DE1426325B2 - Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinen- Wie die schweizerische Patentschrift 355 654, die triebwerk, im wesentlichen bestehend aus mindestens französische Patentschrift 1 195 980 und die britieinem Verdichter, mindestens einer Brennkammer, sehe Patentschrift 710 959 offenbaren, sind Gasmindestens einer Verdichterturbine und gegebenen- turbinentriebwerke mit Wärmeaustauschbetrieb, falls mindestens einer Nutzleistungsturbine, wobei 5 deren konstruktiver Aufbau von vornherein auf den die Brennkammer oder Brennkammern als Umkehr- Wärmeaustausch zwischen der Verdichterluft und brennkammern mit einer Flammkammer und einem den heißen Turbinenabgasen abgestellt ist, bekannt. Außengehäuse ausgebildet sind, zwischen denen der Eine Umrüstung solcher Triebwerke für einen BeEintritt der aus dem Verdichter kommenden Luft trieb ohne Wärmeaustausch zwischen Verdichterluft (Verdichterluft) erfolgt. io und den Turbinenabgasen, wie ihn die britische

Die Erfindung geht zunächst aus von einem Gas- Patentschrift 588 086 zeigt, wäre mit großen bauturbinentriebwerk der vorerwähnten Art ohne liehen Schwierigkeiten verbunden.
Wärmeaustauscher, und ihr liegt die Aufgabe zu- Ferner ist nach der USA.-Patentschrift 2 973 622 gründe, Anordnungen zu treffen und Einrichtungen eine kombinierte Gasturbinen-Heißlufttriebwerksvorzuschlagen, die geeignet sind, ein solches Gas- 15 anlage zur Erzeugung von Spitzenenergie bekannt, turbinentriebwerk ohne großen baulichen Aufwand bei der im vorhinein eine Einrichtung bzw. ein und unter Vermeidung schwieriger Montagebedin- Wärmespeicher zum Betrieb der Anlage mit Wärmegungen mit einfachen Mitteln auf Wärmeaustausch- aufnahme der verdichteten Luft vor der Heißgasbetrieb umzurüsten. Durch die Erfindung sollen also turbine installiert ist. Andererseits kann mit Hilfe von Voraussetzungen dafür geschaffen werden, ein Gas- 20 Umschaltventilen der Wärmespeicher umgangen turbinentriebwerk, insbesondere mit kleinerer Lei- werden und die verdichtete Luft über eine Umgestung, je nach seinem speziellen Verwendungsfall hungsleitung in eine vor der Turbine angeordnete ohne Änderung seines Grandaufbaues entweder mit Brennkammer zur Erzeugungvon Brenngasen geleitet oder ohne Wärmeaustauscher zu betreiben. Zum werden. Im bekannten Fall sind der Wärmeaustau-Beispiel ist es aus Gründen einer wesentlichen Brenn- 25 scher bzw. Wärmespeicher, die Umgehungsleitung Stoffersparnis angebracht, ein in einem Fahrzeug und die entsprechenden Umschaltventile integrale eingebautes Gasturbinentriebwerk mit einem Wärme- Bestandteile der Gesamtanlage, und das Umfunkaustauscher auszurüsten, während bei einer Verwen- tionieren der Anlage von der einen Betriebsart in dung des gleichen Triebwerks für ein Notstrom- die andere ist hierbei ein Umschaltproblem mit beaggregat, das selten und dann nur kurze Zeit läuft, 30 weglichen Schaltgliedern.

auf den Einbau eines teueren Wärmeaustauschers Schließlich ist nach der britischen Patentschrift

verzichtet werden kann. 955 014 ein aus einem Gasturbinenstrahltriebwerk

Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Gastur- und einem Staustrahltriebwerk bestehendes Kombibinentriebwerk der eingangs genannten Gattung nationstriebwerk bekannt, bei dem eine zweite rückgemäß der Erfindung vorgeschlagen, zum Betrieb des 35 wärtige Brennkammer durch einen Schieber bei Triebwerks in an sich bekannter Weise mit Wärme- Staustrahlbetrieb wechselweise geöffnet und bei austausch zwischen den Turbinengasen und der Ver- Gasturbinenbetrieb geschlossen wird. Dieser Schiedichterluft am Brennkammereintritt, und zwar noch ber ist ebenfalls ein integraler Bestandteil der Triebvor den in der Flammkammer angeordneten Ein- Werksanlage und ein unter großen thermischen Beströmöffnungen für die Sekundärluft ein die Flamm- 40 lastungen stehendes, bewegliches und damit einem kammer konzentrisch umschließendes, rohrförmiges erhöhten Verschleiß unterworfenes Bauteil, bei dem Absperrelement (Absperr-Rohr) zum Verhindern des eine längere Betriebsfähigkeit folglich in Frage geunmittelbaren Uberströmens der Luft vom Verdich- stellt ist.

ter in die Brennkammer zu installieren, das einerseits Durch die Erfindung wird nicht nur mit geringem

lösbar am Brennkammeraußengehäuse befestigt und 45 baulichen Aufwand bei Wärmeaustauschbetrieb des

andererseits über eine Abdichtung beweglich mit Gasturbinentriebwerks eine Absperrung des direkten

der Flammkammer oder mit einem zum Turbinenein- Weges zwischen dem Verdichteraustritt und dem

lauf führenden Treibgaskanal verbunden ist, und Brennkammereintritt erreicht, sondern auch eine

nach dem Verdichter am Triebwerksgehäuse und Grundlage für die Installierung einer für sich bau-

am Brennkammeraußengehäuse je einen Anschluß- 50 lieh und mechanisch einfach ausgeführten Leitung

stutzen vorzusehen, die bei Wärmeaustauschbetrieb zur Umgehung des erfindungsgemäßen Absperrele-

beide zum Anschluß einer an sich bekannten Umge- ments und zur Anordnung eines Wärmeaustauschers,

hungsleitung mit Wärmeaustauscher für die Ver- d. h. einer Umgehungsleitung ohne störanfällige Um-

dichterluft dienen. schaltorgane zum Steuern der Anschlüsse auf Seiten

In Ausgestaltung der Erfindung ist am rohrförmi- 55 des Verdichters und der Brennkammer geschaffen,

gen Absperrelement einerseits ein Befestigungsflansch Somit stellt das erfindungsgemäße Absperrelement

zur lösbaren Verbindung mit dem zweiteilig ausge- ein mechanisch einfaches Bauteil dar, das infolge

bildeten Brennkammeraußengehäuse vorgesehen und Fehlens beweglicher Schaltglieder, jedoch wegen

andererseits ein Abdichtring angeordnet. einer eine gegenseitige Verschiebbarkeit zwischen der

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am 60 heißeren Flammkammer und dem kühleren Brennhinteren Ende der Flammkammer oder am vorderen kammeraußengehäuse zulassenden Abdichtung abso-Ende des Treibgaskanals ein Bund vorgesehen, in lut betriebssicher arbeitet. Zudem beansprucht das dem federnde Dichtringe eingesetzt sind, die mit dem Absperrelement keinen zusätzlichen Einbauraum.
Abdichtring des Absperrelements zusammenarbeiten. Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nach-Hierbei überdecken der vorgenannte Bund und der 65 folgenden Zeichnungsbeschreibung hervor.
Abdichtring den zwischen der Flammkammer und In der Zeichnung, die ein Gasturbinentriebwerk dem Treibgaskanal vorgesehenen Wärmeausdeh- im Mittellängsschnitt zeigt, ist ein Ausführungsbeinungsspalt. spiel der Erfindung dargestellt.

Das Gasturbinentriebwerk besteht in der Hauptsache aus einem Verdichter 11, einer Umkehrbrennkammer 12 mit einer Flammkammer 13 und einem Außengehäuse 14, einer Verdichterturbine 15 und einer Nutzleistungsturbine 16. Zwischen dem Verdichteraustritt 11 α und dem Brennkammereintritt 17 ist eine die Verdichterluft 18 aufnehmende Kammer 19 mit einem verhältnismäßig großen Volumen (Vorvolumen) vorgesehen. Bei Betrieb des Gasturbinentriebwerks ohne Wärmeaustauscher strömt die Verdichterluft 18 zwischen der Flammkammer 13 und dem Außengehäuse 14 (in diesem Betriebsfall ist noch kein Absperrelement 27, das später noch näher beschrieben wird, eingebaut) als Primär- und Sekundärluft (durch Öffnungen 37) in den Innenraum der Flammkammer 13 ein, in die gleichzeitig Brennstoff mittels einer Düse 20 eingespritzt wird. Durch Verbrennung entstehen Treibgase 21, die über den Turbineneintritt 22 zunächst durch die den Verdichter 11 über eine Welle 26 antreibenden Turbinen 15 strömen und anschließend die von der letzteren mechanisch getrennte Nutzleistungsturbine 16 beaufschlagen, die ein nicht gezeichnetes Untersetzungsgetriebe antreibt. Die Abgase 24 gelangen im vorliegenden Betriebsfall durch den Turbinenauslaß ins Freie.

Die Umrüstung des Gasturbinentriebwerks auf Wärmeaustauschbetrieb geschieht in baulicher und montagemäßiger Hinsicht in einfacher Weise. Zu diesem Zweck wird zwischen dem Brennkammergehäuse 14 und der Flammkammer 13 im Bereich des Brennkammereintritts 17 ein Absperrelement in Form eines Absperr-Rohres 27 eingebaut, das einerseits einen radial gerichteten Flansch 27 α aufweist, mit dem es am zweiteilig ausgebildeten Brennkammeraußengehäuse 14 zwischen zwei Flanschen 14 a und 14 b desselben (durch Schrauben) lösbar befestigt ist. Andererseits ist am zylindrischen Teil des Absperrrohres 27 ein Abdichtring 27 b vorgesehen, innerhalb dem ein in Strömungsrichtung der Treibgase 21 am vorderen Ende des Treibgaskanals 29 befestigter Bund 30 angeordnet ist, in dem in radialer Richtung federnde Abdichtringe 31 (Kolbenringe) eingesetzt sind.

Außer dem Absperrelement 27 wird bei Wärmeaustauschbetrieb des Triebwerks eine Umgehungsleitung 33 installiert, die über einen Wärmeaustauscher 34 führt, der außerdem von den die Nutzleistungsturbine 16 verlassenden Abgasen 24 a beaufschlagt wird, die ihre Wärme an die Verdichterluftl8a abgibt, die nach Einbau des Absperrelementes 27 gezwungen wird, über die Umgehungsleitung 33 zu strömen. Für den Anschluß derselben sind an der Kammer 19 und am Brennkammeraußengehäuse 14 entsprechende Anschlüsse 35 und 36 vorgesehen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk, im wesentlichen bestehend aus mindestens einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer, mindestens einer Verdichterturbine und gegebenenfalls mindestens einer Nutzleistungsturbine, wobei die Brennkammer oder Brennkammern als Umkehrbrennkammern mit einer Flammkammer und einem Außengehäuse ausgebildet sind, zwischen denen der Eintritt der den Verdichter verlassenden Luft (Verdichterluft) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb des Triebwerks in an sich bekannter Weise mit Wärmeaustausch zwischen den Turbinengasen (24 a) und der Verdichterluft (18 a) am Brennkammereintritt (17), und zwar noch vor den in der Flammkammer (13) angeordneten Einströmöffnungen (37) für die Sekundärluft ein die Flammkammer konzentrisch umschließendes, rohrförmiges Absperrelement (Absperr-Rohr 27) zum Verhindern des unmittelbaren Überströmens der Luft (18) vom Verdichter (11, 11 a) in die Brennkammer (12) installiert ist, das einerseits lösbar am Brennkammeraußengehäuse (14) befestigt und andererseits über eine Abdichtung (30, 31) beweglich mit der Flammkammer (13) oder mit einem zum Turbineneinlauf (22) führenden Treibgaskanal (29) verbunden ist, und daß nach dem Verdichter (11, 11 a) am Triebwerksgehäuse und am Brennkammeraußengehäuse (14) je ein Anschlußstutzen (35 bzw. 36) vorgesehen ist, die für den erwähnten Betriebsfall beide zum Anschluß einer an sich bekannten Umgehungsleitung (33) mit Wärmeaustauscher (34) für die Verdichterluft (18 ä) dienen.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am rohrförmigen Absperrelement (27) einerseits ein Befestigungsflansch (27 a) zur lösbaren Verbindung mit dem zweiteilig ausgebildeten Brennkammeraußengehäuse (14) vorgesehen und andererseits ein Abdichtring (27 b) angeordnet ist.

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende der Flammkammer (13) oder am vorderen Ende des Treibgaskanals (29) ein Bund (30) vorgesehen ist, in dem federnde Dichtringe (31) eingesetzt sind, die mit dem Abdichtring (27 b) des Absperrelementes (27) zusammenarbeiten.

4. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (30) und der Abdichtring (27 b) den zwischen der Flammkammer (13) und dem Treibgaskanal (29) vorgesehenen Wärmeausdehnungsspalt (32) überdecken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen