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Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, speziell eine
Gasturbine vom Spiraltyp, die von Abgasen einer Brennkraftmaschine
angetrieben wird, und insbesondere eine Verbesserung des
Düsenbereichs der Gasturbine des oben genannten Typs.
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Eine von den Abgasen einer Brennkraftmaschine angetriebene
Gasturbine vom Spiraltyp ist beispielsweise in der
ungeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. 166718/1985
beschrieben. Diese Gasturbine hat ein Spiralgehäuse, in das die
Abgase vom Motor eingeleitet werden. Das in den Raum oder die
Spiralkammer des Spiralgehäuses eingeleitete Abgas strömt in
Form einer Spiral- oder Wirbelströmung, die vom äußeren
Umfangsbereich zum inneren Umfangsbereich der durch das
Spiralgehäuse definierten Kammer geleitet wird. Die Gasturbine hat
ferner ein Laufrad, das im Mittelbereich des Spiralgehäuses
drehbar angeordnet und ausgelegt ist, um von der Energie der
Abgase aus der Spiralkammer drehangetrieben zu werden. Nach
geleisteter Arbeit wird das Abgas vom Laufrad in Richtung der
Drehachse des Laufrads aus dem zentralen Laufradbereich
abgeführt.
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Eine Düseneinrichtung ist an einem Innenumfangsrand des
Spiralgehäuses so vorgesehen, daß sie das Laufrad umgibt. Eine
Vielzahl von Leitschaufeln ist in der Öffnung der Einrichtung
so angeordnet und orientiert, daß das Abgas aus dem
Spiralgehäuse abgelenkt und in Richtung zum Laufrad durch die
Leitschaufeln geleitet werden kann.
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Die Leitschaufeln sind mit ihren jeweiligen einen Enden an
der Innenseite einer der gegenüberstehenden Wände des
Spiralgehäuses unter Bildung der Düseneinrichtung befestigt und
erstrecken sich derart, daß ihre anderen Enden im Bereich der
Innenseite der anderen der gegenüberstehenden Wände des
Spiralgehäuses positioniert sind.
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Diese bekannte Gasturbine vom Spiraltyp wies aufgrund der
Formänderung der Leitschaufeln infolge von thermischer
Beanspruchung den folgenden Nachteil auf. Im Betrieb der
Gasturbine wurden nämlich die Leitschaufeln in Umfangsrichtung
aufgrund von Wärme verzogen oder verformt, so daß die Größe des
Spalts zwischen den Enden der Leitschaufeln und der ihnen
gegenüberstehenden Innenwandfläche des Spiralgehäuses zunahm.
Infolgedessen erhöhte sich der Anteil des Gases, der durch
den vorgenannten Spalt strömte, relativ zu der
Gesamtgasmenge, die die Öffnung in der Düse durchsetzte, so daß ein
Anteil der Enthalpie des Gases, der an der Düse in kinetische
Energie umgewandelt wurde, die zum Antrieb des Laufrads
wirksam war, abnahm, was zu einer Verminderung des
Gesamtwirkungsgrads der Gasturbine führte.
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GB-A-847 242 beschreibt ferner eine Düseneinheit, die zur
Verwendung in einer Radial-Gasturbine bestimmt ist und aus
einem außenseitigen und einem innenseitigen Ring besteht, die
radial gegenüberstehende Flächen mit lose darin eingesetzten
Düsenschaufeln haben. Diese Düsenringe sind in einer
Spiraleinrichtung mit Spiel positioniert, um eine Ausdehnung der
Düseneinheit ohne übermäßige Formänderung zuzulassen. Ferner
wird in DE-A-28 43 202 gelehrt, ein rohrförmiges Element zum
Befestigen der Schaufeln in einer Abgasturbine zu verwenden,
und schließlich zeigt EP-A-0 024 275 eine Muffenverbindung
zwischen den Schaufeln und einem Düsenring in einer
Gasturbine.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine von den
Abgasen einer Brennkraftmaschine angetriebene Gasturbine vom
Spiraltyp anzugeben, bei der jede Vergrößerung des Spalts
zwischen den Enden der Leitschaufeln und einem ihnen
gegenüberstehenden Bereich der Innenwand des Spiralgehäuses
vermieden werden kann, um so jede Abnahme der Leistung der
Gasturbine insgesamt zu verhindern.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird die genannte Aufgabe
gelöst mit Hilfe einer Gasturbinenkonstruktion gemäß der
Definition im beigefügten Anspruch 1, und weitere und
vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in
den ebenfalls beigefügten Unteransprüchen definiert.
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Aufgrund der Merkmale der vorliegenden Erfindung wird im
wesentlichen das gesamte Abgas, das aus dem Spiralgehäuse zum
Laufrad strömt, durch die Leitschaufeln zu einer
Laminarströmung gemacht. Somit kann bei einer Gasturbine nach der
vorliegenden Erfindung der Wirkungsgrad der Energieumwandlung
auf einem hohen Niveau gehalten werden.
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Die Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben
sich im einzelnen aus der folgenden detaillierten
Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Die
Zeichnungen zeigen in:
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Fig. 1 eine teilweise weggebrochene schematische
Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels der
Gasturbine nach der Erfindung;
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Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen
Teils des Ausführungsbeispiels von Fig. 1;
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Fig. 3 eine Schnittansicht der Leitschaufeln entlang der
Linie III-III von Fig. 2;
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Fig. 4 ein Diagramm, das Versuchsergebnisse entsprechend
dem Prinzip der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht von wesentlichen
Teilen eines anderen Ausführungsbeispiels der
Gasturbine gemäß der Erfindung; und
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Fig. 6
und 7 eine Schnitt- bzw. eine Perspektivansicht des Teils
der konventionellen Gasturbine, der durch die
vorliegende Erfindung verbessert wird.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 wird nachstehend ein erstes
Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
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Ein Abgaseinlaß 11 einer Gasturbine 4 ist mit dem Auslaßende
eines Abgaskrümmers 2 einer Brennkraftmaschine 1 durch eine
Steuerventileinrichtung 3 verbunden, die ein Richtungssteuer
- oder Umschaltventil 20 aufweist.
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Das durch den Einlaß 11 in die Gasturbine 4 eintretende Abgas
strömt spiralförmig oder drehend entlang einer Spiralkammer
in einem Spiralgehäuse 8. Das Spiralgehäuse 8 hat eine
Gestalt in Form einer Schnecke, wobei die radiale
Querschnittsfläche des Gehäuses an einer Position, die von seinem Einlaß
weiter entfernt ist, stetig abnimmt.
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Die Gasturbine 4 hat in einem zentralen Bereich des
Spiralgehäuses 8 ein Turbinenlaufrad 4, das in einem Lager 6
drehbar gelagert ist.
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Am Innenumfang des Spiralgehäuses 8 sind Düsen 9 und 9a in
solcher Weise geformt, daß sie dem Außenumfang des Laufrads
zugewandt sind und das Laufrad 10 umgeben. Die Düsen 9 und
9a bilden einen begrenzten oder gedrosselten Strömungskanal,
der den Spiral- oder Wirbelstrom des Abgases im Spiralgehäuse
8 in Richtung zum Laufrad 10 leitet.
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Die Düse 9 ist an einem Ende eines rohrförmigen Elements 18
geformt, das an einem Innenumfang des Spiralgehäuses 8 an der
Rückseite des Laufrads 10 befestigt ist. Insbesondere ist das
rohrförmige Element 18 an seinem einen axialen Ende mit einer
gekrümmten Fläche 18a versehen, die einen Innenumfangsrand
der Innenwand des Spiralgehäuses 8 definiert. Eine Vielzahl
von Leitschaufeln 17 ist an der gekrümmten Fläche 18 so
vorgesehen, daß sie in Axialrichtung davon mit einem
vorbestimmten Abstand bzw. einer vorbestimmten Teilung (beispielsweise
mit gleichbleibender Teilung, wie in Fig. 3 gezeigt) in
Umfangsrichtung vorspringen.
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Die vorgesehenen Enden der Leitschaufeln 17 sind mit einem
gemeinsamen Ringkörper 19 verbunden. Der Ringkörper 19 hat an
einer Position, die der gekrümmten Fläche 18a des
rohrförmigen Elements 18 gegenübersteht, eine gekrümmte Fläche 19a,
die mit der gekrümmten Fläche 18a zusammenwirkt, um die
Öffnung der Düse 9 zwischen beiden zu definieren.
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Im Spiralgehäuse 8 ist eine ringförmige Trennwand 12 vorge-
sehen, die den Raum im Spiralgehäuse 8 in zwei in
Axialrichtung getrennte Kammern unterteilt, und zwar in eine erste
Spiralkammer 13 und eine zweite Spiralkammer 14.
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Die ringförmige Trennwand 12 hat ein Innenumfangsende, das zu
einer Position verläuft, an der das ringförmige Element 19,
das die Enden der Leitschaufeln 17 miteinander verbindet,
angeordnet ist, und ist mit dem ringförmigen Element 19 an
ihren aneinanderstoßenden Flächen über eine Muffenverbindung
19b verbunden. Somit bildet die gekrümmte Fläche 19a des
ringförmigen Elements 19 einen Teil der Seitenfläche der
Trennwand 12, die der ersten Spiralkammer 13 zugewandt ist.
Die von den gekrümmten Flächen 19a und 18a definierte Düse
hat gemeinsam mit den Leitschaufeln 17 die Funktion, das
Abgas aus der Spiralkammer 13 in Richtung zum Laufrad 10
zwangsabzulenken.
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Das ringförmige Element 19 hat ferner eine gekrümmte Fläche
19c, die einen Teil des inneren Umfangsendes der Trennwand 12
bildet, der der zweiten Spiralkammer 14 zugewandt ist. Die
Innenwand des Spiralgehäuses 8 an der Vorderseite des
Laufrads 10 hat eine gekrümmte Fläche 18b an ihren
Innenumfangsenden. Die gekrümmte Fläche 19c des ringförmigen Elements 19
und die gekrümmte Fläche 18b des Spiralgehäuses 8 stehen
einander gegenüber, so daß sie zwischen sich die Öffnung der
Düse 9a für die zweite Spiralkammer 14 definieren.
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Die Düse 9a ist ausgelegt, um die Wirbelströmung des in der
zweiten Spiralkammer 14 strömenden Abgases in Richtung zum
Laufrad 10 zu leiten.
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Das Abgas, das Arbeit geleistet bzw. das Laufrad 10
beaufschlagt hat, wird durch einen Auslaß 7 zur Atmosphäre
abgegeben, der in der Mitte des Spiralgehäuses 8 koaxial mit dem
Laufrad 10 an der Vorderseite des Laufrads (der linken Seite
des Laufrads 10 in Fig. 1) gebildet ist.
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Bei niedriger Motordrehzahl ist das Umschalt- oder
Richtungssteuerventil 20 von der Stelleinheit 22 in eine Position
gestellt, um den Einlaß 21 eines zweiten Abgaseinlaßkanals 16
zu schließen. Infolgedessen wird das Abgas durch einen ersten
Einlaßkanal 15 in die erste Spiralkammer 13 eingeleitet und
durchströmt diese spiralförmig. Das spiralförmig in der
ersten Spiralkammer 13 und entlang derselben strömende Abgas
wird verdichtet, während es sich dem Ende der Spiralkammer 13
nähert, weil der Querschnittsbereich der Kammer 13 in
Richtung zu ihrem abstromseitigen Ende stetig abnimmt. Das so
verdichtete Abgas wird mit hoher Geschwindigkeit zum Laufrad
10 ausgepreßt, um das Laufrad 10 durch seine Energie
anzutreiben und zu drehen.
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Wenn die Drehzahl des Motors 1 hoch wird, verschiebt die
Stelleinheit 22 das Umschaltventil 20 in eine Position, in
der es den Einlaß 21 des zweiten Abgaseinlaßkanals 16 öffnet,
so daß das Abgas in die erste und die zweite Spiralkammer 13
und 14 durch beide Einlaßkanäle 15 und 16 eingeleitet wird.
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Das in beiden Kammern 13 und 14 in Form einer Spirale bzw.
einer Wirbelströmung strömende Gas wird zum Laufrad 10 durch
die Düsen 9 und 9a ausgepreßt und treibt das Laufrad 10 an.
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Das Laufrad 10 treibt seinerseits einen Verdichter 5, der mit
dem Ende der Welle des Laufrads 10 verbunden ist, das drehbar
in dem Lager 6 gelagert ist.
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Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, die die Konstruktion der
Düse und der Leitschaufeln der konventionellen Gasturbine des
beschriebenen Typs zeigen, sind freie Enden von Leitschaufeln
25, die am Ende eines rohrförmigen Elements 26 gebildet sind,
aus einer in Vollinien in Fig. 7 gezeigten Gestalt heraus zu
der in Strichlinien in Fig. 7 gezeigten Gestalt verformt
worden aufgrund von thermischen Beanspruchungen, die aus der von
dem Abgas übertragenen Wärme resultieren.
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Die Enden der Leitschaufeln 25 verlaufen zu einer Zone im
Bereich einer einer ersten Spiralkammer 13 zugewandten
Endfläche 27 des Innenumfangsbereichs einer Trennwand 24, die
den Raum im Spiralgehäuse 8 in die erste und die zweite
Spiralkammer 13, 14 unterteilt. Die Gasturbine ist so ausgelegt,
daß der Spalt zwischen den freien Enden der Leitschaufeln 25
und der vorgenannten Innenumfangs-Endfläche 27 der Trennwand
24 bei der Montage der Gasturbine minimiert ist, um so den
Anteil von Abgasen zu minimieren, der zum Laufrad 10 strömt,
ohne die Leitschaufeln 25 zu durchsetzen. Dieser Spalt
tendiert jedoch dazu, infolge der thermischen Formänderung der
Leitschaufeln 25, die dem Hochtemperatur-Abgas ausgesetzt
sind, größer zu werden. Im Fall der Leitschaufeln 25 von Fig.
7 ist das Ausmaß der Formänderung infolge der Wärmeausdehnung
zwischen dem inneren oder konkaven Bereich jeder Leitschaufel
25 und ihrem äußeren oder konvexen Bereich bzw. zwischen dem
aufstromseitigen Bereich jeder Leitschaufel 25 und ihrem
abstromseitigen Bereich verschieden, und zwar wegen der
unterschiedlichen Krümmungen an ihrem inneren und äußeren Bereich
und der unterschiedlichen Dicke an ihrem aufstromseitigen und
ihrem abstromseitigen Bereich. Die Wärmeausdehnung des
rohrförmigen Elements 26 ist relativ gering, weil die Temperatur
des rohrförmigen Elements 26 nicht so stark wie die der
Leitschaufeln 25 ansteigt. Daher erfährt jede Leitschaufel 25
eine Formänderung, wie die Strichlinien in Fig. 7 zeigen, so
daß sie nach innen gebogen wird und sich in Richtung zu ihrem
abstromseitigen Ende ausdehnt, was in der Bildung bzw.
Erweiterung des Spalts der Breite ΔS zwischen der Endfläche 27 der
Trennwand 24 und der Endfläche 25a der Leitschaufel 25
resultiert, wie Fig. 6 zeigt. Daher wird der Wirkungsgrad der
Gasturbine verringert, wie Fig. 4 zeigt.
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Fig. 4 zeigt das Resultat eines Experiments, das durchgeführt
wurde, um den Turbinenwirkungsgrad ηt in bezug auf das
Geschwindigkeitsverhältnis U/C in einer Betriebsart zu
untersuchen, in der Luft als Testfluid nur in die erste
Spiralkammer eingeleitet wurde, und zwar unter jeweils einer von zwei
Bedingungen b = 0 und 0,2 mm, wobei b die Größe des Spalts
bzw. Abstands zwischen den Enden der Leitschaufeln 25 und der
Trennwand 24, U die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads am
Turbinenlaufradeinlaß und C die absolute
Strömungsgeschwindigkeit der Luft am Düsenbereich ist.
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Die Turbinendrehzahl oder die Turbinenlaufraddrehzahl nt
ändert sich mit der Temperatur Ttl der Luft am
Turbineneinlaß. Während des Experiments wurde die Lufttemperatur daher
so geregelt, daß sie am Turbineneinlaß 333,2 K betrug, und
die Turbinendrehzahl nt wurde gemäß der folgenden Gleichung
(1) korrigiert:
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Nt = nt/ Tt1 (1)
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Der Turbinenwirkungsgrad ηt wurde für zwei Fälle gemessen,
und zwar Nt = 2739 rpm/ K und Nt = 4383 rpm/ K. Die Resultate
dieser Messungen sind in Vollinien bzw. Strichlinien gezeigt.
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Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wurde in jedem Fall eine
Verringerung des Turbinenwirkungsgrads von ca. 10 % beobachtet,
und zwar ungeachtet der korrigierten Turbinendrehzahl Nt. Aus
diesem Versuchsergebnis ist ersichtlich, daß die Verringerung
des Turbinenwirkungsgrads in erheblicher Weise vermieden
werden kann, wenn die Gasturbine so ausgelegt ist, daß die Größe
bzw. Breite des Spalts zwischen den Leitschaufeln und der
Trennwand sich im Betrieb der Gasturbine nicht erheblich
gegenüber dem Anfangswert ändert.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die
Formänderung der Leitschaufeln 17 infolge von thermischer
Beanspruchung vermindert werden, weil die Steifigkeit der
Leitschaufeln 17 durch das ringförmige Verbindungselement 19
erhöht wird, das die Enden der Leitschaufeln 17 miteinander
verbindet. Ferner verhindert die Muffenvebindung 19b, an der
das ringförmige Element 19 an der Trennwand 12 anstößt, in
wirkungsvoller Weise jede Formänderungstendenz der
Leitschaufeln 17. Somit werden die thermischen Beanspruchungen, die zu
einer Formänderung der Leitschaufeln 17 führen können,
wirkungsvoll von der Elastizität der Leitschaufeln 17 selbst
absorbiert.
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Es wurde bei dem Experiment beobachtet, daß der maximale
Betrag der Formänderung der Leitschaufel (ΔS in Fig. 7) 0,5 mm
betrug, wenn als das Material der Leitschaufel ein Stahl SB5C
("SB5C" ist eine Stahltype gemäß der Definition nach JIS
(Japanese Industrial Standard)) verwendet wurde. Die maximal
zulässige elastische Formänderung oder Verformung des zu der
Leitschaufel geformten SB5C-Stahls wird mit ca. 0,3 mm,
bezogen auf den Elastizitätsmodul des Materials, berechnet. Wenn
daher der Spalt zwischen den Enden der Leitschaufeln und der
Trennwand mit einer Breite von 0,2 mm gewählt wird, bewirkt
eine thermische Formänderung oder Beanspruchung ΔS von bis zu
0,5 mm zuerst eine Verringerung des Spalts zwischen der
Leitschaufel und der Trennwand auf Null (0 < ΔS < = 0,2 mm), so
daß eine Formänderung der Leitschaufel um 0,2 mm zugelassen
wird, und wird danach (0,2 < ΔS < = 0,5 mm) durch die
elastische Verformung der Leitschaufel absorbiert. Da diese
elastische Verformung nicht die Elastizitätsgrenze des Materials
oder den oben genannten zulässigen Wert in Anbetracht der
elastischen Verformung des Materials übersteigt, wird durch
die thermische Formänderung der Leitschaufel im Betrieb der
Gasturbine keine ungünstige Auswirkung wie etwa eine
erhebliche thermische Beanspruchung eines anderen Bereichs und ein
Riß im Basisende der Leitschaufel hervorgerufen.
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Das ringförmige Element 19 wird nicht nur durch die einfache
Wärmeausdehnung in Richtung zu seinem Außenumfang verformt,
wie Pfeile in Fig. 5 zeigen, sondern auch an seinem
Innenumfang, wie Strichlinien in Fig. 5 zeigen, und zwar aufgrund
der Formänderung der Leitschaufeln 17. Zusätzlich wird das
ringförmige Element 19 infolge der Formänderung der
Leitschaufeln 17 geringfügig in einer Umfangsrichtung des
Elements insgesamt verlagert, wie wenn sein gesamter Körper
geringfügig verdreht werden würde. Die Innenwand des
Spiralgehäuses 8 oder das Innenende der Trennwand 12 dehnt sich
geringfügig nach innen aus, wie die Pfeile in Fig. 5 zeigen,
weil der Außenumfang des Spiralgehäuses 8, an dem die
Temperatur relativ niedrig ist, sich nicht wesentlich ausdehnt.
Diese Formänderungen des Spiralgehäuses 8 und des
Ringelements 19 entsprechend den Pfeilen in Fig. 5 resultieren in
einer Verringerung der Größe bzw. Breite des Spalts q. Die
Wärmeausdehnung des rohrförmigen Elements 18 ist im Vergleich
mit der Wärmeausdehnung der übrigen Elemente oder Bereiche,
die der Wärme ausgesetzt sind und hohe Temperaturen
erreichen, vernachlässigbar gering.
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Im Fall des ersten Ausführungsbeisiels wurde festgestellt,
daß die maximale Formänderung ΔS aufgrund der thermischen
Beanspruchung auf 0,15 mm vermindert wurde, somit kann, falls
erwünscht, die Breite des Spalts an der Muffenverbindung 19b
zwischen der Trennwand 12 und dem ringförmigen Element 19 zu
Null gemacht werden.
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Es erübrigt sich zu sagen, daß der Betrag der thermischen
Formänderung und die Größe des Spalts nach Maßgabe des
Werkstoffs der Leitschaufel zu bestimmen sind.
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Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel können
das rohrförmige Element 18, die Leitschaufeln 17 und das
ringförmige Element 19 als Feingußteile ausgeführt sein.
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Zusammenfassend ist zu sagen, daß das erste
Ausführungsbeispiel der Erfindung die folgenden Vorteile bietet.
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(1) Die Größe des Spalts zwischen den Leitschaufeln und der
Trennwand kann im wesentlichen bei Null gehalten werden, so
daß praktisch kein Abgas das Laufrad durch den Spalt
erreichen kann. Infolgedessen wird eine Verminderung des
Turbinenwirkungsgrads infolge des die Leitschaufeln umgehenden
Abgasanteils vermieden.
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(2) Die Düse kann als eine integrale Einheit gemeinsam mit
den Leitschaufeln am Ende des rohrförmigen Elements geformt
sein, so daß die Konstruktion der Düse vereinfacht ist,
wodurch Energieverluste des durch die Düse strömenden Abgases
vermindert werden.
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(3) Da das ringförmige Element, das die Enden der
Leitschaufeln verbindet, einen Teil der Trennwand bildet, kann die
radiale Größe der Trennwand verringert werden, was wiederum
die Gefahr des Auftretens von Rissen vermindert, die im Fall
der konventionellen Konstruktion im Innenumfangsrand der
Trennwand infolge von thermischen Beanspruchungen erzeugt
werden konnten.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die
gegenüberstehenden Flächen der Trennwand 12 und des
ringförmigen Elements 19 abgestuft sind, um eine Muffenverbindung
19b zu bilden, die als die Abdichteinrichtung dient.
Zusätzlich ist der Spalt entlang der Stufenfläche 19f, die zur
Fluidströmungsrichtung durch die Düse 9 parallel ist, im
wesentlichen bei Null gehalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel
kann daher ein Austritt des Abgases durch die Spalte entlang
den Flächen 19d und 19e, die zur Strömung des durch die Düse
9 strömenden Fluids senkrecht sind, verhindert werden. Es ist
zu beachten, daß ein Austritt des Gases auch dann verhindert
wird, wenn die Spalte relativ breit entlang den Flächen 19d
und 19e senkrecht zu der Abgasströmung gebildet sind, so daß
Werkstoffe mit relativ großer Wärmedehnzahl als Material des
ringförmigen Elements 19 und/oder der Trennwand 12 eingesetzt
werden können.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Gasturbine gemäß
der Erfindung verwenden zwar eine Umschaltventileinrichtung 3
mit einem Umschaltventil 20, das zwischen dem Abgaskrümmer 2
des Motors 1 und dem Abgaseinlaß 11 der Gasturbine 4
angeordnet ist, für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß die
Erfindung auch bei Gasturbinen zur Erzielung der
gleichartigen vorteilhaften Auswirkungen eingesetzt werden kann,
und zwar ungeachtet von Art und Gestalt der
Umschaltventileinrichtung 3.
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Es ist ferner zu beachten, daß die Erfindung bei Gasturbinen
angewandt werden kann, die die Trennwand zur Unterteilung des
Raums im Spiralgehäuse in getrennte Kammern nicht aufweisen,
obwohl bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Raum
im Spiralgehäuse von der Trennwand in zwei Kammern unterteilt
wird. Wenn die Erfindung bei einer Gasturbine angewandt wird,
die keine Trennwand in der Spiralkammer aufweist, ergibt die
Erfindung eine wirksame Abdichtung gegen einen Austritt von
Abgas zwischen den Enden der Leitschaufeln und einem
gegenüberstehenden Bereich der Innenwand des Spiralgehäuses, und
zwar insbesondere einem Bereich der Innenwand, der einen Teil
der Düse definiert.
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Wie beschrieben wurde, wird durch die vorliegende Erfindung
eine Gasturbine vom Spiraltyp angegeben, die so ausgelegt und
aufgebaut ist, daß die Breite des Spalts zwischen den Enden
der Leitschaufeln an der Düse und an einem Bereich der
Innenwand des Spiralgehäuses, der den Enden der Leitschaufeln
gegenübersteht, auch dann nicht größer wird, wenn eine
Beaufschlagung mit einem Hochtemperaturzustand während des
Betriebs der Gasturbine stattfindet. Infolgedessen wird an
dem Spalt eine wirksame Abdichtung gegen einen Austritt des
Abgases gebildet, so daß der Anteil des Abgases, der das
Laufrad unter Umgehung der eigentlichen Durchgänge zwischen
den Leitschaufeln erreicht, vermindert wird, wodurch die mit
einem solchen Austritt von Abgas einhergehende Verminderung
des Turbinenwirkungsgrads verhindert wird. Zusätzlich ist die
Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, daß
jegliche Formänderung der Enden der Leitschaufeln infolge von
thermischer Beanspruchung im Betrieb der Gasturbine unter
hohen Temperaturen dazu dient, den Spalt zwischen den Enden der
Leitschaufeln und dem gegenüberstehenden Bereich der
Innenwand des Spiralgehäuses zu verringern, wodurch eine
Vergrößerung der Spaltbreite aufgrund des Temperaturanstiegs
verhindert und die Herabsetzung des Turbinenwirkungsgrads vermieden
werden kann.