DE756278C - Gasturbine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, bei welcher jeder Laufradschaufelkörper nur auf einem Teil der Länge von den Brenngasen beaufschlagt wird, während der übrige Teil der Laufschaufel zum Zweck der Wärmeabführung einem Kühlmittelstrom ausgesetzt ist, der den Schaufelträger nach Art eines Hohlzylinders umschließt.

Bei bekannten, in dieser Art gekühlten Gasturbinen soll der Kühlluftstrom durch eine gebläseartige Ausbildung der Laufschaufelfüße beschleunigt werden. Um einen genügend großen Durchsatz des Kühlmittels sicherzustellen, müssen die als Gebläse ausgebildeten, in den Schaufelfüßen angeordneten Kühlluftkanäle dem physikalischen Zustand des Kühlmittels angepaßt sein. Da aber die Zustandgrößen des Kühlmittels von denen des Treibmittels stark abweichen, ergibt sich zwangsläufig ein verwickelter Aufbau der Turbinenbeschaufelung. Die Schwierigkeit der Schaufelherstellung wächst noch, wenn aus Festigkeitsgründen ein aus dem vollen herausgearbeiteter Turbinenläufer notwendig ist.

Gemäß der Erfindung werden diese Schwierigkeiten bei einer Turbine der genannten Art durch Anordnung eines Druckluftaufnehmers vermieden, der an einer eigenen Druckluftquelle, vorzugsweise an einen durch die Gasturbine selbst angetriebenen Verdichter, angeschlossen ist und mit einem kreisringförmi-

gen, auf die von den Brenngasen nicht beaufschlagten Teile der Laufschaufeln gerichteten Druckluftaustrittsschlitz versehen ist. Wenn die Turbine von den Abgasen einer Brennkraftmaschine mit einem Spül- oder Ladeluftverdichter betrieben wird, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß der Druckluftaufnehmer von dem Spül- oder Ladeluftverdichter gespeist wird. In weiterer Ausgestalio" tung der Erfindung wird \Orgeschlagen, den Teil der Laufradbeschaufelung, welcher von der dem Druckluftaustrittsschlitz entströmenden Kühlluft beaufschlagt wird, als Windturbinenbeschaufelung auszubilden, derart, daß der Kühlluftstrom ohne sich mit dem Brenngasstrom zu mischen ein Drehmoment erzeugt, welches dem durch die Brenngase erzeugten Drehmoment gleichgerichtet ist.

Der durch die Erfindung erreichte technische Fortschritt liegt darin, daß bei einer Gasturbine gemäß der Erfindung eine wirksame Kühlung erzielt wird, ohne daß bei der Herstellung der Turbine besondere Schwierigkeiten auftreten, und ferner darin, daß ein Teil der zur Erzeugung des Kühlluftstromes aufgewendeten Energie durch Arbeitsleistung im Turbinenläufer zurückgewonnen wird. Die Erfindung ermöglicht ferner einen schnellen und leichten Umbau, wenn sich bei einer Umstellung der Betriebsbedingungen eine Veränderung der Schaufelkühlung als notwendig erweist, und zwar in einfacher Weise dadurch, daß die Breite des Kühlmittelstromes durch Änderung des Druckluftaustrittsschlitzes den neuen Bedingungen angepaßt wird.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Übereinstimmende Teile tragen in den Abbildungen die gleichen Bezeichnungen. Es zeigt Abb. ι eine Brennkraftmaschinenanlage mit einer Abgasturbine zum Antrieb des Spüloder Ladeluftgebläses,

Abb. 2 eine andere Ausführungsform der Turbine.

Die in Abb. 1 veranschaulichte Maschinenanlage besteht aus der Brennkraftmaschine M, der Abgasturbine T und dem Spül- und Ladeluftgebläse G. Der die Treibgase aufnehmende Gehäuseteil 1 der Turbine T ist über eine Zuleitung 2 an die Auslaßöffnungen der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine M angeschlossen und trägt das eine Lager 3 der Turbinenwelle 4, auf welcher das Turbinenlaufrad 5 befestigt ist; das andere Lager 6 für diese Welle wird von dem Gehäuseteil 7 der Turbinenauslaßseite gebildet. Das Laufrad 5 trägt die Turbinenschaufeln 8, welche mit ihrem Fuß 9 in einer entsprechenden Ausdrehung des Laufradkörpers 5 festgelegt sind. Der die Treibgase aufnehmende Gehäuseteil 1 ist mit Leitschaufel 10 versehen, welche so ausgebildet sind, daß die nach dem Laufrad hin austretenden Gase die Laufradschaufeln 8 nur auf einem Teil ihrer Länge, und zwar auf dem äußeren Teil 8^a, beaufschlagen, während der innere Teil 8^ft mit den Treibgasen nicht in Berührung kommt. An dem Turbinengehäuse ist ferner ein Hohlraum 15 vorgesehen, welcher über eine zweckmäßig ein Regelglied 17 enthaltende Leitung 16 an eine Druckluftleitung 25 angeschlossen ist und welcher nach der Laufradseite hin einen kreisförmigen Luftaustrittsschlitz 18 aufweist, der so bemessen ist, daß die durch den Schlitz 18 hindurchtretende Luft den von den Treibgasen nicht beaufschlagten Teil 8^& der Laufradschaufeln bespült. Die Druckluftleitung 25 ist einerseits an die Förderseite des Spül- oder Ladeluftverdichters G angeschlossen, der aus dem feststehenden Gehäuseteil 20 und dem auf der Turbinenwelle 4 befestigten und von dieser angetriebenen Umlauf teil 2 r besteht. Am anderen Ende ist die Luftförderleitung 25 an die Einlaßöffnungen der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine M angeschlossen.

In einer solchen Anlage wird, wenn die Turbine läuft, durch den Verdichter Druckluft 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 kreisförmigen Austrittsschlitz 18 des Hohlraumes 15 in Richtung auf das Turbinenlaufrad 5 hin aus und bespült dabei den von den Treibgasen nicht beaufschlagten Teil 8'' der Laufradschaufeln. Hierbei nimmt die Luft die von den Treibgasen auf den beaufschlagten Teil 8" der Laufradschaufeln 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 Kühlluftstrom bespülten Teil der Turbinenschaufeln so auszugestalten, daß die vom KühHuftstrom auf diesen Teil ausgeübte Kraft ein Drehmoment ergibt, welches die gleiche Richtung hat wie das von den Treibgasen erzeugte Drehmoment. Auf diese Weise no kann ein Teil der zur Verdichtung der Kühlluft aufgewendeten Arbeit zurückgewonnen werden.

In den Fällen, in welchen mit einer besonders starken Erhitzung der Laufradschaufeln zu rechnen ist, kann neben der Luftstromkühlung 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 Kühlflüssigkeit hin abgeleitet wird. Eine Gasturbine mit einer

derartigen zweifachen Kühlung ist in Abb. 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 28^s der Laufradschaufeln 28 zwischen dem im Laufradkörper 45 festsitzenden Schaufelfuß 9 und dem nicht beaufschlagten Teil 28^& der Laufradschaufeln,

ίο der von dem aus dem Austrittsschlitz 35 des Druckluftaufnehmers 32 austretenden Luftstrom bespült wird. Im Laufradkörper 45 ist ferner ein ringförmiger Hohlraum 36 vorgesehen, welchem über eine Bohrung 37 des

Laufradkörpers 45 und einen in der Turbinenwelle 44 vorgesehenen Zulaufkanal 38 Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Zur Abführung der Flüssigkeit aus dem Hohlraum 36 ist eine zweite Bohrung 39 und ein in die Welle 44 eingearbeiteter Abflußkanal 40 vorgesehen. Bei einer solchen Ausgestaltung einer Gasturbine wird somit die von den heißen Treibgasen auf den Schaufelteil 28" übertragene Wärme zum Teil nach dem von dem Kühlluftstrom bespülten Schaufelteil 28^& und zum Teil über den im Laufradkörper 45 festsitzenden Schaufelfitß 9 nach der den Kanal 36 durchströmenden Kühlflüssigkeit hin abgeleitet.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Gasturbine, bei welcher jeder Laufradschaufelkörper nur auf einem Teil der Länge von den Brenngasen beaufschlagt wird, während der übrige Teil der Schaufel zum Zweck der Wärmeabführung einem Kühlluftstrom ausgesetzt ist, der den Schaufelträger nach Art eines Hohlzylinders umschließt, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Druckluftaufnehmers (15), der an einer eigenen Druckluftquelle, vorzugsweise an einen durch die Gasturbine selbst angetriebenen Verdichter, angeschlossen ist und mit einem kreisringförmigen, auf die von den Brenngasen nicht beaufschlagten Teile (8^Ö, 28⁶) der Laufschaufeln gerichteten Druckluftaustrittsschlitz (18) versehen ist.
2. 2. Gasturbine nach Anspruch 1 als Abgasturbine einer Brennkraftmaschine mit einem Spül- oder Ladegebläse, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckluftaufnehmer (15) von dem Spül- oder Ladeluftverdichter (21) gespeist wird.
3. 3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Laufradbeschaufelung, welcher von der dem Druckluftaustrittsschlitz (18) entströmenden Kühlluft beaufschlagt wird, als Windturbinenbeschaufelung ausgebildet ist, derart, daß der Kühlluftstrom, ohne sich mit dem Brenngasstrom zu mischen, ein Drehmoment erzeugt, welches dem durch die Brenngase erzeugten Drehmoment gleichgerichtet ist.
4. 4. Gasturbine nach einem der Ansprüche ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Kühlluftaustrittsschlitz (35) austretende Kühlluftstrom den äußeren Schaufelteil (28^&) trifft und daß der innere Schaufelteil (28") von der Laufradseite her in an sich bekannter Weise mittels eines in einer ringförmigen Höhlung (36) des Laufrades (5) umlaufenden Kühlmittels gekühlt wird.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Nr. 156 881,
   346599, 665762;

   schweizerische Patentschrift Nr. 179552; französische Patentschriften Nr. 515 999,

   551 548;
   USA.-Patentschrift Nr. 1 819 S64.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   5850 3.