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1. Konstantin Ivanovic Zdanov, Stupino/UdSSR 2. Aleksandr Grigorjevic
Tomilin, " 3. Anatolij Michajlovic Poljakov " 4. Andrej Aleksandrovic Luzin " 5.
Gennadij Petrovic Kajnov " 6. Jurij Nikolajevic Vasiljev, Moskau /UdSSR 7. Nikolaj
Andrejevic Seremet " 8. Jurij Georgijevic Bechli " 9. Jevgenij Petrovid Fedorov
II GASTURBINENANLAGE Die vorliegende Erfindung betrifft Gasturbinenkraftanlagen,
insbesondere Anlagen mit einer Gegenstrombrennkammer. In diesen Kraftanlagen sind
die Turbinen hinter dem Kompressor in Strömungsrichtung der Luft angeordnet, während
die Brennkammer die Turbine über ihre gesamte Länge umgibt.
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FUr eine Gasturbinenkraftanlage sind<besonders wiohtig>sol
che technischen Daten wie gedrängte Anordnung, Gewioht und Betriehsauer.
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Haupt besonderheit der erfindungsg;emäßen Anlage bildet die Verbindung
des Stators des Kompressors mit dem Turbinonstator.
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In den allgemein bekannten Anlagen, die eine Gegenstrombrennkammer
enthalten, wird der Stator des Kompressors mit (die)-dem der Turbine Uber den Leitapparat
der Turbine oder über das Brennkammergehäuse verbunden. Im ersten Fall ist der Leitapparat
der Turbine neben den hohen Wärmebelastungen auoh den meohaolsohen Beanspruohungen
ausgesetzt, was die Betriebsdnuor der
Kraftanlage beschränkt. Im
zweiten Fall stellt die Brennkammer ein Kraftelement dar und dies erhöht das Gewicht
der Brennkammer und der gesamten Anlage.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Gasturbinenanlage,
in der die genannten Nachteile behoben sind.
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In dieser Anlage ist der Stator des Kompressors mit dem Turbinenstator
so verbunden, daß der Leitapparat der Turbine und die Brennkammer keine Verbindungselemente
sind. Das gestattet, die Betriebsdauer der Anlage zu verlängern und deren Gewicht
zu vermindern.
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Erfindungsgemäß ist der Stator des Kompressors, dessen erste Stufe
eine Diagonalstufe und die darauffolgenden Stufen die axialen sind, mit dem Eintrittsteil
des Stators der Turbine über das Diffusorgehäuse verbunden, wobei ein Ausgleich
der Temperaturverformungen von Diffusorgehäuse und Turbinenstator möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausiührungsvariante der Gasturbinenanlage ist
es erfindungsgemäß sreokmäßig, den Stator der Turbine mit dem Gehäuse des Diffusors
mittels der Diffusorstützen zu verbinden.
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Nicht weniger zweckmäßig ist es auch, im Gassamler an den Stellen,
wo die Stützen des Diffusorgehäuses angeordnet sind, Hohlrippen zur Unterbringung
der genannten Stutzen vorzusehen.
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Zum Ausgleioh der Temperaturverformungen des Diffusor häuses und
des Stators der Turbine werden zweckmäßigerweise im Teil, der das Diffusorgehäuse
mit dem Turbinenstator verbindet, Gleitsttioke vorgesehen, die mit dem genannten
Gehäuse mittels Sohuben verbunden sind, von denen Jede je zwei Scheiben mit
sphärischen
angrenzenden Oberflächen aufweist, wobei eine Scheibe eine konvexe und die andere
eine konkave Oberfläche hat, Es ist wünschenswert, die Gleitstücke in Radialnuten
des Turbinenstators anzuordnen.
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Die bevorzugte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfind, dung
wird durch die nachstehende Beschreibung und Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig.
1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage im Längsschnitt;
Fig. 2 Schnitt II-II der Fig. 1 (vergro"ßert); Fig. 3 Teil, der die Diffusorstützen
mit dem Stator der Turbine verbindet (vergrößert dargestellt); Fig. 4 Schnitt IV-IV
der Fig. 3 (vergrUßert); Fig. 5 Schnitt V-V der Fig. 1 (vergrößert).
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Die in Fig. 1 dargestellte Gasturbinenanlage weist einen Kompressor
1, einen Diffusor 2, eine Turbine 3 und eine Brennkammer 4 auf, die um die Turbine
3 herum angeordnet ist. Die Turbine 3 dreht den Kompressor 1 sowie eine Einrichtung,
für welche sie als Antrieb (in den Zeichnungen nicht wiedergegeben) dient.
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Das Gehäuse des Diffusors 2 verbindet den Stator des Kompressors
1 mit dem Eintrittsteil des Stators der Turbine 3. Im Verbindungsteil 5, der den
Diffusor mit dem Turbinenstator verbindet, werden die Temperaturverformungen des
Diffusorgehäuses und des Turbinenstators ausgeglichen.
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Der Kompressor 1 weist eine Diagonalstufe 6 sowie axiale Stufen 7
aui, die aufeinanderfolgend hinter der Diagonalstu fe 6 angeordnet sind. Bei gleicher
Forderung ist die Diagona3-
stufe des Kompressors durch grdßeres Druckverhältnis sowie durch eine höhere Temperatur
der Luft am Austritt im Vergleich zu einer axialen Stufe gekennzeichnet. Eine höhere
Temperatur der Luft hinter der Diagonalstufe bedingt niedere Werte der ach-Zah1
am Austritt aus dieser Stufe. Das gibt die Möglich keit, den Grad der Druckerhöhung
in den darauffolgenden axialen Stufen im Vergleich zu axialen Stufen eines Nuraxialkompressors
zu vergrößern. Eine Verbindung der diagonalen Uberschallstufe mit den darauffolgenden
axialen Stufen gestattet es, einen Hochdruckkompressor bei einer im Vergleich zu
einem Nuraxialkompressor geringeren Stufenzahl herzustellen, und gibt die Möglichkeit,
die axialen Abmessungen der Kraftanlage sowie deren Gewicht zu vermindern.
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Der Kompre-ssor 1 enthält einen Läufer 8 und einen Stator.
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9. Im Diffusor 2, der hinter dem Kompressor 1 angeordnet ist, dehnt
sich die Luft aus, was eine Senkung der Geschwindigkeit des Stromes und eine weitere
Erhöhung des Druckes verursac}lt.
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Am Kreisumfang des Diffusors 2 im Ringkanal 10 sind Stützen 11 anyeordnet,
wie sie in Fig. 2 dargestellt sind.
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Hinter dem Diffusor 2 (Fig. 1) ist die Turbine 3 angeordnet,die einen
Läufer 1a und einen Stator 13 enthält. Der Turbinenläufer 12 ist mittels der Welle
14 mit dem Läufer 8 des Kompressors verbunden, und die beiden Läufer drehen sich
an drei Lagerungen 15, von denen eine im Stator 9 des Kompressors und die zwei anderen
- im Diffusor 2 untergebracht sind.
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Dia Einrichtung, die durch die Turbine angetrieben wird, ist mit dieser
mittels einer Welle 16 verbunden, die mit dem Läufer 8 des Kompressors gekoppelt
wird. Der Eintrittsteil des
Stators 13 der Turbine ist mit den Diffusorstützen
11 verbunden. Eine Zentierung des Diffusors 2 gegenüber dem Stator 13 sowie dessen
Verbindung mit diesem wird mittels des Verbindungsteiles 5 verwirklicht. Da der
Leitapparat 17 der Turbine zur Verbindung des Diffusors 2 mit dem Stator 13 nicht
verwendet wird, ist er keinen mechanischen Belastungen ausgesetzt.
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Der Diffusor 2 und der Stator 13 befindet sich in ien Wärme zonen
mit verschiedenen Temperaturen, was ihre verschiedene Wärmedehnung bedingt und ein
Verziehen dieser hervorrufen kann. Versohiedene Wärmedehnung der Teile 2 und 13
wird durch den Verbindungsteil 5 ausgeglichen, welcher wie folgt ausgeführt worden
ist: am Eintrittstbil des Stators 13 der Turbine ist der Flansch 18 (Fig. 3, 4)
mit mehreren Radialnuten 19 angeordnet. Die Anzahl der Nuten ist der Zahl der Stützen
11 des Diffusors 2 gleich. In jeder von diesen Nuten ist ein Gletstück 20 angeordnet,
das sich innerhalb der Nut in Radialrichtung an den Oberflächen 21 verschieben kann.
Die Dicke des Gleitstückes 20 kann die des Flansches 18 etwas überschreiten.
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Durch das Gleitstück 20 ist eine Paßschraube 22 geführt, dí, mit der
Stütze 11 des Diffusors verbunden ist, Dabei wird eine Verbindung der Stütze 11
mit dem GleitstUck 20 und dem Flansch 18 hergestellt. Zwischen dem Gleitstück 20
und dem Kopf 23 der Schraube sind zwei Soheiben 24 angeordnet, die anliegende sphärische
Oberflächen-eine konvexe 25 a bei einer Scheibe und eine konkave 25 b bei der anderen
Scheibe -aufweisen. Diese Scheiben tragen zur Verminderung der meohanisohen Beanspruchungen
in der Schraube 22 bei radialer Ver-Schiebung der Stützen 11 des Diffusors gegenüber
dem Flansch
18 bei. Eine Zentrierung der Schraube 22 gegenüber der
Stütze 11 und dem Gleitstück 20 wird an der zylindrischen Fläche 26 vorgenommen.
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Um die Turbine 3 (Fig. 1) herum ist die Brennkammer 4 angeordnet,
deren Länge der Turbinenlänge gleich ist. Da die Brennkammer 4 zur Verbindung des
Stators des Kompressors mit dem Stator der Turbine nicht verwendet wird, stellt
sie kein Kraftelement dar. Dies ermöglicht, das Gewicht des Gehäuses der Verbrennungsksmmer
und der gesamten Anlage zu vermindern.
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Die Brennkammer 4 enthält ein Gehäuse 27, ein Flammrohr 28 und einen
Gassammler 29. Das Gehäuse 27 verbindet den Difr fusor 2 mit dem Austrittsteil des
Stators 13 der Turbine, bildet jedoch dabei kein Kraftelement. Das Flammrohr 28
ist um die Turbine 3 herum in einem ringförmigen Raum zwischen dem Stator 13 und
dem Kammergehäuse 27 untergebracht. Es kann aus mehreren röhrenartigen Elementen
bestehen sowie auoh ringförmig wie es Fig 1 zeigt, ausgeführt sein. Der Gassammler
29, der das Flammrohr 28 mit dem Eintritt 30 in die Turbine verbindet, ändert(um
18002 die Bewegungsrichtung des aus dem Flammrohr austretenden Gasstromes 1n dem
ringförmigen Gas sammler 29 sind Hohlstützen 31 (Fig. 1,5) ausgebildet. Innerhalb
dieser Hohlstützen sind die Diffusorstlltzen 11 geführt, welche den Diffusor 2 mit
dem Eintrittsteil des Stators 13 verbinden. Das Flammrohr 28 und der Gassammler
29 sind innerhalb des Gehäuses 27 mittels der radialen Zentrierungselemente 32 aufgestellt,
die am Umfang dieses Kammergehäuses gleichmäßig verteilt sind. Die Wände des Flammrohrea
28 (Fig. 1) und die des Gassammlers 29 bilden zusammen mit dem Gehäuse 27 und dem
Stator
13 der Turbine die Ringkanäle 33, über welche die Preßluft vom Kompressor 1 zu den
Öffnungen 34 gelangt, die in der Außen- und in der Innenwand des Flammrohres ausgeführt
sind.
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Wie die Fig. 5 zeigt, besteht zwischen der Rohrstütze 31 und der
innerhalb dieser Hohlstütze angeordneten Stütze 11 des Diffusors ein Ringkanal 35.
Über diesen Kanal wird die Luft von dem Kompressor den Uffnungen 34, die an der
Innenwand des Flammrohres 28 angebracht sind, zugeführt, indem sie die Diffusorstützen
11 abkühlt.
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Im Flammrohr 28 (Fig. 1), wo die Preßluft mit Brennstoff vermischt
wird, findet die Verbrennung des Brennstoff- Luft-Gemisches statt. Die Zuführung
des Brennstoffes ins Flammrohr wird durch die Brennstoffdüsen 36 vom Verdampfungstyp
vorgenommen. Der Strom der Heißgase wird über den Gassammler 29 der Turbine 3 zugeleitet,
indem er durch die Kanäle 37 zwischen den Hohlstützen 31 geführt wird. Die Abgase
treten durch die Auslaßeinrichtung 38 in die Atmosphäre aus.
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Die Preßluft kann durch die Rohrleitung 39, die hinter dem Diffusor
2 angeordnet ist, entnommen und für verschiedene Zwecke verwendet werden.
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Die oben beachrisbene Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ermöglichen
es, eine gedrängte Gasturbinenkraftanlage mit hohen technischen Daten herzustellen.