Gasturbinenanlage. Die Erfindung bezieht sich auf eine Gas turbinenanlage, in welcher ein sauerstoff haltiger Teil des Arbeitsmittels in einer Brennkammer zur Verbrennung von Brenn stoff mit einem über den Atmosphärendruck erhöhten Druck herangezogen wird und die entstehenden Verbrennungsgase in einem Wärmeaustauscher zur Erhitzung eines an dern Teils des Arbeitsmittels benutzt wer den.
Insbesondere ist sie von Bedeutung für solche Anlagen, bei denen der nicht durch die Brennkammer geleitete Teil des Arbeitsmit tels nach Austritt aus der Turbine noch unter Überdruck steht und rückgekühlt wird, um wieder dem Saugstutzendes Turboverdichters der Anlage zugeführt zu werden. Die Erfin dung besteht darin, dass die an den Wärme austausch anschliessende Expansion der Ver brennungsgase und des erhitzten Teils des Arbeitsmittels in ein und derselben Turbine derart erfolgt, dass die beiden Teile des Ar- beitsmittels konzentrische Teile der Turbinen- schaufelung durchströmen.
Zweckmässig wer den hierbei die Turbinenschaufeln mit Trenn- ansätzen ausgerüstet, die in ihrer Gesamtheit eine Fläche bildend die konzentrischen Strö mungswege der beiden Teile des Arbeitsmit tels trennen. Die ringförmige Fläche, welche durch die Gesamtheit der Ansätze der Schau feln eines Schaufelkranzes gebildet wird, soll in folgendem ass Bandage bezeichnet werden.
Um zu vermeiden, dass :aus demjeni gen Teil der Turbinensehaufelung, der Ver brennungsgas verarbeitet, ein Teil dieses Gases nach dem übrigen Teil der Schaufelung übertritt, kann durch geeignete Proportionie- rung der Schaufeln dafür gesorgt werden, dass jeweils auf der Verbrennungsgasseite der Spalte zwischen den einzelnen Bandagen ein etwas niedrigerer Druck herrscht als: rauf der andern Seite.
Dadurch wird erreicht, dass stets ein kleiner Teil des übrigen Arbeits mittels in den Verbrennungs.gastel der Schau- felung überströmt, so dass umgekehrt ein Gasübertritt aus dem Verbrennungsgasteil in den übrigen Teil verhindert ist.
Im allgemei nen wird das zu verarbeitende Arbeitsmittel Luft sein, so dass im folgenden der Einfach- heit halber von einem Luft bezw. Verbren nungsgas verarbeitenden Teil der Sehaufe- lung gesprochen werden soll. Um die Spalt weite zwischen den einzelnen Bandagen möglichst gering zu halten, werden diese zweckmässig so angeordnet, dass sie einander gegenseitig überdecken.
Dabei kann die Pro- portionierung so getroffen werden, dass der den hintern Rand einer Bandage umschlie ssende vordere Rand der folgenden Bandagre dünner ist als der erstere. Es ist im allge meinen vorteilhaft, das Verbrennungsgas durch den innern, die Luft durch den äussern Teil der Schaufelung strömen zu lassen, wo bei zweckmässig die Wärmeaustauschflächen so bemessen werden, dass .das Verbrennungs gas bei seinem Eintritt in die Turbine eine tiefere Temperatur hat als die erhitzte Luft.
Es kann ferner das Verbrennungsgas derart durch die Turbine geleitet werden, dass seine axiale Geschwindigkeitskomponente kleiner ist aJs diejenige der Luft.
Ferner wird es im allgemeinen vorteilhaft sein, die Schaufelprofile im Gas verarbeitenden Teil der Schaufelung je .längs einer Schaufel un verändert zu lassen, während sieh im Luft verarbeitenden Teil dieselben längs jeder Schaufel ändern (Verdrehung der Schaufel), und zwar derart,<B>da ss</B> die Konstanz des Pro duktes aus Radius und Umfangskomponente der Strömungsgeschwindigkeit mindestens angenähert eingehalten ist. Weiter bietet es Vorteile, den ersten Leitkranz des Gas ver arbeitenden Teils einer Turbine oder einer Stufengruppe einer Turbine so zu gestalten.
da.ss ein Strömungsquerschnitt einstellbar ist. Das kann so erreicht werden, da.ss die Schau feln dieses Leitkranzes. aus Blech bestehen und in der Nähe der Ein- und Austritts- kante an verschiedenen Teilen befestigt sind, die gegeneinander verstellt werden können. Zur Verbesserung der mechanischen Eigen schaften der Schaufelung können die Fort sätze an den Schaufeln, welche in ihrer Ge samtheit eine Bandage bilden, miteinander durch Schweissung oder Lötung verbunden werden.
Fig. 1. zeiht schematisch ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes. Ein Hauptverdichter 1 saugt Luft durch einen Saugstutzen 2 bereits unter Überdruck (z. B. 5 ata) an, komprimiert sie und drückt sie durch den Druckstutzen 3 in einen Wärme austauschapparat 4, den Rehoperator. Durch den Ringkanal 5 des Hauptverdichters. 1 wird einer Zwischenstufe des Verdichters noch Zusatzluft unter Druck zugeführt. Im Rekaperator 4 wird die gesamte Luftmenge vorgewärmt.
Der grössere Teil der Luftmenge (zirka. 3'-4l,) gelant durch die Leitung 6 in einen weiteren Wärmeaustauscher, der aus taschenförmigen Wärmea,ustauschelementen 7 besteht. Der übrige Teil der Luft gelangt durch die Leitung, $ in die Brennkammer 9, -wo durch die Brennstoffdüse 29 Brennstoff zugeführt wird, so dass eine Verbrennung und entsprechende Temperatursteigerung stattfindet. Das Verbrennungsgas,
das in der Brennkammer 9 entsteht, hat eine Tempera tur von beispielsweise<B>1500'</B> C und strömt durch das Innere der Taschen 7. Aussen sind diese Taschen von der durch die Leitung 6 strömenden Luftmenge umspült, und zwar strömt die Luft längs den Taschen 7 in ent- gegen-esetzt:er Richtung wie .das Verbren- nun@sgas. Dadurch gibt das Verbrennungs gas einen grossen Teil seiner Wärme an die Luft ab. die alsdann mit relativ hoher Tem peratur in den Raum 10 gelangt.
Die Tem peratur der Luft im Raum 10 kann durch geeignete Bemessung der Taschen 7 so ge wählt werden, dass die Luft in der nach folgenden Turbinenschaufelung noch ohne eine besondere Kühlung der Schaufelung ver arbeitet werden kann. Das aus den Taschen 7 austretende Verbrennungsgas strömt durch den Kanal 11. in den Raum 12. Die Propor tionen werden zweckmässig so gewählt, dass das Verbrennungsgas nach Austritt aus den Taschen 7 eine etwas tiefere Temperatur hat als die Luft im Raum 10.
Die Luft strömt vom Raum 10 aus durch den äussern Teil der Turbinenschaufelung 13, während das Ver brennungsgas vom Raum 12 aus in den kon zentrisch dazu gelegenen innern Teil der Schaufelung gelangt. Die beiden konzentri schen Partien der SchaufeJung 13 werden durch die Bandagen 14a an den Leitkränzen und 14b an den Laufkränzen voneinander ge trennt. Die aus der Turbine austretende Luft ist wiederum auf einen Druck von etwa 5 ata expandiert worden, während sie bei Eintritt in die Turbine einen bedeutend höheren Druck hatte, z.
B. 25 ata. Der Druck des Verbrennungsgases vor Eintritt in die Tur bine ist, wie man aus der Schaltung ohne weiteres erkennt, im wesentlichen der gleiche, wie derjenige der Luft. Dasselbe gilt vom Druck nach Austritt aus der Turbine. Die aus der Turbinenschaufelung austretende Luft gelangt zunächst in ,den Raum 15 und von hier aus in den Raum<B>16;</B> von hier aus durchströmt sie den Rekup:erator 4 im Ge genstrom, gibt einen grossen Teil ihrer Ab wärme an die verdichtete Luft ab und wird alsdann im nachgeschalteten Kühler 17 wie der auf tiefe Temperatur gebracht.
Nach Austritt aus dem Kühler 17 wird die Luft von neuem angesaugt durch den Saugstutzen 2. Das Verbrennungsgas hingegen gelangt nach Expansion in,der Schaufelung zunächst in den Raum 18, um alsdann nach Durch strömen der Leitung 19 in einer Turbine 20, genannt Ladeturbine, bis auf den atmosphä rischen Druck expandiert zu werden. Das Verbrennungsgas verlässt durch die Abgas leitung 21 die Anlage. Die Ladeturbine 20 treibt den Ladekompressor 22, der Luft durch die Leitung 23 aus der äussern Atmo sphäre ansaugt, sie verdichtet und durch eine Leitung 24 in einen Kühler 25 fördert.
Hier wird die verdichtete Luft rückgekühlt, um alsdann durch die Leitung 26 in den anfangs erwähnten Ringkanal 5 geleitet zu werden, wo sie als Zusatzluft dem übrigen Luftstrom zugeführt wird. Derjenige Teil der gesamten Arbeitsluf t, der durch die Leitung 8 vom übrigen Teil getrennt wird, um als Verbren nungsluft zu dienen, muss, weil er die An lage als Verbrennungsgas verlässt, fortwäh rend ersetzt werden. Dies geschieht in der eben dargestellten Weise mit Hilfe des Lade verdichters 22. Die Anlage lässt sich auf sehr zweck mässige Weise regeln.
Dadurch, dass man die Drehzahl des Ladeaggregates 20, 22 je nach der Leistungsabgabe der Anlage verändert, kann erreicht werden, dass das Druckniveau der ganzen übrigen Anlage ein höheres oder tieferes ist. Lässt man alsdann die Maschinen der Hauptanlage mit einer konstanten Dreh zahl laufen, und reguliert die Brennstoffzu fuhr mit Hilfe des Regulierorganes 29ader- art, dass sich unabhängig vom Druckniveau an den verschiedenen Stellen des Arbeits prozesses ungefähr die gleiche Temperatur einstellt,
so ist eine Regelung geschaffen, die einen vom Belastungszustand nahezu unab hängigen Anlagewirkungsgrad gewährleistet. Die Anpassung der Drehzahl des Aggregates 20, 22 an (den Belastungszustand kann hier bei auf verschiedenste Weise erzielt werden. Beispielsweise kann ein Bypassventil 27 vor gesehen werden, welches gestattet, Gas di rekt von der Leitung 19 in die Leitung 21 überströmen zu lassen, also unter Umgehung der Turbine 20.
Dieses Bypassventil 27 kann beispielsweise durch einen Kolben 28a be tätigt werden, der sich in einem Zylinder 28 bewegt und einerseits einem ,Öldruck, ander seits der Kraft der Feder 28b unterworfen ist. Durch Einstellen des öldruckes kann das Bypassventil 27 verstellt und damit die Dreh zahl des Aggregates 20, 22 beeinflusst wer- den.. Gleichzeitig ist der Brennstoff. entspre chend zu regeln.
Durch den F'lanseh 30 der Hauptwelle der Anlage wird der anzu treibende Leistungsverbraucher (Generator, Schiffspropeller) angetrieben.
Fig. 2 stellt einen Ausschnitt aus der Schaufelung in grösserem Massstab -dar. Mit 31 sind dabei die Leitschaufeln bezeichnet, mit 32 die Laufschaufeln. 14a bezw. 14b sind Fortsätze an den Schaufeln, die in ihrer Ge samtheit die Bandagen bilden. 33 ist der Turbinenrotor, 34 das Gehäuse. Die Banda gen überdecken einander gegenseitig und sind so ausgebildet, dass jeweils der vordere Rand einer Bandage dünner ist als der hintere Rand der vorhergehenden Bandage, den sie umschliesst.
Die Fig. 3a und 4a zeigen Schnitte durch den Luft verarbeitenden Teil der Scha.ufelung. Der Schnitt Fi--. 3a schnei det die äussern Partien dieses Teils der Schaufelung, der Schnitt Fi--. 4a die innern Partien. Fig. 3b und 4b zeigen die entspre chenden Geschwindigkeitsdreiecke.
Es be deuten hierbei: c, die absolute Au3trittsge- schwindigkeit .aus dem Leitrad, ir, die rela tive Eintrittsgeschwindigkeit ins Laufrad, w:
, die relative. Austrittgesch-,vindigkeit aus dem Laufrad und e. die absolute Austritts geschwindigkeit aus- dem Laufrad. Die 'Um fangskomponente der Geschwindiolzeit e", ist wie ersichtlich im äussern Teil der Sehaufe- lung kleiner als im innern, und zwar sind die Verhältnisse so zu wählen, dass das Pro dukt r . c", in jedem Radius denselben Wert hat. (r bezeichnet den Radius). Dementspre chend sind die Profile der Schaufeln gestal tet.
Sie müssen also in den äussern Partien andere Formen aufweisen als in den innern.
Fi--. 5a zeigt hingegen einen Schnitt durch den Gas verarbeitenden Teil der Sehau- felung. In diesem Teil sind ,die Schaufel profile überall längs der Schaufel die glei chen.
Fig. 5b zeizt wiederum die zugehörigen Geschwindio,keitsdreieelz.e. Aus dem Vergleich der Geschwindigkeitsdreiecke nach Fi-. 3b, 4b und 51) geht hervor, dass die Axialkompo- nenten der Gesehwin:
digheiten im Gas ver arbeitenden Teil kleiner sind als im Luft ver arbeitenden Teil der Sehaufelung. Dadurch wird es ermöglicht, dem Gas verarbeitenden Teil eine genügend grosse radiale Ausdeh nung zu geben, die im Interesse eines guten Wirkungsgrades anzustreben ist.
In Fig. 4a sind die Bandagen 14a und 14b ebenfalls eingezeichnet. Zudem sind dort Schweissnähte 14e. angedeutet, durch welche die einzelnen Fortsätze an den Schaufeln, welche die Bandagen bilden, miteinander vereinigt sind.
Fig. 6 zeigt eine besondere Ausbildung des -ersten Leitkranzes des Gas verarbeiten den Teils der Schaufeleng. Korrekterweise hat nämlich die Bemessung der Strömungs- querschnitte der Schaufelung so zu erfolgen, dass auf der Luftseite der Spalte 35 zwischen den einzelnen Bandagen ein etwas höherer Druck herrscht als auf der Gasseite, so dass ein Durchtritt von Gas nach dem Luftteil der Schaufeleng vermieden. wird.
Durch kleine, oft unvermeidliche Fehler in der Berechnung und Herstellung der Schaufeleng kann es aber vorkommen, dass diese Bedingung an einer ausgeführten Maschine nicht eingehal ten ist. Bildet man aber den ersten Leit- kranz des Gas verarbeitenden Teils der Scha.ufelung gemäss Fig. 6 aus, so lässt sieh dieser Leitkranz aueli in der fertigen Ma. sehine stets so einstellen. dass die genannte Bedingung erfüllt ist.
In Fig. 6 bezeichnet t"-iederum 33 den Turbinenrotor, 34 das Tur binengehäuse. 36 ist der radia,ldurchströmte erste Leitkranz des Luft verarbeitenden Teils der Schaufelunb. Das Gas hingegen tritt durch die Üffnung 37 ein, um dann durch die Leitschaufeln 38 umo-elenkt zu werden. Die Leitschaufeln 38 bestehen aus dünnem Blech und sind in der Nähe der Ein- und Austritts kante mit Ansätzen 38ca versehen.
Mit Hilfe dieser Ansätze sind die Leitschaufeln an der Eintrittseite mit einem Doppelringstücl@ 39 verbund@ii. auf der Austrittsehe mit den Ringstricken 40 und 41 (z. B. durch Ein giessen der Ansätze). Das Doppelringstück 39 besteht aus einem äussern Ring 39a, einem innern Ring<B>391)</B> und radialen Verbindungs stegen 39c. Durch Bolzen 42 ist das Doppel- 39 mit dem Ringstück 41 einstell bar verbunden.
Das Doppelringstück 39 kann durch die Bolzen 42 in axialer Richtung ge- -enüber dem Ringstück 41 verstellt werden. Dadurch werden aber sämtliche Leitschau- feln 38 entsprechend der Stellung des Stückes 39 verbogen, und zwar derart, dass zwischen den Leitschaufeln ein um so kleinerer Durch trittsquersehnitt freibleibt, je näher das Stück 39 an das Strick 41 herangebracht wird. Dies ist aus Fi--. 7 zu erkennen. Je kleiner dieser Durchtrittsquerschnitt, desto kleiner wird der Druck des.
Verbrennungs gases vor dem ersten Laufkranz und damit werden auch sämtliche Verbrennungsgas- drücke innerhalb der Sehaufelung im glei chen Sinne beeinflusst. Zur weiteren Beein flussung des Druckverlaufes kann auch der erste Leitkranz der Ladeturbine mit einer solchen einstellbaren Schaufel versehen wer <I>den.</I>
Fig. 8 zeigt noch eine besondere Ausbil dungsform eines Leitkranzes. Die Leitschau- feln 45 zur Verarbeitung des Gases bilden mit den Fortsätzen 14a jeweils ein Stück und sind durch Nietung an den für sich her gestellten Leitschaufeln 46 des Luftteils be festigt. Mit 44 ist der Schaufelfuss der Schaufel 46 bezeichnet. Durch diese spezielle Ausführung wird die Herstellung dieser Leitkränze fabrikatorisch bedeutend erleich tert.
Da nämlich die Leitschaufeln 46, wie bereits erwähnt, zweckmässig verdreht ausge führt werden, hat man ein Interesse daran, die Fortsätze 14a und de Leitschaufeln 46 unabhängig voneinander herstellen zu kön nen, da das Vorhandensein von Fortsätzen, die mit den Schaufeln 46 aus einem Stück beständen, die Herstellung dieser Schaufeln bedeutend erschweren würde. Denn es ist bei der Herstellung verdrehter Schaufeln wün schenswert, dass wenigstens ein Ende der Schaufel frei ausläuft, das heisst nicht in einen Körper, wie zum Beispiel einen Schau felfuss oder einen Fortsatz, übergeht. Diese Bedingung ist bei den Laufschaufeln von vornherein erfüllt.
Anlagen, die gemäss der in Fig. 1 darge stellten so arbeiten, dass ein grosser Teil des Arbeitsmittels einen (allerdings nicht ge schlossenen) Kreislauf unter Überdruck be schreibt, sind bekannt; bisher hat man aber vorgeschlagen, das Verbrennungsgas und die Luft in verschiedenen Turbinen expandieren zu lassen. Die vorliegende Erfindung ge stattet nun aber in diesem Fall, eine zusätz liche Turbine zur Verarbeitung des Gases zu umgehen, was eine bedeutende Vereinfachung der Anlage mit sich bringt und zudem ihren Wirkungsgrad verbessert. Gleichzeitig ergibt sich noch die Möglichkeit, die Temperaturen des Arbeitsprozesses günstiger zu legen.
Lässt man das Gas mit tieferer Temperatur in die Turbine einströmen als die Luft, so nimmt der Rotor der Turbine, welcher der höchst beanspruchte Teil ist und in erster Linie die zulässige Höchsttemperatur bestimmt, nur die Temperatur des Gases, nicht aber die jenige,der Luft an. Die Luft bildet aber den wesentlich grössern Anteil des Arbeitsmittels, so dass aus der Tatsache, dass die Luft mit einer etwas höheren Temperatur verarbeitet werden kann, als dies sonst möglich wäre, ein beträchtlicher Gewinn an Anlagewir kungsgrad folgt.
Gas turbine plant. The invention relates to a gas turbine system in which an oxygen-containing part of the working medium is used in a combustion chamber for the combustion of fuel with a pressure higher than atmospheric pressure and the resulting combustion gases are used in a heat exchanger to heat another part of the working medium will.
In particular, it is of importance for systems in which the part of the Arbeitsmit means not passed through the combustion chamber is still under excess pressure after exiting the turbine and is recooled in order to be fed back to the suction port of the turbo compressor of the system. The invention consists in the expansion of the combustion gases following the heat exchange and of the heated part of the working medium in one and the same turbine in such a way that the two parts of the working medium flow through concentric parts of the turbine blades.
In this case, the turbine blades are expediently equipped with separating attachments which, in their entirety, form a surface and separate the concentric flow paths of the two parts of the working medium. The ring-shaped surface, which is formed by the entirety of the approaches of the blades of a blade ring, is to be referred to in the following as bandage.
In order to avoid that: from the part of the turbine blade that processes combustion gas, part of this gas passes over to the remaining part of the blade, suitable proportions of the blades can be used to ensure that on the combustion gas side of the gaps between The pressure on the individual bandages is slightly lower than on the other side.
This ensures that a small part of the remaining work always flows over into the combustion gas part of the scoop, so that, conversely, a gas transfer from the combustion gas part into the remaining part is prevented.
In general, the working medium to be processed will be air, so that in the following, for the sake of simplicity, an air or The combustion gas processing part of the cluster is to be spoken of. In order to keep the gap between the individual bandages as small as possible, they are expediently arranged so that they overlap one another.
The proportioning can be made such that the front edge of the following bandage enclosing the rear edge of a bandage is thinner than the former. It is generally advantageous to let the combustion gas flow through the inner part and the air through the outer part of the blades, where it is practical if the heat exchange surfaces are dimensioned so that the combustion gas has a lower temperature than when it enters the turbine the heated air.
Furthermore, the combustion gas can be passed through the turbine in such a way that its axial velocity component is smaller than that of the air.
Furthermore, it will generally be advantageous to leave the blade profiles in the gas processing part of the blade unchanged along each blade, while in the air processing part they change along each blade (twisting of the blade) in such a way, <B> because the constancy of the product consisting of the radius and circumferential components of the flow velocity is at least approximately maintained. It also offers advantages to design the first guide ring of the gas ver processing part of a turbine or a stage group of a turbine.
da.ss a flow cross-section is adjustable. This can be achieved in such a way that the blades of this guide ring. consist of sheet metal and are attached to different parts near the entry and exit edges, which can be adjusted against each other. To improve the mechanical properties of the blades, the extensions on the blades, which in their entirety form a bandage, can be connected to one another by welding or soldering.
Fig. 1. Draws schematically an embodiment example of the subject invention. A main compressor 1 sucks in air through a suction nozzle 2 already under overpressure (z. B. 5 ATA), compresses it and pushes it through the pressure nozzle 3 in a heat exchange apparatus 4, the deer operator. Through the ring channel 5 of the main compressor. 1, additional air under pressure is fed to an intermediate stage of the compressor. The entire amount of air is preheated in the recaperator 4.
The greater part of the amount of air (approx. 3'-41) gets through the line 6 into a further heat exchanger which consists of pocket-shaped heat exchange elements 7. The remaining part of the air passes through the line, $ into the combustion chamber 9, -where fuel is supplied through the fuel nozzle 29, so that combustion and a corresponding increase in temperature take place. The combustion gas,
that arises in the combustion chamber 9 has a temperature of, for example, 1500 C and flows through the interior of the pockets 7. On the outside, these pockets are surrounded by the amount of air flowing through the line 6, namely the Air along the pockets 7 in the opposite direction, like the combustion of the gas. As a result, the combustion gas gives off a large part of its heat to the air. which then enters room 10 at a relatively high temperature.
The tem perature of the air in space 10 can be selected by suitable dimensioning of the pockets 7 so that the air in the following turbine blades can still be processed without any special cooling of the blades. The combustion gas emerging from the pockets 7 flows through the channel 11 into the room 12. The proportions are expediently chosen so that the combustion gas has a slightly lower temperature than the air in the room 10 after it leaves the pockets 7.
The air flows from space 10 through the outer part of the turbine blades 13, while the combustion gas from the space 12 reaches the inner part of the blades that are concentric to it. The two concentric parts of the SchaufeJung 13 are separated from one another by the bandages 14a on the guide rings and 14b on the running rings. The air emerging from the turbine has again been expanded to a pressure of about 5 ata, while it had a significantly higher pressure when it entered the turbine, e.g.
B. 25 ata. The pressure of the combustion gas before it enters the turbine is, as can be readily seen from the circuit, essentially the same as that of the air. The same applies to the pressure after exiting the turbine. The air emerging from the turbine blades first enters the room 15 and from here into the room <B> 16; </B> from here it flows through the recuperator 4 in the opposite direction and emits a large part of its waste heat to the compressed air and is then brought to a low temperature in the downstream cooler 17 like that.
After exiting the cooler 17, the air is sucked in again through the suction nozzle 2. The combustion gas, on the other hand, after expansion in, the blades first enter the space 18, and then after flowing through the line 19 in a turbine 20, called the charging turbine, to to be expanded to atmospheric pressure. The combustion gas leaves the system through the exhaust line 21. The charging turbine 20 drives the charging compressor 22, which sucks in air through the line 23 from the outer atmosphere, compresses it and conveys it through a line 24 into a cooler 25.
Here, the compressed air is recooled in order to then be passed through the line 26 into the initially mentioned annular channel 5, where it is fed as additional air to the remaining air flow. That part of the total working air that is separated from the rest of the air by line 8 in order to serve as combustion air must be continuously replaced because it leaves the plant as combustion gas. This is done in the manner just shown with the aid of the loading compressor 22. The system can be regulated in a very useful manner.
By changing the speed of the charging unit 20, 22 depending on the power output of the system, it can be achieved that the pressure level of the entire rest of the system is higher or lower. If the machines in the main system are then allowed to run at a constant speed and the fuel supply is regulated with the help of the regulating element, the temperature is approximately the same regardless of the pressure level at the various points in the work process,
This creates a control system that guarantees a system efficiency that is almost independent of the load condition. The adaptation of the speed of the unit 20, 22 to (the load condition can be achieved here in the most varied of ways. For example, a bypass valve 27 can be provided which allows gas to flow directly from the line 19 into the line 21, that is bypassing the turbine 20.
This bypass valve 27 can for example be actuated by a piston 28a, which moves in a cylinder 28 and on the one hand an oil pressure, on the other hand is subjected to the force of the spring 28b. By adjusting the oil pressure, the bypass valve 27 can be adjusted and thus the speed of the unit 20, 22 can be influenced. The fuel is at the same time. to be regulated accordingly.
The power consumer to be driven (generator, ship propeller) is driven by the fan 30 of the main shaft of the system.
Fig. 2 shows a section of the blades on a larger scale -dar. The guide vanes are denoted by 31 and the rotor blades by 32. 14a and 14b are extensions on the blades, which together form the bandages. 33 is the turbine rotor, 34 the housing. The bandages overlap one another and are designed in such a way that the front edge of a bandage is thinner than the rear edge of the previous bandage which it encloses.
FIGS. 3a and 4a show sections through the air processing part of the casing. The cut Fi-. 3a cuts the outer parts of this part of the blade, the section Fi-. 4a the inner parts. Fig. 3b and 4b show the corre sponding speed triangles.
The following mean: c, the absolute exit velocity from the diffuser, ir, the relative entry velocity into the impeller, w:
, the relative. Exit speed, velocity from the impeller and e. the absolute exit speed from the impeller. As can be seen, the "circumferential component of the velocity time e" is smaller in the outer part of the visual cluster than in the interior, and the ratios are to be chosen so that the product r. C "has the same value in every radius. (r denotes the radius). The profiles of the blades are designed accordingly.
So they must have different shapes in the outer parts than in the inner ones.
Fi-. 5a, however, shows a section through the gas-processing part of the piling. In this part, the blade profiles are the same everywhere along the blade.
Fig. 5b again shows the associated speed, keitsdreieelz.e. From the comparison of the speed triangles according to Fi-. 3b, 4b and 51) it can be seen that the axial components of the Gesehwin:
digits in the gas processing part are smaller than in the air processing part of the Sehaufelung. This makes it possible to give the gas processing part a sufficiently large radial expansion, which is to be aimed for in the interests of good efficiency.
In Fig. 4a, the bandages 14a and 14b are also shown. There are also weld seams 14e there. indicated by which the individual extensions on the blades, which form the bandages, are united with one another.
Fig. 6 shows a special embodiment of the first guide ring of the gas process the part of the blade narrow. Correctly, the flow cross-sections of the blades must be dimensioned in such a way that a slightly higher pressure prevails on the air side of the gap 35 between the individual bandages than on the gas side, so that a passage of gas to the air part of the blades is avoided. becomes.
Due to small, often unavoidable errors in the calculation and manufacture of the blades, however, it can happen that this condition is not met on a running machine. If, however, the first guide ring of the gas-processing part of the shell is formed according to FIG. 6, then this guide ring can also be seen in the finished dimensions. Always set it like this. that the mentioned condition is met.
In Fig. 6, t ″ - around 33 denotes the turbine rotor, 34 the turbine housing. 36 is the radial oil flow through the first guide ring of the air processing part of the blade. The gas, on the other hand, enters through opening 37 and then through guide blades 38 The guide vanes 38 consist of thin sheet metal and are provided with lugs 38ca in the vicinity of the inlet and outlet edges.
With the help of these approaches, the guide vanes are connected on the inlet side with a Doppelringstücl @ 39 @ ii. on the exit window with the ring cords 40 and 41 (e.g. by pouring the approaches). The double ring piece 39 consists of an outer ring 39a, an inner ring <B> 391) </B> and radial connecting webs 39c. The double 39 is connected to the ring piece 41 by bolts 42 adjustable.
The double ring piece 39 can be adjusted by the bolts 42 in the axial direction opposite the ring piece 41. As a result, however, all of the guide vanes 38 are bent in accordance with the position of the piece 39, namely in such a way that the closer the piece 39 is brought to the cord 41, the smaller the passage cross section remains between the guide vanes. This is from Fi-. 7 to recognize. The smaller this passage cross-section, the lower the pressure of the.
Combustion gases upstream of the first running ring and thus also all combustion gas pressures within the cluster are influenced in the same way. In order to further influence the pressure profile, the first guide ring of the loading turbine can also be provided with such an adjustable blade. </I>
Fig. 8 shows a special form of training of a guide ring. The guide vanes 45 for processing the gas each form one piece with the extensions 14a and are fastened by riveting to the guide vanes 46 of the air section be provided for themselves. The blade root of the blade 46 is denoted by 44. This special design makes the manufacture of these guide rings significantly easier in terms of manufacturing.
Since the guide vanes 46, as already mentioned, are expediently rotated out leads, there is an interest in being able to produce the extensions 14a and de guide vanes 46 independently of one another, since the presence of extensions that form one piece with the vanes 46 that would make the manufacture of these blades much more difficult. Because it is desirable in the production of twisted blades that at least one end of the blade runs out freely, that is, does not merge into a body, such as a blade base or an extension. This condition is met from the outset with the rotor blades.
Systems that work according to the Darge shown in FIG. 1 so that a large part of the working fluid writes a (although not closed) circuit under overpressure be are known; So far, however, it has been proposed to expand the combustion gas and the air in different turbines. The present invention ge equips in this case, however, to bypass an additional Liche turbine for processing the gas, which brings a significant simplification of the system with it and also improves its efficiency. At the same time there is also the possibility of setting the temperatures of the work process more favorably.
If the gas is allowed to flow into the turbine at a lower temperature than the air, the turbine rotor, which is the most stressed part and primarily determines the maximum permissible temperature, only takes the temperature of the gas, but not that of the air at. However, the air forms the much larger part of the working medium, so that the fact that the air can be processed at a slightly higher temperature than would otherwise be possible results in a considerable gain in plant efficiency.