DE4300275A1

DE4300275A1 - Verfahren zum Betrieb eines Turboverdichters

Info

Publication number: DE4300275A1
Application number: DE4300275A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Althaus
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority date: 1993-01-08
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1994-07-14

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Turbo verdichters für eine Gasturbogruppe entsprechend dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft sie einen Turbo verdichter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Stand der Technik

Es ist allgemein bekannt, daß der Wirkungsgrad einer Strö mungsmaschine mitbestimmt wird durch die vorherrschenden Strö mungsbedingungen. Insbesondere sind dabei die Strömungsbedin gungen am Austritt der Strömungsmaschine von Bedeutung, bei spielsweise wenn er als Diffusor ausgebildet ist.

Ferner ist es allgemein bekannt, daß bei Gasturbogruppen häu fig Kühlluft zur Kühlung der Gasturbinenschaufeln benutzt wird, welche dem vorgeschalteten Verdichter entnommen wird. Dies erfolgt üblicherweise an der radial gesehen innenliegen den Innenseite des Verdichteraustrittskanals durch einen dort an der Nabe angeordneten Ringspalt.

Untersuchungen haben belegt, daß durch entsprechende Gestal tung der Ringspaltgeometrie mit der Entnahmeluft gleichzeitig auch die den Luftstrom einfassende Grenzschicht mit abgesaugt werden kann, was sich nachweislich günstig auf das Strömungs verhalten, ausgedrückt im sogenannten Diffusorwirkungsgrad, der hierdurch merklich verbessert wird, auswirkt und ferner auch das sogenannte Verzögerungsverhältnis signifikant erhöht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß der Wirkungsgrad des betreffenden Turbo verdichters möglichst verbessert wird. Ferner soll ein Turbo verdichter der eingangs genannten Art geschaffen werden, der die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet.

Darstellung der Erfindung

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 beschrieben. Danach ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betrieb eines Turboverdichters einer Gasturbogruppe vorgesehen, bei welchem auch an der außenliegenden Kanalwandseite des Verdichteraus trittskanals Kühlluft entnommen wird.

Dabei kann entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß mit der Kühlluftentnahme auch die Absaugung der zugeordneten Grenzschicht erfolgt.

Diese gemäß der Erfindung vorgesehene Maßnahme trägt wesent lich dazu bei, daß eine Ablösung der Grenzschicht und, damit einhergehend, Turbulenzen der Strömung weitgehend vermieden werden, und somit eine weitgehend laminare Strömung auf rechterhalten werden kann.

In weiterer Verbesserung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zumindest auf der radial außenliegenden Kanalwandseite des Verdichteraustrittskanals die zugehörige Grenzschicht abge saugt wird.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt zumindest die Absaugung der Grenzschicht auf der radial außenliegenden Kanalwandseite des Verdichteraustritts kanals flächig.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Ent nahme der Kühlluft und, damit verbunden, die Absaugung der räumlich zugeordneten Grenzschicht der Strömung linienförmig vorgesehen.

Ein Turboverdichter, der zur Durchführung des Verfahrens vor gesehen ist, besitzt entsprechend dem bekannten Stand der Technik einen Verdichteraustrittskanal mit ringförmigem Quer schnitt, an dessen radial innenliegender Kanalwandseite wenig stens eine erste Entnahmeöffnung zur Entnahme von Kühlluft angeordnet ist.

Zur Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe besitzt der erfin dungsgemäße Turboverdichter an der radial außenliegenden Kanalwandseite wenigstens eine zweite Entnahmeöffnung für die Entnahme von Kühlluft.

Dabei ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorge sehen, daß die ersten und zweiten Entnahmeöffnungen zueinan der symmetrisch angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die ersten und zweiten Entnahmeöffnungen als Ringspalte ausgebildet sind.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß zumindest die zweiten Entnahmeöffnungen auf der außenliegenden Kanalwandseite des Verdichteraustrittskanals von einer Anzahl einander benachbar ter Radialbohrungen gebildet sind.

Dabei erweist es sich auch in fertigungstechnischer Hinsicht sowie mit Blick auf mögliche Reparatur- oder Wartungsarbeiten als vorteilhaft, wenn die zweiten Entnahmeöffnungen von einem Siebeinsatz gebildet sind.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiels der Erfindung sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausge staltungen und Verbesserungen der Erfindung sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert werden. Dabei ist mit Pfeilen "P" die Strömungsrichtung des jeweiligen Strömungsme diums angegeben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittweise Darstellung eines Längs schnitts eines als Diffusor ausgebildeten Verdichteraus trittskanals eines Turboverdichters mit beiderseitigen Ringspalten als erste und zweite Entnahmeöffnungen Fig. 2 eine ausschnittweise Darstellung eines Längs schnitts eines als Diffusor ausgebildeten Verdichteraus trittskanals eines Turboverdichters mit Radialbohrungen an der außenliegenden Kanalwandseite als zweite Entnahme öffnungen.

Weg zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist in ausschnittweiser Darstellung ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Turboverdichter 10 einer nicht näher dargestellten Gasturbogruppe wiedergegeben, der einen Rotor 12 mit daran angeordneten Rotorschaufeln 14 und ein Gehäuse 16 mit daran befindlichen Leitschaufeln 18 besitzt.

In der ausschnittweise gezeigten Darstellung des Turboverdich ters 10 ist die Austrittsseite wiedergegeben, die einen als Diffusor ausgebildeten Austrittskanal 20 aufweist mit einer innenliegenden Kanalseitenwand 22 und einer radial außenlie genden Kanalseitenwand 24.

Am Beginn des diffusorartigen Verdichteraustrittskanals 20, d. h. unmittelbar im Anschluß an den Arbeitsraum 13 des Turbo verdichters 10, in welchem die Rotorschaufeln 14 und die Leit schaufeln 18 angeordnet sind, besitzt der Austrittskanal 20 an der radial innenliegenden Kanalseitenwand 22 eine im Stand der Technik bekannte als Ringspalt ausgebildete erste Entnahmeöff nung 28, die zur Entnahme von Kühlluft für die Kühlung der Beschaufelung einer hier nicht näher gezeigten, zur Gasturbo gruppe gehörigen Gasturbine dient.

Gegenüber der ersten Entnahmeöffnung 28 an der innenliegenden Kanalseitenwand 22 ist an der radial außenliegenden Kanalsei tenwand 24 eine zweite Entnahmeöffnung 30 ebenfalls in Form eines Ringspalts angeordnet, die ebenfalls zur Entnahme von Kühlluft für die nicht gezeigte Gasturbine dient.

Bei der Anordnung dieser zweiten Entnahmeöffnung 30 ist im Hinblick auf eine Optimierung der Strömungsverhältnisse in dem diffusorartigen Austrittskanal 20 insbesondere auf Symmetrie der Lage der beiden Entnahmeöffnungen 28, 30 geachtet.

Mit Hilfe der erfindungsgemäß vorgesehenen symmetrischen Anordnung der ersten und zweiten Entnahmeöffnungen 28, 30 zueinander wird eine symmetrische Absaugung der jeweiligen Grenzschichten der durch den Turboverdichter 10 strömenden Luft erreicht, was deren laminares Strömungsverhalten begün stigt, da es hierdurch nicht vorzeitig zu einem Strömungsabriß infolge Ablösung einer Grenzschicht kommt.

Dieser Vorteil wirkt sich insbesondere dann günstig aus, wenn der gerade als Diffusor wirkende Verdichteraustrittskanal 20 in einen nach außen gekrümmten Diffusor, einem sogenannten Radialdiffusor, übergeht.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Turboverdichters 11 dargestellt. Fig. 2 zeigt ebenfalls in ausschnittweiser Darstellung einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Turboverdichter 11 einer nicht näher dargestellten Gasturbogruppe, der einen Rotor 12 mit daran angeordneten Rotorschaufeln 14 und ein Gehäuse 17 mit daran befindlichen Leitschaufeln 19 besitzt.

In der ausschnittweise gezeigten Darstellung des Turboverdich ters 11 ist die Austrittsseite wiedergegeben, die einen als Diffusor ausgebildeten Austrittskanal 20 aufweist mit einer innenliegenden Kanalseitenwand 22 und einer radial außenlie genden Kanalseitenwand 25.

Am Beginn seines diffusorartigen Verdichteraustrittskanals 20, d. h. unmittelbar im Anschluß an den Arbeitsraum 13 des Turbo verdichters 10, in welchem die Rotorschaufeln 14 und die Leit schaufeln 19 angeordnet sind, besitzt der Turboverdichter 11 an der radial innenliegenden Kanalseitenwand 22 eine im Stand der Technik bekannte als Ringspalt ausgebildete erste Entnah meöffnung 28, die zur Entnahme von Kühlluft für die Kühlung der Beschaufelung einer hier nicht näher gezeigten, zur Gasturbogruppe gehörigen Gasturbine dient.

Gegenüber dieser ersten Entnahmeöffnung 28 an der innenliegen den Kanalseitenwand 22 ist an der radial außenliegenden Kanal seitenwand 24 eine zweite Entnahmeöffnung 32 angeordnet, die ebenfalls zur Entnahme von Kühlluft für die nicht gezeigte Gasturbine dient.

Diese zweite Entnahmeöffnung 28 ist von einander benachbarten radial nach außen verlaufenden Bohrungen gebildet, welche flä chig über diesen Bereich der außenliegenden Kanalseitenwand 25 verteilt sind. Die die zweite Entnahmeöffnung 32 bildenden Bohrungen münden in einen ringförmig ausgebildeten Sammelraum 34, der im Abstand zur außenliegenden Kanalseitenwand 25 den Verdichteraustrittskanal 20 ringförmig umfaßt. Von diesem Sam melraum 34 führt ein Strömungskanal 36 die entnommene Kühlluft nach außen.

Auch mit dieser in Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Ausge staltung des zugrundeliegenden Turboverdichters kann der Diffusorwirkungsgrad des gezeigten diffusorartigen Verdichter austrittskanals 20 merklich verbessert werden, was sich insge samt auch auf den Wirkungsgrad des Turboverdichters auswirkt. Die als Bohrungen ausgebildeten zweiten Entnahmeöffnungen 32 zeichnen sich dabei gegenüber beispielsweise der in Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung mit Ringspalt durch eine geringere Empfindlichkeit gegenüber Falschanströmung und Geschwindig keitsschwankungen aus.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Turboverdichters (10) einer Gasturbogruppe mit einem als Diffusor ausgebildeten Ver dichteraustrittskanal (20) mit an seiner Nabe an der radial innenliegenden Kanalwandseite (22) angeordneten ersten Entnahmeöffnungen (28), durch welche Kühlluft ent nommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch an der außenliegenden Kanalwandseite (24, 25) des Verdichteraustrittskanals (20) Kühlluft entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Kühlluftentnahme auch die Absaugung der zugeord neten Grenzschicht erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf der radial außenliegenden Kanalwandseite (24, 25) des Verdichteraustrittskanals (20) die zugehö rige Grenzschicht abgesaugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Absaugung der Grenz schicht auf der radial außenliegenden Kanalwandseite (25) des Verdichteraustrittskanals (20) flächig erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Absaugung der Grenz schichten auf der radial innen- und außenliegenden Kanal wandseite (22, 24) des Verdichteraustrittskanals (20) jeweils linienförmig erfolgt.

6. Turboverdichter (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit einem Verdichteraus trittskanal (20) mit ringförmigem Querschnitt, an dessen radial innenliegender Kanalwandseite (22) wenigstens eine erste Entnahmeöffnung 28) zur Entnahme von Kühlluft ange ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der radial außenliegenden Kanalwandseite (24, 25) wenigstens eine zweite Entnahmeöffnung (30, 32) für die Entnahme von Kühlluft angeordnet ist.

7. Turboverdichter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Entnahmeöffnungen (28, 30, 32) zueinander symmetrisch angeordnet sind.

8. Turboverdichter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ent nahmeöffnungen (28, 30) als Ringspalte ausgebildet sind.

9. Turboverdichter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die zweiten Entnah meöffnungen (32) auf der außenliegenden Kanalwandseite (25) des Verdichteraustrittskanals (20) von einer Anzahl einander benachbarter Radialbohrungen gebildet sind.

10. Turboverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Entnahmeöffnungen (32) von einem Siebein satz gebildet sind.