DE744859C - Einrichtung zur Kuehlung von Abgasturbinen und deren Wellen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Kühlung von Abgasturbinen und deren Wellen Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, für die Läufer und Wellen von Abgasturbinen eine möglichst wirksame und geringen Leistungsaufwand beanspruchende Kühlung mit Luft als Kühlmittel zu schaffen.
• Zur Kühlung von Gasturbinenwellen ist es bekannt, die Welle zwischen den. Lagerstellen hohl auszubilden und durch das hohle Innere der Welle Kühlluft zu leiten. Dabei dient aber die Kühlluft ausschließlich zur Wärmeabfuhr in der Welle -und insbesondere dazu, die Temperaturbeanspruchung an den vorgesehenen. Lagerstellen herabzusetzen. Um die Kühlung auch auf den Turbinenläufer auszudehnen, wurde auch die Turbinenwelle mit dem Läufer von einem mit ihm umlaufenden Gehäuse umgeben.
• Eine derartige Einrichtung zur Kühlung von Turbinen ist aber außerordentlich umständlich und bringt große Schwierigkeiten wegen der Fliehkräfte der großen, umlaufenden Massen mit sich; denn es ist zu berücksichtigen, daß eine Turbine mit hohen Drehzahlen umläuft. Außerdem ist die Anordnung eines umlaufenden Gehäuses kostspielig und die Abdichtung des umlaufenden Gehäuses an den Lagerstellen eine heikle Frage.
• Die Erfindung schlägt demgegenüber vor, die durch die hohle Turbinenwelle geleitete Kühlluft gleichzeitig zur Kühlung des am Ende der Welle befestigten, die Bohrung der Welle abschließenden Turbinenläufers oder deren mehrerer zu benutzen, wozu anschließend an die Welle entlang den Läuferrädern. Abdeckscheiben vorgesehen sind. die gleichzeitig zur Abdeckung der Kühlkanäle entlang den Läuferrädern und zur Verkleidung derselben dienen. Um den zum Heranführen der erforderlichen Kühlluftmenge notwendigen Querschnitt innerhalb der Welle zu halten, schlägt die Erfindung vor, den Wellenkörper selbst an den vorgesehenen Lagerstellen als Innenring für die verwendeten Wälzlager auszubilden. Dadurch wird trotz des großen Querschnitts zur Kühlluftführung im Innern der Welle der Durchmesser und damit die Beanspruchung der verwendeten Lager nicht vergrößert.
• Das Turbinenlaufrad oder gegebenenfalls mehrere hintereinander werden am Ende der Welle angeordnet, und zwar sind die Laufräder ohne Innenbohrung ausgebildet, womit durch die Befestigung der Turbinenläufer am Ende der Welle diese abgeschlossen und die durch das hohle Innere der Welle strömende Kühlluft gezwungen wird, an dem Laufrad entlang, gefördert durch am Außenumfang vorgesehene radiale Uippen, zu strömen. Hier wird die Kühlluft durch Bohrungen in den Schaufelfüßen zur Wärmeabfuhr aus den höchst beanspruchten Teilen der Schaufeln und dem oder den Laufrädern herangezogen und tritt bei Anordnung mehrerer Räder nach Durchströmen der Schaufelfüße des letzten Rades hinter diesem wiederum durch einen zentral angeordneten Abführungsstutzen aus. Die Ausbildung der Turbinenläufer in festigkeitstechnischer Hinsicht günstiger Form, insbesondere ohne Mittelbohrung, ferner die Möglichkeit, die Läuferräder auf beiden Seiten zu kühlen, gestatten es, hohe Umfangsgeschwindigkeiten für die Turbine zuzulassen.
• Ein weiterer Vorteil der von der Erfindung vorgeschlagenen Kühleinrichtung liegt darin, daß durch die gleichachsige, mittige Zu- und Abführung der Kühlluft und durch die Anordnung der radialen Rippen an dem Turbinenläufer oder deren mehreren der für die Kühlung erforderliche Leistungsaufwand gering ist. Dazu kommt noch, daß durch die an den Läuferrädern eintretende Erwärmung der Kühlluft infolge der dadurch entstehenden verschiedenen. Fliehkraftwirkung annähernd die auf dem Wege der Kühlluft auftretenden Strömungsverluste gedeckt werden.
• Zur Ausführung der vorgeschlagenen Kühleinrichtung ist es ferner noch zweckmäßig, die zur Abdeckung der an den Turbinenläufern vorgesehenen radialen Rippen zur Förderung der Kühlluft und zur Abdeckung der Kühlluftführungen vorgesehenen Abdeckscheiben so auszubilden, daß sie gleichzeitig eine zweckmäßige Verkleidung der Läuferräder bilden. Es wird damit erreicht, daß die beim Umlaufen der Turbinenläufer entstehenden Pumpverluste klein gehalten werden.
• Bei der vorgeschlagenen Kühleinrichtung wird die Kühlluft nach außen völlig abgeschlossen über oder durch die zu kühlenden Teile geführt; mit anderenWorten bleibt der Kühlluftstrom unbeeinflußt von den Strömungsverhältnissen und den Drücken, die- in den. die Läufer umgebenden Räumen herrschen, womit bei allen. Betriebszuständen eine zuverlässige Kühlung gewährleistet ist. Als weiterer wesentlicher Vorteil muß noch hervorgehoben werden, daß mit der Turbinenwelle zu den Turbinenläufern neben der doppelten Kühlwirkung einerseits der Welle und andererseits des Läuferrades bei dieser Zuführung keine der sonst erforderlichenAbdichtungen, die insbesondere wegen der jeweils herrschenden hohen Temperaturen und hohen Drehzahlen schwierig auszubilden sind, notwendig ist.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsmäßigen Kühleinrichtung im Schnitt dargestellt.
• In die hohl ausgebildete Turbinenwelle i tritt die Kühlluft beispielsweise durch die Bohrungen :2 ein und strömt dann durch die Wellenbohrung zu den am Ende derselben angebrachten Turbinenläufern 3 und q.. Selbstverständlich können ein oder mehrere Turbinenläufer vorgesehen sein. Die Kühlluft wird durch die zu beiden Seiten der Läuferräder in an sich bekannter Weise vorgesehenen radialen Rippen 5 beschleunigt und durch in den Schaufelfüßen vorgesehene Bohrungen 6 zur Wärmeabfuhr aus den hochbeanspruchten Schaufel- und Radteilen herangezogen. Der Austritt der Kühlluft erfolgt erfindungsgemäß wiederum gleichachsig mit der Zuführung der Kühlluft durch die Welle durch einen hinter dem letzten Läuferrad angeordneten Austrittsstutzen. 7. Zur Abdeckung der Kühlluftführungen sind erfindungsgemäß Abdeckscheiben $ vorgesehen, .die beispielsweise zweckmäßig mit der zur Befestigung der Turbinenläufer an der Welle bestimmten Vorrichtung verbunden sind. Die Abdeckscheiben 8 sind gleichzeitig so ausgebildet, daß sie eine Verkleidung der Laufräder bilden.
• Die Lagerung der Turbinenwelle i. erfolgt im dargestellten Beispiel durch zwei Wälzlager 9 und io, die nach dem Erfindungsvorschlag so ausgebildet und angeordnet sind, daß der sonst übliche, die Lauffläche für die Wälzkörper bildende Innenring in Fortfall kommt und der Außendurchmesser der Welle i selbst als Innenring für die Lager dient.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Kühlung von Abgasturbinen und deren Wellen, wobei die Turbinenwelle selbst hohl ausgebildet ist und durch diese Kühlluft geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die hohle Welle geleitete Kühlluft gleichzeitig zur Kühlung des am Ende der Welle befestigten, die Bohrung der Welle abschließenden Turbinenläufers oder deren mehrerer (3, q.) dient, wozu anschließend an die Welle (i) entlang den Läuferrädern Deckscheiben (8) vorgesehen sind, die gleichzeitig zur Abdeckung der Kühlkanäle entlang den Läuferrädern und zur Verkleidung derselben dienen.
2. 2. Kühleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in ihrem hohlen Innern zur Führung der Kühlluft dienende Turbinenwelle (i) an ihrem Außenumfang als Innenring für dieWälzkörper der zur Lagerung der Welle vorgesehenen Lagerkörper (g, io) dient.