CH272069A - Verfahren und Einrichtung zur Beeinflussung des Temperaturzustandes im Rotor einer Turbomaschine. - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zur Beeinflussung des     Temperaturzustandes     im Rotor einer Turbomaschine.    Die Erfindung bezieht sieh     auf    ein Ver  fahren zur     Beeinflussung    des Temperaturzu  standes mindestens in einem Teil eines Rotors  einer     Turbomaschine    in einer     Wärinekraft-          anlage    mittels eines     Wä.rmeträggers    und auf  eine Einrichtung zur Ausführung     dieses    Ver  fahrens.

   Das Verfahren ist dadurch gekenn  zeichnet,     class    als     Wärmeträger    eine einstell  bare Menge Arbeitsmittel     dein    Anlage verwen  det wird, wobei die     Temperatur    des Wärme  trägers mindestens zeitweise durch Mischung  einer kälteren und einer heisseren     Arbeits-          mittelmerige    verändert werden. kann.  



  Die     Einrichtung    zur Ausführung des Ver  fahrens ist gekennzeichnet durch eine Vor  richtung, mittels welcher mindestens einem  Teil eines Rotors eine aus der Anlage ent  nommene einstellbare     Arbeitsmittelmenge    als  Wärmeträger zugeführt werden. kann, und  durch Mittel, um die Temperatur dieses  Wärmeträgers     durch    Verwendung eines ein  stellbaren Gemisches einer kälteren und einer  heisseren     Arbeitsmittelmenge    verändern zu  können.  



  Während des Betriebes von Gasturbinen  und insbesondere bei deren Inbetriebnahme  können infolge von     Teniperaturunterscliieden     im Rotor     unzulässige        ZVärm:espannung-en    auf  treten. Solche Spannungen können zu einer  Beschädigung der Turbine     führen.    Mit der  Erfindung kann der     Temperaturzustand    im  Rotor so beeinflusst werden, dass unter     Be-          rücksiehtigung    der jeweiligen Betriebsverhäl.t-    pisse der Anlage die beschriebene Gefahr  weitgehend ausgeschaltet werden kann.  



  Im Fall einer     Gasturbinenanlabe    wird       zweckmässig    die Entnahmestelle für die käl  tere     Arbeitsmittelmenge    im Strömungsweg des  Arbeitsmittels vor dem Gaserhitzer und die  Entnahmestelle für die heissere     Arbeitsmittel-          inen-e    hinter dem Gaserhitzer angeordnet.  Der \Gaserhitzer kann     als        Brennkammer    oder  als     Wärmeaustauscher    ausgebildet sein.  



  Das Verfahren nach der     Erfindung    ist  nachstehend an Hand des auf der     Zeichnung     schematisch dargestellten Ausführungsbei  spiels der Einrichtung zur Durchführung des  Verfahrens in Anwendung bei einer offenen       Clasturbinenanlage        beispielsweise    erläutert.  



  Der Verdichter 1 sangt durch den Stut  zen ? Luft aus der Atmosphäre an und drückt  sie in verdichtetem     Zustand    durch die Lei  tung 3 in die     Brennkammer    4. Diese besitzt       hehrere        Einsätze    5, in denen der durch die  Düsen 6 zerstäubte Brennstoff unter Verwen  dung eines Teils der zugeführten Luft ver  brannt wird.

   Das Gemisch der     Verbrennungs-          äase    und des Luftüberschusses strömt durch  die Leitung i in die Turbine 8, wo es unter  Abgabe von     Arbeitsleistung    an     ,den    Nutz  leistungsempfänger 9 sieh entspannt, um an  schliessend durch den Stutzen 10 aus     deir     Anlage abzuströmen. Der Rotor 11 der Tur  bine 8 ist, als fliegende Scheibe ausgebildet,  die zusammen mit dein Rotor des Verdich  ters 1 und denn des     Nutzleistungsempfängers    9  auf einer     g-ein.einsa-men.    Welle sitzt.      Eine     Leitung    12 mündet zentral in den  Raum vor dem Turbinenrotor ein.

   In sie mün  den die beiden Entnahmeleitungen 13 und 14,  welche je ein Einstellorgan 15 bzw. 16 aufwei  sen. Die     Entnahmeleitung    14 führt zu der  Entnahmestelle für eine kältere     Arbeitsmittel-          menge,    die im Strömungsweg des Arbeitsmit  tels vor der Brennkammer 5 gelegen ist, und  die Entnahmeleitung 13 zu einer Entnahme  stelle für :die heissere     Arbeitsmittelmenge,     welche hinter der     Brennkammer    angeordnet  ist. Die Leitung 12 kann     also        mit    einem Ge  misch aus verdichteter, nur wenig erhitzter  Luft und aus heissem Arbeitsmittel gespeist  werden.

   So kann dem Zentrum des Rotors 11  ein     Gasgemisch    zugeführt werden, dessen  Temperatur in weiten     Grenzen        mit    Hilfe der  Einstellorgane 15 und 16 einstellbar ist.  



  Bei der Inbetriebnahme der Anlage wird  zweckmässig,     wie    in der Zeichnung dargestellt,  das Einstellorgan 15 geschlossen und das Ein  stellorgan 16 ganz geöffnet. Das heisse Ar  beitsmittel wird unmittelbar dem Zentrum des  Rotors     zugeführt,    so dass dieser auch von  innen her durchwärmt wird. Dadurch wird  der Temperaturzustand des Motors so     beein-          flusst,    dass trotz der Erwärmung durch die  Schaufeln von der Peripherie her der Rotor  kein so schroffes Temperaturgefälle aufweist,  dass gefährliche Spannungen entstehen.  



  Nach Inbetriebsetzung wird der Gaszutritt  zum Rotor durch das Einstellorgan 16 gedros  selt und durch gleichzeitiges öffnen des     Ein-          stellorganes    15 die Temperatur des die Scheibe       beaufsehlagenden    Gasgemisches herabgesetzt.

    Man kann dieses Mischungsverhältnis so wäh  len, dass die Scheibe im Zentrum ungefähr die  jenige Temperatur erhält, welche das Arbeits  mittel bei der Strömung durch den zur  Scheibe gehörenden     Laufschaufelkranz    auf  weist, wodurch die     Wärmespannungen    wäh  rend des Betriebes     auf    ein Mindestmass redu  ziert werden. Ändert sich infolge von Last  schwankungen die Temperatur .des die Schau  feln :durchströmenden     Arbeitsmittels,    so wird  auch die Temperatur des durch die Leitung 1.2  gegen die Scheibe strömenden Gasgemisches  entsprechend eingestellt.

   Unter Umständen    greift die     Temperaturänderung    so weit durch,  dass das Gemisch der     Teilarbeitsmittelmengen     ohne Beeinflussung durch die     Einstellorgane     von selbst so geändert wird, dass sich die  Temperatur des durch die Leitung 12 auf die  Scheibe strömenden Arbeitsmittels der Tem  peratur des durch die Schaufeln strömenden       Arbeitsmittels    anpasst.  



  Bei     Gasturbinenanlagen    mit sehr hoch er  hitztem Arbeitsmittel kann .der Rotor auch  unter Inkaufnahme von Wärmespannungen  gekühlt werden. Im Laufe der Zeit werden  diese Wärmespannungen durch Fliessen des  Materials auf ein zulässiges Mass geschwächt.  Gerade bei solchen Rotoren treten aber wäh  rend der Inbetriebnahme beträchtliche Wärme  spannungen auf, indem die kalten Scheiben,  bei gleichzeitiger Kühlung des Zentrums, vom  Umfang her rasch auf sehr hohe Temperatu  ren erhitzt werden. Die durch das     vorgängige     Fliessen im Zentrum schon bestehende Vor  spannung wird durch das hierbei entstehende  schroffe Temperaturgefälle noch weiter ver  grössert.

   Hier kann wiederum eine Vorrich  tung gemäss der     Erfindung    zweckmässige Ab  hilfe schaffen, indem. der normalerweise ge  kühlte Rotor beim Anfahren zunächst geheizt  wird, worauf durch allmähliches     -Umschalten     der Einstellorgane die Temperatur des     zur          Beaufschlagung    des Rotors benützten Me  diums derart abgesenkt wird, dass die Küh  lung nach und nach wirksam wird.  



  Die Vorrichtung zur     Beeinflussung    des  Temperaturzustandes in Rotoren kann auch  für beidseitig gelagerte Rotoren insbesondere  von vielstufigen Turbinen Verwendung fin  den. Sie kann ferner auch zum Beispiel für  Dampfturbinen - angewendet werden. Als  Wärmeträger zur     Beeinflussung    des Tempe  raturzustandes in einem Rotor kann beispiels  weise ein einstellbares Gemisch aus überhitz  tem Dampf und aus entspanntem Dampf der  Anlage verwendet werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Beeinflussung des Tem peraturzustandes mindestens in einem Teil des Rotors einer Turbomaschine in einer Wärme- kraftanlage mittels eines Wärmeträgers, da durch gekennzeichnet, dass als Wärmeträger eine einstellbare Menge Arbeitsmittel der An lage verwendet wird, wobei die Temperatur des Wärmeträgers mindestens zeitweise durch Mischung einer kälteren und einer heisseren Arbeitsmittelmenge verändert werden kann. Il.

   Einrichtung zur Ausführung des Ver fahrens nach Patentanspruch I, gekennzeich net durch eine Vorrichtung, mittels welcher mindestens einem Teil eines Rotors eine aus der Anlage entnommene einstellbare Arbeits- mittelmenge als Wärmeträger zugeführt wer den kann und durch Mittel, um die Tempe- ratur dieses Wärmeträgers durch Verwendung eines einstellbaren Gemisches einer kälteren und einer heisseren Arbeitsmittelmenge ver ändern zu können.

   UNTERANSPRUCH: Einrichtung nach Patentanspruch 1I für eine Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeieh- net, dass die Entnahmestelle für die kältere Arbeitsmittelmenge im Strömungsweg des Arbeitsmittels vor einem Gaserhitzer und die Entnahmestelle für die heissere Arbeitsmittel- menge hinter dem Gaserhitzer angeordnet ist.