DE1009436B - Kuehl- und Enteisungseinrichtung fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

• Kühl- und Enteisungseinrichtung für Gasturbinen Es ist bekannt, daß sowohl der thermische Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage als auch die Leistung, die man bei bestimmten Abmessungen erreichen kann, um so höher -sind, je höher die Gastemperatur beim Eintritt in die Turbine: ist. Diese Gastemperatur ist jedoch durch die Wärmefestigkeit der zur Verfügung stehenden Werkstoffe begrenzt. Man hat infolgedessen schon vorgeschlagen, die: Temperatur der gasbestrichenen Teile der Turbine durch entsprechende Belüftung herabzusetzen.
• Andererseits können durch Vereisung des Eintrittsleitapparates von Gasturbinenanlagen erhebliche Störungen des Betriebes auftreten. Um eine solche Vereisung zu verhindern, wurde bereits vorgeschlagen, die Leit- bzw. Laufschaufeln der Ver-(Lichter elektrisch zu beheizen. Eine solche Beheizung hat jedoch den Nachteil eines zusätzlichen Aufwandes an elektrischen Einrichtungen sowie eines zusätzlichen Energieaufwandes. Auch ist sie nicht genügend verläßlich. Auch ist es bereits bekannt, den Eintrittsleitapparat mittels erwärmter, vom Verdichter herrührender Kühlluft zu beheizen. Hierbei wird die zur Enteisung dienende Luft von einer hinter dem Kompressor entnommenen Luft über einen Wärmeaustauscher erwärmt. Es ist infolgedessen e:iii erhöhter Kompressoraufwand erforderlich.
• Einen zusätzlichen Energieaufwand ergibt auch eine andere bekannte. Enteisungseinrichtun g, bei der durch Druckluftströme gesondert der Eintrittsleitapparat erwärmt wird und die Turbinenschaufeln gekühlt werden. Bei dein Vorschlag, die Abgase unmittelbar zur Beheizung zu verwenden und sie der eintretenden Luft beizumischen, ergibt sich ferner der Nachteil, da,ß sauerstoffverarmte Luft in die Turbine geleitet wird.
• Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Nachteile und Schwierigkeiten und besteht im wesentlichen darin, daß zur Beheizung des Eintrittsleitapparates des Verdichters Kühlluft verwendet wird, welche zur Kühlung der zu kühlenden Teile der Turbine, insbesondere der Leit- und Laufschaufeln derselben, durch diese hindurchgeleitet und dadurch aufgeheizt worden ist.
• Ein zusätzlicher Energieaufwand für die Beheizung des Eintrittsleitapparates wird dadurch praktisch vermieden.
• Zweckmäßigerweise sieht die Erfindung eine Umschaltvorrichtung vor, welche es erlaubt, die Kühlluft entweder durch die hohlen Leitschaufeln des Eintrittsleitapparates in an sich bekannter Weise hindurchzuleiten oder unter Umgehung des Eintrittsleita.pparates unmittelbar dem Luft- oder Gasstrom der Turbine, vorzugsweise zwischen Hauptluftverdichter und Turbine, zuzuführen. Vorzugsweise ist ferner in die Kühlluftleitung des Hauptverdichters ein zusätzlicher Verdichter eingeschaltet, wobei vorteilhaft vor und hinter dem Zusatzverdichter ein Luftkühler sowie gegebenenfalls ein Filter oder A1)scheider für Verunreinigungen angeordnet ist.
• Die Kühlung der Läufer bzw. Laufschaufeln einerseits und der festen Turbinenteile bzw. der Leitschaufeln andererseits kann wahlweise in Reihenschaltung oder auch in Parallelschaltung erfolgen, wobei die letztere Möglichkeit im allgemeinen die stärkere Kühlwirkung ergibt.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
• Die Arbeitsmaschine 10, z. B. die Antriebsmaschine eines Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuges, wird über ein Getriebe 1i von. einer Welle 12 ange.-trieben, auf welcher der Läufer 13 eines Hauptluftverdichters 14 und der Läufer 15 einer Gasturbine 16 angeordnet sind.
• Die Verbrennungsluft tritt über den Einlaßst.utzen 17 am Eintrittsapparat 18 in den Ha.uptluftverdichter 14 ein und wird nach Verdichtung durch diesen in an sich bekannter Weise über einen Wärmetauscher 19 der in der Leitung 20 befindlichen Brennkammer 21 zugeleitet, in welche der Brennstoff durch eine Leitung 22 eingespritzt wird. Die der Gasturbine 16 zugeleiteten Brenngase entspannen sich beim Durchtritt durch die Turbine und werden über die Leitung 23 und den Wärmetauscher 19 bei 24 nach außen oder gegebenenfalls zur weiteren Verwertung abgeführt.
• Ein Teil der im Hauptluftverdichter 14 verdichteten Luft wird durch eine Zweigleitung 25 einem kleinen Zusatzverdichter, zweckmäßig einem Kreiselve:rdicbter 26; zugeleitet, welcher von der Turbinenwelle 12 durch einen Hilfsantrieb 27 in geeigneter Weise, z. B. über Kegelräder, angetrieben wird. Dem Hilfsverdichter 26 ist zweckmäßig ein Vorkühler 28 vorgeschaltet, so daß die Kühlluft mit möglichst niedriger Temperatur in den Hilfsverdichter 26 eintritt.
• Die verdichtete Luft wird den zu kühlendenTeilen der Turbine durch eine Leitung 29 zugeführt, in welcher sich zweckmäßig ein Staubabscheider 30 befindet und welche sich z. B. in die Zweigleitungen 31 und 32 verzweigt. Die Leitung 31 führt zu den feststehenden Teilen der Gasturbine, wobei die Kühlluft abwechselnd durch die Ringräume 33 eines durch Zwischenwandungen entsprechend unterteilten Kühlmantels und durch die radialen, U-förmig geführten Kanäle 34 im Innern der Leitschaufeln der Turbine geleitet wird. Die aus dem letzten Kühlmantelraum 33 austretende erhitzte Kühlluft gelangt in eine Leitung 35, aus der sie über ein Umschaltventil 36 und eine Leitung 37 in die Hauptluft- bzw. Gasleitung 20 vor dem Eintritt deT Luft bzw. des Gases in die Turbine 16 austreten kann.
• Die Leitung 32 führt über ein Absperrventil 38 in eine Leitung 39, welche einerseits zum Umschaltventil 36 und andererseits in eine Längsbohrung 40 in der Turbinenwelle führt. Aus der Leitung 40 gelangt die Kühlluft über radiale Kanäle in die U-förmig gebogenen Kanäle 41 im Innern der ersten Laufschaufel und hierauf über .eine weitere Längsbohrung 42 in die Kühlkanäle 43 der zweiten Laufschaufel, nach deren Durchströmen die Kühlluft über eine die Welle 12 und den Verdichterläufer 13 durchsetzende Längsbohrung 44 nach außen in eine äußere Leitung 45 abgeführt wird. Die Leitung 45 führt in einen Ringraum 46, aus welchem sie über die Kanäle 47 im Innern der Leitschaufeln des Eintrittsleitapparates 18 in den weiteren Ringraum 48 übertritt und von dort über eine Leitung 49 der Hauptluft- bzw. Gasleitung 20 zugeleitet wird. Gegebenenfalls kann an der Stelle 50 ein Umschalt- oder Kurzschlußventil vorgesehen sein, welches es gestattet, die Kühlluft unmittelbar aus der Leitung 45 unter Umgehung des Eintrittsleitapparates in die Leitung 49 überzuleiten.
• Die Wirkungsweise, der beschriebenen Kühleinrichtung ist folgende: In der gezeichneten Lage unterbricht das Ab@sperrventi138 die Verbindung zwischen den Leitungen 32 und 39, während das Umschaltventil 36 die Leitung 35 mit der Leitung 39 verbindet. Die vom Zusatzverdichter 26 verdichtete Kühlluft wird demgemäß über die Leitung 31 den feststehenden Teilen der Turbine mit den Leitschaufeln und den Kühlkanälen 33, 34 zugeleitet. Nachdem die Kühlluft die Leitschaufeln durchströmt hat, gelangt sie über die Leitungen 35, 39 und 40 in die Kühlkanäle 41 bzw. 43 im Innern der Laufschaufeln und wird hierauf in erhitzten Zustande über 44, 45 entweder direkt über 50, 49 oder aber über den Eintrittsleitapparat 18 dem Hauptluft- oder Gasstrom zugeführt. Der Anschluß des Eintrittsleitapparates 18 an das Leitungssystem der Kühlluft hat hierbei vor allein den Zweck, ein Vereisen an einen Eintritt des Hauptluftverdichters zu verhindern. Durch Umschalten der Ventile 38 und 36, deren Umschaltung durch ein gemeinsames Betätigungsgestänge erfolgen kann und welche gegebenenfalls auch zu einer Baueinheit vereinigt sein können, können einerseits die Leitungen 32 und 39 und andererseits die Leitungen 35 und 37 je miteinander verbunden werden, wobei gleichzeitig die Leitung 39 von der Leitung 35 abgesperrt wird. In diesem Falle entstehen zwei Parallelströme der Kühlluft, welche sich in der Leitung 29 verzweigen, indem der eine über 31 abzweigende Kühlluftstrom über die feststehenden Teile der Turbine und der über 32 abzweigende Kühlluftstrom über die umlaufenden inneren Teile der Turbine geleitet werden.
• Gegebenenfalls. können zwischen den zu kühlenden Teilen der Turbine ein 'oder mehrere Zwischenkühler für die Kühlluft vorgesehen sein.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasturbine mit Hauptluftverdichter, dessen Eintrittsleitapparat insbesondere zur Verhinderung einer Vereisung mittels erwärmter, vom Verdichter herrührender Kühlluft beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung des Eintrittsleitapparates des Verdichters Kühlluft verwendet wird, welche zur Kühlung der zu kühlenden Teile der Turbine, insbesondere der Leit- und Laufschaufeln derselben, durch diese hindurchgeleitet und dadurch aufgeheizt worden ist.
2. 2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluft durch die hohlen Leitschaufeln des Eintrittsleitapparates in geschlossenem Strom in an sich bekannter Weise hindurchgeleitet oder - nach Betätigung einer Umschaltvorrichtung - unter Umgehung des Eintrittsleitapparates unmittelbar dem Luft- oder Gasstrom der Turbine, vorzugsweise zwischen Hauptluftverdichter und Turbine, zugeführt wird.
3. 3. Gasturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kühlluftleitung des Hauptluftverdichters ein Zusatzverdichter eingeschaltet ist, wobei vorzugsweise in der Kühlluftleitung vor oder hinter dem Zusatzverdichter ein Luftkühler sowie gegebenenfalls ein Filter oder Abscheider für Verunreinigungen angeordnet ist.
4. 4. Gasturbine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen zu kühlenden Teile der Turbine, insbesondere die Laufschaufeln und die Leitschaufeln, wahlweise hintereinander oder parallel von Kühlluft durchströmt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 860 877, 843 588, 665 762, 566 638, 522 992, 491738, 383 506; deutsche Patentanmeldung I2680Ia/46g; schweizerische Patentschrift Nr. 272 066; britische Patentschrift Nr.681 186; USA.-Patentschriften Nr. 2 618 120, 2 536 062.