DE843588C - Verfahren zur Verhinderung der Eisbildung in Axialkompressoren, insbesondere von Gasturbinenanlagen, sowie Axialkompressor zur Ausuebung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Verhinderung der Eisbildung in Axialkompressoren, insbesondere von Gasturbinenanlagen, sowie Axialkompressor zur Ausuebung des Verfahrens

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DE843588C
DE843588C DEP28061A DEP0028061A DE843588C DE 843588 C DE843588 C DE 843588C DE P28061 A DEP28061 A DE P28061A DE P0028061 A DEP0028061 A DE P0028061A DE 843588 C DE843588 C DE 843588C
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DE
Germany
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blades
compressor
gas turbine
axial
stage
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Expired
Application number
DEP28061A
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English (en)
Inventor
Adolf Dr-Ing Meyer
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BROWN AG
BBC Brown Boveri France SA
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BROWN AG
BBC Brown Boveri France SA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/04Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
    • F02C7/047Heating to prevent icing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Verfahren zur Verhinderung der Eisbildung in Axialkompressoren, insbesondere von Gasturbinenanlagen, sowie Axialkompressor zur Ausübung des Verfahrens Bei Turbokompressoren, die in Flugzeugen, Lokomotiven oder sonstwo gezwungen sind, mindestens zeitweise kalte Luft anzusaugen, besteht die Gefahr der Bildung von Eis im Luftweg, d. h. an den Schaufeln, und zwar bei Axialkompressoren, auf die sich die Erfindung bezieht, vorwiegend an den ersten Leitschaufelreihen.
  • Diese Eisbildung hat nicht nur eine Verminderung des Durchgangsquerschnittes, sondern, was viel gefährlicher ist, eine Ablösung der Strömung und damit eine solche Störung der Kompression zur Folge, daß bei Gasturbinenantrieb die Leistung der Gasturbine völlig ungenügend wird und der Antrieb versagt. Man hat nun schon eine Heizung der ganzen Durchflußmenge vorgeschlagen. Diese scheidet jedoch aus wirtschaftlichen Gründen aus. Im Gegenteil,* man ist gewohnt, bei Kompressoren zu kühlen, um eine möglichst isothermische Verdichtung des zu behandelnden Mediums zu erzielen und damit an aufzuwendender Energie zu sparen. Aus. diesem Grund hat man auch schon vorgeschlagen, nur die Schaufeln zu erwärmen, ohne aber eine Lösung zu bringen, die diesen Zweck erfüllt, gleichzeitig aber den Wirkungsgrad nicht merklich verschlechtert.
  • Es muß deshalb angestrebt werden, die Schaufeln so auf die für die Vermeidung der Eisbildung Potwendige Temperatur zu bringen, daß möglichst nur sie selbst oder ihre unmittelbare Umgebung, nicht aber die ganze durchfließende Fördermenge geheizt wird.
  • Die bisher bei Preßluftturbinen zur Vermeidung von Eisbildung bekannten Methoden der Schaufelerwärmung durch Anordnung hohler Schaufeln, durch die warme Luft in verhältnismäßig großen Mengen getrieben und zur Mischung mit der Preßluft gebracht wurde, lassen sich daher nicht auf Kompressoren übertragen. Insbesondere in Gasturbinenanlagen könnte die größere aufzuwendende Kompressionsarbeit geradezu lähmend wirken, da die Nutzleistung als Differenz zwischen Turbinen- und Kompressorleistung entsteht, letztere aber schon jetzt etwa dreimal so groß ist wie die Nutzleistung. Der Wirkungsgrad steigt dagegen, und damit auch die Leistung der Gasturbinenanlage, bei tiefer Lufttemperatur, weil. die spezifische Kompressionsarbeit proportional der absoluten Temperatur zurückgeht. Die niedrige Temperatur muß deshalb möglichst erhalten bleiben.
  • Es handelt sich also darum, eine wirksame Lösung zu finden, die für die Schaufeln des Axialkompressors ein Minimum an Wärmemedium erfordert.
  • Gemäß der Erfindung besteht diese Lösung in einem Verfahren, nach welchem man ein gasförmiges Medium mit einer Temperatur über derjenigen, bei welcher Eisbildung zu befürchten ist, als ständig sich erneuernden Film so über die Flächen der Schaufeln mindestens der ersten Stufe des Kompressors leitet, daß es die Grenzschicht fortwährend ersetzt und das die Eisbildung verursachende kältere Medium von diesen Schaufeln fernhält.
  • Vorteilhaft benutzt man in Gasturbinenanlagen hierzu Turbinenabgase. Man kann aber auch aus einer späteren Stufe des Kompressors Luft zurückführen, welche ,durch die Kompressionswärme bereits erhitzt ist. Da die Temperaturerhöhung durch die Kompressionswärme pro Stufe etwa 8° C beträgt, kann man je nach den, z. B. für ein Flugzeug, zu erwartenden Temperaturverhältnissen diese aus einer Stufe entnehmen, die so gewählt ist, daß nur gerade die gewünschte Wirkung erzielt wird, um den Wirkungsgrad möglichst wenig zu beeinträchtigen.
  • Zur Ausübung dieses Verfahrens dient ferner nach der Erfindung ein Axialkompressor mit mindestens in seiner ersten Stufe angeordneten, je mit einem Längskanal und davon ausgehenden Schlitzen ausgerüsteten Schaufeln für- ein aus diesen Schlitzen über die Schaufelflächen in Form eines Films strömendes Wärmemedium.
  • Ist der Axialkompressor Bestandteil einer Dampf-oder Gasturbinenanlage mit gegen die heißen Dämpfe bzw. Frischgase durch einen Kühlfilm geschützten Turbinenschaufeln, so dürfte es unter Umständen auch zweckmäßig sein, dasselbe Medium, welches für die Turbinenschaufeln als Kühlmittel verwendet wird, für die Kompressorschaufeln mindestens der ersten Stufe als Wärmemittel zu verwenden, so daß dieselbe Quelle herangezogen werden kann, beispielsweise Druckluft.
  • Als Schaufeln für mindestens die erste Stufe des Axialkompressors können vorteilhaft Hohlschaufeln oder mehrteilige Schaufeln, die aus Haupt- und Vorschaufel bestehen, verwendet werden. In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel zur Ausübung des Verfahrens eine Gasturbinenanlage für Flugzeugantrieb im Längsschnitt dargestellt, und zwar ist nur die obere Hälfte gezeichnet.
  • Es ist i ein Axialkompressor, 2 eine Brennkammer und 3 eine Gasturbine. Nach den letzten Schaufeln der Gasturbine ist eine mit dem Turbineninnern in Verbindung stehende ringförmige Kammer 4 zur Aufnahme eines Teils der heißen Abgase angebracht, die bei 12 in diese Kammer strömen. Ebenso besitzt der Kompressor i eine ringförmige Kammer 5, von der aus Kanäle 6 zu den Leitschaufeln 7 seiner ersten Stufe sich erstrecken. Beide Kammern 4 und 5 sind durch mindestens ein Rohr 8 miteinander verbunden. Unter Umständen genügt es nur die Leitschaufeln ständig mit einer wärmeren Schutzschicht zu überspülen. In diesem Beispiel sind aber auch die Laufschaufeln 9 der ersten Kompressorstufen den heißen Abgasen in gleicher Weise zugänglich gemacht, und zwar durch die miteinander verbundenen hohlen Rotoren io bzw. ii von Gasturbine und Kompressor hindurch. Ein anderer Teil der Abgase strömt bei 12 in den Rotor io der Gasturbine, dann durch die Bohrung 13 in den Hohlraum des Rotors i i und von dort durch die Kanäle 14 in die Längskanäle der wie die Leitschaufeln 7 mit Schlitzen versehenen Laufschaufeln 9. Diese Schaufeln selbst sind bei Gas- oder Dampfturbinen bekannt, dienen aber dort dem gegenteiligen Zweck, nämlich der Vermeidung schädlicher Erhitzung des Schaufelmaterials.
  • Die `'Wirkungsweise der dargestellten Anlage ist wie folgt: Luft strömt vorn links in den mit Schaufeln besetzten Teil des Axialkompressors i, wird dort verdichtet und gelangt in die Brennkammer 2, in die durch Leitung 15 Brennstoff eingespritzt wird. Die sich nach Entzündung desselben bildenden heißen Gase durchströmen die Turbine 3 und leisten Arbeit. Während der Hauptteil der Abgase geradeaus strömt, schwenkt bei 12 ein Teil der Abgase nach außen in die Kammer 4 und ein anderer Teil nach innen in den Rotor io ab, der eine Teil, um zur Kammer 5 und durch die Kanäle 6 zu den Leitschaufeln 7, der andere Teil, um durch Rotor io, Bohrung 13, Rotor ii, Kanäle 14 zu den Laufschaufeln 9 zu strömen. Beide Abgasteilströme treten an den Schaufeln, wie sie an sich bei Hochtemperaturturbinen zu Kühlzwecken bekannt sind, aus Schlitzen, die mit Längskanälen verbunden sind, aus und überziehen die betreffenden Schaufeln mit einem dünnen Film warmer Abgase und halten so, als Grenzschicht, die ständig erneuert wird, den aus der Atmosphäre kommenden Luftstrom von den Schaufeln ab, so daß die Bildung von Eis verhindert wird.
  • Die für die Kompressorschaufeln bestimmten Abgase können auch einer Zwischenstufe der Gasturbine entnommen werden.
  • Man wird diese Enteisung, da sie immer mit einer gewissen Wirkungsgradeinbuße verbunden ist, nur dann anwenden wollen, wenn sie wirklich nötig ist und sie deshalb zweckmäßig abschließbar machen. Es ist aber darauf hinzuweisen, daß die vermöge der tiefen Temperatur erhältliche Mehrleistung, gegenüber einem Betrieb ohne Eisgefahr, die durch die nach Maßgabe der Erfindung für die Enteisung verlangte Mehrleistung mindestens deckt.
  • Bei Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung auf Laufschaufeln des Kompressors wird man vorteilhaft einen Rotor wählen, der aus Scheiben zusammengesetzt ist, die zwischen sich Kammern bilden, wie bei Dampf- oder Gasturbinen vielfach üblich. Das Wärmemedium kann dann, ohne den ganzen Rotor zu erwärmen, durch mindestens ein die Scheiben durchdringendes Rohr zu derjenigen Kammer geleitet werden, von der aus die Kanäle 14 zu den betreffenden Laufschaufeln führen. Es können auch mehrere der möglichen Arten des Verfahrens nach der Erfindung bzw. der dazu gehörenden Einrichtungen miteinander kombiniert werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verhinderung der Eisbildung in Axialkompressoren, insbesondere von Gasturbinenanlagen, die sich mindestens zeitweise in die Eisbildung begünstigender Umgebung aufhalten, wie Flugzeug- und andere Fahrzeugantriebsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gasförmiges Medium mit einer Temperatur über derjenigen, bei welcher Eisbildung zu befürchten ist, als ständig sich erneuernden Film so über die Flächen der Schaufeln mindestens der ersten Stufe des Kompressors leitet, daß es die Grenzschicht fortwährend ersetzt und das die Eisbildung verursachende kältere :Medium von diesen Schaufeln fernhält.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i bei Axialkompressoren von Gasturbinenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß Turbinenabgase zur Erzeugung der Filme auf den Kompresscrschaufeln verwendet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Luft aus einer späteren Stufe des Kompressors selbst entnommen, zurückgeführt und zur Erzeugung der Filme auf den Kompressorschaufeln verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch i bei Axialkompressoren mit Dampf- oder Gasturbinenantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe Medium, welches für die Turbinenschaufeln als Kühlmittel verwendet wird, für die Kompressorschaufeln mindestens der ersten Stufe als Wärmemittel verwendet wird.
  5. Axialkompressor, insbesondere von Gasturbinenanlagen, zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens seine erste Stufe Schaufeln mit von einem Längskanal ausgehenden Schlitzen für ein aus diesen über die Schaufelflächen strömendes Wärmemedium besitzt.
  6. 6. Axialkompressor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Verbindungsleitung zwischen Gasturbine und Kompressorleitschaufeln mindestens der ersten Stufe.
  7. 7. Axialkompressor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens je eine Verbindungsleitung zwischen Gasturbine und Kompressorleit- und -laufschaufeln mindestens der ersten Stufe. B. Axialkompressor nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Gasturbine und Kompressorlaufschaufeln durch die hohlen Rotoren hindurch erfolgt. g. Axialkompressor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Rückführleitung von mindestens einer Stufe des Kompressors zu Schaufeln mindestens seiner ersten Stufe. io. Axialkompressor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen aus mehreren aneinandergereihten Scheiben, die Kammern zwischen sich bilden, bestehenden Rotor mit mindestens einer Rohrleitung zu derjenigen Kammer, von der aus Kanäle am Umfang zu den zu schützenden Laufschaufeln führen. ii. Axialkompressor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Organe, die gestatten, das Wärmemedium nach Belieben von den Schaufeln fernzuhalten bzw. zu ihnen zu leiten.
DEP28061A 1947-10-22 1948-12-30 Verfahren zur Verhinderung der Eisbildung in Axialkompressoren, insbesondere von Gasturbinenanlagen, sowie Axialkompressor zur Ausuebung des Verfahrens Expired DE843588C (de)

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DEP28061A Expired DE843588C (de) 1947-10-22 1948-12-30 Verfahren zur Verhinderung der Eisbildung in Axialkompressoren, insbesondere von Gasturbinenanlagen, sowie Axialkompressor zur Ausuebung des Verfahrens

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DE (1) DE843588C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1009436B (de) * 1953-03-27 1957-05-29 Daimler Benz Ag Kuehl- und Enteisungseinrichtung fuer Gasturbinen
DE1210627B (de) * 1962-12-07 1966-02-10 Gen Electric Enteisungsanlage fuer die drehbar gelagerten Einlassleitschaufeln eines Gasturbinentriebwerks

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1009436B (de) * 1953-03-27 1957-05-29 Daimler Benz Ag Kuehl- und Enteisungseinrichtung fuer Gasturbinen
DE1210627B (de) * 1962-12-07 1966-02-10 Gen Electric Enteisungsanlage fuer die drehbar gelagerten Einlassleitschaufeln eines Gasturbinentriebwerks

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