DE2833837A1

DE2833837A1 - Compound expansion cross-flow turbine - has hot gas entering rotor blades tangentially from outside and leaving radially to outside

Info

Publication number: DE2833837A1
Application number: DE19782833837
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Ing Zenkner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-08-02
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1980-02-21

Abstract

The turbine uses a bladed rotor through which a hot compressible fluid flows radially, whilst expanding. The expansion ratio is pref. in excess of 1.5. The fluid enters the blades from the outside in approximately tangential direction, partially expanding and cooling as it passes to the inside where it enters into and passes through a region of reduced pressure and temp. From here it again passes through the blades to the outside whilst further expanding with corresponding drop in temp. The relative velocity of the fluid emerging from the blades is opposite to the direction of rotor rotation.

Description

Verfahren zum Betreiben einer turibenanartigen Strömungsmaschinen-Method for operating a turibenan-type flow machine

anordnung und zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Turbinenanordnung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umsetzen von Strömungsenergie in mechanische Ener-ie durch Betreiben einer turbinenartigen Strömungsmaschinenanordnung. Die erfindung betrifft weiterhin eine Turbinenanordnung zur Durchführung des neuen Verfahrens.arrangement and serving to carry out this process turbine arrangement The invention relates to a method for converting flow energy into mechanical energy Energy by operating a turbine-like flow machine arrangement. The invention further relates to a turbine arrangement for carrying out the new method.

Für die Umsetzung von Strömungsenergie in mechanische Energie werden bekanntlich Turbinen verwendet. Im Bereich kompressibler Medien unterscheidet man noch zwischen Dampfturbinen und Gasturbinen. Im ersten Ball wird der in der turbine abzubauende Gesamtdruck im flüssigen Aggregatzustand-mit geringer Pumpenleistung erzeugt und im zweiten Fall bleibt der Aggregatzustand wShrend des gesamten Kreisprozesses gasförmig, die Druckerhöhung muß also mit Leistung verzehrenden Verdichtern durchgeführt werden.For the conversion of flow energy into mechanical energy known to use turbines. A distinction is made in the area of compressible media still between steam turbines and gas turbines. The first ball is the one in the turbine Total pressure to be relieved in the liquid state - with lower Pump performance generated and in the second case the state of aggregation remains during the entire cycle gaseous, the pressure increase must therefore be carried out with power-consuming compressors will.

Der Nachteil der Dampfturbine besteht aber darin, daß man im Verhältnis zur erreichbaren Maximaltemperatur unverhältnismäßig viel Verdampfungsenergie aufwenden muß, um das Strömungsmedium vor der Turbine vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand zu überführen. Erst bei extrem hohem Druck nimmt die notwendige Verdampfungswärme stark ab. Die maximal erreichbare Temperatur wird durch die den Dampfturbinenprozeß kennzeichnende indirekte Wärmeübertragung begrenzt. Die unvermeidlichen Verluste des Kreisprozesses entstehen vor allen Dingen bei der notwendigell Kondensation des Dampfes nach der Turbine vor der Druckerhöhungspumpe (Kesselspeisepumpe). Sowohl der Verdampfungsprozeß als auch der Kondensationstrozeß ist mit großem apparativem Aufwand verbunden. Bei der Dampfturbine nützt man natürlich die einfache PXöglichkeit, im flüssigen Aggregatzustand Druck zu erzeugen, aus.The disadvantage of the steam turbine, however, is that one in proportion Use a disproportionately large amount of evaporation energy to reach the maximum temperature must, in order to change the flow medium in front of the turbine from the liquid to the gaseous state of aggregation to convict. The necessary heat of vaporization only decreases at extremely high pressure strong. The maximum achievable temperature is determined by the steam turbine process characteristic indirect heat transfer limited. The inevitable losses of the cycle process arise above all during the necessary condensation of the steam after the turbine before the pressure booster pump (boiler feed pump). As well as the evaporation process as well as the condensation process is with great equipment Effort involved. With the steam turbine, of course, the simple PX option is used, to generate pressure in the liquid state of aggregation.

Der hohe Druck vergrößert die spezifische Leistungsfähigkeit und den Kreisprozeßwirkungsgrad der Dampfturbine. Festigkeitsprobleme erhöhen aber den apparativen Aufwand weiter.The high pressure increases the specific efficiency and the Cycle efficiency of the steam turbine. Strength problems increase the equipment Effort continues.

Die Gasturbine kennt dagegen diesen apparativen iwuSwand für Aggregatszustandsänderungen nicht. Ihr Nachteil besteht dagegen in der hohen Leistungsaufnahme der Verdichter. Diesen Nachteil versucht man durch höhere Turbineneintrittstenperaturen zu verringern. Die direkte Beheizung des Strömungsmediums läßt beinahe beliebig hohe Temperaturen zu. Die Temperaturgrenze liegt bei der thermischen und mechanischen Belastbarkeit der Turbine. Trotz intensiver Materialforschung und Turbinenmaterialverbesserung konnte man die Turbineneintrittstemperatur nur so stark erhöhen, daß man selbst mit hochwertigen Gasturbinenkreisprozessen im Prozeßwirkungsgrad noch etwa 5O, unterhalb des Dampfturbinenkreisprozesses liegt.The gas turbine, on the other hand, knows this apparatus-based iwuSwand for changes in the state of the aggregate not. Their disadvantage, on the other hand, is the high power consumption of the compressors. Attempts are made to reduce this disadvantage by using higher turbine inlet temperatures. The direct heating of the flow medium allows almost any temperature to. The temperature limit lies in the thermal and mechanical Load capacity of the turbine. Despite intensive material research and turbine material improvement you could only increase the turbine inlet temperature so much that you yourself with high-quality gas turbine cycle processes, the process efficiency is still about 50, below of the steam turbine cycle.

Die Kosten einer Gasturbinenanlage liegen aber noch unterhalb der Hälfte der Kosten einer Dampfturbinenanlage gleicher Leistung.However, the costs of a gas turbine system are still below Half the cost of a steam turbine system of the same power.

Gasturbinen werden deshalb durch die kleineren Kapitalkosten z.B. zur Stromerzeugung bei Kurzzeitbetrieb verwendet (Deckung der Spitzenlast). Dampfturbinen werden dagegen vor allen Dingen flir Langzeitbetrieb verwendet.Gas turbines are therefore used by the lower capital costs e.g. used to generate electricity during short-term operation (to cover peak loads). Steam turbines on the other hand are mainly used for long-term operation.

Auch alle verschiedenen bekannten zusätzlichen Maßnahmen mit denen man versucht, die Nachteile der Gasturbine zu bezeitigen, können aus den Dilemma nicht heraushelfen, vor alle weil Verbesserungen nur auf dem VIeg über höhere Turbineneintrittstemperaturen erreicht werden könnten, was jedoch große Schwierigkeiten hinsichtlich der Wahl des Materials für die Turbinenbeschaufelung und hinsichtlich der Schaufelkühlung mit sich bringt.Also all the various known additional measures with those Trying to overcome the disadvantages of the gas turbine can get out of the dilemma did not help out, mainly because improvements only on the VIeg via higher turbine inlet temperatures could be achieved, which, however, caused great difficulty in terms of choice the material for the turbine blading and with regard to the blade cooling brings with it.

Die Erfindung hat sich zur Abhilfe die Aufgabe gestellt, eine Verbesserung der bekannten Verfahren und Turbinenanordnungen in dem Sinne zu schaffen, daß man einerseits alle Vorteile der Gasturbine und andererseits auch die Vorteile der Dampfturbine erhalten soll, daß darüber hinaus bei Beibehaltung aller Vorzüge der Gasturbine neue une bessere natürliche und künstliche Kühlungsmöglichkeiten für die Turbinenschaufeln geschaffen und damit Turbineneintrittstemperaturen ermöglicht werden sollen, die einen thermischen Gesantwirkungsgrad erreichen lassen, der sogar über den einer Dampfturbine liegt, d.h. letztlich höhere Turbineneintrittstemperaturen zu erreichen und Turbinenanordnungen zu schaffen, die in der Lage sind, wesentlicn höhere Eintrittstemperaturen auszuhalten.The invention has set itself the task of improving this of the known methods and turbine arrangements in the sense that one on the one hand all the advantages of the gas turbine and, on the other hand, also the The advantages of the steam turbine are to be obtained that, in addition, while maintaining all Advantages of the gas turbine new and better natural and artificial cooling possibilities created for the turbine blades and thus enables turbine inlet temperatures should be, which can achieve a thermal overall efficiency that even above that of a steam turbine, i.e. ultimately higher turbine inlet temperatures to achieve and to create turbine assemblies that are able to essential withstand higher inlet temperatures.

nu den oben genannten Zweck ist gemäß der Erfindung beim neuen Verfahren vorgesehen, daß man quer durch ein drehbar gelagertes, um eine Drehachse konzentrisches Schaufelgitter hindurch ein heißes, kompressibles Strömungsmedium in Radialebene und vorzugsweise nit einen Differenzdruck P2 # 1,5 hindurchströmen läßt und daß man hierbei das P1 Strömungsmedium zunächst in Radialebenen in etwa tangentialer Wichtung von außen durch das unlaufende Schaufelgitter hindurch in das Laufradinnere unter Ausführung einer Teilexpansipon mit entsprechender Abkühlung strömen läßt, es sodann im Laufrad inneren ein Gebiet des teilreduzierten Druckes mit entsprechend reduzierter Temperatur durchlaufen läßt und es schlieftlich erneut von innen durch das umlaufende Sohaufelgitter hindurch nach außen unter Ausführung einer Restexpansion mit zugehöriger Abkühlung strömen läßt. Die sich einstellende natürliche mittlere maximale Temperatur der Turbinenlaufradbeschaufelung liegt deshalb immer unterhalb der Turbineneintrittstemperatur.Only the above-mentioned purpose is according to the invention in the new method provided that one transversely through a rotatably mounted, concentric about an axis of rotation A hot, compressible flow medium in the radial plane passes through the blade grille and preferably allows a differential pressure P2 # 1.5 to flow therethrough and that the P1 flow medium is initially roughly tangential in radial planes Weighting from the outside through the non-rotating blade grille into the inside of the impeller allows it to flow while performing a partial expansion with appropriate cooling, there is then an area of partially reduced pressure in the inner impeller with correspondingly Let it run through at a reduced temperature and finally through it again from the inside the surrounding Sohaufelgitter through to the outside with execution of a residual expansion can flow with associated cooling. The natural one that sets in middle the maximum temperature of the turbine impeller blades is therefore always below the turbine inlet temperature.

Außerdem wird beim Schaufelumlauf in erstem Durchgang die Schaufelaußenspitze am heißesten beaufschlagt und kurz darauf beim zweiten Durchgang die Schaufelinnenspitze. Damit wird wiederum eine gleichmäßige natürliche Temperaturverteilung innerhalb oder längs der Schaufel erreicht.In addition, the outer tip of the blade becomes the first pass when the blade rotates exposed to the hottest and shortly afterwards the inner tip of the blade during the second pass. This in turn ensures a uniform natural temperature distribution within or along the blade.

Die zur Durchführung des neuen Verfahrens dienende Turbinenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ein drehbar gelagertes Rad mit einem um die Drehachse des Rades konzentrischen Schaufelgitter besitzt, desse- innere Schaufelenden etwa radial Nur Drehachse ausgerichtet sind und durch das ein eines, P2 kompressibles Strömungsmedium mit einem Differenzdruck # 1,5 so P1 quer hindurchströmt, daß es in einer ersten Teildurchströmung von außen nach innen durch einen sich erweiternden Schaufel-Kanal mit etwa radial endender Richtung strömt, anschließend das Laufradinnere passiert und schließlich in einer zweiten Teildurchströmung von innen nach außen durch einen sich verjüngenden Schaufelkanal geführt wird, und daß hierbei die Richtung der Relativgeschwindigkeit der aus dem Laufrad austretenden Strömung entgegengesetzt zur Richtung der Umlaufgeschwindigkeit des Laufrades verläuft, wobei sich insgesamt für das Strömungsmedium ein zweistufigen Gesamtdruckabbau mit einem entsprechenden zweistufigen Temperaturabbau ergibt.The turbine arrangement used to carry out the new process is characterized in that it has a rotatably mounted wheel with a The wheel's axis of rotation has a concentric blade grid, its inner blade ends approximately radial only axis of rotation are aligned and through the one one, P2 compressible Flow medium with a differential pressure # 1.5 so that P1 flows transversely through it that it in a first partial flow from the outside to the inside through an expanding one The blade channel flows in an approximately radially ending direction, followed by the interior of the impeller happens and finally in a second partial flow from the inside to the outside is passed through a tapered blade channel, and that this is the direction opposed to the relative speed of the flow emerging from the impeller runs towards the direction of the rotational speed of the impeller, with a total of a two-stage total pressure reduction with a corresponding one for the flow medium two-stage temperature reduction results.

Hierbei ist die Anordnung zweckmäßigerweise so getroffen, daß das Laufrad der Turbine trommelartig ausgebildet ist und die Schaufeln des Kranzes des Laufrades zwischen zwei in axialen Abstand zueinander angeordneten, einerseits zur Halterung der Schaufeln und andererseits zur drehbaren Lagerung des Laufrades dienenden Endscheiben enthalten sind, an denen die Schaufeln mit ihren axialen Enden befestigt sind. Es kann z.B. vorgesehen sein, das mindestens eine die Endscheiben und die zugehärigen Wellenpartien des Laufrades von zum Transport von Kühlmedium dienenden Kühlkanälen durchzogen werden, die zum Kühlen der Schaufeln des Turbinenlaufrades dienen, wobei zweckmäßigerweise die die Endscheiben durchziehenden Kühlkanäle einerseits - etwa im zentralen Bereich -mit den die Wellenpartien durchziehenden Kanälen und andererseites - im radial außen liegenden Bereich - mit dem Innenraum der hohlen Schaufeln in Verbindung stehen.Here, the arrangement is expediently made so that the The impeller of the turbine is designed like a drum and the Shovels of the rim of the impeller between two axially spaced apart, on the one hand for holding the blades and on the other hand for the rotatable mounting of the Serving impeller end disks are included, on which the blades with their axial ends are attached. For example, it can be provided that at least one the end plates and the associated shaft sections of the impeller for transport are traversed by cooling medium serving cooling channels for cooling the blades serve of the turbine impeller, expediently the end plates pulling through Cooling channels on the one hand - for example in the central area - with those that run through the shaft sections Channels and on the other hand - in the radially outer area - with the interior the hollow blades are connected.

Die erfindungsgemäße Anordnung bringt wichtige Vorteile mit sich: mit ihr kann man einen wesentlich höheren spezifische Druckabbau erreichen und eine wesentlich bessere natürliche und künstliche Kühlung, es ergeben sich günstigere Festigkeitseigenschaften. Die den Fliehkräften ausgesetzte Schaufel wird zweiseitig gehalten. Außerdem erreicht man nunmehr durch Brennkammertemperaturerhöhung eine so erhebliche Verbesserung des Kreisprozesswirkungsrades, daß dieser sogar weit über dem eines konventionellen Dampfturbinenprozesses liegt.The arrangement according to the invention has important advantages: with it you can achieve a much higher specific pressure reduction and a Much better natural and artificial cooling, the result is cheaper Strength properties. The blade exposed to centrifugal forces becomes two-sided held. In addition, one now achieves a by increasing the combustion chamber temperature so considerable improvement of the cycle effect that it even goes far is higher than that of a conventional steam turbine process.

Weitere Vorteile des neuen Verfahrens und der neuen Turbinenanordnung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further advantages of the new process and the new turbine arrangement result from the following description.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es? zeigen: Fig. 1 eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Turbinenanordnung in schematischer Darstellung, Fig. 2 das Laufrad der Turbine der Anordnung nach Fig. 1 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung undin größerem Maßstab, Fig. 3 einen Schaufelkanal des Laufrades nach Fig. 2 in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und in noch größerem Maßstab, Fig. 4 ein Laufrad der Turbine nach Fig. 1 in einer Ansicht von vorn in axialem Schnitt in schematischer Geildarstellung, Fig. 5 eine Einzelheit einer Variante zu der Anordnung nach Fig. 4 in derselben Darstellungsweise in Çeildarstellung, Fig. 6 eine Einzelheit einer weiteren Variante zu der Anordnung nach Fig. 4 wiederum in derselben Darstellungsweise, Fig. 7 eine Einzelheit zu einer weiteren Variante zu der Anordnung nach Fig. 4 in Teildarstellung schematisch, Fig. 8, vers-chiedene Ausführungsformen einer Schaufel eines 9 und 10 Laufrades einer Turbine gemäß der Erfindung in einem axialen Schnitt in schematischer Darstellung, Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform eines Laufrades einer Turbine gemäß der Erfindung in Seitenansicht in schematischer Darstellung, Fig. 12 Einzelheiten, die die Lagerung der Schaufel des darstelLen, u. 13 Laufrades gem. Fig. 11 an den Endscheiben/jeweils in schematischer Darstellung und von vorn gesehen und teilweise geschnitten, Fig. 14 Einzelheiten zur Ausbildung und Anordnung der und 15 Schaufeln des Laufrades gemäß Fig. 2 in Seitenansicht in schematischer Darstellung und Fig. 16, verschiedene zur Durchführung des erfindungsgemäßen 17 u. 18 Verfahrens dienende Turbinenanordnungen jeweils in schematischer Darstellung.In the drawing are exemplary embodiments of the subject matter of the invention shown. It? 1 shows a method for carrying out the method according to the invention Serving turbine arrangement in a schematic representation, Fig. 2 the impeller of Turbine of the arrangement according to FIG. 1 in a side view in a schematic representation and on a larger scale, FIG. 3 shows a blade channel of the impeller according to FIG. 2 in a side view in a schematic representation and on an even larger scale, Fig. 4 shows an impeller of the turbine according to FIG. 1 in a view from the front in axial section in a schematic representation of the parts, FIG. 5 shows a detail of a variant of the arrangement according to Fig. 4 in the same manner of representation in a Çeildabstellung, Fig. 6 a detail a further variant of the arrangement according to FIG. 4 again in the same representation, Fig. 7 shows a detail of a further variant of the arrangement according to FIG. 4 in partial representation schematically, FIG. 8, different embodiments of a blade of a 9 and 10 impeller of a turbine according to the invention in an axial section in schematic Representation, FIG. 11 shows a modified embodiment of an impeller of a turbine according to the invention in a side view in a schematic representation, Fig. 12 details, the bearing of the blade of the illustrated and 13 impeller according to Fig. 11 on the End plates / each in a schematic representation and seen from the front and partially section, Fig. 14 details of the design and arrangement of the and 15 blades of the impeller according to FIG. 2 in a side view in a schematic representation and FIG. 16, various ones used to carry out the 17 and 18 method according to the invention Turbine arrangements each in a schematic representation.

Die erfindungsgemäße Turbinenanordnung nach Fig. 1 besitzt einen Verdichter 1, der über ein Getriebe 2 mit dem Generator 3 verbunden ist. Der Verdichter, der Luft aus der Atmosphäre ansaugt und vom Druck P1 auf den Druck P2 bringt, wird von der Turbine 4 angetrieben, deren Aufgabe es ist, einerseits den Versichter anzutreiben, der dafür sorgt, daß der Druck P2 hoch ist, andererseits mechanische Lesitung zu erzeugen oder evtl. über einen Generator elektrische Leistung abzugeben.The turbine arrangement according to the invention according to FIG. 1 has a compressor 1, which is connected to the generator 3 via a transmission 2. The compressor that Sucks in air from the atmosphere and brings it from pressure P1 to pressure P2 driven by the turbine 4, the task of which is on the one hand the On the other hand, to drive the sealer who ensures that the pressure P2 is high to generate mechanical line or possibly electrical power via a generator submit.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Verdichter 1 und der Turbine 4 die Brennkammer 5 zwischen dem Verdichter 1 und der aus dem Verdichter unter dem Druck P2 austretenden Luft überhitzt und damit das Volumen vergrößert wird und man mit dem vergrößerten blumen und mit dem Druck des Verdichters in die Turbine gehen kann. Von der Turbine geht die Luft bei 6 in-s Freie. Die erfindungsgemäß anzuwendende Turbinenanordnung besitzt ein um die Achse 8 drehbar gelagertes Rad 9 mit einem um die Drehachse des Rades konzentrischen Schaufelgitter, von dem nur einige wenige Schaufeln 10 gezeigt sind, deren innere Enden etwa radial zur Drehachse ausgerichtet sind.Durch dieses gemäß Fig. 2 ausgebildete Rad strömt das hrbeitsmedium - bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Luft als Arbeitsmedium, es kann jedoch ganz allgemein ein heißes, kompressives Strömungs-P2 medium verwendet werden - mit einem Differenzdruck gleich oder P1 größer 1,5 so quer hindurch gemäß dem Pfeilen 11,12,13, daß es in ersten Teildurchströmung gemäß den Pfeilen 11 von außen (14) nach innen (15) durch einen sicherweiternden Schaufelkanal (vgl. in Fig. 3 den Schaufelkanal 16 zwischen den Schaufeln 17 und 18 des Laufrades 19) mit etwa radial endender Richtung strömt, anschließend das Laufradinnere 15 etwa gemäß den Pfeilen 12 passiert und schließlich in einer zweiten Teildurchströmung gemäß den Pfeilen 13 von innen (15) nach außen (20) durch einen sich verjüngenden Schaufelkanal geführt wird, wobei die Richtung der Relativgeschwindigkeit der aus dem Laufrad austretenden Strömung entgegengesetzt zur Richtung der Umlaufgeschwindigkeit des Laufrades verläuft. Insgsamt ergibt sich hierbei für das Strömungsmedium ein zweistufiger Gesamtdruckabbau mit zweistufigem Temperaturabbau. Bei dem bei der oben geschilderten Turbinenanordnung auszuführenden Verfahren wird also quer durch das drehbar gelagerte um die Drechachse 8 konzentrische Schaufelgitter hindurch ein heißes kompressibles Strömungsmedium in Radialebenen und mit einem Differenzdruck h zu 1,5 (vorzugsweise) hindurchgeführt, wobei man das Strömungsmedium zunächst in radialer Richtung von außen durch das umlaufende Schaufelgitter hindurch in das Laufradinnere unter Ausführung einer Teilexpansion mit entsprechender Abkühlung strömen läßt, es sodann im Laufradinneren ein Gebiet des teilreduzierten Druckes mit entsprechend reduzierter Temperatur durchlaufen läßt und es schließlich erneut von innen durch das umlaufende Schaufelgitter hindurch nach außen unter Ausführung einer Restexpansion mit zugehöriger Abkühlung strömen läßt.It is expedient for there to be between the compressor 1 and the turbine 4 the combustion chamber 5 between the compressor 1 and that from the compressor under the Pressure P2 exiting air is overheated and thus the volume is increased and you go into the turbine with the enlarged flower and with the pressure of the compressor can. From the turbine the air goes free at 6 in-s. The one to be used according to the invention The turbine arrangement has a wheel 9 which is rotatably mounted about the axis 8 and has a around the axis of rotation of the wheel concentric blade grid, of which only a few Shovels 10 are shown, the inner ends of which are aligned approximately radially to the axis of rotation The working medium flows through this wheel, which is designed according to FIG The embodiment shown in the drawing is air as the working medium, however, a hot, compressive flow P2 medium can generally be used - with a differential pressure equal to or P1 greater than 1.5 across the way according to the arrows 11,12,13 that it is in the first partial flow according to the arrows 11 of outside (14) inwards (15) through a safety-widening blade channel (cf. in Fig. 3 the blade channel 16 between the blades 17 and 18 of the impeller 19) with about radially ending direction flows, then the impeller interior 15 approximately according to the Arrows 12 happened and finally in a second partial flow according to the Arrows 13 from the inside (15) to the outside (20) through a tapered blade channel guided being, the direction of the relative speed of the emerging from the impeller The flow is opposite to the direction of the rotational speed of the impeller. Overall, this results in a two-stage total pressure reduction for the flow medium with two-stage temperature reduction. In the case of the turbine arrangement described above The process to be carried out is thus transversely through the rotatably mounted around the turning axis 8 concentric blade grids through a hot, compressible flow medium Passed through in radial planes and with a differential pressure h of 1.5 (preferably), whereby the flow medium is first passed in the radial direction from the outside through the circumferential vane grille through into the inside of the impeller, performing a partial expansion lets flow with appropriate cooling, then there is an area inside the impeller run through the partially reduced pressure with a correspondingly reduced temperature and finally it again from the inside through the surrounding shovel grille flow to the outside while performing a residual expansion with associated cooling leaves.

Bei der erfindungsgemäßen Turbinenanordnung, die außer der Turbine 4 mit dem Laufrad 9 noch Mittel zum Aufbereiten des Strömungsmediums hinsichtlich Druck (z. B. Verdichter 1) und Volumen (z. B. Brennkammer 5) enthält, bilden die aufeinanderfolgenden Schaufeln 10 des Laufrades der Turbine einen mit der Laufradachse 8 konzentrischen, einen leeren Innenraum 15 einschließenden und axial zwischen zwei später noch nähe; zu beschreibenden Endscheiben enthaltenen kranz, wobei das mittels Verdichter und Brennkammer in an sich beka-nnter Weise aufbereitet an dem Turbinenlaufrad ankommende Arbeitsmedium dem Schaufelkranz etwa tangential so zugeleitet wird, daß es den Kranz in Radialebenen unter Temperatur-und Druckabbau bei Expansion zunächst von außen bis zum leeren Innenraum durchströmt, dann im Innenraum eine Umlenkung um ein wirbelähnliches Gebiet (im Bereich 21) im Laufradinneren etwa unter gleichbleibendem verringertem Druck und gleichbleibender niederer Temperatur erfahrt und schließlich den Schaufelkranz ein zweites Mal, diesmal jedoch unter weiterem Temperatur- und Druckabbau von innen nach außen durchströmt.In the turbine arrangement according to the invention, which apart from the turbine 4 with the impeller 9 still means for processing the flow medium with regard to Contains pressure (e.g. compressor 1) and volume (e.g. combustion chamber 5), form the successive blades 10 of the impeller of the turbine one with the impeller axis 8 concentric, enclosing an empty interior space 15 and axially between two later still sewing; end disks to be described included wreath, with the means Compressor and combustion chamber in itself well-known way Working medium arriving at the turbine wheel is approximately tangential to the blade ring is fed so that it is the wreath in radial planes under temperature and pressure reduction In the case of expansion, it flows through first from the outside to the empty interior, then into the interior a deflection around a vortex-like area (in area 21) inside the impeller, for example under constant reduced pressure and constant low temperature experience and finally the blade ring a second time, but this time under further temperature and pressure reduction flows through from the inside to the outside.

Wie aus Big. 4 zu erkennen ist, ist das Laufrad 9 der Turbine trommelartig ausgebildet, die Schaufeln 1o des kranzes des Laufrades sind hierbei zwischen zwei in axialem Abstand zueinander angeordneten, einerseits zur Halterung der Schaufeln und andererseits zur drehbaren Lagerung des Laufrad dienenden indscheiben 23, 24 enthalten, an denen die Schaufeln mit ihren axialen Enden befestigt sind. Die axiale Länge der zwischen den Endscheiben enthaltenen Partien der Schaufeln 9 ist im Verhältnis zum Durchmesser de-s Laufradkranzes 23, 24 nur kurz, sie kann sich z.B. zu diesem Durchmesser der Endscheibe wie 1 : 5 - 1o verhalten. Bei 25, 26 sind die zur Lagerung des Laufrads bzw. der Endscheiben dienenden Wellenstümpfe gezeigt.Like from Big. 4 can be seen, the impeller 9 of the turbine is like a drum formed, the blades 1o of the rim of the impeller are here between two arranged at an axial distance from one another, on the one hand for holding the blades and on the other hand, ind disks 23, 24 serving for the rotatable mounting of the impeller included, to which the blades are attached with their axial ends. The axial The length of the parts of the blades 9 contained between the end disks is in proportion to the diameter of the impeller rim 23, 24 only briefly, it can e.g. relate to this Behave the diameter of the end disk as 1: 5 - 1o. At 25, 26 are for storage the impeller or the end disks serving stub shafts are shown.

Die Form, Bemessung und Anordnung der Schaufeln ergibt sich aus den schematischen Darstellungen gemäß Fig. 14 und 15: Bei den dort gezeigten bevorzugten Ausführungsformen sind die Schaufeln des Laufrades der Turbine so bemessen, ausgebildet und zueinander angeordnet, daß das Verhältnis zwischen den Durchmessern di etwa o,8 ist, während die Schaufel teilung und die Schaufellänge zueinander ein Verhältnis t/l # 1 besitzen. Die Tangenten 27a zum Außenkreis und 27b zum äußeren Ende der Schaufel 28 bilden miteinander einen Winkel von 20 - oO, während die Tangente 29a zum Innenkreis und die Tangente 29b zum inneren Schaufelende miteinander einen Winkel von etwa 900 bilden.The shape, dimensioning and arrangement of the blades results from the schematic representations according to FIGS. 14 and 15: In the preferred ones shown there Embodiments, the blades of the impeller of the turbine are dimensioned and designed and arranged to each other that the ratio between the diameters di about 0.8 is, while the blade pitch and the blade length to each other a ratio t / l # 1 own. The tangents 27a to the outer circle and 27b to the outer end of the Blade 28 form an angle of 20 ° to one another, while the tangent 29a to the inner circle and the tangent 29b to the inner blade end with each other an angle of about 900 form.

Die sich infolge der erfindungsgemäßen Anordnung ergebenden neuen zusätzlichen Kühlmöglichkeiten sind in den Fig. 4 bis 11 dargestellt. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, sind die Endscheiben 23 und 24 mit den zugehörigen Wellenpartien 25 und 26 des Laufrades von zum Transport von Kühlmedium dienenden Eühlkanälen noa, 3ob, 30c und 30d durchzogen, die zum Kühlen der Schaufeln des Turbinenlaufrades dienen. Hierbei sind die die Endscheiben durchziehenden Kühlkanäle 30a und 30b einerseits -im zentralen Bereich - mit den die Wellenpartien durchziehenden Kanälen und andererseits - im radial außen liegenden Bereich - mit dem Innenraum der hohlen Schaufeln verbunden. Die Kühlkanäle können an den kreislauf des Arbeitsmediums angeschlossen sein , vorzugsweise im Bereich des Verdichters, sie können auch von einem anderen Kühlmedium durchflossen sein, evtl. kann ihnen auch Luft von außen her zugefördert werden. Insgesamt kann dieses Kthlkanalsystem aus Ringkanälen und Stichkanälen bestehen, wie in der Zeichnung dargestellt ist, wobei zweckmäßigerweise gemäß der Ausführungsform nach Fig. 4 die Külilkanäle in den beiden Endscheibe; des Laufrades vom Kühlmedium im Gegenstrom durchflossen werden (vgl. die Pfeile 23a und 24a), was zum Fliehkraftausgleich dient. Die Kühlkanäle können auch an eine Zuführleitung für zur Kühlung hinzuzuziehenden Dampf angeschlossen sein.The new resulting as a result of the arrangement according to the invention additional cooling options are shown in FIGS. How out 4 shows the end disks 23 and 24 with the associated shaft parts 25 and 26 of the impeller of cooling channels used for transporting cooling medium noa, 3ob, 30c and 30d, used for cooling the blades of the turbine runner to serve. In this case, the cooling channels 30a and 30b passing through the end disks are on the one hand - in the central area - with the channels running through the wave sections and on the other hand - In the radially outer area - connected to the interior of the hollow blades. The cooling channels can be connected to the circuit of the working medium, preferably in the area of the compressor, another cooling medium can flow through them air may also be supplied to them from outside. Overall can this Kthlkanalsystem consist of ring channels and branch channels, as in the drawing is shown, with expediently according to the embodiment of FIG Cooling channels in the two end plates; of the impeller from the cooling medium in counterflow flowed through (cf. arrows 23a and 24a), resulting in the centrifugal force compensation serves. The cooling channels can also be connected to a supply line for cooling Be connected to steam.

Die Schaufeln sind zweckmäßigerweise hohl ausgebildet, sie sind innen von einem Kühlmedium durchflossen und außen tragen sie eine hitzebeständige isolierende Materialschicht.The blades are expediently hollow, they are inside Flowed through by a cooling medium and on the outside they wear a heat-resistant insulating Material layer.

Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 8 gezeigt: Die Höhlung 32 dient zum Führen des Kühlmediums, die hitzebeständige, isolierende Materialschicht der Schaufel 33 ist bei 34 gezeigt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 enthalten die Schaufeln 35 innen das Kühlmedium führende Rohre 36, die z. B. tragend sein können. Gemäß der Fig. 9 können die Schaufeln auch aus einer der Festigkeit dienenden, vom Kühlmedium durchflossenen Innenschaufel 37 und aus einer diese unter Freilassung eines Iiuftspaltes 38 umgebenden Außenschaufel 39 aus hitzebeständigem, isolierendem Material, z. B. keramischem Material bestehen. Auf alle Fälle sollen die Schaufeln außen eine Isolationsbeschichtung, z. B. aus keramischem Material, besitzen, welche die Aufgabe hat, den Wärmefluß zum Tragmaterial zu hemmen. Alle diese Maßnahmen haben die Aufgaben, Wärmeverluste zu vermeiden und außerdem die Wärmebelassung des Materials so niedrig wie möglich zu halten. Bei der Behandlung der Kühlung der Schaufeln muß man vor allem wissen, daß bei der gegebenen Hochgeschwindigkeitsströmung um die Schaufeln herum örtlich extrem hohe Wärmeübergangszahlen auftreten können, wobei um den Wärmeverlust am rotierenden Schaufelkranz, der auf jeden Fall als Turbinenminderleistung eingeht, nicht zu groß werden zu lassen, sinnvollerweise der Kühlstromdurchsatz so eingestellt wird, daß etwa eine Schaufelmaterialtemperatur von 7000 C nicht überschritten wird oder eine Temperatur nicht überschritten wird, die der entsprechenden maximalen Gesamtmaterialbeanspruchung entspricht, Das für den Wärmeübergang entscheidende Temperaturgefälle soll klein gehalten werden. Das isolierende Material mit hoher Oberflächentemperatur hat die Aufgabe, den Wärmefluß zwischen außen und innen zu hemmen, so daß nur die Außenschicht des isolierenden Materials eine hohe Temperatur hat, während das im Inneren vorgesehene tragende Material eine niedrigere Temperatur hat. Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 ist vorgesehen, daß nur einige der Schaufeln, zweckmäßigerweise die Schaufeln 4oa, 4ob, 4oc und 4od gekühlt sind, während die übrigen, ungekühlten Schaufeln 41 nur drehmomentübertragend wirken. Die Schaufeln 4oa und 4ob usw. dienen zur Kraftübertragung und Halterung beider Endscheiben. Die Schaufeln 42, 43 können, wie in Fig, 12 und 13 gezeigt ist, in Nuten 44, 45 der Endscheiben mit ihren axialen Enden eingeklemmt oder eingelegt sein, sie bestehen zweckmäßigerweise aus hochhitzebeständigem, z.B. keramischem Material oder gesintertem Material. Gemäß Fig. 7 können die tragenden Schaufeln 46 auch an den Endscheiben 47 in deren von dem Kühlmedium beaufschlagten Bereich angeschweißt sein.One such embodiment is shown in FIG. 8: the cavity 32 serves to guide the cooling medium, the heat-resistant, insulating material layer the bucket 33 is shown at 34. Included in the embodiment according to FIG. 10 the blades 35 inside the cooling medium leading pipes 36, the z. B. be load-bearing can. According to FIG. 9, the blades can also be made from one of the strength the inner blade 37 through which the cooling medium flows and from an inner blade 37 which is released an outer blade 39 surrounding an air gap 38 made of heat-resistant, insulating Material, e.g. B. consist of ceramic material. In any case, the shovels should outside an insulation coating, e.g. B. made of ceramic material, which has the task of inhibiting the flow of heat to the support material. All of these measures have the task of avoiding heat loss and also keeping the Materials as low as possible. When treating the cooling of the blades Above all, one must know that with the given high-speed flow around Extremely high heat transfer coefficients can occur around the blades locally, whereby around the heat loss on the rotating blade ring, which is definitely a reduction in turbine performance enters into, not to let it become too large, meaningfully the cooling flow throughput is set so that approximately a blade material temperature of 7000 C is not exceeded or a temperature is not exceeded that of the corresponding maximum Total material stress corresponds to that which is decisive for heat transfer Temperature gradient should be kept small. The insulating material with high The task of surface temperature is to regulate the flow of heat between outside and inside inhibit so that only the outer layer of the insulating material has a high temperature has, while the load-bearing material provided inside is at a lower temperature Has. In the embodiment according to FIG. 11 it is provided that only some of the blades expediently the blades 4oa, 4ob, 4oc and 4od are cooled, while the other, uncooled blades 41 act only to transmit torque. The shovels 4oa and 4ob etc. are used to transmit power and hold both end plates. the Blades 42, 43 can, as shown in FIGS. 12 and 13, in grooves 44, 45 of the End plates clamped or inserted with their axial ends, they exist expediently made of highly heat-resistant, e.g. ceramic material or sintered Material. According to FIG. 7, the load-bearing blades 46 can also be attached to the end disks 47 be welded in the area acted upon by the cooling medium.

Weben der Wärmeabfuhr an den Schaufeln gibt es aber auch noch eine starke Wärmeabfuhr an den beströmten Seitenscheiben, die nicht nur mit Kühlkanälen durchzogen sind, sondern ebenfalls an der Innenseite mit einem isolierendem Material bedeckt sind. So z. B. ist gemäß den Fig. 5 und 6 die Endscheibe 50 bzw. 51, die mit Kühlkanälen 52 bzw. 53 - Ring-und Stichkanäle - durchzogen ist, an der dem Laufradinneren zugewandten Seite jeweils mit einer wärmeisolierenden Schutzschicht 54 bzw. 55, z. B. aus keramischem Material wie Ca Si °2 oder AlO abgedeckt, wobei zweckmäßigerweise die Anordnung so getroffen ist, daß die Endscheiben an der dem Laufrad inneren zugewandten Seite eingezogen sind und in die auf diese Weise gebildeten Vertiefungen der durch die Schutzschicht gebildete, z. B. plattenförmige Belag mit der Innen fläche der Endscheibe fluchtend eingesetzt ist. Dies hat strömungstechnische Vorteile. Bei der Ausbildung der Schaufeln und der Scheiben werden also zwei Probleme behandelt: einerseits müssen diese Teile gekühlt werden, damit das Material nicht zu sehr durch die hohe Wärmeeinwirkung belastet wird, andererseits muß verhindert werden, daß Wärmeverluste auftreten, es sind also einerseits im Inneren der Teile Eühlkanäle vorgesehen, um das Material zu kühlen, andererseits sind die Teile an der Seite, die dem heißen kompressiblen Medium ausgesetzt ist, mit einer Isolationsschicht verzur hohe Oberflächentemperature sehen, die den Wärmeübergang starkt behindert.But there is also another weaving of heat dissipation on the blades strong heat dissipation from the side windows in the flow, they don't are only traversed with cooling channels, but also on the inside with a insulating material are covered. So z. B. is shown in FIGS. 5 and 6, the end plate 50 or 51, which is traversed with cooling channels 52 and 53 - ring and branch channels, on the side facing the inside of the impeller each with a heat-insulating one Protective layer 54 or 55, e.g. B. made of ceramic material such as Ca Si ° 2 or AlO covered, expediently, the arrangement is made so that the end plates on the the inner side facing the impeller are drawn in and in this way formed depressions of the formed by the protective layer, for. B. plate-shaped The lining is inserted in alignment with the inner surface of the end plate. This has fluidic Advantages. In the formation of the blades and the disks, therefore, two problems arise treated: on the one hand, these parts must be cooled so that the material does not too much is stressed by the high exposure to heat, on the other hand must be prevented that heat losses occur, so there are on the one hand inside the parts Eühlkanäle provided to cool the material, on the other hand, the parts are on the side that is exposed to the hot compressible medium with an insulation layer You can see the high surface temperature, which greatly hinders the transfer of heat.

Zur Abdichtung dienen noch die in Fig. 1 dargestellten Labyrinthdichtungen 56, 57, die das Gehäuse gegenüber dem Laufrad abdichten, indem sie im Bereich des Außenumfanges der das Laufrad axial begrenzenden Endscheiben vorgesehen sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist.The labyrinth seals shown in FIG. 1 are also used for sealing 56, 57, which seal the housing against the impeller by placing them in the area of the Outer circumference the end plates axially delimiting the impeller are provided as shown in FIG.

Wie bereits oben gesagt worden ist, kann als Arbeitsmedium Zuluft oder evtl. auch Dampf verwendet werden.As has already been said above, supply air can be used as the working medium or steam can also be used.

In Fig. 16 ist eine Turbinenanordnung gezeigt, bei der das Arbeitsgas in einem mehrstufigen Verdichter 60, 61, 62, 63 jeweils mit Zwischenkühlung zwischen den einzelnen Stufen auf den gewünschten Druck gebracht wird, wobei ein Teil des Arbeitsgases hinter dem Verdichter aus dem Kreislauf des Arbeitsmediums abgezweigt und zum Kühlen der Turbinenschaufeln verwendet wird, um anschließend vor oder hinter Ol der Brennkammeriin den Kreislauf des Mediums zurückgeführt zu werden. Das heiße Medium, das aus der ersten Stufe 60 herauskommt, wird gekühlt, um kälter in die zweite Stufe 61 hineinzugehen , so-dann wird das Medium weiter verdichtet, um nunmehr im zweiten Wärmeaustauscher 65, der nach dem Wärmeaustauscher 64 folgt, wieder abzukühlen usw, bis sie dann aus der letzten Stufe 63 herauskommt und durch einen Wärmeaustauscher 66 hindurchgeführt wird, der durch die heißen Abgase aus den Turbinenstufen 67, 68 beheizt wird. Dadurch wird die verdichtete Luft aufgeheizt, und der Rest der Beheizung wird der Brennkammer 69 vorgenommen. Von hier aus geht das Arbeitsmedium in die Turbine, während des Durchgangs durch die Turbine expandiert das Medium, es wird Druck abgebaut und beim Expandieren kühlt sich das Medium ab. Es kann auch eine zweite Brennkammer 70 vorgesehen weden, die zur Zwischenüberhitzung dient und die zwischen der Turbinenstufe 68 und der Turbinenstufe 67 angeordnet ist, so daß man mit der höheren Temperatur in die zweite Turbinenstufe hineingehen kann und dort den Rest des Druckes abbauen kann. In Fig. 17 ist eine ähnliche Anordnung mit vier Verdichterstufen 60a, 61a, 62a, 63a, mit dazwischengeschalteten Wärmeaustauschern 64a, 65a usw. und mit zwei Turbinenstufen 67a und 68a sowie mit Brennkammern 69a und 70a dargestellt.16 shows a turbine arrangement in which the working gas in a multi-stage compressor 60, 61, 62, 63 each with intermediate cooling between the individual stages is brought to the desired pressure, with part of the Working gas branched off from the working medium circuit downstream of the compressor and is used to cool the turbine blades, afterwards in front of or behind Oil of the combustion chamber to be returned to the medium cycle. The hot Medium that comes out of the first stage 60 is cooled to get colder into the To go into the second stage 61, then the medium is further compressed to now in the second heat exchanger 65, which follows the heat exchanger 64, to cool down again etc., until it then comes out of the last stage 63 and through a heat exchanger 66 is passed through, which is caused by the hot exhaust gases from the turbine stages 67, 68 is heated. This will heat the compressed air, and the rest of the The combustion chamber 69 is heated. The working medium goes from here into the turbine, during the passage through the turbine the medium expands, pressure is released and the medium cools down when it expands. It can also one Second combustion chamber 70 is provided, which is used for reheating serves and which is arranged between the turbine stage 68 and the turbine stage 67 is, so that you go into the second turbine stage with the higher temperature and can relieve the rest of the pressure there. In Fig. 17 is a similar arrangement with four compressor stages 60a, 61a, 62a, 63a, with interposed heat exchangers 64a, 65a etc. and with two turbine stages 67a and 68a and with combustion chambers 69a and 70a.

Bei der Anordnung nach Fig. 18, die wiederum aus einer mehrstufigen Verdichtergruppe und einer mehrstufigen eigentlichen Gasturbine sowie einer zwischen die Verdichtergruppen und die be-Turbine geschalteten Brennkammerjsteht, der evtl. ein Wärmeaustauscher vorgeschaltet sein kann, ist ein zusätzlicher Wärmeaustauscher vorgesehen, in dem Wasser, das z. B. mit Hilfe einer Pumpe auf den Druck des Systems gebracht worden ist, in Dampf umgewandelt wird, der in die zur Turbine führende Leitung des Arbeitsgases vor oder hinter der Brennden kammer bzw. Brennkammern eingespritzt wird. Dem zusätzlichen Wärmeaustauscher wird Wärme von dem der Brennkammer verlassenden Abgages vorgeschalteten Wärmeaustauscherizugeführt. Es sinvd vier Verdichterstufen 71, 72, 73, 74 vorgesehen, wobei die Zwischenkühlung, die über Luft oder Wasser erfolgen kann, in den zwischengeschalteten Wärmeaustauschern 75, 76, 77 vorgenommen wird. Die Anordnung ist im übrigen so ähnlich wie bei der Anordnung nach Fig. 16 getroffen, es sind noch die beiden Turbinenstufen 78, 79 vorgesehen, von der letzten Zwischenkuhlungssture 77 geht der Kanal 80 mit einer ganz kleinen Menge Druckluft durch die Turbinenschaufeln hindurch und kühlt dabei die beiden Turbinen 78, 79, nachdem die Turbinen gekühlt worden sind, geht man in den Kreislauf zurück entweder vor der Brennkammer 81 oder hinter dieser Brennkammer, um anschließend in den normalen Prozeß eingeführt zu werden. Anschließend wird der Wärmeaustauscher 82 durchlaufen, von hier aus geht das Medium in den zusätzlichen Wärmeaustauscher 83, in dem Wasser verdampft wird, das über eine Pumpe 84 auf den Druck gebracht worden ist, den man in diesem System hat. Der Dampf, der im Wärmeaustauscher noch überhitzt werden kann, wird entweder vor der Brennkammer 81 oder hinter der Brennkammer in die Turbine eingespritzt, so daß die Turbine mehr Volumen zur Verfügung hat. Die anordnung kann bei einer aus einer z.B. mehrstufigen Verdichtergruppe, einer z.B. mehrstufigen eigentlichen Gasturbine und einer zwischen die Verdichtorgruppe und die Turbine geschaltete Kammer bestehenden Turbinenanordnung auch so getroffen sein, daß das arbeit medium nach dem Verlassen der Turbine durch einen Verdampfer hindurchgeführt wird, in dem zweckmäßig überhitzter Dampf erzeugt wird, der vor oder hinter der Brennkammer in die zur Turbine führende Leitung des Arbeitsgages eingeführt wird. Zwischen den einzelnen Turbinenstufen kann jeweils eine als Vberhitzer dienende Brennkammer vorgesehen sein.In the arrangement according to FIG. 18, which in turn consists of a multi-stage Compressor group and a multi-stage actual gas turbine and one between the compressor groups and the combustion chamber connected to the turbine, which may be a heat exchanger can be connected upstream is an additional heat exchanger provided in the water that z. B. with the help of a pump to the pressure of the system has been brought, is converted into steam, which leads to the turbine Line of the working gas is injected upstream or downstream of the combustion chamber or combustion chambers will. The additional heat exchanger receives heat from that exiting the combustion chamber Abgages upstream heat exchangers. There are four compressor stages 71, 72, 73, 74 are provided, with the intermediate cooling that takes place via air or water can take place, made in the interposed heat exchangers 75, 76, 77 will. The arrangement is otherwise similar to that of the arrangement according to FIG. 16 taken, the two turbine stages 78, 79 are still provided, from the last one Intercooling period 77 the channel 80 goes through the turbine blades with a very small amount of compressed air through and thereby cools the two turbines 78, 79 after the turbines have cooled have been, one goes back into the circuit either before the combustion chamber 81 or behind this combustion chamber in order to then be introduced into the normal process will. The heat exchanger 82 is then passed through, starting from here the medium in the additional heat exchanger 83, in which water is evaporated, which has been brought to the pressure that is required in this system via a pump 84 Has. The steam that can still be superheated in the heat exchanger is either injected into the turbine in front of the combustion chamber 81 or behind the combustion chamber, so that the turbine has more volume available. The arrangement can be at a from a e.g. multi-stage compressor group, e.g. a multi-stage actual Gas turbine and a chamber connected between the compressor group and the turbine existing turbine arrangement also be made so that the work medium after after leaving the turbine is passed through an evaporator, in which expedient Superheated steam is generated in front of or behind the combustion chamber in the to the turbine leading management of the work fee is introduced. Between the individual turbine stages a combustion chamber serving as a superheater can be provided in each case.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Method for operating a turbine-type flow machine arrangement and the turbine arrangement A n s p r ü c used to carry out this method h e 0 Process for converting flow energy into mechanical energy through operation a turbine-like flow machine arrangement, characterized in that one across a rotatably mounted blade grille concentric around an axis of rotation through a hot, compressible flow medium in radial planes and preferably with a differential pressure P2 # 15 and that the P1 Radial plane approximately tangential flow medium initially in the direction from the outside through the circumferential vane grille through into the inside of the impeller, performing a partial expansion with appropriate cooling, there is then an area inside the impeller run through the partially reduced pressure with a correspondingly reduced temperature and finally it again from the inside through the surrounding shovel grille flow outwards while performing a residual expansion with associated cooling leaves.

2. Turbine arrangement serving to carry out the method according to claim 1, characterized in that it has a rotatably mounted wheel with and the axis of rotation of the wheel's inner blade ends has a centric blade grid whose / ######### are aligned approximately radially to the axis of rotation and through which a hot, compressible Flow medium with a differential pressure P2 # 1.5 flows transversely through it that it in a first part-P1 flow from the outside to the inside through an expanding one The blade channel flows in an approximately radially ending direction, followed by the interior of the impeller happens and finally i a second partial flow from the inside to the outside is passed through a tapered blade channel, and that this is the direction opposed to the relative speed of the flow emerging from the impeller runs towards the direction of the rotational speed of the impeller, with a total of a two-stage total pressure reduction with a corresponding one for the flow medium two-stage temperature reduction results.

3. Turbine arrangement according to claim 2, which in addition to a turbine still Contains means for preparing the flow medium with regard to pressure and volume, characterized in that the successive blades of the impeller Turbine has an empty interior that is concentric with the impeller axis and axially between two end disks contained wreath and that the means Compression and combustion chamber prepared in a manner known per se on the turbine wheel incoming working medium is fed approximately tangentially to the blade ring so that It initially forms the wreath in radial planes with a decrease in temperature and pressure during expansion flows through from the outside to the empty interior, so that there is then a deflection in the interior around a vortex-like area inside the impeller smaller smaller about constant / pressure and the same / temperature experiences and that it finally reaches the blade ring a second time, but this time with a further decrease in temperature and pressure from within flows through to the outside.

4. Turbine arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that that the successive blades of the blade ring each with one another form a blade channel that tapers from inside to bussen.

5. Turbine arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the impeller of the turbine is designed like a drum and the blades of the ring of the impeller between two axially spaced apart, on the one hand for holding the blades and on the other hand for rotatable bearing the impeller serving end plates are included, on which the blades with their axial ends are attached.

6. Turbine arrangement according to one of claims 3 to 5, characterized in that that the axial length of the parts of the blades contained between the end disks is only short in relation to the diameter of the end disks and e.g. Diameter of the end disk behaves as 1: 5 to 10.

7. Turbine arrangement according to one of claims 3 to 6, characterized in that that the blades of the impeller of the turbine are dimensioned and designed so that there is a ratio di da about 0.8.

8. $ turbine arrangement according to one of claims 3 to 7, characterized in that that the blades of the impeller are sized, formed, aligned and aligned with one another are arranged so that t results in a ratio 1> 1.

9. Turbine arrangement according to one of claims 3 to 8, characterized in that that the blades of the impeller are designed so that the good ducks to the outer circle and form an angle of 20-300 with each other to the outer end of the blade.

1o. Turbine arrangement according to one of Claims 3 to 9, characterized in that that the blades of the impeller are designed so that the tangents to the inner circle and form an angle of about 90 ° with each other towards the inner blade end.

11. Turbine arrangement according to one of claims 3 to 10, characterized in that that at least one of the end plates and the associated shaft sections of the impeller are traversed by serving for the transport of cooling medium cooling channels to the Serve cooling the blades of the turbine impeller.

12. turbine arrangement according to nspruch 11, characterized in that the cooling channel system consists of ring channels and branch channels.

13. Turbine arrangement according to claim 11 or 12, characterized in that that the Sühlkanäle passing through the end disks on the one hand - for example in the central one Area - with the channels running through the wave sections and on the other hand - in the radially outer area - in connection with the interior of the hollow blades stand.

14. Turbine arrangement according to one of claims 11 to 13, characterized characterized in that the cooling channels are connected to the circuit of the working medium are, preferably in the area of the compressor.

15. Turbine arrangement according to one of claims 11 to 14, characterized characterized in that the cooling channels in the two end plates of the impeller from the cooling medium are flowed through in countercurrent to equalize the centrifugal force.

16. Turbine arrangement according to one of claims 11 to 15, through this characterized in that the cooling channels on supply lines for to be used for cooling Steam are connected.

17. Turbine arrangement according to one of claims 3 to 16, characterized in that that the blades on the end disks acted upon by the cooling medium Area attached, e.g. welded.

18. Turbine arrangement according to one of claims 2 to 17, characterized in that that the blades are hollow, with a cooling medium flowing through them on the inside and have a heat-resistant, insulating layer of material on the outside.

19. Turbine arrangement according to claim 18, characterized in that the blades inside the pipes carrying the cooling medium, which e.g. can be load-bearing, contain.

20. Turbine arrangement according to claim 18, characterized in that the blades are made of one which is used for strength and through which the cooling medium flows Inner blade and from a surrounding this leaving an air gap Outer blade made of heat-resistant, insulating material, e.g. ceramic material exist.

21. Turbine arrangement according to one of claims 18 to 20, characterized characterized in that the blades have a Insulation coating, e.g. made of ceramic material, which has the task of controlling the flow of heat to the To inhibit supporting material.

22. Turbine arrangement according to one of claims 18 to 21, characterized characterized in that only some of the blades of the blade ring are cooled and the other, uncooled blades only transmit torque.

2n. Turbine arrangement according to one of Claims 18 to 22, characterized by pinched or inserted with their axial ends in the grooves of the end plates Shovels made of heat-resistant, e.g. ceramic or sintered material.

24. Turbine arrangement according to one of claims 3 to 23, characterized in that that the end disks on the side facing the inside of the impeller with a heat-insulating Protective layer, atis ceramic material such as Ca-Si or AlO are covered; 25th Turbine arrangement according to Claim 24, characterized in that the end disks are drawn in on the side facing the inside of the impeller and into the side facing this Well-formed depressions of the depressions formed by the protective layer, e.g.

plate-shaped covering in alignment with the inner surface of the end plate is used.

26. Turbine arrangement according to one of claims 11 to 25, characterized characterized in that the cooling flow rate through the impeller of the turbine is adjusted is that a swing material temperature of about 7000 C is not exceeded.

27. Turbine arrangement according to one of claims 2 to 26, characterized in that that air is used as the working medium.

28. Turbine arrangement according to one of claims 2 to 26, characterized in that that steam is used as the working medium.

29. Turbine arrangement according to one of claims 11 to 28, in which the working gas expediently in each case in a preferably multi-stage compressor brought to the desired pressure with intermediate cooling between the individual stages is, characterized in that a part, preferably a small part, of the working gas branched off the circuit of the medium behind the compressor and for cooling the Turbine blades used subsequently in front of or behind the combustion chamber to be returned to the cycle of the medium.

30, turbine arrangement according to one of claims 2 to 29, which consists of a e.g. multi-stage compressor group, e.g.

multi-stage actual gas turbine and one between the compressor group and the turbine-switched combustion chamber, possibly a heat exchanger can be connected upstream, characterized in that it has an additional Heat exchanger in the exhaust gas flow, in the water, which e.g. with the help of a pump on the pressure of the system is converted into steam that goes into the turbine leading treatment of the working gas upstream or downstream of the combustion chamber or

is injected into the combustion chambers.

31. Turbine arrangement according to claim 30, characterized in that daF the additional heat exchanger heat from the exhaust gas of the combustion chamber upstream Heat exchanger leaving stream is supplied.

32. Turbine arrangement according to one of claims 2 to 31, which consists of a e.g. multi-stage compressor group, e.g. a multi-stage actual gas turbine and a combustion chamber connected between the compressor group and the turbine consists, characterized in that the working medium after leaving the turbine is carried out by an evaporator in which conveniently superheated steam is generated which is in front of or behind the combustion chamber in the processing of the turbine leading to the Working gas is introduced.

33. Turbine arrangement according to one of claims 2 to 32, in which the the actual gas turbine is multi-stage e.g. two-stage - characterized by that between the individual turbine stages there is a combustion chamber serving as a superheater is provided.

34. Turbine arrangement according to claim 33, characterized in that in at least one of the turbine arrangements upstream of the turbine and downstream of the combustion chamber Steam or superheated steam is injected.

35. Turbine arrangement according to one of claims 3 to 34, characterized in that that the impeller of the turbine is sealed against the housing by a labyrinth seal e.g. in the area of the outer edge areas of the end plates.

36. The method according to claim 1, characterized in that one hot, compressible, compressed flow medium in a rotating blade grid can expand, in which this medium flows through the grid in radial planes transversely and then from him first the outer tip of the shovel and then the chauf elinnensp it z e stub-point-shaped hot is applied.