Kühlluftentnahme auf der Gehäuseseite eines Diffusors einer Kompressorstufe von Gasturbinen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil einer radialen Endstufe eines Kompressors einer Gasturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

[0002] In einer Gasturbine, die aus einem Kompressor, einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine besteht, wird zur Kühlung der mit heißem Gas beaufschlagten Komponenten Kühlluft benötigt, die dem Kompressor bei hohem Druck entnommen wird.

[0003] Aus der US-A-2 656 096 ist ein Kompressor mit einem radialen Laufrad und einem anschließenden Diffusor bekannt. Unmittelbar hinter dem Laufrad entsteht an beiden Seiten des Diffusors eine Grenzschicht, die stark anwächst. In den einander gegenüber liegenden Diffusorwänden sind umlaufend zwischen den Diffusorschaufeln Öffnungen, z. B. in Form von schräg angestellten Schlitzen, angeordnet, durch die die Grenzschicht an beiden Seiten des Diffusors abgesaugt wird. Durch die Entfernung der energiearmen Grenzschicht werden die Verluste in der Hauptströmung verringert und damit der Wirkungsgrad des Kompressors verbessert. Die abgesaugte Luft kann als Kühlluft für die zu kühlenden Teile der Gasturbine verwendet werden, indem die Luft über Leitungen dem Turbinenrotor zugeführt wird.

[0004] Ein anderer Kompressor mit einem radialen Laufrad und einem mit Schaufeln versehenen,Diffusor ist aus der US-A-4 131 389 bekannt. In den einander gegenüber liegenden Diffusorwänden sind umlaufend zwischen den Diffusorschaufeln radial ausgerichtete Schlitze angeordnet, die in eine den Diffusor außen umgebende Kammer münden. Hierdurch wird ein Druckausgleich geschaffen, durch den die Neigung zur Strömungsablösung innerhalb des Diffusors reduziert wird.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Kühlluftentnahme im Verdichterteil einer Gasturbine so zu gestalten, daß strömungstechnisch positive Auswirkungen auf den Verdichterwirkungsgrad geschaffen werden.

[0006] Die Lösung der Aufgabe erfolgt entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches. Die abhängigen Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlluftentnahme.

[0007] Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird die Kühlluftentnahme so gestaltet, daß die verdichtete Kühlluft durch Öffnungen in Form von Bohrungen oder Schlitze auf der Gehäuseseite des Diffusors entnommen wird und damit eine Absaugung der Seitenwandgrenzschicht erfolgt.

[0008] Die Öffnungen können sowohl als runde Bohrungen als auch als Schlitze mit einer Erstreckung in radialer bzw. mit einer Erstreckung in Umfangsrichtung ausgeführt werden. Dadurch wird die Entstehung eines Totwassergebiets verhindert oder zumindest stark vermindert, was den Wirkungsgrad der gesamten Stufe anhebt.

[0009] Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vermeidung eines Totwassergebiets erreicht, die zu einer Reduzierung der Verluste im Diffusor und zu einer Erhöhung des Stufenwirkungsgrads führt.

[0010] Die Erfindung wird anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0011] Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch den Kompressorteil einer Gasturbine im Bereich des Diffusors,

Fig. 2

eine vergrößerte Ansicht des Diffusors entsprechend Fig. 1,

Fig. 3

eine Ansicht der Gehäusewand im Diffusorbereich mit verschiedenen Ausführungsbeispielen zur Kühlluftentnahme.

[0012] Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Kompressor einer Gasturbine mit Teilen des Ringraumes (8), dem Leitschaufelinnenraum (9), dem Kompressorgehäuse (15) und der Austrittsöffnung (16) für die verdichtete Luft, die der Brennkammer der Gasturbine zugeführt wird.

[0013] Die Laufschaufeln (12) des Kompressors sind auf den Rotorscheiben (13) befestigt, die durch mehrere Zuganker (14) zusammengehalten werden. In dem Leitschaufelträger (1) sind Leitschaufeln (11) befestigt. Die Endstufe des Kompressors besteht aus einer radialen Stufe mit einem radialen Laufrad (2), einem beschaufelten Diffusor (3) und einer axialen Umlenkschaufel (18). Die verdichtete Luft gelangt dann in den Ringraum (8).

[0014] In einer solchen Gasturbine, die aus einem Kompressor, einer Verbrennungseinrichtung und einer Turbine besteht, wird zur Kühlung der mit heißem Gas beaufschlagten Komponenten Kühlluft benötigt, die dem Kompressor bei hohem Druck entnommen wird.

[0015] Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Diffusors aus Fig. 1. Die Diffusorschaufelung (3) dient mit den entsprechenden Befestigungselementen (7) gleichzeitig zur Verbindung des Leitschaufelträgers (1) mit der Gehäusewand des Ringraums (4).

[0016] In einem derartigen Diffusor (20) entwickelt sich nahe der Gehäusewand (4) an der Diffusor-Gehäuseseite (20.1) oft ein Totwassergebiet (5), das den Wirkungsgrad der ganzen Kompressorstufe beeinträchtigt.

[0017] Verdichtete Luft wird über eine Kühlluftabführung (10) einer radialen Kompressorstufe, die aus einem Laufrad (2) und einem Diffusor (20) besteht, der sowohl beschaufelt als auch unbeschaufelt sein kann, entnommen.

[0018] Erfindungsgemäß wird daher die Kühlluftentnahme so gestaltet, daß die Kühlluft einseitig durch Öffnungen (6) auf der Gehäuseseite (20.1) des Diffusors (20) entnommen wird und durch Kühlluftkanäle (10) den mit Heißgas beaufschlagten Teilen, u. a. auch der Außenwand des Hosenrohres (17), zugeführt wird.

[0019] Im Fall eines beschaufelten Diffusors wird die Luft durch Kühlluftbohrungen (19) in der Diffusorschaufel (3) auf die Diffusoraußenseite (20.2) geleitet. Im Falle eines unbeschaufelten Diffusors (20) muß die Kühlluft durch andere geeignete Einrichtungen zur Diffusoraußenseite transportiert werden.

[0020] Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Gehäusewand im Diffusorbereich mit verschiedenen Ausführungsbeispielen zur Kühlluftentnahme. Die Entnahme kann sowohl durch Bohrungen (6.1), durch Schlitze mit radialer Erstreckung (6.2) als auch durch Schlitze, die sich in Umfangsrichtung erstrecken (6.3), erfolgen.

Bezugsziffernliste:

[0021] 

1

Leitschaufelträger

2

Laufrad, radial

3

Diffusorschaufel

4

Gehäusewand

5

Totwasser in 20

6

Öffnungen in 20.1

6.1

Bohrungen

6.2

Schlitze, Erstreckung in radialer Richtung

6.3

Schlitze, Erstreckung in Umfangsrichtung

7

Befestigungselemente

8

Ringraum

9

Leitschaufelträgerinnenraum

10

Kühlluftabführung

11

Leitschaufel

12

Laufschaufel

13

Rotorscheibe

14

Zuganker

15

Kompressorgehäuse

16

Austrittsöffnung

17

Hosenrohr

18

Axiale Umlenkbeschaufelung

19

Bohrungen in 3

20

Diffusor

20.1

Diffusor, Gehäuseseite

20.2

Diffusor, Außenseite

Ansprüche

1. Kühlluftentnahme aus dem Diffusorteil (20) einer radialen Endstufe eines Kompressors einer Gasturbine mit einem durch eine Gehäusewand (4) begrenzten Ringraum (8), wobei der Diffusorteil (20) durch eine Diffusor-Gehäuseseite (20.1) und eine Diffusoraußenseite (20.2) begrenzt ist und im Bereich der Kühlluftabführung (10) in der Gehäusewand (4) des Ringraumes (8) umlaufend mindestens eine Öffnung (6) zwischen den Diffusorschaufeln (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (6) einseitig in der Diffusor-Gehäuseseite (20.1) angeordnet und mit Kühlluftkanälen auf der Diffusoraußenseite (20.2) verbunden ist.

2. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als runde Bohrungen (6.1) ausgeführt sind.

3. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als Schlitze (6.2) mit einer Erstreckung in radialer Richtung ausgeführt sind.

4. Kühlluftentnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) als Schlitze (6.3) mit einer Erstreckung in Umfangsrichtung ausgeführt sind.

Claims

1. Cooling air extraction from the diffuser part (20) of a radial end stage of a compressor of a gas turbine with an annular space (8) bounded by a casing wall (4), wherein the diffuser part (20) is bounded by a diffuser casing side (20.1) and a diffuser outer side (20.2) and at least one opening (6) is arranged between the diffuser blades (3) to extend around in the region of the cooling air outlet (10) in the casing wall (4) of the annular space (8), characterised in that the opening (6) is arranged at one side in the diffuser casing side (20.1) and is connected with cooling air channels on the diffuser outer side (20.2).

2. Cooling air extraction according to claim 1, characterised in that the openings (6) are formed as round bores (6.1).

3. Cooling air extraction according to claim 1, characterised in that the openings (6) are formed as slots (6.2) with a length in radial direction.

4. Cooling air extraction according to claim 1, characterised in that the openings (6) are formed as slots (6.3) with a length in circumferential direction.

Revendications

1. Prise d'air de refroidissement de la partie diffuseur (20) d'un étage final radial d'un compresseur d'une turbine à gaz comportant un espace annulaire (8) délimité par une paroi de carter (4), la partie diffuseur (20) étant délimitée par un côté carter de diffuseur (20.1) et par un côté extérieur de diffuseur (20.2) et au moins une ouverture (6) étant disposée périphériquement entre les aubes de diffuseur (3) dans la zone de l'évacuation d'air de refroidissement (10) de la paroi de carter (4) de l'espace annulaire (8), caractérisée en ce que l'ouverture (6) est disposée d'un côté dans le côté carter de diffuseur (20.1) et est reliée à des canaux d'air de refroidissement sur le côté extérieur de diffuseur (20.2).

2. Prise d'air de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures (6) sont réalisées sous forme de trous ronds (6.1).

3. Prise d'air de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures (6) sont réalisées sous forme de fentes (6.2) avec une extension dans la direction radiale.

4. Prise d'air de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures (6) sont réalisées sous forme de fentes (6.3) avec une extension dans la direction périphérique.

Zeichnung