DE943328C - Waermeschutzeinrichtung fuer den staehlernen Laeufer einer Gasturbine mit hohen Treibmitteltemperaturen - Google Patents
Waermeschutzeinrichtung fuer den staehlernen Laeufer einer Gasturbine mit hohen TreibmitteltemperaturenInfo
- Publication number
- DE943328C DE943328C DEM8293A DEM0008293A DE943328C DE 943328 C DE943328 C DE 943328C DE M8293 A DEM8293 A DE M8293A DE M0008293 A DEM0008293 A DE M0008293A DE 943328 C DE943328 C DE 943328C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- grooves
- protection device
- cavities
- propellant
- thermal protection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
- B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
- B21H1/06—Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length
-
- 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
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
-
- 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
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/30—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers
- F01D5/3069—Fixing blades to rotors; Blade roots ; Blade spacers between two discs or rings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
(WiGBl. S. 175)
AUSGEGEBEN AM 17. MAI 1956
M 8293 laj46f
Die Erfindung befaßt sich mit der Wärmeschutzeinrichtung der stählernen Tragelemente (Scheiben
oder Trommeln) eines axial durchströmten ein- oder mehrstufigen Turbinenläufers, der für sehr
hohe Treibmitteltemperaturen vorgesehen ist und deshalb Laufschaufeln aus keramischen Sonderwerkstoffen
oder gleich geeigneten Massen besitzt. Die Notwendigkeit solcher Maßnahmen ergibt sich
aus der bekannten, mit zunehmender Temperatur ständig größer werdenden Unterlegenheit metallischer
Werkstoffe hinsichtlich der Dauerstandfestigkeit, andererseits aber auch aus dem thermodynamischen
Streben, eine Abwanderung von thermischer Energie, die für die Erzeugung mechanischer Arbeit
geeignet ist, weitgehend einzuschränken.
Bei den harten Betriebsbedingungen am heißen, schnell umlaufenden Kranz des Turbinenlaufkörpers
ist die betriebssichere Gestaltung einer wirksamen Wärmedämmzone an der Oberfläche sehr schwierig.
So wurde bereits vorgeschlagen, die den heißen Gasen ausgesetzte Oberfläche einer radial beaufschlagten
Laufscheibe mit Lamellen, welche unter Anwendung von Distanzstücken mit Schrauben
oder Nieten befestigt sind, zui versehen, um zwischen den Lamellen eingeschlossene, ruhende Gasschichten
zu bilden. Eine derartige Befestigung weist jedoch infolge ihrer Störungsanfälligkeit
große Nachteile auf. Man hat auch schon versucht, einen Wärmeschutz dadurch zu erreichen, daß man
in den Schaufeln mittels Längs- und Querbohrungen
hergestellte V-förmige KJühlkanäle anordnete, die
an der Schaufeloberfläche zum Abschluß gegen den Treibgasraum mit einem Deckel verschlossen
wurden. Eine solche Ausführung ist jedoch sehr kompliziert und schwer herzustellen.
Bei einem stählernen Läufer für Gasturbinen nach der Erfindung mit Hohlräumen in der den
heißen Treibgasen unmittelbar ausgesetzten Oberfläche werden die Nachteile der bekannten, mit
ίο Wärmeisolierungen versehenen Läufer dadurch vermieden,
daß die Hohlräume durch in den Laufkörper eingearbeitete Nuten gebildet werden, deren
Begrenzungswände spanlos so verformt sind, daß eine Einengung oder ein völliger Abschluß der
Nuten nach dem Treibmittelraum hin erzielt wird. ' Die Erfindung gestattet somit die Herstellung einer
betriebssicheren Wärmeschutzeinrichtung mit einfachen Mitteln. An sich ist auch eine Gasturbine
bekannt, in der zur Verringerung des Wärmeübergangs vom Treibgas zu den Wänden die Gasströmung
in Wandnähe verzögert und dadurch die Wärmeisolierung des Läufers unterstützt wird'. Zur
Verzögerung der Strömung in Wandnähe wird hierbei die Anordnung von Nuten oder Einkerbungen
as in den Wänden empfohlen. Die Anordnung von Nuten lediglich zum Zwecke der Verzögerung der
Strömung an den Wänden ist aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wonach, die Nuten in
erster Linie dazu dienen, dem Wärmefluß von der Läuferoberfläche nach dem Innern einen größeren
Widerstand entgegenzusetzen, der im wesentlichen durch die Dicke der zwischen den Nuten verbleihenden
Stege bestimmt ist.
Die Nuten können nun bei einem Läufer nach der Erfindung je nach den örtlichen Bedingungen etwa
in axialer und/oder in Umfangsrichtung verlaufen. Ihr Abstand voneinander ist so zu bemessen, daß
ein zuverlässiger mechanischer Zusammenhang mit dem Laufkörper gewährt bleibt. Die Verformung
der Begrenzungswände kann in einfacher Weise durch Umwälzen der äußeren Enden der zwischen
den Nuten verbleibenden Stege vorgenommen werden, wonach dann in der Oberfläche Hohlräume mit
praktisch ruhenden Gasschichten entstanden sind. Diese ergeben zusammen mit den verringerten
Wärmeleitquerschnitten zum massiven Scheibenteil einen wirksamen Abbau der Kranztemperaturen von
dem Wert, der durch die Treibmittelströmung gegeben ist, auf genügend tiefere Werte im tragenden
Teil, die zur Bereitstellung einer ausreichenden Dauerhaltbarkeit notwendig sind. Damit werden
auch die Wärmespannungen im tragenden Teil des Läufers, namentlich beim Anfahren und bei schnellem
Lastwechsel kleiner. Selbst in dem Fall der Innenkühlung eines Trommelläuifers durch einen
Wasserring, seien die Laufschaufeln ungekühlt und aus keramischem Werkstoff -oder aus Stahl und
durch Sacklöcher an diesen Kühlmantel angeschlos- · sen, rufen bekanntlich die Wärmespannungen durch
den schroffen Temperaturunterschied in der Trommelwand (bis auf die Kühlmitteltemperatur) eine
beachtliche Einengung der Gestaltungsfreiheit hervor. Durch Maßnahmen gemäß der Erfindung läßt
sich die Trommelwandstärke auch dicker ausführen, wodurch der Laufkörper tragfähiger wird. Die Eil·
haltung kleiner Laufspiele der Leitschautfelung gegenüber dem so geschützten Laufkörper ist durch
Überschleifen der niedergewalzten Zwischenwände ohne Schwierigkeit zu beherrschen. Die beim Umwälzen
der Zwischenwände entstandenen Hohlräume können auch mit einem Luftstrom beschickt
werden. Die Isolierung wird dadurch in bekannter Weise erhöht, wobei die Luftschleierbildung, ausgehend
von den Hohlraumspalten, nach außen den Wärmeeinfall von Seiten der vorbeiströmenden
heißen Treibgase wesentlich herabsetzen kann.
In Weiterentwicklung der Erfindung kann eine Lösung der Wärmedämmaufgabe mit verstärkter
Wirkung auch dadurch erreicht werden, daß die Wärmeleitquerschnitte von der beheizten Oberfläche
des Gasströmungsringraumes zum tragenden massiven Läuferkern durch Kreuz- und Quernuten
auf zapfenförmige Querschnitte beschränkt werden. Die Möglichkeit einer Gasströmung zwischen den
entstandenen Zapfen, die eine gewisse Beeinträchtigung der angestrebten Isolierwirkung zur Folge
hätte, -wird praktisch ausgeschaltet, indem die Zapfen mit einer Keramik- oder Emailschicht überzogen
werden, die weitgehend den Raum zwischen den Zapfen einengt. Infolge der Drallströmung der
heizenden Gashülle um den Laufkörper "herum ist durch entsprechende Richtung der Nuten die Ausbildung
einer Konvektionsbewegung des Treibmittels innerhalb der noch verbleibenden schmalen
Spalte möglichst vermieden und damit eine maßgebliche Herabsetzung der Isolierwirkung der·
Schicht ausgeschlossen. Durch die weitgehende Unberührtheit der Zapfen vom Spannungszustand der
Tragscheibe oder Trommel kann bei einer angenäherten Anpassung der Dehnungseigenschaften des
Überzuges an die Daten des Stahlwerkstoffes eine zuverlässige Haltbarkeit der Wärmedämmschicht
sichergestellt werden.
Schließlich kann man auch durch einen aushärtenden hitzebeständigen Kitt ''mit Wärmeschutzcharakter
und passenden Dehnungseigenschaften den gesamten Zwischenraum zwischen den Zapfen
ausfüllen, so daß die Wärmedämmschicht an der Läuferoberfläche nahezu vollkommen ist.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbei- iiospiele
von Wärmedämmschichten gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt
Fig. ι einen Schnitt durch einen Teil eines Turbinenlaufrades,
Fig. 2 einen _ Schnitt durch die Wärmedämmschicht eines Läufers, teilweise mit umgebogenen
Zwischenwänden,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine anders gestaltete Wärmedämmschicht, teilweise mit umgebogenen
Zwischenwänden,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil des Läuferkranzes mit Längs- und Quernuten und
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Wärmedämmschicht mit Längs- und Quernuten.
Bei dem Turbinenlaufrad nach der Fig. 1 sind in Umfangsnuten 1 die Schaufeln 2 angeordnet. An
der Scheiben- oder Trommelmantelfläche sind die Wärmedämmschichten, vor und hinter bzw. zwischen
den Schaufelkränzen mit 3 und ihre Stärke mit χ bezeichnet. In die genannten Oberflächen sind
Ringnuten 4 (Fig. 2) eingearbeitet, deren stehenbleibende Zwischenwände 5 in ihrem äußeren Teil
umgebogen sind und in diesem Zustand Hohlräume 6 bilden, die entweder eine stehende Gasschicht
enthalten oder durch die Kühlluft geleitet wird.
Bei der Ausführung nach Fig. 3 sind die Zwischenwände 7 mit zwei Lappen 8 und 9 versehen,
die nach entgegengesetzten Seiten umgebogen werden und zusammen mit den Lappen 8 und 9 der
Nachbarwand den oberen Abschluß der Hohlräume 10 bilden. Die Hohlräume 6 und 10 verlaufen je
nach der Ausbildung der Nuten quer zur Längsachse des Läufers oder parallel zu dieser.
Bei der Ausführung der Wärmedämmschicht nach Fig. 4 und 5 sind Quer- und Längsnuten 11
und 12 angeordnet, die die Dämmschicht in einzelstehende Zapfen 13 aufteilen. Die Zapfen 13 sind
mit einem wärmebeständigen Überzug aus keramischem Material, Email u. dgl. versehen, wobei die
Nuten 11 und 12 bis auf schmale Spalten eingeengt
werden (Fig. 5). Gegebenenfalls kann man die Nuten 11 und 12 auch ganz mit einer hitzbeständigen,
isolierenden Schicht ausfüllen.
Die Herstellung der Wärmedämmschicht nach der Erfindung ist denkbar einfach und hat den
großen Vorzug, daß lose Abschirmelemente vermieden werden, deren sichere Befestigung am
Läufer wegen der hohen Drehzahlen oft sehr schwierig ist.
Claims (6)
- PATENTANSPRÜCHE:i. Wärmeschutzeinrichtung für stählerne Läufer von Gasturbinen mit hohen Treibmitteltemperaturen mit einer in der Oberfläche zwischen den Turbinenschaufeln durch Hohlräume gebildeten Wärmedämmschicht, insbesondere für Läufer mit keramischen Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der dem heißen Treibgas unmittelbar ausgesetzten Oberfläche des Läufers vorgesehenen Hohlräume (6, 10) durch in den Läuferkörper eingearbeitete an sich bekannte Nuten (4 bzw. 11, 12) gebildet werden, deren Begrenzungswände (5 bzw. 8, 9) spanlos so verformt sind, daß eine Einengung oder ein völliger Abschluß der Nuten nach dem Treibmittelraum hin erzielt wird.
- 2. Wärmeschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten etwa in axialer und/oder in Umfangsrichtung, insbesondere zwischen den einzelnen Laufradgittern einer mehrstufigen Gasturbine vorgesehen sind.
- 3. Wärmeschutzeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hohlräume (6, 10) in an sich bekannter Weise Kühlluft geleitet wird.
- 4. Wärmeschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Einengung des Nuitenquerschnittes auf die Wände (5) oder die Zapfen (13) zwischen den Nuten (4 bzw. 11, 12) keramische Überzüge aufgebracht sind.
- S- Wärmeschuttzeinrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (4 bzw. 11, 12) zwischen den Wänden (5) und den Zapfen (13) vollständig von keramischgebundenem Überzugsmaterial ausgefüllt sind.
- 6. Wärmeschutzeinrichtuing nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (4 bzw. 11, 12) und Hohlräume (6, 10) etwa senkrecht zur Relativbewegungsrichtuing des heißen Treibgasstromes an der Oberfläche des Läufers verlaufen, damit die Ausbildung einer Konvektionsströmung des Treibmittels innerhalb der verbleibenden schmalen Spalten oder Hohlräume verhindert wird.Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 800800, 716062, 837, S63092·Hierzu 1 Blatt Zeichnungen© 609 S04 5.56
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEM8293A DE943328C (de) | 1951-01-20 | 1951-01-20 | Waermeschutzeinrichtung fuer den staehlernen Laeufer einer Gasturbine mit hohen Treibmitteltemperaturen |
CH295196D CH295196A (de) | 1951-01-20 | 1951-05-23 | Verfahren zur Herstellung einer Wärmedämmschicht an der Mantelfläche eines stählernen Läufers einer Gasturbine. |
US237229A US2810544A (en) | 1951-01-20 | 1951-07-17 | Gas turbine rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEM8293A DE943328C (de) | 1951-01-20 | 1951-01-20 | Waermeschutzeinrichtung fuer den staehlernen Laeufer einer Gasturbine mit hohen Treibmitteltemperaturen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE943328C true DE943328C (de) | 1956-05-17 |
Family
ID=7294107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEM8293A Expired DE943328C (de) | 1951-01-20 | 1951-01-20 | Waermeschutzeinrichtung fuer den staehlernen Laeufer einer Gasturbine mit hohen Treibmitteltemperaturen |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US2810544A (de) |
CH (1) | CH295196A (de) |
DE (1) | DE943328C (de) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1245518A (fr) * | 1957-04-19 | 1960-11-10 | Perfectionnements apportés aux turbines à fluide gazeux chaud | |
US2996280A (en) * | 1959-04-07 | 1961-08-15 | Iii John A Wilson | Heat shield |
DE4324034A1 (de) * | 1993-07-17 | 1995-01-19 | Abb Management Ag | Gasturbine mit gekühltem Rotor |
DE10159670A1 (de) * | 2001-12-05 | 2003-06-18 | Rolls Royce Deutschland | Wirbelgleichrichter im Hochdruckverdichter einer Gasturbine |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE563092C (de) * | 1929-03-22 | 1932-11-01 | Georg Jendrassik Dipl Ing | Waermeschutz fuer ein radial durchstroemtes Gasturbinenrad |
DE593837C (de) * | 1931-04-19 | 1934-03-06 | E H Hans Holzwarth Dr Ing | Erosionsfeste Schaufel fuer mit staubfoermigen Brennstoffen betriebene Brennkraftturbinen |
DE716062C (de) * | 1939-07-22 | 1942-01-12 | Holzwarth Gasturbinen G M B H | Traeger fuer die Leit- bzw. Umkehrschaufeln hochbeanspruckter Kreiselmaschinen, insbesondere von Verpuffungsbrennkraftturbinen |
DE800800C (de) * | 1948-10-02 | 1950-12-07 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Turbinenlaeufer fuer hohe Temperaturen |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US702461A (en) * | 1901-12-19 | 1902-06-17 | Johannes Nadrowski | Turbine wheel. |
US906400A (en) * | 1905-12-15 | 1908-12-08 | Sebastian Ziani De Ferranti | Process for attaching turbine-blades to their carrying elements. |
US1610010A (en) * | 1922-12-06 | 1926-12-07 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Rotor construction |
US1708044A (en) * | 1923-09-12 | 1929-04-09 | Westinghouse Electric & Mfg Co | Labyrinth-gland packing |
GB377289A (en) * | 1931-04-24 | 1932-07-25 | Richard William Bailey | Improvements in and relating to turbine discs, fly wheels and like rotary parts |
US2333053A (en) * | 1940-01-05 | 1943-10-26 | Gen Electric | High temperature elastic fluid turbine |
GB585350A (en) * | 1943-07-08 | 1947-02-05 | Cyril Armer | Improvements in or relating to the cooling of turbine wheels and blades |
US2623727A (en) * | 1945-04-27 | 1952-12-30 | Power Jets Res & Dev Ltd | Rotor structure for turbines and compressors |
GB643259A (en) * | 1947-04-10 | 1950-09-15 | Brush Electrical Eng | Improvements in or relating to turbine or the like wheels |
-
1951
- 1951-01-20 DE DEM8293A patent/DE943328C/de not_active Expired
- 1951-05-23 CH CH295196D patent/CH295196A/de unknown
- 1951-07-17 US US237229A patent/US2810544A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE563092C (de) * | 1929-03-22 | 1932-11-01 | Georg Jendrassik Dipl Ing | Waermeschutz fuer ein radial durchstroemtes Gasturbinenrad |
DE593837C (de) * | 1931-04-19 | 1934-03-06 | E H Hans Holzwarth Dr Ing | Erosionsfeste Schaufel fuer mit staubfoermigen Brennstoffen betriebene Brennkraftturbinen |
DE716062C (de) * | 1939-07-22 | 1942-01-12 | Holzwarth Gasturbinen G M B H | Traeger fuer die Leit- bzw. Umkehrschaufeln hochbeanspruckter Kreiselmaschinen, insbesondere von Verpuffungsbrennkraftturbinen |
DE800800C (de) * | 1948-10-02 | 1950-12-07 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Turbinenlaeufer fuer hohe Temperaturen |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US2810544A (en) | 1957-10-22 |
CH295196A (de) | 1953-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3019920C2 (de) | Einrichtung zur äußeren Ummantelung der Laufschaufeln von Axialturbinen für Gasturbinentriebwerke | |
DE60213328T2 (de) | Gekühlte hohle Schaufelspitzenabdeckung einer Turbinenschaufel | |
DE1946535C3 (de) | Bauteil für ein Gasturbinentriebwerk | |
DE958888C (de) | Turbinenduese | |
DE102013112939A1 (de) | Effusionsplattenherstellung mittels materialhinzufügender Herstellungsverfahren | |
DE2414397A1 (de) | Kuehlkanalaufbau fuer fluessigkeitsgekuehlte turbinenschaufeln | |
DE19813173A1 (de) | Gekühlte Gasturbinen-Laufschaufel | |
DE2147135A1 (de) | Brennkammermantel insbesondere für Gasturbinentriebwerke | |
DE2906365A1 (de) | Turbinenschaufel | |
CH642428A5 (de) | Abdeckanordnung in einer turbine. | |
DE2737622A1 (de) | Keramischer turbinenummantelungsaufbau | |
WO2005019730A1 (de) | Hitzeschildanordnung für eine ein heissgas führende komponente, insbesondere für eine brennkammer einer gasturbine | |
DE102014100482A1 (de) | Heißgaspfadbauteil für Turbinensystem | |
DE2404297A1 (de) | Kuehlsystem fuer aufprall-konvektionskuehlung | |
DE3508976C2 (de) | Gekühlte Turbinenleitschaufel | |
DE943328C (de) | Waermeschutzeinrichtung fuer den staehlernen Laeufer einer Gasturbine mit hohen Treibmitteltemperaturen | |
DE1905148B2 (de) | Strahlungsbrenner | |
DE2657417A1 (de) | Druckbestaendiges teil | |
DE905121C (de) | Vorrichtung zum Backen von Keks, Zwieback und aehnlichen Backwaren | |
DE1476755A1 (de) | Gekuehlte Laufschaufel | |
DE4343332C2 (de) | Vorrichtung zur Konvektivkühlung einer hochbelasteten Brennkammer | |
DE1045180B (de) | Zusatzbrenner eines Strahltriebwerks fuer Flugzeuge | |
EP0851095B1 (de) | Innengekühlte Turbomaschinenschaufel | |
DE662734C (de) | Umlaufende Kraftmaschine mit einem schneckenaehnliche Kanaele tragenden Laeufer | |
DE420782C (de) | Gasturbine mit scheibenfoermigen Laufraedern |