DE2352285B1 - Axial-Gasturbine - Google Patents
Axial-GasturbineInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/02—Shutting-down responsive to overspeed
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- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
- F01D5/142—Shape, i.e. outer, aerodynamic form of the blades of successive rotor or stator blade-rows
-
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- F01D9/00—Stators
- F01D9/02—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
- F01D9/04—Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
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Description
Es gibt Gasturbinen-Aggregate, insbesondere für Hilfsantriebe, bei denen eine besonders kurze Anlaufzeit
erwünscht ist, die möglichst unter einer Sekunde liegen soll. Die Gasturbine eines solchen Aggregates
muß also eine hohe Anlaufbeschleunigung erzeugen.
Übliche Gasturbinen, die bei Nenndrehzahl mit gutem Wirkungsgrad arbeiten, sind hierfür nicht gut
geeignet, da ihr Anlaufdrehmoment zu gering ist, um hohe Beschleunigung zu erreichen. Würde man eine
übliche Gasturbine für die gewünschte hohe Beschleunigung mit großem Anlaufdrehmoment auslegen, dann
wäre sie für den Betrieb bei Nenndrehzahl zu stark. Sie hätte einen Leistungsüberschuß, der dazu führen
würde, daß die Gasturbine sich und den Verbraucher über die Nenndrehzahl hinaus weiter beschleunigt,
bis sich bei einer wesentlich höheren Drehzahl ein stabiler Arbeitspunkt einstellt.
Um sehr kurze Anlaufzeiten zu erreichen, muß die Gasturbine ein Anlaufdrehmoment erzeugen, das gegenüber
dem Nutzdrehmoment bei Nennlast besonders groß ist. Man könnte hierfür eine überdimensionierte
Gasturbine mit einem Drehzahlregler verwenden, jedoch erhält man dann einen großen regelungstechnischen
Aufwand. Es ist auch möglich, die Gasturbine nicht nur mit dem Nutzleistungs-Verbraucher zu belasten,
sondern zusätzlich auch mit einem drehzahlabhängigen Verlustleistungs-Verbraucher, zum Beispiel
mit einem Generator, dessen Leistung in Widerständen vernichtet wird. Auch das ist sehr aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Axial-Gasturbine, mit der sehr kurze Anlaufzeiten und
ein stabiler Arbeitspunkt bei Nenndrehzahl erreicht werden, ohne daß hierzu ein Drehzahlregler erforderlich
ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dem Laufschaufelgitter ein Leitschaufelgitter
nachzuschalten, dessen Eintrittsrichtung mit der relativen Austrittsrichtung des Laufschaufelgitters
übereinstimmt und eine Umfangskomponente besitzt, die der Drehrichtung des Lauf schaufelgitters entgegengesetzt
ist.
Eine weitere Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Eintrittsrichtung des
Laufschaufelgitters mit der Anströmrichtung des Laufschaufelgitters bei einer Drehzahl übereinstimmt, die
unter der halben Nenndrehzahl liegt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß bei Gasturbinenaggregaten mit besonders kurzer Anlaufzeit
der Wirkungsgrad bei Nenndrehzahl von untergeordneter Bedeutung ist, so daß die drehzahlabhängigen
Strömungsverluste zur Drehzahlregelung verwenden werden können. Die Gasturbine muß also so konstruiert
werden, daß ihre Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie bei gleichbleibendem Düsen-Vordruck möglichst
steil abfällt. Das ist möglich, wenn man bereit ist, bei Nenndrehzahl große Strömungsverluste zuzulassen.
Die zu Beginn des Anlaufens auftretenden Strömungsverluste sollen dagegen möglichst klein sein, damit ein
hohes Anlaufdrehmoment erreicht wird. Weiterhin ist eine starke Krümmung der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie
erwünscht, weil dann der Kurvenverlauf im Bereich der Nenndrehzahl besonders steil ist und somit
der Arbeitspunkt sehr stabil wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt in einem Diagramm den drehzahlabhängigen Verlauf der Drehmomente von Gasturbine
und Nutzleistungs-Verbraucher. Darin bedeuten:
η 1 = Nenndrehzahl
Ml = Drehmoment des Nutzleistungs-Verbrauchers
MI = Drehmoment einer üblichen Gasturbine, die für den Leistungsbedarf bei Nenndrehzahl ausgelegt ist,
MI = Drehmoment einer üblichen Gasturbine, die für den Leistungsbedarf bei Nenndrehzahl ausgelegt ist,
M3 = Drehmoment einer üblichen Gasturbine, die für
das gewünschte hohe Anlaufdrehmoment ausgelegt ist,
MA = Drehmoment einer Gasturbine nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Beschaufelung einer Axial-Gasturbine nach der Erfindung. Der aus
der Düse 1 der Düsenplatte 2 austretende Gasstrahl wird von dem Laufschaufelgitter 4 des Laufrades umgelenkt
und tritt durch das nachgeschaltete Leitschaufelgitter 5 des Nachleitapparates 6 in den Ringkanal 7
und von dort aus in den Abgaskanal 8. Die Schaufelkanäle des Leitschaufelgitters 5 verlaufen geradlinig in
einer Richtung, die mit der relativen Austrittsrichtung des Laufschaufelgitters 4 übereinstimmt und eine Umfangskomponente
besitzt, die der Drehrichtung des Laufschaufelgitters 4 entgegengesetzt ist.
Am Beginn des Anlaufens der Gasturbine tritt die Gasströmung stoßfrei in das Leitschaufelgitter 5 ein,
so daß dort nur sehr kleine Strömungsverluste auftreten. Mit steigender Drehzahl dreht sich die Anströmrichtung
am Leitschaufelgitter 5 und weicht immer mehr von der Eintrittsrichtung des Leitschaufelgitters 5
ab. Es bilden sich Stoßverluste und Umlenkungsverluste, die mit wachsender Drehzahl /.unehmen. Schließlich
reißt die Strömung in dem Leitschaul'elgitter ab, so daß sich dort der effektive Strömungsquerschnitt
verengt.
Die Querschnittsverengung und die Strömungsverluste bewirken, daß sich am Leitschaufelgitter 5 ein
Druckgefälle aufbaut, das dem Laufschaufelgitter 4 verloren geht. Außerdem sinkt das Druckgefälle an
der Düse 1 und somit der Massendurchsatz der Gasturbine. Mit wachsender Drehzahl steigen also die
Strömungsverluste und sinkt die insgesamt für Beschleunigung, Nutzdrehmoment und Verluste umgesetzte
Leistung. Dadurch erhält die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie der Turbine den gewünschten Verlauf,
gemäß ,V/4 in Fig. i.
Die Wirkung des Leitschaufelgitters 5 wird ergänzt durch eine besondere Auslegung der Eintrittsverhältnisse
am Laufschaufelgitter 4. Dessen Schaufeikanäle sind so geformt, daß der stoßfreie Eintritt der Strömung
bei einer Drehzahl erfolgt, die unter der halben Nenndrehzahl liegt. Oberhalb dieser Drehzahl steigen die
Eintrittsverluste des Laufschaufelüitters 4 und der Reaktionsgrad der Gasturbine. Das dadurch wachsende
Druckgefälle am Laufschaufelgitter 4 bewirkt zunehmende Spaltströmung und somit zunehmende
Ventilationsverluste, die dadurch begünstigt werden, daß die Axialspalte zwischen Düsenplatte 2, Laufschaufelgitter
4 und Nachleitapparat 6 im nichtbeaufschiagten Bereich wesentlich breiter sind als im beaufschlagten
Bereich. Die Laufschaufelgitterverluste im beaufschlagten Bereich und die Ventilationsverluste im
ίο nichtbeaufschlagten Bereich bewirken ebenfalls einen
steilen Abfall der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.
Die Spaltströmung tritt im nichtbeaufschlagten Bereich aus dem Laufschaufeigitter 4 durch einen umlaufenden
Radialspalt Il in den Ringkanal 7 des Nachleitapparates
6 und vereinigt sich dort mit der Hauptströmung, die aus dem Leitschaufelgitter 5 austritt.
Der Ringkanal 7 ist neben der Eintrittsmündung des Abgaskanals 8 in Umfangrichtung gesperrt. Dadurch
wird verhindert, daß die schräg eintretende Hauptströmung im Ringkanal 7 eine Kreisströmung erzeugt,
deren Strömungsverluste von der Turbinendrehzahl praktisch unabhängig sind. Eine Kreisströmung
im Ringkanal 7 ist nicht erwünscht, denn nach der Erfindung sollen in der Gasturbine nur die drehzahlabhängigen
Verluste groß sein, aber nicht die drehzahlunabhängigen Verluste, da die Verluste zur Drehzahlregelung
dienen.
Hierzu ί Blatt Zeichnungen
COPY
BAD ORIGINAL
Claims (5)
1. Axial-Gasturbine, gekennzeichnet durch ein dem Laufschaufelgitter (4) nachgeschaltetes
Leitschaufelgitter (5), dessen Eintrittsrichtung mit der relativen Austrittsrichtung des
Laufschaufelgitters (4) übereinstimmt und eine Umfangskomponente besitzt, die der Drehrichtung
des Laufschaufelgitters (4) entgegengesetzt ist.
2. Axial-Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsrichtung des Laufschaufelgitters (4)
mit der Anströmrichtung des Laufschaufelgitters
(4) bei einer Drehzahl übereinstimmt, die unter der halben Nenndrehzahl («1) liegt.
3. Axial-Gasturbine nach Anspruch 2 mit einem teilbeaufschlagten Laufschaufelgitter und einer
Düsenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Spalt (9) zwischen dem Laufschaufelgitter (4)
und der Düsenplatte (2) im nichtbeaufschlagten Bereich mindestens dreimal so breit ist wie im
beaufschlagten Bereich.
4. Axial-Gasturbine nach den Ansprüchen 1 und 3, gekennzeichnet durch einen Nachleitapparat
(6) mit einem Ringkanal (7), der im beaufschlagten Bereich über das nachgeschaltete Leitschaufelgitter
(5) und im nichtbeaufschlagten Bereich über einen umlaufenden Radialspalt an das Laufschaufelgitter
(4) angeschlossen ist, wobei hinter dem Leitschaufelgitter (5) die Eintrittsmündung eines Abgaskanals
(8) liegt.
5. Axial-Gasturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (7) in Umfangsrichtung
an einer Stelle (10) gesperrt ist, die neben, der Mündung des Abgaskanals (8) in der zur Drehrichtung
entgegengesetzten Richtung liegt.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2352285A DE2352285C2 (de) | 1973-10-18 | 1973-10-18 | Axial-Gasturbine |
SE7412946A SE7412946L (de) | 1973-10-18 | 1974-10-15 | |
GB44689/74A GB1482792A (en) | 1973-10-18 | 1974-10-15 | Turbine |
FR7435175A FR2248413B1 (de) | 1973-10-18 | 1974-10-18 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2352285A DE2352285C2 (de) | 1973-10-18 | 1973-10-18 | Axial-Gasturbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2352285B1 true DE2352285B1 (de) | 1974-07-11 |
DE2352285C2 DE2352285C2 (de) | 1975-03-06 |
Family
ID=5895781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2352285A Expired DE2352285C2 (de) | 1973-10-18 | 1973-10-18 | Axial-Gasturbine |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2352285C2 (de) |
FR (1) | FR2248413B1 (de) |
GB (1) | GB1482792A (de) |
SE (1) | SE7412946L (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6537027B2 (en) * | 2001-07-17 | 2003-03-25 | Hamilton Sundstrand Corporation | Turbine no-load speed limiter |
-
1973
- 1973-10-18 DE DE2352285A patent/DE2352285C2/de not_active Expired
-
1974
- 1974-10-15 SE SE7412946A patent/SE7412946L/xx unknown
- 1974-10-15 GB GB44689/74A patent/GB1482792A/en not_active Expired
- 1974-10-18 FR FR7435175A patent/FR2248413B1/fr not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE7412946L (de) | 1975-04-21 |
FR2248413B1 (de) | 1978-06-09 |
GB1482792A (en) | 1977-08-17 |
DE2352285C2 (de) | 1975-03-06 |
FR2248413A1 (de) | 1975-05-16 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |