DE968370C - Gasturbine fuer kleinere Leistungen - Google Patents

Description

• Gasturbine für kleinere Leistungen Für kleine und kleinste Leistungen verwendet man vorteilhafterweise in den Fällen Gasturbinen, in denen der Brennstoffverbrauch keine oder nur eine untergeordnete Rolle spielt, in denen es aber wichtig ist, daß der Raumbedarf und das Gewicht sehr klein und der Preis sehr niedrig ist, d. h. also in allen Fällen, in denen die Anlage nur kurzzeitig und selten in Betrieb ist. Selbstverständlich soll man auch hier bestrebt sein, den Brennstoffverbrauch nicht ins uferlose steigen zu lassen.
• Um nun eine sehr. leichte und kleine Gasturbine zu erhalten, ist es unerlä-Blich, auf den Wärmeaustauscher zu verzichten. Der Fortfall des Wärmeaustauschers bedingt aber eine erhebliche Verschlechterung des Wirkungsgrades. Er bewirkt aber außerdem noch einen weiteren schwerwiegenden Nachteil. Bei Anlagen mit Wärmeaustauschern liegt bekanntlich das günstigste Druckverhältnis, d. h. das Druckverhältnis, bei dem mann den günstigsten Wirkungsgrad erhält, bei niedrigen Werten. Dieses Druckverhältnis steigt bei Fehlen des Wärmeaustauschers auf to und noch höher, je nach der Höhe der Gaseintrittstemperatur in die Gasturbine. Nun kann man bei Kleinturbinen, die nur kurzzeitig in Betrieb sind, mit der Gaseintrittstemperatur höher gehen als bei Anlagen, die für Dauerbetrieb bestimmt sind.
• Man müßte also, um keinen zu ungünstigen Brennstoffverbrauch zu erhalten, mehrstufige Verdichter und Turbinen verwenden. Dem steht aber die Forderung nach geringem Gewicht und Raumbedarf und niedrigem Preis entgegen. Man soll daher möglichst mit einem einstufigen Verdichter und einer einstufigen Turbine auskommen. Um mit einer einzigen Stufe hohe Druckverhältnisse zu erreichen, muß die Gasturbine mit hoher Drehzahl betrieben werden. Eine hohe Drehzahl ist aber gleichbedeutend mit hoher Austrittsgeschwindigkeit der Luft aus dem Verdichter. In der Brennkammer hingegen darf die Geschwindigkeit der Luft einen durch den Brennstoff und die Temperaturverhältnisse bestimmten Wert nicht überschreiten, da sonst die Flämme abreißt und die Brennkammer erlischt.
• Die Erfindung knüpft an Gasturbinen an, bei denen die vom Verdichter kommende Luft ohne plötzlichen Richtungswechsel zu einer konzentrisch zur Turbinenachse angeordneten Brennkammer geleitet wird, die in ihrem Anfang eine scheibenförmige Gestalt und anschließend eine ringförmige Gestalt hat und die unmittelbar hinter dem Diffusor des Verdichters angeordnet ist. Von der Brennkammer strömen die Verbrennungsgase ebenfalls ohne plötzlichen Richtungswechsel in die Turbine. Die Strömung vom Eintritt in den Verdichter bis zum Scheitelpunkt ist somit annähernd symmetrisch der Strömung vom Scheitelpunkt der Umlenkung bis zum Austritt aus der Turbine.
• Unmittelbar hinter dem Verdichterlaufrad ist in an sich bekannter Weise ein Schaufeldiffusor oder auch ein schaufelloser Diffusor angeordnet, in dem die Luft auf etwa den halben Wert der Austrittsgeschwindigkeit aus dem Verdichterlaufrad verzögert wird. Bei dieser bekannten Turbinenbauart wird die Luft hinter dem Diffusor radial auswärts geführt. Hierdurch wird die Umfangskomponente verkleinert, was eine Verlängerung des Flammiveges bedingt.
• Hierdurch werden die Abmessungen unerwünscht vergrößert. Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, daß die Luft nach Austritt aus dem Diffusor nahezu radial einwärts zur Verdichterachse und anschließend in den ringförmigen Teil der Brennkammer eingeführt wird. In weiterer Ausbildung der Erfindung soll dabei die Strömung nicht genau radial gerichtet sein, sondern noch eine gewisse Tangenti@alkomponente behalten. Dieser Strömungsverlauf wird durch entsprechend geformte, einwärts zur Verdichterachse hin verlaufende Leitschaufeln erzwungen. Durch die nahezu radiale Einwärtsführung der Luft wird erreicht, daß die Umfangskomponente und gleichzeitig der Flammenweg vergrößert -wird, so daß bei. gedrängter Bauart ein besserer Ausbrand zu erzielen ist. Außerdem wird bei Verwendung des Radialverdichters die Strömungsführung vereinfacht. Zwischen den @eitsch:aufeln für die Strömungsführung wird der Brennstoff in den Luftstrom eingespritzt. Der durch die Verbrennung entstehenden Volumenvergrößerung wird dadurch Rechnung getragen, daß der Abstand der Begrenzungswände der scheibenförmigen Brennkammer -senkrecht zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase vergrößert wird, so daß keine Beschleunigung der Strömung eintritt.
• In Weiterbildung der Erfindung -werden nur in jedem zweiten oder dritten durch die Leitschaufeln gebildeten Kanal Brennstoffdüsen angeordnet.
• Ferner können erfindungsgemäß die Leitschaufein verdickt ausgeführt werden, so daß durgh diese Leitschaufeln das Lagerschmiermittel und gegebenenfalls auch ein Kühlmittel zu- und abgeführt werden kann.
• In den Fig. i und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
• Fig. i stellt einen Längsschnitt durch die Gasturbine und Fig..2 einen Teilquerschnitt nach der Linie I-11 der Fig. i dar.
• Die Turbinenwelle i mit dem Turbinenläufer 2 und dem Verdichterrad 3 ist in den beiden Lagern q. und 5 gelagert. Die Luft wird vom Gebläserad 3 durch den Ansaugstutzen 6 angesaugt und verdichtet. Nach Austritt aus dem Verdichterrad 3 wird die Luft in den Schaufelddffusor 7 geleitet, in dem ihre Geschwindigkeit verzögert wird. Dann wird sie durch den Kanal 8, der durch die Gehäuseaußenwand g und die Gehäuseinnenwand io gebildet ist, radial einwärts in den scheibenförmigen Raum i i geleitet. Hieran schließt sich der ringförmige konzentrische Raum 12 an, der an seinem Austrittsende den Leitapparat 13 trägt. Hinter dem Leitapparat 13 befinden sich die Turbinenschaufeln 1.4. Die Verbrennungsgase treten aus dem Austrittsstutzen 15 in die Atmosphäre aus. In dem scheibenförmigen Raum i i befinden sich Leitschaufeln 16. Zwischen den Leitschaufeln 16 befinden sich die Einspritzdüsen 17, die den Brennstoff in die Luft einspritzen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbinenanlage für kleinere Leistungen, bestehend aus einem Verdichter radialer Bauart, der vorzugsweise einstufig ausgebildet ist, und einer vorzugsweise einstufigen Turbine axialer Bauart, bei der die Brennkammer die Gestalt eines scheibenförmigen und daran anschließend die Gestalt eines ringförmigen konzentrisch zur Achse angeordneten Raumes hat, an dessen Abschluß sich der Turbinenleitapparat befindet, wobei die Begrenzungswände des scheibenförmigen Teiles der Brennkammer annähernd senkrecht zur Achse der Gasturbine stehen, und der Brennstoff am Anfang des scheibenförmigen Teiles der Brennkammer eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft zuerst in dem scheibenförmigen Teil der Brennkammer radial einwärts und anschließend in den ringförmigen Teil der Brennkammer eingeführt wird.
2. 2. Gasturbinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem scheibenförmigen Teil der Brennkammer Leitschaufeln angeordnet sind, derart, daß die Strömung der Luft oder der Verbrennungsgase noch eine gewisse Tangentialkomponente beibehält.
3. 3. Gasturbinenanlage nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitschaufeln der Brennkammer die Brennstoffdüsen angeordnet sind. q..
4. Gasturbinenanlage nach Anspruch i und 3, dadurch ;gekennzeichnet, daß nur in jedem zweiten oder dritten durch die Leitschaufeln gebildeten Kanal Brennstoffdüsen angeordnet sind.
5. 5. Gasturbinenanlage nach Anspruch i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerschmiermittel und ein eventuelles Kühlmittel durch die verdickten Leitschaufeln oder Leitschaufeln und D.iffusorschaufeln zu- und abgeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 8a6 805; schweizerische Patentschriften Nr. 287 986, a14 256, Z04 037; britische Patentschriften Nr. 70q.678, i21367; USA.-Patentschriften Nr. 2 514 87q., 2 428 330.