CH314753A - Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

      Gasturbinenanlage            Gegenstand    der vorliegenden Erfindung  ist eine     Gasturbinenanlage    mit     Luftumfüh-          rung.    Eine solche     Gasturbinenanlage    besitzt  eine     Kompressoreinriehtung    mit einem     Nie-          derclrucklzompressor    und einem     Hoehkom-          pressor,    eine an den     Auslass    des     Hochdruck-          kompressors    angeschlossene     Verbrennungsein-          riehtung,

      eine dem Antrieb der     Kom.pressor-          einrichtung    dienende Turbine, welche zwecks  Aufnahme der Verbrennungsprodukte an     die          Verbrennungseinriehttmg    angeschlossen     ist.,     eine an die Turbine angeschlossene Abgas  leitung zur Ableitung der Turbinenabgase,  und eine     Luftumführungsleitung    zur. Auf  nahme eines Teils der vom     Niederdruckkom-          pressor    geförderten Druckluft     und        zier    Wei  terleitung dieser Luft in die Atmosphäre, ent  weder über die Abgasleitung oder direkt. über  eine Schubdüse.  



  Es hat sich gezeigt, dass, wenn beim Be  trieb einer     Gasturbinenanlage    mit     Luftum-          führung    in der     Luftumführungsleitimg    ein  rascher Druckabfall     auftritt,    wie     zum    Bei  spiel     zufolge        eines    Bruches der Leitung,  die Anlage durch Überhitzung     beschädigt.     werden kann, da.

   die     Brennstoffsteuervorrich-          tung    zu langsam reagiert, um die Brennstoff  zufuhr zur Verbrennungseinrichtung so her  abzusetzen, dass der plötzliche Abfall des       1lassendurehflusses    durch die     Verbrennungs-          einrichtung    kompensiert wird.  



  Die Erfindung     bezweckt    die Schaffung    einer     Gasturbinenanlage    der genannten Art,  bei welcher der genannte Nachteil vermieden  werden     kann.     



  Gemäss der vorliegenden Erfindung be  sitzt die     Gast-urbinena.nlage    mit     Luftumfüh-          r        ung    eine     Dr        uekansprechvorri.chtung,    welche  auf rasche Änderungen des Druckes in der       Luftumführun.gsleitung    anspricht, um die  Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinrich  tung herabzusetzen, wenn der     Druckabfall     pro Zeiteinheit in der     Umführungsleitung     einen bestimmten Wert erreicht..  



  Die Anordnung kann so sein, dass die       Druckansprechvorriehtung    ein Abstellen der  Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinrich  tung bewirkt, wenn der Druckabfall pro Zeit  einheit     den.    vorbestimmten     Wert    erreicht.  



  In der     beiliegenden        Zeichnung    sind     zwei          Ausführungsbeispiele    der erfindungsgemässen       Gasturbinenanlage    dargestellt; es zeigt:       Fig.    1 eine Ansicht des ersten Beispiels  und       Fig.    2 eine     Ansieht    eines Teils des     zweiten     Beispiels.  



       Fig.    1     zeigt        schematisch    eine Gasturbinen.       anlage    mit     Luftumführung.    Die Anlage be  sitzt einen     Lufteinlass    10, der zu einem     Nie-          derdruckkompressor    11     führt;    der     Ausla.ssteil     des     Niederdruckkompressors    ist mit 12 be  zeichnet.  



  An den     Auslassteil    12     ist    ein     Hoehdrtick-          kompressor    13 angeschlossen, dem ein Teil der      vom     Niederdruckkompressor    geförderten Luft  zugeführt wird. Der     Auslassteil    14 des Hoch  druckkompressors 13 ist an eine Verbren  nungseinrichtung 15 angeschlossen. In diese       Verbrennungseinrichtung    15 wird beim Be  trieb der Anlage mittels Düsen 16, welche mit  einer V     erteilleitung    17 in Verbindung stehen,  Brennstoff eingeführt.  



  Die     Verbrennungsprodidhte    aus der     Ver-          brennungseinriehtung    15 gelangen in eine  Turbine 18, welche im vorliegenden Fall eine       Mehrstufenturbine    ist. Die Turbinenabgase  gelangen aus der Turbine 18 in eine     Abgas-          einrichtiulg    19, an welche ein Strahlrohr 20       angesehlossen    ist, durch welches die Abgase  einer     Schubdüse        20a    zugeführt werden. Die  Turbine 18 besitzt     zwei    voneinander unabhän  gig tragbare Rotoren 18a und 18b.

   Der Hoch  druckrotor     18a    treibt mittels einer Welle 21  den     Hochdriiekkompressor    13. Der     Nieder-          di2lekrotor    18b treibt durch eine Welle 22  den     N.iederdruekkompressor.     



  An den     Auslassteil    12 des     Niederdruck-          kompressors    11 ist ferner eine     Luftumfüh-          rungsleitung    23 angeschlossen. Die     Umfüh-          rungsleitung    23 besitzt ringförmigen Quer  schnitt und erstreckt sich rund am Umfang  der Anlage     und@koa.xial    zur     Maschinenaxe    von  dem     Auslassteil    12 über die Turbine 18 hin  aus. Die     Umführungsleiturig    23 mündet über  eine     Hilfsschubdüse        23a    in die Atmosphäre.

    Sie könnte auch in das Strahlrohr 20 mün  den, so dass die durch die     Umführungsleitung     dem Strahlrohr 20 zugeführte Luft. sich mit  den Abgasen im Strahlrohr mischt. Wie er  sichtlich, steht in beiden Fällen     die        Luft,um-          führungsleitung    23 über eine Schubdüse mit  der Atmosphäre in Verbindung, welche eine  Verengung des     Leitungsauslasses    darstellt;  der Druck in der     Umführungsleitung    ist des  halb höher als der Atmosphärendruck.  



  Die     Brennstoffzufnhreinrichtung    der ge  zeichneten Anlage ist nur     schematisch    darge  stellt und kann von irgendeiner zweckmässi  gen Bauart sein. Sie besitzt im vorliegenden  Fall einen     Brennstofftank    24, eine     Brenn-          stofförderleitung    28 mit einem Niederdruek-         Abstellhahn    25, eine     Brennstoffpumpe    26  und ein Drosselventil 27.

   Der Öffnungsquer  schnitt des     Drosselventils        und    der     Förder-          druck    der Pumpe 26 sind von Hand     oder     automatisch so steuerbar, dass durch die Lei  tung 28 zur     Verteilleitinmg    17 und somit zu  den Düsen 16 der     gewünschte        Brennstoff-          strom    aufrechterhalten wird.  



  Es versteht sich, dass die Anlage in ihren  Einzelheiten     auch    anders als beschrieben aus  gebildet sein kann.  



  Beim Betrieb von     Gasturbinenanlagen    mit       Luftumführung    kann die     Brennstoffzufuhr     zur     Verbrennungseinriehtung    15 das erfor  derliche Mass überschreiten, wenn der Druck  in der     Luftumführungsleitun.g    23 so rasch  sinkt,     da.ss    die     Brennstoffsteuervorrichtung     nicht, rasch genug darauf anspricht, um die  Brennstoffzufuhr entsprechend herabzuset  zen. Dieser Nachteil kann durch die im fol  genden beschriebenen Mittel vermieden wer  den.  



  Bei der in     Fig.    1 gezeigten Anlage ist eine       Druckanspreehvorriehtung    vorgesehen, welche  einen Zylinder 31 und einen in ihr verschieb  baren Kolben 30 besitzt; letzterer ist durch  eine Feder 32 belastet, welche in einem     Zy-          linderraum    33 auf der einen Kolbenseite an  geordnet ist. Ein     Durchlass    34 in der     _VVand     des Zylinders 31 verbindet den Zylinderraum  33 mit einem Zylinderraum 35 auf der andern  Seite des Kolbens 35. Im     Durchlass    34 ist eine       verengte    Öffnung 36 vorgesehen. Der die       Feder    32 enthaltende Zylinderraum 33 ist.

    durch eine Verbindungsleitung 37 mit der       Umführungsleitung    23 der Anlage verbun  den. Eine Stange 38, welche am Kolben 30  befestigt ist, ragt von der einen Stirnseite  des Kolbens 30, im vorliegenden Fall von der  dem Zylinderraum 33 zugekehrten     Stirnseite,          weg-    und ist direkt mit einem Betätigungsarm  39     eines        Brennstoff-Abstellhahnes    40 verbun  den. Die Stange 38 könnte auch durch einen       Hebelmechanismus    oder durch einen elektri  schen, ein Relais steuernden Schalter oder  durch irgendein anderes geeignetes     Mittel    mit  dem Betätigungsarm 39 verbunden sein.

   Der       Abstellhahn    40 ist in der Förderleitung 28      der     Brennstoffzufuhreinrichtung    der Gastur  binenanlage     angeordnet.     



  Die     wirksamen    Stirnflächen des Kolbens  30, die     wirksame        Querschnittsfläche    der ver  engten Öffnung 36     und,die    Stärke der Feder  32 sind so gewählt, dass,     wenn    während des  Betriebes der     Anlage    der Druck in der     Um-          f'ührungsleitung    23, z. B. zufolge eines Lei  tungsbruches, rasch sinkt, auch .der Druck im  Zylinderraum 33 gegenüber dem Druck im  Zylinderraum 35 fällt. Dadurch wird der  Kolben 30 entgegen der Wirkung der Feder  32 im Sinne eines Schliessens des     Abstell-          hahnes    40 verschoben.

   Auf diese Weise kön  nen Schäden an der Verbrennungseinrichtung  und der Turbine der Anlage,     welche        als    Folge  einer     Überhitzung    auftreten können, da die  Steuerorgane der     Brennstoffzufuhreinrich-          tung    nicht rasch genug reagieren, vermieden       werden.     



  Die vorangehend beschriebene     Sicherungs-          vorriehtung    ist besonders für jenen Fall ge  eignet, in welchem die Anlage bei annähernd  konstantem Atmosphärendruck arbeitet.  



  Bei einer Variante der beschriebenen Aus  bildung ist die Feder 32 weggelassen und die  Verbindungsleitung 37 führt nicht zum Zy  linderraum 33, welchem die kleinere Kolben  seite zugekehrt ist, sondern     zum    Zylinder  raum 35, welchem die     gmössere        Stirnseite    des  Kolbens 30 zugekehrt ist. Der Kolben bleibt  somit normalerweise am in der Zeichnung  rechts liegenden     Zylinderende.    Wenn aber  der Druck in der     Umführungsleitung    23 rasch  sinkt, bewegt sich der Kolben 30 gegen das  linke Zylinderende hin.

   Der Kolben 30 betä  tigt dann den     Abstellhahn    40 derart, dass,       wenn    der Kolben sich am rechten Zylinder  ende befindet., der Hahn offen ist, und wenn  sich der Kolben 30 am linken Zylinderende  befindet, dieser Hahn geschlossen ist.  



  Bei     Gasturbinenanlagen    mit     Luftumfüh-          run.g,    die als Flugzeugtriebwerke gebaut sind,  ist es     zweckmässig,    die genannte Sicherheits  vorrichtung höhenempfindlich zu machen. Zu  diesem Zweck kann die verengte Öffnung 36  in dem die beiden Zylinderräume verbinden,    den     Durchlass    eine Öffnung mit veränder  licher     Querdchnittsfläche    sein. Dabei ist die  Anordnung     derart,    dass die     Qttersehnittsflä-          che    dieser Öffnung mit zunehmender Höhe,  das heisst mit abnehmendem Atmosphären  druck, abnimmt.  



  Eine Ausführungsform der letztgenannten  Art ist in     Fig.    2 der Zeichnung dargestellt.  Der verengten Öffnung 36 ist eine Ventil  nadel 41 zugeordnet,, mittels welcher der Öff  nungsquerschnitt verändert werden kann. Die  Ventilnadel 41 steht unter der Wirkung     einer     Vakuumdose 42, welche     in    einer Kammer 43  angeordnet ist. Die Kammer 32 steht durch  eine Leitung 45 mit dem     Einla.ss    10 der Gas  turbinenanlage in Verbindung, wobei der  Druck sich mit dem Atmosphärendruck än  dert.

   Bei abnehmendem     Atmosphärendruck     dehnt sich die Dose 42     aus,    so     da.ss    die Ventil  nadel 41 im     Sirene    einer Verkleinerung der       Querschnittsfläche    der Öffnung 36 bewegt  wird und umgekehrt. Eine Feder 44 drückt  die Ventilnadel gegen die Dose 41.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Gasturbinenanlage mit Luftumführung, die eine Kompressoreinrichtung besitzt mit einem Niederdruckkompressor und einem Hochdruckkompressor, eine an den Auslass des Hochdruckkompressors angeschlossene Verbrennungseinrichtung, eine.

   dem Antrieb der Kompressoreinrichtung dienende Turbine, welche zwecks Aufnahme der Verbrennungs produkte an die Verbrennungseinrichtung an geschlossen ist, eine an die Turbine ange schlossene Abgasleitung zur Ableitung .der Turbinengase, und eine Luftumführungslei- tung zur Aufnahme eines Teils der vom Nie^ derdruckkompressor geförderten Druckluft und zur Weiterleitung dieser Luft in die Atmosphäre, gekennzeichnet durch eine Druckansprechvorrichtung,

   welche auf rasche Änderungen des Druckes in der Luftumfüh- rungsleitumg anspricht, um die Brennstoffn- fuhr zur Verbrennungseinrichtung herabzu setzen, wenn der Druckabfall pro Zeiteinheit in der Umführungsleitung einen bestimmten Wert erreicht:.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Gasturbinenanlage na-eh Patentansprueh, dadurch gekennz.eiehnet, dass die Druckan- spreehvori-ichtung derart ausgebildet ist, dass sie beim Erreichen des vorbestimmten Wertes des Druckabfalles pro Zeiteinheit die Brenn stoffzufuhr zur Verbrennungseinrichtung ab stellt.

   '2'. Gasturbinenanlage nach Patentanspi-Lich, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Druekan- spreelivorriehtung eine Kammer aufweist., welche durch ein in der Kammer verschieb bares Element.

   in zwei Druckräume unterteilt ist, einen die beiden Druckräume miteinander verbindenden Durchla.ss mit einer Verengung, eine Verbindungsleitung, welche den einen der beiden Druckräume mit der Umführungs- leitung verbindet, so dass der Druck im ge nannten Druckraum mit dem Druck in der Umführungsleitung fällt, und eine Feder, welche das verschiebbare Element im Sinne einer Bewegung gegen den andern der beiden Druckräume hin belastet.

   3. Casturbinenanla.ge nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verschieb- bare Element ein in einem Zylinder angeord neter Kalben ist, dessen Stirnseiten v ersehie- den grosse Fläehen aufweisen, und dass die Feder den Kolben im Sinne einer Versehie- bung gegen jenen Zylinderraum hin belastet, dein die grössere Kolbenfläche zugekehrt ist.

   4. Gasturbinenanlage nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da.ss die Quer- sehnittsfläche der verengten Öffnung ini Durehlass zwiselien den beiden Druekräunieti in Abhängigkeit vom AtmosphärendiRZCk der Umgebung so einstellbar ist, dass diese Quer- sehnittsiläche bei abnehmendem Atmosphä rendruck kleiner wird.

   ö. Gasturbinenanlage nach Unteranspiiich 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verände rung der Quersehnittsfläelhe der verengten Öffnung eine Ventilnadel vorgesehen ist, und dass Mittel vorgesehen sind, um die Nadel der art zu betätigen, dass die Querschnittsflä.che der verengten Öffnung mit zunehmendem Atmosphärendi-tiek zunimmt und mit abneh- inendem Atmosphärendruck abnimmt.