COOLED TURBINE OR COMPRESSOR CASING

Abstract: 1. Cooled turbine or compressor housing (100), which is surrounded by a jacket (5), so that cooling gas separated from the working fluid flows through the intermediate space between jacket and fluid machine housing characterised in that a) the cooling gas inlet and outlet openings (10, 14, 12) open directly into the surroundings, so that movement of the cooling gas results only from the thermal drive of the current of cooling gas which is increasing in temperature, and b) the jacket also surrounds the overlying inlet and outlet openings (3, 4) of the fluid machine.

Description: Gekühltes Turbinen- oder Verdichtergehäuse 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 dien liegenden Ein und Austrittsstutzen der Strömungsmaschine; b) die Förderung des Kühlgasstromes erfolgt allein durch thermischen Auftrieb der sich aufheizenden Kühlgas strömung. Das Gehäuse gemäss Erfindung muss auch eine Kühlung bei Prozessgasturbinen ermöglichen, die für den Betrieb mit 0 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 vorteilhaftr 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 hochtemperaturfeste SiO2- oder Al203-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 . < . 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 7270 C ist, so ist sie beispielsweise im Auslassstutzen 6200 C. Im Inneren des Gehäuses treten dabei Temperaturen auf, die etwa zwischen 4000 C und 7000 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: P a t e n t a n s p r ü c h e : 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 durch strömt ist und die Kühlgas-Ein- und -Austrittsöffnun gen 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.

Inventors: GRIEPENTROG, HARTMUT, DR. DIPL.-ING.
Applicants: GUTEHOFFNUNGSHUTTE STERKRADE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1980
Main classification: F01D25
IPC codes: F01D25, F02C7, F04D29