DE19757945B4

DE19757945B4 - Rotor für thermische Turbomaschine

Info

Publication number: DE19757945B4
Application number: DE19757945A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Beeck; Cornelis Dr. Striezenou
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1997-12-27
Filing date: 1997-12-27
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2017-12-28
Also published as: US6162018A; DE19757945A1; JPH11247604A

Abstract

Rotor (1) für thermische Turbomaschinen innerhalb eines Dampfkraftprozesses, insbesondere auf einer Welle angeordneten Verdichterteil (2), Mittelteil (3) und Turbinenteil (4), wobei
a) der Rotor (1) vorwiegend aus einzelnen miteinander verschweissten Rotationskörpern, deren geometrische Form zur Ausbildung von axialsymmetrischen Hohlräumen (5) zwischen den jeweils benachbarten Rotationskörpern führt, und einem zylindrischen Teil (16) am abgasseitigen Ende des Rotors (1) besteht,
b) ein sich um die Mittelachse (6) des Rotors (1) erstreckender, vom abgasseitigen Ende des Rotors (1) bis zum stromaufwärts letzten Hohlraum (5h) reichender weiterer, zylinderförmiger Hohlraum (7, 7') vorgesehen ist,
c) mindestens zwei Rohre (8, 9) mit voneinander verschiedenen Durchmessern und Längen, welche sich zumindestens teilweise in einer gewissen Länge überlappen, im zylinderförmigen Hohlraum (7) plaziert sind, wobei
d) die Rohre (8, 9) jeweils an mindestens einem Fixpunkt fest verankert sind,
e) die Fixpunkte der Rohre (8, 9) an axial unterschiedlichen Stellen liegen,
f) die...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen in seinem Inneren hohl ausgebildeten Rotor für thermische Turbomaschinen innerhalb eines Dampfkraftprozesses, welcher sehr gut thermisch regulierbar ist.

Es ist bekannt, Rotoren für Dampf- und Gasturbinen, für Verdichter, sowie für Turbogeneratoren aus einzelnen Rotationskörpern mit Hohlräumen aufzubauen. Aus DE 26 33 829 C2 sind beispielsweise Rotoren bekannt, die aus scheiben- oder hohlzyfinderförmigen Schmiedestücken aufgebaut sind, wobei die einzelnen Scheiben bzw. Trommeln (Hohlzylinder) im Mittelteil des Rotors bevorzugt eine konstante Dicke aufweisen. Die Scheiben bzw. Trommeln werden dabei mittels volumenarmer Schweissnähte miteinander verbunden.

Um beispielsweise die Betriebstemperaturen von Gasturbinenrotoren während des Vollastbetriebes etwa konstant zu halten, müssen diese gekühlt werden. In DE-PS 949 611 wird z. B. ein verspannter, d.h. verschraubter Rotor offenbart, bei dem in einem äusseren Ringraum flüssiges Kühlmittel zugeführt wird und ein inneres Rohr zur Abführung von Dampf vorgesehen ist. Aus DE 528 898 ist eine Kühlung von umlaufenden Wellen mittels durch Hohlräume der Welle geführter Kühlflüssigkeit bekannt. Zu Kühlzwecken ist es auch üblich, durch das abgasseitige Wellenende in den Rotor Kühlluft einzubringen. Im Rotor ist deshalb eine zentrale Bohrung vorhanden, welche sich vom abgasseitigen Wellenende bis zur letzten Turbinenscheibe erstreckt. Diese Bohrung bildet den Rotorkühlluftkanal. Die Kühlluft wird einer bestimmten Verdichterstufe entnommen und über eine spezielle Rohrleitung in die zentrale Bohrung am abgasseitigen Ende des Rotors eingebracht, wobei der Übergang Rohrleitung/Rotor mit Labyrinthdichtungen abgedichtet ist. Die Kühlluft durchströmt den Rotorkühlluftkanal und anschliessend den Hohlraum zwischen den beiden Turbinenscheiben, bevor sie die Turbinenschaufeln passiert bzw. durch radiale Hohlräume auf die Rotoroberfläche gelangt und sich mit der Abgasströmung mischt.

Mit dieser bekannten Anordnung ist zwar eine Kühlung des Rotors möglich, wenn einmal der Vollastbetrieb erreicht ist, so dass dadurch geringe Schaufelspiele und hohe Wirkungsgrade realisierbar sind. Eine positive Beeinflussung des Rotors unter transienten Betriebsbedingungen, die auf Grund des unterschiedlichen thermischen Verhaltens von Rotor und Stator besonders kritisch sind, ist aber nicht möglich.

Aus EP 0 761 929 A1 ist ein Rotor für thermische Turbomaschinen bekannt, der diese Nachteile weitgehend beseitigt. Bei diesem Rotor, insbesondere auf einer Welle angeordneten Verdichterteil, Mittelteil und Turbinenteil, wobei der Rotor vorwiegend aus einzelnen miteinander verschweissten Rotationskörpern besteht, deren geometrische Form zur Ausbildung von axialsymmetrischen Hohlräumen zwischen den jeweils benachbarten Rotationskörpern führt, sind ein sich um die Mittelachse des Rotors erstreckender, vom stromabwärtigen Ende des Rotors bis zum stromaufwärts letzten Hohlraum reichender weiterer, zylinderförmiger Hohl raum vorgesehen und mindestens zwei Rohre mit voneinander verschiedenen Durchmessern und Längen, welche sich zumindestens teilweise überlappen und im zylinderförmigen Hohlraum plaziert sind, wobei die Rohre jeweils an mindestens einem Fixpunkt fest verankert sind und die Fixpunkte der Rohre an axial unterschiedlichen Stellen liegen. Die Rohre sind jeweils mit mindestens zwei Durchgangsöffnungen im Mantel versehen, wobei mindestens eine Öffnung im Turbinenteil und mindestens eine Öffnung im Verdichter- bzw. Mittelteil angeordnet sind und sich die Öffnungen der verschiedenen Rohre im warmen Betriebszustand im Turbinenteil überlappen, während sie sich im kalten Zustand im Verdichter- und Mittelteil überlappen. Dieser Rotor ist durch Zuführung von Luft thermisch regulierbar.

Der Nachteil dieser aus EP 0761 929 A1 bekannten Lösung besteht darin, dass verhältnismässig viel Luft zur thermischen Regulierung des Rotors benötigt wird, weil die Wärmeübergangszahl niedrig ist. Die Bereitstellung dieser Luft bereitet einen zusätzlichen Aufwand.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, diesen Nachteil zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor einer Turbomaschine so zu gestalten, dass er innerhalb kürzester Zeit seinen Betriebszustand erreicht und er schneller thermisch regulierbar ist, d.h. je nach Anforderung mit relativ wenig Aufwand heiz- oder kühlbar ist.

Erfindungsgemäss wird dies bei einem Rotor gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch erreicht, dass der Hohlraum im zylindrischen Teil am abgasseitigen Ende des Rotors von der Innenwand des durch den Rotor durchgehenden Rohres begrenzt und zur Zuführung von Dampf vorgesehen ist, und dass das Rohr im zylindrischen Teil am abgasseitigen Ende des Rotors von einem weiteren, konzentrisch um das Rohr angeordneten Hohlraum umgeben ist, welcher zur Abführung von Dampf vorgesehen ist, wobei der weitere Hohlraum im zylindrischen Teil am abgasseitigen Ende des Rotors vom besagten Rohr und einem weiteren, dazu konzentrisch angeordneten Rohr, welches unmittelbar mit dem Rotor verbunden ist, begrenzt ist, und die beiden Rohre über umfangsmässig verteilte Stützen miteinander verbunden sind.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass der Rotor bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen wahlweise heiz- oder kühlbar ist, er sehr schnell reagiert, und der Dampf in der Maschine weiter verwendet werden kann, beispielsweise zur Kühlung der Turbinenschaufelfüsse, der Schaufeln oder Wärmestausegmente.

Es ist besonders zweckmässig, wenn einerseits der Rotor und andererseits die Rohre aus unterschiedlichem Material mit möglichst grosser Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen. Dann ist die Regulierung besonders gut durchführbar.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Löcher über den Umfang der Rohre verteilt angeordnet sind und die Löcher des im Umfang kleineren Rohres beim Aussendurchmesser mit Nuten versehen sind. Dadurch ist keine genaue Justierung der Rohre beim Einbau in den Rotor notwendig.

Ausserdem ist es zweckmässig, wenn der Durchmesser d_H1 des zylinderförmigen Hohlraumes im Bereich zwischen dem ersten und dem letzten Hohlraum grösser ist als der Aussendurchmesser d_2a des im Umfang grössten Rohres, wobei an diesem Rohr ein Mittel zum Abdichten des Mittelteiles vom Turbinenteil, beispielsweise ein speziell ausgebildetes Zentrierstück, angeordnet ist, weiches nur im warmen Betriebszustand als Abdichtung wirksam wird. Dadurch wird neben den oben genannten Vorteilen der Durchfluss des Dampfes gewährleistet.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine dargestellt, die beispielsweise in einer Kombi-Anlage mit einer Dampfturbine kombiniert ist.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt des Rotors;
2a einen vergrösserten Teillängsschnitt im Bereich A von 1 in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung;
2b einen vergrösserten Teillängsschnitt im Bereich A von 1 in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung;
2c einen Querschnitt von 2a entlang der Linie IIc-IIc;
2d einen Querschnitt von 2b entlang der Linie IId-IId;
3 einen vergrösserten Teillängsschnitt im Bereich B von 1;
4 einen vergrösserten Teillängsschnitt im Bereich C von 1;
5 einen vergrösserten Teillängsschnitt im Bereich D von 1;
6 einen vergrösserten Teillängsschnitt im Bereich E von 1;
7 einen Längsschnitt des Rotors eines zweiten Ausführungsbeispieles;
8 einen Längsschnitt des Rotors eines dritten Ausführungsbeispieles.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die Laufschaufeln und die Lager des Rotors, sowie der Schaufelträger, die Brennkammer, das Abgasgehäuse der Gasturbine und der Dampfkreislauf. Die Strömungsrichtung des Dampfes ist mit Pfeilen bezeichnet.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der 1 bis 8 näher erläutert.
1 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemässen Rotors 1 einer einwelligen axialdurchströmten Gasturbine. Der Rotor 1 besteht aus einem Verdichterteil 2, einem Mittelstück 3 und einem Turbinenteil 4. Er ist aus einzelnen rotationskörperförmigen Scheiben mittels einer volumenarmen Schweissnaht nach DE 26 33 829 C2 aufgebaut. Diese begrenzen im Inneren des Rotors 1 mehrere, in diesem Ausführungsbeispiel acht, rotationssymmetrische Hohlräume 5a bis 5h, wobei sich die Hohlräume 5a und 5b im Turbinenteil 4, der Hohlraum 5c im Mittelteil 3 und die Hohlräume 5d bis 5h im Verdichterteil 2 befinden. Der sich um die Rotorachse 6 vom abgasseitigen Ende (linke Seite in 1) über fast die gesamte Länge erstreckende zylinderförmige Hohlraum 7, 7' hat im Bereich zwischen dem ersten und letzten Hohlraum 5a, 5h, also im Bereich zwischen der ersten Verdichterscheibe und der zweiten, hier letzten Turbinenscheibe, einen grösseren Durchmesser d_H1 als im zylindrischen Teil 16 von der letzten Turbinenscheibe bis zum abgasseitigen Ende des Rotors 1 (d_H2).
Im zylinderförmigen Hohlraum 7 sind zwei Rohre 8, 9 mit voneinander verschiedenem Durchmesser und verschiedener Länge angeordnet. Das kürzere Rohr 8 mit einer Länge I₁ und einem Innendurchmesser d_1i ist am verdichterseitigen Ende des Hohlraumes 7 am Verdichterteil 2 des Rotors 1 fest fixiert und reicht bis in den Turbinenteil 4, während das längere Rohr 9 mit einer Länge I₂ und einem Aussendurchmesser d_2a am anderen Ende des Hohlraumes 7', also am abgasseitigen Ende der Turbine 4 fest fixiert ist. Es gilt etwa: d_H2 = d_2a= d_1i.
Insoweit ist der Rotor aus der genannten Druckschrift EP 0 761 929 A1 bekannt.
Erfindungsgemäss ist nun der Hohlraum 7' im zylindrischen Teil 16 am abgasseitigen Ende des Rotors 1 vom durch den Rotor 1 durchgehenden Rohr 9 begrenzt und zur Zuführung von Dampf vorgesehen, wobei ausserdem das Rohr 9 im zylindrischen Teil 16 am abgasseitigen Ende des Rotors 1 von einem weiteren, konzentrisch um das Rohr 9 angeordneten Hohlraum 17 umgeben ist, welcher zur Abführung von Dampf 15 vorgesehen ist.
In den 2 bis 6 sind vergrösserte Teillängsschnitte der Rohre 8, 9, welche die Funktion von Regulierstäben haben, in verschiedenen Bereichen des Rotors 1 dargestellt. Der obere Teil der Zeichnung (3 bis 6) verdeutlicht jeweils den kalten Zustand und der untere Teil der Zeichnung den warmen Zustand.
2a und 2c zeigen das abgasseitige Ende 16 des Rotors 1 im Bereich A von 1 in einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung. In diesem Bereich (zylinderförmiger Teil 16) ist neben dem mittig angeordneten Rohr 9 ein weiteres Rohr 9a mit einer Länge I₃ und einem Innendurchmesser d₃, welcher grösser als der Aussendurchmesser d_2a des Rohres 9 ist, konzentrisch um das Rohr 9 angeordnet, so das ein weiterer Hohlraum 17 gebildet wird. Stützen 18 verbinden die beiden Rohre 9 und 9a fest miteinander. Die Rohre 9 und 9a sind mit Hilfe eines angeschraubten Flansches 10 über Schrauben 11 fest mit dem Rotor 1 verbunden. Im Bereich A von 1 sind somit im Inneren des Rotors 1 die Rohre 9 und 9a vorhanden. Über den Hohlraum 7' wird Dampf 15 in den Rotor eingeleitet, über den Hohlraum 17 verlässt der Dampf 15 den Rotor.
2b und 2d zeigen das abgasseitige Ende 16 des Rotors 1 im Bereich A von 1 in einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung. Im zylindrischen Teil 16 des Rotors 1 ist wie bei der Ausführungsvariante gemäss 2a das Rohr 9 mittig im Rotor 1 angeordnet. Es begrenzt den Hohlraum 7', der im Inneren vom Rohr 9 vorhanden ist. wischen dem Rohr 9 und dem Rotor 1 ist ein weiterer Hohlraum 17 vorhanden aufgrund einer überdimensionierten Bohrung. Das Rohr 9 ist über aufgeschweisste Teile 19, beispielsweise Flügel, mit dem Rotor 1 verbunden, so dass während des Betriebes ein Flattern vermieden wird. Auch hier wird über den Hohlraum 7' Dampf 15 in den Rotor 1 eingeleitet und über den Hohlraum 17 Dampf 15 aus dem Rotor 1 herausgeleitet. Im Bereich A (s. 1) ist somit in diesem Beispielsfall nur ein Rohr 9 im Inneren des Rotors 1 vorhanden.
Die nachfolgend beschriebenen Bereiche B bis E in 1 sind bei den beiden Varianten gemäss 2a und 2c, bzw. 2b und 2d, jeweils gleich.
Im Bereich B (Übergang vom Mittelteil 3 zum Turbinenteil 4, siehe 3) überlappen sich die beiden Rohre 8 und 9. Am äusseren Rohr 8 ist hier ausserdem ein Mittel 12 zum Abdichten des Mittelteiles 3 vom Turbinenteil 4 angebracht, welches nur im warmen Betriebszustand zwecks Abdichtung wirksam wird. Das Mittel 12 ist ein Zentrierstück, welches über Schrauben 12 mit dem Rotor 1 zusammengeschraubt ist. Das Zentrierstück dient zugleich als Regulierstück, indem es im kalten Zustand ungehindert Dampf hindurchlässt und im warmen Zustand den Mittelteil 3 und den Turbinenteil 4 voneinander abdichtet.
Die Rohre 8, 9 weisen über den Umfang verteilte Öffnungen 13 auf, wobei sich im Bereich B im kalten Zustand die Öffnungen 13 an verschiedenen Stellen der axialen Länge befinden, während sie sich im warmen Zustand genau überlappen und somit eine durchgängige Öffnung 13 bilden.
4 zeigt die beiden Rohre 8, 9 jeweils in der Mitte der Hohlräume 5c bis 5g, also im Bereich C. Hier sind die Bohrungen 13 in den Rohren 8, 9 so angebracht, dass sie im kalten Zustand der Anlage genau übereinanderliegen und so eine durchgängige Öffnung 13 bilden. Im warmen Zustand sind die Öffnungen 13 dagegen gegeneinander versetzt.
In 5 ist der Bereich D dargestellt. Das ist der Übergang vom Verdichterteil 2 zum Mittelteil 3. In diesem Bereich sind keine Bohrungen 13 in den Rohren 8, 9 vorhanden. Über die Rohre 8, 9 wurde hier ein weiteres Zentrierstück 14 geschoben, welches mittels Schrauben 11 am Verdichterteil 2 fest verbunden ist. Das Zentrierstück 14 dient als Stütze der Rohre 8, 9.
6 zeigt den Bereich E, also den Bereich, in dem das Rohr 8 mit dem grösseren Durchmesser am Verdichterteil 2 befestigt ist. Das Rohr 8 wird mit einem Flansch 10 auf Anschlag zusammengeschraubt und mit Schrauben 11 am Verdichterrotor 2 befestigt. Die Fixierung der Rohre (8, 9, 9a) kann in anderen Ausführungsbeispielen selbstverständlich auch in anderer Art und Weise erfolgen, z. B. mittels Schweissen, Schrumpfen oder Klemmen.
Die Wirkungsweise der thermischen Regulierung ist folgende:
Beim Start der Gasturbine, also im kalten Zustand, muss der Rotor 1 erwärmt werden, damit er möglichst schnell seinen Betriebszustand erreicht. Aus diesem Grunde wird dem Dampfkreislauf eine bestimmte Menge Dampf 15 entnommen oder beim Anfahren der Anlage erzeugt, und am stromabwärtigen Ende (16) des Rotors 1 in den Hohlraum 7' geleitet. Da die beiden Rohre 8, 9 bzw. der Rotor 1 noch kalt sind, sind die Öffnungen 13 der Rohre 8 und 9 im Bereich der Turbine (Bereich B, 3, oberer Teil) zueinander versetzt, während sie sich in den Bereichen C und E, also im Verdichterteil 2 und im Mittelteil 3 überlappen und somit eine durchgängige Öffnung 13 bilden. Das bedeutet, dass der Dampf 15 vom stromabwärtigen Ende des Rotors 1 über den Turbinenteil 4 im Rohr 9 entlangströmt und über die in diesem Ausführungsbeispiel sechs Öffnungen 13 in den Bereichen C und E (siehe 1, 4 und 6) in den Verdichterraum geleitet wird. Von dort aus durchquert der Dampf den ganzen Rotor und wird danach z. B. zur Kühlung der Turbinenschaufelfüsse verwendet. Er verlässt den Rotor 1 durch den Hohlraum 17 und gelangt zurück in den geschlossenen Kreislauf mit der Dampfturbine.
Der Rotor 1 wird nun gleichmässig erwärmt und dehnt sich aus, ebenso die als Regulierstäbe wirkenden Rohre 8, 9. Da die Wärmeausdehnungskoeffizienten vom Rotor 1 und den Regulierstäben 8, 9 zwecks effektiver Regulierung einen grossen Unterschied haben sollten, wird als Material für den Rotor 1 schweissbarer Stahl und für die Rohre 8, 9 z. B. Aluminium oder Kunststoff gewählt.
Soll nun im warmen Zustand der Rotor 1 gekühlt werden, wird der Dampf 15 nur in den Turbinenteil 4 geleitet, so dass er nur den Turbinenbereich kühlen muss. Diese Regelung geschieht thermisch, da auf Grund der Wärmedehnung der beiden Rohre 8, 9, die wegen der an unterschiedlichen Stellen erfolgten jeweiligen Fixierung in entgegengesetzte Richtung wirkt, die Öffnungen 13 in den beiden Rohren 8, 9 in den Bereichen C und E nunmehr gegeneinander versetzt sind, während im Bereich B die Öffnungen 13 übereinanderstehen, so dass der Dampf 15 durch diese durchgehenden Öffnungen problemlos in den Turbinenteil 4 gelangt (siehe 3, unterer Teil).
Es erfolgt eine einfache thermische Regulierung des Rotors, wobei der Dampf im Turbinenbereich zur Kühlung z. B. der Schaufelfüsse verwendet werden kann. Anschliessend wird er im geschlossenen Kreislauf der Dampfturbine zurückgeführt. wird. Der Dampf kann auch gezielt dem Gasturbinenprozess zugemischt werden, um z. B. die Leistung zu erhöhen.
Die Rohre 8, 9 können gegeneinander verdreht sein, da bei den Durchgangslöchern die Rohre mit Nuten versehen sind. Ausserdem sind an verschiedenen, in den Figuren nicht gezeigten Stellen noch wärmebeständige Dichtungen angeordnet, welche auch der Stabilisierung der Rohre 8, 9 dienen.
Da beim Anfahren einer Kombi-Anlage häufig noch kein Dampf zur Verfügung steht, muss eine Umschaltvariante vorgesehen werden, um die Funktion notfalls durch ein anderes Medium, z. B. Luft zu gewährleisten. Diese Umschaltvorrichtung befindet sich sinnvollerweise ausserhalb der Gasturbine.
Verglichen mit Luft werden nur geringe Mengen an Dampf benötigt, da die Wärmeübergangszahlen weit höher sind als bei Luft.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei der obere Teil der Zeichnung wieder den kalten Zustand des Rotors zeigt und der untere Teil den warmen Zustand. Es unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass das äussere Rohr 8 nur jeweils eine Öffnung 13 im Turbinenteil 4 und im Verdichterteil 2 und das innere Rohr 9 nur eine Öffnung 13 im Turbinenteil 4 aufweist, wobei im kalten Zustand nur die Öffnung 13 im Verdichterteil 2 für den Dampf 15 durchlässig ist, der dann über die Hohlräume 5 in den Mittelteil 3 und in den Turbinenteil 4 und schliesslich zu den nicht dargestellten Turbinenschaufeln strömt. Im warmen Zustand (siehe unterer Teil der Zeichnung) wird durch die erfolgte Wärmedehnung die Öffnung 13 im Verdichterteil 2 geschlossen, während sich die Öffnungen 13 im Turbinenteil 4 überlappen und somit einen Durchlass für den Dampf 15 bilden. Das am Rohr 8 befestigte Absperrglied 12 verhindert eine Dampfströmung im warmen Zustand in den Mittel- bzw. Verdichterteil (2, 3).
Die in 8 dargestellte Ausführungsvariante hat infolge der Anpassung des Durchmessers des zylinderförmigen zentralen Hohlraumes 7 an die Durchmesser der Rohre 8, 9 gegenüber den oben beschriebenen Beispielen den Nachteil, dass der Dampf 15 im Mittelteil 3 und im Verdichterteil 2 des Rotors 1 nicht mehr weitergeleitet wird (ausser im Bereich 5h). Dieser ist zwar z.B. durch zusätzliche Öffnungen im Mittelteil 3 und im Verdichterteil 2 aus dem Rotor 1 abführbar, das führt aber zu hohen Verlusten.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die hier gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie ist auch auf andere Turbomaschinen anwendbar, beispielsweise Dampfturbinen und Turbolader.

1: Rotor
2: Verdichterteil
3: Mittelteil
4: Turbinenteil
5a-5h: Hohlräume im Rotor
6: Mittelachse
7, 7': zylinderförmiger Hohlraum
8: Rohr mit grösserem Durchmesser als Pos. 9
9: Rohr mit kleinerem Durchmesser als Pos. 8
9a: Rohr mit grösserem Durchmesser als Pos. 9, angeordnet in Pos. 16
10: Flansch
11: Schraube
12: Mittel zum Abdichten von Pos. 3 und 4
13: Öffnung in Pos. 8, 9
14: Zentrierstück
15: Dampf
16: zylindrischer Teil am abgasseitigen Ende von Pos. 1
17: weiterer Hohlraum in Pos. 16
18: Stützen zwischen Pos. 9a und Pos. 9
19: angeschweisste Teile an Pos. 9 und Pos. 16
I₁: Länge von Pos. 8
I₂: Länge von Pos. 9
I₃: Länge von Pos. 9a
d_1i: Innendurchmesser von Pos. 8
d_1a: Aussendurchmesser von Pos. 8
d_2a: Aussendurchmesser von Pos. 9
d_3i: Innendurchmesser von Pos. 9a
d_H1: Durchmesser von Pos. 7 im Bereich von Pos. 5a-5h
d_H2: Durchmesser von Pos. 7 im Bereich der letzten Turbinenscheibe bis
: zum stromabwärtigen Ende des Rotors

Claims

Rotor (1) für thermische Turbomaschinen innerhalb eines Dampfkraftprozesses, insbesondere auf einer Welle angeordneten Verdichterteil (2), Mittelteil (3) und Turbinenteil (4), wobei a) der Rotor (1) vorwiegend aus einzelnen miteinander verschweissten Rotationskörpern, deren geometrische Form zur Ausbildung von axialsymmetrischen Hohlräumen (5) zwischen den jeweils benachbarten Rotationskörpern führt, und einem zylindrischen Teil (16) am abgasseitigen Ende des Rotors (1) besteht, b) ein sich um die Mittelachse (6) des Rotors (1) erstreckender, vom abgasseitigen Ende des Rotors (1) bis zum stromaufwärts letzten Hohlraum (5h) reichender weiterer, zylinderförmiger Hohlraum (7, 7') vorgesehen ist, c) mindestens zwei Rohre (8, 9) mit voneinander verschiedenen Durchmessern und Längen, welche sich zumindestens teilweise in einer gewissen Länge überlappen, im zylinderförmigen Hohlraum (7) plaziert sind, wobei d) die Rohre (8, 9) jeweils an mindestens einem Fixpunkt fest verankert sind, e) die Fixpunkte der Rohre (8, 9) an axial unterschiedlichen Stellen liegen, f) die Rohre (8, 9) jeweils mit mindestens zwei Durchgangsöffnungen (13) im Mantel versehen sind, wobei mindestens eine Öffnung (13) im Turbinenteil (4) und mindestens eine Öffnung (13) im Verdichter- (2) bzw. Mittelteil (3) angeordnet sind und g) sich die Öffnungen (13) der verschiedenen Rohre (8, 9) im warmen Betriebszustand im Turbinenteil (4) überlappen, während sie sich im kalten Zustand im Verdichter- (2) und Mittelteil (3) überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass h) der Hohlraum (7) im zylindrischen Teil (16) am abgasseitigen Ende des Rotors (1) von der Innenwand des durch den Rotor (1) durchgehenden Rohres (9) begrenzt und zur Zuführung von Dampf (15) vorgesehen ist, und i) das Rohr (9) im zylindrischen Teil (16) am abgasseitigen Ende des Rotors (1) von einem weiteren, konzentrisch um das Rohr (9) angeordneten Hohlraum (17) umgeben ist, welcher zur Abführung von Dampf vorgesehen, wobei der Hohlraum (17) vom Rohr (9) und einem dazu konzentrisch angeordneten Rohr (9a), welches unmittelbar mit dem Rotor (1) verbunden ist, begrenzt ist, und die beiden Rohre (9, 9a) über umfangsmässig verteilte Stützen (18) miteinander verbunden sind.
Rotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits der Rotor (1) und andererseits die Rohre (8, 9) aus unterschiedlichem Material mit möglichst grosser Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen.
Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (13) jeweils über den Umfang der Rohre (8, 9) verteilt angeordnet sind.
Rotor (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher (13) des im Umfang kleineren Rohres (9) beim Aussendurchmesser mit Nuten versehen sind.
Rotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d_H1) des zylinderförmigen Hohlraumes (7) im Bereich zwischen dem ersten und dem letzten Hohlraum (5a, 5h) grösser ist als der Aussendurchmesser (d_2a) des im Umfang grössten Rohres (8), und dass am Rohr (8) oder am Rotor (1) ein Mittel (12) zum Abdichten des Mittelteiles (3) vom Turbinenteil (4) angeordnet ist, welches nur im warmen Betriebszustand als Abdichtung wirksam wird.