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Kleingasturbine Die Erfindung betrifft eine zur Abgabe von Wellenleistung
oder von Strahlschub dienende Kleingasturbine.
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Bei Gasturbinen ist es bekannt, von dem aus dem Verdichter kommenden
Luftstrom Teilströme zur Kühlung des Turbinenläufers abzuspalten. Es ist ferner
bekannt, diesen Luftstrom, nachdem er an den Turbinenläufer entlanggeströmt ist,
in die Brennkammer zu leiten.
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Es sind auch bereits Gasturbinen bekannt, bei denen der Brennstoff
vorgewärmt bzw. in Dampfform übergeführt wird. Ferner ist es bekannt, den Brennstoff
in einem Vorwärmprozeß zur Kühlung der Brennkammer oder von Teilen der Flammrohre
zu verwenden, wobei die Primärluft und die Sekundärluft getrennt der Brennkammer
zugeführt werden, während der Brennstoff durch die rotierende Turbinenwelle, beispielsweise
über einen besonderen Umlaufzerstäuber, in die Brennkammer gelangt. Bei diesen bekannten
Konstruktionen wird zwar die Brennkammer, nicht aber der Turbinenläufer gekühlt.
Die Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades durch die Anwendung höherer Turbineneintrittstemperaturen
ist daher nicht möglich. Außerdem bedürfen diese bekannten Anlagen umfangreicher
Vorrichtungen zur Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemisches.
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Endlich sind auch Gasturbinen bekannt, bei denen der Kraftstoff an
der Rückseite des Turbinenläufers eingeführt wird, und zwar zur Kühlung des Turbinenläufers.
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Die vorliegende Erfindung beruht nun auf dem Gedanken, eine besonders
intensive Kühlung des Turbinenläufers und zugleich eine Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemisches
zu erreichen, indem für die Kühlung des Turbinenläufers sowohl ein abgezweigter
Luftstrom als auch der verdampfende Brennstoff herangezogen werden.
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Nach der Erfindung wird zu diesem Zweck zwischen dem Turbinenläufer
und dem Verdichterläufer ein Hohlraum angeordnet, der an seinem Außenumfang als
Umlaufmischrad ausgebildet ist und mit der Brennkammer in Verbindung steht und in
den sowohl der abgezweigte Luftstrom als auch in an sich bekannter Weise der Brennstoff
eingeführt werden.
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Eine Kleingasturbine gemäß der Erfindung weist zur Primärluftentnahme
ein spiralförmiges Gehäuse auf, dessen Austrittsleitung in die hohle Turbinenwelle
mündet, ferner einen zwischen dem Turbinenläufer und dem Verdichterläufer befindlichen
Hohlraum für die Aufnahme der Primärluft und des Brennstoffes, in welchem die Verdampfung
des Brennstoffes und die Vermischung des Brennstoffdampf-Luft-Gemisches stattfinden.
Dieses Gemisch wird erfindungsgemäß über ein an sich bekanntes Umlaufmischrad in
die Brennkammer eingeführt.
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Das Brennstoff-Luft-Gemisch kann über ein feststehendes Brennstoffeinspritzrohr
in das Umlaufmischrad eingeblasen werden, indem die Brennstoffaustrittsbohrungen
entgegen der Läuferdrehrichtung schräg angeordnet sind, und zwar zwecks Verwirbelung
des Gemisches. Das Brennstoffeinspritzrohr kann aber auch mit seinem Ende in dem
rotierenden Turbinenläufer gelagert sein. Die Schmierung des Lagers im Turbinenläufer
wird dann vorzugsweise durch das Brennstoffeinspritzrohr erfolgen, indem die Ölabdichtung
durch eine Labyrinthdichtung geschieht. Der Durchmesser des Umlaufmischrades ist
vorzugsweise größer als der Durchmesser des Verdichterläufers und Turbinenläufers.
Das Umlaufmischrad kann aus der hochgezogenen Rückwand des Turbinenläufers, aus
an der Rückseite des Turbinenläufers vorhandenen Leitschaufeln und der darauf befestigten
Deckplatte gebildet werden, indem die Rückwand und die Deckplatte am äußeren Umfang
zusammengebogen und miteinander verbunden sind.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
und erläutert. Es zeigt F i g. I die Gasturbine, schematisch in einem Längsschnitt,
F i g. 1I die Befestigung des Turbinenläufers am Verdichterläufer, in einem Detailschnitt.
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Auf der hohlen Welle 1 ist der radiale Verdichterläufer 2 angeordnet,
daran koaxial der radiale Turbinenläufer 3. Die Befestigung 4 und Zentrierung
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des Turbinenläufers erfolgt mit Hilfe der auf den Leitschaufeln 6 angebrachten
Deckplatte 7. Diese Deckplatte ist an der hochgezogenen Rückwand des Verdichterläufers
2 angeschraubt.
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In der hohlen Turbinenwelle führt das am Gehäuse 8 befestigte Brennstoffeinspritzrohr
9 zu einem Hohlraum 10 zwischen Verdichter- und Turbinenläufer. In dem Brennstoffeinspritzrohr
befinden sich
die Brennstoffzuleitungsbohrung 11 und die in den
Hohlraum austretenden, unter verschiedenen Winkeln angeordneten Einspritzbohrungen
12, des weiteren die Schmierölzu- und -rückführungsbohrungen 13 für das im
Turbinenläufer befindliche Lager 14, das durch das Labyrinth 15 gegen den
Hohlraum 10 abgedichtet ist. Auf dem Brennstoffeinspritzrohr 9 befinden sich
Leitbleche 16.
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Der Verdichter-Austrittsdiffusor 17 ist geteilt für die getrennte
Primär- und Sekundärluftentnahme, wobei das Spiralgehäuse 18 für die Primärluft
dient. Die Leitung 19 mündet in die hohle Turbinenwelle 1.
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Der Hohlraum 10 bedeutet zugleich das Umlaufmischrad; es wird
gebildet aus der hochgezogenen Rückwand des Turbinenläufers, den an dieser Rückwand
vorhandenen Leitschaufeln und der Deckplatte.
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Der äußere Umfang des Umlaufmischrades ragt über die Leitapparate
in die Brennkammer hinein. Die Austrittsöffnungen im Umlaufmischrad können verschiedenartig
ausgeführt werden. Entweder bleibt das Umlaufmischrad an seinem äußeren Umfang offen,
d. h., das austretende Brennstoffdampf-Luft-Gemisch ist nur durch die Leitschaufeln
4 gegen die Drehrichtung gerichtet, oder das Umlaufmischrad ist durch ein Deckband
geschlossen mit scharfkantigen Öffnungen, die nochmals eine Verwirbelung erzeugen.
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Die Wirkungsweise der Gasturbine ist wie folgt: Die vom Radialverdichter
verdichtete, im Austrittsdiffusor 17 von der Sekundärluft getrennte Primärluft wird
dem Spiralgehäuse 18 entnommen und durch die Leitung 19 und die hohle Turbinenwelle
1 dem Hohlraum 10 zugeführt. Durch die Leitbleche 16
verwirbelt, wird
sie mit dem aus dem Brennstoffeinspritzrohr 9 gegen die Drehrichtung austretenden
Brennstoff, der auf die heiße Rückwand des Turbinenläufers auftrifft, vermischt,
wobei der Brennstoff schon verdampft ist oder noch verdampft. Dieses Brennstoffdampf-Luft-Gemisch
kühlt weiterhin auf dem Weg durch das Umlaufmischrad den Turbinenläufer und tritt
dann in die Brennkammer ein, wo es, nach Zündung mit der Sekundärluft vermischt,
durch den Turbinenläufer ins Freie strömt.
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Der Fortschritt der Erfindung besteht darin, daß durch die an sich
bekannte Einspritzung des Brennstoffes auf die Turbinenläuferrückwand diese gekühlt
und der Brennstoff dabei verdampft wird, und das der verdampfte Brennstoff zusammen
mit der bereits verdichteten Primärluft als zündfähiges Gemisch in die Brennkammer
eintritt. Die Kühlung der Turbinenläuferrückwand durch Brennstoff und Primärluft
ermöglicht wegen der besseren Wärmeableitung die Anwendung einer höheren Turbineneintrittstemperatur,
wobei für die Verbrennung des schon aufgeheizten Brennstoffdampf-Luft-Gemisches
in der Brennkammer eine geringere Brennstoffmenge erforderlich ist.