DE2918873A1

DE2918873A1 - Ausstroemoeffnung einer duffusor-schaufelnase mit automatischer ejektorsteuerung

Info

Publication number: DE2918873A1
Application number: DE19792918873
Authority: DE
Inventors: John T. Milford Conn. Exley; Charles Monroe Conn. Kuintzle jun.
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1979-05-08
Filing date: 1979-05-08
Publication date: 1981-04-02
Also published as: GB2060074A; DE2918873C2; GB2060074B

Description

.torfindungsger.iilß wiru in einer Gasturbine ein Hilfsluftfluß ausgebildet für den i-ntrieb von Hilfsgerüten. nieser Ililfsluftfluß wird anhanü einar Ausströmöffnung erhalten, die unmittelbar stromab von einer Diffusorschaufel in einer Nase ausgebildet ist, die ihrerseits in der Hinteren Kante der Schaufel gebildet ist unter Erzielen einer Trägheitskrafttrennung. Diese hochenergetische Luft aus den .diffusor wird als der primäre Luftfluß in einem Ejektor angewandt, wodurch Uuweltsluft in den EiIfsluftfluß gesaugt wird unter Erniedrigen der Temperatur der Ausströmluft. Der Ejektor ist so aufgebaut, daß automatisch die klenge der Umweltsluft gemäß der Energie des ausströmenden Luftflusses eingestellt wird, und zwar vermittels eineis aurch. Kolben betätigten Stiftes, der in der Prinärdüse eine gleitende Bewegung ausführen kann. Der Stift verändert das Volumen ues.Lufcflasses durch die Prinärdüse gemäß dem Druck, der durch den Lufcfluß auf usn Kolben ausgeübt wird.

In einigen Füllen ist es bei einer Gasturbine erforderlich eine uusHe eines Luftflusses zu haben, durch die Hilfsfunktionen ausgeführt und Hilfsgeräte angetrieben werden, z.3. zum Erzeugen von i.lektrizitc.Lt, Antrieb von Klimaanlagen und Unterdrucksetzen von Passagierräuiiien. Im allgemeinen muß dieser Luftfluß frei von Verunreinigungen sein und wird durch Luft geliefert, die an verschiedenen Stelle]ι in der Turbine abgeleitet wird. In Abhängigkeit von der Stufe, bei der diese Luft erhalten wird, ergeben sich verschiedene Probiene, und zwar Verunreinigung, nicht ausreichende Energie, übermäßiger Energieverlust in der Turbine oder übermäßige Temperatur der abgeleiteten Luft.

Di<3 der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, daß ein hochenergetischer Hilfsluftfluß erhalten wird, wobei die Verunreinigung kleinstraöglich ist sowie die Temperatur des Hilfsluftflusscs ohne ernsthaften Verust der Turbinenleistung kontrolliert wird.

.".ine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Ljextoranordnung zu schaffen, die so aufgebaut ist, daß sich ^in sekundärer Luftfluß ergibt, der sich umgekehrt proportional zu den Druck in der Primärdüse verändert.

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In einer Gasturbine rait einem ringförmigen Diffusor, eier nit einer 2entrifugalkompressorstufe verbunden ist, sine radial verlaufende Schaufeln vorgesehen, die in der hinteren Kante ausgebildet eine gekrümmte Nase aufweisen. Eine Luftausstror!Öffnung befindet sich im Inneren der "Jase zwecks Zuführen hochenergetischer Luft zu einem Hilfssystem. Die Jase ist ausgebildet unter rrzielen einer Trägheitskraftabtrennung von Verunreinigungen aus der asuströir.enden Luft. Dieser Hilfsluftfluß bildet den primären Luftfluß einer injektordüse mit einem unter Federeinwirkung stehenden Stift in der Düse, der so beweglich ist, daß sich eine Veränderung der ienge des primären Luftflusses ergibt. Die Einstellung des Stiftes wird durch Druckveränderungen in der Ausstrcnleitung bedingt. Die kühlere Umweltsluft bildet den sekundären Luftfluß des Ejektors und vereinigt sich rait dem primären Luftfluß unter Verringern der Temperatur desselben. In dieser Weise ergibt sich ein hochenergetischer Hilfsluftfluß., dessen Temperatur gesteuert ist. Der Stift ist mit einem Kolben verbunden, der in einer Kammer gleitet, die üsu Drack in der Priinördüse ausgesetzt ist. Der Kolben steht unter Federeinwirkung dergestalt, daß sich ein größtmöglicher nri^rirer Luftfluß ergibt.

Ein JiUSführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Gasturbine nit dem i;rfindungsgegenstand;

Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht des Diffusors und zeigt die erfindungsgemäßen Diffusorschaufeln und Hasen- und Ausströmöffnung vergrößert;

Fig. 3 eine Schnittansicht der erfindungagemäße zugeordneten Ejektor düse.

Bei einer Gasturbine empfängt ein ringförmiger Diffusor 1, siehe die Figuren 1 und 2, den von einem Zentrifugalkonipressorrad 2 koinrienden hochenergetischen Luftfluß. Der Diffusor 1 ist r;it radial verlaufenden Schaufeln 3 versehen, die sich über den Diffusorkanal erstrecken. Die Schaufeln 3 verbreitern sich allmählich ausgehend von deren vorderer Kante 4 in Richtung auf die Stroiaabkante 5. In die hinters Kante 5 der Diffusorschaufel 3 ist eine

herausgearbeitet, durch die dsr durch Jie Schaufel 3

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Uase C

verursachte Strudel hintenanrjehalten werden soll und dient weiterhin dazu an der hinteren Kante 5 einen Wirbel zu erzeugen. Eine /ausströmöffnung 7 ist in der Hand des Diffusors 1 in dem Inneren der liase G in der hinteren Kante 5 der Diffusorschaufel 3 vorgesehen. -Die Ausstreuöffnung 7 steht in Verbindung mit einer Hauptleitung 3 und ist so konstruiert, daß die in den ?.»asengebiet der iJiffusorsciiaufel 3 vorliegende hochenergetische Luft in die Ausströvileitung δ fließen kann.

Line Hilfsleitung 9 steht in direkter Verbindung mit der Ausströmhauptleitung δ. Eine Ejektordüsenanordnung 10, siehe die Figur 3, ist in der Hilfsleitung 9 vorgesehen, so daß die Ausströnluft den üTiiiitirfluß durch die Priuärdüse 11 des Ljektors 10 bildet. i\ählere Umwaltsluft wird von außerhalb der Turbine durch die Sekundär düse 12 des .üjektors 10 erhalten. Die Primär du se 11 wird durch einen Stift 13 gesteuert, der in der Düse 10 achsial beweglich ist. Das hintere Teil des Stiftes 13 ist als ein Kolben ausgebildet, der im Inneren der geschlossenen Kammer 15 eine hin- und hergehende Bewegung ausführt. Der Kolben 14 steht unter der Einwirkung der Feder 15 dergestalt, daß sich ein größtmöglicher primärer Luftfluß ergibt. Der Druck in der äusströmhauptleitung 8 drückt die Luft durch die öffnung 17 in den Raum 18 der Kammer 15 und übt auf eine Seite des Kolbens 14 gegen die Feder 16 eine Kraft aus, wodurch sich eine Bewegung des Stiftes 13 unter Verringern des primären Luftflusses ergibt. Hierdurch wird das Verhältnis von Primärluft zu Sekundärluft gesteuert.

Bei dem Betrieb tritt hochenergetische Luft durch die Ausströmöffnung 7 an der hinteren Kante 5 der Diffusorschaufel 3 aus und tritt in die Ausströrahauptleitung 3 ein, die die Hilfsleitung 9 versorgt. Bei niedrigen Turbinengeschwindigkeiten v/eist die Ausströinluft eine relativ niedrige Energie auf, und die Ejektordüse 10 wird auf einen maximalen primären Luftfluß eingestellt, wodurch im wesentlichen das Einführen von Umweltsluft ausgeschaltet wird. Bei zunehmender Turbinengeschwindigkeit übt die Ausströmende hochenergetische Luft eine Kraft auf den Stift 13 gegen die Vorspannfeder 16 aus, wodurch der Stift 13 in einer Richtung bewegt wird, die die Menge der in der Primärdüse 11 fließenden Primärluft verringert. Sobald dies eintritt, erhöht sich der sekundäre Luftfluß, wodurch sich ein Hilfsluftfluß verringerter Temperatur

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ergibt, der für den Antrieb von Zusatzgeräten geeignet ist.

Die gekrümmte Oberfläche eier in ^. er hinteren Kante. 5 der Oiffusorschaufel 3 ausgebildeten 'läse C fährt dazu, daQ die ausstr<":./rnue Luft eine scharfe Wendung macht, um durch die öffnung 7 auszutreten, hierdurch ergibt sich ein zentrifugaler Trl'.gheitstrenneffeiet der praktisch vollständig Verunreinigungen in dein ausströmenden Luftstrom ausschließt, wodurch es nicht wehr erforderlich vfird eine v/eitere Abtrennung oder Filtern des Hilfsluftflusses durchzuführen.

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Claims

PATENTANWALT D-1 BERLIN 33 4.5.79

MANFREDMIEHE FALKENRIED 4

Telefon: (030) 8 3119 50

Diplom-Chemiker Ό Π 1 O O "7 Q Telegramme: INDUSPROP BERLIN

£ ν? | O O / Vf Telex: 01854«

US/1 6/2422 L-499-F-9

AVCO CORPORATION 1275 Kingstreet, Greenwich, Conn. 06830, USA

ausströmöffnung einer Diffusor-Schaufelnase mit automatischer

Uj ektorsteuerung

Patentansprüche
1. «Gasturbine mit einer Kompressorstufe, die einen hochenergetischen Luftfluß durch einen Diffusor treibt mit einer Anordnung für das Auströraen von Luft aus dem Diffusor, gekennzeichnet, durch die Kombination der nachfolgenden Merkmale:

a) eine Mehrzahl an Diffusorschaufeln angeordnet in dem Diffusor und mit einer gekrümmten, nasenartigen Oberfläche ausgebildet in der hinteren Kante derselben;

b) eine Verbindungsleitung in dem Diffusor und in Verbindung stehend mit dem Gebiet innerhalb der Nase, die an dem Stromabende der Diffusorschaufel ausgebildet ist und

c) eine Ausströmhauptleitung so aufgebaut, daß dieselbe von der Verbindungsleitung Ausströmluft empfängt.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ejektoranordnung mit einer Primär- und einer Sekundärdüse vorliegt, die Anordnung mit der Ausströmhaujjtleitung so verbunden ist, daß die Ausströmluft durch die Primärdüse fließt, die Düse eine /!.nordnung aufweist, durch die automatisch das Volumen des Luftflusses in der Primärdüse umgekehrt proportional zu der Energie des Luftflusses in den Diffusor eingestellt wird, die Ejektoranordnung so angeschlossen ist, daß dieselbe Kühlluft durch die Sekundärdäse ansaugt unter Vereinigen derselben mit dem ausströmenden Luftfluß.

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3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c a η e t, daß die anordnung für das Verändern des Luftflusses in tier Prinulrdüse des Ejektors die folgenden Merkmale aufweist:

a) einen länglichen Stift angeordnet für das Ausfähren einer achsialen G-leitbewegung in der Prinärdüse und so geformt, daß diese Bewegung zu einer Veränderung der ilenge des Luftflusses in der Primärdüse führt,

b) in dem Ejektor ist eine abgedichtete Kammer vorgesehen,

c) an dem Düsenstift ist ein Kolben befestigt für eine Bewegung ir.it demselben, der sich in die abgedichtete Kammer erstreckt,

d) eine Druckfeder ist dem Kolben so zugeordnet, daß der Kolben und der Stift in eine Lage gedrückt werden, bei der ein maximaler primärer Luftfluß vorliegt und

e) eine Anordnung, durch die eine Seite des Kolbens einer Kraft ausgesetzt wird, die proportional dem Druck der ausströmenden Luft in der AusStrömhauptleitung ist, so daß ein erhöhter Druck zu einer Bewegung des Kolbens und des Stiftes unter Verringern des primären Luftflusses führt.
4. Ejektoranordnung mit einer primären und sekundären Düse, g e kennzeichnet durch die Kombination dernachfolgenden Merkmale:

a) einen länglichen Stift, der in der Primärdüse eine achsiale Gleitbewegung ausführen kann und so geformt ist, daß diese Bewegung zu einer Veränderung des Betrages des Luftflusses in der primären Düse führt,

b) eine in der Primärdüse vorgesehene abgedichtete Kammer,

c) einen an dem Düsenstift befestigten Kolben zwecks gemeinsamer Bewegung mit demselben, der sich in die abgedichtete Kammer erstreckt;

d) eine Druckfeder, die dem Kolben so zugeordnet ist, daß der Kolben und die Feder in eine Lage gedrückt werden, bei der ein maximaler primärer Luftfluß vorliegt und

e) eine Anordnung, durch die eine Seite des Kolbens einer Kraft ausgesetzt wird, die proportional dem Druck der Luft in der Primärdüse ist, so daß ein erhöhter Druck zu einer Bewegung des Kolbens und des Stiftes unter Verringern des primären Luftflusses führt.

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