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Gasturbinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage
mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten, durch Turbinen angetriebenen Verdichtern,
wobei mindestens eine Turbine drehbare Leitschaufeln besitzt. Das erfinderische
Neue besteht darin, daß die Abgase der die Nutzleistung abgebenden Turbine zum Betrieb
einer einen Vorverdichter treibenden Turbine verwendet werden und die Leistung dieser
Turbine durch drehbare Leitschaufeln den verschiedenen Betriebsverhältnissen entsprechend
eingestellt wird.
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Verstellbare Leitschaufeln wurden schon für Turbinen, besonders für
hydraulische Turbinen, aber auch für Gasturbinen, vorgeschlagen. Bei diesen bekannten
Turbinen haben die drehbaren Schaufeln aber nur den Zweck, den Durchflußquerschnitt
und damit das sekundliche Durchströmvolumen zu verändern. Es wird aber nicht das
in einer Stufe zur Verfügung stehende Energiegefälle und zum Teil nicht einmal die
Strömungsrichtung der Gase geändert.
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Durch die Erfindung wird jedoch das sekundliche Durchströmgewicht
durch die Leitschaufeln im entgegengesetzten Sinne wie bei den bekannten Turbinen
verändert. Wird nämlich der Leitradquerschnitt verkleinert, so staut sich vor dem
Leitrad ein höherer Druck auf, weil ja trotz des kleineren Strömungsquerschnitts
die gesamte, in der Anlage verarbeitete Gasmenge den Leitradqüerschnitt durchströmen
muß. Es erhöht sich also das Wärmegefälle und hierdurch die Leistung der Turbine.
Entsprechend steigt die Turbinendrehzahl, so daß der Vorverdichter eine größere
Luftmenge fördert. Folglich wird jetzt mehr Luft bzw. Gas durch die ganze Anlage
durchgesetzt und die Leistung erhöht.
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Außerdem ergibt sich noch gemäß der Erfindung der Vorteil, daß die
Winkeländerung, die mit der Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Durchflußquerschnitts
durch Verstellen des Leitrades verbunden ist, im richtigen Sinn sich so vollzieht,
daß bei den geänderten Strömungsgeschwindigkeiten der Gase an den Laufschaufeln
keine Stoßwirkungen eintreten, weil die Geschwindigkeitsdreiecke in entsprechendem
Sinn verändert werden.
Die drehbaren Leitschaufeln werden vortei:haft
so ausgebildet und angeordnet, daß sie vom Gas in radialer Richtung durchströmt
werden. Zwischen den drehbaren Leitschaufeln und den nachfolgenden Laufschaufeln
kann eine Umlenkung der Gasströmung derart erfolgen, daß die Laufschaufeln vom Gas
in axialer Richtung durchströmt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist auf der Zeichnung
vereinfacht dargestellt.
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Fig. z zeigt ein Schema einer Gasturbinenanlage.
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Fig.2 stellt die bauliche Plusführung der den Vorverdichter treibenden
Turbine dar. In den Fig. 3, 4 und 5 sind verschiedene Einzelheiten der Turbine nach
Fig. 2 gezeigt. Durch den Vörverdichter i (Fig. i) wird Luft angesaugt und in vorverdichtetem
Zustand in den Kühler 2 geführt. Ein mehrstufiger Hauptverdichter 3 verdichtet unter
Zwischenkühlung im Zwischenkühler 4 die Luft weiter und fördert sie dann in den
Rekuperator 5. Im Erhitzer 6 wird mittels Verbrennung von Brennstoff die Luft weiter
erwärmt. Die so entstehenden Treibgase gelangen in eine erste Turbine 7, die den
Hauptverdichter 3 treibt. Nach Austritt aus der Turbine 7 werden die Treibgase in
einem Erhitzer 8 durch unmittelbare Verbrennung einer Brennstoffmenge weiter erwärmt.
Die Treibgase strömen dann in die die Nutzleistung abgebende Turbine 9, die den
Stromerzeuger io antreibt. Die Abgase gelangen durch den Rekuperator 5 in die mit
drehbaren Leitschaufeln i i ausgerüstete Abgasturbine 12, um dann ins Freie ausgepufft
zu «erden.
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Die Hilfsturbine 12 (Fig. 2), der Vorverdichter i und der Hauptverdichter
3 sind zu einem Block vereinigt. Aus dem Saugraum 13 saugt der Vorverdichter Luft
an und führt sie durch nicht dargestellte, an den Kanal 14 angeschlossene Kühler
dem Hauptverdichter 3 zu. Aus dem Druckraum 7 des Hauptverdichters gelangt die Luft
in den Rekuperator 5 und von dort in den nicht dargestellten weiteren Teil der Gasturbinenanlage.
Nach Entspannung in diesem nicht gezeichneten Teil strömen die aus der Luft entstehenden
Treibgase wieder zurück in den Rekuperator 5 und dann durch die Leitung 15 zur Turbine
12 und verlassen letztere durch den Kanal 16.
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Die Lager 17, 18, 19 und 2o sind innerhalb des Blocks untergebracht,
da in demselben die Luft bzw. das Treibgas noch niedrige Temperaturen besitzt. Die
Lager werden dadurch nicht unzulässig erhitzt. Außerdem sind noch besondere Kühlmäntel
21 vorgesehen, die ein unzulässiges Ansteigen der Temperaturen verhindern. In der
Leitung 15 ist noch ein Brenner 22 vorgesehen, der eine Brennstoffdüse 23 und eine
Zündvorrichtung 24 besitzt. Dieser Brenner hat den Zweck, bei plötzlichen Belastungserhöhungen
die Temperatur des Treibgases vor Eintritt in die Hilfsturbine vorübergehend so
weit zu erhöhen, daß durch rasche Steigerung der Drehzahl der Hilfsturbinen die
Leistung der Gesamtanlage den gesteigerten Betriebsbedingungen in kürzester Zeit
angepaßt werden kann. Der Brenner 22 bleibt nur ganz kurze Zeit in Betrieb, bis
die gewünschte Steigerung der Leistung erreicht ist, und wird dann gleich wieder
abgestellt. Eine Gefährdung der Maschine durch zu hohe Temperaturen kann nicht entst°hen.
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Die drehbaren Leitschaufeln i i (Fig. 2) können konstruktiv, wie in
Fig.3 dargestellt, ausgebildet werden. Die Schaufeln besitzen eine Welle 25, deren
Achse parallel zurAchse der Turbine gerich.et ist. Am einen Ende ist mit Hilfe des
Keils 26 ein Hebel 27 auf die Welle aufgekeilt. Der Zapfen 28 steht mit einem Einstellglied
29 in Verbindung. Die Lager 30 sind von einem durch ein Kühlmittel durchflossenen
Kühlmantel 31 umgeben. Zwischen dem Kühlmantel 31 und dem Gehäuse
32 der Turbine ist eine Lage 33 eines den Wärmefluß hemmenden Stoffes eingelegt,
der ein Abströmen der Gehäusewärme an das Lager verhindert. Zwischen dem Lager
30 und einem Bund 34 der Schaufelwelle ist ein Druckglied 35 eingeschaltet.
Am entgegengesetzten Ende der Welle sind zwischen dem Hebel 27 und dem Lager 3o
ein Kugellager 36 und Federn 37 eingesetzt, so daß durch das Anliegen des Bundes
34 auf dem Druckglied 35 die axiale Stellung der Schaufel fes,gelegt ist.
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Das Lager 3o kann als Gleitlager oder z. B. auch als Rollenlager ausgebildet
sein. Die Hebel 27 (Fig.4), welche zu den Leitschaufeln einer Hälfte des
Leitkranzes gehören, sind alle parallel gerichtet und durch ein Einstellglied 29
so gefaßt, daß alle Schaufeln im gleichen Winkel zur Richtung des entsprechenden
Radius eingestellt werden können. Die beiden Einstellglieder 29 sind mit Hilfe der
Gestänge 38 mit einem Hebel 39 verbunden, der wiederum über das Gestänge 4o mit
dem Servomotor 41 in Verbindung steht.
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Die Einstellglieder 29 sind an zwei der Hebe127 unmittelbar angelenkt.
Die übrigen Hebel sind nicht unmittelbar in den Einstellgliedern 29 gelagert, sondern,
wie Fig. 5 zeigt, zunächst in einem Gleitstein 42, der in einem Schlitz 43 gleiten
kann. Es wird damit erreicht, daß auch bei ungleichen Wärmeausdehnungen der einzelnen
Elemente, insbesondere bei Veränderungen der Lasten, ein
Klemmen
der Einstellvorrichtung bzw. eine ungleiche Eins.ellung der Turbinenschaufeln vermieden
wird.