WO2020244690A1 - Gasturbinenkühlung - Google Patents

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WO2020244690A1
WO2020244690A1 PCT/DE2020/000111 DE2020000111W WO2020244690A1 WO 2020244690 A1 WO2020244690 A1 WO 2020244690A1 DE 2020000111 W DE2020000111 W DE 2020000111W WO 2020244690 A1 WO2020244690 A1 WO 2020244690A1
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adjustment range
cooling
actuator
adjusting
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PCT/DE2020/000111
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Christoph Lauer
Norman Cleesattel
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MTU Aero Engines AG
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MTU Aero Engines AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14—Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/20—Actively adjusting tip-clearance
    • F01D11/24—Actively adjusting tip-clearance by selectively cooling-heating stator or rotor components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
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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
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a cooling system and a method for cooling at least one first turbine stage and at least one downstream second turbine stage of a gas turbine and a gas turbine, in particular aero-engine gas turbine, with the cooling system.
  • rotor blades rotate in a housing or a rotor in guide grids with guide vanes.
  • radial gaps should exist between elements rotating relative to one another. Such radial gaps can change during operation, in particular due to thermal factors.
  • turbine stages can be cooled by a cooling medium.
  • One object of an embodiment of the present invention is to improve a gas turbine and its operation. This problem is solved by a cooling system with the features of claim 1 ge. Claims 6, 7 provide a gas turbine with a cooling system described here and a method for cooling turbine stages of such a gas turbine under protection. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. According to one embodiment of the present invention, a cooling system for cooling one or more first turbine stages and one or more downstream second turbine stages of a gas turbine, in particular aero-engine gas turbine,
  • CONFIRMATION COPY A first valve device which is connected to a single or multi-channel cooling medium and a first single or multi-channel cooling medium outlet for cooling the first turbine stage (s),
  • a second valve device which is connected to a single-channel or multi-channel cooling medium inlet and a second single-channel or multi-channel cooling medium outlet for cooling the second turbine stage (s), and
  • the or one or more of the first turbine stage (s) is / are in one embodiment (a) high-pressure turbine stage (s), the or one or more of the second turbine stage (s) in a further development (a) medium or low pressure turbine stage (s).
  • the or one or more first turbine stage (s) is (a) medium-pressure turbine stage (s), the or one or more second turbine stage (s) in a development (a) low - pressure turbine stage (s).
  • the present invention can be used for this purpose with particular advantage.
  • the first and second valve devices are connected to the same cooling medium inlet or are supplied with cooling medium through the same cooling medium inlet.
  • the cooling system can be made compact in one embodiment.
  • the first and second valve devices are connected to different cooling medium inlets or are supplied with cooling medium through different cooling medium inlets.
  • the turbine stages can be (even) more individually cooled in one version.
  • the cooling medium is gaseous, in particular (cooling) air.
  • the or one or both cooling medium inlet (s) with a single or multi-channel cooling medium withdrawal (point) is or are, in a further development connected to one or more compressor stage (s) of the gas turbine. In this way, particularly advantageous cooling can be implemented in one embodiment.
  • the first cooling medium outlet has one or more outlet openings and / or cooling spaces for cooling, in particular blowing, a one-part or multi-part housing of the first turbine stage (s).
  • the second cooling medium outlet has one or more outlet openings and / or cooling spaces for cooling, in particular blowing, a one-part or multi-part housing of the second turbine stage (s) in one embodiment.
  • the actuator has at least, in particular only, one, in one embodiment electrical or hydraulic, motor and / or actuator, and can in particular consist of this. As a result, the cooling system can be made more compact and / or light (er) in one embodiment.
  • the actuator actuates the first and / or second valve device mechanically or hydraulically or is set up for this purpose.
  • the actuator is configured to:
  • a second adjustment range which in one embodiment, in particular directly, adjoins the first adjustment range, in another embodiment is spaced or separated from the first adjustment range, for adjusting the standard cross section of the first valve device over or within a second adjustment range (s)
  • a standard cross-section of a valve device is a single-channel or multi-channel minimal flow-through or free cross-section of the valve device or is defined thereby. Its about the (ver) position of the actuator Define a value or values that change within an adjustment range or, in one embodiment, form an adjustment range of the valve device (via which the valve device is adjustable or is adjusted).
  • a standard cross-section of the second valve device in, in particular over the entire, second setting range at most 25%, in particular at most 15%, in one embodiment at most 5%, (s) of a maximum value in a particularly preferred embodiment the second valve device is closed in, in particular over the entire, second adjustment range.
  • the standard cross section of the second valve device in the first adjustment range has at least in sections at least 30%, in particular at least 50%, in one embodiment at least 75%, (s) of a maximum value.
  • a minimum value of the first adjustment range and a minimum value of the second adjustment range differ from one another by at most 50%, in one embodiment by a maximum of 25%, in particular by a maximum of 15%, in one embodiment by a maximum of 5%.
  • a maximum value of the first adjustment range and a maximum value of the second adjustment range differ from one another by at most 50%, in one embodiment by a maximum of 25%, in particular by a maximum of 15%, in one embodiment by a maximum of 5%.
  • At least one value of the first adjustment range and one value of the second adjustment range differ by a maximum of 10%, in one embodiment by a maximum of 5%, and in a further development not (at all) from one another.
  • a first value of the first adjustment range and a first value of the second adjustment range differ from one another by at most 10%, in one embodiment no more than 5%, in particular do not (at all) differ from one another, and a second value of the first differs Adjustment range and a second value of the second adjustment range by at most 10%, in one embodiment by at most 5%, differ from one another, in particular Not (at all) from one another; in a further development, at least one further value of the first adjustment range and another value of the second adjustment range (each) differ from one another by at most 10%, in one embodiment no more than 5%, in particular do not (at all) differ from one another or the first and second adjustment ranges in one embodiment have one, two or more (each) values that correspond to the adjustment ranges or differ by a maximum of 10%, in one embodiment a maximum of 5%.
  • the minimum value and the maximum value of the first adjustment range differ from one another, in particular by at least 10%, in one embodiment by at least 25%, in particular by at least 50%, of a maximum control cross-section of the first valve device, in a further development three or more values of the first adjustment range from one another.
  • the minimum value of the first adjustment range is equal to zero in one embodiment and greater than zero in another embodiment.
  • the maximum value of the first adjustment range is at least 30%, in particular at least 50%, in one embodiment at least 75%, of a maximum standard cross-section of the first valve device.
  • the minimum value and the maximum value of the second adjustment range differ from one another, in particular by at least 10%, in one embodiment by at least 25%, in particular by at least 50%, of a maximum control cross-section of the first valve device, in a further development three or more values of the second adjustment range from one another.
  • the minimum value of the second adjustment range is zero in one embodiment and greater than zero in another embodiment.
  • the maximum value of the second adjustment range is at least 30%, in particular at least 50%, in one embodiment at least 75%, of a maximum standard cross-section of the first valve device.
  • the second adjustment range corresponds - at least essentially - to the first adjustment range.
  • An embodiment of the present invention is thus based on the idea that the second valve device is open (more) in a first setting range and closed (more) in a second setting range and the first valve device is similar, preferably - at least essentially - the same or in both setting ranges Has identical adjustment ranges.
  • the first valve device can be regulated with one actuator when the second valve device is (more) open and the second valve device is (more) closed, in particular similarly.
  • the second valve device has a single-channel or multi-channel first passage and a cover with a single-channel or multi-channel second passage, which are controlled relative to one another by the actuator adjustable, in particular rotatable or displaceable, are or adjusted, in particular rotated or displaced, or are set up for this purpose, and define or limit a or the standard cross section of the second valve device.
  • the first valve device (also) has a single or multi-channel first passage and a cover with a single or multi-channel second passage, which can be adjusted, in particular rotated or displaced, relative to one another by the actuator are adjusted, in particular twisted or displaced, or are set up for this purpose, and define or limit the standard cross section of the first valve device.
  • a particularly advantageous, in particular more compact), light (right), reliable (right), simple (right) and / or precise (right) first or second valve device can be realized.
  • both aspects can advantageously be combined with one another.
  • the standard cross-sections or adjustment ranges according to the first aspect can be implemented particularly advantageously. Nevertheless, only the first or only the second aspect can be implemented (independently).
  • the first valve device has two concentric hollow cylinders, in one embodiment one of these hollow cylinders having the first passage of the first valve device and an inner one of these hollow cylinders, which in one embodiment rotatably rests against the outer hollow cylinder, has the second passage of the first valve device In another embodiment, conversely, an outer of these hollow cylinders has the second passage of the first valve device and an inner of these hollow cylinders, which in one embodiment rests rotatably on the outer hollow cylinder, has the first passage of the first valve device.
  • the second valve device has two concentric hollow cylinders, in one embodiment an outer one of these hollow cylinders the first passage of the second valve device and an inner one of these hollow cylinders, which in one embodiment rests rotatably on this outer hollow cylinder, the second passage the second valve device, in another embodiment, conversely, an outer one of these hollow cylinders has the second passage of the second valve device and an inner one of these hollow cylinders, which in one embodiment rests rotatably against this outer hollow cylinder, has the first passage of the second valve device.
  • the outer hollow cylinder of the first and second valve devices are connected to one another or formed in one piece. Additionally or alternatively, in one embodiment, the inner hollow cylinders of the first and second valve devices are connected to one another or formed in one piece.
  • a single-channel or multi-channel valve inlet of the first and / or second valve device is arranged on a jacket or end face of the (respective) outer hollow cylinder.
  • a single-channel or multi-channel valve outlet of the first and / or second valve device is arranged on a jacket or end face of the (respective) outer hollow cylinder.
  • first or second valve device in one embodiment, in particular in combination of two or more of these features, a particularly advantageous, in particular (still) combined compact (right), light (right), reliable (right), simple (right) and / or precise (right), first or second valve device can be realized.
  • the first and second valve devices have a common housing.
  • compact (re) actuation can be implemented in one embodiment.
  • the first and second valve devices have a common adjusting element which can be or is adjusted by the actuator and which changes the standard cross-section of the first and second valve device or is set up for this purpose.
  • the adjusting element can in particular have the inner or outer hollow cylinder.
  • the first and second valve devices have spaced apart housings and / or spaced apart adjusting elements, which are mechanically coupled via kinematics that can be adjusted or adjusted by the actuator and in one embodiment change or change the standard cross section of the respective valve device. are set up for this purpose.
  • the adjusting elements can in particular have the (respective) inner or outer hollow cylinder.
  • the actuator can advantageously be arranged in one embodiment.
  • first and second adjustment areas are designed in opposite directions or in opposite directions. Additionally or alternatively, in one embodiment the first and second adjustment areas adjoin one another, in particular directly or seamlessly.
  • first or second passage of the first valve device has (for this purpose) two oppositely directed or reversed, in particular mirror-symmetrical or reversed, formed and / or adjoining (directly or seamlessly) sections.
  • the first valve device can advantageously be adjusted and the second valve device can be closed (more).
  • the first and second valve devices are adjusted by the actuator in a first operating mode in or within the first setting range (s) and in a second operating mode in or within the second Stetl Scheme (s) adjusted.
  • the first operating mode is carried out at a higher ambient temperature (compared to the second operating mode), and the second operating mode at a lower ambient temperature (compared to the first operating mode).
  • the first valve device with the actuator advantageously controlled when the second valve device is (more) closed and thus in particular the ingress of rotor blades and / or guide blades of the second turbine stage is reduced and the efficiency of the gas turbine is improved.
  • first or second elements are referred to as first or second elements without loss of generality; in particular, the term “first” does not imply a more upstream arrangement and the term “second” does not imply a corresponding further (first) element.
  • one or more further (more upstream) turbine stages can be arranged between a combustion chamber of the gas turbine and the first turbine stage and / or the single or multi-channel second coolant outlet can be the only coolant outlet to (r cooling) the second tur- be binen level.
  • Upstream or downstream refers in the usual way to the direction of flow through the gas turbine, so that the downstream second turbine stage is closer to an outlet of the gas turbine than the first turbine stage.
  • FIG. 1 shows a gas turbine with a cooling system according to an embodiment of the present invention
  • FIG 3 shows a method for cooling a first and second turbine stage of the gas turbine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a gas turbine with a cooling system according to an embodiment of the present invention.
  • the gas turbine has a low pressure compressor 5, a high pressure compressor 4, a combustion chamber 3, a high pressure turbine with one or more first or high pressure turbine stage (s) 1 and a low pressure turbine with one or more second or low pressure turbine stage (s) 2.
  • the cooling system has a cooling medium inlet 30, which is supplied with cooling air by the low-pressure compressor 5, a first cooling medium outlet 31 to (r cooling) the or one or more of the first turbine stage (s) 1 and a second cooling medium outlet 32 (r Cooling) the or one or more of the second turbine stage (s) 2 on.
  • a first valve device has an inner hollow cylinder 11, which rests rotatably in an outer hollow cylinder 12.
  • a jacket surface of the outer hollow cylinder 12 has a valve inlet 13 of the first valve device, which forms a first passage of this valve device.
  • a jacket surface of the inner hollow cylinder 1 1 forms a cover with a second passage 14 of the first valve device.
  • the valve inlet 13 is connected to the cooling medium inlet 30, and an end-side valve outlet 15 of the first valve device is connected to the first cooling medium outlet 31.
  • a second valve device has an inner hollow cylinder 21 which rests rotatably in the outer hollow cylinder 12.
  • the jacket surface of the outer hollow cylinder 12 has a valve inlet 23 of the second valve device, which forms a first passage of this valve device.
  • a jacket surface of the inner hollow cylinder 21 forms a cover with a second passage 24 of the second valve device.
  • the valve inlet 23 is connected to the cooling medium inlet 30, and an end-side valve outlet 25 of the second valve device with the second cooling medium outlet 32.
  • a shaft of an actuator 40 which is controlled by a controller 41, rotates the inner hollow cylinders 1 1, 21 together in the common outer hollow cylinder 12.
  • the second passage 14 of the first valve device has two mirror-symmetrical sections 14A, 14B adjoining one another.
  • the second passage 24 of the second valve device only overlaps with the one section 14A.
  • FIG 3 shows a method for cooling the first and second turbine stages of the gas turbine according to an embodiment of the present invention.
  • the standard cross section of the second valve device is constant over a large part of the first adjustment range.
  • the passage 23 can be designed differently and thus an advantageous adjustment range of the second valve device can be realized.
  • the actuators of the first and second valve devices can be coupled via kinematics in a modification not shown.
  • A2 standard cross-section of the second valve device a first adjustment range

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem zum Kühlen wenigstens einer ersten Turbinenstufe (1) und wenigstens einer stromabwärtigen zweiten Turbinenstufe (2) einer Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk-Gasturbine, wobei das Kühlsystem - eine erste Ventileinrichtung, die mit einem Kühlmediumeintritt (30) und einem ersten Kühlmediumaustritt (31) zu der ersten Turbinenstufe (1) verbunden ist, - eine zweite Ventileinrichtung, die mit einem Kühlmediumeintritt (30) und einem zweiten Kühlmediumaustritt (32) zu der zweiten Turbinenstufe (2) verbunden ist, und - einen Aktuator (40) zum Verstellen der ersten und zweiten Ventileinrichtung aufweist, wobei der Aktuator (40) - einen ersten Stellbereich (a) zum Verstellen eines Regelquerschnitts (A1) der ersten Ventileinrichtung über einen ersten Verstellbereich bei geöffneter zweiter Ventileinrichtung und - einen an den ersten Stellbereich (a) anschließenden oder von diesem beabstandeten zweiten Stellbereich (b) zum Verstellen des Regelquerschnitts (A1) der ersten Ventileinrichtung über einen zweiten Verstellbereich aufweist, wobei - ein Regelquerschnitt (A2) der zweiten Ventileinrichtung im zweiten Stellbereich höchstens 25% eines Maximalwertes aufweist, insbesondere die zweite Ventileinrichtung im zweiten Stellbereich geschlossen ist, sowie ein minimaler Wert des ersten und zweiten Verstellbereichs um höchstens 50% voneinander und/oder ein maximaler Wert (A1max) des ersten und zweiten Verstellbereichs um höchstens 50% voneinander und/oder wenigstens ein Wert des ersten und zweiten Verstellbereichs um höchstens 10% voneinander abweichen; und/oder - die zweite Ventileinrichtung einen ersten Durchlass (23) und eine Abdeckung (21) mit einem zweiten Durchlass (24) aufweist, die durch den Aktuator (40) relativ zueinander verstellbar, insbesondere verdreh- oder verschiebbar, sind und einen Regelquerschnitt (A2) der zweiten Ventileinrichtung definieren.

Description

Gasturbinenkühlung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlsystem und ein Verfahren zum Kühlen wenigstens einer ersten Turbinenstufe und wenigstens einer stromabwärtigen zweiten Turbinenstufe einer Gasturbine sowie eine Gasturbine, insbesondere Flugtrieb- werk-Gasturbine, mit dem Kühlsystem.
In Turbinenstufen von Gasturbinen rotieren Laufschaufeln in einem Gehäuse bzw. ein Rotor in Leitgittem mit Leitschaufeln. Zur Verbesserung der Effizienz sollen da bei möglichst kleine Radialspalte zwischen relativ zueinander rotierenden Elementen vorliegen. Insbesondere thermisch bedingt können sich solche Radialspalte im Betrieb ändern.
Um solche Spaltänderungen zu reduzieren und damit die Effizienz der Gasturbine zu verbessern, können Turbinenstufen durch ein Kühlmedium gekühlt werden.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbine bzw. deren Betrieb zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge löst. Ansprüche 6, 7 stellen eine Gasturbine mit einem hier beschriebenen Kühlsys tem bzw. ein Verfahren zum Kühlen von Turbinenstufen einer solchen Gasturbine unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Kühlsystem zum Küh len einer oder mehrerer erster Turbinenstufen und einer oder mehrerer stromabwärti- ger zweiter Turbinenstufen einer Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk-Gasturbine,
BESTÄTIGUNGSKOPIE - eine erste Ventileinrichtung, die mit einem ein- oder mehrkanaligen Kühlmedi umeintritt und einem ersten ein- oder mehrkanaligen Kühlmediumaustritt zu(r Kühlung) der bzw. den ersten Turbinenstufe(n) verbunden ist,
- eine zweite Ventileinrichtung, die mit einem ein- oder mehrkanaligen Kühlmediumeintritt und einem zweiten ein- oder mehrkanaligen Kühlmediumaustritt zu(r Kühlung) der bzw. den zweiten Turbinenstufe(n) verbunden ist, und
- einen Aktuator auf, durch den die erste und zweite Ventileinrichtung, insbeson dere gemeinsam bzw. zusammen, verstellbar sind bzw. verstellt werden bzw. der hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird.
Die bzw. eine oder mehrere der erste(n) Turbinenstufe(n) ist/sind in einer Ausfüh rung (eine) Hochdruck-Turbinenstufe(n), die bzw. eine oder mehrere der zweite(n) Turbinenstufe(n) in einer Weiterbildung (eine) Mittel- oder Nieder- druck-Turbinenstufe(n). In einer anderen Ausführung ist die bzw. eine oder mehrere erste(n) Turbinenstufe(n) (eine) Mitteldruck-Turbinenstufe(n), die bzw. eine oder mehrere zweite(n) Turbinenstufe(n) in einer Weiterbildung (eine) Nieder- druck-Turbinenstufe(n).
Aufgrund der in solchen Stufen vorliegenden Betriebsbedingungen kann die vorliegende Erfindung hierfür mit besonderem Vorteil verwendet werden.
In einer Ausführung sind die erste und zweite Ventileinrichtung mit demselben Kühlmediumeintritt verbunden bzw. werden durch denselben Kühlmediumeintritt mit Kühlmedium versorgt. Hierdurch kann das Kühlsystem in einer Ausführung kompakt(er) ausgebildet werden. In einer anderen Ausführung sind die erste und zweite Ventileinrichtung mit verschiedenen Kühlmediumeintritten verbunden bzw. werden durch unterschiedliche Kühlmediumeintritte mit Kühlmedium versorgt. Hierdurch können in einer Ausführung die Turbinenstufen (noch) individueller ge kühlt werden.
Das Kühlmedium ist in einer Ausführung gasförmig, insbesondere (Kühl)Luft. In ei ner Weiterbildung ist bzw. sind der bzw. einer oder beide Kühlmediumeintritt(e) mit einer ein- oder mehrkanaligen Kühlmediumentnahme(stelle), in einer Weiterbildung an einer oder mehreren Verdichterstufe(n) der Gasturbine, verbunden. Hierdurch kann in einer Ausführung eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden.
Der erste Kühlmediumaustritt weist in einer Ausführung eine oder mehrere Aus- trittsöffnungen und/oder Kühlräume zum Kühlen, insbesondere Anblasen, eines ein- oder mehrteiligen Gehäuses der ersten Turbinenstufe(n) auf. Zusätzlich oder alternativ weist der zweite Kühlmediumaustritt in einer Ausführung eine oder mehrere Aus trittsöffnungen und/oder Kühlräume zum Kühlen, insbesondere Anblasen, eines ein- oder mehrteiligen Gehäuses der zweiten Turbinenstufe(n) auf. Hierdurch kann in ei ner Ausführung eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden. Der Aktuator weist in einer Ausführung wenigstens, insbesondere nur, einen, in einer Ausführung elektrischen oder hydraulischen, Motor und/oder Steller auf, kann insbe sondere hieraus bestehen. Hierdurch kann das Kühlsystem in einer Ausführung kom pakter) und/oder leicht(er) ausgebildet werden. In einer Ausführung aktuiert der Ak tuator die erste und/oder zweite Ventileinrichtung mechanisch oder hydraulisch bzw. ist hierzu eingerichtet.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist der Aktuator
- einen ersten Stellbereich, in dem die zweite Ventileinrichtung (wenigstens teil weise) geöffnet ist und ein Regelquerschnitt der ersten Ventileinrichtung über ei nen bzw. innerhalb eines ersten Verstellbereich(s) verstellbar ist bzw. verstellt wird bzw. hierzu eingerichtet ist bzw. verwendet wird; und
- einen zweiten Stellbereich, der in einer Ausführung, insbesondere unmittelbar, an den ersten Stellbereich anschließt, in einer anderen Ausführung von dem ersten Stellbereich beabstandet bzw. getrennt ist, zum Verstellen des Regelquerschnitts der ersten Ventileinrichtung über einen bzw. innerhalb eines zweiten Verstellbe- reich(s)
auf.
Ein Regelquerschnitt einer Ventileinrichtung ist in einer Ausführung ein ein- oder mehrkanaliger minimaler durchströmbarer bzw. freier Querschnitt der Ventileinrich tung bzw. hierdurch definiert. Seine sich mit der (Ver)Stellung des Aktuators über einen bzw. innerhalb eines Stellbereich(s) ändernden Werte definieren bzw. bilden in einer Ausführung einen Verstellbereich der Ventileinrichtung(, über den die Ventileinrichtung verstellbar ist bzw. verstellt wird).
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Regelquerschnitt der zweiten Ventileinrichtung im, insbesondere über den gesamten, zweiten Stellbereich höchstens 25%, insbesondere höchstens 15%, in einer Ausführung höchstens 5%, (s)eines Maximalwertes auf, in einer besonders bevorzugten Ausführung ist die zwei te Ventileinrichtung im, insbesondere über den gesamten, zweiten Stellbereich geschlossen. In einer Ausführung weist der Regelquerschnitt der zweiten Ventileinrich tung im ersten Stellbereich wenigstens abschnittsweise wenigstens 30%, insbesonde re wenigstens 50%, in einer Ausführung wenigstens 75%, (s)eines Maximalwertes auf.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weichen ein minimaler Wert des ersten Verstellbereichs und ein minimaler Wert des zweiten Verstellbereichs um höchstens 50%, in einer Ausführung höchstens 25%, insbesondere höchstens 15%, in einer Ausführung höchstens 5%, voneinander ab.
Zusätzlich oder alternativ weichen nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein maximaler Wert des ersten Verstellbereichs und ein maximaler Wert des zweiten Verstellbereichs um höchstens 50%, in einer Ausführung höchstens 25%, insbesondere höchstens 15%, in einer Ausführung höchstens 5%, voneinander ab.
Zusätzlich oder alternativ weichen nach einer Ausführung der vorliegenden Erfin dung wenigstens ein Wert des ersten Verstellbereichs und ein Wert des zweiten Ver stellbereichs um höchstens 10%, in einer Ausführung höchstens 5%, voneinander ab, in einer Weiterbildung (gar) nicht voneinander ab. In einer Ausführung weichen ein erster Wert des ersten Verstellbereichs und ein erster Wert des zweiten Verstellbe reichs um höchstens 10%, in einer Ausführung höchstens 5%, voneinander ab, weichen insbesondere (gar) nicht voneinander ab, und weichen ein zweiter Wert des ers ten Verstellbereichs und ein zweiter Wert des zweiten Verstellbereichs um höchstens 10%, in einer Ausführung höchstens 5%, voneinander ab, weichen insbesondere (gar) nicht voneinander ab, in einer Weiterbildung weichen wenigstens ein weiterer Wert des ersten Verstellbereichs und ein weiterer Wert des zweiten Verstellbereichs (jeweils) um höchstens 10%, in einer Ausführung höchstens 5%, voneinander ab, weichen insbesondere (gar) nicht voneinander ab, bzw. weisen der erste und zweite Verstellbereich in einer Ausführung ein, zwei oder mehr (jeweils) zwischen den bei den Verstellbereichen übereinstimmende bzw. um höchstens 10%, in einer Ausfüh rung höchstens 5%, voneinander abweichende Werte auf.
In einer Ausführung weichen der minimale Wert und der maximale Wert des ersten Verstellbereichs voneinander ab, insbesondere um wenigstens 10%, in einer Ausfüh rung um wenigstens 25%, insbesondere um wenigstens 50%, eines maximalen Re gelquerschnitts der ersten Ventileinrichtung, in einer Weiterbildung weichen drei o- der mehr Werte des ersten Verstellbereichs voneinander ab. Der minimale Wert des ersten Verstellbereichs ist in einer Ausführung gleich Null, in einer anderen Ausfüh rung größer als Null. Der maximale Wert des ersten Verstellbereichs beträgt in einer Ausführung wenigstens 30%, insbesondere wenigstens 50%, in einer Ausführung wenigstens 75%, eines maximalen Regelquerschnitts der ersten Ventileinrichtung.
In einer Ausführung weichen der minimale Wert und der maximale Wert des zweiten Verstellbereichs voneinander ab, insbesondere um wenigstens 10%, in einer Ausfüh rung um wenigstens 25%, insbesondere um wenigstens 50%, eines maximalen Re gelquerschnitts der ersten Ventileinrichtung, in einer Weiterbildung weichen drei o- der mehr Werte des zweiten Verstellbereichs voneinander ab. Der minimale Wert des zweiten Verstellbereichs ist in einer Ausführung gleich Null, in einer anderen Aus führung größer als Null. Der maximale Wert des zweiten Verstellbereichs beträgt in einer Ausführung wenigstens 30%, insbesondere wenigstens 50%, in einer Ausfüh rung wenigstens 75%, eines maximalen Regelquerschnitts der ersten Ventileinrich tung.
In einer Ausführung entspricht der zweite Verstellbereich - wenigstens im Wesentli chen - dem ersten Verstellbereich. Einer Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt somit die Idee zugrunde, dass die zweite Ventileinrichtung in einem ersten Stellbereich (stärker) geöffnet und in einem zweiten Stellbereich (stärker) geschlossen ist und in beiden Stellbereichen die erste Ventileinrichtung ähnliche, vorzugsweise - wenigstens im Wesentlichen - gleiche bzw. identische Verstellbereiche aufweist. Hierdurch kann in einer Ausführung vor teilhaft mit einem Aktuator die erste Ventileinrichtung bei (stärker) geöffneter zweiter Ventileinrichtung und bei (stärker) geschlossener zweiter Ventileinrichtung, insbesondere gleichartig, geregelt werden.
Zusätzlich oder alternativ zu diesem Aspekt weist nach einer Ausführung bzw. einem (weiteren) Aspekt der vorliegenden Erfindung die zweite Ventileinrichtung einen ein- oder mehrkanaligen ersten Durchlass und eine Abdeckung mit einem ein- oder mehrkanaligen zweiten Durchlass auf, die durch den Aktuator relativ zueinander ver stellbar, insbesondere verdrehbar oder verschiebbar, sind bzw. verstellt, insbesondere verdreht oder verschoben, werden bzw. hierzu eingerichtet sind, und einen bzw. den Regelquerschnitt der zweiten Ventileinrichtung definieren bzw. begrenzen. Zusätz lich oder alternativ weist in einer Ausführung (auch) die erste Ventileinrichtung einen ein- oder mehrkanaligen ersten Durchlass und eine Abdeckung mit einem ein- oder mehrkanaligen zweiten Durchlass auf, die durch den Aktuator relativ zueinan der verstellbar, insbesondere verdrehbar oder verschiebbar, sind bzw. verstellt, insbe sondere verdreht oder verschoben, werden bzw. hierzu eingerichtet sind, und den Regelquerschnitt der ersten Ventileinrichtung definieren bzw. begrenzen.
Hierdurch kann in einer Ausführung eine besonders vorteilhafte, insbesondere kompaktere), leichte(re), zuverlässige(re), einfache(re) und/oder präzise(re), erste bzw. zweite Ventileinrichtung realisiert werden.
Beide Aspekte können vorteilhaft miteinander kombiniert sein. Insbesondere können durch die Ausgestaltung der ersten und/oder zweiten Ventileinrichtung nach dem zweiten Aspekt die Regelquerschnitte bzw. Verstellbereiche nach dem ersten Aspekt besonders vorteilhaft realisiert werden. Gleichwohl kann auch nur der erste oder nur der zweite Aspekt (eigenständig) realisiert sein. In einer Ausführung weist die erste Ventileinrichtung zwei konzentrische Hohlzylinder auf, wobei in einer Ausführung ein äußerer dieser Hohlzylinder den ersten Durchlass der ersten Ventileinrichtung und ein innerer dieser Hohlzylinder, der in einer Ausführung drehbar an dem äußeren Hohlzylinder anliegt, den zweiten Durchlass der ersten Ventileinrichtung aufweist, in einer anderen Ausführung umgekehrt ein äußerer dieser Hohlzylinder den zweiten Durchlass der ersten Ventileinrichtung und ein innerer dieser Hohlzylinder, der in einer Ausführung drehbar an dem äußeren Hohlzylinder anliegt, den ersten Durchlass der ersten Ventileinrichtung aufweist.
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung die zweite Ventileinrichtung zwei konzentrische Hohlzylinder auf, wobei in einer Ausführung ein äußerer dieser Hohlzylinder den ersten Durchlass der zweiten Ventileinrichtung und ein innerer die ser Hohlzylinder, der in einer Ausführung drehbar an diesem äußeren Hohlzylinder anliegt, den zweiten Durchlass der zweiten Ventileinrichtung aufweist, in einer ande ren Ausführung umgekehrt ein äußerer dieser Hohlzylinder den zweiten Durchlass der zweiten Ventileinrichtung und ein innerer dieser Hohlzylinder, der in einer Aus führung drehbar an diesem äußeren Hohlzylinder anliegt, den ersten Durchlass der zweiten Ventileinrichtung aufweist.
In einer Ausführung sind der äußere Hohlzylinder der ersten und zweiten Ventileinrichtung miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet. Zusätzlich oder alterna tiv sind in einer Ausführung der innere Hohlzylinder der ersten und zweiten Venti leinrichtung miteinander verbunden oder einstückig ausgebildet.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung ein ein- oder mehrkanaliger Venti leinlass der ersten und/oder zweiten Ventileinrichtung an einer Mantel- oder Stirnflä che des (jeweiligen) äußeren Hohlzylinders angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung ein ein- oder mehrkanaliger Ventilauslass der ersten und/oder zweiten Ventileinrichtung an einer Mantel- oder Stirnfläche des (jeweiligen) äußeren Hohlzylinders angeordnet.
Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr dieser Merkmale, eine besonders vorteilhafte, insbesondere (noch) kom- pakte(re), leichte(re), zuverlässige(re), einfache(re) und/oder präzise(re), erste bzw. zweite Ventileinrichtung realisiert werden.
In einer Ausführung weisen die erste und zweite Ventileinrichtung ein gemeinsames Gehäuse auf. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) Aktuierung realisiert werden.
In einer Ausführung weisen die erste und zweite Ventileinrichtung ein gemeinsames Stellelement auf, das durch den Aktuator verstellbar ist bzw. verstellt wird und den Regelquerschnitt der ersten und zweiten Ventileinrichtung verändert bzw. hierzu eingerichtet ist. Das Stellelement kann insbesondere den inneren oder äußeren Hohl zylinder aufweisen. Hierdurch kann in einer Ausführung eine kompakte(re) Aktuierung realisiert werden.
In einer Ausführung weisen die erste und zweite Ventileinrichtung voneinander be- abstandete Gehäuse und/oder voneinander beabstandete Stellelemente, die über eine durch den Aktuator verstellbare bzw. verstellte Kinematik, in einer Ausführung me chanisch, gekoppelt sind und den Regelquerschnitt der jeweiligen Ventileinrichtung verändern bzw. hierzu eingerichtet sind, auf. Die Stellelemente können insbesondere den (jeweiligen) inneren oder äußeren Hohlzylinder aufweisen. Hierdurch kann in einer Ausführung der Aktuator vorteilhaft angeordnet werden.
In einer Ausführung sind der erste und zweite Verstellbereich gegensinnig bzw. -läufig ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ schließen in einer Ausführung der erste und zweite Verstellbereich, insbesondere unmittelbar bzw. nahtlos, aneinander an. In einer Weiterbildung weist (hierzu) der erste oder zweite Durchlass der ersten Ventileinrichtung zwei gegensinnig bzw. -läufig, insbesondere spiegelsymmetrisch bzw. -verkehrt, ausgebildete und/oder aneinander (unmittelbar bzw. nahtlos) anschließen de Abschnitte auf.
Hierdurch kann in einer Ausführung durch Weiterstellen des Aktuators vom ersten in den zweiten Stellbereich die erste Ventileinrichtung vorteilhaft verstellt und dabei die zweite Ventileinrichtung (stärker) geschlossen werden. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung werden zum Kühlen der ersten und zweiten Turbinenstufe die erste und zweite Ventileinrichtung durch den Aktua tor in einem ersten Betriebsmodus in dem bzw. innerhalb des ersten Stellbereich(s) verstellt und in einem zweiten Betriebsmodus in dem bzw. innerhalb des zweiten Stetlbereich(s) verstellt.
Der erste Betriebsmodus wird in einer Ausführung bei einer (gegenüber dem zweiten Betriebsmodus) höheren Umgebungstemperatur ausgeführt, der zweite Betriebsmo dus bei einer (gegenüber dem ersten Betriebsmodus) niedrigeren Umgebungstempe ratur.
Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei niedrigeren Umgebungstemperaturen eine (zu starke) Kühlung stromabwärtigerer und damit geringer thermisch belasteter Turbinenstufen zu einem erhöhten Einrieb von Lauf- und/oder Leitschaufeln der entsprechenden Turbinenstufe führen kann, der nachfolgend zu erhöhten Radialspalten führt und damit eine Effizienz der Gasturbine reduziert.
Indem die zweite Ventileinrichtung in dem ersten Stellbereich (stärker) geöffnet und in dem zweiten Stellbereich (stärker) geschlossen ist und in beiden Stellbereichen die erste Ventileinrichtung ähnliche, vorzugsweise - wenigstens im Wesentlichen - glei che bzw. identische Verstellbereiche aufweist, kann in einer Ausführung die erste Ventileinrichtung mit dem Aktuator (auch) bei (stärker) geschlossener zweiter Venti leinrichtung vorteilhaft geregelt und damit insbesondere Einrieb von Lauf- und/oder Leitschaufeln der zweiten Turbinenstufe reduziert und so die Effizienz der Gasturbi ne verbessert werden.
Elemente werden vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als erste bzw. zweite Elemente bezeichnet, insbesondere impliziert die Bezeichnung„erstes“ keine stromaufwärtigere Anordnung und die Bezeichnung„zweites“ kein entsprechendes weiteres (erstes) Element. Insbesondere können also zwischen einer Brennkammer der Gasturbine und der ersten Turbinenstufe eine oder mehrere weitere (stromauf wärtigere) Turbinenstufen angeordnet und/oder der ein- oder mehrkanalige zweite Kühlmediumaustritt der einzige Kühlmediumaustritt zu(r Kühlung) der zweiten Tur- binenstufe sein. Stomauf- bzw. -abwärtig bezieht sich in üblicher Weise auf die Durchströmungsrichtung der Gasturbine, so dass die stromabwärtige zweite Turbi nenstufe einem Austritt der Gasturbine näher ist als die erste Turbinenstufe.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 eine Gasturbine mit einem Kühlsystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 verschiedene Stellungen einer ersten und zweiten Ventileinrichtung des Kühlsystems; und
Fig. 3 ein Verfahren zum Kühlen einer ersten und zweiten Turbinenstufe der Gasturbine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Gasturbine mit einem Kühlsystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die Gasturbine weist einen Niederdruckverdichter 5, einen Hochdruckverdichter 4, eine Brennkammer 3, eine Hochdruckturbine mit einer oder mehreren ersten bzw. Hochdruckturbinenstufe(n) 1 und eine Niederdruckturbine mit einer oder mehreren zweiten bzw. Niederdruckturbinenstufe(n) 2 auf.
Das Kühlsystem weist einen Kühlmediumeintritt 30, der von dem Niederdruckver- dichter 5 mit Kühlluft versorgt wird, einen ersten Kühlmediumaustritt 31 zu(r Küh lung) der bzw. einer oder mehrerer der ersten Turbinenstufe(n) 1 und einen zweiten Kühlmediumaustritt 32 zu(r Kühlung) der bzw. einer oder mehrerer der zweiten Tur- binenstufe(n) 2 auf.
Eine erste Ventileinrichtung weist einen inneren Hohlzylinder 1 1, der in einem äußeren Hohlzylinder 12 drehbar anliegt, auf. Eine Mantelfläche des äußeren Hohlzylinders 12 weist einen Ventileinlass 13 der ersten Ventileinrichtung auf, der einen ersten Durchlass dieser Ventileinrichtung bil det. Eine Mantelfläche des inneren Hohlzylinders 1 1 bildet eine Abdeckung mit einem zweiten Durchlass 14 der ersten Ventileinrichtung.
Der Ventileinlass 13 ist mit dem Kühlmediumeintritt 30 verbunden, ein stimseitiger Ventilauslass 15 der ersten Ventileinrichtung mit dem ersten Kühlmediumaustritt 31.
Eine zweite Ventileinrichtung weist einen inneren Hohlzylinder 21 auf, der in dem äußeren Hohlzylinder 12 drehbar anliegt.
Die Mantelfläche des äußeren Hohlzylinders 12 weist einen Ventileinlass 23 der zweiten Ventileinrichtung auf, der einen ersten Durchlass dieser Ventileinrichtung bildet. Eine Mantelfläche des inneren Hohlzylinders 21 bildet eine Abdeckung mit einem zweiten Durchlass 24 der zweiten Ventileinrichtung.
Der Ventileinlass 23 ist mit dem Kühlmediumeintritt 30 verbunden, ein stimseitiger Ventilauslass 25 der zweiten Ventileinrichtung mit dem zweiten Kühlmediumaus tritt 32.
Eine Welle eines Aktuators 40, der durch eine Steuerung 41 gesteuert wird, verdreht die inneren Hohlzylinder 1 1, 21 zusammen in dem gemeinsamen äußeren Hohlzylinder 12.
Dadurch wird die Abdeckung 1 1/21 bzw. der zweite Durchlass 14/24 relativ zu dem Ventilein- bzw. ersten Durchlass 13/23 verdreht. Hierdurch verändert sich ein Regelquerschnitt A1/A2 der jeweiligen Ventileinrichtung, wie in Fig. 2 schraffiert ange deutet, die Abwicklungen der Mantelfläche der inneren Hohlzylinder 1 1, 21 für verschiedene (Dreh)Stellungen (des Aktuators 40) zeigt.
Wie in Fig. 2 erkennbar, weist der zweite Durchlass 14 der ersten Ventileinrichtung zwei aneinander anschließende spiegelsymmetrische Abschnitte 14A, 14B auf. Der zweite Durchlass 24 der zweiten Ventileinrichtung überschneidet sich nur mit dem einen Abschnitt 14A.
Somit weist die erste Ventileinrichtung in einem bzw. über einen ersten Stellbereich a des Aktuators 40 einen ersten Verstellbereich, der sich von A l = 0 bis Al = A lmax erstreckt, und in einem bzw. über einen zweiten Stellbereich b des Aktuators 40 ei nen zweiten Verstellbereich auf, der sich gegeninnig von A l = Almax bis A l = 0 erstreckt, wobei die zweite Ventileinrichtung im ersten Stellbereich a geöffnet und im zweiten Stellbereich b geschlossen ist.
Fig. 3 zeigt ein Verfahren zum Kühlen der ersten und zweiten Turbinenstufe der Gasturbine nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Falls eine Umgebungstemperatur bei Reiseflug eines Flugzeugs mit der Flugtrieb- werk-Gasturbine über einer Mindesttemperatur liegt (S 10:„Y“), wird die Kühlung der Hochdruckturbinenstufe 1 durch Verstellen des Aktuators im ersten Stellbereich a geregelt, so dass auch die zweite Ventileinrichtung geöffnet ist und die Nieder druckturbinenstufe 2 durch das Kühlsystem mit gekühlt wird (S20). Andernfalls (S 10:„N“) wird die Kühlung der Hochdruckturbinenstufe 1 durch Verstellen des Aktuators im zweiten Stellbereich b geregelt, so dass die zweite Ventileinrichtung ge schlossen ist und die Niederdruckturbinenstufe 2 durch das Kühlsystem nicht gekühlt wird (S30).
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist.
So ist im Ausführungsbeispiel der Regelquerschnitt der zweiten Ventileinrichtung über einen Großteil des ersten Stellbereichs konstant. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann der Durchlass 23 anders ausgelegt und so ein vorteilhafter Ver stellbereich der zweiten Ventileinrichtung realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ können die Stellglieder der ersten und zweiten Ventilein richtung in einer nicht dargestellten Abwandlung über eine Kinematik gekoppelt sein.
Außerdem sei daraufhingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführun- gen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindes tens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbe sondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste
1 erste Turbinenstufe (Hochdruckturbine)
2 zweite Turbinenstufe (Niederdruckturbine)
3 Brennkammer
4 Hochdruckverdichter
5 Niederdruckverdichter
1 1 innerer Hohlzylinder (Abdeckung)
12 äußerer Hohlzylinder (gemeinsames Gehäuse)
13 erster Durchlass/Ventileinlass
14 zweiter Durchlass
14A, 14B Abschnitt
15 Ventilauslass
21 innerer Hohlzylinder (Abdeckung)
23 erster Durchlass/Ventileinlass
24 zweiter Durchlass
25 Ventilauslass
30 Kühlmediumeintritt
31 erster Kühlmediumaustritt
32 zweiter Kühlmediumaustritt
40 Aktuator
41 Steuerung
Al Regelquerschnitt der ersten Ventileinrichtung
Almax maximaler Wert des ersten und zweiten Verstellbereichs
A2 Regelquerschnitt der zweiten Ventileinrichtung a erster Stellbereich
b zweiter Stellbereich

Claims

Patentansprüche
1. Kühlsystem zum Kühlen wenigstens einer ersten Turbinenstufe (1) und wenigstens einer stromabwärtigen zweiten Turbinenstufe (2) einer Gasturbine, insbe sondere Flugtriebwerk-Gasturbine, wobei das Kühlsystem
eine erste Ventileinrichtung, die mit einem Kühlmediumeintritt (30) und ei nem ersten Kühlmediumaustritt (31) zu der ersten Turbinenstufe (1) verbun den ist,
eine zweite Ventileinrichtung, die mit einem Kühlmediumeintritt (30) und ei nem zweiten Kühlmediumaustritt (32) zu der zweiten Turbinenstufe (2) ver bunden ist,
- und einen Aktuator (40) zum Verstellen der ersten und zweiten Ventileinrich tung
aufweist, wobei der Aktuator (40)
- einen ersten Stellbereich (a) zum Verstellen eines Regelquerschnitts (A 1 ) der ersten Ventileinrichtung über einen ersten Verstellbereich bei geöffneter zweiter Ventileinrichtung und
- einen an den ersten Stellbereich (a) anschließenden oder von diesem beab- standeten zweiten Stellbereich (b) zum Verstellen des Regelquerschnitts (A l ) der ersten Ventileinrichtung über einen zweiten Verstellbereich
aufweist, wobei
- ein Regelquerschnitt (A2) der zweiten Ventileinrichtung im zweiten Stellbereich höchstens 25% eines Maximalwertes aufweist, insbesondere die zweite Ventileinrichtung im zweiten Stellbereich geschlossen ist, sowie ein minima ler Wert des ersten und zweiten Verstellbereichs um höchstens 50% vonei nander und/oder ein maximaler Wert (Almax) des ersten und zweiten Ver stellbereichs um höchstens 50% voneinander und/oder wenigstens ein Wert des ersten und zweiten Verstellbereichs um höchstens 10% voneinander abweichen; und/oder
- die zweite Ventileinrichtung einen ersten Durchlass (23) und eine Abde
ckung (21) mit einem zweiten Durchlass (24) aufweist, die durch den Aktua tor (40) relativ zueinander verstellbar, insbesondere verdreh- oder verschieb- bar, sind und einen Regelquerschnitt (A2) der zweiten Ventileinrichtung definieren.
2. Kühlsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung einen ersten Durchlass (13) und eine Abde ckung (1 1) mit einem zweiten Durchlass (14) aufweist, die durch den Aktuator (40) relativ zueinander verstellbar, insbesondere verdreh- oder verschiebbar, sind und den Regelquerschnitt (Al) der ersten Ventileinrichtung definieren.
3. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung und/oder die zweite Ventileinrichtung zwei konzentrische Hohlzylinder (1 1, 12, 21) aufweisen, wobei ein äußerer (12) dieser Hohlzylinder einen von dem ersten und zweiten Durchlass (13; 23) der Ventileinrichtung und ein innerer (11 ; 21) dieser Hohlzylinder den anderen von dem ersten und zweiten Durchlass (14, 24) der Ventileinrichtung aufweist.
4. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Ventileinrichtung ein gemeinsames Gehäuse (12) oder voneinander beabstandete Stellelemente aufweisen, die über eine durch den Aktuator verstellbare Kinematik gekoppelt sind.
5. Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Verstellbereich gegensinnig ausgebildet sind und/oder aneinander anschließen.
6. Gasturbine, insbesondere Flugtriebwerk-Gasturbine, mit wenigstens einer ersten Turbinenstufe (1), wenigstens einer stromabwärtigen zweiten Turbinenstufe (2) und einem Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Kühlen dieser Turbinenstufen.
7. Verfahren zum Kühlen der ersten und zweiten Turbinenstufe (1, 2) einer Gastur bine nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste und zweite Ventilein richtung durch den Aktuator (40) in einem ersten Betriebsmodus in dem ersten Stellbereich und in einem zweiten Betriebsmodus in dem zweiten Stellbereich verstellt werden (S20, S30).
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