DE522992C - Mehrstufige Gasturbine, bei der das gasfoermige Kuehlmittel zur Arbeitsleistung herangezogen wird - Google Patents
Mehrstufige Gasturbine, bei der das gasfoermige Kuehlmittel zur Arbeitsleistung herangezogen wirdInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
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Description
Bei Gasturbinen ist eine gute Kühlung der Schaufeln und der Laufräder besonders wichtig.
Es muß eine solche Kühlung vorgesehen werden, daß die Verluste nicht zu groß werden.
Ein Mittel dazu ist die Verwendung des Kühlstoffes als Arbeitsmittel. Dies kann auf
verschiedene Weise erfolgen. Es ist z. B. eine Turbine bekannt, bei der der Kühlstoff als
Arbeitsmittel so verwendet wird, daß der Kühlstoff unter Druck zugeführt wird, sich
auf den Druck im Laufradkasten ausdehnt und die dadurch erzielte Geschwindigkeit zum
Durchtreiben des Kühlmittels entlang der Wand des Laufrades in die Schaufelkanäle
verwendet wird, von wo der Kühlstoff durch Fliehkraft durch den Raum im Leitkranz
und durch die Kanäle der Leitschaufeln auf die Laufschaufeln desselben Laufrades getrieben
wird.
Derartige Ausführungen haben jedoch große Nachteile. Infolge der Führung des
Kühlmittels an den Außenseiten des Laufrades entlang wird nicht die gesamte Kühlmittelmenge,
durch die Laufschaufeln strömen, sondern ein großer Teil des Kühlmittels entweicht
durch den Spalt zwischen Laufrad und Gehäuse, ohne überhaupt zur Kühlung
der Schaufeln herangezogen worden zu sein. Bei diesen bekannten Ausführungen läßt man
die Druckluft vor Eintritt in. den Laufradkasten sich entspannen. Dies vermindert die
Energie der Luft, wodurch wiederum der Gesamtwirkungsgrad der Turbine herabgesetzt
wird.
Durch den Gegenstand vorliegender Erfindung sollen jene Nachteile beseitigt werden.
Die Erfindung betrifft die Kühlung einer mehrstufigen Gasturbine, bei der die Räder
und die Schaufeln durch ein gasförmiges Mittel gekühlt werden, welches sodann zur Arbeitsleistung
mit herangezogen wird. Die Erfindung besteht darin, daß das Kühlmittel gleichzeitig durch das Innere jedes Laufrades
und die zugehörigen hohlen Laufschaufeln der einzelnen Stufen strömt und nach Austritt
aus den Laufschaufeln- sich mit den Verbrennungsgasen jeder Stufe vermischt und
hierauf die Leit- und Laufschaufeln der nachfolgenden Stufen beaufschlagt, wobei das
Kühlmittel in jedes Laufrad bis zum vorletzten Laufrad unabhängig von den übrigen
Stufen durch je eine besondere Leitung unter einem Druck, welcher nahezu dem Druck der
Verbrennungsgase gleich ist, zugeführt wird, während das letzte Laufrad sich die nötige
Kühlluft in an sich bekannter Weise unmittelbar aus der Umgebung selbst ansaugt.
Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß nahezu die gesamte Spannung
des Kühlmittels zur Leistung von äußerer Arbeit verwendet werden kann. Der Arbeitsaufwand
zur Verdichtung der Luft ist verhält-
nismäßig gering, da nicht die gesamte Frischluftmenge
auf den Anfangsdruck in der ersten Stufe gebracht zu werden braucht, denn die
Menge des Kühlstoffes für ein Laufrad ist unabhängig von der Menge, die in einem
anderen Laufrad unter einem anderen Druck eingeführt wird.
Ein Beispiel einer solchen Turbinenausführung mit drei Laufrädern ist in der Zeichnung
ίο in senkrechtem Schnitt dargestellt. Die Turbine
besitzt drei Lauf räder i, 2 und 3, von welchen das erste mit zwei Geschwindigkeitsstufen ausgestattet ist, während die Räder 2
und 3 je eine Stufe haben. Durch den Turbinenkörper 10, den Deckel 9 und die im
Turbinenkörper befestigten Böden 4 und 5 wird der Turbinenraum in so viele Kammern
geteilt, als Laufräder vorhanden sind. In der dargestellten Turbine, sind dies die Kammern
A, B und C Die Böden 4, 5 und der Deckel 9 sind entlang der beaufschlagten
Fläche der Turbine mit den Kanälen D, E und F versehen, vermittels welcher das Arbeitsgas durch die Leitschaufeln 6, 7 und 8 den
Schaufeln der Laufräder zugeführt wird. Die Kanäle E und F sind bis zu ■ den sie einschließenden
Laufrädern verlängert, um so einem Entweichen der heißen Arbeitsgase in die Kammern .4 und B vorzubeugen und damit
auch eine schädliche und überflüssige Erhitzung dieser Teile sowie der Laufräder
zn verhindern. Am Ende sind die Kanäle E und F mit Schlitzen 5 versehen, durch welche,
wie durch Pfeile angedeutet, das Kühlmittel
aus den Räumen der Kammern .<4 und B in
die Kammern E und F entweicht, wobei es erwärmt wird und gleichzeitig eine unmittelbare
Berührung der glühenden Gase mit der Kanalwand dadurch verhindert wird, daß es
an diesen einen kühlenden Mantel bildet. In die oberen Schlitze tritt das Kühlmittel aus
den Kammern durch die Kanäle W, die zwischen
der Wand der Kanäle E, F und dem Turbinenkörper 10 gebildet werden. In den
Kanälen E und F wird gleichzeitig das Kühlmittel mit dem heißen Arbeitsgas vermischt
und, erhitzt durch die Leitschaufeln 7 und 8, den Laufrädern zugeführt, wo es seine Energie
abgibt.
Die Zuführung des Kühlmittels geschieht durch die Rohrleitungen 12, 13 und 14, z. B.
von einem Vierdichter. Der Druck des Kühlmittels, unter welchem dieses in die Laufräder
eingeführt wird, ist für jede Druckstufe verschieden und nähert sich dem Druck in derjenigen
Kammer, in welche das Mittel aus dem Inneren der Schaufeln austritt. In das
Laufrad der ersten Kammer A wird das Kühlmittel durch die Rohrleitung 12 zugeführt, wird
durch ein Rohr im Turbinendeckel in die Kammer H geleitet und tritt von da durch
die im Vorderteil des Laufrades befindliche öffnung K. in das Laufrad. Im Lauf rad wächst
die potentielle Energie des Kühlungsmittels teilweise durch die durch die Drehung des
Rades verursachte Verdichtung, so daß das Kühlmittel mit dem erforderlichen Überdruck
in die Schaufeln und aus diesen in die Kammer A eintritt. In das Leitsegment 11 für die
weitere Geschwindigkeitsstufe wird das Kühlmittel durch die Rohrleitung 13 unter schwachem
Überdruck gegenüber dem Druck in der KammerA zugeführt, tritt durch den
Kanal Z des Segmentes in die Leitschaufeln und aus diesen über eine weitere Geschwindigkeitsstufe
in den Kanal f. Für das nächste Laufrad 2 wird das Kühlmittel durch die
Rohrleitung 14, den im Boden 4 gebildeten Kanal/3 ins Laufrad und durch die Schaufeln
in die Kammer B geleitet. Gegen Entweichen des Kühlmittels und Eindringen
heißen Gases aus den Kammern A und B in die Kammern//, aus welchen das Kühlmittel
ins Laufrad eintritt, sind diese durch die Stopf büchsen L und M geschützt. Das
letzte Laufrad 3 ist durch Luft aus der Umgebung gekühlt, wobei das Kühlmittel vom
Laufrad durch das Sieb V in den Hals J
des Laufrades 3 eingesogen wird. Im Laufrad gewinnt das Kühlmittel in bekannter
Weise die zu seinem Durchpressen durch die Schaufeln in die Kammer C erforderliche
Energie. Die Kammer C ist am ganzen Umfang der Turbine erweitert und dient zur Abführung
der Gase.
Die Kühlung des Turbinenkörpers 10 und des Deckels 9 wird dadurch ermöglicht, daß
Körper und Deckel mit doppelten Wänden ausgeführt- sind, zwischen welchen Wasser
hindurchfließt. Durch die Öffnungen O fließt das Wasser um die Kanäle E und F zur
Kühlung der Kanäle und der Leitschaufeln. Ist die zu benetzende Oberfläche der Turbine
groß, so wird die Wasserkühlung über die ganze Fläche der Böden 4 und S dadurch
verlängert, daß diese mit doppelten Wänden ausgeführt werden.
Die übrigen Turbinenteile, die Welle 16,
die Lager 15, die Stopfbüchsen L und M usw.
sowie die Befestigung der Laufräder auf der Welle werden in bekannter Weise durchgeführt.
Die Turbine arbeitet wie folgt:
Aus der Brennkammer wird heißes Verbrennungsgas unter Druck durch den Kanal D
und die Leitschaufeln 6 dem Laufrad 1 zugeführt.
Sein ursprünglicher Druck wird in den Leitschaufeln teilweise in kinetische Energie
umgewandelt, die in den Schaufehl des Laufrades 1 in zwei Geschwindigkeitsstufen
ausgenutzt wird. Der ursprüngliche Arbeits- druck des Gases sinkt dadurch. Mit diesem
Druck oder unter kleinem Unterdruck wird durch die Kanäle 12 und 13 das Kühlmittel,
Luft, Dampf o. dgl., zugeführt. Es tritt durch die Kammer H und den Kanal K. ins Lauf rad,
gewinnt hier den erforderlichen Überdruck und preßt sich durch die Laufradschaufeln
in die Kammern A. An den Schaufeln mischt sich das Kühlmittel mit dem Arbeitsgas, erhitzt sich und gelangt in den Kanal f.
Aus den übrigen Räumen der Kammer A tritt das Kühlmittel durch die Schlitze S gleichfalls
in den Kanal E, wobei es entlang den Wänden der Kammer einen kühlenden Mantel bildet
und entweicht erhitzt zusammen mit dem Arbeitsgas durch die Leitschaufeln. In diesen
wird wiederum ein Teil der potentiellen Energie in kinetische umgewandelt, diese wird
im Laufrad 2 in Arbeit umgesetzt, und der beschriebene Vorgang, die Mischung des Arbeitsgases
mit dem Kühlmittel, wiederholt sich. Der Druck des Kühlmittels, das in das Laufrad 2 durch die Rohrleitung 14 und den
im Boden 4 gebildeten Kanal P zugeführt wird, ist niedriger als der Druck in der
Kamraeri und ungefähr gleich dem Druck in der Kammer B. Das letzte Laufrad wird
durch Luft gekühlt, welche aus der Umgebung der Turbine unmittelbar über das Sieb V vom Laufrad 3 angesogen und durch
die Energie des Laufrades aus den Schaufeln in den Auspuff getrieben wird. Die Kühlung
der Leitschaufeln für die zweite Geschwindigkeitsstufe erfolgt durch Zuführung des Kühlmittels
durch die Rohrleitung 13 ins Segment 11, durch den Kanal Z in die Schaufeln
und von da in den Kanal f. Der Druck des Kühlmittels ist wieder angenähert gleich jenem
in der Kammer A
Durch die beschriebene Anordnung ist die Benutzung hoher Arbeitsdrücke und hoher
Temperaturen ermöglicht. Durch die Benutzung mehrerer Laufräder und durch die geteilte Ausnutzung der potentiellen Energie
in diesen Laufrädern wird die Umfangsgeschwindigkeit erniedrigt, und damit sinkt auch
die Beanspruchung des Baustoffes, wodurch die Sicherheit der Turbine steigt. Durch das
Kühlmittel werden die Wände der Schaufeln sowie der anderen Turbinenteile in erträglichen
Temperaturgrenzen erhalten, und dadurch, daß die potentielle Energie des Kühlmittels
in den weiteren Laufrädern ausgenutzt wird, werden die Kühlverluste auf ein Mindestmaß verkleinert.
Claims (1)
- Patentanspruch:Mehrstufige Gasturbine, bei der das gasförmige Kühlmittel zur Arbeitsleistung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel gleichzeitig durch das Innere jedes Laufrades und die zugehörigen hohlen Laufschaufeln der einzelnen Stufen strömt und nach Austritt aus den Laufschaufeln sich mit den Verbrennungsgasen jeder Stufe vermischt und hierauf die Leit- und Laufschaufeln der nachfolgenden Stufen beaufschlagt, wobei das Kühlmittel in jedes Laufrad bis zum vorletzten Laufrad unabhängig von den übrigen Stufen durch je eine besondere Leitung unter einem Drucke, welcher nahezu dem Druck der Verbrennungsgase gleich ist, zugeführt wird, während das letzte Laufrad sich die nötige Kühlluft in an sich bekannter Weise aus der Umgebung selbst ansaugt.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEK111389D DE522992C (de) | 1928-09-27 | 1928-09-27 | Mehrstufige Gasturbine, bei der das gasfoermige Kuehlmittel zur Arbeitsleistung herangezogen wird |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEK111389D DE522992C (de) | 1928-09-27 | 1928-09-27 | Mehrstufige Gasturbine, bei der das gasfoermige Kuehlmittel zur Arbeitsleistung herangezogen wird |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE522992C true DE522992C (de) | 1931-04-22 |
Family
ID=7242190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEK111389D Expired DE522992C (de) | 1928-09-27 | 1928-09-27 | Mehrstufige Gasturbine, bei der das gasfoermige Kuehlmittel zur Arbeitsleistung herangezogen wird |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE522992C (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE767312C (de) * | 1939-10-17 | 1952-05-02 | Daimler Benz Ag | Kuehlung von Abgasturbinen |
DE855178C (de) * | 1948-04-22 | 1952-11-10 | Hermann Dr-Ing Oestrich | Hohlschaufel fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen |
DE766605C (de) * | 1937-12-10 | 1953-05-04 | Bayerische Motoren Werke Ag | Kuehleinrichtung von Abgasturbinen zum unmittelbaren Antrieb eines Ladegeblaeses |
DE905804C (de) * | 1941-06-08 | 1954-03-08 | Siemens Ag | Anordnung zum Waermeschutz und zur Kuehlung von Turbinen zur Verarbeitung sehr heisser Treibmittel |
DE1009436B (de) * | 1953-03-27 | 1957-05-29 | Daimler Benz Ag | Kuehl- und Enteisungseinrichtung fuer Gasturbinen |
-
1928
- 1928-09-27 DE DEK111389D patent/DE522992C/de not_active Expired
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE766605C (de) * | 1937-12-10 | 1953-05-04 | Bayerische Motoren Werke Ag | Kuehleinrichtung von Abgasturbinen zum unmittelbaren Antrieb eines Ladegeblaeses |
DE767312C (de) * | 1939-10-17 | 1952-05-02 | Daimler Benz Ag | Kuehlung von Abgasturbinen |
DE905804C (de) * | 1941-06-08 | 1954-03-08 | Siemens Ag | Anordnung zum Waermeschutz und zur Kuehlung von Turbinen zur Verarbeitung sehr heisser Treibmittel |
DE855178C (de) * | 1948-04-22 | 1952-11-10 | Hermann Dr-Ing Oestrich | Hohlschaufel fuer Stroemungsmaschinen, insbesondere fuer Gasturbinen |
DE1009436B (de) * | 1953-03-27 | 1957-05-29 | Daimler Benz Ag | Kuehl- und Enteisungseinrichtung fuer Gasturbinen |
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