DE2116654A1 - Gasturbine - Google Patents

Description

• Gasturbine.
• Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinen u.zw. sowohl solche, die mechanisme Arbeit an eine Welle abgeben, als auch solche, bei denen nur die Reaktionskraft der austretenden Gase, z.B. zum Antrieb von Flugzeugen benutzt wird. Die Wärmezufuhr zutun Luft- oder Gasstrom durch die Turbine kann dabei durch innere Verbrennnng oder durch Wäremübertragung über entsprechende Wandungen von außen erfolgen.
• er wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, daß der Verdichter - bzw. bei einem Inehrstufigen Verdichter dessen letzte Stufe - und die Expansionsmaschine - bzw. bei nehrstufigen Expansionsmaschinen deren erste stufe - mit de£n Verbrennungsraum - bzw. mit dem Wärmetauscher im Falle einer Maschine mit äußerer Verbrennung - rotiert.
• Bei den bekannten Gasturbinen, deren Verbrennungsraull nicht rotiert, ist die Festigkeit der Schaufeln der letzten Stufe des Verdicnters und insbesondere der ersten Stufe der Zxpansionsmaschine infolge der hohen Temperatur der Gase und durch raschen Temperaturwechsel gefährflet bei der vorliegenden Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch vermindert, daß das Mittelstück der Turbine, d.h.
• die letzte Verdichterstufe, der Verbrennungsraum und die erste Expansionsstufe aus durchgehenden Kanälen besteht, die so gekrümmt sind, daß das eintretende Gas in diesen zunächst verdichtet wird und vor dem Austritt wieder annähernd adiabatisch expandiert. Zu diesem Zweck ist die Form der Kanäle sordaß am Eintritt die Richtung der Kanalwände in Richtung der Geschwindigkeits Komponente des Gasstromes verläuft. Die Gasgeschwindigkeit ist a; eintritt im Raum in axialer Richtung am größten. Eine beschränkte radiale Komponente ist dabei möglich. Nach dem Eintritt wird der Gas strom in radialer Wichtung nach außen umgelenkt. Bei der dann erfolgenden Bewegung mit komponente in radialer Richtung wird die Verdichtung des Gases bewirkt. Im Anschluß daran wird das Gas in axialer und gleichzeitig in Umfangsrichtung durch die Kanäle gleitet. Die Bewegungskomponente in Umfangsrichtung erfolgt in Drehrichtung. Dadurch wird der Druck erhöht, was zur Erhöhung des Wirkungsgrades führt. Die Verbrennung erfolgt in diesem Teil der Kanäle. Nach der Verbrennung wird das Gas wieder in radialer Richtung in Richtung zur Achse der Maschine umgelenkt. Dabei wird durch die Koriolisbeschleunigung Energie an die Wandung der Kanäle abgegeben, die von der Welle abgenommen werden kann oder - z.B. bei Verwendung als Antrieb für Flugzeuge - zur Verdichtung der eintretenden Gase dient. Vor dem Austritt wird das Gas dann noch durch die Kanälwände in axiale Richtung im Raum ungelenkt.
• Die Konstruktion hat den Vorteil, daß die heißen Gase eine Kanten, z.B. von Schaufeln beaufschlage-n, sondern nur an den glatten Wänden der Kanäle enttangstreichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Übergang des Gasstromes von der rotierenden letzten Verdichterstufe in einen feststehenden Teil (Verbrennungsraum) und der Übergang von diesem feststellenden Teil in die erste rotierende Stufe der Expansionsmaschine vermieden wird. Bei solchen Übergängen

  entsteizellle

  Strömungsverluste, die den Wirkungsgrad der Maschine vermindern. Solche Veluste werden in der vorliegenden Erfindung also stark vermindert.
• Die konstruktiven Einzelheiten seien anhand der Zeichnungen erläutert: Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch das Mittelstück einer Turbine, d.h. ohne evtl. zusätzliche Stafen, z.B.
• Axialstufen auf der Verdichterseite und auf der Seite der Expansionsmaschine.
• Fig. ist ein Teil des Schnittes A-B nach Fig. 1.
• Fig. 3 stellt die Abwicklung entsprechend C-D nach Fig. 2 dar.
• Durch den nicht rotierenden Kanal 1 tritt Luft in Richtung der Pfeile 2, d.h. in etwa in axialer Richtung in den Läufer 3 der Maschine ein, der mit der Welle 4 verbunden ist. Daren die Kanäle 3 des Läufers wird sie dem nicht rotierenden Kanal G zugeführt, durch den sie die Maschine wieder in axialer Richtung, entsprechend der Richtung der Pfeile 7 verläßt, Durch Düsen 8, 8' wird flüssiger oder gasförmiger Brennstoff in den Luftstrom gefördert, der dort verbrennt.
• Die Kanäle 5 verlaufen in ihrem mittleren, d.h. achsfernen Teil in axialer Richtung oder schraubenförmig, so daß bei der Drehrichtung entsprechend Pfeil 9 in diesem Bereich die Umfangsgeschwindigkeit des Gases im Kanal 5 höher als -die Drehgeschwindigkeit des Läufers ist. Am Eintritt 10 bzw. Austritt 11 sind die- Kanäle 5 so geformte daß der Luftstrom bei - im-Raum - axialen Eintritt komprimiert wird und eine ernöhte Geschwindigkeit erhält (d.h. daß ihm Energie von der Welle über die Wandungen der Kanäle zugeführt wird) bzw. bei -im taum -axialem Austritt auf den gewünschten Druck expandiert (und dabei Energie über die Wandung des Kanals an die Welle 4 abgibt. Diese Kompression bzw. Expansion und Geschwindigkeitsänderungen werden durch den örtlich verschiedenen Winkel zwischen den kanalwänden und der Achsrichtung sowie durch die Radialkomponente der Hichtung der Kanalwände in bekannter Weise erreicht.
• Weitere Stufen zur. Vergrößerung des Druckgefälles bei der ivonpression und Expansion sind bei ruhenden Maschinen oder mit geringer Geschwindigkeit bewegten z.B. als Fahrzeugantrieb angebracht. Bei hoher Geschwindigkeit, z.B. bei Flugzeugen, erhöht der Staudruck das Druckgefälle, so daß sie entfallen können.

Claims (4)

atentansprüche.

1. Gasturbine daruch gekennzeichnet, daß die Teile des hittelstücks bestehend aus der letzten Verdichterstufe, dem Verbrenllgngsraum und der ersten Stufe der Expansionsmaschine fest miteinander verbunden rotieren.

2. Gasturbine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelstück aus Kanälen besteht, die bei axialem Eintritt und Austritt des Gasstromes diesen nach dem Eintritt bzw. vor dem Austritt in Umfangsrichtung und radialer Richtung umlenken.

3. Gasturbine nach Anspruch 1 und 2 daurch gekennzeichnet, daß der achsferne Teil der Kanäle schraubenförmig um die Achse der Turbine geführt ist.

4. Gasturbine nach Anspruch 1, 2 und 3 daurch gekennzeichnet, daß die Turbine außer dem Mittelstück eine beliebige Anzahl von weiteren Stufen zur Verdichtung und Expansion des Gases besitzt.

L e e r s e i t e