DE735955C - Arrangement for the supply and discharge of a circulating coolant to and from the coolant spaces of a turbine impeller via the hollow turbine shaft provided with coolant supply and discharge paths - Google Patents

Description

Anordnung zur Zu- und Abführung eines umlaufenden Kühlmittels zu bzw. von den Kühlmittelräumen eines Turbinenlaufrades über die hohle, mit Kühlmittelzu- bzw. -abfuhrwegen versehene Turbinenwelle Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Zu- und Abführung eines umlaufenden Kühlmittels zu bzw. von den Kühlmittelräumen eines Turbinenlaufrades über die hohle, mit Kühlmittelzu- bzw. -abfuhrwegen versehene Turbinenwelle, bei welcher der Kühlmittelaustritt aus der Welle in größerer Entfernung von der Wellendrehachse als der Kühlmitteleintritt angeordnet ist.Arrangement for supply and discharge of a circulating coolant to or from from the coolant chambers of a turbine impeller via the hollow, with coolant supply Turbine shaft provided or discharge paths. The invention relates to an arrangement for supplying and removing a circulating coolant to and from the coolant spaces of a turbine impeller via the hollow one, which is provided with coolant supply and discharge paths Turbine shaft in which the coolant emerges from the shaft at a greater distance is arranged from the shaft rotation axis as the coolant inlet.

Es ist bekannt, in einem Turbinenlaufrad Hohlräume zur Durchleitung eines Kühlmittels vorzusehen und die Zu- bzw. Ableitung des Kühlmittels durch die hohle Laufradwelle vorzunehmen. Die Be«regung des Kühlmittels wird durch eine .von dem.Laufrad und der Turbinenwelle getrennt angeordnete Fördermaschine (Pumpe oder Gebläse) bewirkt. Dabei ergibt sich aus Gründen der Konstruktion zwangsläufig, daß der am Umfang der Welle angeordnete Kühlmittelaustritt eine größere Entfernung von der Wellendrehachse aufweist als der an der Stirnseite der Welle befindliche Kühlmitteleintritt, weil nämlich für die Welle auch an der Austrittsstelle eine bestimmte Wandstärke notwendig ist.It is known to have cavities in a turbine runner for passage through it to provide a coolant and the supply and discharge of the coolant through the make hollow impeller shaft. The coolant is excited by a The impeller and the turbine shaft are separately arranged conveying machine (pump or Blower). For reasons of construction it inevitably follows that the coolant outlet arranged on the circumference of the shaft is a greater distance from the shaft axis of rotation as the coolant inlet located on the end face of the shaft, because that is because the shaft also has a certain wall thickness at the exit point necessary is.

Der Nachteil einer solchen Anordnung liegt in -der Notwendigkeit zusätzlicher Kühlmittelfördereinrichtungen (Pumpe, Getriebe, Gebläse usw.), die infolge ihres Energiebedarfes den Wirkungsgrad der gesamten Anlage verschlechtern und die oftmals, insbesondere bei beschränktem Einbauraum, nur schlecht unterzubringen sind. Im übrigen stellen alle Zusatzgeräte-eine Quelle von Betriebsstörungsmöglichkeiten dar und sind aus diesem Grunde unerwünscht. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Zu- und Abführung des Kühlmittels zu bzw. von den Kühlmittelräumen eines Turbinenlaufrades über die hohle, mit Kühlinittelzu- bzw. -abfuhrwegen versehene Turbinenwelle zu schaffen, bei welcher der Umlauf des Kühlmittels unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile erzielt wird.The disadvantage of such an arrangement is the need for additional Coolant delivery devices (pumps, gears, fans, etc.), which as a result of their Energy requirements worsen the efficiency of the entire system and often especially with limited installation space, are difficult to accommodate. Furthermore All accessories represent a source of possible malfunctions and are therefore undesirable. It is the object of the invention an arrangement for supplying and removing the coolant to and from the coolant spaces of a turbine wheel via the hollow, provided with coolant supply and discharge paths To create turbine shaft in which the circulation of the coolant is avoided the disadvantages listed above is achieved.

Gemäß der Erfindung wird diese. Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kühlmittelaustritt aus der Welle in so viel größerer Entfernung von ihrer Drehachse als der Kühlmitteleintritt angeordnet ist, daß der bei der Drehung der Welle erzeugte L'berschuß an Fliehkraft ausreichend ist, um das Kühlmittel durch die Kühlmittelräume von Welle und Laufrad zu bewegen. Auf diese Weise wirkt die Welle zusammen mit ihren Kanälen zum Kühlmittelein- bzw. -austritt nach Art einer Schleuderpumpe. An der von der Drehachse weiter entfernten Kühlmittelaustrittsstellewirkt nämlich beim Drehen der Welle auf das Kühlmittel eine größere Fliehkraft als an der der Drehachse näher liegenden Kühlmittelzufuhrstelle. Die Folge davon ist, daß sich ein lebhafter Kühlmittelstrom von der Eintrittsstelle zur Austrittsstelle hin ausbildet.According to the invention, this. The object is achieved in that the coolant outlet from the shaft at so much greater distance from its axis of rotation than the coolant inlet it is arranged that the excess centrifugal force generated during the rotation of the shaft is sufficient to allow the coolant to pass through the coolant spaces of the shaft and impeller to move. In this way, the shaft works together with its channels for the coolant inlet. or outlet like a centrifugal pump. At the farther away from the axis of rotation This is because the coolant outlet point acts on the coolant when the shaft rotates a greater centrifugal force than at the coolant supply point closer to the axis of rotation. The consequence of this is that there is a brisk flow of coolant from the point of entry trains towards the exit point.

In einer Sonderausführung einer Anordnung nach der Erfindung wird das Kühlmittelzuleitungsrohr an dem Ende, an dem das Kühlmittel in das Rohr eintritt, mit einem flanschartigen Fortsatz versehen, durch den es in der Hohlwelle abgestützt und gegen den Kühlm-ittelabfuhrweg abgedichtet ist. Das Kühlmittelzuleitungsrohr kann ferner an dem Ende, an dem das Kühlmittel aus ihm austritt, eine trompetenartige Erweiterung besitzen, die in den Kühlraum des Laufrades hineinragt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Kühlraumbegrenzung des im wesentlichen als Vollscheibe ausgebildeten Turbinenlaufrades von dieser Scheibe selbst und einem dünnwandigen Fortsatz derselben gebildet wird, der flüssigkeitsdicht an die den Kühlmittelabfuhrweg begrenzenden Wandung der Hohlwelle angeschlossen ist.In a special version of an arrangement according to the invention the coolant supply pipe at the end where the coolant enters the pipe, provided with a flange-like extension through which it is supported in the hollow shaft and is sealed against the coolant discharge path. The coolant supply pipe can also have a trumpet-like design at the end where the coolant emerges from it Have extension that protrudes into the cooling chamber of the impeller. In further Embodiment of the invention, it is advantageous that the cooling space limitation of the im essentially designed as a full disk turbine runner of this disk itself and a thin-walled extension of the same is formed, which is liquid-tight connected to the wall of the hollow shaft delimiting the coolant discharge path is.

Eine Turbinenwelle nach der Erfindung hat den Vorteil, daß sich besondere Einrichtungen zum Fördern und Umwälzen des Kühlmittels erübrigen und daß damit eine größere Betriebssicherheit erreicht wird.A turbine shaft according to the invention has the advantage that special Devices for conveying and circulating the coolant are superfluous and that with it one greater operational reliability is achieved.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach der Erfindung im :Mittellängsschnitt dar.The drawing depicts an exemplary embodiment of an arrangement of the invention in: central longitudinal section.

Die Welle :2 des Turbinenlaufrades i ist in dem Lager 3 gelagert und enthält einen Hohlraum .l. zur Aufnahme des Kühlmittels. Der dem Laufrad abgekehrte Teil 5 dieses Hohlraumes ist zylindrisch ausgebildet und wird durch einen Stopfen 6 verschlossen. In dem zylindrischen Teil der Hohlwelle befindet sich ein Rohr;, das an seinem dein Laufrad abgekehrten Ende umgebördelt und mit einem bis zur Innenwand der Hohlwelle reichenden und dicht an dieser abgestützten Fortsatz 8 versehen ist. Das Rohr ; wird durch die Stege 9 achsgleich zum Hohlraum .4 gehalten. An dein anderen Ende ist es trichterförmig aufgebogen, so daß es eine Art Düse io bildet. An dieser Stelle ist die Hohlwelle nach Art eines Ellipsoides i i erweitert, so daß sie einen Hohlraum bildet, dessen Begrenzung von dem im wesentlichen als volle Scheibe ausgeführten Turbinenlaufrade und einem dünn«-andigen Fortsatz 2o derselben gebildet wird. Die Trennwand £ des Rohres 7 teilt vom zentrischen Hohlraum .1 einen Teil 5 ab, der durch Offnungen 12 mit einer Ringleitung 13 verbunden ist, in «-elche die Kühlmittelzuleitung 1.:1. mündet. Der auf der anderen Seite der Trennwand 8 -liegende Teil der zylindrischen Hohlwelle enthält Bohrungen oder Kanäle 15, die in einem auf ihr aufgesetzten oder finit ihr aus einem Stück bestehenden Umlaufkörper i9 fortgesetzt werden und in eine Ringleitung 17 münden, an - welche die Ableitung 1S angeschlossen ist. Der Außendurchmesser Di der Welle beim Kühlmitteleintritt 12, 13 ist kleiner als der Außendurchmesser D. der Welle beim Kühlmittelaustritt 16.The shaft: 2 of the turbine runner i is mounted in the bearing 3 and contains a cavity .l. for taking up the coolant. The part 5 of this cavity facing away from the impeller is cylindrical and is closed by a plug 6. In the cylindrical part of the hollow shaft there is a tube which is flanged at its end facing away from the impeller and is provided with an extension 8 which extends up to the inner wall of the hollow shaft and is supported close to it. The pipe ; is held by the webs 9 coaxially to the cavity .4. At the other end it is bent up like a funnel, so that it forms a kind of nozzle. At this point the hollow shaft is widened in the manner of an ellipsoid so that it forms a cavity, the boundary of which is formed by the turbine impeller, which is essentially designed as a full disk, and a thin-edged extension 2o of the same. The partition wall £ of the tube 7 divides from the central cavity .1 a part 5 which is connected to a ring line 13 through openings 12, in «-which the coolant supply line 1.:1. flows out. The part of the cylindrical hollow shaft located on the other side of the partition wall 8 contains bores or channels 15, which are continued in a recirculating body 19 placed on it or made of one piece and open into a ring line 17 to which the discharge line 1S connected. The outer diameter Di of the shaft at the coolant inlet 12, 13 is smaller than the outer diameter D. of the shaft at the coolant outlet 16.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Das Kühlmittel tritt durch die Zuleitung 14. in die Ringleitung i3 und von dort durch die Bohrungen 12 in den Rauin 5 der Hohlwelle. Durch das Rohr ; wird es in die Nähe des Turbinenradkörpers i gebracht, den es, an der Düse io austretend, innen umspült und dessen Wärme es aufnimmt. Das Kühlmittel gelangt bis an die Trennwand 8 der Hohlwelle, wo es infolge der Fliehkraft durch die Bohrungen 15 in den Ringraum 17 geschleudert wird, um endlich durch die Ableitung 18 dem nicht gezeichneten Kühler zugeführt zu werden. Die Bewegung des Kühlmittels innerhalb der Hohlwelle wird dadurch erzeugt, daß die Fliehkraft infolge des größeren Durchmessers D> beim Kühlmittelaustritt 16 größer ist als beim Kühlinitteleintritt 12. Der sich innerhalb der Hohlwelle ausbildende Kühlmittelstrom ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet.The device works as follows: The coolant enters through the feed line 14 into the ring line i3 and from there through the bores 12 in the Rauin 5 of the hollow shaft. Through the pipe; it will be near the turbine wheel body i brought it, exiting at the nozzle io, washes around the inside and its heat it records. The coolant reaches the partition 8 of the hollow shaft, where it as a result the centrifugal force is thrown through the bores 15 in the annular space 17 to finally to be fed through the discharge line 18 to the cooler, not shown. The movement of the coolant inside the hollow shaft is generated by the centrifugal force due to the larger diameter D> at the coolant outlet 16 is larger than at Coolant inlet 12. The coolant flow that forms within the hollow shaft is indicated in the drawing by arrows.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Zu- und Abführung eines umlaufenden Kühlmittels zu bzw. von den Kühlmittelräumen eines Turbinenlaufrades über die hohle, mit Külilmittelzu-bzw. -abfuhrwegen versehene Turbinenwelle, bei welcher der Kühlmittelaustritt aus der Welle in größerer Entfernung von der Wellendrehachse als der Kühlmitteleintritt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelaustritt (i6) aus der Welle (2) in so viel größerer Entfernung von ihrer Drehachse als der Kühlmitteleintritt (i2, 13) angeordnet ist, daß der bei der Drehung der Welle erzeugte Überschuß an Fliehkraft ausreichend ist, um das Kühlmittel durch die Kühlmittelräume von Welle und Laufrad zu bewegen. PATENT CLAIMS: i. Arrangement for the supply and discharge of a circulating Coolant to or from the coolant chambers of a turbine impeller via the hollow, with coolant to or. -turbine shaft provided with discharge paths where the coolant is discharged from the wave at a greater distance from the shaft rotation axis as the coolant inlet is arranged, characterized in that the coolant outlet (i6) from the shaft (2) at so much greater distance from its axis of rotation than the Coolant inlet (i2, 13) is arranged that the generated during rotation of the shaft Excess centrifugal force is sufficient to move the coolant through the coolant spaces to move the shaft and impeller. 2. Anordnung nach Anspruch i mit auf der gleichen Laufradseite liegender Kühlmittelzufuhr- und Kühlmittelabfuhrstelle, e dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelzuleitungsrohr (7) an dem Ende, an dem das Kühlmittel in das Rohr eintritt, einen flanschartigen Fortsatz (8) besitzt, durch den es in der Hohlwelle abgestützt und gegen den Kühlmittelabfuhr-,veg abgedichtet ist. 2. Arrangement according to claim i with on the same Coolant supply and discharge point located on the impeller side, e characterized by that the coolant supply pipe (7) at the end where the coolant enters the pipe enters, has a flange-like extension (8) through which it is in the hollow shaft is supported and sealed against the coolant discharge, veg. 3. Anordnung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittelzuleitungsrohr (7) an dem Ende, an dem das Kühlmittel aus ihm austritt, eine trompetenartige Erweiterung (io) besitzt, die in den Kühlraum (i i) des Laufrades (i) hineinragt. q.. Anordnung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlraumbegrenzung des im wesentlichen als volle Scheibe ausgebildeten Turbinenlaufrades (i) von dieser Scheibe selbst und einem dünnwandigen Fortsatz (2o i derselben gebildet wird, der flüssigkeitsdicht, an die den Kühlmittelabfuhrweg begrenzende Wandung (2) der Hohlwelle angeschlossen ist.3. Arrangement according to Claims i and 2, characterized in that the coolant feed pipe (7) is attached the end at which the coolant emerges from it, a trumpet-like extension (io), which protrudes into the cooling chamber (i i) of the impeller (i). q .. arrangement according to one of claims i to 3, characterized in that the cooling space delimitation of the turbine runner (i), which is essentially designed as a full disk, from this Disc itself and a thin-walled extension (2o i of the same is formed, which liquid-tight, on the wall (2) of the hollow shaft that delimits the coolant discharge path connected.