DE102008031986B4 - Gas turbine with counter-rotating compressor modules - Google Patents
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Abstract
Gasturbine mit zumindest einer Antriebswelle (1) und zumindest einer mehrstufigen Verdichtereinheit (2), wobei die Verdichtereinheit (2) aus Verdichtermodulen (3–5) aufgebaut ist, welche jeweils zumindest eine Verdichterstufe mit einem Rotor mit einer Reihe von Rotorschaufeln und einem Stator mit einer Reihe von Statorschaufeln umfassen und mittels eines Getriebes (9–11) auf der Antriebswelle (1) gelagert sind, wobei die Drehrichtungen in Axialrichtung aufeinanderfolgender Verdichtermodule (3–5) gegenläufig ausgebildet sind.Gas turbine with at least one drive shaft (1) and at least one multi-stage compressor unit (2), the compressor unit (2) being constructed from compressor modules (3-5), each of which has at least one compressor stage with a rotor with a number of rotor blades and a stator comprise a row of stator blades and are mounted on the drive shaft (1) by means of a gear (9-11), the directions of rotation in the axial direction of successive compressor modules (3-5) being formed in opposite directions.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit zumindest einer Antriebswelle und mit zumindest einer mehrstufigen Verdichtereinheit.The invention relates to a gas turbine with at least one drive shaft and with at least one multi-stage compressor unit.
Bei mehrstufigen Verdichtern, z. B. mehrstufigen Hochdruckverdichtern von Flugtriebwerken, werden alle Verdichterstufen zusammengehörend für die Hochlast ausgelegt. Beim Betrieb dieser Verdichter ist neben der Hochlast jedoch auch Teillast bzw. Leerlaufbetrieb verlangt, die durch deutlich niedrigere Verdichtungsverhältnisse gekennzeichnet sind.For multi-stage compressors, z. B. multi-stage high-pressure compressors of aircraft engines, all compressor stages are designed together for the high load. When operating these compressors in addition to the high load but also partial load or idle operation is required, which are characterized by significantly lower compression ratios.
Die mehreren Verdichterstufen werden nur für hohe Verdichtungsverhältnisse bei Hochlasten zusammengehörend ausgelegt und sind untrennbar.The several compressor stages are designed to be compatible only for high compression ratios under high loads and are inseparable.
Der Teillast- bzw. der Leerlaufbetrieb werden somit sehr eingeschränkt:
Das geforderte, niedrige Verdichtungsverhältnis bei Teillast bzw. Leerlauf wird auf alle Stufen verteilt. Jede Stufe selbst muss daher ein sehr geringes Verdichtungsverhältnis leisten. Dies kann im Betrieb nicht realisiert werden, weil einige Stufen sehr nahe an ihre eigenen, kritischen und zu vermeidenden Pumpgrenzen kommen und somit den ganzen Verdichter und folglich z. B. das ganze Triebwerk gefährden.Part-load or idling operation is thus very limited:
The required low compression ratio at partial load or idling is distributed over all stages. Each stage itself must therefore provide a very low compression ratio. This can not be realized in operation, because some stages come very close to their own, critical and avoidable surge limits and thus the entire compressor and thus z. B. jeopardize the whole engine.
Als Gegenmaßnahme dazu wird der Verdichter im Teillast bzw. Leerlauf zwangsweise bei höheren Verdichtungsverhältnissen betrieben. Dadurch wird unnötig Leistung und damit z. B. auch unnötig Treibstoff verbraucht. Folglich ist der Verdichter im Teillast- bzw. Leerlaufbetrieb, die z. B. bei einem Triebwerk einen hohen zeitlichen Anteil an der Gesamtbetriebsdauer bilden können, wesentlich unwirtschaftlich.As a countermeasure, the compressor is operated under partial load or idle forcibly at higher compression ratios. This will unnecessarily performance and thus z. B. unnecessarily consumed fuel. Consequently, the compressor is in part load or idle mode, the z. B. can form a high proportion of time in the total operating time in an engine, substantially uneconomical.
Aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine mit zumindest einer mehrstufigen Verdichtereinheit zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, betriebssicherer Wirkungsweise unterschiedlichen Lastbedingungen angepasst werden kann.The invention has for its object to provide a gas turbine with at least one multi-stage compressor unit, which can be adapted to different load conditions with a simple structure and simple, reliable operation.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention the object is achieved by the combination of features of
Es wird eine Gasturbine mit zumindest einer Antriebswelle und zumindest einer mehrstufigen Verdichtereinheit vorgeschlagen, wobei die Verdichtereinheit aus Verdichtermodulen aufgebaut ist, welche jeweils zumindest eine Verdichterstufe mit einem Rotor mit einer Reihe von Rotorschaufeln und einem Stator mit einer Reihe von Statorschaufeln umfassen und mittels eines Zwischengetriebes auf der Antriebswelle gelagert sind, wobei die Drehrichtungen in Axialrichtung aufeinanderfolgender Verdichtermodule gegenläufig ausgebildet sind.A gas turbine with at least one drive shaft and at least one multi-stage compressor unit is proposed, wherein the compressor unit is constructed from compressor modules which each comprise at least one compressor stage with a rotor with a row of rotor blades and a stator with a row of stator blades and by means of an intermediate gear the drive shaft are mounted, wherein the directions of rotation are formed in opposite directions in the axial direction of successive compressor modules.
Während es aus dem Stand der Technik lediglich bekannt ist, den gesamten Verdichter, nämlich beispielsweise einen Hochdruckverdichter und einen Niederdruckverdichter mit einer gleichen Drehrichtung anzutreiben und somit beispielsweise den Hochdruckverdichter gegenläufig zu dem Niederdruckverdichter auszubilden, ist erfindungsgemäß die Möglichkeit vorgesehen, innerhalb eines Verdichters einzelne Verdichtermodule oder Verdichterstufen alternierend gegenläufig auszubilden. Hierdurch ergibt sich ein besseres Druckverhältnis. Weiterhin kann eine kompaktere Bauweise gewählt werden.While it is only known from the prior art to drive the entire compressor, namely, for example, a high-pressure compressor and a low-pressure compressor with a same direction of rotation and thus, for example, the high-pressure compressor in opposite directions to form the low-pressure compressor, the invention provides the possibility within a compressor individual compressor modules or Forming compressor stages alternately in opposite directions. This results in a better pressure ratio. Furthermore, a more compact design can be selected.
Erfindungsgemäß ist es günstig, wenn die einzelnen Verdichtermodule oder Verdichterstufen zusätzlich abschaltbar oder auskuppelbar sind, um den Verdichter auf diese Weise an unterschiedliche Betriebsbedingungen anzupassen. Dadurch, dass die einzelnen Verdichtermodule oder Verdichterstufen mittels eines Getriebes bzw. Zwischengetriebes auf der Antriebswelle gelagert sind, ist ein variables Drehzahlverhältnis einzustellen.According to the invention it is advantageous if the individual compressor modules or compressor stages are additionally switched off or disengageable in order to adapt the compressor in this way to different operating conditions. Characterized in that the individual compressor modules or compressor stages are mounted by means of a gear or intermediate gear on the drive shaft, a variable speed ratio is set.
Erfindungsgemäß kann die Ausgestaltung sowohl bei einem Hochdruckverdichter, bei einem Mitteldruckverdichter oder bei einem Niederdruckverdichter vorgesehen sein.According to the invention, the embodiment can be provided both in a high-pressure compressor, in a medium-pressure compressor or in a low-pressure compressor.
Durch die gegenläufig ausgebildeten Verdichtermodule können höhere Verdichtungsverhältnisse erzielt werden. Dies führt zu einer wesentlich kompakteren und leichteren Bauweise des Verdichtersystems. Kompaktheit und geringeres Gewicht sind in mehreren Anwendungen, wie z. B. in der Luftfahrt, für hohe Wirtschaftlichkeit vorteilhaft.Due to the counter-rotating compressor modules higher compression ratios can be achieved. This leads to a much more compact and lighter design of the compressor system. Compactness and lower weight are in several applications, such as. As in aviation, for high efficiency advantageous.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention will be described by means of an embodiment in conjunction with the drawing. Showing:
Die in
Die
Die
Zwischen den Verdichtermodulen
Das variable Getriebe kann als Planetengetriebe oder als Kettenscheibengetriebe mit Verstellkonus ausgebildet sein. Zu der letztgenannten Möglichkeit zeigt
Die
Die
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, unterschiedliche Drehrichtungen der einzelnen Verdichtermodule vorzusehen. Es versteht sich, dass die Verdichtereinheit in eine größere oder kleinere Anzahl an Verdichtermodulen unterteilt sein kann, als dies in
Anstelle der variablen Getriebe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Antriebswelledrive shaft
- 22
- Verdichter/VerdichtereinheitCompressor / compressor unit
- 3–53-5
- Verdichtermodulcompressor module
- 6–86-8
- Lager/LagereinheitWarehouse / storage unit
- 9–119-11
- variables Getriebevariable transmission
- 1212
- EECEEC
- 1313
- Abtriebswelleoutput shaft
- 14–1514-15
- Kegelradsatzbevel gear
- 1616
- Umkehrgetriebereverse gear
- 1717
- Zwischenlager/-LagereinheitInterim storage / -Lagereinheit
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