DE2918873C2

DE2918873C2 - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE2918873C2
Application number: DE2918873A
Authority: DE
Inventors: John T. Milford Conn. Exley; Charles Monroe Conn. Kuintzle jun.
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1982-04-01
Also published as: GB2060074A; DE2918873A1; GB2060074B

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit einem Radialverdichter, einem mit Austrittsleitschaufeln versehenen Diffusor, der von der durch den Radialverdichter geförderten Luft durchströmt ist, im Bereich der Hinterkante der Austrittsleitschaufeln in der Wand des Diffusors angeordneten Öffnungen, durch welche Nutzdruckluft entnehmbar ist, einer an die Öffnungen angeschlossenen Sammelleitung und einer im Zug der Sammelleitung angeordneten Kühlvorrichtung zur Absenkung der Temperatur der Nutzdruckluft.

Eine Gasturbinenanlage der angegebenen Art ist anhand der GB-PS 6 66 416 bekannt geworden und weist eine Reihe Nachteil auf, die darin zu sehen sind, daß die Nutzdruckluft nicht genügend staubfrei ist. Die Kühlung bedingt den weiteren Nachteil, daß der Kühleffekt nicht gut ist, weil der Wärmetauscheffekt in Gegenwart direkter Zuriiischung von Kühlluft erfolgt.

Bei einer Reihe Gasturbinenanlagen, insbesondere solchen für Flugzeuge, ist es erforderlich eine Nutzdruckluft zur Verfügung zu haben, durch die Zusatzgeräte angetrieben werden können, z. B. zum Erzeugen von Elektrizität, Antrieb von Klimaanlagen und Unterdrucksetzen von Passagierräumen. Diese Nutzdruckluft muß weitestgehend von Verunreinigungen wie Staub befreit sein und eine ausreichend niedrige TemDeratur besitzen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Nutzdruckluft zu erzeugen, deren Verunreinigungen kleinstmöglich ist und deren Temperatur ohne ernsthaften Verlust an Leistung der Gasturbinenanlage gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nun dadurch gelöst, daß eine Gasturbinenanlage der eingangs angegebenen Art in kennzeichnender Weise so weitergebildet wird, daß die Austrittsleitschaufeln

ίο entlang ihrer Hinterkante eine muldenartige, stromabwärts offene Ausnehmung aufweisen, die öffnungen derart angeordnet sind, daß sie mit den Ausnehmungen fluchten und die Kühlvorrichtung als Ejektor ausgebildet ist, in welchem die der Treibdüse zuführbare Nutzdruckluft mit Umgebungsluft mischbar ist.

Eine zweckmäßige erfindungsgemäße Weiterbildung besteht darin, daß die Treibdüse des Ejektors mit einer Ventilvorrichtung versehen ist, die den Querschnitt der Treibdüse bei steigendem Druck der zugeführten Nutzdruckluft verkleinert.

Es erweist sich als besonders zweckmäßig, die Ventilvorrichtung so auszubilden, daß dieselbe eine zur Treibdüse koaxiale längsverschiebliche Ventilnadel aufweist, die mit einem Betätigungskolben verbunden ist, der in Öffnungsrichtung federbelastet und in Schließrichtung mit dem Druck der zugeführten Nutzdruckluft belastet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher

Ό beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Gasturbinenanlage mit dem Erfindungsgegenstand;

Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht der Austrittsleitschaufeln in der erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 3 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ejektoranordnung.

Bei einer Gasturbinenanlage empfängt ein ringförmiger Diffusor 1 die von einem Radialverdichter 2 kommende verdichtete Luft. Der Diffusor 1 ist mit radial verlaufenden Austrittsleitschaufeln 3 versehen. Die Austrittsleitschaufeln 3 verbreitern sich allmählich ausgehend von der vorderen Kante 4 in Richtung auf die Hinterkante 5. Die Austrittsleitschaufeln 3 weisen entlang ihrer Hinterkante 5 eine muldenartige, stromabwärts offene Ausnehmung 6 auf, wodurch an der Hinterkante ein Wirbel erzeugt wird. Es sind Öffnungen 7 in der Wand des Diffusors 1 derart angeordnet, daß dieselben mit den Ausnehmungen 6 fluchten. Eine Sammelleitung 9 steht in direkter Verbindung mit der Ausströmhauptleitung 8. Es ist ein Ejektor 10 in der Sammelleitung 9 vorgesehen, so daß die Nutzdruckluft den Primärfluß durch die Treibdüse 11 des Ejektors bildet. Kühle Umgebungsluft wird von außen der Gasturbinenanlage durch die Fangdüse 12 des Ejektors zugeführt. Die Treibdüse 11 wird durch eine Ventilnadel 13 gesteuert, die in der Treibdüse 11 axial beweglich ist. Das hintere Teil der Ventilnadel 13 ist als ein Betätigungskolben 14 ausgebildet, der im Inneren der geschlossenen Kammer 15 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Der Betätigungskolben 14 steht unter der Einwirkung einer Feder 16 dergestalt, daß sich ein größtmöglicher primärer Luftfluß ergibt. Der Druck in der Sammelleitung 9 wird durch die öffnung 17 in dem Raum 18 der Kammer 5 übertragen und übt auf eine Seite des Betätigungskolbens 14 gegen die Feder 16 eine Kraft aus, wodurch sich eine Bewegung der Ventilnadel 13 unter Verringern des primären Luftflusses ergibt. Hierdurch wird das Verhältnis von Primärluft

zu Sekundärluft gesteuert

Bei dem Betrieb tritt Nutzdruckluft durch die Öffnung 7 an der Hinterkante 5 der Austrittsleitschaufel 3 und tritt in die Ausströmhauptleitung 8 ein, die die Sammelleitung 9 versorgt. Bei niedrigen Turbinengeschwindigkeiten weist die Ausströmluft eine relativ niedrige Energie auf und die Treibdüse 11 wird auf einen maximalen primären Luftfluß eingestellt, wodurch im wesentlichen das Einführen von Umgebungsluft ausgeschaltet wird. Bei zunehmender Turbinendrehza^l übt die aussiAJmende Nutzdruckluft eine Kraft auf die Ventilnadel 13 gegen die Feder 16 aus, wodurch die Ventilnadel 13 in einer Richtung bewegt wird, die die Menge der in der Treibdüse 11 fließenden Primarluft verringert. Sobald dies eintritt, erhöht sich der sekundäre Luftfluß, wodurch sich ein Nutzdruckluftfluß verringerter Temperatur ergibt, der für den Antrieb von Zusatzgeräten geeignet ist.

Die an der Hinterkante 5 wirbeiförmig vorliegende Luft muß zwecks Austreten durch die Öffnung 7 eine scharfe Wendung ausführen. Hierdurch ergibt sich ein zentrifugaler Trägheitstrenneffekt, der Verunreinigungen in dem ausströmenden Luftstrom praktisch vollständig ausschließt, wodurch es nicht mehr erforderlich wird eine weitere Abtrennung oder ein Filtern der Nutzdruckluft durchzuführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

d)
e)

Patentansprüche:

I.Gasturbinenanlage mit

a) einem Radialverdichter;

b) einem mit Austrittsleitschaufeln versehenen Diffusor, der von der durch den Radialverdichter geförderten Luft durchströmt ist;

im Bereich der Hinterkante der Austrittsleitschaufeln in der Wand des Diffusors angeordneten öffnungen, durch welche Nutzdruckluft entnehmbar ist;

einer an die Öffnungen angeschlossenen Sammelleitung; und

einer im Zug der Sammelleitung angeordneten Kühlvorrichtung zur Absenkung der Temperatur der Nutzdruckiuft;

dadurch gkennzeichnet, daß

fj die Austrittsleitschaufelr. (3) entlang ihrer Hinterkante (5) eine muldenartige, stromabwärts offene Ausnehmung (6) aufweisen;

g) die Öffnungen (7) derart angeordnet sind, daß sie mit den Ausnehmungen (6) fluchten; und

h) die Kühlvorrichtung als Ejektor (10) ausgebildet ist, in welchem die der Treibdüse (11) zuführbare Nutzdruckluft mit Umgebungsluft mischbar ist
2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibdüse (11) des Ejektors (10) mit einer Ventilvorrichtung versehen ist, die den Querschnitt der Treibdüse (11) bei steigendem Druck der zugeführten Nutzdruckluft verkleinert.
3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2_? dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilvorrichtung eine zur Treibdüse (11) koaxiale längsverschiebliche Ventilnadel (13) aufweist, die mit einem Betätigungskolben (14) verbunden ist, der in Öffnungsrichtung federbelastet und in Schließrichtung mit dem Druck der zugeführten Nutzdruckluft belastet ist.