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DE2728400C2 - Gasturbine - Google Patents

Gasturbine

Info

Publication number
DE2728400C2
DE2728400C2 DE2728400A DE2728400A DE2728400C2 DE 2728400 C2 DE2728400 C2 DE 2728400C2 DE 2728400 A DE2728400 A DE 2728400A DE 2728400 A DE2728400 A DE 2728400A DE 2728400 C2 DE2728400 C2 DE 2728400C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pressure
cooling system
chamber
turbine
air
Prior art date
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Expired
Application number
DE2728400A
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English (en)
Other versions
DE2728400A1 (de
Inventor
Richard Ing.(grad.) 6800 Mannheim Kalbfuß
Norbert Dipl.-Ing. 6840 Lampertheim Romeyke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB AG Germany
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Germany
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Publication date
Application filed by BBC Brown Boveri AG Germany filed Critical BBC Brown Boveri AG Germany
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Priority to JP7528078A priority patent/JPS5412018A/ja
Priority to SE7807125A priority patent/SE438529B/sv
Priority to US05/918,155 priority patent/US4214436A/en
Publication of DE2728400A1 publication Critical patent/DE2728400A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2728400C2 publication Critical patent/DE2728400C2/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F01D3/04Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid axial thrust being compensated by thrust-balancing dummy piston or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Gasturbine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Eine derartige Gasturbine ist aus der DE-OS 14 01 432 bekannt. Dort sind gemäß Fig. 10 zwei Ausgleichskolben nebeneinander angeordnet. Der eine Kolben dient dabei dem Schubausgleich von zwei in entgegengesetzter Richtung durchströmten, parallel geschalteten Turbinen, während der andere Ausgleichskolben dem Schubausgleich einer dritten Turbine dient.
  • Desweiteren ist eine Axialdampfturbine durch die CH-PS 32 607 bekanntgeworden. Zum Ausgleich der axial wirkenden Schubkraft, die aus dem die Turbine axial durchströmenden Dampf resultiert, sind Ausgleichskolben vorgesehen, die den einzelnen Turbinenstufen zugeordnet sind. Diese Ausgleichskolben sind zur Dampfbeaufschlagung zum Schubausgleich mit den der jeweiligen Stufe zugehörigen Dampfeinlaßräumen verbunden. Auf diese Weise wird das zum Antrieb der Turbine vorgesehene Arbeitsmedium zum Schubausgleich herangezogen, wobei für einen wirkungsvollen Ausgleich die Durchlässigkeit der mit den Ausgleichskolben zusammenarbeitenden Dichtungen möglichst gering sein muß.
  • Bei einem bekannten Gasturbinentriebwerk (DE-OS 16 01 544) wird ein Teil des der Verbrennungskammer zuströmenden Luftstrom zum Schubausgleich in Kammern abgeleitet, welche an den Rotor angrenzen und durch große Öffnungen mit dem Gasstrom des Triebwerks verbunden sind. Hierdurch werden die Kammern auf einem Druck gehalten, der durch den jeweiligen Druck des Gasstroms an der Verbindungsstelle bestimmt ist.
  • Ein Teil der zum Schubausgleich abgeleiteten Luft gelangt durch Dichtungen, die zwischen Rotor und Stator vorgesehen sind, in weitere Kammern, wo sie zur Kühlung der Turbinenbeschaufelung genutzt wird.
  • Aufgrund der großen Öffnungen zwischen dem Gasstrom und den Kammern hat die Durchlässigkeit der Dichtungen auf den Druck in den Kammern und damit auf den Schubausgleich keinen Einfluß.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine der eingangs genannten Art anzugeben, die ein wirkungsvolles und allgemein einsetzbares Schubausgleichssystem aufweist, das lediglich geringen Bauaufwand erfordert, während des Betriebs mit nur wenig Verlusten behaftet ist und das den Forderungen des Betriebes voll entspricht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Gasturbine der eingangs genannten Art aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Es werden also die einzelnen Druckräume, welche an Ausgleichskolben grenzen, von der zugeführten Luft nacheinander beaufschlagt, wobei die Luft über die Spalte der berührungsfreien Dichtungen von Druckraum zu Druckraum strömt. Da die Luft der Druckluftzufuhr zur Brennkammer entnommen ist, paßt sich der Druck in den Druckräumen ohne zusätzlichen Aufwand an veränderte Betriebsbedingungen an, so daß der Axialschub auch bei schwankenden Betriebszuständen selbsttätig ausgeglichen ist. Das Heranziehen der Spalte der berührungsfreien Dichtungen für die Einstellung des Druckmittelflusses und somit des Druckgefälles macht zusätzliche Drosselorgane überflüssig, so daß, insgesamt gesehen, die erfindungsgemäße Gasturbine in ihrem Aufbau vereinfacht ist.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft die dem ersten Druckraum zuführbare Luft durch einen im Abgaskanal angeordneten Wärmetauscher vorwärmbar. Hierdurch sind krasse Temperatursprünge in der Turbine vermieden und es wird eine gleichmäßige Erwärmung der beaufschlagten Turbinenteile gefördert.
  • Um das Kühlsystem vor Überdrücken zu schützen, die bei einer erhöhten Durchlässigkeit der berührungsfreien Dichtungen der Ausgleichskolben auftreten könnten, ist es vorteilhaft, daß das Kühlsystem mit wenigstens einem geregelten Überdruckventil versehen ist, das beim Überschreiten einer voreingestellten Druckdifferenz zwischen dem Kühlsystem und einem die Beschaufelungen gasseitig miteinander verbindenden Übergangsraum öffnet. Der Ausblas des Überdruckventils mündet also in einen Übergangsraum, der zwei Turbinenstufen gasseitig verbindet, so daß beim Öffnen des Überdruckventils nur ein minimaler Verlust entsteht.
  • Zur Sicherstellung der Kühlmittelversorgung ist es ebenso vorteilhaft, daß das Kühlsystem wenigstens ein geregeltes Überströmventil aufweist, welches in eine Verbindung zwischen dem Kühlsystem und der Druckmittelleitung, welche die Druckluftzufuhr mit dem ersten Druckraum verbindet, eingefügt ist, und welches beim Überschreiten einer voreingestellten Druckdifferenz zwischen dem Kühlsystem und dem die Turbinenstufen verbindenden Übergangsraum öffnet. Hierdurch wird ein Mangel an Kühlmittel im Kühlsystem verhindert und die Betriebssicherheit erhöht.
  • Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor.
  • Hierbei zeigt die einzige Figur einen axialen Längsschnitt durch eine zweistufige Gasturbine mit am Turbinengehäuse angeordneten Brennkammern.
  • Gemäß der Zeichnung weist die Gasturbine eine Welle 10 auf, deren Enden abgesetzt und in Lagerstellen geführt sind. Als Lager ist jeweils ein Radiallager 12, 14 und am rechten Wellenende zusätzlich ein Axiallager 16 vorgesehen. Zur Abgabe von Leistung ist das rechte Ende der Turbinenwelle z. B. mit einem nicht dargestellten elektrischen Generator verbunden.
  • Da das linke Radiallager 12 sich im Abgaskanal 18 befindet, ist es durch eine Abdeckung 20 gegen das Abgas geschützt.
  • Im Bereich des linken Wellenendes ist die aus Lauf- und Leitschaufeln bestehende Beschaufelung der zweiten Turbinenstufe 22 angeordnet, welche von rechts nach links axial durchströmt ist. Mit Abstand zur zweiten Turbinenstufe ist die erste Turbinenstufe 24 vorgesehen, die ebenfalls für eine axiale Durchströmung von rechts nach links ausgebildet ist. Im Anschluß an die erste Turbinenstufe 24 ist ein erster Ausgleichskolben 26 auf der Welle 10 angeordnet. Dieser Ausgleichskolben besteht aus einem zur Welle konzentrischen, auf der Welle befestigten oder mit der Welle eine Baueinheit bildenden, scheibenförmigen Ringkörper. Schließlich befindet sich am rechten Ende der Welle ein zweiter Ausgleichskolben 28, der entsprechend dem ersten Ausgleichskolben 26 ausgebildet und an der Welle befestigt ist. Da im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer zweistufigen Gasturbine lediglich zwei Ausgleichskolben vorgesehen sind, ist dieser zweite Ausgleichskolben 28 zugleich auch der letzte Ausgleichskolben.
  • Zur Teibgasversorgung der ersten Turbinenstufe 24 ist eine erste Brennkammer 30 in radialer Richtung zur Welle am Turbinengehäuse angeordnet. Am oberen, verschlossenen Ende der ersten Brennkammer 30 sind eine an die Brennstoff-Zufuhrleitung 32 angeschlossene Brennstoffdüse 34 sowie zum Luftraum 38 führende Luftzufuhröffnungen 36 vorgesehen. Nach außen hin ist die im Querschnitt kreisförmige Brennkammer 30 von dem im Querschnitt kreisringförmigen Luftraum 38 umgeben, an welchen die Druckluftzufuhr 40 angeschlossen ist, welche über eine Luftsteuer- und Regelgruppe, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein einziges Ventil 42 dargestellt ist, vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Druckluftspeicher oder ggf. mit einer anderen Druckluftquelle, z. B. einem Kompressor, über eine Leitung 43 verbunden ist.
  • Das offene Ende der Brennkammer 30 ist teleskopartig in das Übergangsstück 44 eingeführt, wobei zwischen beiden Teilen ein kreisringförmiger Luftspalt 60 angeordnet ist. Dieser Luftspalt 60 mündet in einen Zwischenraum 62, der zwischen zwei Drosseln 64 und 66 gebildet ist, welche den Luftraum 38 gegen die Raum-Einheit 48, 50 abtrennen.
  • An das untere Ende der zylinderförmigen Brennkammer 30, die sich in radialer Richtung etwa bis zum Turbinengehäuse erstreckt, ist das rohrförmige, sich nach unten verjüngende Übergangsstück 44 angeschlossen, welches die Brennkammer 30 mit dem Treibgaseinlaß 46 der ersten Turbinenstufe 24 verbindet. Dieser Treibgaseinlaß 46 besteht aus einem ringzylindrischen Hohlkörper, der die Welle 10 umgibt, und zur Beschaufelung der ersten Turbinenstufe 24 und zur Welle 10 offen ist. Zur Abdichtung des Treibgaseinlasses 46 gegen den Druckraum 50 ist eine berührungsfreie Dichtung 45 zwischen Welle 10 und dem Hohlkörper vorgesehen.
  • Das Übergangsstück 44 durchdringt einen Raum, der vom Mantelraum 48 und vom ersten Druckraum 50 gebildet wird, die sogenannte Druckmittel-Mantelraum-Einheit 48, 50, die im folgenden als Raum-Einheit 48, 50 bezeichnet ist. Der Mantelraum 48 umgibt kreisringförmig jenen Bereich der Gasturbine, welcher die Leitschaufeln der ersten Turbinenstufe 24 trägt, und dient zur Kühlung. Der erste Druckraum 50 umgibt die Welle 10 ebenfalls etwa kreisringförmig und grenzt an die linke Stirnfläche des ersten Ausgleichskolbens 26.
  • Zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgleichskolben 26 bzw. 28 ist ein weiterer Druckraum 54 vorgesehen, der die Welle 10 ebenfalls kreisringförmig umgibt und der an die linke Stirnfläche des zweiten Ausgleichskolbens 28 grenzt. Schließlich ist noch der Druckraum 56, der zugleich auch der letzte Druckraum ist, an der rechten Stirnseite des zweiten Ausgleichskolbens 28 angeordnet. Die Begrenzung dieses letzten Druckraums nach außen hin wird vom Turbinengehäuse übernommen, die Durchführung der Welle 10 ist in herkömmlicher Weise abgedichtet.
  • Die Druckräume 50, 54, 56 sind mittels berührungsfreien Dichtungen 52 und 58 gegeneinander abgedichtet. Diese berührungsfreien Dichtungen sind als Spaltdichtungen ausgeführt, wobei die Dichtspalte zwischen den Umfangsflächen der Ausgleichskolben 26, 28 und vom Gehäuse getragenen Gegenstücken gebildet sind. Auf die gleiche Art ist der Druckraum 56 zum Außenraum an der Wellendurchführung abgedichtet.
  • Der Ausgang der ersten Turbinenstufe 24 mündet in einen ringförmigen Übergangsraum 65. An diesen Übergangsraum 65 ist der zweite Luftraum 67, welcher die zweite Brennkammer 68 umgibt, angeschlossen. Im übrigen gleicht diese zweite Brennkammer 68 in ihrem Aufbau und in ihrem Anschluß an die Brennstoffversorgung und an die Beschaufelung weitgehend der ersten Brennkammer 30, so daß sich hier näheres erübrigt.
  • An den Ausgang der zweiten Turbinenstufe 22 ist der Abgaskanal 18 angeschlossen, der zu einem nicht dargestellten Abgaskamin führt.
  • Von der Druckluftzufuhr 40 ist zwischen dem Ventil 42 und dem Eintritt in den Luftraum 38 eine Druckmittelleitung 82 abgezweigt, die über einen im Abgaskanal 18 angeordneten Wärmetauscher 84 zur Raum-Einheit 48, 50 führt. Da diese Raum-Einheit 48, 50 an die Fußbefestigung der Leitschaufeln der ersten Turbinenstufe 24, an das Übergangsstück 44, an den Treibgaseinlaß 46 und an die Welle 10 grenzt, bildet diese Raum-Einheit 48, 50 einen wesentlichen Teil des Kühlsystems der ersten Turbinenstufe, weitere Teile dieses Systems werden durch die Druckräume 54 und 56 gebildet.
  • An den weiteren zweiten Druckraum 54 ist das Kühlsystem der zweiten Turbinenstufe 22 angeschlossen. Es weist eine Kühlmittelleitung 85 sowie einen etwa kreisringförmigen Raum 86 mit etwa keilförmigem Querschnitt auf, der an die Fußbefestigung der Leitschaufeln der zweiten Turbinenstufe 22 und an den Übergangsraum 65 grenzt. Für den Anschluß der Kühlmittelleitung 85 ist hierbei ein den Übergangsraum 65 durchdringender Anschlußstutzen 87 vorgesehen. Außerdem weist das Kühlsystem noch einen an die Welle 10 grenzenden Ringraum 88 auf, der sich in axialer Richtung zwischen dem Ende der ersten Turbinenstufe 24 und dem Anfang der zweiten Turbinenstufe 22 erstreckt. Aus dem Ringraum 88 wird ein nicht dargestelltes zusätzliches Kühlsystem der zweiten Turbinenstufe gespeist, das die Aufgabe hat, die Welle 10 und die Turbinenlaufschaufeln zu kühlen. Dieser Ringraum 88 ist nach außen hin mit einer ringzylindrischen Abdeckung 90 versehen, welche in axialer Richtung mit Stopfbüchsen begrenzt ist, so daß eine definierte und vorzugsweise geringe Menge von Kühlluft in den Übergangsraum 65 und zum Treibgaseinlaß der zweiten Turbinenstufe 22 austreten kann. Für den Anschluß des Ringraumes 88 ist ebenfalls ein Anschlußstutzen 92 nach außen geführt.
  • Schließlich ist noch der letzte Druckraum 56 über eine Leitung 94 mit dem Abgasstutzen 18 verbunden.
  • Jener Teil der Druckmittelleitung 82, der zwischen dem Wärmetauscher 84 und der Raum-Einheit 48, 50 liegt, ist über eine Verbindung 96 in Form einer Leitung mit zwischengeschaltetem Überströmventil 98 mit der vom zweiten Druckraum 54 zum Anschlußstutzen 27 führenden Kühlmittelleitung 85 verbunden. Die auf den federbelasteten Kolben 100 des Überströmventils 98 wirkenden Druckräume sind über Leitungen 102 derart mit dem Übergangsraum 65 und der Kühlmittelleitung 85 verbunden, daß das Überströmventil öffnet, falls die Druckdifferenz einen voreingestellten Wert unterschreitet. In diesem Fall wird die Kühlmittelleitung 85 und somit das Kühlsystem 85, 86, 88 unter Umgehung der Druckräume 50 und 54 unmittelbar mit Kühlluft versorgt. Somit ist eine Kühlung der zweiten Turbinenstufe 22 selbst bei irgendwelchen Schäden an den berührungsfreien Dichtungen 52, 58 gesichert.
  • Um schließlich noch Überdrücke vom Kühlsystem 85, 86, 88 fern zu halten, ist die Kühlmittelleitung 85 noch über eine weitere Leitung 106 mit dem Übergangsraum 65 verbunden, wobei in die Leitung 106 ein geregeltes Überdruckventil 104 eingefügt ist. Der federbelastete Regelkolben 108 des Überdruckventils grenzt an Druckräume, die über Leitungen 110 mit der Kühlmittelleitung 85 und dem Übergangsraum 65 derart verbunden sind, daß beim Überschreiten einer voreingestellten Druckdifferenz das Überdruckventil 104 öffnet und den Überdruck über die Leitung 106 zum Übergangsraum 65 abführt. Die Einstellung der Ventile 98 und 104 kann auch durch hydraulische, elektro-hydraulische oder elektrische Stellglieder erfolgen und nicht wie hier dargestellt durch pneumatische Stellglieder.
  • Von der zu einer Druckluftquelle führenden Leitung 43 zweigt eine weitere Leitung 116 ab, von der drei Stichleitungen 118 mit zwischengeschalteten Absperrorganen 120 abgehen. Je eine dieser Stichleitungen führt zum Drucklufteinlaß 122 der ersten Brennkammer 30, zu einem Stutzen 124 der zweiten Brennkammer 68 und zu einem Ringraum 126. Dieser Ringraum 126 umgibt den Abströmbereich der zweiten Turbinenstufe 22 und weist zur letzten Laufschaufelreihe dieser Stufe nicht dargestellte Öffnungen auf. Durch dieses Leitungssystem 116, 118 kann nach dem Abschalten der Turbine, also nach dem Schließen des Ventils 42 und der Unterbrechung der Brennstoffversorgung den einzelnen Turbinenstufen und der letzten Laufschaufelreihe Druckluft aus der Leitung 43 zugeführt werden. Hierdurch wird die beim Auslaufen der Turbine entstehende Ventilationswärme abgeführt. In vielen Fällen genügt es, die Druckluft nur an einer Stelle, z. B. über die Ringkammer 126 zuzuführen. Die Absperrorgane 120 der übrigen Stichleitungen bleiben in diesem Fall geschlossen, oder man läßt die nicht benötigten Stichleitungen einfach weg. Während des Turbinenbetriebs bleiben die Absperrorgane 120 selbstverständlich geschlossen.
  • Während des Betriebes wird der ersten Brennkammer 30 über die Brennstoff-Zufuhrleitung 32 und die Brennstoffdüse 34 gasförmiger oder flüssiger Brennstoff zugeführt, während die z. B. gespeicherte Verbrennungsluft dem nicht dargestellten Luftspeicher entnommen wird und über die Leitung 43, die Druckluftzufuhr 40, den Luftraum 38 sowie die Luftzuführöffnungen 36 in die Brennkammer gelangt. Die in der ersten Brennkammer 30 erzeugten heißen Treibgase werden dann durch das Übergangsstück 44 und den Treibgaseinlaß 46 der ersten Turbinenstufe 24 zugeführt. Nach dem Verlassen dieser Stufe treten die Treibgase in den Übergangsraum 65 ein und gelangen über den zweiten Luftraum 67 in die zweite Brennkammer 68, die genau wie die erste Brennkammer 30 mit Brennstoff versorgt wird. Da die von der ersten Turbinenstufe 24 kommenden Treibgase noch für eine weitere Verbrennung ausreichenden Sauerstoff enthalten, ist eine Zufuhr von Verbrennungsluft zur zweiten Brennkammer 68 nicht erforderlich. Die hier neu gebildeten Treibgase werden ebenfalls durch ein Übergangsstück und einen Treibgaseinlaß der zweiten Turbinenstufe 22 zugeführt und schließlich als Abgase dem Abgasstutzen 18 zugeleitet. Hierbei beaufschlagen die Abgase den Wärmetauscher 84.
  • Von der Druckluftzufuhr 40 wird ein Teil der Druckluft abgezweigt und über die Druckmittelleitung 82 der Raum-Einheit 48, 50 als Kühlluft zugeführt. Hierbei wird die Kühlluft im Wärmetauscher 84 vorgewärmt.
  • Die an die Raum-Einheit 48, 50 grenzenden Teile, wie Träger der Leitschaufeln, Treibgaseinlaß 46, Übergangsstück 44, Welle 10 und Träger 53 die erste berührungsfreie Dichtung 52 werden von der Kühlluft beaufschlagt und somit gekühlt. Die Vorwärmung der Kühlluft im Wärmetauscher 84 bewirkt, daß höchstens geringe thermische Spannungen auftreten können.
  • Da der Strömungswiderstand der Druckmittelleitung 82 von der Druckluftzufuhr 40 bis zur Raum-Einheit 48&min;, 50 geringer ist als der Strömungswiderstand der für die Verbrennung benötigten Luft auf dem Weg durch den Luftraum 38 bis zur Brennkammer 30, stellt sich in der Raum-Einheit 48, 50 ein höherer Druck ein als in der ersten Brennkammer und im Übergangsstück 44. Dadurch tritt Kühlluft durch die berührungsfreie Dichtung 45 zur ersten Turbinenstufe 24. Die berührungsfreie Dichtung 45 dichtet hierbei die Begrenzung des Treibgaseinlasses 46 gegen die Welle 10 ab.
  • Um nun den durch die Turbinenstufen erzeugten, und nach links gerichteten Axialschub auszugleichen, sind die Druckräume 50, 54 und 56 über die Dichtungen 52 und 58 miteinander verbunden. Da der zweite Druckraum 54 an das Kühlsystem 85, 86, 88 der zweiten Turbinenstufe 22 angeschlossen ist, strömt ein Teil des Kühlmittels, d. h. Luft aus dem Druckraum 54 zum Kühlsytem 85, 86, 88. Ebenso strömt Kühlmittel aus dem letzten Druckraum 56 über die Leitung 94 zum Abgasstutzen 18. Die Spalte der Dichtungen 52 und 58 sind hierbei so gewählt, daß sich eine solche Druckdifferenz zwischen den einzelnen Ausgleichkolben einstellt und auf die Kolbenfläche einwirkt, daß die nach rechts wirkende Kolbenkraft den nach links gerichteten Axialschub ausgleicht oder zumindest weitgehend ausgleicht.
  • Hierbei ist die wirksame Fläche des ersten Ausgleichskolbens 26 vorzugsweise so gewählt, daß diese Fläche zusammen mit dem im ersten Druckraum 50 herrschenden Druck den Schub der ersten Turbinenstufe 24 ausgleicht, wogegen der Druck im zweiten Druckraum 54 im Zusammenwirken mit dem im Durchmesser auf die zweite Turbinenstufe abgestimmten zweiten Ausgleichskolben 28 den Schub der zweiten Turbinenstufe 22 abfängt. Hierdurch wird das Axiallager 16 weitgehend entlastet und es kann daher entsprechend schwächer und einfacher ausgebildet sein. Da der Druck in den Druckräumen 50, 54 und 56 durch Entnahme der Druckluft aus der Druckluftzufuhr 40 zur Brennkammer erfolgt, paßt sich der Druck in den Druckräumen ohne zusätzlichen Aufwand an veränderte Betriebsbedingungen an, so daß der Axialschub auch bei schwankenden Betriebszuständen selbsttätig ausgeglichen ist.
  • Die aus dem zweiten Druckraum 54 entnommene Kühlluft wird dem Kühlsystem 85, 86, 88 der zweiten Turbinenstufe zugeführt. Die Kühlluft durchströmt hierbei den ringförmigen Raum 86 und kühlt die Füße der feststehenden Leitschaufeln der zweiten Stufe, ein anderer Teil der Kühlluft strömt zur Ringnut 88 und kühlt den Einlaßbereich, die Wellenpartie und die Luftschaufeln der zweiten Stufe 22.
  • Das Überströmventil 98 bewirkt eine unmittelbare Zufuhr von Kühlluft zum Kühlsystem der zweiten Turbinenstufe, falls in diesem Kühlsystem ein am Überströmventil voreinstellbarer Differenzdruck unterschritten wird. Dies könnte dann der Fall sein, wenn infolge von Schäden der Dichtungen 52 oder durch Leckagen das Kühlluftangebot für das Kühlsystem 85, 86, 88 zu gering ist und somit der Druck dieses Sytems abfällt.
  • Durch das Überdruckventil 104 werden schädliche Überdrücke vom Kühlsystem ferngehalten und in den Übergangsraum 65 abgeleitet. Durch Verstellung der vorgegebenen Druckdifferenz kann der am Axiallager 16 wirkende Restschub in gewissen Grenzen verändert werden.
  • Beim Abstellen der Turbine wird mindestens eines der Absperrorgane 120 vorzugsweise selbsttätig geöffnet und somit Druckluft über die Leitungen 43 und 116 z. B. dem Luftspeicher entnommen und den Turbinenstufen sowie der letzten Laufschaufelreihe zugeführt. Diese Druckluft nimmt die beim Auslaufen der Turbine entstehende Wärme auf und führt sie über den Abgaskanal 18 ab. In den meisten Fällen wird die Zufuhr der Druckluft über eine der Stichleitungen 118 genügen, so daß die übrigen Stichleitungen entfallen können.
  • Wie sich aus dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel leicht erkennen läßt, besteht der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Gasturbine darin, daß mit geringem Bauaufwand und geringem Betriebsmittelaufwand eine gute Kühlung thermisch hochbelasteter Turbinenteile sowie gleichzeitig ein Belastungsschwankungen folgender Schubausgleich erreicht werden kann, wobei die Vorwärmung des Kühlmittels wesentlich zur Verringerung thermischer Spannungen beiträgt.

Claims (4)

1. Gasturbine mit mindestens zwei vom Treibgas axial durchströmten, auf einer Welle angeordneten Beschaufelungen, denen je ein Ausgleichskolben für den Axialschubausgleich zugeordnet ist, wobei die Ausgleichskolben nebeneinander liegen und ihre Kolbenflächen an verschiedenes Druckniveau aufweisende Druckräume grenzen, wobei sämtliche Druckräume über berührungsfreie Dichtungen strömungsmäßig hintereinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten, dem Treibgaseinlaß benachbarten Druckraum (50) Luft, die der Druckluftzufuhr (40) zur Brennkammer entnommen ist, zuführbar ist, daß an jeden zwischen dem ersten und dem letzten Druckraum liegenden Druckraum (54) ein Kühlsytem (86, 88) je einer der ersten Beschaufelung (24) nachgeschalteten Beschaufelung (22) angeschlossen ist, daß der letzte Druckraum (56) mit dem Abgaskanal (18) verbunden ist, und daß die Spalte der berührungsfreien Dichtungen (52, 58) so gewählt sind, daß sich unter Berücksichtigung des Luftbedarfs des Kühlsystems (86, 88) bzw. der Kühlsysteme eine den Ausgleich des Axialschubes bewirkende Druckdifferenz zwischen den Druckräumen (50, 54, 56) einstellt.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Druckraum (50) zuführbare Luft durch einen im Abgaskanal (18) angeordneten Wärmetauscher (84) vorwärmbar ist.
3. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (86, 88) mit wenigstens einem geregelten Überdruckventil (104) versehen ist, das beim Überschreiten einer voreingestellten Druckdifferenz zwischen dem Kühlsystem (86, 88) und einem die Beschaufelungen (24, 22) gasseitig miteinander verbindenden Übergangsraum (65) öffnet.
4. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem (86, 88) wenigstens ein geregeltes Überströmventil (98) aufweist, welches in eine Verbindung (96) zwischen dem Kühlsystem (86, 88) und der Druckmittelleitung (82), welche die Druckluftzufuhr (40) mit dem ersten Druckmittelraum (50) verbindet, eingefügt ist und welches beim Unterschreiten einer voreingestellten Druckdifferenz zwischen dem Kühlsystem (86, 88) und dem die Turbinenstufen (24, 22) verbindenden Übergangsraum (65) öffnet.
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DE2728400A Expired DE2728400C2 (de) 1977-06-24 1977-06-24 Gasturbine

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JP (1) JPS5412018A (de)
DE (1) DE2728400C2 (de)
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