DE4326799A1

DE4326799A1 - Vorrichtung zur Sekundärluftentnahme aus einem Axialverdichter

Info

Publication number: DE4326799A1
Application number: DE4326799A
Authority: DE
Inventors: Thomas Meindl; Pierre Meylan; Thomas Dr Zierer
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-02-16
Also published as: US5531565A; JPH0763199A; EP0638725A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sekundärluftent nahme aus einem Axialverdichter, wobei zur Entnahme ein um laufender Schlitz dient.

Stand der Technik

Sekundärluft wird bei Verdichtern zur Kühlluftversorgung der Turbine entnommen. Je nach Kühlaufgabe ist ein bestimmter To taldruck notwendig. Zur Entnahme der Sekundärluft dient meist ein umlaufender Schlitz. Die entnommene Luft gelangt durch den Entnahmeschlitz in das Entnahmeplenum und von dort aus über das Entnahmerohr in das Kühlsystem der Turbine. Leider geht ein großer Teil des dynamischen Druckes bei der Entnah me verloren.

Die Kriterien für die Optimierung des Entnahmeschlitzes sind sehr widersprüchlich, da einerseits die Strömung im Entnahme schlitz optimiert werden muß, andererseits die Strömung im beschaufelten Ringraum des Verdichters nicht gestört werden darf. Dieses Problem ist besonders groß, wenn der Entnahme schlitz auch als Ausblasesystem beim An- und Anstellen des Verdichters benutzt wird.

Es wurden deshalb verschiedene Formen für derartige Verbin dungen zwischen dem Hauptkanal und dem Ausblasesystem entwic kelt, so z. B. Schlitze unterschiedlicher Formen, hohle Leit schaufeln und Öffnungen in den Grundplatten an den Leitschau felfüßen.

Betrachtet man die am häufigsten verwendeten Entnahmeschlit ze, so stellt man fest, daß je nach Geometrie des Schlitzes (vor allem Öffnungswinkel des Entnahmeschlitzes und Neigungs winkel des Schlitzes zur Verdichterachse) zwar ein Teil der Axialkomponente der Strömungsgeschwindigkeit genutzt werden kann, jedoch die Umfangskomponente fast vollständig dissi piert. Bei modernen Verdichtern ist aber gerade der Energie inhalt der Umfangskomponente sehr groß, so daß dies zu be deutenden Totaldruckverlusten führt. Die Druckverluste sind u. a. direkt proportional dem Quadrat der Umfangskomponente der Strömungsgeschwindigkeit im Verdichter.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, diesen Nachteil zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Sekundär luftentnahme aus einem Axialverdichter unter Verwendung eines umlaufenden Entnahmeschlitzes, welcher zumindestens teilweise als Diagonaldiffusor ausgebildet ist, zu schaffen, bei der der Totaldruckverlust minimiert wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei der Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 im oder un mittelbar am Entnahmeschlitz Mittel angeordnet sind, welche die kinetische Energie der Umfangskomponente der Strömungsge schwindigkeit nutzbar machen.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß durch Umwandlung der Umfangskomponente der Lauf- oder Leitradab strömung im Verdichter in statischen Druck der Totaldruckver lust minimiert und dadurch der Wirkungsgrad der Anlage erhöht wird.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn das Mittel zur Umwandlung der kinetischen Energie der Umfangskomponente der Strömungs geschwindigkeit ein Mini-Leitgitter ist, welches direkt in dem eine konstante Höhe aufweisenden Eintrittsbereich des Entnahmeschlitzes angeordnet ist. Die Umfangsgeschwindigkeit wird dadurch in statischen Druck umgewandelt und somit der Totaldruckverlust minimiert.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Mini-Leitgitter am Ein tritt des Entnahmeschlitzes auf dem Verdichterleitrad ange ordnet ist, wobei das Leitgitter des Verdichters und das Mini-Leitgitter unterschiedliche Umlenkwinkel und/oder unter schiedliche Schaufelzahlen aufweisen können.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Mini-Leitgitter am En de des über die gesamte Länge divergenten Entnahmeschlitzes angeordnet ist.

Schließlich wird mit Vorteil der Entnahmeschlitz als Diago naldiffusor ausgelegt, welcher in eine Spirale übergeht, wo bei die Spirale direkt in das Entnahmerohr mündet. Dadurch wird ein Teil der Umfangsgeschwindigkeit in statischen Druck umgewandelt und ein Teil der Umfangsgeschwindigkeit wird zur Transportkomponente.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand eines einwelligen axialdurchströmten Gasturbinen-Ver dichters dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt des Gasturbinen-Verdichters mit einem Mini-Leitgitter im Einlaufschlitz;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt des Gasturbinen-Verdichters mit einem Mini-Leitgitter auf dem Verdichterleit rad;

Fig. 3 einen Teillängschnitt des Gasturbinen-Verdichters mit einem als Diagonaldiffusor ausgelegten Entnah meschlitz, welcher in eine Spirale übergeht, wobei die Spirale direkt in das Entnahmerohr mündet;

Fig. 4 einen Teilquerschnitt (Schnitt A-B) durch Fig. 3.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmit tel ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen und mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein Teillängsschnitt eines Gasturbinen-Verdich ters dargestellt. Zwischen dem Leitrad 1 und dem Laufrad 2 des Verdichters ist im Gasturbinengehäuse 3 ein umlaufender Entnahmeschlitz 4 angeordnet, welcher in ein Entnahmeplenum 5 mündet. Das Entnahmeplenum 5 ist wiederum mit dem Entnahme rohr 6 verbunden. Der Eintrittsbereich des Entnahmeschlitzes 4 weist eine konstante Höhe auf. Dort ist ein Mini-Leitgitter 7 angeordnet. Der sich daran anschließende Teil des Entnah meschlitzes 4 ist als Diagonaldiffusor 8 ausgebildet.

Bei Entnahme der Sekundärluft wird die Strömung am Eintritt in den Entnahmeschlitz 4 durch das Mini-Leitgitter 7 axial ausgerichtet. Damit wird die Umfangskomponente der Strömungs geschwindigkeit in statischen Druck umgewandelt und der To taldruckverlust wird verringert. Das Mini-Leitgitter wirkt sich besonders günstig aus, wenn in der Strömung ein starker Drall ist.

Die optimale Position des Mini-Leitgitters ergibt sich bei der Feinauslegung. So kann in einem weiteren Ausführungs beispiel der Entnahmeschlitz 4 über die ganze Länge als di vergenter Kanal ausgebildet sein, an dessen Ende das Mini- Leitgitter angeordnet ist.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Das Mini-Leitgitter 7 ist hier zusammen mit dem Leitgitter des Verdichters ausgeführt. Das Leitrad 1 des Ver dichters ist geteilt. Der unterer Teil dient der Verdichter umlenkung, während der obere Teil das Mini-Leitgitter 7 für die Umlenkung der Strömung in axiale Richtung darstellt. Da das Leitgitter des Verdichters üblicherweise nicht in axiale Richtung umlenkt, haben das Leitgitter und das Mini-Leitgit ter 7 unterschiedliche Umlenkwinkel. Die Schaufelzahlen von Leit- und Mini-Leitgitter 7 können ebenfalls unterschiedlich sein. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Umfangs komponente der Laufradabströmung im Verdichter in statischen Druck umgewandelt und der Totaldruckverlust wird minimiert.

Ein viertes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 3 und 4 abge bildet. Der Entnahmeschlitz 4 ist hier nicht wie üblich in der Kombination Entnahmeschlitz 4/Entnahmeplenum 5 (s. Fig. 1 bzw. 2) ausgeführt, sondern der als Diagonaldiffusor 8 ausge legte Entnahmeschlitz 4 geht in eine Spirale 9 über. Diese Spirale 9 mündet direkt in das Entnahmerohr 6. Auch dadurch wird ein Teil der Umfangkomponente der Strömungsgeschwindig keit verlustarm in statischen Druck umgewandelt, ein weiterer Teil wird zur Transportkomponente. Der Totaldruckverlust wird verringert und außerdem entfällt der Auslaßverlust der Strömung, der beim Übergang in das Entnahmeplenum 5 entstehen würde. Der Wirkungsgrad der Anlage wird somit im Vergleich zum Stand der Technik erhöht. Im Falle des Einsatzes einer Spirale 9 kann auf das Mini-Leitgitter 7 verzichtet werden.

Bezugszeichenliste

1 Leitrad
2 Laufrad
3 Gasturbinengehäuse
4 Entnahmeschlitz
5 Entnahmeplenum
6 Entnahmerohr
7 Mini-Leitgitter
8 Diagonaldiffusor
9 Spirale

Claims

1. Vorrichtung zur Sekundärluftentnahme aus einem Axialver dichter unter Verwendung eines umlaufenden Entnahme schlitzes (4), welcher zumindestens teilweise als Diago naldiffusor (8) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im oder unmittelbar am Entnahmeschlitz (4) Mittel angeordnet sind, welche die kinetische Energie der Um fangskomponente der Strömungsgeschwindigkeit nutzbar ma chen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Nutzbarmachung der Umfangskomponente der Strömungsgeschwindigkeit ein Mini-Leitgitter (7) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mini-Leitgitter (7) direkt in dem eine konstan te Höhe aufweisenden Eintrittsbereich des Entnahme schlitzes (4) integriert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mini-Leitgitter (7) am Ende des über die ge samte Länge divergenten Entnahmeschlitzes (4) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mini-Leitgitter (7) am Eintritt des Entnahme schlitzes (4) auf dem Verdichterleitrad (1) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitgitter des Verdichters und das Mini-Leit gitter (7) unterschiedliche Umlenkwinkel aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß das Leitgitter des Verdichters und das Mini- Leitgitter (7) unterschiedliche Schaufelzahlen aufwei sen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Diagonaldiffusor (8) ausgelegte Entnahme schlitz (4) in eine Spirale (9) übergeht, wobei die Spirale (9) direkt in das Entnahmerohr (6) mündet.