EP2551453A1 - Cooling device of a gas turbine compressor - Google Patents
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- EP2551453A1 EP2551453A1 EP11175451A EP11175451A EP2551453A1 EP 2551453 A1 EP2551453 A1 EP 2551453A1 EP 11175451 A EP11175451 A EP 11175451A EP 11175451 A EP11175451 A EP 11175451A EP 2551453 A1 EP2551453 A1 EP 2551453A1
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- compressor
- cooling medium
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
- F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
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- F01D5/084—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades the fluid circulating at the periphery of a multistage rotor, e.g. of drum type
Definitions
- the present invention relates to the field of turbomachinery. It relates to a compressor rotor according to the preamble of claim 1 and a gas turbine comprising such a rotor and a method for cooling a gas turbine with such a rotor.
- Fig. 1 shows the basic scheme of a gas turbine, as used for example as a stationary industrial turbine for the production of energy.
- the gas turbine 10 of Fig. 1 comprises a compressor 12 which sucks and compresses combustion air through an air inlet 11. The compressed air is introduced into a combustion chamber 13 and used there for the combustion of a fuel 14. The resulting hot gases are in a subsequent Relaxed turbine 15 under work and discharged as exhaust 16 to the outside or used in a heat recovery steam generator.
- the blades required for the compressor 12 and the turbine 15 are usually mounted on a rotor 17 having corresponding rotor disks.
- compression air temperatures at the compressor end of several 100 ° C arise during the compression of the combustion air. Cooling of the rotor in this area on the one hand reduces the thermal load on the materials used, but on the other hand can also contribute to improving the overall efficiency of the gas turbine.
- a part of the compressed air can be branched off, in a cooling device 18 (in Fig. 1 dashed) cooled down and then fed to the cooling in the end region of the compressor 12.
- the cooling air is used here for flushing the cavity 22 between the compressor rotor end and the middle section 19 and as cooling air for the rotor disk 25 'in the region of the compressor rotor end.
- the aim is to use the cooling air to lower the rotor temperature in this area.
- the rotor according to the invention which is intended in particular for use in a gas turbine, comprises a rotor, which has at least one groove into which a plurality of rotor blades can be inserted and held on the rotor, and furthermore a device for cooling the rotor in the area of the compressor rotor end.
- the invention is characterized in that the rotor in the region of the compressor rotor end has a ring which is pushed concentrically and at a distance with formation of a gap over a rotor disk of the rotor and attached to the rotor disk, that the blades in the region of the compressor rotor end in corresponding grooves on Ring are used and held there, that first means for axially flowing through the ring are provided with a cooling medium from Kompressorrotorende forth, and in that second means for deflecting the emerging from the ring cooling medium are provided, such that the cooling medium through the gap between the Ring and the rotor disc enclosed by the ring flows back in the axial direction.
- the gap between the ring and the rotor disc enclosed by the ring for example, has the shape of an annular gap, which may be interrupted by fastening elements which connect the ring with the rotor disk.
- An embodiment of the compressor according to the invention is characterized in that the first means comprises a plurality of distributed over the circumference of the ring arranged axial bores through which the cooling medium flows.
- Another embodiment of the compressor according to the invention is characterized in that the second means comprise an annular deflection region formed in the rotor disk, which communicates with the first means or axial bores and the gap between the ring and the rotor disk, and a reversal of the flow direction of the cooling medium causes.
- the ring is fastened by a positive connection between the inner circumferential surface of the ring and the outer circumferential surface of the rotor disk on the rotor disk.
- the positive engagement is in the nature of circumferentially distributed, radially aligned hammerhead connections or fir tree root connections.
- a further embodiment of the invention is characterized in that the ring with the upstream end face abuts against an annular abutment surface of the rotor disk, and that the ring and the rotor disk are connected to one another in this region.
- connection between ring and rotor disk can be effected by a positive connection.
- connection between the ring and the rotor disk by a material bond, in particular by welding, is effected.
- compressor rotor In addition to the compressor rotor is a gas turbine comprising a compressor, a combustion chamber, a turbine and a rotor subject of the invention, wherein the rotor (34) comprises a compressor rotor (17) according to one of the embodiments described above.
- An embodiment of the gas turbine according to the invention is characterized in that the ring is arranged in the installed state at the downstream end side next to stationary structural parts, and that the cooling medium for cooling the compressor rotor end is brought over the structural parts.
- deflecting elements are arranged at the transition between the structural parts and the ring, which impart a twist in the direction of rotation of the compressor to the cooling medium emerging from the structural parts.
- the deflecting elements may be formed as baffles.
- the deflection elements are designed as swirl nozzles.
- At least one seal is arranged between the structural parts and the ring.
- the seal may be formed as a labyrinth seal or brush seal.
- such a seal is mounted on a radius which is smaller than the distance from the center of the rotor to the first means for axially flowing through the ring with a cooling medium. This seal prevents a bypass of the cooling medium around the ring.
- such a seal is mounted on a radius which is greater than the distance from the center of the rotor to the first means for axially flowing through the ring with a cooling medium. This seal prevents backflow of the cooling medium into the main flow of the compressor.
- the gas turbine comprises a compressor, a combustion chamber and a turbine.
- the compressor itself has a plurality of blades, which are inserted into corresponding grooves on a compressor rotor and held there.
- the compressor rotor in the region of the compressor rotor end has a ring which is pushed concentrically and with the formation of a gap over a rotor disk of the compressor rotor and attached to the rotor disk, wherein the rotor blades are inserted into corresponding grooves on the ring in the region of the compressor rotor end and held there ,
- first means are provided for axially flowing through the ring with a cooling medium from the Kompressorotorende forth and second means for deflecting the emerging from the ring cooling medium is provided.
- the method is characterized in that a cooling medium from the compressor end is passed through the first means of the ring, the cooling medium is subsequently deflected by second means, and the cooling medium is finally returned through the gap between the ring and the ring surrounded by the rotor disc in the axial direction ,
- cooling medium is subjected to a twist before it is introduced into the first means of the ring.
- the compressor rotor described by way of example of a gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine may be used for gas turbines with sequential combustion, ie, gas turbines containing one or more compressors, a first combustor, a high pressure turbine, a second combustor (sequential combustor ) and a low pressure turbine.
- gas turbines with sequential combustion ie, gas turbines containing one or more compressors, a first combustor, a high pressure turbine, a second combustor (sequential combustor ) and a low pressure turbine.
- gas turbine with sequential combustion and the rotor according to the invention and a method for cooling a compressor rotor for a gas turbine with sequential combustion included in the invention.
- a cooling circuit is produced below the high-pressure compressor or compressor rotor end with the aid of a separate ring.
- the ring 26 is pushed onto the rotor disk 25 during manufacture.
- the connection between ring 26 and rotor disk 25 can be made in different ways.
- a positive fit 30 between the opposite lateral surfaces of the ring 26 and the rotor disk 25 are used, which in particular has the form of a distributed over the circumference, radially oriented hammer head connection.
- the cooling air 24 is guided through the structural parts 23 of the middle part to the cavity at the end of the compressor 17. From the cavity, the cooling air passes into distributed over the circumference of the ring 26 arranged axial bores 27 in the ring 46. At the upstream end of the ring 26, the exiting the ring 26 cooling air is deflected in a deflection (180 °) and passes through the gap 29 between the rotor disk 25 and the ring 26 again towards the turbine.
- a seal 32 is preferably provided between the ring 26 and the structural parts 23 of the middle part 19, in order to minimize the slight leakage. This can e.g. a conventional labyrinth seal or brush seal.
- deflecting elements 33 in particular in the form of a swirl nozzle or baffles, can be provided at the outlet of the cooling air from the structural parts 23, which impart a twist in the direction of rotation of the compressor to the cooling air emerging from the structural parts 23 ,
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Turbomaschinen. Sie betrifft einen Kompressorrotor gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Gasturbine umfassend einen derartigen Rotor und ein Verfahren zum Kühlen einer Gasturbine mit einem derartigen Rotor.The present invention relates to the field of turbomachinery. It relates to a compressor rotor according to the preamble of
Die für den Kompressor 12 und die Turbine 15 benötigten Laufschaufeln sind üblicherweise auf einem Rotor 17 angebracht, der entsprechende Rotorscheiben aufweist. Im Kompressor 12 entstehen bei der Kompression der Verbrennungsluft Temperaturen am Kompressorende von mehreren 100 °C. Eine Kühlung des Rotors in diesem Bereich verringert dabei einerseits die thermische Belastung der eingesetzten Werkstoffe, kann aber andererseits auch dazu beitragen, den Wirkungsgrad der Gasturbine insgesamt zu verbessern. Zur Kühlung kann ein Teil der verdichteten Luft abgezweigt, in einer Kühlvorrichtung 18 (in
In der Druckschrift
Aus der
Das heutige Design am Ende des Kompressors, über das die Erfindung hinausgeht, besteht gemäss
Obgleich es das Ziel ist, mit der Kühlluft die Rotortemperatur in diesem Bereich zu senken, ist für die Rotorscheibe 25' diese Art der Kühlung nicht effizient genug. Um die Leistung und damit die Effizienz bei einer Gasturbine zu erhöhen, kann die Verbrennungstemperatur und/oder der Massenstrom erhöht werden. Eine Leistungssteigerung kann durch einen verbesserten Kompressor erreicht werden. Dies hat einen höheren Massenstrom zur Folge, so dass der Druck und damit die Lufttemperatur am Ende des Kompressors ansteigt und dadurch die Rotortemperatur ebenfalls steigt. Mit höherer Rotortemperatur im Bereich des Kompressorrotorendes wird jedoch die Lebensdauer des Rotors negativ beeinflusst.Although the goal is to lower the rotor temperature in this range with the cooling air, this type of cooling is not efficient enough for the rotor disk 25 '. To increase the power and thus the efficiency of a gas turbine, the combustion temperature and / or the mass flow can be increased. An increase in performance can be achieved by an improved compressor. This results in a higher mass flow, so that the pressure and thus the air temperature at the end of the compressor increases and thereby the rotor temperature also increases. With a higher rotor temperature in the region of the compressor rotor end, however, the life of the rotor is adversely affected.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Rotor anzugeben, welche die beschriebenen Nachteile bisheriger Rotoren vermeidet und sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass bei vergleichsweise einfachen Aufbau die thermische Belastung des Rotors am Kompressorrotorende deutlich reduziert wird.It is therefore an object of the invention to provide a rotor which avoids the disadvantages of prior rotors described and in particular characterized in that in a comparatively simple construction, the thermal load of the rotor is significantly reduced at the compressor rotor end.
Diese und andere Aufgaben werden durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.These and other objects are achieved by the entirety of the features of
Der erfindungsgemässe Rotor, der insbesondere für die Anwendung in einer Gasturbine vorgesehen ist, umfasst einen Rotor, welcher mindestens eine Nut aufweist, in die eine Mehrzahl von Laufschaufeln am Rotor eingesetzt werden können und dort gehalten werden können, sowie weiterhin eine Vorrichtung zum Kühlen des Rotors im Bereich des Kompressorrotorendes. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor im Bereich des Kompressorrotorendes einen Ring aufweist, welcher konzentrisch und mit Abstand unter Ausbildung eines Spaltes über eine Rotorscheibe des Rotors geschoben und an der Rotorscheibe befestigt ist, dass die Laufschaufeln im Bereich des Kompressorrotorendes in entsprechende Nuten am Ring eingesetzt sind und dort gehalten werden, dass erste Mittel zum axialen Durchströmen des Rings mit einem Kühlmedium vom Kompressorrotorende her vorgesehen sind, und dass zweite Mittel zum Umlenken des aus dem Ring heraustretenden Kühlmediums vorgesehen sind, derart, dass das Kühlmedium durch den Spalt zwischen dem Ring und der vom Ring umschlossenen Rotorscheibe in axialer Richtung zurückströmt. Der Spalt zwischen dem Ring und der vom Ring umschlossenen Rotorscheibe hat beispielsweise die Form eines Ringspaltes, wobei dieser durch Befestigungselemente, die den Ring mit der Rotorscheibe verbinden, unterbrochen sein kann.The rotor according to the invention, which is intended in particular for use in a gas turbine, comprises a rotor, which has at least one groove into which a plurality of rotor blades can be inserted and held on the rotor, and furthermore a device for cooling the rotor in the area of the compressor rotor end. The invention is characterized in that the rotor in the region of the compressor rotor end has a ring which is pushed concentrically and at a distance with formation of a gap over a rotor disk of the rotor and attached to the rotor disk, that the blades in the region of the compressor rotor end in corresponding grooves on Ring are used and held there, that first means for axially flowing through the ring are provided with a cooling medium from Kompressorrotorende forth, and in that second means for deflecting the emerging from the ring cooling medium are provided, such that the cooling medium through the gap between the Ring and the rotor disc enclosed by the ring flows back in the axial direction. The gap between the ring and the rotor disc enclosed by the ring, for example, has the shape of an annular gap, which may be interrupted by fastening elements which connect the ring with the rotor disk.
Eine Ausgestaltung des Kompressors nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine Mehrzahl von über den Umfang des Rings verteilt angeordneten Axialbohrungen umfasst, durch welche das Kühlmedium strömt.An embodiment of the compressor according to the invention is characterized in that the first means comprises a plurality of distributed over the circumference of the ring arranged axial bores through which the cooling medium flows.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Kompressors ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel einen in der Rotorscheibe ausgebildeten ringförmigen Umlenkbereich umfassen, welcher mit den ersten Mitteln bzw. Axialbohrungen und dem Spalt zwischen dem Ring und der Rotorscheibe in Verbindung steht und eine Umkehr der Strömungsrichtung des Kühlmediums bewirkt.Another embodiment of the compressor according to the invention is characterized in that the second means comprise an annular deflection region formed in the rotor disk, which communicates with the first means or axial bores and the gap between the ring and the rotor disk, and a reversal of the flow direction of the cooling medium causes.
Gemäss einer anderen Ausgestaltung ist der Ring durch einen Formschluss zwischen der inneren Mantelfläche des Rings und der äusseren Mantelfläche der Rotorscheibe an der Rotorscheibe befestigt.According to another embodiment, the ring is fastened by a positive connection between the inner circumferential surface of the ring and the outer circumferential surface of the rotor disk on the rotor disk.
Typischerweise ist der Formschluss nach Art von über den Umfang verteilten, radial ausgerichteten Hammerkopf-Verbindungen oder Tannenbaumfuss-Verbindungen ausgebildet.Typically, the positive engagement is in the nature of circumferentially distributed, radially aligned hammerhead connections or fir tree root connections.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring mit der stromaufwärts gelegenen Stirnseite an einer ringförmigen Anschlagsfläche der Rotorscheibe anschlägt, und dass der Ring und die Rotorscheibe in diesem Bereich miteinander verbunden sind.A further embodiment of the invention is characterized in that the ring with the upstream end face abuts against an annular abutment surface of the rotor disk, and that the ring and the rotor disk are connected to one another in this region.
Die Verbindung zwischen Ring und Rotorscheibe kann dabei durch einen Formschluss bewirkt werden.The connection between ring and rotor disk can be effected by a positive connection.
Es ist aber auch denkbar, dass die Verbindung zwischen Ring und Rotorscheibe durch einen Stoffschluss, insbesondere durch Schweissen, bewirkt wird.But it is also conceivable that the connection between the ring and the rotor disk by a material bond, in particular by welding, is effected.
Neben dem Kompressorrotor ist eine Gasturbine umfassend einen Kompressor, eine Brennkammer, eine Turbine und einen Rotor Gegenstand der Erfindung, wobei der Rotor (34) einen Kompressorrotor (17) nach einer der oben beschrieben Ausgestaltungen umfasst.In addition to the compressor rotor is a gas turbine comprising a compressor, a combustion chamber, a turbine and a rotor subject of the invention, wherein the rotor (34) comprises a compressor rotor (17) according to one of the embodiments described above.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemässen Gasturbine zeichnet sich dadurch aus, dass der Ring im eingebauten Zustand an der stromabwärts gelegenen Stirnseite neben ortsfesten Strukturteilen angeordnet ist, und dass das Kühlmedium zum Kühlen des Kompressorrotorendes über die Strukturteile herangeführt wird.An embodiment of the gas turbine according to the invention is characterized in that the ring is arranged in the installed state at the downstream end side next to stationary structural parts, and that the cooling medium for cooling the compressor rotor end is brought over the structural parts.
Vorzugsweise sind am Übergang zwischen den Strukturteilen und dem Ring Umlenkelemente angeordnet, welche dem aus den Strukturteilen austretenden Kühlmedium einen Drall in Rotationsrichtung des Kompressors aufprägen.Preferably, deflecting elements are arranged at the transition between the structural parts and the ring, which impart a twist in the direction of rotation of the compressor to the cooling medium emerging from the structural parts.
Insbesondere können die Umlenkelemente als Umlenkbleche ausgebildet sein.In particular, the deflecting elements may be formed as baffles.
Es ist aber ebenso gut auch denkbar, dass die Umlenkelemente als Dralldüsen ausgebildet sind.But it is also just as conceivable that the deflection elements are designed as swirl nozzles.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen den Strukturteilen und dem Ring mindestens eine Dichtung angeordnet.According to a further embodiment of the invention, at least one seal is arranged between the structural parts and the ring.
Insbesondere kann die Dichtung als Labyrinthdichtung oder Bürstendichtung ausgebildet sein.In particular, the seal may be formed as a labyrinth seal or brush seal.
Gemäss einer Ausgestaltung ist eine derartige Dichtung auf einem Radius angebracht, der kleiner ist als der Abstand vom Zentrum des Rotors zu dem ersten Mittel zum axialen Durchströmen des Rings mit einem Kühlmedium. Diese Dichtung verhindert einen Bypass des Kühlmediums um den Ring.According to one embodiment, such a seal is mounted on a radius which is smaller than the distance from the center of the rotor to the first means for axially flowing through the ring with a cooling medium. This seal prevents a bypass of the cooling medium around the ring.
Gemäss einer Ausgestaltung ist eine derartige Dichtung auf einem Radius angebracht, der grösser ist als der Abstand vom Zentrum des Rotors zu dem ersten Mittel zum axialen Durchströmen des Rings mit einem Kühlmedium. Diese Dichtung verhindert ein Rückströmen des Kühlmediums in den Hauptstrom des Verdichters.According to one embodiment, such a seal is mounted on a radius which is greater than the distance from the center of the rotor to the first means for axially flowing through the ring with a cooling medium. This seal prevents backflow of the cooling medium into the main flow of the compressor.
Neben dem Kompressorrotor und der Gasturbine ist ein Verfahren zum Kühlen eines Kompressorrotors einer oben beschrieben erfindungsgemässen Gasturbine Gegenstand der Erfindung. Dabei umfasst die Gasturbine einen Kompressor, eine Brennkammer und eine Turbine. Der Kompressor selber weist eine Mehrzahl von Laufschaufeln auf, die in entsprechende Nuten an einem Kompressorrotor eingesetzt sind und dort gehalten werden. Weiter weisst der Kompressorrotor im Bereich des Kompressorrotorendes einen Ring auf, welcher konzentrisch und unter Ausbildung eines Spaltes über eine Rotorscheibe des Kompressorrotors geschoben und an der Rotorscheibe befestigt ist, wobei die Laufschaufeln im Bereich des Kompressorrotorendes in entsprechende Nuten am Ring eingesetzt sind und dort gehalten werden. Weiter sind in dem Ring erste Mittel zum axialen Durchströmen des Rings mit einem Kühlmedium vom Kompressorrotorende her vorgesehen und zweite Mittel zum Umlenken des aus dem Ring heraustretenden Kühlmediums vorgesehen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmedium vom Kompressorende durch die ersten Mittel des Ringes geleitet wird, das Kühlmedium anschliessend durch zweite Mittel umgelenkt wird, und das Kühlmedium schliesslich durch den Spalt zwischen dem Ring und der vom Ring umschlossenen Rotorscheibe in axialer Richtung zurückgeleitet wird.In addition to the compressor rotor and the gas turbine, a method for cooling a compressor rotor of a gas turbine according to the invention described above is the subject of the invention. The gas turbine comprises a compressor, a combustion chamber and a turbine. The compressor itself has a plurality of blades, which are inserted into corresponding grooves on a compressor rotor and held there. Furthermore, the compressor rotor in the region of the compressor rotor end has a ring which is pushed concentrically and with the formation of a gap over a rotor disk of the compressor rotor and attached to the rotor disk, wherein the rotor blades are inserted into corresponding grooves on the ring in the region of the compressor rotor end and held there , Further, in the ring first means are provided for axially flowing through the ring with a cooling medium from the Kompressorotorende forth and second means for deflecting the emerging from the ring cooling medium is provided. The method is characterized in that a cooling medium from the compressor end is passed through the first means of the ring, the cooling medium is subsequently deflected by second means, and the cooling medium is finally returned through the gap between the ring and the ring surrounded by the rotor disc in the axial direction ,
Nach einer Ausgestaltung des Verfahren wird Kühlmedium mit einem Drall beaufschlagt wird, bevor es in die ersten Mittel des Ringes eingeleitet wird.According to one embodiment of the method, cooling medium is subjected to a twist before it is introduced into the first means of the ring.
Alle erläuterten Vorteile sind nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Kompressorrotor, der an dem Beispiel einer Gasturbine mit einem Verdichter, einer Brennkammer und einer Turbine beschrieben ist gleichermassen für Gasturbinen mit sequentieller Verbrennung, d.h. Gasturbinen die einem oder mehreren Verdichter, eine erste Brennkammer, eine Hochdruckturbine, eine zweite Brennkammer (sequentieller Brennkammer) und eine Niederdruckturbine umfassen, angewendet werden. Entsprechend ist auch eine Gasturbine mit sequentieller Verbrennung und dem erfindungsgemässen Rotor und ein Verfahren zum Kühlen eines Kompressorrotors für eine Gasturbine mit sequentieller Verbrennung im Rahmen der Erfindung enthalten.All explained advantages can be used not only in the respectively specified combinations, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the invention. For example, the compressor rotor described by way of example of a gas turbine having a compressor, a combustor, and a turbine may be used for gas turbines with sequential combustion, ie, gas turbines containing one or more compressors, a first combustor, a high pressure turbine, a second combustor (sequential combustor ) and a low pressure turbine. Corresponding is also a gas turbine with sequential combustion and the rotor according to the invention and a method for cooling a compressor rotor for a gas turbine with sequential combustion included in the invention.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
- Fig. 1
- das grundsätzliche Schema einer Gasturbine, wie sie zur Verwirklichung der Erfindung geeignet ist;
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch eine Gasturbine im Bereich des Kompressorrotorendes mit einer Kühlung, wie sie bisher verwendet worden ist;
- Fig. 3
- in einer zu
Fig. 2 vergleichbaren Darstellung ein Kompressorende mit einer verbesserten Kühlung gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und - Fig. 4
- den Querschnitt in der Ebene A-A durch den Kompressor gemäss
Fig. 3 .
- Fig. 1
- the basic scheme of a gas turbine, as it is suitable for the realization of the invention;
- Fig. 2
- a longitudinal section through a gas turbine in the region of the compressor rotor end with a cooling, as has been used so far;
- Fig. 3
- in one too
Fig. 2 comparable illustration of a compressor end with improved cooling according to an embodiment of the invention; and - Fig. 4
- the cross section in the plane AA through the compressor according to
Fig. 3 ,
Um die Kühlung im Bereich des Kompressorrotorendes zu verbessern, wird gemäss der vorliegenden Erfindung mit Hilfe eines separaten Rings ein Kühlkreislauf unterhalb des Hochdruckkompressors bzw. Kompressorrotorendes erzeugt.In order to improve the cooling in the region of the compressor rotor end, according to the present invention, a cooling circuit is produced below the high-pressure compressor or compressor rotor end with the aid of a separate ring.
Wie aus der
Zum anderen besteht die Möglichkeit, die stromaufwärts liegende Stirnfläche des Rings 26 mit der angrenzenden Anschlagsflache 31 der Rotorscheibe 25 ebenfalls über Formschluss zu verbinden, oder aber über einen Stoffschluss (insbesondere durch Schweissen). Eine Selbstsicherung im Betrieb ist ebenfalls vorhanden, weil bei laufendem Rotor 17 der Schub des Rings 26 gegen die Anschlagsfläche 31 gerichtet ist.On the other hand, there is the possibility of also connecting the upstream end face of the
Die Kühlluft 24 wird durch die Strukturteile 23 der Mittelpartie zu der Kavität am Ende des Kompressors 17 geführt. Von der Kavität gelangt die Kühlluft in über den Umfang des Rings 26 verteilt angeordnete Axialbohrungen 27 im Ring 46. Am stromaufwärts liegenden Ende des Rings 26 wird die aus dem Ring 26 austretende Kühlluft in einem Umlenkbereich (um 180°) umgelenkt und gelangt durch den Spalt 29 zwischen der Rotorscheibe 25 und dem Ring 26 wieder in Richtung Turbine.The cooling
Zwischen dem Ring 26 und den Strukturteilen 23 der Mittelpartie 19 ist bevorzugt eine Dichtung 32 vorgesehen, um die etwas Leckage zu minimieren. Dies kann z.B. eine herkömmliche Labyrinthdichtung oder Bürstendichtung sein.Between the
Um die Eintrittsverluste der Kühlluft in den Ring 26 zu minimieren, können am Austritt der Kühlluft aus den Strukturteilen 23 Umlenkelemente 33, insbesondere in Form einer Dralldüse oder Umlenkblechen, vorgesehen werden, die der aus den Strukturteilen 23 austretenden Kühlluft einen Drall in Rotationsrichtung des Kompressors aufprägt.In order to minimize the entry losses of the cooling air into the
Durch den Spalt 29 zwischen Ring 26 und Rotor 17 wird weiterhin die Kontaktfläche zwischen Ring 26 und Rotor 17 reduziert. Dies reduziert die Wärmeleitung von dem heissen Ring 26 in den Rotor 17.Through the
Insgesamt sind die Hauptmerkmale der Erfindung:
- Das System verwendet gekühlte Kompressorluft die über das Sekundärsystem zugeführt wird.
- Die
Schaufelzahl im Kompressor 12 ist frei wählbar, weilim separaten Ring 26 umlaufende Nuten wie zuvor vorhanden sind. - Der
separate Ring 26 kann je nach Fixierung über Formschluss oder Stoffschluss aus einem anderen Material als dieRotorscheibe 25 bestehen. Axialbohrungen 27durch den Ring 26 ermöglichen der Kühlluft das Durchströmen und Kühlen desRings 26.- Eine Rückführung der Kühlluft bei der Formschlussverbindung ist gegeben.
- Ein doppeltes Dichtsystem sorgt dafür, dass die unterschiedlichen Kühlluftströme gegeneinander getrennt werden.
- Die Kühlluft kann nach dem Durchströmen des
Rings 26 weiter für die Kühlung der Brennkammer bzw. Turbine verwendet werden.
- The system uses cooled compressor air supplied via the secondary system.
- The number of blades in the
compressor 12 is arbitrary, because in theseparate ring 26 circumferential grooves as before exist. - The
separate ring 26 may be made of a different material than therotor disk 25 depending on the fixation via positive engagement or material connection. - Axial bores 27 through the
ring 26 allow the cooling air to flow through and cool the ring 26th - A return of the cooling air in the positive connection is given.
- A double sealing system ensures that the different cooling air flows are separated from each other.
- The cooling air can continue to be used for the cooling of the combustion chamber or turbine after flowing through the
ring 26.
- 1010
- Gasturbinegas turbine
- 1111
- Lufteinlassair intake
- 1212
- Kompressorcompressor
- 1313
- Brennkammercombustion chamber
- 1414
- Brennstofffuel
- 1515
- Turbineturbine
- 1616
- Abgasexhaust
- 1717
- Kompressorrotorcompressor rotor
- 1818
- Kühlvorrichtung (extern)Cooling device (external)
- 1919
- Mittelpartiemidsection
- 20,20'20.20 '
- Nut (umlaufend)Groove (encircling)
- 2121
- Laufschaufelblade
- 2222
- Kavitätcavity
- 23,23'23.23 '
- Strukturteilstructure part
- 2424
- Kühlluftcooling air
- 25,25'25.25 '
- Rotorscheiberotor disc
- 2626
- Ringring
- 2727
- Axialbohrungaxial bore
- 2828
- Umlenkbereichdeflection
- 2929
- Spaltgap
- 3030
- Formschlussform-fit
- 3131
- Anschlagsflächestop surface
- 3232
- Dichtungpoetry
- 3333
- Umlenkelement (z.B. Umlenkblech, Dralldüse)Deflector (e.g., baffle, swirl nozzle)
- 3434
- Rotorrotor
Claims (15)
wobei der Kompressor (12) eine Mehrzahl von Laufschaufeln (21) aufweist, die in entsprechenden Nuten (20) an einem Kompressorrotor (17) eingesetzt sind und dort gehalten werden,
der Kompressorrotor (17) im Bereich des Kompressorrotorendes einen Ring (26) aufweist, welcher konzentrisch und unter Ausbildung eines Spaltes (29) über eine Rotorscheibe (25) des Kompressorrotors (17) geschoben und an der Rotorscheibe (25) befestigt ist und die Laufschaufeln (21) im Bereich des Kompressorrotorendes in entsprechende Nuten (20) am Ring (26) eingesetzt sind und dort gehalten werden,
sowie erste Mittel (27) zum axialen Durchströmen des Rings (26) mit einem Kühlmedium vom Kompressorrotorende her vorgesehen sind und zweite Mittel (28) zum Umlenken des aus dem Ring (26) heraustretenden Kühlmediums vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmedium vom Kompressorende durch die ersten Mittel (27) des Ringes (26) geleitet wird, das Kühlmedium anschliessend durch zweite Mittel (28) umgelenkt wird, und das Kühlmedium schliesslich durch den Spalt (29) zwischen dem Ring (26) und der vom Ring (26) umschlossenen Rotorscheibe (25) in axialer Richtung zurückgeleitet wird.Method for cooling a compressor rotor (17) of a gas turbine (10), wherein the gas turbine (10) comprises a compressor (12), a combustion chamber (13) and a turbine (15),
the compressor (12) having a plurality of blades (21) inserted and held in respective grooves (20) on a compressor rotor (17),
the compressor rotor (17) has in the region of the compressor rotor end a ring (26) which is pushed concentrically and forming a gap (29) over a rotor disk (25) of the compressor rotor (17) and attached to the rotor disk (25) and the rotor blades (21) in the region of the compressor rotor end are inserted into corresponding grooves (20) on the ring (26) and held there,
and first means (27) are provided for axially flowing through the ring (26) with a cooling medium from the compressor rotor end, and second means (28) are provided for diverting the cooling medium emerging from the ring (26),
characterized in that a cooling medium from the compressor end through the first means (27) of the ring (26) is passed, the cooling medium is then deflected by second means (28), and the cooling medium finally through the gap (29) between the ring (26 ) and the annular disc (25) enclosed by the ring (26) is returned in the axial direction.
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