DE102004031783B4 - Gas turbine for aircraft engine has fuel supply system which exhibits wave-channel in which turbine shaft is swivel mounted and part of fuel supply takes place through shaft alley, which exhibits fuel outlets at its outer circumference - Google Patents

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Abstract

The gas turbine (1) has a compressor (2) with a compressor wheel (3) and a turbine (4) with a turbine shaft (6). The combustion chamber (7) partly surrounds the turbine shaft. The turbine has a fuel supply system (8) which exhibits a shaft alley (9) in which the turbine shaft is swivel mounted. The fuel supply takes place partly through the shaft alley, which has fuel outlets (10) at its outer circumference.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einem Verdichter, der ein Verdichterrad aufweist, mit einer Turbine, die ein Turbinenrad aufweist, mit einer Turbinenwelle, die das Verdichterrad mit dem Turbinenrad drehfest verbindet, mit einer Brennkammer, die die Turbinenwelle zumindest teilweise axial umgibt, und mit einem Brennstoffversorgungssystem, bei dem die Turbinenwelle Kraftstoff in die Brennkammer fördert.The The invention relates to a gas turbine with a compressor, a Compressor having a turbine having a turbine wheel, with a turbine shaft connecting the compressor wheel with the turbine wheel rotatably connects, with a combustion chamber, the turbine shaft at least partially axially surrounds, and with a fuel supply system, at the turbine shaft promotes fuel into the combustion chamber.

Eine derartige Gasturbine ist aus dem Fachbuch Kamps, Thomas: Modell Strahltriebwerke, 5. Auflage, Verlag für Technik und Handwerk, Baden-Baden 2001, Seiten 21, 22 bekannt. Dort ist unter der Überschrift Drohnenantriebe und APUs das Einmaltriebwerk Williams WR 2 von der Williams Research Corp., Walled Lake, USA beschrieben, das in der Aufklärungsdrohne Canadair CI 89 verwendet wurde. Die Einspritzung des Kraftstoffes in die Brennkammer erfolgt dort durch feine Öffnungen in der rotierenden Triebwerkswelle, die wie eine Kreiselpumpe wirken soll. Bei dem beschriebenen Triebwerk handelt es sich jedoch um ein typisches Einmaltriebwerk, das nicht nur Daueranwendungen geeignet ist. Darüber hinaus ist nicht erläutert, wie im Detail die erforderlichen hohen Förderleistungen des Kraftstoffes und die Aufbereitung des Kraftstoffes zum Brennstoff durch Vergasung realisiert werden sollen.A Such gas turbine is from the textbook Kamps, Thomas: Model Jet engines, 5th edition, publishing house for technology and handicraft, Baden-Baden 2001, pages 21, 22 known. There is drone drives under the heading and APUs the Williams WR single-use Williams WR 2 engine Corp., Walled Lake, USA, described in the reconnaissance drone Canadair CI 89 was used. The injection of the fuel into the combustion chamber takes place there through fine openings in the rotating Engine shaft, which should act like a centrifugal pump. In which described engine, however, is a typical One-time engine, which is not only suitable for long-term applications. Furthermore is not explained as in detail the required high flow rates of the fuel and the processing of the fuel to the fuel by gasification to be realized.

Die Erfindung löst die Aufgabe, ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik die Verbrennung des Kraftstoffes in der Gasturbine zu verbessern, damit den Wirkungsgrad der Gasturbine zu erhöhen und die Gestehungs- und Betriebskosten der Gasturbine insgesamt zu verringern.The Invention solves the task, starting from the described prior art the Combustion of the fuel in the gas turbine to improve to increase the efficiency of the gas turbine and the production and To reduce total operating costs of the gas turbine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer derartigen Gasturbine das Brennstoffversorgungssystem einen Wellentunnel aufweist, in dem die Turbinenwelle drehbar gelagert ist, dass die Kraftstoffzufuhr zumindest teilweise durch den Wellentunnel erfolgt, dass in dem Wellentunnel eine Vergasung des Kraftstoffes zum Brennstoff durch einen Vorverdampfer erfolgt und dass der Wellentunnel an seinem Außenumfang Brennstoffaustrittsöffnungen aufweist.These Task is inventively characterized solved, that in such a gas turbine, the fuel supply system having a shaft tunnel in which the turbine shaft is rotatably mounted is that the fuel supply at least partially through the shaft tunnel takes place that in the shaft tunnel, a gasification of the fuel to the fuel through a pre-evaporator takes place and that the shaft tunnel on its outer circumference Fuel outlet openings having.

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Wellentunnel kann im Zusammenwirken mit der Turbinenwelle ein Brennstoffversorgungssystem geschaffen werden, in dem einerseits die Bedingungen zur Kraftstoffförderung in weiten Grenzen konstruktiv bestimmbar sind. Andererseits kann durch die Auslegung der Funktionsteile Turbinenwelle und Wellentunnel eine Vergasung des Kraftstoffes bereits im Wellentunnel zum Brennstoff erfolgen. Der so erzeugte Brennstoff wird durch Brennstoffaustrittsöffnungen am Außenumfang des Wellentunnels in die Brennkammer gefördert, die die Turbinenwelle und damit auch den Wellentunnel zumindest teilweise axial umgibt.By the wave tunnel provided according to the invention can in cooperation with the turbine shaft a fuel supply system on the one hand the conditions for fuel production be structurally determinable within wide limits. On the other hand can through the design of the functional parts turbine shaft and shaft tunnel a gasification of the fuel already in the shaft tunnel to the fuel respectively. The fuel thus produced is through fuel outlets on the outer circumference of the shaft tunnel promoted into the combustion chamber, which is the turbine shaft and thus at least partially surrounds the shaft tunnel axially.

Mit dieser erfindungsgemäßen Konstruktion der Gasturbine ist es möglich, sowohl den Kraftstoffverbrauch der Gasturbine als auch die Abgastemperaturen der Gasturbine in allen Betriebszuständen signifikant zu senken. Beide Parameter sind ein deutlicher Hinweis darauf, dass der Gesamtwirkungsgrad der Gasturbine gegenüber dem Vorbekannten deutlich erhöht ist. Dies führt zu deutlich verringerten Betriebskosten der Gasturbine im laufenden Betrieb.With this inventive construction of Gas turbine it is possible both the fuel consumption of the gas turbine and the exhaust gas temperatures significantly lower the gas turbine in all operating conditions. Both parameters are a clear indication that the overall efficiency of the Gas turbine opposite the previously known increases significantly is. this leads to significantly reduced operating costs of the gas turbine in the current Business.

Diese Vorteile werden auch mit niedrigen Gestehungskosten erzielt, denn die beanspruchte Art der Kraftstoff- und Brennstoffversorgung erfordert wenig zusätzliche Konstruktionsmerkmale. Der beanspruchte Wellentunnel ist bei anderen Turbinenkonstruktionen als die im Stand der Technik genannte häufig bereits vorhanden. Er dient unter anderem der Schmierung der Turbinenwellenlager. Bei der vorliegenden Erfindung dient der Wellentunnel darüber hinaus der Kraftstoffförderung und der Brennstoffaufbereitung.These Benefits are also achieved with low production costs, because the claimed type of fuel and fuel supply requires little additional Design features. The claimed wave tunnel is with others Turbine designs as those mentioned in the prior art often already available. Among other things, it serves to lubricate the turbine shaft bearings. Moreover, in the present invention, the wave tunnel serves fuel production and fuel processing.

Durch die beanspruchte erfindungsgemäße Form der Kraftstoffförderung und Brennstoffaufbereitung erübrigen sich andere konstruktiv sehr aufwändige im Stand der Technik bekannte Verfahren, die insbesondere durch die notwendige Kraftstoffverdampfung konstruktiv aufwändig und im Betrieb kritisch sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn derartige Gasturbinen in sehr kleinen Bauformen für die Anwendung in Flugmodellen vorgesehen sind, bei denen die Außendurchmesser der Gasturbinen teilweise deutlich unter 100 mm liegen und die Durchmesser der Turbinenräder in der Größenordnung von 30 oder 40 mm liegen.By the claimed inventive form fuel production and fuel preparation unnecessary other structurally very complex in the prior art known method, in particular by the necessary fuel evaporation structurally complex and are critical in operation. This is especially true if Such gas turbines in very small designs for the application are provided in model aircraft, where the outside diameter The gas turbines are sometimes well below 100 mm and the diameter the turbine wheels in the order of magnitude of 30 or 40 mm.

Insgesamt wird mit der erfindungsgemäß beanspruchten Form der Kraftstoffversorgung und Brennstofferzeugung eine Gasturbine geschaffen, die gegenüber dem Vorbekannten durch die Verbesserung der Kraftstoffverbrennung einen deutlich höheren technischen Wirkungsgrad erzielt, wobei die Gestehungs- und Betriebskosten der Gasturbine gegenüber dem Vorbekannten deutlich verringert sind.All in all is claimed with the invention claimed Form of fuel supply and fuel production a gas turbine created opposite the previously known by improving fuel combustion a much higher one achieved technical efficiency, the cost and operating costs the gas turbine opposite the prior art are significantly reduced.

Durch die Merkmale der Unteransprüche wird insbesondere der Aufbau der Gasturbine gegenüber dem Vorbekannten deutlich vereinfacht. Darüber hinaus wird die Funktionssicherheit der Gasturbine deutlich erhöht. Die im einzelnen sich ergebenden vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen werden im folgenden erläutert.Due to the features of the claims, in particular the structure of the gas turbine compared to the prior art is significantly simplified. In addition, the reliability of the gas turbine is significantly increased. The particular resulting advantageous embodiments and developments of the invention according to the subclaims explained below.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Brennstoffaustrittsöffnungen des Wellentunnels der Brennkammer radial gegenüber liegen, weil so eine direkte Brennstoffzufuhr ohne Umwege in die Brennkammer, in der die Verbrennung stattfindet, möglich ist. Die Kraftstoffzufuhr kann vorteilhaft durch den verdichterseitigen Teil des Wellentunnels erfolgen, weil dies die "kalte" Seite des Wellentunnels ist. Alternativ ist eine Kraftstoffzufuhr durch den turbinenseitigen Teil des Wellentunnels möglich.It is particularly advantageous if the fuel outlet openings the shaft tunnel of the combustion chamber are radially opposite, because so a direct fuel supply without detours into the combustion chamber where the combustion takes place possible is. The fuel supply can advantageously by the compressor side Part of the shaft tunnel, because this is the "cold" side of the shaft tunnel. alternative is a fuel supply through the turbine-side part of the shaft tunnel possible.

Besonders vorteilhaft ist der Vorverdampfer direkt durch die Turbinenwelle mechanisch angetrieben, so dass keine Fremdenergie zur Kraftstoffzuführung und -aufbereitung notwendig ist. Dabei kann der Läufer des Vorverdampfers Teil der Turbinenwelle sein. Dieser Läufer kann insbesondere als mehrflügeliges Flügelrad ausgebildet sein.Especially Advantageously, the pre-evaporator is directly through the turbine shaft mechanically powered, so no external energy to fuel supply and preparation is necessary. In this case, the runner of the pre-evaporator part be the turbine shaft. This runner especially as a multi-leaf impeller be educated.

In diesem Zusammenhang ist der Stator des Vorverdampfers besonders vorteilhaft ein Teil des Wellentunnels. Um diesen Stator auszubilden, wird der Wellentunnel beispielsweise mehrteilig ausgebildet, wobei der verdichterseitige Teil des Wellentunnels die Vorverdampferkammer trägt und der turbinenseitige Teil des Wellentunnels die Vorverdampferkammer abschließt. Die Trennebene des Wellentunnels liegt damit also im Bereich der Vorverdampferkammer, was auch eine einfache Montage der Baugruppe bestehend aus Turbinenwelle und Wellentunnel mit den entsprechenden Funktionsteilen des Vorverdampfers ermöglicht.In In this context, the stator of the pre-evaporator is special advantageously a part of the shaft tunnel. To train this stator, For example, the wave tunnel is designed in several parts, with the compressor-side part of the shaft tunnel the Vorverdampferkammer wears and the turbine-side part of the shaft tunnel the Vorverdampferkammer concludes. The parting plane of the shaft tunnel is therefore in the range of Pre-evaporation chamber, which also allows easy assembly of the assembly consisting of turbine shaft and shaft tunnel with the corresponding Function parts of the pre-evaporator allows.

Um die erforderlichen hohen Förderleistungen des Vorverdampfers zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Vorverdampfer mehrstufig ausgebildet ist, wobei die Vorstufe des Vorverdampfers insbesondere zum Pumpen des flüssigen Kraftstoffes ein Schraubenverdichter ist. Dabei kann der Läufer des Schraubenverdichters zur Erhöhung der Förderleistung ein mehrgängiges Schraubengewinde sein. Um bereits in diesem Schraubenverdichter eine Vergasung des Kraftstoffes vorzubereiten, kann sich das Schraubengewinde in Richtung auf das Flügelrad konisch erweitern.Around the required high flow rates to ensure the pre-evaporator it is particularly advantageous if the pre-evaporator in several stages is formed, wherein the precursor of the pre-evaporator in particular for pumping the liquid fuel is a screw compressor. In this case, the rotor of the screw compressor to increase the output a multi-course Be screw thread. To already in this screw compressor To prepare a gasification of the fuel, the screw thread can become towards the impeller expand conically.

Demselben Zweck dient eine trichterförmige Erweiterung im Übergangsbereich zwischen der genannten Vorstufe und der Hauptstufe, die – wie vorher beschrieben – insbesondere als Flügelrad ausgebildet ist. Das Flügelrad der Hauptstufe fördert dann bereits den vergasten Kraftstoff, der durch die Vergasung bereits beim Durchtritt durch die Brennstoffaustrittsöffnungen als Brennstoff zünd- und brennfähig ist.the same Purpose serves a funnel-shaped extension in the transition area between the aforementioned preliminary stage and the main stage, which - as before described - in particular as an impeller is trained. The impeller the main stage promotes then already the gasified fuel, by the gasification already when passing through the fuel outlet openings as fuel ignites and is flammable.

Um ein Entweichen des Kraftstoffes aus dem Pumpenraum zwischen Turbinenwelle und Wellentunnel zu vermeiden, weist der Wellentunnel besonders vorteilhaft vor und/oder hinter der Kraftstoffpumpe Dichtungen auf, die insbesondere Sperrluftdichtungen sein können. Diese Sperrluftdichtungen sind bei den extrem hohen Drehzahlen des Turbinenrades besonders vorteilhaft, weil keine mechanische Dichtung zwischen einem Läufer und einem Stator erforderlich ist. Insbesondere bei den Modellgasturbinen werden Wellendrehzahlen von über 100.000 Umdrehungen erreicht. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin besonders vorteilhaft, zwischen dem verdichterseitigen Teil der Brennkammer und dem turbinenseitigen Teil der Brennkammer einen Belüftungskanal vorzusehen. Dieser Belüftungskanal gewährleistet die notwendigen, nahezu identischen Überdruckverhältnisse in beiden Sperrluftdichtungen auf beiden Seiten der Kraftstoffpumpe.Around an escape of the fuel from the pump chamber between turbine shaft and wave tunnel to avoid, the wave tunnel particularly advantageous before and / or behind the fuel pump seals, which may be in particular sealing air seals. These sealing air seals are particularly at the extremely high speeds of the turbine wheel advantageous because no mechanical seal between a runner and a stator is required. Especially with the model gas turbines are Shaft speeds of over 100,000 revolutions achieved. In this context it continues Particularly advantageous, between the compressor-side part of Combustion chamber and the turbine-side part of the combustion chamber a ventilation duct provided. This ventilation duct guaranteed the necessary, almost identical overpressure conditions in both sealing air seals on both sides of the fuel pump.

Diese Druckverhältnisse ermöglichen auch die Zufuhr von Warmluft aus der Brennkammer vom Verdichter durch die Sperrluftdichtungen und den Wellentunnel in den Vorverdampfer, wodurch die Vorverdampfung zusätzlich gefördert wird. Alternativ ist auch eine separate Warmluftzufuhr in den Vorverdampfer in den Wellentunnel oder direkt in die Vorverdampferkammer direkt ohne Einbeziehung der Dichtungen möglich.These pressure conditions enable also the supply of hot air from the combustion chamber of the compressor through the sealing air seals and the shaft tunnel in the pre-evaporator, whereby the pre-evaporation in addition promoted becomes. Alternatively, a separate hot air supply in the pre-evaporator into the wave tunnel or directly into the pre-evaporation chamber directly possible without inclusion of the seals.

Zur Kraftstoffvorwärmung kann in einer Kraftstoffzuleitung eine Kraftstoffzuleitungsschleife vorgesehen sein, die durch die Brennkammer geführt ist.to Fuel Heater may be a fuel supply loop in a fuel supply line be provided, which is guided by the combustion chamber.

Ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbine entsprechend der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.One embodiment a gas turbine according to the invention is shown in the drawings and will be explained below with reference to the drawings.

Es zeigenIt demonstrate

1 einen Teilschnitt durch eine Gasturbine mit Darstellung aller wesentlichen Funktionsteile für die Kraftstoffversorgung und Brennstoffaufbereitung, 1 a partial section through a gas turbine with representation of all essential functional parts for the fuel supply and fuel treatment,

2 einen ersten Teil einer Turbinenwelle der Gasturbine gemäß 1, 2 a first part of a turbine shaft of the gas turbine according to 1 .

3 eine Draufsicht auf das als Flügelrad ausgebildete Läuferteil des Vorverdampfers als Teil der Turbinenwelle gemäß 2, 3 a plan view of the trained as an impeller rotor part of the pre-evaporator as part of the turbine shaft according to 2 .

4 den zweiten Teil der mehrteiligen Turbinenwelle, 4 the second part of the multi-part turbine shaft,

5 eine Draufsicht auf den verdichterseitigen Teil des Wellentunnels der Gasturbine gemäß 1, 5 a plan view of the compressor-side part of the shaft tunnel of the gas turbine according to 1 .

6 einen Schnitt durch den verdichterseitigen Teil des Wellentunnels gemäß 5 und 6 a section through the compressor side part of the shaft tunnel according to 5 and

7 einen Schnitt durch den turbinenseitigen Teil des Wellentunnels. 7 a section through the turbine-side part of the shaft tunnel.

In der 1 weist die Gasturbine (1) einen Verdichter (2) auf, dessen Verdichterrad (3) die angesaugte Verbrennungsluft beschleunigt und verdichtet. Weiterhin weist die Gasturbine (1) eine Turbine (4) auf, deren Turbinenrad (5) durch die Verbrennungsgase der Gasturbine angetrieben wird. Das Verdichterrad (3) und das Turbinenrad (5) sind durch eine Turbinenwelle (6) drehfest miteinander verbunden. Die Turbinenwelle (6) ist zumindest teilweise durch eine Brennkammer (7) axial umgeben, wobei die Turbinenwelle (6) in einem Wellentunnel (9) drehbar gelagert ist.In the 1 shows the gas turbine ( 1 ) a compressor ( 2 ), whose compressor wheel ( 3 ) accelerates and compresses the intake combustion air. Furthermore, the gas turbine ( 1 ) a turbine ( 4 ) whose turbine wheel ( 5 ) is driven by the combustion gases of the gas turbine. The compressor wheel ( 3 ) and the turbine wheel ( 5 ) are by a turbine shaft ( 6 ) rotatably connected to each other. The turbine shaft ( 6 ) is at least partially through a combustion chamber ( 7 axially surrounded, wherein the turbine shaft ( 6 ) in a shaft tunnel ( 9 ) is rotatably mounted.

Eine derartige Gasturbine ist in dem in der Beschreibungseinleitung angezogenen Fachbuch auf der Seite 74 in einem Teilschnitt dargestellt. Nähere Beschreibungen der einzelnen nicht das Brennstoffversorgungssystem betreffenden Funktionsteile sind der entsprechenden Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen.A Such gas turbine is in the attracted in the introduction Textbook on page 74 shown in a partial section. Further descriptions the individual not concerned with the fuel supply system Function parts are attached to the corresponding drawing description remove.

Ein Brennstoffversorgungssystem (8) der Gasturbine (1) gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun im wesentlichen aus dem Wellentunnel (9) und der Turbinenwelle (6) gebildet. Dazu weist der Wellentunnel (9) im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Brennstoffaustrittsöffnungen (10) auf, die als Bohrungen vergleichsweise großen Durchmessers ausgebildet sind. Durch diese Brennstoffaustrittsöffnungen wird nicht Kraftstoff in flüssiger Form in die Brennkammer (7) eingespritzt sondern Brennstoff in gasförmiger Form.A fuel supply system ( 8th ) of the gas turbine ( 1 ) according to the present invention is now essentially from the shaft tunnel ( 9 ) and the turbine shaft ( 6 ) educated. For this purpose, the shaft tunnel ( 9 ) in the present embodiment, six fuel outlet openings ( 10 ), which are formed as holes of comparatively large diameter. Through these fuel outlet openings is not fuel in liquid form in the combustion chamber ( 7 ) injected but fuel in gaseous form.

Im Inneren des Wellentunnels (9) wird durch besondere Konstruktion der Turbinenwelle (6) und des Wellentunnels (9) ein Vorverdampfer (12) gebildet, dessen Vorverdampferkammer (15) Teil des Wellentunnels (9) ist. Um eine einfache Montage der Turbinenwelle (6) in dem Wellentunnel (9) zu ermöglichen, ist der Wellentunnel zweiteilig ausgebildet und weist demzufolge einen verdichterseitigen Teil (11) des Wellentunnels (9) und einen turbinenseitigen Teil (16) des Wellentunnels (9) auf. Die Trennlinie zwischen den beiden Teilen (11, 16) des Wellentunnels (9) verläuft im Bereich der Vorverdampferkammer (15).Inside the shaft tunnel ( 9 ) is made by special construction of the turbine shaft ( 6 ) and the shaft tunnel ( 9 ) a pre-evaporator ( 12 ), whose Vorverdampferkammer ( 15 ) Part of the shaft tunnel ( 9 ). For easy installation of the turbine shaft ( 6 ) in the shaft tunnel ( 9 ), the shaft tunnel is formed in two parts and therefore has a compressor side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) and a turbine-side part ( 16 ) of the shaft tunnel ( 9 ) on. The dividing line between the two parts ( 11 . 16 ) of the shaft tunnel ( 9 ) runs in the region of the pre-evaporation chamber ( 15 ).

Der Vorverdampfer (12) ist mehrstufig ausgebildet, wobei der Läufer (13) der Hauptstufe des Vorverdampfers als Flügelrad (13) mit drei Flügeln ausgebildet ist. Dieses Flügelrad (13) dreht sich in dem Stator (14) des Vorverdampfers (12), der als Teil des Wellentunnels (9) ausgebildet ist.The pre-evaporator ( 12 ) is multi-level, the runner ( 13 ) of the main stage of the pre-evaporator as impeller ( 13 ) is formed with three wings. This impeller ( 13 ) rotates in the stator ( 14 ) of the pre-evaporator ( 12 ), which is part of the shaft tunnel ( 9 ) is trained.

Die Vorstufe (17) des Vorverdampfers ist ein Schraubenverdichter, dessen Läufer (18) als mehrgängiges, in diesem Ausführungsbeispiel als neungängiges Schraubengewinde ausgebildet ist. Im Übergangsbereich zwischen der Vorstufe (17) des Vorverdampfers (12) und der Hauptstufe (13) des Vorverdampfers (12) ist eine trichterförmige Erweiterung (19) vorgesehen. Die Zufuhr des Kraftstoffes zu dem Vorverdampfer (12) von außerhalb der Gasturbine (1) erfolgt durch eine Kraftstoffzuleitung (24), die eine Kraftstoffzuleitungsschleife (20) zur Vorwärmung des Kraftstoffes aufweist. Diese Kraftstoffvorwärmung dient der Vorbereitung der Vergasung des Kraftstoffes bereits in dem Vorverdampfer (12), um den Kraftstoff als vergasten Brennstoff durch die Brennstoffaustrittsöffnungen (10) in die Brennkammer (7) zu fördern.The preliminary stage ( 17 ) of the pre-evaporator is a screw compressor whose rotor ( 18 ) is designed as multi-start, in this embodiment as neungängiges screw thread. In the transition area between the preliminary stage ( 17 ) of the pre-evaporator ( 12 ) and the main level ( 13 ) of the pre-evaporator ( 12 ) is a funnel-shaped extension ( 19 ) intended. The supply of the fuel to the pre-evaporator ( 12 ) from outside the gas turbine ( 1 ) takes place through a fuel supply line ( 24 ) containing a fuel supply loop ( 20 ) for preheating the fuel. This fuel preheating is used to prepare the gasification of the fuel already in the pre-evaporator ( 12 ) to the fuel as gasified fuel through the fuel outlets ( 10 ) in the combustion chamber ( 7 ) to promote.

Das heißt, bei der Zufuhr des Kraftstoffes zum Vorverdampfer (12) ist der Kraftstoff, der Kerosin, Diesel oder auch Salatöl sein kann, noch flüssig. Jedoch bereits mit der Verdichtung in der Vorstufe (17) des Vorverdampfers (12) und spätestens mit dem Übergang von der Vorstufe (17) in die Hauptstufe (13) wird der Kraftstoff vergast, so dass das Flügelrad (13) ein gasförmiges Medium als Brennstoff durch die Brennstoffaustrittsöffnungen (10) in die Brennkammer (7) fördert.That is, in the supply of the fuel to the pre-evaporator ( 12 ), the fuel, which may be kerosene, diesel or salad oil, is still liquid. However, already with the compression in the preliminary stage ( 17 ) of the pre-evaporator ( 12 ) and at the latest with the transition from the preliminary stage ( 17 ) to the main level ( 13 ) the fuel is gasified so that the impeller ( 13 ) a gaseous medium as fuel through the fuel outlet openings ( 10 ) in the combustion chamber ( 7 ) promotes.

Um ein Entweichen des Kraftstoffes aus der Vorverdampferkammer (15) durch den Spalt zwischen der Turbinenwelle (6) und dem Wellentunnel (9) zu verhindern, ist eine vordere Sperrluftdichtung (22) und eine hintere Sperrluftdichtung (23) vorgesehen, die durch Überdruck den Kraftstoff in der Pumpenkammer (15) hält. Um hier ausgeglichene Druckverhältnisse im Bereich der Sperrluftdichtungen (22, 23) zu gewährleisten, ist zwischen dem verdichterseitigen Teil der Brennkammer (7) und dem turbinenseitigen Teil der Brennkammer (7) ein Belüftungskanal (21) vorgesehen. Über die Sperrluftdichtungen (22, 23) und den Wellentunnel (9) wird auch Warmluft aus der Brennkammer (7) oder vom Verdichter (2) in den Vorverdampfer (12) geführt.In order to escape the fuel from the Vorverdampferkammer ( 15 ) through the gap between the turbine shaft ( 6 ) and the shaft tunnel ( 9 ) is a front sealing air seal ( 22 ) and a rear sealing air seal ( 23 ) provided by overpressure the fuel in the pump chamber ( 15 ) holds. Here balanced pressure conditions in the area of the sealing air seals ( 22 . 23 ) is between the compressor-side part of the combustion chamber ( 7 ) and the turbine-side part of the combustion chamber ( 7 ) a ventilation channel ( 21 ) intended. About the sealing air seals ( 22 . 23 ) and the shaft tunnel ( 9 ) also warm air from the combustion chamber ( 7 ) or from the compressor ( 2 ) in the pre-evaporator ( 12 ) guided.

Mit den beschriebenen Maßnahmen wird eine Gasturbine (1) geschaffen, bei der die Kraftstoffversorgung zentral im Bereich der Turbinenwelle (6) und des Wellentunnels (9) und zugleich die Kraftstoffaufbereitung durch Vergasung zu einem Brennstoff erfolgt. Diese Form der Kraftstoffversorgung ist sehr kompakt und effektiv, so dass sich die einleitend beschriebene Wirkungsgraderhöhung ergibt.With the measures described, a gas turbine ( 1 ), in which the fuel supply centrally in the area of the turbine shaft ( 6 ) and the shaft tunnel ( 9 ) and at the same time the fuel treatment by gasification takes place to a fuel. This form of fuel supply is very compact and effective, resulting in the initially described increase in efficiency.

In der 2 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile mit denselben Bezugszeichen wie in der 1 gekennzeichnet. In der 2 ist der verdichterseitige Teil der Turbinenwelle (6) mit den Funktionsteilen Flügelrad (13) und Läufer (18) des Schraubenverdichters (17) ausgebildet als neungängiges Schraubengewinde dargestellt, wobei das Schraubengewinde in Richtung auf die Hauptstufe des Vorverdampfers sich konisch erweiternd ausgebildet ist. Dieser verdichterseitige Teil der Turbinenwelle (6) wird mittels eines Gewindeanschlusses (25) mit dem turbinenseitigen Teil der Turbinenwelle (6) verbunden.In the 2 are identical or equivalent device parts with the same reference numerals as in the 1 characterized. In the 2 is the compressor-side part of the turbine shaft ( 6 ) with the functional parts impeller ( 13 ) and runners ( 18 ) of the screw compressor ( 17 ) trained as neungän Giges screw thread shown, wherein the screw thread is designed to widen conically in the direction of the main stage of the pre-evaporator. This compressor-side part of the turbine shaft ( 6 ) is by means of a threaded connection ( 25 ) with the turbine-side part of the turbine shaft ( 6 ) connected.

In der 3 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in den 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Darstellung der Stirnseite des verdichterseitigen Teils der Turbinenwelle (6) zeigt das Flügelrad (13) mit den drei Flügeln (26) des Flügelrades der Haupstufe des Vorverdampfers (12).In the 3 are the same or equivalent device parts as in the 1 and 2 provided with the same reference numerals. The representation of the front side of the compressor-side part of the turbine shaft ( 6 ) shows the impeller ( 13 ) with the three wings ( 26 ) of the impeller of the main stage of the pre-evaporator ( 12 ).

In der 4 ist der turbinenseitige Teil der Turbinenwelle (6) mit dem Gewindeanschluss (25) zur Verbindung mit dem verdichterseitigen Teil der Turbinenwelle (6) gemäß 2 dargestellt. Im montierten Zustand verbindet die Turbinenwelle (6) das Turbinenrad (5) mit dem Verdichterrad (3) in 1.In the 4 is the turbine-side part of the turbine shaft ( 6 ) with the threaded connection ( 25 ) for connection to the compressor-side part of the turbine shaft ( 6 ) according to 2 shown. When mounted, the turbine shaft connects ( 6 ) the turbine wheel ( 5 ) with the compressor wheel ( 3 ) in 1 ,

In der 5 sind gleiche oder gleichwirkende Einrichtungsteile wie in der 1 mit den identischen Bezugszeichen dargestellt. Die 5 zeigt die Stirnseite des verdichterseitigen Teils (11) des Wellentunnels (9) mit Fortsätzen, die die Brennstoffaustrittsöffnungen (10) tragen. Insgesamt sind sechs Brennstoffaustrittsöffnungen (10) vorgesehen, die der Brennkammer (7), die den Wellentunnel (9) axial umgibt, direkt radial gegenüber liegen.In the 5 are the same or equivalent device parts as in the 1 represented by the identical reference numerals. The 5 shows the end face of the compressor side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) with extensions, the fuel outlet openings ( 10 ) wear. In total, six fuel outlets ( 10 ) provided the combustion chamber ( 7 ), the shaft tunnel ( 9 ) axially surrounds, directly radially opposite.

6 zeigt einen Schnitt durch den verdichterseitigen Teil (11) des Wellentunnels (9) gemäß Schnittlinie A-A in 5. In diesem Schnitt durch den verdichterseitigen Teil (11) des Wellentunnels (9) wird die Kontur des Stators (14) des Vorverdampfers (12) deutlich, der die Vorverdampferkammer (15) bildet. Darüber hinaus ist der Anschluss für die Kraftstoffzuleitung (24) erkennbar. Zudem ist eine Brennstoffaustrittsöffnung (10) im Schnitt zu erkennen. Darüber hinaus weist der verdichterseitige Teil (11) des Wellentunnels (9) einen weiteren Gewindeanschluss (27) zur Verbindung mit dem turbinenseitigen Teil (16) des Wellentunnels (9) gemäß 7 auf. 6 shows a section through the compressor side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) according to section line AA in 5 , In this section through the compressor side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) the contour of the stator ( 14 ) of the pre-evaporator ( 12 ) clearly indicating the pre-evaporation chamber ( 15 ). In addition, the connection for the fuel supply ( 24 ) recognizable. In addition, a fuel outlet ( 10 ) can be seen in section. In addition, the compressor side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) another threaded connection ( 27 ) for connection to the turbine-side part ( 16 ) of the shaft tunnel ( 9 ) according to 7 on.

In der 7 wird in der Schnittdarstellung die Hohlbohrung des turbinenseitigen Teils (16) des Wellentunnels (9) deutlich, die jedoch für die Funktion der Funktionsteile Turbinenwelle (6) und Wellentunnel (9) als Vorverdampfer (12) nicht mehr relevant ist. Die Vorverdampferkammer (15) ist durch den stirnseitigen Teil des turbinenseitigen Teils (16) des Wellentunnels (9) mittels des Gewindeanschlusses (27) verbunden mit dem verdichterseitigen Teil (11) des Wellentunnels (9) abgeschlossen.In the 7 is the sectional view of the hollow bore of the turbine-side part ( 16 ) of the shaft tunnel ( 9 ), but which are important for the function of the turbine shaft ( 6 ) and shaft tunnel ( 9 ) as a pre-evaporator ( 12 ) is no longer relevant. The pre-evaporation chamber ( 15 ) is through the frontal part of the turbine side ( 16 ) of the shaft tunnel ( 9 ) by means of the threaded connection ( 27 ) connected to the compressor side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) completed.

Claims (22)

Gasturbine (1) mit einem Verdichter (2), der ein Verdichterrad (3) aufweist, mit einer Turbine (4), die ein Turbinenrad (5) aufweist, mit einer Turbinenwelle (6), die das Verdichterrad (3) mit dem Turbinenrad (5) drehfest verbindet, mit einer Brennkammer (7), die die Turbinenwelle (6) zumindest teilweise axial umgibt, und mit einem Brennstoffversorgungssystem (8), bei dem die Turbinenwelle (6) Kraftstoff in die Brennkammer (7) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffversorgungssystem (8) einen Wellentunnel (9) aufweist, in dem die Turbinenwelle (6) drehbar gelagert ist, dass die Kraftstoffzufuhr zumindest teilweise durch den Wellentunnel (9) erfolgt, dass in dem Wellentunnel (9) eine Vergasung des Kraftstoffs zum Brennstoff durch einen Vorverdampfer (12) erfolgt und dass der Wellentunnel (9) an seinem Außenumfang Brennstoffaustrittsöffnungen (10) aufweist.Gas turbine ( 1 ) with a compressor ( 2 ), which is a compressor wheel ( 3 ), with a turbine ( 4 ), which is a turbine wheel ( 5 ), with a turbine shaft ( 6 ), the compressor wheel ( 3 ) with the turbine wheel ( 5 ) rotatably connects, with a combustion chamber ( 7 ), which is the turbine shaft ( 6 ) surrounds at least partially axially, and with a fuel supply system ( 8th ), in which the turbine shaft ( 6 ) Fuel into the combustion chamber ( 7 ), characterized in that the fuel supply system ( 8th ) a shaft tunnel ( 9 ), in which the turbine shaft ( 6 ) is rotatably mounted, that the fuel supply at least partially through the shaft tunnel ( 9 ), that in the shaft tunnel ( 9 ) a gasification of the fuel to the fuel through a pre-evaporator ( 12 ) and that the shaft tunnel ( 9 ) at its outer periphery fuel outlet openings ( 10 ) having. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffaustrittsöffnungen (10) der Brennkammer (7) radial gegenüber liegen.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the fuel outlet openings ( 10 ) of the combustion chamber ( 7 ) are radially opposite. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzufuhr durch den verdichterseitigen Teil (11) des Wellentunnels (9) erfolgt.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the fuel supply through the compressor side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) he follows. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzufuhr durch den turbinenseitigen Teil (16) des Wellentunnels (9) erfolgt.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the fuel supply through the turbine-side part ( 16 ) of the shaft tunnel ( 9 ) he follows. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdampfer (12) durch die Turbinenwelle (6) mechanisch angetrieben wird.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the pre-evaporator ( 12 ) through the turbine shaft ( 6 ) is mechanically driven. Gasturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (13) des Vorverdampfers (12) Teil der Turbinenwelle (6) ist. Gas turbine according to claim 5, characterized in that the rotor ( 13 ) of the pre-evaporator ( 12 ) Part of the turbine shaft ( 6 ). Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (13) des Vorverdampfers (12) ein Flügelrad ist.Gas turbine according to claim 6, characterized in that the rotor ( 13 ) of the pre-evaporator ( 12 ) is an impeller. Gasturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (14) des Vorverdampfers (12) Teil des Wellentunnels (9) ist.Gas turbine according to claim 5, characterized in that the stator ( 14 ) of the pre-evaporator ( 12 ) Part of the shaft tunnel ( 9 ). Gasturbine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellentunnel (9) mehrteilig ist.Gas turbine according to claim 8, characterized in that the shaft tunnel ( 9 ) is in several parts. Gasturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der verdichterseitige Teil (11) des Wellentunnels (9) die Vorverdampferkammer (15) trägt.Gas turbine according to claim 9, characterized in that the compressor-side part ( 11 ) of the shaft tunnel ( 9 ) the pre-evaporation chamber ( 15 ) wearing. Gasturbine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der turbinenseitige Teil (16) des Wellentunnels (9) die Kammer (15) abschließt.Gas turbine according to claim 10, characterized in that the turbine-side part ( 16 ) of the shaft tunnel ( 9 ) the chamber ( 15 ) completes. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdampfer (12) mehrstufig ist.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the pre-evaporator ( 12 ) is multi-level. Gasturbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorstufe (17) des Vorverdampfers (12) ein Schraubenverdichter ist.Gas turbine according to claim 12, characterized in that the precursor ( 17 ) of the pre-evaporator ( 12 ) is a screw compressor. Gasturbine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (18) des Schraubenverdichters (17) ein mehrgängiges Schraubengewinde ist.Gas turbine according to claim 13, characterized in that the rotor ( 18 ) of the screw compressor ( 17 ) is a multi-thread screw thread. Gasturbine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schraubengewinde (18) sich in Richtung auf das Flügelrad als Vorzerstäuber konisch erweitert.Gas turbine according to claim 14, characterized in that the screw thread ( 18 ) conically widens in the direction of the impeller as Vorzerstäuber. Gasturbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverdampferkammer (15) im Übergangsbereich zwischen der Vorstufe (17) und der Hauptstufe eine trichterförmige Erweiterung (19) aufweist.Gas turbine according to claim 12, characterized in that the pre-evaporation chamber ( 15 ) in the transition region between the precursor ( 17 ) and the main stage a funnel-shaped extension ( 19 ) having. Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellentunnel (9) vor und/oder hinter dem Vorverdampfer (12) Dichtungen (22, 23) aufweist.Gas turbine according to claim 6, characterized in that the shaft tunnel ( 9 ) before and / or after the pre-evaporator ( 12 ) Seals ( 22 . 23 ) having. Gasturbine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (22, 23) Sperrluftdichtungen sind.Gas turbine according to claim 17, characterized in that the seals ( 22 . 23 ) Are sealing air seals. Gasturbine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem verdichterseitigen Teil der Brennkammer (7) und dem turbinenseitigen Teil der Brennkammer (7) ein Belüftungskanal (21) angeordnet ist.Gas turbine according to claim 17, characterized in that between the compressor-side part of the combustion chamber ( 7 ) and the turbine-side part of the combustion chamber ( 7 ) a ventilation channel ( 21 ) is arranged. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Vorverdampfer (12) Warmluft aus der Brennkammer (7) oder vom Verdichter (2) zugeführt wird.Gas turbine according to claim 1, characterized in that the pre-evaporator ( 12 ) Warm air from the combustion chamber ( 7 ) or from the compressor ( 2 ) is supplied. Gasturbine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmluft in den Wellentunnel (9) oder in die Vorverdampferkammer (15) geführt wird.Gas turbine according to claim 20, characterized in that the hot air in the shaft tunnel ( 9 ) or in the pre-evaporation chamber ( 15 ) to be led. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstoffzuleitung (24) vorgesehen ist, die eine durch die Brennkammer (7) geführte Kraftstoffzuleitungsschleife (20) aufweist.Gas turbine according to claim 1, characterized in that a fuel supply line ( 24 ), one through the combustion chamber ( 7 ) guided fuel supply loop ( 20 ) having.
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