DE2352285C2 - Axial-Gasturbine - Google Patents

Description

Sie hütte einen Leistungsüberschuß, der dazu führen dung. »„c.u.uifplim.»

würde, daß die Ciasturbine sich und den Verbraucher 55 Hg. 2 zeigt e.nen Schnitt durch die ksthauftlung

über die Nenndrehzahl hinaus weher beschleunigt, einer Axial-Ciasturbmc nach de rbrmdu^. De aus

bis sich bei einer wesentlich höheren Drehzahl ein der Düse 1 der Dusenplat c 2 austretend asslraIl

d d Lfhflg.lter 4 des Laufradcs um-

bis sich bei einer wesentlich höheren Drehzahl ein der Düse 1 der Dusenplat c 2

stabiler Arbeitspunkt einstellt. wird von dem Laufschaufelg.lter 4 des L^aufradcs um-

Um sehr kurze Anlaufzeiten zu erreichen, muß die gelenkt und tritt durch das nachgesehaltele Lc seh _u-

Gasturbine ein Anlaufdrchmoment erzeugen, das gc- 60 felgit.er 5 des Nachle.tapparatcs 6 in eic. 1 Ringkanal _7

gcnübcr dem Nut/drehmomcn bei Nennlast besonders und von dort aus m den Abgaskanal S Die ^ehaule_i-

groß ist. Man könnte hierfür eine überdimensionierte kanüle des Leitschaufc g.ttcrs 5 verlaufe, gcradJn.g η

Gasturbine mit einem Drehzahlregler verwenden, je- einer Richtung, die mit der relativen Austn tsneh ung

doch erhält man dann einen großen regelungs.echni- des Laufschaufelg.Ucrs 4 ubercnsummi und eme L -

sehen Aufwand Es ist auch möglich, die Gasturbine 6₅ fangskomponente besitzt, die der Drehr.chtung des

nicht nur mil dem Nutzleistungs-Verbraucher zu be- Laufschaufelgitters 4 entgegengesetzt ist

lasten, sondern zusätzlich auch mit einem drchzahlab- Am Beginn des Anlaufens der Gasturbine tritt die

händigen Vcrlustleistungs-Ve. braucher, zum Beispiel Ciasströmung stoßfrei in das Lcilschaufclg.tte-r 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 LHtschaufelgitiers 5 ab. Es bilden sich Stoßverluste und Umlenkungsverluste, die mit wachsender Drehzahl zunehmen. Schließlich reißt die Strömung in dem Leitschaufelgitter 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 /W4 in Fig. 1.

Die Wirkung des Leitschaufelgitters 5 wird ergänzt durch eine besondere Auslegung der Eintriüsverhältnisse am Laufschaufelgitter 4. Dessen Schaufelkanäle sind so geformt, daß der stoßfreie Lintriit der Strömung bei einer Drehzahl erfolgt, die unier der halben Nenndrehzahl liegt. Oberhalb dieser Drehzahl sieigen die Eintrittsverluste des Laufschaufclgilters 4 und der Reaktionsgrad der Gasturbine. Das dadurch wachsende Druckgefälle am Laufschaufelgitter 4 bewirkt zunehmende Spallströmung und somit zunehmende Ventilationsverluste, die dadurch begünstigt werden, daß die Axialspalte zwischen Düsenplatte 2, Laufschaufelgitter 4 und Nachleitapparat 6 im nichtbeaufschlagten Bereich wesentlich breiter sind als itn 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 Laufschaufelgitter 4 durch einen umlaufenden Radialspalt 11 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 Umfangrichiung 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.

llier/u I Blatt Zeichnungen

Claims (5)

¹ mit einem Generator, dessen Leistung in Widerständen

rnichtet wird Auch das ist sehr aufwendig.

Patentansprüche: ^ver'" . _{der Er}fi_ndung ist daher die Schaffung ein«

a " rasturbine mit der sehr kürze Anlaufzeiten und

,. Axial-Gasturbine, gekennzeichnet Λ^χ ,TV₁. _Arbe'itspunkt bei Nenndrehzahl erreicht durch ein dem Laufschaufelgitter (4) nachge- 5 e.n ^itaD»^cr _ß £ _ein Drehzahlregler erforderschaltetes Leitschaufelgitter (5), dessen Eintrkts- werden, ohi.w dalJ

richtung mit der relativen Austritlsnchtung des lieh ist. ^^ _Aufgabe wird erfindungsgemäß

Laufschaufelgitters (4) übereinstimmt und eine „hi_aeen dem Laufschsuielgitter ein Leiischau-

Umfangskomponente besitzt, die der Drehrichtung νorge^scn * " _cha|_ten dessen Eintriltsriehtung mit des Laufschaufelgitters (4) entgegengesetzt ist. io '^e|S'"T Austrittsrichtung des Laufschaufelgitters

2. Axial-Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, „" ^re;;. _{und e}ine Umfangskomponente besitzt, daß die Eint, ittsrichtung des Laufschaufelgitters (4) uberein^s"^m . _d Laufschaufelgilters entgegenmit der Anströmrichtung des Laufschaufelgitters die der Drehr.cMunfe

(4) bei einer Drehzahl übereinstimmt, die unter der gesetzt '^.^^ _Losuni, der Aufgabe wird erfindungshalben Nenndrehzahl (/il) liegt. ¹S "o i^V^nr<h erreicht daß die Eintriitsrichiung des

3. Axial-Gasturbine nach Ansoruch 2 mit einem ge ma U ,Jdourc π ^ _Anströmrichlung des Laufteilbeaufschkgten Laufschaufelgilter und einer ^Laur^"'„^fc . ; _{incr Dre}hzahl übereinstimmt, die Düsenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß der ^sch,^auf^f;"_be^'_N'i_rehzahl licet.

axiale Spalt (9) zwischen dem Laufschaufelgitter (4) unter ο er π α _le|._bildunoen der Erfindung sind

und der Düsenplalte (2) im nichtbeaufschlagten zo ;^ortc;'^hJ,"^e _{kmale der} Unteransprüche gekenn/eieh-Bereich mindestens dreimal so breit ist wie im durch die werMiia beaufschlagten Bereich. ^ncl r:_ndunii geht von der Überlegung aus, dall bei

4. Axial-Gasturbine nach den Ansprüchen I u.e ^L"'" « _{|t beson}ders kurzer Anlauf- und 3, gekennzeichnet durch einen Nachlei.apparat ^"^X^Ä" Nenndreh/ahl ν on untci ge-(6) mit einem Ringkanal (7), der im beaufschlagten *₅ /.«■' dtr VVirKuiifc. fc drehzahlabhängi^n Bereich über das nachgeschaltete Le.tschaufelg.tter ordneicr Bed Hu^^ ,st » , _{)u %erwendcn}

(5) und im nichtbeaufschlagten Bereich über e.nen Stm™ng verluste / _{y ß a|so S1J kon}. umlaufenden Radialspalt an das Laufschaufelg.ller werden können J J '^ias _{h nt}._nrcn/ah,._Kcnn. (4, angeschlossen ,st, wobei hinter dem Leitschaufel- Jtruier wenen,^»^^Γ 5^_en-Vordruck möglichst guter (5) die E.ntritlsmündung eines Abgaskanals ₃° linie bei_gle.chblem^.^ ^_{n ma|) berejl |s}, _bcj

^{(8) liegt}· ■ » uiiiK Ki^nnHivhz-ihl üroße Strömungsverluste zuzulassen.

5. Axial-Ciasturbme nach Anspruch 4 dadurch ~'™ £ Anlaufens auftretenden Strömungsgekenn/cichnet, daß der Rmgkanal (7) in Lmfangs- Die/u Bet m es A _&^ ^ richtung an einer Stelle (10) gesperrt ist, d.e neben ve■ luste ο I η 1. geieη η y Weiterhin ,si der Mündung des Abgaskanals (8) in der zur Dreh- 35 J°f_sl^^U^^^^^

richtung entgegengesetzten Richtung hegt. Kennlinie c.-.vilnscht. weil dann der Kurvenverlauf im

Bereich der Nenndrehzahl besonders steil ist und somit

der Arbeitspunkt sehr stabil wird.

40 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben.

den drehzahlah-

• ι r- ι;., ι /dot in einem Diagramm den drehzanlan-

Es gibt Gasturoinen-Aggrcgalc, insbesondere fur Y ι P- 1 Λ'ΡΙ 'J '"^'^„.„,, _νοη cjasturbine

Hilfsantriebc, bei denen eine besonders kurze Anlauf- häng.gcn Verlauf der »rehmom η e ^ ^^rl

zeit erwünscht ist, die möglichst unter einer Sekunde und Nutzleistungs-Vcrbraucher. Dann bedeuten,

liegen soll. Die Ciasturbine eines solchen Aggregates 45 »« Nenndrehzahl Vcrbnuchcrs

muß also eine hohe Anlaufbeschleunigung erzeugen. A/l Drehmoment des Nut/k, ^l' ^™ mehe

Übliche Gasturbinen, die bei Nenndrehzahl mit Ml Drehmoment einer üb Iu ^h^^^ ^'^C^_s^

gutem Wirkungsgrad arbeiten, sind hierfür nicht gut den Lc.stungsbedarf be, Nc.ndrch/ahl aus_te-

geeignet, da ihr Anlaufdrehmoment zu gering ist, um legt ist, -.,..ι,,rhi nt- die für

hohe Beschleunigung zu erreichen. Würde man eine 50 Λί.1 [drehmoment einer üblich en ^C''^s ^^

übliche Ciasturbine für die gewünschte hohe Bcschle-u- das gewünschte hohe Anlaufdrehmomen. .,us-

niuung mit großem Anlaufdrehmoment auslegen, dann gelegt ist,

wa^rre tie für den Betrieb bei Nenndrehzahl zu stark. MA Drehmoment einer Oasturbmc i.aeh der Lrfm-