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Einrichtung zur Kühlung der Laufradkörper von Brennkraftturbinen Brennkraftturbinenlaufräder,
die meist vollwandig sind und beispielsweise in den Stufen höheren Druckes einer
Brennkraftturbine oder in den Brennkraftturbineneinheiten höheren Druckes einer
Turbinenanlage hohen Temperaturen ausgesetzt werden, verlangen eine kräftige Kühlung
oder Maßnahmen, um sie auf einer möglichst gleichmäßigen Temperatur bei den zur
Zeit angewandten Baustoffen, beispielsweise von aoo bis 300°, zu halten. Werden
die Räder auf diesen Temperaturen gehalten, so bleiben die Temperaturbeanspruchungen
verhältnismäßig niedrig, und die Räder gewährleisten eine große Betriebssicherheit.
Den Rädern fließt während des Betriebes vom Kranz, vornehmlich durch die Schaufelfüße,
besonders aber auch durch die freien Kranzflächen, Wärme zu.
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Es ist vorgeschlagen worden, diese Wärme durch Mantelkästen, die von
einem Kühlmittel durchströmt werden, aufzunehmen. Diese Mantelkästen-wurden jedoch
von den Wandungen des Turbinengehäuses selbst gebildet, so daß durch die unvermeidlich
großen Zwischenräume der Wärmeübergang praktisch bedeutungslos werden mußte. Es
sind weiter auch besondere Kühlkästen vorgeschlagen worden; diese haben jedoch den
Nachteil, daß sie durch ihre eigenartige Befestigungsweise und durch ihre besondere
Ausbildung an dem Umfang, der dem Radkranz des benachbarten Laufrades gegenüber
liegt, urigekühlt bleiben, so daß der Wärmeübergang gerade an der Stelle, 'an der
er hauptsächlich eintreten soll, beseitigt wurde.
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Diese Nachteile der bekannten Einrichtungen soll die vorliegende Erfindung
beseitigen. Die Erfindung besteht darin, daß die Mantelkästen mindestens bis zum
Laufradumfang hochgezogen sind, so daß der Laufradkranz an seinen Seitenflächen
gekühlt wird. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß gerade aus den Teilen des
Laufrades, welche außer hohen mechanischen Beanspruchungen noch starke Wärmebeanspruchungen
erleiden, weil sie unmittelbar den heißen und frei herumwirbelnden Verbrennungsgasen
ausgesetzt sind, die Wärme abgeleitet werden kann. Vorteilhaft werden die Mantelkästen
über den Laufradumfang hinaus bis zum Strömungsweg der Verbrennungsgase hochgezogen,
so daß auch die vor den Laufradschaufelreihen gelegenen Umfangsteile des Laufrades
unter den Einfluß der Kühlmäntel gebracht sind. Die Kühlkästen decken in weiterer
Durchführung der Erfindung teilweise den Umfang des Laufrades ab, so d.aß diese
Teile der unmittelbaren Einwirkung der Verbrennungsgase entzogen sind. Durch Anordnung
der Mantelkästen an seitlich von den Laufrädern gelegenen festen Turbinenteilen
erreicht man, daß auch die äußersten Laufräder auf beiden Seiten gekühlt werden
können. Die Kühlkästen selbst bestehen zweckmäßig aus einem die Wärme gut leitenden,
aber gegen die Verbrennungsgase unempfindlichen Stoff, wie Aluminium, oder sie besitzen
Einlagen aus derartigen Stoffen. Um der Möglichkeit vorzubeugen, daß bei zwei- oder
mehrkränzigen Laufrädern die Verbrennungsgase zwischen den festen Leit- und beweglichen
Laufradschaufelkränzen durchtreten und den oder die
zwischen den
Laufradschaufelkränzen liegenden Oberflächenstreifen des Laufr adkranzes erhitzen
oder daß der durch die Leitschaufeln tretende Strom der Verbrennungsgase die Erhitzung
durch Wärmestrahlung auf den Laufradschaufelkranz ausübt, sind die Leitschaufeln
zum Laufradkranz hin mit einem breiten Abschlußkranz versehen, der sowohl die umzulenkenden
Verbrennungsgase hindert, ihren Weg mit Umgehung der Leitschaufeln am Laufkranz
vorbei zu suchen, als durch seine Masse die Wärmestrahlung der Verbrennungsgase
aufnimmt und von der Laufradoberfläche abhält. Entsprechend sind die Füße der Laufradschaufeln
um das Maß erhöht, um das die Mantelkästen über den Laufradumfang hinaus bis zum
Strömungsweg der Verbrennungsgase hochgezogen sind.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel
einer im teilweisen Axialschnitt und in teilweiser Ansicht dargestellten Brennkraftturbine.
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Nachdem in einer der nicht sichtbar gezeichneten Brennkammern eine
Verbrennung stattgefunden hat, beaufschlagen die bei der Verbrennung in der betreffenden
Kammer entstandenen Verbrennungsgase, nachdem ihnen der Weg eröffnet worden ist,
über Kanal a und Düse b den Laufradschaufelkranz cl und nach Umlenkung in den Leitschaufelnd
den Laufradschaufelkranz c, des zweikränzigen Curtisrades c. Die heißen Verbrennungsgase
sammeln sich im Raume vi und werden weiterer Verwendung zugeführt. Im Turbinengehäuse
e sind Räume f, g, h und ä vorgesehen, die von einem Kühlmittel, wie
Wasser oder Öl, durchströmt werden.
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Erfindungsgemäß sind nun außer diesen Kühlräumen besondere, von einem
Kühlmittel durchströmte Kästen k, k2 vorgesehen, die sich an das Turbinenlaufrad
c mit geringem Spielraum anschließen. Da sie durch Versteifung mit Stehbolzen Z
äußerst dünnwandig und aus einem Stoff hergestellt oder mit Einlagen aus demselben
versehen werden können, der wie Aluminium die Wärme gut leitet und dabei gegen Verbrennungsgase
unempfindlich ist, so ist für sichere Ableitung der Wärme an das Kühlmittel .und
Abhaltung derselben vom Laufrad c, also für Kühlung des Rades, gesorgt. Als Kühlmittel
kann vorzugsweise Wasser oder Öl, aber auch Dampf gewählt werden, der dann zweckmäßig
die Wärme als Überhitzungswärme aufnimmt. Die Kühlkästen k, k; erstrecken sich bei
k'1 und k'. über den äußeren Rand des Turbinenrades c, so daß bei entsprechend heraufgezogenen
Schaufelfüßen c.' und c,' der Strom der Verbrennungsgase das Turbinenrad c nicht
mehr unmittelbar berühren kann. Um aber auch eine Wärmebeeinflussung des Laufradkranzes
durch Verbrennungsgase, die in den Spalt zwischen den Schaufelreihen c, und d eindringen
und unter Umgehung der Leitschaufelnd aus dem Spalt zwischen den Schaufelreihen
c2 und d wieder austreten, und auch um eine Wärmebeeinflussung des Laufradkranzes
durch Wärmeausstrahlung der durch die Leitschaufeln d tretenden Hauptmenge der Verbrennungsgase
auszuschließen, sind die Leitschaufeln d mit einem breiten Abschlußkranz d' versehen,
der einerseits im Verein mit den Laufradschaufelfüßen cl' und c2 eine Labyrinthdichtung
schafft, die den Verbrennungsgasen den Nebenweg verschließt und andererseits durch
seine Masse die Wärmestrahlung der Verbrennungsgase abfängt, über Schaufelnd an
den Kühlraum g ableitet und so vom Laufradkranz fer nhält.
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Es liegt im Wesen der Erfindung, daß dieselbe Einrichtung in sinngemäßer
Wiederholung bei Anordnung von zwei und mehr Turbinenrädern auf einer gemeinsamen
Welle Verwendung finden kann.