DE494033C - Device for cooling the impeller bodies of internal combustion turbines - Google Patents

Description

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.Device for cooling the impeller bodies of internal combustion turbines Internal combustion turbine wheels, which are mostly full-walled and, for example, in the higher pressure stages Internal combustion turbine or a higher pressure in the internal combustion turbine units Turbine systems exposed to high temperatures require powerful cooling or measures to keep them at as uniform a temperature as possible at the for Time used building materials, for example from aoo to 300 °. Will If the wheels are kept at these temperatures, the temperature loads remain relatively low, and the wheels ensure a high level of operational safety. The wheels flow from the rim during operation, primarily through the blade feet, but especially because of the free wreaths of warmth.

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.It has been suggested to dissipate this heat through jacket boxes made by a coolant is flowed through to take up. These coat-boxes, however, were formed by the walls of the turbine housing itself, so that by the inevitable large gaps the heat transfer had to be practically insignificant. It special cooling boxes have also been proposed; however, these have the Disadvantage that they are due to their peculiar way of fastening and their special Training on the circumference opposite the rim of the adjacent impeller lies, stay cool, so that the heat transfer just at the point 'at the it is mainly supposed to occur, has been eliminated.

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.The present invention aims to address these disadvantages of the known devices remove. The invention consists in that the jacket boxes at least up to Impeller circumference are pulled up so that the impeller rim on its side surfaces is cooled. This has the advantage that just from the parts of the Impeller, which, in addition to high mechanical loads, are also exposed to high thermal loads suffer because they are directly exposed to the hot and freely swirling combustion gases heat can be dissipated. The coat boxes are advantageous pulled up over the impeller circumference to the flow path of the combustion gases, so that also the peripheral parts of the impeller located in front of the impeller blade rows are brought under the influence of the cooling jackets. The cooling boxes cover in further Implementation of the invention partially from the scope of the impeller, so d.aß this Parts of the direct action of the combustion gases are withdrawn. By arrangement the casing boxes on fixed turbine parts located to the side of the impellers one achieves that the outermost impellers are also cooled on both sides can. The cooling boxes themselves consist expediently of a heat-conducting, but a substance that is insensitive to the combustion gases, such as aluminum, or has them Deposits made from such materials. In order to avoid the possibility that with two or multi-ring impellers carry the combustion gases between the fixed guide and moving ones Step through the impeller blade rings and the or the between Heat the surface strips of the impeller rim lying on the impeller blade rim or that the flow of combustion gases passing through the guide vanes is responsible for the heating exerted by thermal radiation on the impeller blade ring are the guide vanes to the impeller rim provided with a wide end rim, which both the deflected Combustion gases prevent their way by bypassing the guide vanes on the rotor ring looking past, than through its mass the thermal radiation of the combustion gases absorbs and keeps from the impeller surface. The feet of the impeller blades are accordingly increased by the amount by which the casing boxes beyond the impeller circumference up to The flow path of the combustion gases are pulled up.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel einer im teilweisen Axialschnitt und in teilweiser Ansicht dargestellten Brennkraftturbine.The drawing shows an embodiment of the inventive concept using the example an internal combustion turbine shown in partial axial section and in partial view.

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.After a combustion has taken place in one of the not visible combustion chambers, the combustion gases produced during the combustion in the relevant chamber, after the path has been opened for them, pressurize the impeller blade ring cl via channel a and nozzle b and, after being deflected into the guide blades, the impeller blade ring c, the two-ring Curtis wheel c. The hot combustion gases collect in the room vi and are fed to further use. In the turbine housing e spaces f, g, h and ä are provided through which a coolant, such as water or oil, flows.

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.According to the invention, in addition to these cold rooms, special ones are now of one Coolant flowed through boxes k, k2 provided, which are attached to the turbine wheel Connect c with little margin. Since they are stiffened with stud bolts Z extremely thin-walled and made of one material or with inserts from the same which, like aluminum, conducts heat well and at the same time protects against combustion gases is insensitive, so is for safe dissipation of the heat to the coolant .and Keeping the same from the impeller c, so for cooling of the wheel, provided. As a coolant can preferably be water or oil, but also steam can be selected, which is then appropriate absorbs the heat as overheating. The cooling boxes k, k; extend at k'1 and k '. over the outer edge of the turbine wheel c, so that when pulled up accordingly Blade roots c. ' and c, 'the flow of combustion gases the turbine wheel c not can touch more directly. But also a heat influence on the impeller rim by combustion gases that penetrate into the gap between the blade rows c, and d and bypassing the guide vanes from the gap between the vane rows c2 and d emerge again, and also to a heat influence on the impeller rim by heat radiation of the main quantity of the combustion gases passing through the guide vanes d to be excluded, the guide vanes d are provided with a wide end rim d ', on the one hand, in conjunction with the impeller blade feet cl 'and c2, a labyrinth seal creates, which closes the bypass for the combustion gases and on the other hand through its mass intercepts the thermal radiation of the combustion gases by shoveling diverts the cooling space and thus keeps it away from the impeller rim.

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.It is in the essence of the invention that the same device in analogous Repetition when arranging two or more turbine wheels on a common one Wave can be used.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: z Einrichtung zur Kühlung der Laufradkörper von Brennkraftturbinen mittels besonderer, sich an den Laufradkörper mit geringem Spielraum anschmiegender Mantelkästen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelkästen mindestens bis zum Laufradumfang hochgezogen sind, so dafa der Laufradkranz an seinen Seitenflächen gekühlt wird. PATENT CLAIMS: z Device for cooling the impeller bodies of internal combustion turbines by means of special ones that cling to the impeller body with little room for maneuver Jacket boxes through which a coolant flows, characterized in that, that the jacket boxes are pulled up at least to the circumference of the impeller, so dafa the impeller rim is cooled on its side surfaces. 2. Einrichtung nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelkästen über den Laufradumfang hinaus bis zum Strömungsweg der Verbrennungsgase hochgezogen sind. 2. Device according to claim z, characterized in that the casing boxes on the impeller circumference up to are pulled up to the flow path of the combustion gases. 3. Einrichtung nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkästen teilweise den Umfang des Laufrades abdecken. d.. 3. Device according to claim r and 2, characterized in that the cooling boxes partially cover the circumference of the impeller cover. d .. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelkästen an seitlich. vom Laufrad befindlichenfestenTurbinenteilenangeaordnet sind. Device according to claim r, characterized in that the jacket boxes on the side. fixed turbine parts located by the impeller. 5. Einrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkästen aus einem die Wärme gut leitenden, aber gegen Verbrennungsgase unempfindlichen Stoff, wie z. B. Aluminum, bestehen oder mit Einlagen aus diesem Stoff versehen sind.5. Establishment according to claim r, characterized in that the cooling boxes from one heat highly conductive, but insensitive to combustion gases, such as B. Aluminum, exist or are provided with inserts made of this material.