe des Regelungsfluidkanals 34, insbesondere seiner Dicke 36 kann verändert werden. Weitere Einflußmöglichkeiten bestehen beispielsweise in der Wahl einer bestimmten Geometrie des Durchflußkanals 2. So kann der Durchflußkanal größer oder schmaler gewählt werden oder mit einer trichterförmigen Auslaßöffnung 25, wie in Fig. 1b, 2a und 3a dargestellt. Liegen die Geometrien der Anordnung fest, kann der Kühlluftstrom 1 weiterhin nach Maßgabe von Regelungsparametern des Regelungsfluidstroms 30 eingestellt werden. Als Regelungsparameter ist insbesondere die Einstellung des Drucks des Regelungsfluidstroms 30 vorgeschlagen.With the help of the control fluid flow 30, which flows into the cooling air flow 1 is introduced, the flow rate of the cooling air flow 1 can be set. This happens because that the cooling air flow 1 by the introduction of the control fluid flow 30 is changed in its flow behavior. in principle are two primary changes in flow rate conceivable, on the one hand the acceleration and on the other hand the disability the flow of the cooling air flow through the side introduced control fluid flow 30. The strength and nature of Regulation of the cooling air flow 1 through the control fluid flow On the one hand, depends on the inlet geometry of the control fluid flow 30 in the cooling air flow 1 from. Below is For example, the transition 45 of the control fluid channel 34 in to understand the flow channel 2, for example, an approach with edges or a rounded neck. Also the angle 17 at the transition 45 control fluid channel 34-flow channel 2 can be changed and thus the direction of the incoming control fluid flow 30. The size of the control fluid channel 34, in particular its thickness 36 can be changed. Further influence options exist for example in the Choice of a particular geometry of the flow channel 2. So the flow channel can be made larger or narrower or with a funnel-shaped outlet opening 25, as in FIG Fig. 1b, 2a and 3a shown. Are the geometries of the arrangement firmly, the cooling air flow 1 can continue to measure adjusted by control parameters of the control fluid flow 30 become. As a control parameter is in particular the Adjustment of the pressure of the control fluid flow 30 proposed.

Eine Regelung des Kühlluftstroms 1 durch einen Regelungsfluidstrom 30 ist bereits mit sehr kleinen Durchflußraten des Regelungsfluidstroms 30 möglich. Auf diese Weise kann der Regelungsfluidkanal 34 gegenüber dem Durchflußkanal 2 sehr klein gehalten werden und die gesamte Vorrichtung auch an sehr unzugänglichen Stellen beispielsweise im Inneren von Maschinen leicht untergebracht werden.A regulation of the cooling air flow 1 by a control fluid flow 30 is already with very low flow rates of Control fluid flow 30 possible. In this way, the control fluid channel 34 against the flow channel 2 very be kept small and the entire device also on very inaccessible places, for example, inside machines be easily accommodated.

FIG 1b zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Ausschnitt aus einer Gasturbine, mit auf Trägerscheiben 7 eingesetzten Laufschaufeln 8 und mit stationär zwischen den Trägerscheiben 7 angeordneten Leitschaufeln 11. Die Laufschaufeln 8 werden dabei vom Heißgasstrom 22 angetrieben, wobei der Heißgasstrom 22 zwischen den Laufschaufeln 8 und den Leitschaufeln 11 hindurchströmt. Dabei werden sowohl die Laufschaufeln 8 als auch die Leitschaufeln 11, die stationär an dem Umfang der Gasturbine angebracht sind, durch die hohen Temperaturen des Heißgasstroms 22 belastet. Zwar werden die Schaufeln aus hochwarm beständigem Material hergestellt, jedoch ist häufig eine weitere Kühlung vonnöten.1b shows schematically and not to scale a section from a gas turbine, with used on carrier discs 7 Blades 8 and with stationary between the carrier discs 7 arranged vanes 11. The blades 8 are driven by the hot gas stream 22, wherein the hot gas stream 22 between the blades 8 and the Guide vanes 11 flows through. Here are both the Blades 8 and the guide vanes 11, the stationary attached to the circumference of the gas turbine, by the high Temperatures of the hot gas stream 22 loaded. Although the Shovels made of high temperature resistant material, however Often a further cooling is needed.

Die in Figur 1b dargestellte Kühlung der Leitschaufel 11 besteht darin, daß Kühlluft 1' vom Umfang der Gasturbine dem radial äußeren Bereich 9 durch das Innere der Leitschaufel 11 bis zu einem radial inneren Bereich 10 der Leitschaufel 11 geleitet wird. Das Ausströmen der Kühlluft 1' geschieht im wesentlichen an Filmkühlungsbohrungen 28, die einen Kühlfilm außen an der Leitschaufel 11 erzeugen, wie auch durch einen Ableitungskanal im radial inneren Bereich 10 der Leitschaufel 11, der eine Düse 2' und einen Diffusor 3' aufweist. Die ausströmende Kühlluft 1' wird dabei in den Trägerscheibenseitenraum 12 geleitet, der zwischen jeweils einer Laufschaufel 8 und einer Leitschaufel 11 gebildet wird. Der Trägerscheibenseitenraum 12 ist im wesentlichen begrenzt durch die Seitenwand 38 des Fußes 26 der Laufschaufel 8, einem oberen Bereich 27, der Trägerscheibe 7 benachbart, auf der der Fuß 26 der Laufschaufel 8 befestigt ist, eine untere Seitenwand 39 der Leitschaufel 11 und den Kragen 37 der Laufschaufel 8 sowie den Kragen 40 der Leitschaufel 11, wobei die Krägen durch eine Dichtlippe 20 untereinander abgedichtet sind. Diese Verbindung der beiden Kragen 37 und 40 trennt den Heißgaskanal 18 für den Heißgasstrom 22 vom Trägerscheibenseitenraum 12. Die Heißgasluft 22 kann jedoch an der Dichtlippe 20 teilweise in den Trägerscheibenseitenraum 12 eindringen und ihn unerwünscht aufheizen, was durch die vorgeschlagenen Kühlung verhindert wird.The illustrated in Figure 1b cooling of the vane 11 is in that cooling air 1 'from the circumference of the gas turbine the radially outer region 9 through the interior of the vane eleventh to a radially inner portion 10 of the vane eleventh is directed. The outflow of the cooling air 1 'happens in essential to film cooling holes 28, which have a cooling film outside of the vane 11 generate, as well as by a Discharge channel in the radially inner region 10 of the guide vane 11, which has a nozzle 2 'and a diffuser 3'. The outflowing Cooling air 1 'is thereby in the carrier disk side space 12 passed between each of a blade 8 and a vane 11 is formed. The carrier disk side space 12 is substantially limited by the side wall 38 of the foot 26 of the blade 8, an upper area 27, the support plate 7 adjacent, on which the foot 26 of Blade 8 is fixed, a lower side wall 39 of the Guide vane 11 and the collar 37 of the blade 8 as well the collar 40 of the vane 11, wherein the collars by a Sealing lip 20 are sealed with each other. This connection the two collars 37 and 40 separates the hot gas channel 18 for the hot gas stream 22 from the carrier disk side space 12th However, the hot gas air 22 may partially at the sealing lip 20 penetrate into the carrier disk side space 12 and unwanted heat up, which is prevented by the proposed cooling becomes.

An ihrem radial inneren Bereich 10 ist die Leitschaufel 11 mit Übergangsdichtungen 24 versehen, wobei insbesondere die Enddichtung 21 zwischen dem radial inneren Bereich 10 der Leitschaufel 11 und der Wand 27, die den Trägerscheibenseitenraums 12, der an der Trägerscheibe 7 anliegt, beachbart ist, zwei an der Leitschaufel 11 angrenzende Trägerscheibenseitenräume 12 voneinander trennt. Die durch die Düse 2' und den Diffusor 3' austretende Kühlluft 1' wird von einer Regelungsvorrichtung 23 geregelt, die über einen Zuleitungskanal 14, der radial durch das Leitschaufelinnere verläuft, einen Regelungsluftstrom 4 einem aufgeweiteten Zwischenbereich 15 zuleitet, von dem ein Kanal 16 abführt, der den zugeführten Regelungsluftstrom 4 in die Düse 2', beziehungsweise den Diffusor 3' bzw. den Übergangsumfangsbereich 5 zwischen Düse 2' und Diffusor 3' einleitet. Der Regelungsluftstrom 4 ist durch eine Regelungsvorrichtung 23, die sich vorzugsweise am oberen Bereich des Zuleitungskanals 14 befindet, geregelt. Auf diese Weise wird dem durch die Düse 2' und den Diffusor 3' ausströmenden Kühlluftstrom 1' in unterschiedlicher Strömungsstärke ein Regelungsluftstrom 4 zugeführt, der die Durchflußrate des Kühlluftstroms 1' verstärkt oder vermindert.At its radially inner region 10, the guide vane 11 provided with transition seals 24, in particular the End seal 21 between the radially inner portion 10 of Guide vane 11 and the wall 27, the Trägerscheibeitenitenraums 12, which bears against the carrier disc 7, noted is two carrier disc side spaces adjacent to the vane 11 12 separated from each other. The through the nozzle 2 'and the diffuser 3 'exiting cooling air 1' is from a control device 23 regulated, via a feeder channel 14, which extends radially through the vane interior, a Control air flow 4 a widened intermediate region 15th from which discharges a channel 16, the supplied Control air flow 4 in the nozzle 2 ', or the diffuser 3 'or the transitional peripheral region 5 between nozzle 2' and diffuser 3 'initiates. The control air flow 4 is through a control device 23, preferably at the top Area of the supply channel 14 is regulated. To this Way is the through the nozzle 2 'and the diffuser 3' flowing out Cooling air flow 1 'in different flow rate a control air flow 4 is supplied, the flow rate of the Cooling air flow 1 'reinforced or reduced.

Die verstärkende Funktion tritt insbesondere dann auf, wenn, wie in FIG 3a beziehungsweise 3b gezeigt, der vom aufgeweiteten Zwischenbereich 15 abführende Kanal 16 sekantiell an den Übergangsumfangsbereich 5 angebracht ist, so daß ein Drall entsteht, der die hindurchströmende Kühlluft 1' mit sich reißt und auf diese Weise die Durchflußrate verstärkt. Eine Verminderung der Durchflußrate tritt insbesondere dann auf, wie in FIG 2a und 2b gezeigt, wenn der vor dem Zwischenbereich 15 abführende Kanal 16 radial, das heißt also nahezu mittig in den Bereich der Düse 2' hineingesetzt ist, so daß die einströmende Regelungsluft 4 den durchströmenden Kühlluftstrom 1' zusammendrückt beziehungsweise in seiner Durchflußrate behindert.The reinforcing function occurs in particular when, as shown in Figures 3a and 3b, respectively, of the expanded Intermediate 15 laxative channel 16 secant to the Transition peripheral region 5 is attached, so that a twist arises, the flowing through the cooling air 1 'with it tears and thus increases the flow rate. A Reduction of the flow rate occurs especially then as shown in Figures 2a and 2b, when the front of the intermediate area 15 laxative channel 16 radially, that is almost is placed centrally in the region of the nozzle 2 ', so that the inflowing control air 4, the flowing cooling air flow 1 'compressed or in its flow rate with special needs.

Bei bestimmten, vorgegebenen Verhältnis der Einlaßfläche 30 der Düse 2' zu der Auslaßfläche 25 des Diffusors 3', lassen sich feste Regelbereiche der Regelungsvorrichtung erreichen.At certain, predetermined ratio of the inlet surface 30th the nozzle 2 'to the outlet surface 25 of the diffuser 3' leave reach fixed control ranges of the control device.

Durch den langen und recht dünnen Zuleitungskanal 14, der die Regelungsluft innerhalb der Leitschaufel 11 dem aufgeweiteten Zwischenbereich 15 zuführt, kann auch an einer weiter entfernten Regelungsvorrichtung 23 Einfluß auf die "ferngesteuerten" Einstellungsvorgänge im Drosselorgan 42 genommen werden. Auf diese Weise erhält man ein nahezu wartungsfreies Drosselelement am radial inneren Endbereich 13 der Leitschaufel 11, der auch daran angrenzende Bauteile umfassen kann, also an einer für übliche Regelungs- und Wartungsvorgänge schlecht zugänglichen Stelle der Leitschaufel 11. Zugleich ist jedoch eine sparsame Verwendung der Kühlluft 1' dadurch gewährleistet, daß der Regelungsluftstrom 4 durch die Regelung 23 leicht so eingestellt werden kann, daß lediglich die genau benötigte Kühlluftmenge 1' durch die Düse 2' beziehungsweise den Diffusor 3' in den Trägerscheibenseitenraum 12 hinausströmt und nicht ein unnötig starker Kühlluftstrom 1. Gleichzeitig ist durch die genaue Einstellung ist ein Abbrechen der Filmkühlung der durch die Filmkühlungsbohrungen 28 hindurchströmenden Kühlluft 1' verhindert.Due to the long and fairly thin supply channel 14, the Control air within the vane 11 the expanded Intermediate 15 feeds, can also be at a more distant Control device 23 Influence on the "remote-controlled" Adjustment operations are taken in the throttle body 42. In this way you get a nearly maintenance-free Throttling element at the radially inner end portion 13 of the vane 11, which may also include adjacent components, So at one for usual control and maintenance operations poorly accessible location of the vane 11. At the same time However, is an economical use of the cooling air 1 'thereby ensures that the control air flow 4 through the scheme 23 can be easily adjusted so that only the exactly required amount of cooling air 1 'through the nozzle 2' or the diffuser 3 'in the carrier disk side space 12th flows out and not an unnecessarily strong cooling air flow. 1 At the same time, the exact setting is a cancel the film cooling through the film cooling holes 28th flowing through cooling air 1 'prevented.

FIG 4 zeigt einen Längsschnitt durch mehrere durch einen aufgeweiteten Zwischenbereich 15 verbundene Regelungsvorrichtungen von nebeneinander angeordneten Leitschaufeln 11. Der Regelungsluftstrom 4 wird dabei durch eine Regelung 23 für mehrere Leitschaufeln 11 gesteuert, es können jedoch auch mehrere Regelungen 23 angebracht sein.4 shows a longitudinal section through several by a widened Intermediate area 15 connected control devices of juxtaposed vanes 11. The control air flow 4 is by a control 23 for several Guides 11 controlled, but it can also several Regulations 23 may be appropriate.

Claims

Appliance for controlling a cooling air flow (1) which can flow through a flow duct (2) of a gas turbine, having a nozzle (2') which is arranged in the flow duct (2) and downstream of a diffuser (3') , having a control fluid flow (30) which can be introduced into the cooling air flow (1), in the region of the flow duct (2) between the nozzle (2') and the diffuser (3'), with a flow component (3) transverse to the flow direction (35) of the cooling air flow (1), it being possible to adjust the flow rate of the cooling air flow (1) as a function of the introduction geometry of the control fluid flow (30) into the cooling air flow (1) and/or of the geometry of the flow duct (2).
Appliance according to Claim 1, characterized in that the control fluid flow (30) can be introduced radially, in the region of the beginning of the diffuser (3'), into the cooling air flow (1) flowing through the flow duct (2).
Appliance according to Claim 1, characterized in that the control fluid flow (30), in the region of the nozzle (2'), can be introduced tangentially, in the region of the nozzle, into the cooling air flow (1) flowing through the flow duct (2).
Appliance according to Claim 1, characterized in that the control fluid flow (30) can be introduced in the manner of a secant into the cooling air flow (1) flowing through the flow duct (2).
Appliance according to one or more of Claims 1 to 4, characterized in that the diffuser (3'), through which flow occurs, has an opening angle (6) of approximately 30° and that there is a ratio of approximately 1:3 between the inlet area (22) of the nozzle (2') and the outlet area (25) of the diffuser (3').
Appliance according to one or more of Claims 1 to 5, characterized in that the diffuser (3'), through which flow occurs, has an opening angle (6) of approximately 10° and that there is a ratio of approximately 1:3 between the inlet area (22) of the nozzle (2') and the outlet area (25) of the diffuser (3').
Appliance according to one or more of Claims 1 to 6, characterized in that a plurality of appliances according to Claims 1 to 6 are connected in series or parallel, with the cooling air flow (1) flowing through the appliances.
Gas turbine having rotor blades (8) inserted in carrier discs (7) and having stationary guide vanes (11) arranged between the carrier discs (7), cooling air (1') flowing through the guide vanes (11) from a radially outer region (9) to a radially inner region (10), and having, between a rotor blade (8) and guide vane (11), a respective carrier disc lateral space (12) to which at least part of the cooling air (1') flowing through the guide vane (11) can be supplied,
characterized in that at least one guide vane (11) has, on a radially inner end region (10), an appliance which influences the cooling air supply, according to one or more of Claims 1 to 7.
Gas turbine according to Claim 8, characterized in that the appliance is provided at the radially inner end region (12) of a guide vane (11), by which means the cooling air supply to the carrier disc lateral space (12) can be controlled by a control air flow (4).
Gas turbine according to Claims 8 or 9, characterized in that the control air flow (4) can be supplied through a feed duct (14) to the transition peripheral region (5) between the nozzle (2') and the diffuser (3'), the feed duct (14) being provided within the guide vane (11) and having a control appliance (23) in its outer region (31) for adjusting the control air pressure.
Gas turbine according to one or more of Claims 8 to 10, characterized in that the feed duct (14) has an intermediate region (15) between the control appliance (23), which is provided in its outer region (31), and its entry into the transitional peripheral region (5) between the nozzle (2') and the diffuser (3') , the intermediate regions (15) being connected by appliances, which influence the cooling air supply, of a plurality of guide vanes (11) of a carrier disc (7).
Method of controlling a cooling air flow (1) which flows through a flow duct (2), having a nozzle (2') and a downstream diffuser (3'), in particular a gas turbine cooling air flow (1'), having a control fluid flow (30) which is introduced into the cooling air flow (1), in the region of the flow duct (2), with a flow component (3) transverse to the flow direction (4) of the cooling air flow, the flow rate of the cooling air flow (1) being adjusted as a function of control parameters of the control fluid flow (30), the flow rate of the control fluid flow (30) being small relative to the flow rate of the cooling air flow (1) by virtue of the fact that the flow duct has a nozzle and a downstream diffuser.
Method according to Claim 12, characterized in that the flow rate of the cooling air flow (1) is adjusted as a function of control parameters of the control fluid flow (30).
Method according to one of Claims 12 to 13 characterized in that the control fluid flow (30) is introduced radially into the cooling air flow (1) flowing through the flow duct (2), in order to disturb the cooling air flow (1).
Method according to one of Claims 12 to 13, characterized in that the control fluid flow (30) is introduced tangentially into the cooling air flow (1) flowing through the flow duct (2), in order to stabilize the cooling air flow (1).
Method according to one of Claims 12 to 15, characterized in that the control fluid flow (30) is introduced in the manner of a secant into the cooling air flow (1) flowing through the flow duct (2).
Method according to one of Claims 12 to 16, characterized in that the cooling air flow (1) is controlled by a plurality of appliances from Claims 1 to 8, connected in series or parallel.
Method according to one of Claims 12 to 17, characterized in that the cooling air flow (1) is an effective gas flow and the control fluid flow (30) is a control gas flow.