DE2003954B2 - Ueber rohrleitungen und ventile beaufschlagte gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine über Rohrleitungen und Ventile beaufschlagte Gasturbine, insbesondere Industrie-Abgasturbine, zur Verwertung der Abgase chemischer oder petrochemischer Prozesse, deren Rotor gekühlt wird.

Im Dampfturbinenbau ist es üblich, das Turbinengehäuse außen zu isolieren und somit die Gehäusetemperatur auf die entsprechende Dampftemperatur ansteigen zu lassen. Die Gründe dafür liegen in den hohen Innendrücken, derenthalben die Gehäusedurchmesser möglichst klein gehalten werden müssen. Die Isolation kann daher nur außen angebracht werden. Im Gasturbinenbau hingegen ist es üblich, das Turbinengehäuse innen zu isolieren. Dazu werden in das Hauptgehäuse Führungsgehäuse eingesetzt, die den Gasstrom lenken und der vollen Temperatur standzuhalten haben, aber nicht druckdicht sind. Um das Führungsgehäuse wird Isolationsmaterial eingelegt, so daß das Außengehäuse nur den Druck aufzunehmen hat, jedoch kalt bleibt und daher außen nicht mehr isoliert wird. Bei Gasturbinen, die mit einem Kompressor zusammenarbeiten und über einen großen Eintrittsflansch mit Gas beaufschlagt werden, ist eine solche Konstruktion leicht durchzuführen.

Wie beispielweise in der GB-PS 5 82 825 aufgezeigt, erfolgt die Regelung einer Gasturbine zur Krafterzeugur.g bzw. einer Gasturbinenanlage zur Krafterzeugung nicht nur Ventile sondern durch Regelung der Eintrittstemperatur in die Gasturbine. Eine derartige Gasturbine treibt einen Kompressor an und einen Generator, so daß bei Netzausfall des Generators der Kompressor genügendes Bremsmoment liefert, um ein Hochlaufen des Gasturbosatzcs auf zu hohe Drehzahlen zu verhindern.

In diesem Fall ist daher die Regelung der Eintrittstemperatur völlig ausreichend und Regelventile sind nicht erforderlich. Dieser normalen Gasturbine mit Kompressorantrieb wird die Luft vom Kompressor bzw. das Heißgas über einen großen Flansch zugeführt. Innerhalb des eigentlichen Turbinengehäuses ist ein Führungsgehäuse vorgesehen. Die stagnierende Luft 2.wischen dem Führungsgehäuse und dem Hauptgehäuse isoliert das letztere gegen die Heißgastemperatur.

Bei Abgasturbinen, die das Gas über Rohrleitungen und Ventile zugeführt erhalten, sind die obengenannten Lösungen nicht zielführend. Hier ist es nicht möglich, das Außengehäuse völlig kalt zu halten.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Vorschlages ist es, auch bei über Rohrleitungen und Ventile beaufschlagte Gasturbinen mit gekühltem Rotor den heißen Teil des Gehäuses auf eine möglichst geringe axiale Länge zu beschränken und gleichzeitig einen sauberen Übergang der Temperatur zwischen heißen und kalten Gehäuseteilen zur Verminderung der Wärmespannungen herbeizuführen.

Um im Betrieb geringe Radialspalte einhalten zu können, soll auch der Leitschaufelträger nur ungefähr die gleiche Temperatur erlangen w^;e der Rotor.

Diese Aufgabe wird bei einer Gasturbine der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Einlaßventile tragende Gehäuseteil von der übrigen Turbine thermisch getrennt ist, inuem der erste Leitschaufelkranz von einem im Turbinengehäuse wärmebeweglich aufgehängten, an seiner Rückseite mit wärmedämmendem Material belegten Zwischenboden getragen wird und die weiteren Leitschaufelkränze in einem an seiner dem Strömungskanal abgewandten äußeren Oberfläche gekühlten und gegen den Strömungskanal thermisch isolierten Leitschaufelträger gelagert sind.

Die vorgeschlagene Konstruktion vereinigt somit gewissermaßen die Vorteile der bekannten Ausführung des Gehäuses von Dampfturbinen mit aufgesetzten Ventilen und des Gasturbinengehäuses mit innerer Isolation, wobei die Trennstelle in den Bereich des ersten Leitschaufelkranzes verlegt ist. Dies ist zweckmäßig, da in diesem bereits ein beträchtlicher Temperaturabfall bei der Expansion stattfindet. Es wird somit der Vorteil direkt auf das Gehäuse aufgesetzter, auf Heißgastemperatur befindlicher Ventile gewahrt und andererseits der Vorteil eines gekühlten Rotors und Leitschaufelträgers. Da jedoch der erste Leitschaufel kranz und der gekühlte Leitschaufelträger verschiedene Temperaturen aufweisen, erhalten sie auch verschiedene Aufhängungen und können sich somit wäimeelastisch unabhängig voneinander einstellen, wobei sie zur Welle zentrisch bleiben.

An Hand der Zeichnungen soll ein Ausfübrungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäß konstruierte Gasturbine; Fi g. 2 einen Grundriß und F i g. 3 ein konstruktives Detail.

Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Abgasturbine ist der Rotor 1 in den Lagern 2 gelagert und wird von

einem Gehäuse 3 umschlossen. Die Abdichtung zwischen Gehäuse 3 und Rotor 1 erfolgt durch Labyrinthe 4. Am Gehäuse 3 ist ferner ein Zwischenboden 5 vorgesehen, der den ersten Leitschaufelkranz 6 trägt und ein Leitschaufelträger 7, an dem die weiteren Leitschaufelkränze angeordnet sind. Der Leitschaufelträger 7 ist mittels Radialbolzen P am Gehäuse 3 wärmezentrisch befestigt.

Der Gaseintritt erfolgt über am Gehäuse 3 angeflanschte Ventile zum ersten Leitschaufelkranz 6. Der ₎₀ zweite Leitschaufelkranz ist bereits im Leitschaufelträger 7 aufgehängt, der durch Luftbeaufschlagung gekühlt wird. Da,iu wird die Kühlluft durch Bohrungen 9 in den Radialbolzen 8 zugeführt, die ihrerseits wieder über eine Ringleitung 10 und ein Ventil aus der Kühlluftleitung 11 ,₅ gespeist werden, in der Zone der Leitschaufelträgerkühlung ist das Gehäuse 3 innen durch Isolationsmaterial 12 gegen Wärmeabgabe an den Kühlluftstrom geschützt. Ferner ist eine weitere innerhalb des Ausgleichskolbenlabyrinthes in das Gehäuse 3 führende Kühlluftleitung 13 angeordnet, übrr die einerseits Sperrluft für die Labyrinthe 4 zugeführt wird und andererseits Kühlluft für den Rotor 1. Letztere strömt zwischen Gehäuse 3 und Rotor 1 entlang und mündet im dargestellten Fall vor dem ersten Laufschaufelkranz des Rotors 1 in den Gasstrom. Dieser Luftstrom kann auch zur weiteren Rotor- bzw. Laufschaufelfußkühlung herangezogen werden. Auch hier ist das Gehäuse 3 durch einen mit Isolationsmaterial gefüllten Raum 14 gegen eine Kühlwirkung durch die genannten Kühlluft geschützt.

Zwischen den Leitungen 11 und 20 ist eine Verbindungsleitung mit dem Ventil 23 vorgesehen, da es bei raschem Hochfahren der Turbine wünschenswert sein kann, zunächst die Spalte des I eitschaufelträgers 7 groß zu halten. Dazu kann am Anfang auf eine Kühlung des Leitschaufelträgers 7 verzichtet und im Gegenteil der Leitschaufelträger bewußt aufgeheizt werden.

Die Beaufschlagung der Turbine erfolgt, wie in F i g. 2 dargestellt, über vier parallele Rohrleitungen, die in axialer Richtung, wie durch die Pfeile angedeutet, an die Turbine herangeführt werden. Mit den Zonen a, b und c sind der Heißgasteü, die Übergangszone und der Abgasteil des Turbinengehäuses angedeutet.

In der F i g. 3 ist ein Detail der Führung der Kühlluft für den Leitschaufelträger dargestellt. Danach erfolgt die Kühlluftführung über den vorderen Teil des Leitschaufelträgers 7 mit Hilfe einer Blechverkleidung 24, die zusammen mit radialen Rippen des Leitschaufelträgers 7 die Kühlluft in eine-, in Fig. 1 durch Pfeile angedeuteten Weise über die Leitschaufelträgeroberfläche führt. Der Eintritt der Kühlluft erfolgt durch die Bohrungen 9 der Radialbolzen 8 und geht dann in den Gasstrom über.

Die dargestellte Turbinenausführung basiert auf folgenden Prinzipien. Das Gehäuse 3 wird in zwei Zonen aufgeteilt, von denen die eine auf die Heißgastemperatur, die andere hingegen nur auf die Abgastemperatur gebracht wird. Die Trennung dieser beiden Zonen erfolgt an dem den ersten Leitschaufelkranz 6 tragenden Zwischenboden 5. Der gekühlte Rotor 1 und der gekühlte Leitschaufelträger 7 werden durch Innenisolierungen vor einer Beheizung durch das Heißgasgehäuse geschützt. Es ist dadurch möglich, einen gekühlten Leitschaufelträger 7 anzuwenden, der zum gekühlten Rotor 1 unerläßlich ist, um die richtigen Radialspalte herzustellen. Die Ventile, die den Gasstrom in die Turbine steuern, sind als vier seitlich am Heißgasteü des Gehäuses angeordnete Diffusorventile ausgebildet, deren Diffusoren in den Ringraum der Zuströmung zum ersten Leitschaufelkranz hineinreichen. Die Heißgaszone ist somit in ihrer Ebene völlig symmetrisch und in bezug auf die gesamte Länge der Turbine so kurz als möglich gehalten. Eine Isolation inner und außen am Gehäuse in der Übergangszone ermöglicht einen gleichmäßigen Abbau der Temperaturdifferenz zwischen Heißgasteü und Kaltgasteil.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Über Rohrleitungen und Ventile beaufschlagte Gasturbine, insbesondere Industrie-Abgasturbine, zur Verwertung der Abgase chemischer oder petrochemischer Prozesse, deren Rotor gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der die Einlaßventile tragende Gehäuseteil von der übrigen Turbine thermisch getrennt ist, indem der erste Leitschaufelkranz (6) von einem im Turbinengehäuse (3) wärmebeweglich aufgehängten an seiner Rückseite mit wärmedämmendem Material (12) belegten Zwischenboden (5) getragen wird und die weiteren Leitschaufelkränze in einem an seiner dem Strömungskanal abgewandten äußeren Oberfläche gekühlten und gegen den Strömungskanal thermisch isolierten Leitschaufelträger (7) gelagert sind.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlluft vorzugsweise in schrauben!'!- nienförmiger oder in Umfangsrichtung zickzackartiger Strömung entlang der äußeren Oberfläche des Leitschaufelträgers (7) geführt wird.

3. Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der Gehäusewandung, dem den ersten Leitschaufelkranz (6) tragenden Zwischenboden (5) und dem Leitschaufelträger (7) liegende thermische Isolierung (t2).

4. Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft über Bohrungen (9) in den der Leitschaufelträgerbefestigung dienenden Radialbolzen (8) einer den Leitschaufelträger (7) umgebenden Blechverkleidung (24) zugeführt und nach dem Austritt aus der Blechverkleidung (24) nach dem ersten Laufschaufelkranz (6) dem Gasstrom zugemischt wird.

5. Gasturbine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (9) aus einer Ringleitung (10) mit Kühlluft gespeist werden.

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