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Sammler von Treibgasen für das Leitrad der Gasturbine
Der Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Anordnung des Sammlers von Treibgasen für das Leitrad der Gasturbine, bestehend aus dem mit Druckluft ausgefüllten Aussengehäuse und dem Innengehäuse oder Leitwänden, die einen Kanal für den Durchfluss von Treibgasen zur Leitbeschaufelung bilden.
Der Wirkungsgrad und die Arbeitsleistung von Gasturbinen wird in sehr hohem Masse durch die Temperatur der Treibgase, die in der Turbine expandieren, beeinflusst. Die Höhe dieser Temperatur ist allerdings durch die Lebensdauer einer Reihe von Gasturbinenteilen begrenzt, die mit den Treibgasen in Berüh- rung kommen. Manche von diesen Teilen smd den Wirkungen hoher Temperatur und grosser mechanischer Beanspruchung gleichzeitig ausgesetzt, bei ändern machen sich überwiegend die Oxydations- und Korrosionswirkungen der Verbrennungsprodukte geltend. Einer von den kritischen Gasturbinenteilen ist die Leitbeschaufelung der ersten Stufe.
Ihre mechanische Beanspruchung ist zwar beträchtlich kleiner als die mechanische Beanspruchung der Laufschaufeln, dafür ist aber die Leitbeschaufelung der Wirkung der Treibgase ausgesetzt, die eine'höhere Temperatur haben als die Treibgase im Laufrad. Bei der Leitbeschaufelung macht sich auch die Ungleichmässigkeit in der Temperaturverteilung am Umfang stärker gelten, die die Ursache lokaler Temperaturspitzen und hiedurch hervorgerufener Korrosion ist. Diese Schwierigkeiten werden einerseits durch Verbesserung der Gleichmässigkeit des Temperaturfeldes am Umfang, anderseits durch Kühlung der Zylinder- oder Kegelflächen, die den Zuführungskanal von Treibgasen begrenzen, oder auch durch Kühlung von Leitschaufeln selbst, beseitigt.
Gemäss der Erfindung werden schädliche Wirkungen glühenderTreibgase dadurch wirksamer beseitigt, dass man in diesen vor jeder Leitschaufel eine Zone mit beträchtlich herabgesetzter Temperatur und beträchtlich herabgesetzter Konzentration von Korrosionskomponenten bildet. Dadurch sinkt wesentlich die Temperatur der Leitschaufeln, es sinken auch die Temperaturgradienten in denselben und es sinken entsprechende Zusatzspannungen, es vermindert sich die Bildung der Ansätze an den Schaufeln und es wird die Korrosion der Schaufelwerkstoffe begrenzt.
Diese beschriebenen Wirkungen werden gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass man in den abgrenzenden Wänden des Sammelkanals, durch den die Treibgase zur Leitbeschaufelung zugeführt werden, vor jeder Schaufel eine oder mehrere Bohrungen für die Zuführung der Luft in die Treibgase bildet. Die Grösse der Bohrungen bleibt entweder dieselbe oder sie ändert sich in derStrömungsrichtung der Treibgase. im Grunde sind aber die Bohrungen immer an der Stromlinie angebracht, längs welcher die den Schaufelrücken und den Schaufelunterteil umströmenden Treibgase geteilt werden.
Das Prinzip der Erfindung ändert sich aber weder mit der Form der Bohrungen noch durch die Einlegung entsprechender Ablenker'in die Bohrungen, oder durch den Anschluss von Düsen oder Stutzen, die entweder in den Druckluft- oder in den Treibgasraum eingreifen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gasturbinenleitrades gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. in Fig. l in einem durch Rotationsachse laufenden Schnitt, in den Fig. 2 und 3 im abgewickelten Zylinderschnitt und in den Fig. 4-11 schliesslich Ausführungsbeispiele verschiedener Bohrungsdurchführungen für die Luftzuführung in die Treibgase.
Die in Fig. l dargestellte Ausführung besteht aus den Leitschaufeln 1, die vom Aussenring 2 und vom Innenring 3 getragen werden. Der Aussenring 2 ist im Eintrittsgehäuse 4 zentriert, das durch das Zwischenstück 5 mit dem Träger daranfolgender Turbinenstufe 6 verbunden ist. Der Deckring 7 der Laufbeschaufelung erster Stufe bildet gleichzeitig den Eintrittskanal des Leitrades zweiter Stufe. Der Innenring 3 ist
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mittels der Laschen 8 und 9 in den Innenteil des Gehäuses 10 zentriert. Gemeinsam mit dem Ring 2 ist in dem Gehäuse 4 auch der Aussenteil 11 des Eintrittssammlers des Leitrades zentriert. Ähnlich ist gemeinsam mit dem Ring 3 in den Innenteil des Gehäuses 10 auch der Innenteil 12 des Eintrittssammlers des Leitrades zentriert.
In der Wand des Sammlers 11 sind in drei Reihen Bohrungen 13a. 13b, 13c angeordnet.
Ähnlich befinden sich in der Wand des Sammlers 12 die Bohrungen 14a, 14b, 14c.
In der Fig. 2, die den abgewickelten Zylinderschnitt durch das beschriebene Leitrad darstellt, ist gut zu ersehen, dass die Bohrungen 14a, 14b, 14c an der Stromlinie 15 angeordnet sind, längs welcher das den Rücken und den Unterteil der Leitschaufel l umströmende Medium geteilt wird. Im bezeichneten Beispiel ist eine Strömung im Sammler ohne Rotationskomponente und mit gleichmässiger Geschwindigkeitsverteilung dargestellt. Deshalb sind die Stromlinien 15 gleichlaufend und die Bohrungen 13 bzw. 14 sind in einzelnen Reihen a, b, c gleichmässig verteilt.
Der Raum zwischen dem Gehäuse 4 bzw. 10 und der Wand des Sammlers 11 bzw. 12 ist mit Druckluft ausgefüllt, deren absoluter Druck immer höher liegt als der absolute Druck der Treibgase im Innern des Sammlers. Infolgedessen strömt diese Luft durch Bohrungen 13a, 13b, 13c, 14a, 14b, 14c in die Treibgase ein und bildet so vor der Leitkante der Leitschaufeln 1 eine Zone von Gasen mit gesenkter Temperatur und verminderter Konzentration von Korrosionskomponenten.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Leitrades gemäss der Erfindung ist in Fig. 3 im abgewickelten Zylinderschnitt dargestellt. In dieser Figur bedeuten : 16 Gehäuse der Treibgassammler, 17 Mäntel der Verbrennungskammern, 18 Flammrohre, 19 Innengehäuse der Sammler, 20 Innenringe des Leitrades und 21 Leitschaufeln. Im Innengehäuse des Sammlers befinden sich die Bohrungen 22a, 22b, 22c, die an den Stromlinien 23 angebracht sind. Da die Stromlinien 23, längs welcher die den Rücken und den Unterteil der Leitschaufeln 21 umströmenden Treibgase geteilt werden, gekrümmt sind, haben die Bohrungen 22 in einzelnen Reihen a. b. c keine gleichmässig geteilte Teilung. Die Zahl derselben gleicht der Zahl der Leitschaufeln nur in der Reihe a. wogegen in den Reihen b und c die Zahl der Bohrungen kleiner ist als die Zahl der Leitschaufeln.
Eine nachträgliche Luftzuführung in die Treibgase ist durch die Bohrungen 25 im radial angeordneten Wandteil 19 gesichert. Diese Anordnung wird deshalb benutzt, weil die Grenzstromlinie 26, längs welcher das den Rücken und den Unterteil der Schaufel 21'umströmende Medium geteilt wird, von der Abfliesskante der Wand 19 ausgeht.
Die beschriebenen Bohrungen für die Luftzuführung in die Treibgase können eine runde Form haben,
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mit kleiner Oberfläche kann eine ovale, in Fig. 4 dargestellte Form von Bohrungen oder eine in Fig. 5 dargestellte Tropfenform vorteilhafter sein. Falls die Differenz zwischen den Luft-und Treibgasdrücken klein ist, kann die Anordnung von Bohrungen nach den Fig. 6 und 7 bzw. 8 und 9 zur wesentlichen Steigerung derLufteinströmungsgeschwindigkeit in die Treibgase dadurch beitragen, dass sie eine Teilausnutzung kinetischer Druckluftenergie sichert. Eine beträchtliche Orientierung der Druckluftströme in die durch dieLeitkante von Leitschaufeln laufendeEbene kann mit der Einlegung von Rohrstutzen nach Fig. 10 in einzelnen Bohrungen in den Wänden des Sammlers erreicht werden.
Wenn vor so einem Rohrstutzen die Hilfsluftzuführung so z. B. angeordnet wird, dass man in die ovale Bohrung einen runden Rohrstutzen einlegt ; wie dies in den Fig. 11 und 12 dargestellt ist, erreicht man nicht nur eine vollkommene Orientierung des Kühlluftstromes, sondern es wird auch eine volle Auskühlung des Rohrstutzens erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Sammler von Treibgasen für das Leitrad der Gasturbine, bestehend aus dem mit Druckluft gefüllten Aussengehäuse und dem Innengehäuse oder Leitwänden, die den Kanal für den Zufluss von Treibgasen zur Leitbeschaufelung bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse oder die Leitwand (11, 12) des Verteilers vor jeder Leitschaufel (1, 21) mit einer oder mehreren Bohrungen (13, 14,'22 abc) versehen sind, die an der Stromlinie (15, 23, 26) liegen, längs welcher die den Rücken und den Unterteil der Schaufel (1, 21) umströmenden Treibgase geteilt werden, wobei der Abstand der Bohrungen von der Leitkante der Schaufeln das Doppelte deren Teilung nicht übersteigt.