CH215751A

CH215751A - Läufer für Gasturbinen.

Info

Publication number: CH215751A
Authority: CH
Inventors: Maschinenfabrik Augsburg-Nue G
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1939-12-27
Filing date: 1940-10-24
Publication date: 1941-07-15

Description

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Läufer für Gasturbinen. Die Erfindung betrifft einen Läufer für Gasturbinen, bei dem Schaufeln und Schaufelträger aus keramischem Werkstoff, z. B. technischem Porzellan, Sintertonerde, Quarz oder dergleichen, bestehen.

Nach der Erfindung wird der Schaufelträger als Trommel aus keramischer Masse ausgebildet, die in einem Abstand eine Welle aus dauerstandfestem Stahl, z. B. Chromnickelstahl, umgibt, mit welcher die Trommel nur an den nicht unmittelbar den heissen Gasen ausgesetzten Enden verbunden ist. Es kommen also lediglich die Schaufeln und die Trommel aus keramischer Masse mit den heissen Brenn- gasen in Berührung. Um auch noch die Wärmestrahlung von der Trommel auf die Stahlwelle zu verringern, wird zweckmässigerweise durch den Zwischenraum Kühlluft hindurchgeleitet.

Auf diese Weise wird erreicht, dass die Stahlwelle keinen unzulässig hohen Temperaturen ausgesetzt ist und der gesamte Läufer doch steif genug ist, um grosse Kräfte aufnehmen zu können.

Es ist zwar bekannt, das Turbinengehäuse und das Turbüienlaufrad durch einen zwischen Gehäuse und Welle und Gehäuse und Laufrad geführten Luftstrom zu kühlen. Doch handelt es sich beim Erfindungsgegenstand nicht um eine Kühlung des keramischen Gehäuses oder des keramischen Schaufelträgers, die auch ohne Kühlung der Temperatur der Treibgase ohne weiteres gewachsen sind, sondern um eine Wärmeisolation der Welle gegen- über der Strahlungswärme aus den keramischen Teilen der Turbine.

Da keramische Massen bekanntlich spröde und daher meistens gegen starken Temperaturwechsel empfindlich sind, und bei grossen Wärmegefällen infolge der ungleichmässigen Wärmedelu.ungen im Läufer zusätzliche Wärmespannungen auftreten, empfiehlt es sich ferner, für Trommel und Schaufeln nur keramischen Werkstoff mit einem sehr geringen

Wärmeausdehnungskoeffizienten voll höchstens 8 x 10-6, z. B. Quarz, zu verwenden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in einem Längsschnitt dargestellt.

Innerhalb des Turbinengehäuses 1 ist die aus keramischer Masse bestehende Tronmmel 2 angeordnet, die aus einzelnen, die Laufschaufeln 3 tragenden Zylinderstücken zusammen- gesetzt ist. Zwischen den Laufschaufelkränzen sind im Gehäuse 1 die Leitschaufeln 4 angeordnet. Die Lauf- und Leitschaufeln 3 und 4 bestehen ebenfalls aus keramischem Werkstoff, wobei die Laufschaufeln 3 mit den Schaufelträgern 2 aus einem Stück hergestellt sind, während die Laufschaufeln 4 gesondert hergestellt und in das Gehäuse 1 eingesetzt sind. Die Trommel 2 wird an beiden Seiten durch Rohre 5 getragen, welche all ihren Enden mittels keilförmiger Ansätze 3 mit der aus dauerstandfestem Stahl bestehenden Welle 7 verbunden sind. Mittels der Mutter 8 werden die Rohre 5 gegen die Trommel 2 ge- presst, so dass sie diese sicher tragen.

Die Welle 7 ist zweckmässig ausserhalb des eigentlichen Turbinengehäuses im Grundgestell 12 gelagert.

Um die Einstrahlung von der Trommel auf die Welle weiter zu unterbinden, sind in dem Zwischenraum zwischen Trommel 2 und Welle 7 mehrere dünne Wärmeisolierrohre 9 konzentrisch angeordnet, die untereinander konzentrische Luftspalte freilassen und sich gegenseitig nur an einigen wenigen Stellen durch angebrachte Leisten 10 berühren. Eine Berührung dieser Isolierrohre 9 mit der ställer- nen Welle 7 findet jedoch nicht statt. Zum Wärmeschutz der Welle 7 wild durch den innersten Spalt zwischen dem innern Rohr 9 und der Welle 7 ein kräftiger Luftstrom geleitet.

Die Isolierrohre 9 weisen wenige kleine Öffnungen 11 auf, damit die zwischen den Isolierrohren und der Trommel 2 vorhandenen Räume nur eine geringe Verbindung mit dem von der Isolierluft durchströmten Ringe aun haben. Diese Massnahme soll bezwecken, dass der Luftstrom nicht unmittelbar an der Innen- wand des Trommelläaufers entlangstömt. Eine zu wirksame Abkühlung des Läufers kann nämlich gefährliche Wärmespannungen herbeiführen. Anderseits sollen diese Rohre eine Aufheizung der Stahlwelle verhindern. Die kleinen Bobrungen in den äiussern Wärme- isolierrohren verhüten, dass die in den Ring- r i hinlen z wischen dem äussern Rohr und der Trommel 3 eingeschlossene Luft zu sehr erwärmt wird und dann eine grüssere Wärmemenge nach der Welle überträgt.

Durch die kleinen Bohrungen 11 kann immer ein bestimmter Luftaustausch mit dem Luftstrom stattfinden, so dass eine zu starke Erhitzung der eingeschlossenen Luft nicht eintritt.

Die Isolierluft tritt bei 13 in das Turbinengehäuse 1 ein und strömt aus den Ringraum 14 durch die Bohrungen 15 in der Mutter 8 und den Ringrauen 16 zwischen der Welle 7 und dein Rohr 5 zu den voll den Isolierrohren 9 gebildeten Ringräumen 17 zwischen Trommel 2 und Welle 7 und auf der andern Seite durch die entsprechenden Ringräume und Bohrungen bei 18 aus dem Turbinengehäuse wieder aus. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Turbinenanlage kann die Isolierluft gleichzeitig als Sperrluft verwendet werden und nach Austritt aus der Turbine dem Verbrennungsluftvorwärmer für die Brennkammer zugeführt werden.

Claims

PATENTANSPRUCH: Läufer für Gasturbinen, bei dem Schaufeln und Schaufelträger aus keramischem Werkstoff bestellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelträger (2) als Trommel ausgebildet ist, die in einem Abstand eine Welle (7) aus dauerstandfestem Stahl umgibt, niit welcher die Trommel nur all den nicht un- mittelbar den heissen Gasen < ausgehetzten Enden verbunden ist. UNTERANSPRüCHE: 1.

Läufer für Gasturbinen nach Patent- :a.nispraicli, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (2) und die Schaufeln (3 und 4) aus kerainischein Werkstoff finit einem WärIllea.us- <Desc/Clms Page number 3> dehnungskoeffizienten von höchstens Sx 10-6 bestehen. 2. Läufer für Gasturbinen nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Trommel (2) und Stahlwelle (7) ein Zwischenraum vorgesehen ist, um zwecks Verringerung der Wärmestrahlung an die Stahlwelle Kühlluft hindurchleiten zu können. 3.

Läufer für Gasturbinen nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in den konzentrischen Zwischenraum zwischen Trommel (2) und Stahlwelle (7) ein oder mehrere konzentrische Wärmeisolierrohre (9) eingesetzt sind, die mittels einzelner Leisten Abstand von der Trommel (2) sowie untereinander halten. 4. Läufer für Gasturbinen nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrischen Zwischenräume zwischen der Trommel (2) und den einzelnen Isolierrohren (9) über eine Anzahl Öffnungen (10) mit dem Kühlluftstrom in Verbindung stehen.