DE2340498C3

DE2340498C3 - Gas turbine system with a turbine wheel acted upon with air over part of its circumference

Info

Publication number: DE2340498C3
Application number: DE19732340498
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7500 Karlsruhe Striebich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1978-11-16
Also published as: DE2340498B2; DE2340498A1; FR2240356B3; FR2240356A1; GB1462458A; JPS5044308A; IT1017952B

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit einem Verdichter, einer Brennkammer und wenigstens einem axial durchströmten Turbinenrad, welches auf einem Teil seines Umfangs mit der Brennkammer zuzuführender Luft und auf einem anderen Teil seines Umfangs gleichzeitig mit heißen Verbrennungsgasen aus der Brennkammer beaufschlagbar istThe invention relates to a gas turbine system with a compressor, a combustion chamber and at least an axially flowed through turbine wheel, which on part of its circumference with the combustion chamber air to be supplied and on another part of its circumference at the same time with hot combustion gases can be acted upon from the combustion chamber

Bei Gasturbinenanlagen üblicher Bauart gelangt der ^o aus dem Verdichter kommende, komprimierte Luftstrom in die Brennkammer und von dort aus wird das Laufrad der Turbine mit Gasen sehr hoher Temperatur beaufschlagt Diese an sich zur Erzielung eines günstigen Wirkungsgrads anzustrebenden hohen Betriebstemperaturen erfordern jedoch die Verwendung eines warmfesten Werkstoffs bei der Herstellung des Turbinenlaufrads sowie eine räumlich sehr aufwendige Dimensionierung der Anlage, wodurch erhebliche Fertigungskosten entstehen. Zur Verbesserung des « thermischen Wirkungsgrads einer solchen Gasturbinenanlage ist es bekannt (US-PS 33 68 794), die das Laufrad beaufschlagenden Gase durch Leitschaufeln derart umzulenken, daß die Gase das Laufrad mehrmals hintereinander beaufschlagen. Hierdurch konnte jedoch der thermische Wirkungsgrad nur unwesentlich verändert werden, da bei Verwendung eines die Herstellungskosten senkenden billigen Werkstoffs die Verbrennungstemperatur nur unwesentlich erhöht werden kann, um eine Beschädigung des Laufrads, insbesondere durch die das Laufrad erstmals beaufschlagenden Gase zu vermeiden. Bei einer Gasturbine der eingangs genannten Art ist es bekannt (DE-AS 10 91815), den Verdichter über ein Antriebssystem mit einer ein Laufrad umfassenden Turbine zu verbinden. Die Brennkammer ist dabei in der Weise zur Turbine angeordnet, daß der vom Verdichter geförderte Luftstrom zuerst das Laufrad der Turbine beaufschlagt und dann in die Brennkammer gelangt. Hierbei ist jedoch besonders nachteilig, düß die bereits durch den Verdichter unter Leistungsaufwand komprimierte Luft das Laufrad beaufschlagt, so daß eine relativ große Luftmenge (bedingt durch die hohe spezifische Dichte der komprimierten Luft) von dem rotierenden Laufrad nutzlos zur Abgasleitung befördert wird, was sich *>"> entscheidend negativ auf den Wirkungsgrad einer so konzipierten Gasturbinenanlage auswirkt.In conventional gas turbine systems, the compressed air flow coming from the compressor reaches the combustion chamber and from there the impeller of the turbine is exposed to very high temperature gases Material in the manufacture of the turbine runner and a spatially very complex dimensioning of the system, which results in considerable manufacturing costs. To improve the «thermal efficiency of such a gas turbine system, it is known (US Pat. No. 3,368,794) to divert the gases acting on the impeller by means of guide vanes in such a way that the gases act on the impeller several times in succession. As a result, however, the thermal efficiency could only be changed insignificantly, since when using a cheap material that reduces manufacturing costs, the combustion temperature can only be increased insignificantly in order to avoid damage to the impeller, in particular from the gases acting on the impeller for the first time. In the case of a gas turbine of the type mentioned at the outset, it is known (DE-AS 10 91815) to connect the compressor to a turbine comprising an impeller via a drive system. The combustion chamber is arranged in relation to the turbine in such a way that the air flow conveyed by the compressor first acts on the impeller of the turbine and then reaches the combustion chamber. In this case, however, it is particularly disadvantageous that the air that has already been compressed by the compressor with expenditure of power acts on the impeller, so that a relatively large amount of air (due to the high specific density of the compressed air) is uselessly transported from the rotating impeller to the exhaust pipe, which is * >"> has a decisive negative effect on the efficiency of a gas turbine system designed in this way.

The object of the invention is to provide a gas turbine system

zu schaffen, bei der zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrads die Verbrennungstemperatur wesentlicherhöht werden kann.in which the combustion temperature is increased significantly to improve the thermal efficiency can be.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß die Saugleitung des Verdichters as den Auslaß des mit Luft beaufschlagten Teils der Turbine angeschlossen ist Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß in der Leitung zwischen dem Verdichter und der Brennkammer ein von den Turbinenabgasen beaufschlagter Wärmetauscher vorgesehen istThis object is achieved according to the invention that the suction line of the compressor as is connected to the outlet of the part of the turbine exposed to air It has been found to be particularly advantageous that in the line between the compressor and the Combustion chamber a heat exchanger acted upon by the turbine exhaust gases is provided

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Ansaugluft mit ihrer niedrigen Temperatur vor dem Verdichter durch das thermisch und mechanisch hoch belastete Laufrad der Turbine strömt, so daß durch die wechselnde Beaufschlagung des Laufrades mit kühler Ansaugluft und heißen Verbrennungsgasen ein sich auf die Temperatur des Laufrades vorteilhaft auswirkender Ladungswechsel -erzielt wird. Hierbei wird das Laufrad von der unverdichteten Luft beaufschlagt und somit aufgrund der kleinen spzifischen Dichte der nichtkomprimierten Luft nur eine geringe Menge der gesamten angesaugten Luft ohne wesentlichen Leistungsverlust direkt der Abgasleitung zugeführt Das Laufrad nimmt nur eine MiUeltemperatur zwischen Verbrennungsgas und Ansaugluft an, so daß preisgünstige Werkstoffe für das Laulirad verwendet werden können. Diese Vorteile treten insbesondere bei der Verwendung eines Wärmetauschers auf, wodurch eine Verringerung des Bauaufwands infolge kleinerer Dimensionierung vom Verdichter, der Brennkammer und des Wärmetauschers erzielt wirdThe advantages achieved by the invention are in particular that the intake air with their low temperature in front of the compressor due to the thermally and mechanically highly stressed impeller of the Turbine flows, so that by the alternating exposure of the impeller with cool intake air and hot combustion gases have a beneficial effect on the temperature of the impeller - is achieved. Here, the impeller is acted upon by the uncompressed air and therefore due to Due to the small specific density of the uncompressed air, only a small amount of the total air is sucked in Air is fed directly to the exhaust pipe without any significant loss of performance. The impeller only takes one Medium temperature between combustion gas and intake air, so that inexpensive materials for the Laulirad can be used. These advantages occur in particular when using a heat exchanger resulting in a reduction in construction costs due to the smaller dimensioning of the compressor, the combustion chamber and the heat exchanger is achieved

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigtTwo exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. It shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage ohne Wärmetauscher,F i g. 1 shows a schematic representation of the gas turbine system according to the invention without a heat exchanger,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der erfindühgsgemäßen Gasturbinenanlage mit Wärmetauscher.F i g. 2 is a schematic representation of the inventive Gas turbine plant with heat exchanger.

Die Gasturbinenanlage 1 nach F i g. 1 umfaßt eine Turbine 2 mit wenigstens einem Laufrad 3 axialer Bauart, einem Verdichter 4 und einer Brennkammer 5, der mittels einer Leitung 6 Brennstoff zugeführt wird, der durch eine nicht gezeigte Zündeinrichtung gezündet wird.The gas turbine system 1 according to FIG. 1 comprises a turbine 2 with at least one impeller 3 axial Construction type, a compressor 4 and a combustion chamber 5, which is fed by means of a line 6 fuel, which is ignited by an ignition device (not shown).

Die Ansaugluft wird durch eine Leitung 7 angesaugt, strömt zwecks Kühlung des Laufrads 3 durch dasselbe und wird dann über eine Leitung 8 dem Verdichter 4 zugeführt. Durch eine Leitung 9 wird die komprimierte Luft der Brennkammer 5 zugeführt, von der sie als heißes Verbrennungsgas über eine Leitung 10 zur Beaufschlagung des Laufrads 3 der Turbine 2 zugeführt wird, aus der sie durch die Leitung 11 als Abgas austritt.The intake air is drawn in through a line 7, flows through the impeller 3 for the purpose of cooling and is then fed to the compressor 4 via a line 8 fed. Through a line 9, the compressed air is fed to the combustion chamber 5, from which it is used as hot combustion gas is supplied to the turbine 2 via a line 10 to act on the impeller 3 from which it exits through line 11 as exhaust gas.

Die Gasturbinenanlage 12 nach Fig.2 umfaßt eine Turbine 2a mit wenigstens einem Laufrad 3a, einem Verdichter 4a, einem Wärmetauscher 13 und einer Brennkammer 5a, der mittels einer Leitung 6 Brennstoff zugeführt wird, der durch eine nicht gezeigte Zündeinrichtung gezündet wird.The gas turbine system 12 according to Figure 2 comprises a Turbine 2a with at least one impeller 3a, a compressor 4a, a heat exchanger 13 and a Combustion chamber 5a, which is supplied with fuel by means of a line 6, through an ignition device (not shown) is ignited.

Die Ansaugluft wird durch eine Leitung 7 angesaugt, strömt zwecks Kühlung des Laufrades 3a durch dasselbe und wird dann über eine Leitung 8 dem Verdichter 4a zugeführt. Durch eine Leitung 14 wird die komprimierte Luft in den Wärmetauscher 13 geleitet, in dem die Luft vorgewärmt wird. Von dem Wärmetauscher 13 wird die erwärmte und komprimierte Luft über eine Leitung 15 der Brennkammer 5a zugeführt, von der sie als heißes Verbrennungsgas über eine Leitung 10 zur Beaufschlagung des Laufrads 3a der Turbine 2a zugeführt wird.The intake air is drawn in through a line 7 and flows through the same for the purpose of cooling the impeller 3a and is then fed to the compressor 4a via a line 8. By a line 14 is the compressed Air passed into the heat exchanger 13, in which the air is preheated. From the heat exchanger 13 is the heated and compressed air is supplied via a line 15 to the combustion chamber 5a, from which it is called hot Combustion gas is supplied via a line 10 to act on the impeller 3a of the turbine 2a.

Bevor diese Verbrennungsgase in Form von Abgas aus einer Leitung 16 austreten, werden sie nach der Turbine 3a zwecks Wärmetausch nochmals dem Wärmeaustauscher 13 zugeführtBefore these combustion gases exit a line 16 in the form of exhaust gas, they are downstream of the turbine 3a is fed to the heat exchanger 13 again for the purpose of heat exchange

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt So ist es z. B- auch möglich, die gezeigten, unabhängig von der Turbine angetriebenen Verdichter durch Verdichter zu ersetzen, die über ein Antriebssystem mit einer Turbine verbunden sind und durch diese selbst angetrieben werden.The invention is not limited to the exemplary embodiments shown. B- also possible to replace the compressors shown, which are driven independently of the turbine, by compressors which are about a drive system are connected to a turbine and are driven by this itself.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Gas turbine system with a compressor, a combustion chamber and at least one axially flowed through turbine wheel, which on a part of its circumference with the air to be supplied to the combustion chamber and on another part of its circumference can be acted upon simultaneously with hot combustion gases from the combustion chamber, characterized in that, that the suction line (8) of the compressor (4, 4a) is connected to the outlet of the part of the turbine (2, la) exposed to air

2. Gas turbine plant according to claim 1, characterized in that is characterized in that in the line (14,15) between the compressor (4aj and the combustion chamber (5a / a heat exchanger (13) acted upon by the turbine exhaust gases is provided

20th