DE833738C - Gasturbine mit annaehernd isothermer Expansion - Google Patents

Description

• Gasturbine mit annähernd isothermer Expansion Der weitaus größte Teil aller neuzeitlichen Gasturbinen arbeitet nach dem sog. Gleichdruckverfahren, d.11. der fortlaufend eingespritzte Brennstoff wird in einer vorgeschalteten Brennkammer in dem vom Verdichter bzw. Wärmeaustauscher kommenden Luftstrom bei gleichbleibendem Druck verbrannt und die Treibgase von dort in die Turbine geleitet. Dieses Verfahren ist konstruktiv am einfachsten zu verwirklichen und besitzt die größte Betriebssicherheit. In der Regel findet die Verdichtung; der Luft und auch die Dehnung der Verbrennungsgase in der Turbine adiabatisch oder annähernd adiabatisch statt. Um den Wirkungsgrad der Gasturhinenanlage zu erhöhen, muß die Eintrittstemperatur der Gase in die Turbine gesteigert werden. 1-s ist hierbei jedoch bald eine Grenze gesetzt durch die mit zunehmender Temperatur schnell abfallende Dauerstandfestigkeit der Schaufel- und Läuferwerkstoffe. Es gibt nun noch eine andere Möglichkeit, den Gesamtwirkungsgrad der Gasturhinenanlage zu erhöhen. Diese besteht darin. die Verdichtung der Luft und gleichzeitig die Dehnung der Verbrennungsgase isothermisch oder annähernd isothermisch durchzuführen. Dieses Verfahren hat noch einen weiteren Vorteil. Während bei adiabatischer Verdichtung der Luft und adiabatiscber Dehnung der Treibgase die günstigsten Verdichtungsverhältnisse, d. 'h. die Verdichtungsverhältnisse, bei denen der höchste Gesamtwirkungsgrad auftritt, je nach Höhe der Gastemperatur, der Ausnutzung der Abwärme, der Wirkungsgrade von Turbine und Verdichter usw. etwa zwischen 3 und 6 liegen, nehmen sie lwi isorherin ischer Verdichtung der Luft und isc)tlierniischer Dehnung der Treibgase höhere Werte bis zti io und noch darüber an. Dadurch wird das Gefälle vergrößert und @da@s zur Erzielung ciiier hestimmten Leistung erforderliche Gasgewicht natürlich -verkleinert. Man erhält dadurch also kleinere und damit leichtere und billigere \1aschinen. Die isothermische Verdichtung der l..uft läßt sich nun durch entsprechende Zwischenkühlung annähernd erreichen. Schwieriger dagegen ist es, eine isothermische Dehnung der Treibgase zu verwirklichen. Man hat, um dieses Ziel zu erreichen, srlion vorgeschlagen, hinter jeder Stufe oder \N ettigstens hinter Gruppen von mehreren Stufen eine Zusatzbrennkammer anzuordnen. in der zusätzlich so viel Brennstoff verbrannt wird, daß das Treibgas beim Eintritt in die nächste Stufe bzw. Stufengruppe wieder die Eintrittstemperatur vor der ersten Stufe erreicht hat. Dieses Verfahren .hat jedoch eine sehr schwierige Konstruktion zur Folge. bedingt manche Strömungsverluste und baut in # xialer Richtung verhältnismäßig lang. Ordnet nian nur \veri,ige 7%viscmenbrennkamniern an, um ilic Anlage nicht zu verwickelt zu machen, dann Wird eine isothermische Dehnung auch nicht annähernd erreicht. Dieses Verfahren scheidet daher 1)e1 Hochleistungsanlagen, die ein geringes Gewicfit und kleinen Raumbedarf verlangen, aus.
• Nach der Erfindung wird nun eine angenähert isothertnische Ausdehnung in der Turbine dadurch erreicht. daß man den Mantel der Turbine -durch die zur Turbine strömenden Gase beheizt, und zwar derart, daß die von -der Brennkammer kommenden (rase ohne Beimischung von Kühlluft in einen um 4lic Turbine herumgelegten Heizmantel an der Austrittsseite der Turbine eingeleitet werden und durch den Mantel zum Turbineneintritt strömen. Ilcini Eintrittsleitapparat in die Turbine wird die erforderliche Kühlluft beigemischt, so daß die Treibgase die der Beschaufelung zuträgliche Temperatur annehmen. Die sehr heißen Gase berühren also vor der Beimischung der Kühlluft nur ruhende Teile. die entsprechend ausgebildet werden können. Wenn die Verbrennungsgase in der Brennkammer eine zu hohe Temperatur besitzen, kann selbstverständlich auch schon dort eine gewisse Menge Kühlluft beigemischt werden, so daß die Temperatur der das Turbinengehäuse beheizenden Gase etwa 1000 bi,s 120o° C beträgt. Um den äußeren Heizmantel auch von Zugbeanspruchungen zu entlasten, kann in Weiterausbildung der Erfindung um den Heizmantel ein weiterer Mantel herumgelegt werden, wobei in den .#lantelraum die vom Wärrneaustauscher oder vom Verdichter kommende Luft eingeleitet wird.
• In der "Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbine nach der Erfindung in einem I.än gsschnitt dargestellt.
• Der Turbinenläufer i ist in .den beiden Lagert) 2 und 3 gelagert. -'8,tif dem Läufer i sind in mehreren Reihen die "hurl>inetiscliaufeln 4 angeordnet. Zwischen den Turbinenstufen tni,(1 vor der ersten Stufe sind die Leital)paratschaufeln 3 angeordnet, die in dem Ttirl)inengehätise 6 befestigt sind. Um das Läufergehäuse 6 ist ein weiteres Gehäuse herumgelegt. In deni Zwisc'heni-auni 8 zwischen den Gehäusen 6 und 7 Nverden an der Stelle g die von der nicht dargestellten ßreinikaminer kommenden Gase 'hineingeleitet und treten an der Stelle io in die Turbinenbeschaufelun.g ein. Unmittelbar vor der Turbinenbeschaufehing wird durch den Stutzen t t zugeführte Kühlluft denTreibgasen beigemischt. Nach Durchströmen der Turbine werden die Treil)-gase durch den Austrittsstutzen 12 fortgeleitet. Utn das Gehäuse 7 ist ein weiteres Gehäuse 13 'herumgelegt. In den Zwisclienrat,ni i-1 zwischen den Gehäusen 7 und 13 kann Luft voni Verdichter oder Vorwärme) eingeführt werden, uni (las (lelnättse 7 vom Druck der Ti-eil)gase im Nlantelrattin R zu entlasten. Die Luft wird durch clen Anschlußstutzen t j zugefiiihrt und durch den Abfußstutzen io wieder abgeführt. Zur Erhöhung des \\'ürmeül>erganges sind an clean Geli;iuse 6 in Strömungsrichtung laufende Ripl"eit 17 abgeordnet.
• Der Heizmantel 7 und (las Läufci;@eh@iuse 6 sowie alle finit den heißen \-erl)rennttngsgasen vor Beimischung der Kühlluft iii Beriilii-ung kommenden Teile können zweckmäßig aus keramischen Werkstoffen hergestellt werden, da dieser Werkstoff den hohen Temperaturen hestens gewachsen ist.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, (Lall das den Turbinenläufer ( i . 4) aufnehmende Gehäuse (6) von einem Mantelraum (8) um- geben ist, durch den die aus der 13i-ennl:ainnicr kommenden heißen Treibase *]in Gegenstrom zur Strömungsrichtung ini Turhinenlä Ufer (i,) hindurchgeleitet werden. 2. Gasturbine nach Anspruch t. dadurch ge- kennzeichnet. dali den lwißen Treibgasen die Kiihlltift zur Herabsetzung iler Gastemperatur auf ein für den Läufer- und Schaufelwerkstott zuträgliches Mali kurz vor denn Eintritt in das Turbinenlaufrad (i) zugesetzt wird. 3. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet, daß uni den Heizmantel (7) ein zweiter Mantelraum (1d.) Herumgelegt ist, durch den vorn Verdichter oder voni Wärme- austauseher kommende Luft geleitet wird, die dann als Verbrennungsluft in die l'#reniikaminer oder als temperaturerniedrigende Zuinischluft vor der Turbine \'ertveiidting findet. d. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch ge- kennzeichnet, daß (las den Turlüitetiläufer auf- nehnnen-dc Gehäuse (b) im Bereich iles 1-leiz_- inantelraunies (8) mit ;u Str<imtingsrichtung (Leg Treibgase vcrlaufen<ien Ril>l>(#il (17) ver- seiliein ist.