Einrichtung zur Kühlung des Laufrades einer Verbrennungsturbine. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kühlung des Lauf rades<I>einer</I> Verbrennungsturbine, das in ra dialer Richtung zwischen dem mit hoch er hitztem Treibmittel beaufschlagten äussern Schaufelblattkranz und einem innern, in der Ui mfangsrichtung mit diesem Schaufelblatt kranz zusammenhängenden scheibenförmigen Teil einen in der Umfangsrichtung unterteil ten Kranz besitzt. Scheibenförmige Gastur binenlaufräder, bei denen die innerhalb des Treibschaufelblattkranzes liegende äussere Partie des scheibenförmigen Teils mit radia len Einschnitten zwecks Vermeidung von Tangentialspannungen versehen sind, sind bekannt. Es ist auch schon in Vorschlag ge bracht worden, gegen diese mit radialen Ein schnitten versehene Partie Wasser zu sprit zen, um sie zu kühlen.
Diese Art der Küh lung hat aber den Nachteil, dass, namentlich wenn die Besehaufelung des Laufrades mit hoch erhitzten Verbrennungsgasen beauf- eehlagt wird, denen meistens ein gewisser Schwefelgehalt innewohnt, durch das ein- gespritzte Wasser Säuren gebildet werden. die den Werkstoffdes Laufrades angreifen.
Ausserdem übt die auf die Scheibe auftref fende Kühlflüssigkeit, zum Beispiel Wasser, wegen der grossen Umfangsgeschwindigkeit des Rades, welche die Kühlflüssigkeit im Augenblick ihres Auftreffens beschleunigen muss. eine beträchtliche bremsende Wirkung auf die Scheibe aus und verzehrt dadurch einen Teil der Energie, die die Treibgase an das Laufrad abgeben.
Im Gegensatz zu dieser bekannten Art der Kühlung ist die den Gegenstand der Er findung bildende -Einrichtung zur Kühlung .des Laufrades einer Verbrennungsturbine derart ausgebildet, dass der zwischen dem Treibschaufelblattkranz und dem scheiben förmigen Teil des Laufrades befindliche, un terteilte Kranz, in welchem keine Tangen tialspannungen der Seheibe sollen auftreten können, von Kühlgasen umspült wird.
Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass die zwischen dem Laufrad und den gehr nahen Wänden des Gehäuses be findlichen Gase, die sich bei hoher Umfangs geschwindigkeit des Laufrades in vehementer Turbulenz befinden, durch besonders inten sive Kühlung derjenigen Teile der Gehäuse wände, welche dem erwähnten, in der Um fangsrichtung unterteilten Kranz gegenüber liegen, hinlänglich kühl gehalten werden. Statt dessen kann aber auch Kühlluft durch engspaltige Organe, die im erwähnten Kranz vorgesehen sind, durchgetrieben werden.
Die beigegebenen Zeichnungen stellen mehrere Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes, sowie Einzelheiten und Einzelheitsvarianten dieser Beispiele dar.
Fig. 1 ist eine Stirnansicht einen Sektors des zwischen dem Treibschaufelkranz und der scheibenförmigen Partie des Laufrades gelegenen Kranzes von der radialen Breite X, Fig. 2 eine Seitenansicht dieses Kranzes, Fig. 3 eine Seitenansicht einer Detailvariante des Kranzes; Fig. 4 ist ein Meridianschnitt des Turbi nengehäuses mit Seitenansicht des Lauf rades; Fig. 5 zeigt eine Variante eines Einzel teils des Turbinengehäuses in grösserem Mass stab; Fig. 6 ist eine Stirnansicht eines Aus führungsbeispiels des Laufrades; Fig. 7 ist ein quer zur Axe dieses Laufrades verlau fender Querschnitt durch den Treibsehaufel- kranz, und Fig. 8 ein Querschnitt von zwei benachbarten Schaufeln, beide in grösserem Massstab;
Fig. 9 ist ein Vertikalschnitt parallel zur Axe des Laufrades eines andern Ausfüh rungsbeispiels, Fig. 10 ein dazu senkrechter Schnitt, also quer zur Laufradaxe, wobei je doch der innere ringscheibenförmige Teildes Kranzes in der Stirnansicht dargestellt ist.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines der gemäss Fig. 9 und 10 ausgebildeten Schaufelfüsse; Fig. 12 und 13 sind Querschnitte von zwei Varianten von Schaufelfüssen gemäss Fig. 9 und 10; Fig. 14 zeigt im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel an einem Turbinen laufrad und an dessen Gehäuse.
Gemäss Fig. 1 und 2 sind die Turbinen treibschaufeln<I>a</I> mit ihren Füssen<I>b</I> und den Fussenden c in radiale Einschnitte des Schei benkranzes d des Laufrades eingesetzt, der eine radiale Breite X besitzt. Behufs Ver meidung von Spannungen in der Umfangs richtung des scheibenförmigen Teils des Laufrades, welche durch die Erwärmung des äussern Schaufelkranzes hervorgebracht wür den, ist in der Umfangsrichtung zwischen den Füssen b und dem Werkstoff des Kran zes d ein ganz .geringes Spiel von nur weni gen hun.dertsteln Millimetern vorhanden, das beim Betrieb der Turbine verschwindet.
An Stelle .dieses (nicht dargestellten bezw. nicht darstellbaren) Spiels können gemäss Fig. 1 radiale Einschnitte e zwischen zwei benach barten Schaufelfüssen b vorgesehen sein. Um die von den Schaufelblättern der Schaufeln a in die Schaufelfüsse <I>b</I> abströmende Wärme durch die die Stirnflächen des Kranzes d und ,die Schaufelfüsse bespülende Kühlluft wirk sam abfübren zu können, ist es zwe.cltmässig, auch die .durch die Reibung der Stirnflächen des Kranzes an dieser Kühlluft hervorge brachte Wärme abzuführen,
denn diese Wärme darf namentlich bei hoben Umfaugs- geschwindigkeiten, die wünschenswert sind, nicht vernachlässigt werden, da sie mit der fünften Potenz des Radius des Kranzes wächst und dadurch bei hohen Umfangsge schwindigkeiten so hohe Werte annimmt, dass die nur im einfachen Verhältnis des Ra dius wachsende Kühlung durch die Luft nicht mehr imstande ist, mit den gewünsch ten möglichst niedrigen Temperaturunter schieden die Wärme von den äussern Teilen des Laufrades abzuführen.
Um zu verhin dern, dass die Wärme radial von aussen nach innen im Werkstoff der Scheibe bis zu dem jenigen Teil dieser letzteren vordringen kann, der nicht mehr durch radiale Ein schnitte e g eaen zusätzliche Wärmespannun gen geschützt ist, sind die radialen Ein schnitte für die Aufnahme der Schaufelfüsse b weiter nach der Radmitte hin vorgetrieben, wodurch die Einschnitte f entstehen. Diese Einschnitte schliessen Stirnflächenteile des Kranzes d zwischen sich ein, deren Umfang s- geschwindigkeit schon so viel geringer ist,
dass die durch die Kühlung abgeführte Wärme grösser ist als diedurch die Reibung dieser Teile der Stirnflächen und der sie be- spülenden Kühlluft erzeugte Wärmemenge. Infolgedessen sind diese Flächen imstande, den Überschuss der Wärme abzuführen, der von den weiter aussen gelegenen Flächen wegen der grossen Reibung nicht abgeführt werden kann.
Auf diese Weise ist es also immer, auch in ganz schwierigen Fällen, möglich, den innern Teil der Scheibe, der nicht durch radiale Einschnitte von tangen tialen Spannungen befreit ist und auch nicht befreit werden darf, um zu möglichst hohen Umfangsgeschwindigkeiten bei gegebenen Festigkeitseigenschaften des verwendeten Werkstoffes gelangen zu können, vor ungün stigen zusätzlichen Wärmespannungen zu be wahren.
Damit die immerhin verhältnismässig tie fen radialen Einschnitte f den nicht einge schnittenen innern Teil der Scheibe nicht zu stark durch die Fliehkraft belasten, ist der Kranz d gemäss Fig. 2 zwischen den gekühl ten Stirnflächen des Laufrades mit einer Ringnut g versehen, deren axiale Breite nach der Scheibenmitte hin abnimmt.
Lm die Reibung der Luft an den Stirn flächen des Scheibenkranzes so klein als möglich zu machen, empfiehlt sich die Mass nahme, die Stirnflächen der Schaufelfüsse b völlig bündig mit jenen Stirnflächen zu ge stalten und die Einschnitte f nicht offen zu lassen, sondern zum Beispiel mit Leichtme tall auszufüllen oder sie zu verkleiden. Bei der Ausbildung gemäss Fig. 2 bilden Lamel len h in die Einschnitte f ragende Fortsätze der Schaufelfüsse, welche Lamellen in axia ler Richtung nur ganz geringe Stärke zu haben brauchen, da sie eben nur den Zweck haben, eine ebene Oberfläche der Stirnflä chen zu erzielen.
Bei der Variante gemäss Fig. '3 ist die an den scheibenförmigen Teil des Laufrades anschliessende Partie d' des Kranzes d, auf welcher die durch Reibung an der Luft er zeugte Wärme geringer ist als die Wärmeab fuhr und die zweckmässigerweise in radialer Richtung möglichst schmal sein sollte, mit ringsum laufenden Rippen und Rillen verse hen, in welche Zähne an den durch Kühl flüssigkeit gekühlten Wänden eingreifen, wodurch die der Kühlung ausgesetzte Ober fläche entsprechend grösser wird.
Dein Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 liegt .die Überlegung zu Grunde, dass behufs Vermeidung von zusätzlichen Wärmespan nungen im Laufrad die Temperatur im schei benförmigen Innenteil des Rades möglichst gleichmässig sein, sollte und dass, also erst in dem mit den radialen Einschnitten für die Aufnahme der Schaufelfüsse versehenen Kranz, wo die durch Reibung an der Kühl luft erzeugte Wärme geringer ist als die Wärmeabfuhr, ein allmählicher Anstieg der Temperatur stattfinden soll.
Üm dies zu er reichen, ist in die Kühlgehäuse j, an denen sich die zur Kühlung,des radial unterteilten Kranzes dienende Luft abkühlt, ein Ring kanal i an einer etwa Odem Abstand des eben erwähnten Kranzes von ,der Radmitte ent sprechenden Stelle eingesetzt, aus welchem Kanal die Kühlflüssigkeit, zum Beispiel Wasser oder rückgekühltes 01, durch enge Spälte in die Kühlräume k und ms hinüber- tritt, in denen sie die feststehenden,
dem Laufrad zugekehrten zu kühlenden Wände bestreicht, worauf sie,die Gehäuse j bei z', z"' verlä,sst. Die Kühlwände befinden sich vor teilhafterweise im Abstand von wenigen Mil limetern von den Stirnflächen .des Laufrades.
LTm bei Turbinenlaufrädern mit sehr ho her Umfangsgeschwindigkeit noch eine genü gende Kühlung des erwähnten, von tangen- tialer Spannung freizuhaltenden Kranzes zu erzielen, ist gemäss Fig. 5 an Stelle der ge mäss Fiz. 4 gekühlten Gehäusewände ein von einem Kanal o für Kühlluft oder Kühlgase umgebener feststehender Kühlring n vorgese hen. In dem Kanal o umkreisen Kühlluft oder Kühlgase den Kühlring n in Richtung der Pfeile.
Da die Kühlluft oder die Kühl gase in der Umdrehungsrichtung des Lauf rades mitgenommen werden, werden sie nicht in Richtung eines Meridians, sondern in schraubenlinienförmigen Spiralen strömen. Infolgedessen werden die Berührungsflächen, an denen sich die Kühlluft oder Kühlgase abkühlen können, bevor sie nach Ausführung eines Kreislaufes wieder mit dem Laufrad in Berührung kommen, gleichsam vervielfacht; dementsprechend ist die Kühlwirkung am Scheibenkranz besonders ausgiebig.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 bis 8 bezeichnet 2 den scheibenförmigen Teil eines Turbinenlaufrades, 3 den Treibschaufel- kranz, der auf dem ganzen Umfang mit Aus nahme der Bogenstrecke A von heissen Treib gasen, auf dieser Strecke A dagegen von Kühlluft oder -gasen beaufschlagt wird. Zwi schen jenen Teilen 2 und 3 befindet sich der zur Aufnahme der Schaufelfüsse bestimmte, also radial eingeschnittene Kranz 4, der min destens auf dem Umfangsteil A von Kühl luft beaufschlagt wird, wobei er gleichsam eine Sperrzone für die vom Schaufelkranz 3 aufgenommene Wärme gegenüber dem schei benförmigen Teil 2 bildet.
Da die Zeit, in welcher die Schaufeln des Kranzes 3 von hei ssen Treibgasen beaufschlagt werden, bei 3000 Umdrehungen in der Minute weniger als 0,2 Sekunden beträgt, kann bei genügen der Breite des Kranzes 4 in radialer Rich tung die Wärme nicht von den heissen Schaufelblättern bis zu den Schaufelfüssen und damit in den Teil 2 des Laufrades ge langen, dies aber nur, wenn radial einge schnittene der Kranz auf dem nicht von Kühlluft bestrichenen Teil seines Umfanges auch nicht von heissen Treibgasen getroffen wird. Um zu verhindern, dass die heissen Treibgase bis in die auf dem Kranz 4 befindlichen Schaufelfüsse 4' vordringen können, sind letztere gemäss Fig. 7 von den Treibschaufeln 3 selbst durch Scheidewände 5 abgesperrt.
Um die Wärme abgebende Oberfläche der Schaufelfüsse '4' möglichst gross zu haben, sind bei der in Fig. 7 links befindlichen Schaufel die den Hohlraum umgebenden Flä chen mit Rinnen. 11 versehen, die in der axia len Strömungsrichtung der Treibgase ver laufen.
Die Absperrung des Innenteils des Lauf rades gegen die von den Schaufelblättern aus .den heissen Treibgasen aufgenommene Wärme kann durch die in den Fig. 7 und 8 darge stellte Anordnung von radialen Bohrungen 22 unterstützt werden, weil durch sie die metallische Querschnittsfläche und mithin der Querschnitt für den Wärmestrom verrin gert wird. Durch die Bohrungen 22 wird selbstverständlich auch das Gewicht der Schaufeln vermindert, was wie die Kühlung des scheibenförmigen Teils 2, die Möglichkeit gewährt, die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades zu erhöhen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 9 und 10 ist der zur Aufnahme der Schaufel füsse bestimmte,,die radiale Breite X aufwei sende Kranz des Laufrades durch einen fel genartigen Kranz 7 gegenüber dem scheiben förmigen Teil 2 abgeschieden. Die Hohlkeh len an der innern Seite jenes Kranzes 7 sind mit ungefähr tangential gerichteten Schau feln 13 versehen, die an den Stirnseiten mit- telst ringscheibenförmigen, vorteilhafterweise aus Leichtmetall bestehenden Lamellen 8 ab geschlossen sind.
Durch die Schaufeln 13 wird Kühlluft, die in das. Gehäuse durch die in der Nähe der Radmitte vorgesehenen Öff nungen 21 eintritt und in den engen Zwi schenräumen zwischen der Scheibe 2 und den Gehäusewänden durch die Wirkung der Zen- trrifugalkraft nach aussen getrieben wird, durch Sohrungen 9 des Kranzes in radial gerichtete Kammern 10 zwischen den zur Aufnahme der Köpfe 6 der Schaufelfüsse bestimmte Pfannen getrieben.
Aus den Kam mern 10 tritt ,die Kühlluft in axialer Rich- teng entweder durch zahlreiche enge Öff nungen 14 oder durch enge Schlitze 15 aus, wobei sie die Wärme abführt, die in den Schaufelblättern der Schaufeln 3 und ihren Köpfen 6 in radialer Richtung von aussen nach innen zu strömen sucht. Den mit feinen Bohrungen 14 versehenen Teil eines Schau felfusses zeigt Fig. 11 in perspektivischer Darstellung.
Bei dem in Fig. 10 zu äusserst links stehenden Schaufelfuss sind Schlitze 15 vorgesehen, die durch Einsägen in den Werk stoff hergestellt sein können, während bei den rechts stehenden Schaufelfüssen aus Leichtmetall bestehend gedachte Füllstücke 16 in Kerben der Schaufelfüsse eingeklemmt sind, wobei Spälte 15' zwischen den Füll stücken freibleiben, durch welche Spälte die Kühlluft abziehen kann. Sowohl in den Boh rungen 14 als in den Spälten 15 und 15' wird die von den Schaufelblättern aufgenommene Wärme auf die Kühlluft oder Kühlgase über tragen.
Um die Reibung des scheibenförmigen Teils 2 an der ihn umgebenden Kühlluft auf ein Mindestmass herabzusetzen, umschliessen die mit Kühlflüssigkeit in Berührung stehen den Wände 18 des Gehäuses jenen Teil 2 mit geringem Spiel von wenigen Millimetern. Die Kühlflüssigkeit tritt durch die Öffnun gen 19 (oben) ein und bei 20 aus und bestreicht auf ihrem Wege die Gehäuse wände 18.
Bei den Varianten gemäss Fig. 12 und 13 tritt die Kühlluft, die in die Kammer 10 zwischen zwei Scbaufelfussköpfen 6 gelangte, durcb schmale Spälte 17', zum Beispiel von 0,1 mm, zwischen den Schaufelfussen und dem Radkranz nach aussen, wodurch der von den Treibschaufeln 3 radial nach innen ge richtete Wärmestrom abgelenkt und eine kräftige Kühlung der Schaufelfüsse erzielt wird. Bei der Ausbildung nach Fig. 13 sind der Schaufelfuss und die ihn aufzunehmen bestimmte Öffnung im Kranz mit ineinander greifenden Zacken versehen, so dass die Kühl luft einen zickzackförmigen Weg 17" zu durchziehen hat.
Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 14 stellt eine weitere Ausbildung desjenigen ge mäss Fig. 4 und der Variante gemäss Fig. 5 dar. Für den Rückfluss des die von Wasser durchflossenen Kühlringe 25 in schrauben linienförmigen Spiralen umkreisenden Stro- mes der Kühlluft .oder Kühlgase aus dem Raum 2,6, wo die Temperatur der Kühlluft am niedrigsten ist, sind mehrere Kränze von Kanälen 27, 28, 29 vorgesehen, deren Mün dungen dem scheibenförmigen Te@1 2 des Laufrades gegenüberstehen.
Der Kranz der in entsprechend grosser Anzahl vorhandenen Kanäle 29 besitzt einen Gesamtdurchgangs querschnitt, der erheblich grösser ist als der jenige der Kanäle 28, welcher seinerseits den Durchgangsquerschnitt der Kanäle 27 über trifft. Hierdurch soll erreicht werden, dass in verschiedenen Abständen von der Lauf- radaxe verschiedene Kühlluftmengen austre ten; man kann diese Mengen mit Hilfe einer zweckmässigen Anordnung und Anzahl der Kanäle 27 bis 29 derart bemessen, dass die Temperatur des scheibenförmigen Teils 2 des Laufrades wenigstens nahezu gleichmässig ist.
Im Abstand der Kanäle 29 von der Axe ist die abgeführte Wärmemenge selbstver ständlich am grössten, weil dort der von .den heissen Schaufeln 3 kommende Wärmestrom, sowie die durch die Reibung .des- Laufrades an .dem es umgebenen Medium erzeugte Wärme am grössten ist. Durch die Kanäle 28 ist eine schon viel geringere Wärmemenge und durch die Kanäle 27 wohl nur die Rei bungswärme abzuführen, so dass für sie eine entsprechend geringere Menge Kühlluft von nöten ist. Zur Führung der Kühlluft sind auf den der Scheibe 2 zugekehrten Enden der als Röhrchen ausgebildeten Kanäle 27 biss 29 Ringscheiben '30 bezw. 31 bezw. 32 angebracht.
Die Kühlflüssigkeit kann den Kühlringen 25 durch einige Rohre 33 zuge führt und durch an geeigneten Stellen vor gesehene (nicht gezeichnete) Ablaufrohre ab geführt werden.
Die Füsse 23 .der Triebschaufeln 3 sind bei diesem Ausführungsbeispiel ungewöhn lich lang, um den durch die radialen Unter brechungen vor tangentialen Spannungen ge schützten Kranz so leicht als möglich aus führen zu können. Der innerste Teil 24 der Schaufelfüsse 23 umklammert :den mit ringsum laufenden Rippen versehenen Rand des scheibenförmigen Teils 2 des. Laufrades, welcher zur Erleichterung seines Gewichtes mit (nicht gezeichneten) radialen Aussparun gen bis zu einer gewissen Tiefe versehen sein kann.
Device for cooling the impeller of a combustion turbine. The present invention relates to a device for cooling the impeller <I> a </I> combustion turbine, which is in ra dialer direction between the exposed with high he heated propellant outer blade ring and an inner, in the Ui mfangsrichtung with this blade ring coherent disc-shaped part has a ring in the circumferential direction unterteil th. Disc-shaped Gastur binenlaufräder, in which the outer part of the disc-shaped part lying within the drive blade ring is provided with radia len incisions in order to avoid tangential stresses, are known. It has also been suggested that water be sprayed against this section provided with radial incisions in order to cool it.
However, this type of cooling has the disadvantage that, especially if the impeller is exposed to highly heated combustion gases, which usually contain a certain sulfur content, acids are formed by the injected water. which attack the material of the impeller.
In addition, the cooling liquid that hits the disc, for example water, exercises because of the high circumferential speed of the wheel, which the cooling liquid must accelerate at the moment of its impact. has a considerable braking effect on the disc and thus consumes part of the energy that the propellant gases give to the impeller.
In contrast to this known type of cooling, the device for cooling the subject of the invention is designed for cooling the impeller of a combustion turbine in such a way that the subdivided ring located between the driving blade ring and the disc-shaped part of the impeller, in which no tangles tial tension of the Seheibe should be able to occur, is surrounded by cooling gases.
This can be accomplished, for example, by the fact that the gases between the impeller and the walls of the housing that are close to hearing, which are in vehement turbulence at high circumferential speed of the impeller, by particularly intensive cooling of those parts of the housing which are walls mentioned , in the circumferential direction of the subdivided wreath opposite are kept sufficiently cool. Instead, however, cooling air can also be driven through narrow-gap organs which are provided in the aforementioned ring.
The accompanying drawings represent several exemplary embodiments of the subject matter of the invention, as well as details and individual variants of these examples.
1 is an end view of a sector of the ring located between the drive blade ring and the disk-shaped part of the impeller of radial width X, FIG. 2 is a side view of this ring, FIG. 3 is a side view of a detailed variant of the ring; Fig. 4 is a meridional section of the Turbi nengehäuses with side view of the impeller; Fig. 5 shows a variant of a single part of the turbine housing on a larger scale; Fig. 6 is an end view of an embodiment of the impeller; FIG. 7 is a cross section through the drive blade ring running transversely to the axis of this impeller, and FIG. 8 is a cross section of two adjacent blades, both on a larger scale;
Fig. 9 is a vertical section parallel to the axis of the impeller of another Ausfüh approximately example, Fig. 10 is a section perpendicular thereto, that is, transversely to the impeller axis, but the inner annular disk-shaped part of the ring is shown in the end view.
11 is a perspective view of one of the blade roots formed according to FIGS. 9 and 10; 12 and 13 are cross-sections of two variants of blade roots according to FIGS. 9 and 10; Fig. 14 shows in cross section a further embodiment of a turbine runner and its housing.
According to FIGS. 1 and 2, the turbine blades <I> a </I> are inserted with their feet <I> b </I> and the foot ends c in radial incisions of the disc ring d of the impeller, which has a radial width X. . In order to avoid tensions in the circumferential direction of the disk-shaped part of the impeller, which would be caused by the heating of the outer blade ring, there is only a small amount of play in the circumferential direction between the feet b and the material of the ring d hundredths of a millimeter, which disappears when the turbine is running.
Instead of this game (not shown or not shown), according to FIG. 1, radial incisions e can be provided between two neighboring blade roots b. In order to be able to effectively dissipate the heat flowing from the blade blades of the blades a into the blade roots through the cooling air flushing the end faces of the ring d and the blade roots, it is two times necessary to also use the the friction of the end faces of the ring on this cooling air to dissipate heat,
because this heat must not be neglected, especially at high pumping speeds, which are desirable, since it increases with the fifth power of the radius of the rim and thus at high circumferential speeds assumes such high values that it is only in a simple ratio of the radius growing cooling through the air is no longer able to dissipate the heat from the outer parts of the impeller with the desired lowest possible temperature differences.
In order to prevent the heat from penetrating radially from the outside to the inside in the material of the disk to the part of the latter that is no longer protected by radial incisions eg additional thermal stresses, the radial incisions are for the recording the blade root b is driven further towards the center of the wheel, whereby the incisions f arise. These incisions enclose the end face parts of the ring d between them, the circumferential speed of which is so much lower that
that the heat dissipated by the cooling is greater than the amount of heat generated by the friction of these parts of the end faces and the cooling air flushing them. As a result, these surfaces are able to dissipate the excess heat that cannot be dissipated from the surfaces further out because of the great friction.
In this way, it is always possible, even in very difficult cases, to use the inner part of the disc, which is not freed from tangential stresses by radial incisions and also must not be freed, in order to achieve the highest possible circumferential speeds with the given strength properties of the To be able to get the material to be protected against unfavorable additional thermal stresses.
So that the at least relatively deep radial incisions f the not incised inner part of the disc are not too heavily loaded by centrifugal force, the ring d according to FIG. 2 between the cooled end faces of the impeller is provided with an annular groove g, the axial width according to decreases towards the center of the disc.
In order to make the friction of the air on the face of the disc rim as small as possible, it is advisable to make the face of the blade roots b completely flush with those face and not to leave the incisions f open, but rather with them, for example To fill in light metal or to disguise them. In the embodiment according to FIG. 2, lamellae form h into the incisions f projecting extensions of the blade roots, which lamellae need to have only a very small thickness in the axial direction, since they only have the purpose of achieving a flat surface of the end faces .
In the variant according to FIG. 3, the part d 'of the ring d adjoining the disc-shaped part of the impeller, on which the heat generated by friction in the air is less than the heat dissipated and which should advantageously be as narrow as possible in the radial direction should, with all around running ribs and grooves, in which teeth engage on the walls cooled by the cooling liquid, whereby the surface exposed to the cooling is correspondingly larger.
Your embodiment according to FIG. 4 is based on the consideration that, in order to avoid additional thermal stresses in the impeller, the temperature in the disc-shaped inner part of the wheel should be as uniform as possible, and that, i.e. only in the one with the radial incisions for accommodating the Shovel feet provided rim, where the heat generated by friction with the cooling air is less than the heat dissipation, a gradual increase in temperature should take place.
Üm this to reach it is in the cooling housing j, where the air used for cooling, the radially subdivided ring cools, a ring channel i at an approximately Odem distance of the ring just mentioned from, the wheel center corresponding point used which channel the cooling liquid, for example water or recooled 01, passes through narrow gaps into the cooling spaces k and ms, in which it holds the fixed,
Walls to be cooled facing the impeller, whereupon it leaves the housing j at z ', z "'. The cooling walls are located before geous enough at a distance of a few millimeters from the end faces of the impeller.
In the case of turbine runners with a very high circumferential speed, sufficient cooling of the above-mentioned ring, which is to be kept free from tangential tension, is to be achieved according to FIG. 5 instead of according to FIG. 4 cooled housing walls a fixed cooling ring surrounded by a channel o for cooling air or cooling gases n vorgese hen. In the channel o, cooling air or cooling gases circle the cooling ring n in the direction of the arrows.
Since the cooling air or the cooling gases are entrained in the direction of rotation of the impeller, they will not flow in the direction of a meridian, but in helical spirals. As a result, the contact surfaces on which the cooling air or cooling gases can cool down before they come into contact with the impeller again after a cycle has been carried out are, as it were, multiplied; accordingly, the cooling effect on the disc rim is particularly extensive.
In the embodiment according to FIGS. 6 to 8, 2 denotes the disk-shaped part of a turbine runner, 3 denotes the drive blade ring, which is acted upon over the entire circumference with the exception of the arc section A of hot propellant gases, while on this section A cooling air or gases are applied . Between tween those parts 2 and 3 is the intended to accommodate the blade roots, so radially incised ring 4, which is acted upon min least on the peripheral part A of cooling air, it as it were a blocking zone for the heat absorbed by the blade ring 3 against the schei ben-shaped part 2 forms.
Since the time in which the blades of the ring 3 are acted upon by hot propellant gases, at 3000 revolutions per minute is less than 0.2 seconds, the heat cannot from the hot if the width of the ring 4 is sufficient in the radial direction Blade up to the blade roots and thus in part 2 of the impeller ge long, but only if the ring is cut radially on the part of its circumference not swept by cooling air is not hit by hot propellants. In order to prevent the hot propellant gases from being able to penetrate into the blade roots 4 ′ located on the ring 4, the latter are blocked from the propellant blades 3 themselves by partitions 5 according to FIG.
In order to have the heat-emitting surface of the blade roots '4' as large as possible, the surfaces surrounding the cavity are provided with grooves in the blade on the left in FIG. 7. 11 provided, which run ver in the axial flow direction of the propellant gases.
The shut-off of the inner part of the impeller against the heat absorbed by the blades from .den hot propellant gases can be supported by the arrangement of radial bores 22 presented in FIGS. 7 and 8, because through them the metallic cross-sectional area and therefore the cross-section for the heat flow is reduced. The bores 22 naturally also reduce the weight of the blades, which, like the cooling of the disk-shaped part 2, affords the possibility of increasing the peripheral speed of the impeller.
In the embodiment according to FIGS. 9 and 10, the specific for receiving the blade feet, the radial width X aufwei sending ring of the impeller by a fel gene-like ring 7 relative to the disc-shaped part 2 is deposited. The hollow grooves on the inner side of that ring 7 are provided with approximately tangentially directed blades 13, which are closed on the end faces by means of annular disk-shaped lamellae 8, advantageously made of light metal.
Cooling air, which enters the housing through the openings 21 provided in the vicinity of the wheel center and is driven outward in the narrow spaces between the disk 2 and the housing walls by the effect of the centrifugal force, is passed through the blades 13 Sohrings 9 of the ring driven into radially directed chambers 10 between the pans intended to receive the heads 6 of the blade roots.
The cooling air exits the chambers 10 in the axial direction either through numerous narrow openings 14 or through narrow slots 15, where it dissipates the heat that is in the blades of the blades 3 and their heads 6 in the radial direction from the outside seeks to flow inward. The part of a blade foot provided with fine bores 14 is shown in a perspective view in FIG. 11.
In the blade root on the extreme left in FIG. 10, slots 15 are provided which can be made by sawing into the material, while in the blade roots on the right, imaginary fillers 16 consisting of light metal are clamped in notches in the blade roots, with gaps 15 ' between the filling pieces remain free through which gaps the cooling air can withdraw. Both in the bores 14 and in the gaps 15 and 15 ', the heat absorbed by the blades is transferred to the cooling air or cooling gases.
In order to reduce the friction of the disc-shaped part 2 on the surrounding cooling air to a minimum, the walls 18 of the housing that are in contact with the cooling liquid enclose that part 2 with a small clearance of a few millimeters. The cooling liquid enters through the openings 19 (above) and exits at 20 and on its way brushes the housing walls 18.
In the variants according to FIGS. 12 and 13, the cooling air that got into the chamber 10 between two blade foot heads 6 passes through narrow gaps 17 ', for example 0.1 mm, between the blade roots and the wheel rim to the outside the drive blades 3 deflected radially inwardly directed heat flow and a powerful cooling of the blade roots is achieved. In the embodiment according to FIG. 13, the blade root and the opening in the ring intended to receive it are provided with interlocking prongs so that the cooling air has to pass through a zigzag-shaped path 17 ″.
The embodiment according to FIG. 14 represents a further embodiment of that according to FIG. 4 and the variant according to FIG. 5. For the return flow of the flow of cooling air or cooling gases from the cooling rings 25 through which water flows in helical, linear spirals Space 2.6, where the temperature of the cooling air is lowest, several rings of channels 27, 28, 29 are provided, the Mün applications face the disc-shaped Te @ 1 2 of the impeller.
The ring of the channels 29, which are present in a correspondingly large number, has a total passage cross-section which is considerably larger than that of the channels 28, which in turn meets the passage cross-section of the channels 27. This is intended to ensure that different amounts of cooling air emerge at different distances from the impeller ax; these quantities can be dimensioned with the aid of an appropriate arrangement and number of channels 27 to 29 such that the temperature of the disc-shaped part 2 of the impeller is at least almost uniform.
At the distance of the channels 29 from the axis, the amount of heat dissipated is of course greatest, because this is where the heat flow coming from the hot blades 3 and the heat generated by the friction between the impeller and the medium surrounding it is greatest. A much smaller amount of heat is to be dissipated through the channels 28 and only the friction heat through the channels 27, so that a correspondingly smaller amount of cooling air is required for them. To guide the cooling air are on the disk 2 facing ends of the formed as tubes channels 27 to 29 ring disks '30 respectively. 31 resp. 32 attached.
The cooling liquid can be fed to the cooling rings 25 through some pipes 33 and passed through drainage pipes (not shown) that are seen in suitable places.
The feet 23 of the drive blades 3 are unusually long in this embodiment, so that the ring protected from tangential stresses ge by the radial interruptions can be carried out as easily as possible. The innermost part 24 of the blade roots 23 clasps: the edge of the disk-shaped part 2 of the impeller, which is provided with circumferential ribs and which can be provided to a certain depth to reduce its weight with radial recesses (not shown).