DE952853C - Gasturbine mit einer tangential von aussen beaufschlagten, das Treibgas von der radialen Eintritts- in die axiale Austrittsrichtung umlenkenden Laufradscheibe - Google Patents
Gasturbine mit einer tangential von aussen beaufschlagten, das Treibgas von der radialen Eintritts- in die axiale Austrittsrichtung umlenkenden LaufradscheibeInfo
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- DE952853C DE952853C DEB15939D DEB0015939D DE952853C DE 952853 C DE952853 C DE 952853C DE B15939 D DEB15939 D DE B15939D DE B0015939 D DEB0015939 D DE B0015939D DE 952853 C DE952853 C DE 952853C
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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
- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/026—Scrolls for radial machines or engines
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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
- 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
- F01D5/04—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines
- F01D5/043—Blade-carrying members, e.g. rotors for radial-flow machines or engines of the axial inlet- radial outlet, or vice versa, type
- F01D5/046—Heating, heat insulation or cooling means
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Description
- Gasturbine mit einer tangential von außen beaufschlagten, das Treibgas von der radialen Eintritts- in die axiale Austrittsrichtung umlenkenden Laufradscheibe Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit einer tangential von außen beaufschlagten, das Treibgas von der radialen Eintritts- in die axiale Austrittsrichtung umlenkenden Laufradscheibe, bei der im Innern ihres rückwärtigen Scheibenteiles Kühlluft zugeführt wird, die radial von innen nach außen, gegen den Laufradumfang strömt.
- Bei derartigen Turbinen sind die Kühlprobleme verwickelt. So@ tritt neben einem Wärmeanfall vom Radumfang her infolge der Aufheizung der Turbinenschaufeln und der Laufradscheibe durch das heiße Treibgas auch noch ein überwiegend axial gerichteter Wärmeanfall auf. Aus diesem Grunde ist eine gute Wärmeabfuhr auf der Rückseite der L aufradscheibe ebenso wichtig, wie am Radumfang. Die Wärmebelastung ist am Umfang und in den Laufschaufeln am größten und nimmt nach innen wegen der zunehmenden Metallmassen, über die die Wärme abströmen kann und wegen der mit fortschreitender Expansion sinkenden Temperatur ab. Hierdurch ergeben sich für die erfindungsgemäße, spezielle Radialbauart charakteristische Temperaturverteilungen und demgemäß Wärmespannungen, deren Beherrschung zur Aufgabenstellung der Erfindung gehört.
- Man hat mehrfach Vorschläge gemacht, bei Axialturbinen die Schaufelung zu kühlen, jedoch treten bei dieser Gattung von Turbinen ganz andere Probleme auf, die wesentlich einfacher zu beherrschen sind, als diejenigen bei einer Radialturbine. Bei Axialturbinen fließt die Wärme lediglich vom heißen, Läuferumfang aus radial nach innen, so daß bei diesen Turbinenarten das Kühlproblem im wesentlichen darin besteht, für gute Wärmeabfuhr am Radumfang zu sorgen.
- Man hat zwar bei Gasturbinen mit tangential von außen beaufschlagter, das Treibgas von der radialen Eintritts- in die axiale Austrittsrichtung umlenkender Laufradscheibe längs der Rückseite der Laufradscheibe Kühlluft derart zugeführt, daß diese radial von innen nach außen gegen den Turbinenumfang strömt und von dort durch Öffnungen in die Turbinenschaufelung übertritt. Bei diesen bekannten Radialturbinen waren jedoch die Übertrittsöffnungen verhältnismäßig groß ausgeführt, so daß die Kühlluft beim Eintritt in die Turbinenschaufelung sich mit den Treibgasen mischte. Dies hat den Nachteil, daß man verhältnismäßig große Kühlluftmengen anwenden muß, wenn überhaupt eine ausreichende Kühlung erreicht werden' soll, zumal bei dieser Mischkühlung auch die Temperatur an solchen Stellen des Laufrades erniedrigt wird, wo diese Erniedrigung nicht unbedingt erforderlich wäre.
- Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Radialturbine zwar auch die Kühlluft längs der Rückseite der Laufradscheibe zugeführt, jedoch sind erfindungsgemäß mindestens außen und auf mindestens einer Seite der Laufschaufeln derart durch die Laufradscheibe hindurchgehende Kanäle vorgesehen, daß diese Kanäle auf die Oberfläche der äußeren Laufschaufelenden und auf die Laufschaufelwurzeln gerichtet sind. Diese im Querschnitt verhältnismäßig kleinen Kanäle haben die Wirkung einer Wandablösung der heißen Treibgase, indem auf der Wandung der Treibbeschaufelung sich ein Kühlluftschleier bildet. Da die Kühlluft demnach an die gefährdeten Bauteile unmittelbar herangeführt wird, ist man in der Lage, mit geringstmöglichen Kühlmittelaufwand auszukommen.
- Ein weiterer Unterschied gegenüber der Kühlung bei den bekannten Radialturbinen besteht darin, daß die Kühlluft bei den bekannten Turbinen nur über einen Teil des Radumfanges der Laufradscheibe zugeführt wird, :daß es sich also bei der Kühlung um eine partielle Beaufschlagung der Laufradscheibe handelt. Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Kühlung die Kühlluft über den gesamten Umfang verteilt und damit sämtlichen Schaufeln der Laufradscheibe zugeführt, so daß die Kühlwirkung ohne zeitliche Verzögerung gleichmäßig über den ganzen Umfang verteilt eintritt. Bei der bekannten Radialturbine tritt eine zeitliche Verzögerung in der Kühlwirkung ein, weil die heißen Treibgase zunächst Zeit finden, dieBeschaufelung aufzuheizen, da dieKühlwirkung bei jeder Umdrehung der Laufradscheibe erst anschließend an die Treibgaszufuhr erfolgt.
- Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes sowie ein Ausführungsbeispiel seien an_ Hand der Zeichnung näher erläutert.
- In Fig. i, welche einen Axialschnitt darstellt, ist i die frei fliegende Laufradscheibe, welche mittels der Welle :2 in der Büchse 3 gelagert ist. 4 ist das Turbineneintrittsgehäuse, 5 der die Eintrittsschaufeln 6 enthaltende Düsenring und 7 ist ein mit Kühlraum 8 versehenesAbschlußstück zwischen dem Gaseintrittsgehäuse q. und dem Gebläsesammelgehäuse g. Das Laufrad besteht aus einer eigentlichen Laufradscheibe i, aus welcher die Schaufeln 17 beispielsweise herausgearbeitet sind. Diese Schaufeln. 17 stehen mindestens am Eintrittsende ig annähernd radial zur Radachse, und die annähernd ebenen Schaufelflächen verlaufen schräg zur Turbinenachse. An den Wurzeln 18 der Schaufeln 17, wo letztere mit der Laufradscheibe i verbunden sind, sind die Schaufeln 17 aus Festigkeitsgründen verdickt.
- In axialer Richtung gegen den Radaustritt 20 hin ist die Laufradscheibe i zwischen den Schaufeln 17 mit verhältnismäßig schwach gebogenen Begrenzungen 21 versehen. Die Gase treten an den Austrittskanten 20 mit Unterdruck und relativ hoher Geschwindigkeit aus und in den geradlinig konisch erweiterten Diffusor 22 ein. Am Ende 23 desselben verdichten sich die Gase annähernd auf den Außendruck. Damit die Geschwindigkeitsumsetzung im Diffusor 22 wirkungsvoll ist, wird in seinem Inneren im Anschluß an die Laufradnabe eine konisch sich verjüngende Einbaute 24 eingebaut. Der Gehäuseteil ? deckt die Rückseite der Laufradscheibe i ab und ist gekühlt. Der Gehäuseteil q. enthält die Einläufe der heißen Gase und den axial gerichteten Gasaustritt. Zwischen diesen Gehäuseteilen ist der Leitschaufelring 5 angeordnet. Damit das heiße, sich ausdehnende Gaseintrittsgehäuse q. gegenüber dem gekühlten Abschlußgehäuse 7, der Laufradscheibe i und auch dem Gebläsegehäuse g stets im Zentrum bleibt, werden beide Gehäuseteile q. und 7, z,,B. .mittels vier mit ihren Achsen durch die Achse der Turbine gehender Keile 27 gegeneinandergehalten.
- Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Kühlvorrichtung aus einer um die Laufradnabe herum angeordneten Kühlmittelkammer 29, die weiter in einen auf der Rückseite der Laufradscheibe i angeordneten, sich in radialer Richtung ausdehnenden Raum übergeht. Entsprechend Fig. i sind auf der Rückseite der Laufradscheibe i Schaufeld 28 vorgesehen, durch welche aus der Kammer 29 Kühlluft angesaugt wird. Diese Kühlluft kann aus der Atmosphäre entnommen werden, oder aber auch z. B. durch die Leitung 3o aus dem Gebläsesammelgehäuse g. Die Kühlgebläseschaufeln 28 sind mit einer Deckscheibe 3 i abgedeckt. Die damit geförderte Luft tritt durch in der Laufradscheibe i mindestens außen entsprechend angeordnete und orientierte Kanäle 32 in Richtung auf die Oberfläche der Schaufeln 17, bzw. ihre äußeren Enden ig und Wurzeln i8 aus und setzen deshalb ihre Temperatur ebenfalls herab, wonach das Kühlmittel von den Treibgasen mitgenommen wird. Die im Abstand von der Rückseite der Laufradscheibe mitrotierende Deckscheibe ist am äußeren Umfang der Laufradscheibe entlang so befestigt, daß sie den hinter der Laufradscheübe angeordneten Teil de: Kühlmnttelkamm r in radialer Richtung abschließt Fig.2 zeigt eine axonometrische Ansicht der Laufradscheibe i mit den Laufradschaufeln 17, ihren radial gerichteten Eintrittsteilen i9 und den von der radialen Richtung mehr abweichenden Austrittsenden 2o. Man sieht die in der Laufradscheibe i gebohrten Löcher 32 für den Durchtritt der Kühlluft, welche eine solche Richtung haben, daß die Kühlluft auf die Schaufeloberflächen, und zwar besonders nahe der Schaufeleintrittskanten und der Schaufelwurzeln geführt wird. In Fig.2 erkennt man, daß dies dort auf beide Schaufeloberflächen, die Vorder- wie die Rückseite, erfolgt. Statt Öffnungen 32 können für diesen Zweck beispielsweise auch Nuten 32" am äußeren Rande der Laufradscheibe i angeordnet sein.
Claims (4)
- PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbine mit einer tangential von außen beaufschlagten, das Treibgas von der radialen Eintritts- in die axiale Austrittsrichtung umlenkenden Laufradscheibe, bei der im Innern ihres rückwärtigen Scheibenteiles Kühlluft zugeführt wird, die radial von innen nach außen gegen den Laufradumfang strömt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens außen und auf mindestens einer Seite der Laufschaufeln (17) durch die Laufradscheibe (i) hindurchgehende, auf die Oberfläche der äußeren Laufschaufelenden (i9) und Laufschaufelwurzeln (18) gerichtete Kanäle (32) vorgesehen sind.
- 2. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand von der Rückseite der Laufradscheibe (i) eine etwa parallel dazu liegende, mitumlaufende Deckscheibe (31) angeordnet ist, die den zwischen beiden gebildeten Raum auch am Umfang abschließt.
- 3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den beiden Scheiben (1, 3i) gebildete Raum mit einer um die Laufradscheibennabe herum angeordneten, sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden Kühlmittelkammer (29) in Verbindung steht.
- 4. Gasturbine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradscheibe (i) auf ihrer Rückseite Gebläseschaufeln (28) trägt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 346 599# 665 762, 689 013, 767 3i2, 855 o2i, 863 152; USA.-Patentschrift Nr. :2:283 176.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH952853X | 1942-05-23 |
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---|---|
DE952853C true DE952853C (de) | 1956-11-22 |
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ID=4550159
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DEB15939D Expired DE952853C (de) | 1942-05-23 | 1942-12-05 | Gasturbine mit einer tangential von aussen beaufschlagten, das Treibgas von der radialen Eintritts- in die axiale Austrittsrichtung umlenkenden Laufradscheibe |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE952853C (de) |
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- 1942-12-05 DE DEB15939D patent/DE952853C/de not_active Expired
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