Gasturbine mit flüssigkeitsgekühlten Laufschaufeln. Die Erfindung betrifft eine Gasturbine und bezieht sich auf die Ausbildun-- der Schaufeln, wobei diese durch ein Medium, z. B. Wasser, mit natürlicher Zirkulation, ge- küblt sind. Dadurch soll die Verwendung von Sonderwerkstoffen für Schaufeln und Rotor vermieden Lind ausserdem ermöglicht werden, die Betriebsteniperatur hinaufzusetzen.
Ii',rfindun,-sgenläss wird die Schaufelküh lung mit Hilfe einer Anzahl Bohrungen von <B>1</B> mm oder weniger durchgeführt, durch welche ein Kühlmittel vom Schaufelkopf zum Sehaufelfuss strömt.
Der Erfindungsgegenstand ist in den Fig. <B>1</B> bis<B>7</B> beispielsweise dargestellt. Fig. <B>1</B> zeigt einen Querschnitt durch den Rotor mit in Ansieht dargestellten Schaufeln. Fig. 2 stellt eine Laufseheibe und einige Laufsehau- feln dar. Fig. <B>3</B> zeigt den Grundriss zu Fig. 2, wobei eine Schaufel im Schnitt dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt eine nach der Linie A-A der Fig. 2 geschnittene Schaufel in vergrössertem Massstab. Fig. <B>5</B> zeigt den hülsenförmigen Ansatz einer Schaufel nach der Linie C-C der Fig. 2 geschnitten. Fig. <B>6</B> stellt eine Tur binenhälfte mit Rotor und Leitapparat im Schnitt dar. Fig. <B>7</B> zeigt die ganze Turbine mit Zu- und Abfuhr des Sekundärkühlmittels sowie mit der Einrichtung zur Messung des Wasserstandes des primären Kühlmittels im Schnitt.
<B>In</B> Fig. <B>1</B> zeig<B>1</B> die Schaufeln, welche in <B>C</B> Llt den Nuten 2 der Laufräder<B>3,</B> die mit Vor sprüngen 4 versehen sind, ihren Halt finden. Am Fuss<B>5</B> der Schaufel ist die Hülse<B>6</B> an geschweisst, welche in Fig. <B>5</B> im Querschnitt dargestellt ist. Den Querschnitt durch die Schaufel<B>1</B> zeigt Fig. 4.<B>7</B> sind äquidistant züm Umfang angeordnete feine Bohrungen von höchstens<B>1</B> mm<B>0,</B> welehe parallel zür Sehaufelaehse verlaufen.
In diesen strömt das Kühlmittel, z. B. Wasser, von aussen nach innen, gelangt dann in die Hülse<B>6</B> und von hier in den Raum<B>8</B> zwischen den Laufsehei- ben <B>3.</B> Das Kühlmittel strömt von innen nach aussen durch mindestens eine Bohrung <B>9</B> (Fig. 4), die grösseren Durchmesser hat als die Bohrungen<B>7.</B> Es wird dieser Bohrung<B>9</B> durch ein in der Hülse<B>6</B> (Fig. <B>5)</B> einge- sehweisstes Querrohr<B>1.0</B> zugeführt, wobei die Hülse an den beiden Eintrittsstellen<B>11</B> Boh rungen 12 besitzt, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Bohrungen<B>7</B> ist,
um Verunreinigungen von diesen fernzuhalten. Vom Qudrohr <B>10</B> gelangt das Wasser über ein Rohrstüek <B>13</B> (Fig. <B>1)</B> in die Bohrung<B>9.</B> Hierbei ist vorausgesetzt, dass der in der rotierenden Trommel sieh einstellende, ring förmige Wasserspiegel<B>1.5</B> näher zur Welle liege als die Bohrungen 12.
Das durch die Bohrung<B>9</B> radial nach aussen steigende Was ser verdampft nicht, da die Wärme. von dem in den feinen, näher dein Schaufehunfang ge legenen Bolir-Lingen <B>7</B> strömenden Wasser auf genommen wird und gelangt am äussersten Schaufelende in einen flachen Ra-ain <B>16,</B> der durch ein aufgeschweisstes SchaufelendsEick <B>17,</B> -welches dem Seliaufelprofil entspricht, ab geschlossen ist. Das Kühlmittel strömt nun durch die Bohrungen<B>7</B> nach einwärts, ver dampft zum Teil Lind tritt schliesslich durch die Hülsen<B>6</B> aus.
Der Kühlmittelkreislauf wird dadurch bewirkt, dass das Kühlmittel in den Bohrungen<B>7,</B> in denen es teilweise ver dampft, spezifisch leichter ist als in den Boh- rangen <B>9,</B> so dass der Fliehkraftdruck in den Bohrungen<B>7</B> kleiner ist als in den Bohrungen <B>9.</B> Der erzeugte Dampf gelangt durch die Rohre<B>18</B> in einen zentrisch gelegenen Hohl- rauin, in welchem Kühlsehlangen <B>26</B> (Fig. <B>6)</B> angeordnet sind.
Die Laufräder sind von Mänteln<B>19</B> am Aussenumfang umgeben. Die Mäntel<B>19</B> sind mit den Schaufeln<B>1</B> durch Sehweissung 20 verbunden (Fig. <B>1.).</B> A-Lieh die einzelnen Schaufeln jedes Kranzes sind miteinander an den Stellen 21 verschweisst (Fig. 2 und 3.).
Im Raum 22 (Fig. <B>1)</B> zwischen dem Man tel<B>19</B> und der Stirnseite der Laufräder<B>3</B> be findet sich der ringförmige Wasserkörper im Sinne der eingezeichneten Pfeile in Strömung, da die Zufuhr des Wassers an der Stirnseite des Rotors erfolgt, wie -unten an Hand von Fig. <B>6</B> beschrieben ist.
Der im Raum 22 gebildete Dampf strömt entlang der abgesehrägten Rotorstirnflächen gegen innen zu und gelangt im Sinne des Pfeils<B>D</B> in den Raum<B>8.</B> Von hier tritt er gemeinsam mit dem in den Schaufeln gebil deten Dampf dureh die Rohre<B>18</B> in den zen trischen Hohlraum. des Rotors ein. Die Was serzirkulation -um die Laufräder<B>3</B> wird durch radiale Nuten<B>23</B> im Fuss der Laufs ehaufelii sowie durch ähnliche Nuiten 24 in den Lauf rädern<B>3</B> ermöglicht. Die genannten Nuten sind in den Fig. 2 und<B>3</B> dargestellt.
Die Gesanitansicht des Rotors zeigt Fig. <B>6.</B> Es ist wieder<B>15</B> der Wasserspiegel des mit- rotierenden Wasserringes. Die durch die Rohre<B>18</B> in den mittig gelegenen Hohlrauin <B>25</B> strömenden Dampfmengen kondensieren an den mitrotierenden Rohren<B>26,</B> und das gebil dete Kondensat wird in der Folge zur Gänze dem Rotormantel wieder zugeführt.
Gegen die Fliehkraftwirkung sind die Rohre<B>26</B> durch Stützbleche<B>27</B> abgesteift, welche<B>Öff-</B> nungen<B>28</B> besitzen, entlang denen das kon densierte Kühlmittel längs der Z-,#linderfläeh(-, <B>29</B> bis zur Öffnung<B>030</B> strömt. Ein Riiek- strömen in die Rohre<B>18</B> wird durch das naeli, einwärts vorstehende Rohrende verhindert. Es gelangt demnach die Hauptmenge des Kon- densates über die Bohrung<B>30</B> in den Hohl raum<B>31</B> und von hier in den rotierenden Wasserkörper.
In der Folge strömt es über den Ringspalt 14 zur ersten Laufradreilie, dann über den Raum 22 zur zweiten usw. bis zur letzten Laufradreihe.
Die geschilderte Einrichtung schwächt die Festigkeit der Schaufel nur ganz geringfügig. gestattet jedoch an allen Stellen der Ober fläche eine ausserordentlich wirksame Küh- luing. Die Schaufeln<B>1</B> sind, wie beschrieben, mittels Vor- und Rücksprunges zwischen<B>je</B> zwei Laufradscheiben <B>0'</B> befestigt. Diese neh men die auftretenden,Fliehkräfte, welche von den Schaufeln herrühren, auf, sind aber nicht direkt dem Einfluss der strömenden, heissen Gase ausgesetzt, sondern noch von Mänteln<B>19</B> -umgeben.
Zwischen diesen und den Lauf rädern findet gleichfalls eine Zirkulation des Kühlmittels, bzw. eine Verdampfung desselben statt, wodurch die Mäntel. und die Laufräder gekühlt werden.
Der Eintritt der heissen Rauchgase in die Turbine<B>f</B>indet bei<B>32,</B> der Austritt der expan dierten und abgekühlten Gase bei<B>33</B> statt. 34 sind die Leitradreilien, welche entweder ungekühlt aus Spezialmaterial oder auf ge eignete Weise gel#ülllt ausgeführt werden können. Das Turbinengehäuse ist gleichfalls durch ein Kühlmittel, welches den Hohlraum. <B>35</B> durchströmt, gekühlt.
Durch die Kühlsehlangen <B>26</B> strömt ein sekundäres Kühlmittel, welches hierbei zum Teil verdampft. Der gebildete Dampf wird naeli aussen abgeführt. Dies ist aus Fig. <B>7</B> er sichtlich.
Das -,ektiiidäi,iiiittel, z. B. Wasser niedri geren Druckes, tritt durch die Rohrleitung<B>ä!)</B> und das innenliegende Rohr 40 in die Kühl schlangen<B>26</B> ein. Der Austritt erfolgt über die Drehstopfbüelise <B>36</B> in das feststehende Gehäuse<B>37,</B> wo das gebildete Danipf-Flüssig- keits-Geiniseh über die Rohrleitung<B>38</B> abge führt wird und<B>je</B> nach seiner Zusainmenset- zung'z. B. für Ileiz- oder Antriebszweehe verwendet werden kann.
Die Primärkühlmittelfüllung, welche im Betriebszustand durch den Spiegel<B>15</B> gekenn zeichnet ist, erfolgt erstmalig vor der ersten Inbetriebsetzung. Da der Primärteil des Ro tors in sieh vollkommen geschlossen ist, kann ein Verlust des Priniärkühlmittels nur durch Undiehtheiten entstehen.
Um den Flüssigkeitsstand des Primärmit tels a-uieh im Betrieb kontrollieren zu können, ist eine eigene Einrichtung vorgesehen. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass der Dampf(irtiek im mittig gelegenen Hohlraum <B>25</B> mittels eines fixen Manoineters 41 genies sen wird. Ausserdem wird an den Rotor an der Stelle 42 innerhalb des rotierenden Was serringes eine Rohrleitung 43 angeschlossen. welche über die Bohrung 44 zum fixen l#,lano- meter 45 führt. Die beiden Manometer sind druekseitig voneinander durch die Stopf büchse 46 getrennt.
Mittels einer Drehstopf- büchse 47 wird die Fuge zwischen rotierendem Teil und fesistehendeni Teil der Einrichtung gegen aussen abgedichtet.<B>Im</B> Betriebszustancl wird 'Manometer 41 auf den im Hohlraum<B>25</B> herrschenden Druck ansprechen, während Manometer 45 keinen Druck anzeigen wird, denn der Dampfdruek kann nicht entgegen der Flielikraft die im Rohr 43 vorhandene Wassersäule überwinden.
Verschiebt sieh jedoch der Spiegel<B>15</B> infolge eines Wasserver lustes bis ausserhalb der Ansehlussstelle 42, kann der Dampfdruek über Rohr 43 und Boh rung 44 wirken, und die Manoineter 45 -Lind 41 zeigen praktisch den gleichen Druck. Dies ist deinnaeh das Alarmzeichen, und die Tur bine muss in diesem Fall abgestellt werden.
Gas turbine with liquid-cooled rotor blades. The invention relates to a gas turbine and relates to the Ausbildun-- the blades, these by a medium such. B. water, with natural circulation, are küblt. This is to avoid the use of special materials for blades and rotor and also make it possible to increase the operating temperature.
The blade cooling is negligibly carried out with the aid of a number of bores of <B> 1 </B> mm or less, through which a coolant flows from the blade head to the blade root.
The subject matter of the invention is shown in FIGS. 1 to 7, for example. FIG. 1 shows a cross section through the rotor with the blades shown in perspective. FIG. 2 shows a running disk and some running shovels. FIG. 3 shows the plan view of FIG. 2, a blade being shown in section.
FIG. 4 shows a blade cut along the line A-A of FIG. 2 on an enlarged scale. FIG. 5 shows the sleeve-shaped extension of a blade cut along the line C-C in FIG. 2. Fig. 6 shows a turbine half with rotor and diffuser in section. Fig. 7 shows the whole turbine with the supply and discharge of the secondary coolant and the device for measuring the Average water level of the primary coolant.
<B> In </B> Fig. <B> 1 </B> show <B> 1 </B> the blades, which in <B> C </B> Llt the grooves 2 of the impellers <B> 3 , </B> which are provided with 4 projections before, find their hold. The sleeve <B> 6 </B>, which is shown in cross section in FIG. 5, is welded to the foot <B> 5 </B> of the blade. The cross section through the blade <B> 1 </B> is shown in FIG. 4. <B> 7 </B> are fine bores of at most <B> 1 </B> mm <B> 0, <arranged equidistant from the circumference / B> which run parallel to the Sehaufelaehse.
In this, the coolant flows, for. B. Water, from the outside in, then gets into the sleeve <B> 6 </B> and from here into the space <B> 8 </B> between the running jacks <B> 3. </B> The coolant flows from the inside to the outside through at least one bore <B> 9 </B> (FIG. 4) which has a larger diameter than the bores <B> 7. </B> This bore <B> 9 < / B> is supplied through a cross tube <B> 1.0 </B> welded into the sleeve <B> 6 </B> (Fig. <B> 5) </B>, the sleeve at the two entry points < B> 11 </B> has holes 12 whose diameter is smaller than the diameter of the holes <B> 7 </B>,
to keep contamination away from them. From the square pipe <B> 10 </B> the water reaches the bore <B> 9 </B> via a pipe piece <B> 13 </B> (Fig. <B> 1) </B> provided that the ring-shaped water level that is set in the rotating drum lies closer to the shaft than the bores 12.
The water rising radially outwards through the bore <B> 9 </B> does not evaporate because the heat. is absorbed by the water flowing into the fine Bolir-Lingen <B> 7 </B> placed closer to your display area and reaches a shallow ra-ain <B> 16 </B> at the outermost end of the shovel Welded-on shovel endsEick <B> 17, </B> -which corresponds to the Seliaufel profile, is closed. The coolant now flows inwards through the bores <B> 7 </B>, partially evaporates and finally exits through the sleeves <B> 6 </B>.
The coolant circuit is effected by the fact that the coolant in the bores 7, in which it partially evaporates, is specifically lighter than in the bores 9, so that the centrifugal force pressure is smaller in the bores <B> 7 </B> than in the bores <B> 9. </B> The generated steam passes through the tubes <B> 18 </B> into a centrally located hollow roughness in which cooling rods <B> 26 </B> (Fig. <B> 6) </B> are arranged.
The impellers are surrounded by jackets <B> 19 </B> on the outer circumference. The shells <B> 19 </B> are connected to the blades <B> 1 </B> by visual welding 20 (Fig. <B> 1.). </B> A-Lieh the individual blades of each ring are together welded at points 21 (Fig. 2 and 3.).
In space 22 (Fig. 1) between the casing 19 and the face of the impellers 3 there is the ring-shaped body of water as shown in the drawing Arrows in flow, since the water is fed in at the end face of the rotor, as described below with reference to FIG. 6.
The steam formed in space 22 flows towards the inside along the sawed-off rotor end faces and arrives in the direction of the arrow <B> D </B> into space <B> 8. </B> From here it emerges together with that in the blades Steam formed through the pipes <B> 18 </B> into the central cavity. of the rotor. The water circulation around the impellers <B> 3 </B> is made possible by radial grooves <B> 23 </B> in the foot of the barrel ehaufelii and by similar grooves 24 in the running wheels <B> 3 </B> . The mentioned grooves are shown in FIGS. 2 and 3.
The overall view of the rotor is shown in Fig. 6. It is again <B> 15 </B> the water level of the co-rotating water ring. The amounts of steam flowing through the pipes <B> 18 </B> into the centrally located hollow spaces <B> 25 </B> condense on the co-rotating pipes <B> 26 </B> and the condensate formed is subsequently completely fed back to the rotor shell.
Against the effect of centrifugal force, the pipes <B> 26 </B> are braced by support plates <B> 27 </B> which have <B> openings </B> openings <B> 28 </B> along which the Condensed coolant flows along the Z -, # linder surface (-, <B> 29 </B> up to the opening <B> 030 </B>. There is a backflow into the tubes <B> 18 </B> Prevented by the naeli, inwardly protruding pipe end, so the main amount of condensate gets through the bore <B> 30 </B> into the cavity <B> 31 </B> and from here into the rotating body of water.
As a result, it flows through the annular gap 14 to the first row of impellers, then over the space 22 to the second, etc. to the last row of impellers.
The device described weakens the strength of the blade only very slightly. however, it allows extremely effective cooling at all points on the surface. The blades <B> 1 </B> are, as described, attached by means of protrusions and recesses between <B> each </B> two impeller disks <B> 0 '</B>. These absorb the centrifugal forces that occur, which originate from the blades, but are not directly exposed to the influence of the flowing, hot gases, but are still surrounded by jackets.
Between these and the running wheels there is also a circulation of the coolant or evaporation of the same, whereby the jackets. and the impellers are cooled.
The hot flue gases enter the turbine <B> f </B> at <B> 32 </B> and the expanded and cooled gases exit at <B> 33 </B>. 34 are the stator reeds, which can be made either uncooled from special material or filled in a suitable manner. The turbine housing is also through a coolant, which the cavity. <B> 35 </B> flows through, cooled.
A secondary coolant flows through the cooling sections <B> 26 </B>, some of which evaporates in the process. The steam formed is discharged outside naeli. This can be seen from FIG. 7.
Das -, ektiiidäi, iiiittel, z. B. water of lower pressure, enters the cooling coils <B> 26 </B> through the pipe <B> ä! </B> and the inner pipe 40. The outlet takes place via the rotary stopper <B> 36 </B> into the stationary housing <B> 37 </B> where the formed Danipf liquid pipe drains off via the pipeline <B> 38 </B> will and <B> each </B> according to its composition'z. B. can be used for Ileiz- or propulsion purposes.
The primary coolant filling, which is marked by the mirror <B> 15 </B> in the operating state, takes place for the first time before the first start-up. Since the primary part of the rotor is completely closed in see, a loss of the primary coolant can only occur through leaks.
In order to be able to control the liquid level of the primary agent during operation, a separate device is provided. This can consist, for example, in the fact that the steam (irtiek in the central cavity <B> 25 </B>) is enjoyed by means of a fixed pressure gauge 41. In addition, a pipe 43 is connected to the rotor at point 42 within the rotating water ring which leads via the bore 44 to the fixed linear meter 45. The two manometers are separated from each other by the stuffing box 46 on the pressure side.
The joint between the rotating part and the fixed part of the device is sealed off from the outside by means of a rotary stuffing box 47. In the operating state, the pressure gauge 41 will respond to the pressure in the cavity 25, while manometer 45 will not show any pressure, because the steam pressure cannot overcome the water column present in pipe 43 against the flow force.
If, however, see the mirror <B> 15 </B> as a result of a loss of water to outside of the connection point 42, the steam pressure can act via pipe 43 and bore 44, and the pressure gauges 45-Lind 41 show practically the same pressure. This is almost the alarm signal and the turbine must be switched off in this case.