CH205304A - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Gasturbine. - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Gasturbine.    Für die     Betriebsfähigkeit    von Turbinen  zur Umwandlung der Energie heisser Brenn  gase in mechanische Arbeit (z. B. Abgastur  binen für     Brennkraftmaschinen)    ist es wich  tig, dass die     Turbinenschaufeln    vor über  mässiger Erhitzung durch     ,die        heissen;

      Treib  gase geschützt werden, da die     Festigkeit    des  Schaufelwerkstoffes bei starker     Erhitzung     sinkt, und die Schaufeln dann den hohen Be  anspruchungen, welchen sie im Betriebe un  terworfen sind, nicht mehr     standhalten.    Um  eine solche     übermässig    starke Erhitzung der  Schaufeln zu     vermeiden,    wurde bereits vor  geschlagen, im Laufrad der Turbine, indem  die     Turbinenschaufeln    mit ihrem     Fussteil          festsitzen,    einen in der Nähe des Schaufel  fusses sich erstreckenden     und    von Kühlflüs  sigkeit     durchströmten    Kanal vorzusehen,

   der  art, dass die auf     die        .Schaufeln    von den Treib  gasen übertragene Wärme     über,den    Schaufel  fuss und den die     Wandung        ides    Flüssigkeits  kanals bildenden     Teil,    des     Schaufelträgers       nach der Kühlflüssigkeit     hin    abgeleitet wird.

    Durch eine solche     Massnahme    kann aber nicht  immer eine hinreichende Abfuhr der Wärme  von den Schaufelkörpern erreicht werden,  insbesondere dann nicht, wenn die Turbine  bei möglichst     .geringem    Platzbedarf und mög  lichst     niedrigem        Eigengewicht    eine     hohe    Lei  stung     abgeben        soll,    wie     es    z. B. bei den       Abgasturbinen    von     Brennkraftmaschinen    zum  Antrieb von     Luftfahrzeugen    der Fall ist.

   Bei  solchen Maschinenanlagen ist eine hin  reichende Abfuhr ,der     Wärme    von den Schau  felkörpern mit den     bekannten    Mitteln nicht  immer mit     Sicherheit    zu erreichen,     insbeson-          dere    dann nicht, wenn es sich um eine Tur  bine zur Ausnutzung der Energie der     beson-          derenheissen        Abgase    von Zündmotoren     (Otto-          Motoren)    handelt.  



  Die     Erfindung    betrifft nun ein Verfah  ren zum     Betrieb    von     Gasturbinen,    bei wel  chem eine hinreichende     Kühlung    .der Schau  felkörper mit Sicherheit erzielt wird.

   Erfin-           dungsgemäss    wird dies     hei    Turbinen der in  Frage stehenden Art dadurch erreicht, dass  die aus dem     Schaufelträger    (Laufrad) vor  ragenden Schaufelkörper nur auf     einem    Teil  ihrer Länge von den heissen Treibgasen     be-          aufschlagt    werden und dass der übrige (von  den Treibgasen nicht     beaufsehlagte)    Teil der  Schaufeln zum Zweck der Abführung der  von den Treibgasen her auf sie     übertragenen     Wärme einem     Kühlluftstrom    ausgesetzt  wird, der den Schaufelträger nach Art eines  Hohlzylinders umschliesst.

   Bei der Einrich  tung zur Durchführung dieses     Verfahrens    ist  erfindungsgemäss am Gehäuse der Turbine  ein an eine     Druckluftquelle    angeschlossener       Druckluftaufnehmer    vorgesehen, der einen  kreisförmigen, nach dem von den     @i eib@@as@n     nicht     beaufschla-ten        Teil    der Schaufeln hin  gerichteten     Luftaustrittsschlitz        besitzt.     



  In der     beiliegenden    Zeichnung sind zwei       Ausführungsformen    der Erfindung darge  stellt.     tbereinstimmende    Teile tragen in den  Figuren die gleichen     Bezeichnungen.        Es          zeigt:          Fig.    1 eine     13rennhraftmasehint@nanlage     mit einer     Abgasturbine    zum     Antrieb        .des     Spül- oder     Ladeluftgebläses.     



       Fig.    2 eine andere     Ausfizhrrtn(,sform    der  Turbine.  



  Die in     Fig.1        veransc.haulichteVlascbinen-          anlage    besteht aus der     Brennkra.ftmaschine          1,1,    der     Abgasturbine    T und dem Spül- und       Ladeluftgebläse    G.

   Der die Treibgase auf  nehmende Gehäuseteil 1 der Turbine T ist  über eine Zuleitung L an die     Auslassöffnun-          gen    der     Arbeitszylinder    der Brennkraft  masahine     3Z        an:Ieschlossen    und trägt das eine  Lager 3 der     Turbinenwelle    4, auf welcher  das Turbinenlaufrad 5     1x-festigt;    ist; das  andere Lager 6 für diese Welle wird von  dem Gehäuseteil 7 .der     Turbinenauslassseite     gebildet. Das Laufrad 5 trägt die Turbinen  schaufeln 8, welche mit ihrem Fuss 9 in einer  entsprechenden     Ausdrehung    des     Laufradkö    r-  pers 5 festgelegt sind.

   Der die Treibgase auf  nehmende Gehäuseteil 1 ist mit     Leitschaufeln     10 versehen, welche so ausgebildet sind, dass  die nach dem Laufrad hin austretenden Gase    die     Laufradüchaufeln    8 nur auf     einem    Teil  ihrer Länge, und zwar auf dem     äussern    Teil       8a        beaufschlagen,    während der innere Teil  8b mit den Treibgasen nicht in Berührung  kommt.

   An dem     Turbinengehäuse    ist ferner  ein Hohlraum 15 vorgesehen, welcher     über     eine     zweckmässig    ein Regelglied 17 enthal  tende Leitung 16 an     eine        Druekluftleitung     <B><U>-2</U></B>5 angeschlossen ist und     welcher    nach der       Laufradseite    hin einen kreisförmigen     Luft-          austrittsschlitz    18 aufweist, der so bemessen  ist,

   dass die durch den Schlitz 1.8 hindurch  tretende Luft den von den Treibgasen nicht       teaufschlagten    Teil 8b der     Laufradschaufeln          bespiilt.    Die     Pruckluftleitung    ?5 ist     einer-          3cits    an die     Förderseite    des Spül- oder     Lade-          l.uftverdiehters        G        angeschlossen,    der aus dem  feststehenden Gehäuseteil 21) und dem auf  der Turbinenwelle 4 befestigten und von  dieser angetriebenen Umlaufteil     \?1    besteht.

    Am andern Ende ist die     Luftförderleitung     ?5 an die     Einlassöffnungen    .der Arbeitszylin  der der     Brennkraftmasehine        111        angeschlossen.     



  In einer solchen Anlage wird, wenn die       Turbine    läuft, durch     den    Verdichter Druck  luft erzeugt,     welche    durch .die Leitung 25       abgeführt    wird und von der ein. Teil über  die Zweigleitung 16 in den Hohlraum 15       (Druckluftaufnehmer)    des Turbinengehäuses  gelangt.

   Diese Luft strömt über den     kreis-          förmigen        Austrittsschlitz    18 des Hohlraumes  15 in Richtung auf das Turbinenlaufrad 5  hin     .aus    und     bespült    dabei den von den Treib  gasen nicht     beaufsehlagten    Teil 8b der     Lauf-          ra.dschaufeln.    Hierbei     nimmt    die Luft die  von den Treibgasen auf den     beaufschla.gten     Teil 8u der     Laufradsehaufeln    übertragene       und    nach.

   dem nicht     beaufschlagten    'Teil 8  hin abfliessende Wärme auf, so dass auf diese  Weise eine     wirksame        Kühlung    der Schaufeln  erreicht wird.  



  Besonders zweckmässig     ist    es, den vom       Kiihlluftstrom        bespülten    Teil der Turbinen  schaufeln so     auszugc#"stalteri,    dass die vom       Kühlluftstrom    auf     diesen    Teil ausgeübte  Kraft ein Drehmoment ergibt, welches die       );leiche    Richtung hat wie das von den     Treib-          gasen        erzeugte    Drehmoment. Auf diese      Weise kann ein Teil der zur     Verdichtung     der Kühlluft aufgewendeten Arbeit zurück  gewonnen     werden.     



  In .den Fällen, in welchen mit einer be  sonders starken Erhitzung .der     Laufradschau-          feln    zu rechnen ist, kann neben der Luft  stromkühlung noch die an sich     bekannte          Flüssigkeitskühlung    verwendet     werden,    bei  welcher ein     Teil    der     aufgenommenen    Wärme  über den Schaufelfuss zu der einen Kanal des       Laufradkörpers    durchströmenden Kühlflüs  sigkeit hin abgeleitet wird. Eine Gasturbine  mit einer derartigen, zweifachen Kühlung ist  in     Fig.    2 dargestellt.

   Bei dieser     Turbine    liegt  der die     Treibgase    aufnehmende Teil 30 des  Gehäuses -innen und der     Druckluftaufnehmer     32 aussen.     Dementsprechend    liegt .der     von,den     Treibgasen     beaufschlagte    Teil 28a der     Lauf-          rad-schaufeln    28 zwischen dem im Laufrad  körper 45 festsitzenden .Schaufelfuss 9 und  dem nicht     beaufschlagten    Teil 28b .der Lauf  radscbaufeln,

   der von dem aus dem Austritts  schlitz 35 des     Druckluftaufnehmers    32 aus  tretenden Luftstrom     bespült        wird.    Im     Irauf-          radkörper    45 ist ferner     ein    ringförmiger  Hohlraum 3.6 vorgehen, welchem über eine       Bohrung    37 des     Laufradkörpers    45 und einen  in der Turbinenwelle 44 vorgesehenen Zu  laufkanal 38 Kühlflüssigkeit zugeführt. wird.

    Zur Abführung der Flüssigkeit aus dem  Hohlraum 3'6 ist eine     zweite    Bohrung 39 und  ein in die     Welle    44     eingearbeiteter        Abfluss-          kanal        40    vorgesehen.

   Bei einer solchen Aus  gestaltung einer Gasturbine wird .somit die  von den heissen Treibgasen auf den Schaufel  teil     28a    übertragene Wärme zum Teil nach  dem von dem     Kühlluftstrom        bespülten    Schau  felteil 28b und zum Teil über den im Lauf  radkörper 45     festsitzenden        .Schaufelfuss    9  nach der den Kanal 36 durchströmenden  Kühlflüssigkeit hin abgeleitet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE: I. Verfahren zum Betrieb von Gasturbinen, insbesondere Abgasturbinen von Brenn kraftmaschinen, welche einen die Treib gase verteilenden Gehäuseteil und einen relativ zu diesem bewegten, die Turbinen- schaufeln tragenden Teil aufweisen, da durch .gekennzeichnet, dass :

   die aus dem Schaufelträger (Laufrad) vorragenden Schaufelkörper nur auf einem Teil ihrer Länge von den Treibgasen beaufschlagt werden, und dass der übrige (von den Treibgasen nicht beaufschlagte) Teil der Schaufeln. zum Zweck der Abführung ,der von. den Treibgasen auf die Schaufel körper übertragenen Wärme einem Kühl luftstrom ausgesetzt wird, der den,

   Schau- feltrKger nach der Art eines llohlzylin- ders umschliesst. Il. Einrichtung zur Durchführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse der Turbine ein Druckluftaufnehmer (15,<B>32)</B> vorgesehen ist, der an eine Druckluft quelle angeschlossen ist und einen kreis förmigen, nach dem von den Treibgasen nicht beaufschlagten Teil (8b, 28b)

   der Schaufelkörper hin gerichteten Luftaus- trittsschlitz besitzt. UNTERANSPRÜCFIE 1. Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch ,gekennzeichnet, dass die die Kühl luft liefernde Druckluftquelle ein von ,der Turbine angetriebener Luftverdich- ter ist. 2.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, für die Abgasturbine einer Brennkraftma- schine, deren .Spül- und Ladeluft durch einen Verdichter unter Druck gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass .die Kühlluft von dem Spül- und Ladeluft- verdichter (G) der Brennkraftmaschine (lVl) aufgebracht wird.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch II, ins besondere für ein- oder mehrstufige Ab- gasturbinen von Brennkraftmaschinen. dadurch gekennzeichnet, dass der dem Kühlluftstrom ausgesetzte und in axialer Richtung von diesem beaufechlagte Teil (8b, 2.8b) .der Schaufelkörper so ausgebil det ist, dass unter der Wirkung des Kühlluftstromes ein Drehmoment er zeugt wird,

   welches .dem von den Treib- gasen herrührenden Drehmoment gleich gerichtet ist. 4. Einrichtung nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeiehnet, dass der Kühlluft strom den innern Schaufelteil (8b) trifft (Fig. 1). 5.

   Einrichtung nach Patentanspruch II, da durch gekennzeiehnet, dass der Kühlluft strom den äussern Schaufelteil (28b) trifft und dass :der innere Schaufelteil (28a) von der Laufradseite her mittels eines in einer ringförmigen Höhlung (316) des Laufrades (5) befindlichen Kühlmit tels gekühlt wird (Fig. 2).