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Gasturbine Es ist vorgeschlagen «-orden, bei (sasturbinen die Verbrennung
des Brennstoffes stufenförmig vorzunehmen. Eine mehrstufige Verbrennung ist aber
bei den bekannten Gasturbinen nicht verwirklicht. Nur bei Zweigehäusegasturbinen
hat man in den Abgasen der ersten Turbine neuen Brennstoff verbrannt und diese Abgase
der zweiten Turbine zugeführt. Dadurch wurde zwar eine Verbesserung des Brennstoffverbrauches
gegenüber der einstufigen Verbrennung des Brennstoffes erzielt, jedoch durch die
mehrstufige Verbrennung ergibt sich eine beträchtliche Verbesserung. Ihre Verwirklichung
scheiterte an einer geeigneten konstruktiven Lösung.
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Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit stufenförmiger Verbrennung
des Brennstoffes, bei der mehrere Verbrennungs- und Ausdehnungsstufen vorhanden
sind. Sie besteht darin, daß die Verbrennungskammer jeder Verbrennungs- und Aus-(lehnungsstufe
auf der Zustr#imseite gesteuert und auf der Abströrnseite offen ist, daß in diese
Brennkammern der Brennstoff taktmäßig eingeführt und gezündet wird 'und daß die
Verbrennungsluft vor Eintritt in die erste Verbrennungs- und Ausdehnungsstufe durch
Vorwärmung auf die Zündungstemperatur des Brennstoffes gebracht wird. Die \-orwärmurrg
kann durch die Abgase der Gasturbine oder durch Verbrennung von Brennstoff in der
Verbrennungsluft bei gleichbleibendem Druck oder durch beide zusammen erfolgen.
Die Steuerung des Zustroms der Verbrennungsluft in die Brennkammern erfolgt zweckmäßigerweise
selbsttätig durch die taktmäßige Einführung und Zündung des Brennstoffes. Die Brennstoffzufuhr
jeder Verbrennungs- und Ausdehnungsstufe und deren Querschnitte sind so Bernessen,
daß die Austrittstemperaturen der Abgase aus jeder Stufe annähernd gleich sind.
Um eine kontinuierliche Strömung in
der Gasturbine zu erreichen,
sind in jeder Verbrennungsstufe zwei oder mehrere Brennkammern angeordnet, in die
abwechselnd Brennstoff eingeführt und gezündet wird. Als Brennstoff kann gasförmiger,
flüssiger oder staubförmiger Brennstoff verwendet werden.
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Durch die Erfindung wird die Gasturbine mit mehrstufiger Verbrennung
verwirklicht. Ihr Fortschritt gegenüber den bekannten Gasturbinen ist, daß ihr Brennstoffverbrauch
erheblich kleiner ist und sich demjenigen der Gasturbine mit Verbrennung bei gleichbleibender
Temperatur weitgehendst annähert, der bekanntlich der günstigste ist.
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In Abb. i, 2, 3 und 4 ist die Gasturbine nach der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch die Gasturbine, Abb. 2 ein Querschnitt
durch eine Laufschaufelkammer, ,Abb 3 ein solcher durch eine Verbrennungskammer,
und Abb. 4 stellt ein Druckvolumendiagramm der Verbrennungsgase beim Durchgang durch
die Gasturbine dar. Die Abszissen sind die Volumen, die Ordinaten die Drücke.
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Es ist i der Verdichter der Verbrennungsluft, 2 der Vorwärmer derselben
durch die Abgase, 3 die Zuführungsleitung der Verbrennungsluft zur Turbine, 4 die
Brennstoffzuführung zur Verbrennung von Brennstoff bei gleichbleibendem Druck. Ferner
sind 5, 6, 7, 8 die Verbrennungskammern, die durch Rippen 28 unterteilt sein können,
deren Zuströmöffnungen zweckmä3igerweise durch die selbsttätigen Ventile9, 1i, 13,
15 gesteuert und deren Al>strömöffnungen io, 12, 14, 16 offen sind und zweckmäßigerweise
die Leitschaufeln für die sich ausdehnenden Verbrennungsgase enthalten.
17, 18, 19, 20 sind die Brennstoffzuführungen, durch welche
der Brennstoff taktmäßig in die einzelnen Brennkammern eingeführt wird. 21 ist die
Laufradtrommel, auf welcher die Laufschaufeln jeder Stufe 22, 23, 24, 25 befestigt
sind. 26 ist das Abgasrohr zum Vorwärmer und 27 das Austrittsrohr der Abgase aus
der Turbine.
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a ist der Zustand der Verbrennungsluft vor dem Verdichter, b der Zustand
am Ende der Verdichtung, die ein- oder mehrstufig sein kann; c .ist ihr Zustand
beim Austritt aus dem Vorwärmer und d nach der Brennstoffzufuhr bei konstantem Druck.
Mit den Zuständen d, f, h, k treten die Verbrennungsgase in die Brennkammern
der Stufen ein. Durch die taktmäßige Brennstoffzufuhr und Zündung werden die Zustände
e, g, i, l erreicht und nach der Ausdehnung in den Leitschaufeln die Zustände
f, lt, k, m.
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Die Wirkungsweise der Gasturbine nach der Erfindung ist folgende:
Der Verdichter i saugt Luft vom Zustand a an und verdichtet sie auf den Zustand
b. Durch Erwärmung mittels der Abgase im Vorwärmer 2 vergrößert die Luft bei gleichbleibendem
Druck ihr Volumen auf c. Durch Verbrennen von Brennstoff bei gleichbleibendem Druck
durch 4 wird der Zustand d erreic'h't, der der Zündungstemperatur des Brennstoffes
entspricht. Mit diesem Zustand tritt d-ie Verbrennungsluft durch die offen gehaltenen
Ventile 9 in die erste Verbrennungskammer 5 ein. Wird nun taktmäßig durch die Zuführungen
17 Brennstoff in diese Brennkammer eingeführt, so entzündet sich dieser, der Druck
in der Verbrennungskammer steigt und schließt dadurch .die Ventile 9. Gleichzeitig
strömen die Verbrennungsgase durch die offenen Leitradschaufeln io aus und verwandeln
dabei den Druck der Verbrennungsgase in Geschwindigkeit. Dadurch sinkt der Druck
in der Verbrennungskammer 5, bis der Druck vor ihr erreicht wird. Unter der Wirkung
des dadurch entstehenden Überdruokes öffnen sich die Ventile 9, und Verbrennungsluft
strömt wieder ein. Dieser Zustand dauert so lange an, bis wieder Brennstoff in die
Verbrennungskammer 5 eingebracht wird. Dann wiederholt sich das Spiel. Die aus den
Leitschaufeln io der Verbrennungskammer 5 austretenden Gase mit dem Zustand f geben
ihre Energie größtenteils an den Laufkranz 22 ab und treten dann in die zweite Verbrennungskammer
6, deren Ventile i i ebenfalls offen sind. Hierauf wiederholt sich der Vorgang in
den folgenden Verbrennungs- und Ausdehnungsstufen 7 und B. Die. Abgase der letzten
Stufe 8 vom Zustand m werden zweckmäßigerweise dem Vorwärmer 2 zugeführt und treten
dann durch die Leitung 27 aus. Die Verbrennungskammer jeder Stufe ist zweckmäßigerweise
durch die Rippen 28 in mehrere Kammern unterteilt, so daß durch abwechselnde Brennstoffeinführung
in diese Kammern eine gleichmäßige Strömung in der Turbine erreicht wird.
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Wird in die Verbrennungskammern 5, 6, 7, 8 kein Brennstoff .eingeführt,
sondern nur Brennstoff in 4 vor der ersten Brennkammer 5 verbrannt, so verhält sich
die Gasturbine wie die bekannten Gasturbinen, bei denen nur eine Brennstoffzufuhr
bei gleichbleibendem Druck vor Eintritt in die Turbine stattfindet. Ist die Zeit
des Taktes zweier aufeinanderfolgender Brennstoffeinführungen in die Verbrennungskammern
größer als die Verbrennungs-und Ausströmzeit der Verbrennungsgase aus der Kammer,
so kann damit eine Kühlung oder eine Leistungsregelung der Gasturbine erfolgen.