DE767312C

DE767312C - Kuehlung von Abgasturbinen

Info

Publication number: DE767312C
Application number: DED81350D
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl-Ing D Nallinger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1939-10-17
Filing date: 1939-10-17
Publication date: 1952-05-02

Description

Kühlung von Abgasturbinen Es sind Kühlungen von Abgasturbinen bekannt, bei welchen die Kühlluft an der Außenseite des Turbinenrades entlang von innen nach außen in Gestalt eines Luftschleiers geführt wird. Eine solche Kühlung reicht jedoch für hoher Wärmebeanspruchungen, wie sie: insbesondere bei Abgasturbinen für Benzineinspritzung auftreten, im allgemeinen nicht aus. Es wurde ferner vorgeschlagen, eine wirksame Kühlung dadurch zu erzielen, daß die: Kühlluft durch das. hohle Innere des Turbinenrades geführt wird, wobei das Innere gleichzeitig als Gebläse ausgebildet ist und der geförderte Kühlluftstrom zur Aufladung der Brennkraftmaschine - dienen soll. Jedoch hat auch diese Innenkühlung des Turbinenrades nicht befriedigt.
Die, Erfindung bezweckt die Verbesserung solcher Kühlungen dadurch, daß das Turbinenrad sowohl durch einen von innen nach außen entlang seiner Außenseite bzw. entlang seinen beiden Außenseiten fließenden kräftigen Luftstrom als auch durch einen unabhängig von diesem Kühl,l:uftstro:m und zu ihm parallel geführten, durch Hohlräume des Rades sowie vorzugsweise: durch die hohlen Schaufeln fließenden: weiteren Kühlluftstrom gekühlt wird. Durch diese aus einer Außen-und einer Innenleühlung zusammengesetzte Kühlung werden Wärmestauungen im Turbinenrad praktisch vollständig vermieden, da die Wärme sofort sowohl nach innen als auch nach außen abfließen kann. Überhitzungen und schädliche Wärmebeanspruchungen werdon c,rmied,-n, vor allein dann, wenn auch die Scbatife1n durch einen innern Stroni unmitte@llia r gekühlt werde...
Es sind zwar Gasturbinen bekannt, deren Liufer durch einen inneren Kühlstrom gekühlt «-erden, wobei das Kühlmittel auch gleicliz.eitig auf die Auß°nseite des Läufers gelangen kann. Die erzielbare Kühlwirkung ist jedoch ,v,s#2ntlich geringer als die Kühlwirkung einer gemäß der Erfindung ausgeliildet2n Kühlung. da das Kühlmittel bei der bekannten Anordnung -zunächst dieInnenkanäle des Rades durchfließt, bevor es vom Umfang des Radas her auf die Aul;enseite desselben gelangen kann. Das Kühlmittel ist daher einerseits Bereits vorgewärmt, wenn es die Außenflächen des Kühlrades bestreicht, und and:rseits kann von einem eigentlichen Kühlstrom auf der Aullenscit,- des Rades des-«-:gen nicht gesprochen werden, weil sich das Kühlmittel lediglich von außen her in Kammern 1ieiderseits des Rades anstauen kann. ein kräftiges Durchströmen dieser Kammern infolgedessen nicht gewährleistet ist.
Des weiteren sind auch Kühlungen von Gasturbinen bekannt, bei «-elchen das Kühlmittel auf beiden Seiten des Turbinenrades radial von innen zuströmt, das Turbinenrad 1;°iders°its bespült und am Umfang des Rades abströmt, wobei sich die Kühlströme nahe am Umfang des Rades d--rart verzweigen, daß ein Teil der Kühlströme um den äull°_ren, die Schaufeln tragenden Flansch des Turbinenrades leerumströmt, während der restliche Teil der Kühlströme durch Bobrungen dieses Flansches sowie durch die' hohlen Turbinenschaufeln hindurchgeleitet wird. Auch diese Kühlung bietet nicht die Vorteile der Erfindung. da sich die Kühlströme erst unmittelbar vor den Schaufeln verzweigen, nachdem sie t;ereit: im Verlauf ihrer radialen Strömung am Turbinenrad entlang Wärme aufg:nommen haben. Eine Innenkühlung d°s Rades selbst ist hierbei nicht vorgesehen. Auch besteht nicht die Möglichkeit, die Kühlströme für die Innen- und Außenkühlung v: rschiedenen Kühlmitteldu#--11Qn zu entnehmen.
Im Gegensatz. zu diesen bekannten Kühlung'n ermöglicht die Erfindung eine noch weiter verbesserte 1sülilwirlzung an Turbinenrädern dadurch. daß einerseits das Turbinenrad nicht nur auf seiner Außenseite. sondern auch über seine ganze radiale Erstreckung von innen her g,-kühlt wird und daß anderseits bzide Kühlströme unabhängig voneinand2r in Parallelanordnung durch das Turbinenrad hindurch bzw. auf seiner Außenfläche entlang geführt werden, wobei sie, ohne zuvor Wärme aus dem Turbinenrad aufgenommen zti Haben, mit größter Kühlwirkung sowohl durch die Innenkanäle als auch auf der Außenfläche des Rades entlang fließen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt dargestellt. Auf der Welle a, ist frei tragend das Turbinenrad b angeordnet. Die zum Antrieb der Turbine benutzten Abgase werden bei g zugeführt und strömen nach Durchtritt durch die Schaufeln lr bei 1 z. B. ins Freie ab. Das Turbinenrad ist hohl ausgebildet, so <laß die bei e eintretende Kühlluft durch den Hohlraum von innen nach auljen hindurchströmen kann. Im Hohlraum können Scliraulren«-atidungen vorgesehen sein, so daf, das Turbinenrad gleichzeitig als Gebläse für die Kühlluft dient. Die am Umfang des Rades angeordneten Schaufeln lr der Turbine sind ebenfalls hohl und als Durchtrittskanäle c für die aus dem Hohlraum d nach außen z. B. in eine Kammer f austretende Kühlluft ausgebildet. Gegebenenfalls kann die nach f gefördert: Kühlluft für weitere Zwecke, z. B. zum Aufladen der Brennkraftmaschine oder für Heizzwecke, verwendet werden.
Eine weitere Kühlung der Turbine ist dadurch vorgesehen, daß ein Kühlluftstrom durch z. B. unter dem Staudruck des Flug-oder Fahrwindes stehende Kanäle rt in der Nähe der Welle a von außen gegen das Turbinenrad geleitet wird, von wo er in Form eines Luftschleiers durch die Spalträume ;r und o auf beiden Seiten des Rades zwischen diesem und dem Gehäuse nach dein Umfang abgelenkt wird. Von hier aus kann die Kühlluft in den Abgasstrom ,;-i, wie auf der unteren Hälfte der Abbildung dargestellt. in die Kammer f, wie auf der oberen Hälfte der Abbildung dargestellt, oder unmittelbar nach außen abgeführt werden. Die Kühlluft könnte jedoch auch teilweise nach i und teilweise nach f oder nach außen abgeleitet werden. Die Zuführung beider Kühlluftströme kann ferner unter gleichem oder verschiedenem Druck erfolgen. Ferner kann der Innenkühlstrom auch. dem Kanal r. entnommen «-erden, indem er durch Bohrungen in der Wandung des Turbinenrades in dessen Innenhohlraum d eintritt. Beide Kühlluftströme kömiten auch dem Abgasstrom zugeführt «-erden.

Claims

PATENTANSPPLCH&: i. Kühlung von Abgasturbinen, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinenrad sowohl durch einen von innen nach außen entlang seiner Außenseite fließenden kräftigen Kühlluftstrom als auch durch einen unabhängig von diesem Kühlluftstrom und zu ihm parallel geführten, durch Hohlräume des Rades sowie vorzugsweise durch die hohlen Schaufeln fließenden weiteren Kühlluftstrom gekühlt wird.
2. Kühlung von - Abgasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und der Außenkühlluftstrom an die gleiche Kühlluftquelle, z. B. dem Staudruck des Flugwindes, angeschlossen sind.
3. Kühlung von Abgasturbinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Innen- und Außenkühlluftstrom an verschiedene Kühlluftquellen angeschlossen sind, wobei sie unter gleichem oder verschiedenem Druck zugeführt werden können.
4. Kühlung von Abgasturbinen nach Anspruch r bis 3, dadurch gekennzeichnet, da.ß das Turbinenrad auf seiner Innen- oder Außenseite oder auf seiner Innen- und Außenseite als Gebläse ausgebildet ist.
5. Kühlung von Abgasturbinen nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Innen- oder Außenkühlung des Turbinenrades dienenden I,',-ühlströme weiteren Zwecken, z. B. Heizzwecken, nutzbar gemacht werden. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Deutsche Patentschriften Nr. 320 825, 346 599, 493 057, 522 992.