DE735505C - Turbinenlaeufer - Google Patents

Description

• Turbinenläufer Um die zum wirtschaftlichen Betrieb einer Gasturbine erforderlichen hohen Temperaturen zu beherrschen, hat man schon vorgeschlagen, den Läufer und die Schaufie.ki durch: einen Luftstrom oder ähnliches zu kühlen. Die diesbezüglichen Versuche haben aber zu keinem Erfolg geführt, weil besonders die Schaufelkühlung derartige bauliche Schwierigkeiten bedingt, daß ein einwandfreher Dauerbetrieb einer mit gekühlten Schaufeln ausgeriisteten Gasturbine in Frage gestellt ist.
• Man hat weiter versucht, die Schaufeln dadurch haltbar zu machen, daß man die Schaufeln selbst möglichst einfach ausführte, aber dafür durch besondere Düsen Kühlluft an die Schaufeln heranführte. Die Schaufeln wurden also abwechselnd immer dem heißen Gasstrom und dann dem kalten Kühlluftstrom ausgesetzt. Abgesehen davon, daß durch diese schnellen Temperaturwechsel die ,äußerste Oberfläche der Schaufeln nicht gerade schonend behandelt wird, haftet diesem Verfahren noch ein anderer schwerwiegender Nachteil an. Die Erzeugung der Kühlluft erfordert nämlich: einen nicht zu vernachlässigenden Leistungsaufwand. Die Kühlluft muß verhältnismäßig stark verdichtet werden, damit sie mit genügender Geschwindigkeit in das Turbinenlaufrad einströmt. Bei geringer Geschwindigkeit würde sie nämlich bremsend wirken; Turbinen, die nach diesem Verfahren arbeiten, besitzen also eine geringere Wirtschaftlichkeit.
• Diese Nachteile könnte man nun dadurch beheben, daß man Turbinenschaufeln aus keramischen Massen verwendet und sie, wie es im Turbinenbau bekannt ist, zwischen zwei Läuferscheiben anordnet. Eine derartige AusfühTung hätte zwar den Vorteil, daß man die Turhinenschaufeln nicht besonders zu kühlen brauchte, da der Werkstoff gegenüber den -hohen Temperaturen sehr widerstandsfähig ist. Dagegen würde im Betrieb bei der üblichen Befestigungsart der Laufschaufel mittels Muttern auf der Turbinenwelle infolge der unterschiedlichen Wärmedehnung der verschiedenartigen Werkstoffe ein übermäßig starker Druck von den Läuferscheiben auf die keramischen Schaufeln ausgeübt werden. Die Erfindung bezieht sich auf einen Turbinenläufer, bei welchem die kranzförmig angeordneten Turbinenschaufeln aus keramischen Massen bestehen und von beiden Seiten von über die Schaufelfüße greifenden Scheiben gehalten werden. Erfindungsgemäß werden die Läuferscheiben mittels eines Zugankers von beiden Seiten gegen die aus keramischen Massen bestehenden Laufschaufeln gedrückt, der sich durch eine zentrale Bohrung in den Läuferscheiben und den zugehörigen Wellenstummeln erstreckt, wobei die große Dehnungslänge des Zugankers eine gewisse Wärmedehnung der Scheiben und Wellenstummel nach außen ermöglicht, so daß ein übermäßiger Druck auf die keramischen Laufschaufeln verhindert wird. Versieht man nun außerdem den Zuganker ebenfalls mit einer Bohrung, so kann man in Weiterbildung der Erfindung in an sich bekannter Weise ein Kühlmittel bis zu den stählernen Läuferscheiben leiten, das diese wirksam kühlt. Es findet dabei sogar auch noch eine teilweise Kühlung der Laufschaufeln bzw. des Laufscha;ufeltragringes statt, ohne daß die Schaufeln eine verwickelte Form erhalten müssen. Der Turbinenläufer nach der Erfindung stellt demnach eine einfache, betriebssichere und zugleich auch wirtschaftliche Lösung der Wärmebeherrschung bei einer Gasturbine dar.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Turbinenläufers nach der Erfindung dargestellt, bei welchem die Läuferscheiben mittels eines Zugankers zusammengehalten werden, und zwar zeigen: Abb. i einen Längsschnitt durch die Turbine und Abb: 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Abb. i.
• Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine axial beaufschlagte Gasturbine. Die Laufschaufeln i sind zweckmäßigerweise mit einem sog. Hammerkopffuß 2 ausgeführt und bilden aneinandergelegt einen Schaufelkranz (s. Abb. 2). Dieser Schaufelkranz ist zwischen die beiden aus Stahl bestehenden, mit Wellenstummeln 3 und q. versehenen Läuferscheiben 5 und 6 gespannt. Zusammengehalten werden die Läuferscheiben 5 und 6 durch einen Zuganker 7, der die hohlen Scheiben 5 und 6 und die Wellenstummel 3 und q. durchdringt. Die notwendige Vorspannung f wird durch die Mutter 8 erzielt. In der Mitte der Bohrung des Zugankers 7, etwa in der Höhe des Schaufelkranzes, ist eine Trennwand 9 vorgesehen, die den durch die Zugankerbohrungen geleiteten Kühlmittelstrom zwingt, durch die Löcher io in den Raum zwischen den beiden Läuferscheiben 5 und 6 einzutreten. Der Weg des Kühlmittels wird hier durch das trommelförmige Leitblech i i bestimmt, welches das Kühlmittel zwingt, an den Innenwänden der Läuferscheiben 5 und 6 sowie an dem Schaufelkranz entlang zu strömen. Durch die Löcher 12 tritt das Kühlmittel in den anderen Teil der Zugankerbohrung aus und strömt von dort nach außen ab. Das Leitblech i i ist auf einem Blechzylinder 13 befestigt, welcher zwischen die Läuferscheiben 5 und 6 geklemmt und- ebenfalls mit Durchtrittslöchern 14 für den Kühlmittelstrom versehen ist. Der Zuganker 7 liegt nur an den Enden an der Bohrungswandung der Wellenstummel 3 und q. an. Auf der übrigen Länge ist der Außendurchmesser des Zugankers 7 kleiner gehalten als der Bohrungsdurchmesser der Wellenstummel 3 und q., so daß zwischen beiden ein Hohlraum 15 vorhanden ist, durch den ebenfalls über die Löcher 16 und 17 das Kühlmittel strömt. Die Wellenstummel 3 und ¢ werde. dadurch gut gekühlt, so daß sich sehr günstige Verhältnisse für die Lagerung der Wellenzapfen 18 und i9 in den Turbinenlagern 2o und 21 ergeben. Gegen das Turbinengehäuse 22 sind die Wellenstummel 3 und q. durch übergeschobene Wärmeisolierrohre 23 und 2¢ geschützt, die mit Labyrinthdichtungen versehen sind und zur Abdichtung des Gasraumes nach außen dienen. Die Einführung bzw. Abführung des Kühlmittels, für das in erster Linie Druckluft in Frage kommt, erfolgt durch die feststehenden Rohrstutzen 25 und 26, die in die offenen Enden des Zugankers 7 bzw. der Zugankermutter 8 hineinragen. Die Abdichtung nach: außen erfolgt mittels der Labyrinthdichtungen 27 und 28.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Turbinenläufer, bei welchem die kranzförmig angeordneten Turbinenschaufeln aus keramischen Massen bestehen und von beiden Seiten von über die Schaufelfüße greifenden Scheiben gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Läuferscheiben (5, 6) mittels eines Zugankers (7) von beiden Seiten gegen die Laufschaufeln (2) gedrückt werden, der sich durch eine zentrale Bohrung in den Läuferscheiben (5, 6) und den zugehörigen Wellenstummeln (3, q.) erstreckt, wobei die große Dehnungslänge des Zugankers ,(7) eine gewisse Wärmedehnung der Scheiben (5, 6) und der Wellenstummel (3, ¢) nach außen ermöglicht und ein übermäßiger Druck auf die keramischen Laufschaufeln (2) verhindert wird.
2. 2. Turbinenläufer nach Anspruch i, dä-@durchgekennzeichnet, daß durch die hohlen( Wellenstummel (3, q.) hzw. durch: den hohlen Zuganker (7) ein Kühlknittel in den Raum zwischen den beiden- Läuferscheiben (5, 6) zu- und abgeleitet wird.
3. 3. Turbinenläufer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Wellenstummel- bzw. Zugankerbohrung, etwa in der Höhe des Schaufelkranzes, eine Trennwand (9) vorgesehen ist, die den Kühlmittelstrom zwingt, in den Raum zwischen den beiden Läuferscheiben (5, 6) ein- und von dort auf der anderen Seite der Trennwand (9) wieder abzuströmen. q.. Turbinenläufer nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen den beiden Läuferscheiben (5, 6) ein Leitblech (i i) angeordnet ist, das den KühImittelstrom zwingt, unmittelbar an den Innenwänden der Läuferscheiben (5, 6) und der Laufschaufelfüße (2) bzw. des Laufschaufelträgers entlang zu strömen. 5. Turbinenläufer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Zu- und Abführungsstutzen (25, 26) für das Kühlmittel in die offenen Bohrungen der Wellenstummel (3, q.) bzw. des Zugankers (7) hineinragen und die Abdichtung nach außen mittels Labyrinthdichtungen (27, 28) erfolgt.