DE1426793A1

DE1426793A1 - Stroemungsmaschine mit Entspannung und Verdichtung in der gleichen Laufradstufe und mit tangentialem Stroemungsverlauf im Aussenbereich des Laufrades

Info

Publication number: DE1426793A1
Application number: DE19641426793
Authority: DE
Inventors: Bachl Dr-Ing Herbert
Original assignee: BACHL DR ING HERBERT
Current assignee: BACHL DR ING HERBERT
Priority date: 1964-04-15
Filing date: 1964-04-15
Publication date: 1969-03-20
Also published as: BE662374A; US3306574A; NL6502044A; AT255840B; GB1066531A; SE311099B; CH455399A

Description

Strömungsmaschine mit EntsPannung und Verdichtung in der gleichen Laufradstufe und mit tangentialem Strömungsverlauf im Aussenbereich des Laufrades." Es ist bekannt, Sohaufeln von Axialmaschinen hohl auszuführen, sodass ein zweites Arbeitsmittel- z.B. zu Kühlzwecken - das glei che Laufrad radial durchströmen kann. Es ist auch bekannt, die Entspannungsenergie einer Axialströmung zur Verdichtung des Radial stromes auszunutzen und nur die Differenzenergie über die Welle zu Ubertragene Die bekannten Ausführungen. haben jedoch den Nachteil, dass nicht beide sich kreuzenden Strömungswege stromungstechnisch optimal aus gebildet werden können, sondern bei der Querschnffittagestaltung auf den Raumbedarf des zweiten Strömungsaystems Rücksicht genommen werden muss. Es ist ferner schwierig, Verdichtung und Entspannung mit dem gleihhen Arbeitsmittel in den gleichen thermodynamischen Prozess einzuschalten, da die Axialströmung mit hohen Liefer- und kleinen Druckzahlen, die Radialsträmung bei der gegebenen gleichen Drehzahl mit niedrigeren Lief er- und höheren Druckzahlen verläuft.
Diese Nachteile werden vermieden, wenn beide Strömungswege etsprechend den Anmeldungen B 63549 und B 63467 im Meridianschnitt im mittleren Bereich des Laufrades radial, im äusseren tangential-oder sehr angenähert tangentisl-, ferner mit Axialkomponenten zumindest im inneren und mittleren Bereich ausgeführt werden. Maschinen dieser Bauart sind in Fig. 1 im Meridian-, in Fig.2 im Axialschnitt dargestellt, Die zum Umsatz von Druck in@@ Geschwindigkeit, bezw. von Geschwindigkeit in Druck erforderlichen, dem Laufrad vor- bezw. nachgeschalteten Leitelemente sind der Einfachheit halber nicht vollständig gezeichnet. Diese Maschinen haben die Besonderheit, dass die im äusseren Bereich des Laufrades in tangentiale Schaufeln auslaufenden Strömungswege im mittl'eren Bereich die Form von Kanälen besitzen, die durch eine Materialanhäufung voneinander getrennt sind. Der Heridianschnitt dieser Maschine zeigt also ein ähnliches Bild, wie der Axialachnitt von Hakenschau feln von einigen Axialturbinen. Diese Materialanhäufung kann nun, wie in Fig. 4 dargestellt, zur Kreuzung der Kanäle des zweiten Strömungssystems ausgenutzt und somit jeder Strömungsweg optimal gestaltet werden, ohne dass sich beide Systeme in der Platzbeanspr ohung nennenswert beeinflussen.
Die vorgesdhlsgene Konstruktion übernimmt die elemente dernin Fig.
1 und 2 dergestellten Maschine mit der Ergänzung, dass der Radialteil der Strömungswege im Axialechnitt schräg angeordnet, d.h. zumindestens auch im Kreuzungsbereich mit einer Axialkomponente ausgeführt ist. Es müssen also in mindestens einer Lauf- bezw. Leitradstufe mindestens zwei nicht miteinander verbundene Systeme von Strömungswegen vorhanden sein, wobei in einem System ein Arbeitsmittel entspannt, in einem zweiten ein (oder das gleiche) Arbeitsmittel verdichtet wird. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 3 im Axialschnitt Die beiden abgewickelten Systeme von Strömungswegen 8ii im Meridian schnitt in Fig. 4 und 5 dargestellt. In Fig. 3 wurde der Eintritt in die Entspannungskanäle A-A, die von einem Arbeitsmittel im Laufrad zentripetal durchströmt werden, mit a, der Eintritt in die verdichterkanäle B-B, die von eins Arbeitsmittel im gleichen Lauf rad zen-

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durchströmt werden, mit b bezeichnet. Zm Aussenbereich des Laufrades münden die Kanäle tangential an dessen Stirnseiten -es ist such möglich, sie an Zylinder- oder Kegelflächen münden zu lassen. Beide Arbeitsmittel strömen axial gleichlaufend, radial gegen läufig, um bei der für ####### beide Zustandsänderungen gleichen Drehzahl optimale Auslegungsbedingungen zu erreichen.
Der tedhnische Fortschritt gegenüber bekannten Kombinationen von Axial- und Radialströmungen besteht darin, dass beide Strömungswege ohne wesentliche gegenseitige Beeinflussung in Formgebung und Platæbedarf optimal gestaltetet werden können und dass es möglich ist beide Zustandsänderungen hinsichtlich Liefer- und Druckzahlen so aufeinander abzustimmen, dass die gleiche Menge des gleichen Arbeits mittels im gleichen thermodynamischen Prozess verwendet werden kann, wobei zum Ausgleich noch einige reine Verdichter-(oder Entspanner-) stufen nachgeschaltet werden können.
Bild 6 zeigt das Schemax eines Anwendungsbeispiels der Maschine für einen ###### offenen Gasturbinenprozess: Die Brennstoffeinspritzung wurde mit 1, die Brennkemmer mit 2 bezeichnet. 3 ist die Zufuhr der heissen Verbrennungsgase zu deg Entspannungs-, 4 der Lufteintritt z@ den Verdichtungskanälen der Maschine 5. Die teils durch den Verdichtungs-, teils durch den Kühlvorgang (innere Regenarativvorwärmung) erwärmte und gegebenenfalls in weiteren reinen Verdichterstufen auf den gewünschten Enddruck gebrachte Luft tritt bei 6 in einen äusser Regenerativvorwärmer 7 und aus diesem bei 8 in die Brennkammer. Die entspannten Verbrennungsgase verlassen die Maschine bei 9 und den Vorwärmer bei lOo

Claims

Patentansprüche: 1.) Strömungsmaschine mit im mittleren Bereich des Laufrades radialer und axialer, im äusseren tangentialer oder sehr angenähert tangentialer Strömungsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Laufradstufe mindts@ens zwei Systeme von nicht mit einander verbundenen Strömungswegen der beschriebenen Ausführung derart angeordnet sind, dass sich beide Systeme ohne sich gegenseitig im Platzbedarf wesentlichj zu beeinflussen im mittleren Bereich der Stufe kreuzen und von Je einem oder dem gleichen Arbeitsmittel in axialer Richtung gleichlaufend, in radialer gegenläufig derart durchströmt werden, dass im zentripetel durchflossenen System eine Entspannung, im zentrifugal durchstromten eine Verdichtung erfolgen.
2.) Strömungsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor, zwischen oder nach den Laufradatufen Leitradstufen nach sm gleichen Konstruktionsprinzip angeordnet sind.
3.) Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekehnzeichnet, dass die Öffnungen der Lauf- bezw. Laitradstufen im äusseren, tangential verlaufenden Bereich an Stirn-, Kegel- oder Zylinder flächen zur Drehachse münden.
4.) Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennr zeichnet, dass zwischen den oeffnungen der Strömungswege der Entspannung und der Verdichtung an Lauf- und Leiträdern Dichtungselemente en sich bekannter Ausführung angeordnet sind.
5.) Strömungsmaschine nach Anspruch 1 oder 1 und 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wandatärken zwischen den Strömungswegen so bemesss werden, dass sie einerseits ausreichende mechanische festigkeit zur gbertragung der differenzenergie auf die Welle besitzen, andererseit. ein inte@nsiver Wärmeübergang von Kanälen, in denen eine Arbeitsmittel auf hohem Temperaturniveau entspannt wird, zu Kanä@len, in denen eine Verdichtung bei niedrigem Temperaturniveau erfolgt, möglich ist