EP0014941A1

EP0014941A1 - Gekühltes Turbinen- oder Verdichtergehäuse

Info

Publication number: EP0014941A1
Application number: EP80100699A
Authority: EP
Inventors: Hartmut Dr. Dipl.-Ing. Griepentrog
Original assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Current assignee: Gutehoffnungshutte Sterkrade AG
Priority date: 1979-02-14
Filing date: 1980-02-12
Publication date: 1980-09-03
Also published as: JPH0329522Y2; DE2905564C2; DE2905564B1; BR8000882A; JPS6351102U; MX149954A; EP0014941B1; JPS55109705A

Abstract

Gekühltes Turbinen- oder Verdichtergehäuse (100), das von einem Mantel (5) umgeben ist, wobei der Zwischenraum (8) zwischen Mantel und Strömungsmaschinen-Gehäuse von einem vom Arbeitsmittel getrennten Kühlgas durchströmt ist und die Kühlgas-Ein- (12) und -Austrittsöffnungen (10) in die Umgebung münden. Der Mantel (5) umschließt auch die obenliegenden Ein-(3) und Austrittsstutzen (4) der Strömungsmaschine. Die Förderung des Kühlgasstromes erfolgt allein durch thermischen Auftrieb der sich aufheizenden Kühlgasströmung. In einer Ausführungsform des Gehäuses mit in Achsebene geteiltem Strömungsmaschinengehäuse sind auch im Bereich der Längsflansche Kühlgasöffnungen (14) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein gekühltes Turbinen- oder Verdichtergehäuse, das von einem Mantel umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen Mantel und Strömungsmaschinen-Gehäuse von einem vom Arbeitsmittel getrennten Kühlgas durchströmt ist und die Kühlgas-Ein- und -Austrittsöffnungen in die Umgebung münden.
Ein derartiges Gehäuse ist in der CH-PS 210 654 beschrieben. Die Entgegenhaltung zeigt und beschreibt eine Gasturbine, bei der das Turbinengehäuse von einem gasförmigen Kühlmittel durchströmt wird, das durch relativ kleine Öffnungen ein- und austritt, so daß offensichtlich zusätzliche Fördereinrichtungen vorzusehen sind. Die aus der Zeichnung der genannten CH-PS zu ersehende Strömungsrichtung läßt ebenfalls diesen Schluß zu. Die zusätzlichen Fördereinrichtungen erhöhen jedoch auch die Kosten und Störungsanfälligkeit der Turbine oder des Verdichters.
Demgegenüber stellt sich die Aufgabe, ein gekühltes Gehäuse für Turbinen oder Verdichter zu schaffen, das ohne zusätzliche, mechanisch angetriebene Fördermittel auskommt.
Diese Aufgabe wird bei einem Gehäuse der eingangs genannten Art durch folgende Merkmale gelöst:

a) Der Mantel umschließt auch die oben liegenden Ein-und Austrittsstutzen der Strömungsmaschine;
b) die Förderung des Kühlgasstromes erfolgt allein durch thermischen Auftrieb der sich aufheizenden Kühlgasströmung.

Das Gehäuse gemäß Erfindung muß auch eine Kühlung bei Prozeßgasturbinen ermöglichen, die für den Betrieb mit Gasen mit Temperaturen höher als 700° C ausgelegt sind. Gerade bei diesen Turbinen sind Isolierungen, die direkt auf der Gehäuseaußenseite aufgebracht werden, nicht geeignet, da sich mit ihnen die notwendige Temperaturabsenkung in der Gehäusewand nicht ermöglichen läßt. Die Zeitstandfestigkeit ist daher nicht ausreichend gewährleistet.
Im Zwischenraum zwischen Mantel und Strömungsmaschinen- Gehäuse werden Kühlkanäle gebildet. Die Kühlkanäle und deren Ein- und Auslässe werden so verteilt und dimensioniert, daß eine ausreichende, natürliche Konvektionsströmung aufgrund des thermischen Auftriebes sich ausbilden kann. Das Gehäuse gemäß Erfindung sollte daher wenigstens im Fuß_- oder Scheitelbereich Eintritts- und Austrittsöffnungen für die Kühlkanäle besitzen.
Insbesondere ist vorteilhaft, den Konvektionsstrom dadurch zu verstärken bzw. zwischenzukühlen, daß bei Turbinengehäusen, die aus einer Ober- und einer Unterschale gebildet sind, also ein in Achsebene geteiltes Gehäuse besitzen, im Bereich der Längsflansche Kühlgasöffnungen vorgesehen sind. Das heißt, daß im Bereich der rundum' verlaufenden Teilfuge die genannten Öffnungen angeordnet sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Figur 1 ein Turbinengehäuse im Längsschnitt;
Figur 2 das gleiche Gehäuse im Querschnitt gemäß der Schnittlinie A ... B.

In der Figur ist ein Turbinengehäuse 100 dargestellt. Es ist ohne weiteres möglich, den Erfindungsgedanken auch auf ein Verdichtergehäuse zu übertragen, da die Problematik der Temperaturabführung für die beiden Gehäusearten die gleiche ist.
Das in den Schnitten gemäß Figur 1 und 2 dargestellte Gehäuse 100 besteht aus einer Oberschale 1 und einer Unterschale 2. Das sich damit ergebende Gehäuse 100 hat eine im wesentlichen gleichmäßige, eiförmige Gestalt. Die Oberschale 1 ist mit nach oben aus dem Gehäuse ragenden Anschlußstutzen 3, 4 bestückt, wobei die Pfeile, die die Strömungsrichtungen zeigen, den Ein- und Ausgangsstutzen erkennen lassen. Das aus den Schalen 1 und 2 bestehende Gehäuse ist von einem Isoliermantel 5 umgeben, der beispielsweise aus gepreßter Steinwolle oder aus hochtemperaturfesten SiO₂-oder A1₂0₃-Fasern besteht. Um die Festigkeit des Isoliermantels zu erhöhen, werden außen am eigentlichen Gehäuse bzw. an den Stutzen Rippen, Stahlträger oder dergleichen angebracht, die durch den Isoliermantel reichen und ihn befestigen. In der Figur 1 sind derartige Befestigungsrippen 6 dargestellt. Durch den Mantel 5 reichen ferner die An- und Abtriebswellen 19',19", die in der Zeichnung andeutungsweise gestrichelt dargestellt sind.
Erfindungswesentlich ist, daß zwischen dem Isoliermantel 5 und den Gehäuse- und Stutzenwänden 7 ein Zwischenraum ausgebildet ist, der als Kühlkanal 8 dient, der sich damit praktisch über die gesamte Oberfläche der Gehäuseschalen 1, 2 erstreckt.
Aus Figur 2, die einen Schnitt gemäß A B der Figur 1 zeigt, ist ersichtlich, daß für die Kühlkanäle im Mittelbereich, nämlich an der rundum laufenden Teilfuge an den Längsflanschen zwischen Ober- und Unterschale, auch Kühlgasöffnungen 14 vorgesehen sind, wobei die dort einströmende Außenluft sich dem Konvektionsluftstrom beimischt, ihn verstärkt und kühlt. Hierdurch wird die Wärmeabführung verbessert. Dabei sind die Kühlkanäle im Bereich der Oberschale so angeordnet, daß sie sich auch entlang des Anschlußstutzen-Rohrmantels 13 erstrecken und eine Auslaßöffnung 10 im Bereich des Stutzenflansches 11 besitzen.
Die Anordnung der Ein- und Auslaßöffnungen für den Zwischenraum ist so gewählt, daß ein möglichst luftwiderstandsarmer Weg für die aufsteigenden Kühlgase gegeben ist. Im vorliegenden Falle sind Ein- und Auslaßöffnungen rundherum im Bereich der Teilfuge 9, d. h. in der Achsebene, und im Fußbereich des Gehäuses (bei 12) angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, daß ein Turbinengehäuse auch so gestaltet sein kann, daß oben und unten Hauptanschlußstutzen vorhanden sind. In diesem Falle sind Kühlkanäle und Isoliermantel der Unterschale spiegelbildlich zu der der Oberschale angeordnet.
Geht man beispielsweise davon aus, daß im Einlaßstutzen 3 die Einlaßtemperatur 727° C ist, so ist sie beispielsweise im Auslaßstutzen 620° C. Im Inneren des Gehäuses treten dabei Temperaturen auf, die etwa zwischen 400° C und 700° C liegen. Es ist plausibel, daß bei Aufliegen des Isoliermantels direkt auf der Gehäuseaußenwand die entstehenden Wärmemengen nicht in ausreichendem Maße abgeführt werden können, so daß es zu einer überhitzung des Gehäuses und damit Verkürzung der Standfähigkeit der Turbine kommen kann.

Claims

1. Gekühltes Turbinen- oder Verdichtergehäuse, das von einem Mantel umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen Mantel und Strömungsmaschinen-Gehäuse von einem vom Arbeitsmittel getrennten Kühlgas durchströmt ist und die Kühlgas-Ein- und -Austrittsöffnungen in die Umgebung münden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Der Mantel umschließt auch die oben liegenden Ein- und Austrittsöffnungen der Strömungsmaschine;

b) die Förderung des Kühlgasstromes erfolgt allein durch thermischen Auftrieb der sich aufheizenden Kühlgasströmung.

2. Gekühltes Turbinen- oder Verdichtergehäuse mit in Achsebene geteiltem Strömungsmaschinengehäuse, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Längsflansche Kühlgasöffnungen vorgesehen sind.