DE4326800A1

DE4326800A1 - Vorrichtung zur Einstellung einer stabilen Verdichterzuströmung aus dem Einlaufkasten in Gasturbingenanlagen

Info

Publication number: DE4326800A1
Application number: DE19934326800
Authority: DE
Inventors: Franz Farkas; Thomas Dr Zierer
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1993-08-10
Publication date: 1995-02-16

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung einer stabilen Verdichterzuströmung aus dem Einlaufkasten bei Gas turbinenanlagen.

Stand der Technik

Bei Industriegasturbinenanlagen wird der benötigte Luftmas senstrom meist durch einen einzigen Kanal angesaugt. Der Ka nalquerschnitt wird so gewählt, daß die Geschwindigkeit klein bleibt, um den Totaldruckverlust zu minimieren. Erst kurz vor der Beschaufelung beschleunigt eine Einschnürung die angesaugte Luft auf eine wesentlich höhere Geschwindigkeit vor der Eintrittskante der Vorleitreihe.

Für einen guten Wirkungsgrad und eine gute Pumpgrenze des Verdichters ist eine stationäre und symmetrische Zuströmung der Luft erwünscht. Dies bedeutet, daß der Massenstrom gleichmäßig und definiert über den Umfang des Verdichter ringraumes verteilt werden muß.

Bei herkömmlichen Einlaufkästen ist in der unteren Ebene die Trennebene von linkem und rechtem Massenstrom nur durch die Randbedingungen der Strömung am Eintritt in den Einlaufkasten und am Austritt in den Beschaufelungskanal bestimmt. Da diese Randbedingungen nicht genau festgelegt sind und sich außer dem zeitlich und mit dem Lastpunkt ändern, ändert sich auch die Trennebene zwischen linkem und rechtem Massenstrom. Die Ursache für die Änderung der Randbedingungen ist die Änderung der Verluste der beiden Teilmassenströme bei unterschiedli chen Volumenströmen in der Gasturbine (Teillast). Die Ände rung der Trennebene zwischen linkem und rechten Massenstrom führt zu einer unsymmetrischen und instationären Zuströmung des Verdichters und damit zu einer Verschlechterung des Wir kungsgrades.

Wird der Abstand zwischen Bellmouth und Einlaufkasten sehr groß gewählt, um niedrige Geschwindigkeiten und dadurch einen geringen Totaldruckverlust zu erzielen, was wiederum zu einem höheren Wirkungsgrad führt, dann bildet sich aber im unteren Teil des Einlaufkastens ein Totwassergebiet aus. Die Ausdehnung des Totwassergebietes schwankt instationär, so daß sich eine instationäre Zuströmung im unteren Bereich des Verdichters ergibt und der Wirkungsgrad dadurch verschlech tert wird.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Gasturbinenanlage eine Vorrichtung zur Einstellung einer stabilen Verdichterzuströ mung aus dem Einlaufkasten zu schaffen, bei der der Massen strom gleichmäßig und definiert über den Umfang des Verdich terringraumes verteilt wird und die Ausbildung eines Totwas sergebietes verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß im unteren Teil des Einlaufkastens ein Trennkörper angeordnet ist, wobei sich die Umfangsposition und die geometrischen Abmessungen des Trennkörpers aus den Randbedingungen am Eintritt des Einlauf kastens und am Übergang in den beschaufelten Kanal ergeben.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß eine stabile Verdichterzuströmung erreicht wird und der Luftmassenstrom gleichmäßig und definiert über den Umfang des Verdichterringraumes verteilt wird.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn der Trennkörper ein ebenes Trennblech ist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Trennkörper bei großem Abstand zwischen Bellmouth und Einlaufkasten ein definierter dreidimensionaler Körper ist. Dadurch wird die Ausbildung eines Totwassergebietes verhindert und eine stabile Verdich terzuströmung erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines einwelligen axialdurchströmten Verdichters einer Gasturbinenanlage dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt des Einlaufkastens, Verdich terringraumes und der Vorleitreihe des Verdichters;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt des Einlaufkastens mit dem Trennkörper.

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

Weg zur Ausführung der Erfindung

In dem in Fig. 1 gezeigten Teillängschnitt eines einwelligen axialdurchströmten Verdichters 3 sind der Einlaufkasten 1 mit dem Trennkörper 2, der Verdichterringraum 4, Bellmouth 5 und die Vorleitreihe 7 des Verdichters zu sehen. Der Trennkörper 2 ist in diesem Falle ein ebenes Trennblech mit einer Höhe h, welches an einer definierten Stelle in den unteren Teil des Einlaufkastens 1 eingefügt ist. Die Umfangsposition α (siehe Fig. 2) und die Höhe h ergeben sich aus den Randbedingungen am Eintritt des Einlaufkastens 1 und am Übergang in den be schaufelten Kanal.

Eine von 0° abweichende Umfangsposition α ergibt sich, wenn die Fehlanströmung von der Vorleitreihe im linken und rechten Teil des Einlaufes (Teilmassenströme 8, 9) stark unterschied lich sind (Bauch- und Rückenstoß).

Um den Totaldruckverlust vom Eintritt in den Einlaufkasten 1 bis zum Austritt an der Vorleitreihe für den linken Teilmas senstrom 8 und den rechten Teilmassenstrom 9 gleichzuhalten, kann eine von 0° abweichende Position der Trennebene gewählt werden.

Das Trennblech bewirkt eine definitive Trennung zwischen dem linken Teilmassenstrom 8 und dem rechten Teilmassenstrom 9, so daß eine stationäre und symmetrische Zuströmung erreicht wird, was zu einem guten Wirkungsgrad und einer guten Pump grenze des Verdichters 3 führt.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Trennkörper 2 ein dreidimensionales Gebilde der Form, daß ein sich even tuell ausbildendes Totwassergebiet 6 ausgefüllt wird. Derar tige Totwassergebiete 6 bilden sich dann im unteren Teil des Einlaufkastens 1 aus, wenn der axiale und radiale Abstand zwischen Bellmouth 5 und dem Einlaufkasten 1 sehr groß ge wählt wird, um möglichst niedrige Geschwindigkeiten zu haben und dadurch den Totaldruckverlust zu minimieren. Die Ausdeh nung des Totwassergebietes 6 schwankt instationär, so daß sich eine instationäre Zuströmung im unteren Bereich des Ver dichters 3 ergibt. Nur wenn der Trennkörper 2 als ein dreidi mensionaler Körper ausgeführt wird, der das Totwassergebiet 6 zumindestens annähernd auffüllt, kann die instationäre Zu strömung vermieden werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Verdichters 3 erhöht.

Bezugszeichenliste

1 Einlaufkasten
2 Trennkörper
3 Verdichter
4 Verdichterringraum
5 Bellmouth
6 Totwassergebiet
7 Vorleitreihe
8 linker Teilmassenstrom
9 rechter Teilmassenstrom
h Höhe des Trennkörpers
α Umfangsposition des Trennkörpers

Claims

1. Vorrichtung zur Einstellung einer stabilen Verdichterzu strömung aus dem Einlaufkasten (1) in Gasturbinenanla gen, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil des Einlaufkastens (1) ein Trennkörper (2) angeordnet ist, wobei sich die Umfangsposition (α) und die geometrischen Abmessungen des Trennkörpers (2) aus den Randbedingun gen am Eintritt des Einlaufkastens (1) und am Übergang zum beschaufelten Kanal ergeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper (2) ein ebenes Trennblech ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennkörper (2) bei großem axialen und radia len Abstand zwischen Bellmouth (5) und Einlaufkasten (1) ein dreidimensionaler Körper ist, welcher das Totwasser gebiet (6) zumindestens annähernd auffüllt.