DE899298C

DE899298C - Gasturbine fuer wechselnde Belastungen

Info

Publication number: DE899298C
Application number: DEW7388A
Authority: DE
Inventors: Hellmut Weinrich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-12-09
Filing date: 1951-12-09
Publication date: 1953-12-10

Description

Gasturbine für wechselnde Belastungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, die besonders für wechselnde Belastungen geeignet ist. Die dafür zweckmäßige Unterteilung in ein H.D- und ein ND-Aggregat, die beide aus je einem Turbinenteil und einem Verdichterteil bestechen und deren Drehzahlen unabhängig voneinander geregelt werden können, ist an sich bekannt. Um in diesem Zusammenhang eine sowohl bezüglich des kaumbedarfes als auch der betriebsmäßigen Bedingung°n besonders vorteilhafte Bauart zu schaffen, besteht die Erfindung im wesentlichen darin, .daß das HD-Aggregat zwischen dem ND-Verdichter und der ND-Turbine angeordnet und auf der Verbindungswelle dieser beiden Teile gleichachsig zu denselben frei drehbar gelagert ist. Dabei haben das HD-und ND-Aggregat vorzugsweise entgegengesetzte Drehrichtungen. Eine solche Bauart gemäß der Erfindung eignet sich besonders dazu, die letzte Stufe des HD-Verdichters und die erste Stufe der HDD-Turbine als Axialradial- bzw. Radialaxial- oder als reine Radialstufen mit anschließendem bzw. vorhergehendem Spiralgehäuse auszubilden und in einem gemeinsamen Laufrad unterzubringen. Dieses Laufrad wird in seinem radialen Teil vorzugsweise mit einer in Umfangsrichtung etwa zickzackförmig verlaufenden Wand ausgebildet, die den Luft- und den Gasstrom voneinander trennt.
weitere, ebenfalls nicht auf eine gemeinsame Anwendung mit dem Haupterfindungsgedanken beschränkte Merkmale bestehen darin, daß unmittelbar hinter der Turbine ein Wärmeaustauscher angeordnet ist, wobei die aus dem letzten Turbinenlaufrad austretenden Gase in axialer Richtung bis zum Eintritt in,den Wärmeaustauscher in an sich bekannter Weise .durch einen diffusorartig sich erweiternden Ringquerschnitt eines gegebenenfalls ein Endlager der Turbinenwelle enthaltenden Gehäuseteiles weitergeleitet wird.
Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise in einer Ausführungsform dargestellt; es zeigt Abb. i einen Axialschnitt durch die HD- und die INTD-Teile der Turbine und des Verdichters, Abb.2a und 2b einen Axial- bzw. Zylinderschnitt durch die axialradale bzw. radialaxiale Stufe des Verdichters und der Turbine in größerem Maßstabe, Abb.3 einen Axialschnitt durch die Brennkammer, Abb. 4a und 4b eine Seitenansicht bzw. Draufsicht des Gesamtaggregates.
Die Hauptteile .der ganzen @Gästurbinenanlage sind: eine HD-Turbine TH, bestehend aus einer Radialaxial- und einer reinen Axialstufe, eine ND-Turbine TN, bestehend aus drei . Axialstufen, ein ND-Verdichter VN, bestehend aus fünf Axialstufen, ein HD-Verdichter VH, bestehend aus. einer reinen Axial- und einer Axialradialstufe, ein aus mehreren axial unterteilten Abschnitten G1 bis. -G4 sich zusammensetzendes Innengehäuse und ein ebenfalls, axial unterteiltes gemeinsames Außengehäuse G5, ein Luftfilter F, eine Brennkammer B und ein Wärmeaustauscher A.
Die Ausbildung und gegenseitige Anordnung der Turbinen- und der Verdichterteile ergibt sich aus dem Axialschnitt nach Abb. i. Das HD-Aggregat der Turbine und des Verdichters, dessen beide teils radial, teils axial gerichteten Stufen in einem gemeinsamen Laufrad i zusammengefaßt sind, ist freidrehbar auf einer Verlängerung der Welle 12 des ND-Verdichters gelagert, durch welche dieser mit .dem Rotor 3 der ND-Turbine verbunden ist. Das Laufrad i hat, wie besonders aus Abb. 2b ersichtlich ist, in seinem radialen Teil einen in Umfangsrichtung zickzaekförmigen Verlauf; dadurch werden eine örtliche überhitzung einzelner Teile des Laufrades und zusätzliche Beanspruchungen des Werkstoffes in radialer Richtung infolge von Temperaturunterschieden vermieden. Der das Laufrad umgebende Gehäuseabschnitt G2 ist im Axialschnitt mit an die Turbinen- bzw. die Verdichterseite des Laufrades angeschlossenen düsen-bzw. diffusorringartigen Übergängen und je einem in Umfangsrichtung sich erstreckenden spiralförmigen Ein- bzw. Austrittskanal ausgebildet.
Durch die Anordnung des HD-Aggregates zwischen dem ND-Verdichter und der ND-Turbine ergibt sich für diese beiden Teile eine gleiche Axialstromrichtung. Infolgedessen läßt sich im Sinne eines geschlossenen und raumsparenden Aufbaues der ganzen Anlage das Luftfilter F an dem einen Ende vor der ersten Stufe des N.D Verdichters und der WärmeaustauscherA an dem anderen Ende hinter der letzten Stufe der ND-Turbine anordnen.
Zwischen dem im Bereich der ND-Turbine liegenden Gehäuseabschnitt G3 und dem Wärmeaustauschet A befindet sich ein kurzer Gehäuseabschnitt G4, der ein durch radiale Streben gegen seine Innenwand abgestütztes Lager 4 für das freie Ende des ND-Turbinenrotors und eine diffusorartige Erweiterung des ringförmigen Strömungsquerschnittes für die von der ND-Turbine zum Wärmeaustauscher axial weitergeleiteten Gase enthält. Nach dem Durchströmen .des Austauschers werden .die Abgase aus diesem durch zwei einander gegenüberliegende seitliche Stutzen 5, 6 weggeführt (Abb. 4 a und 4b).
Die vom HD-Verdichter kommende Druckluft wird mittels einer Leitung 7 .der anderen Seite des Austauschers und nach der Erwärmung durch die Abgase mittels einer anderen Leitung 8 der Brennkammer B zugeführt (Abb. i, 4a und 4b). Die Brennkammer (Abb. 3) ist mit einem rotierenden Zerstäuber g versehen. Im vorliegenden Zusammenhang ergibt es sich aus der Bauart des ganzen Aggregates als zweckmäßig, die Brennkammer oberhalb der Turbine mit senkrecht stehender Drehachse anzuordnen; dadurch wird ein selbsttätiger Zulauf des Brennstoffes ermöglicht, während sich zum Antrieb des Zerstäubers in vorteilhafter Weise die zur Bildung des Gemisches dienende Druckluft verwenden läßt. Der Austrittsstutzen io der Brennkammer ist an das der HD-Turbinevorgeschaltete Spiralgehäuse angeschlossen.
Die -ND-Turbine dient in an sich bekannter Weise nicht zur zum Antrieb des ND-Verdichters, sondern auch zur Erzeugung der Nutzleistung, die mittels der am einen (gemäß der Darstellung linken) Ende herausgeführten Welle @2 über ein Getriebe G (Abb. 4a und 4b) abgegeben wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i.,Gasturbine für wechselnde Belastungen, bei der ein aus einem Turbinenteil und einem Verdichterteil bestehendes HD-Aggregat drehzahlunabhängig von einem ebenfalls aus einem Turbinenteil und einem Verdichterteil bestehenden ND-Aggregat ist, dadurch gekennzeichnet, däß das HD-Aggregat zwischen dem ND-Verdichter und der in gleicher Axialrichtung durchströmten ND-Turbine angeordnet und auf der Verbindungswelle (2) dieser beiden Teile gleichachsig zu denselben frei drehbar gelagert ist.
2. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß das HD Aggregat und das ND-Aggregat in entgegengesetzten Drehrichtungen umlaufen.
3. Gasturbine, insbesondere nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Stufe des Axial-Verdichters ganz oder teilweise als Radialstufe mit anschließendem Spiralgehäuse ausgebildet ist.
4. Gasturbine, insbesondere nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe der Axialturbine ganz oder teilweise als Radialstufe mit vorhergehendem Spiralgehäuse ausgebildet ist.
5. Gasturbine, insbesondere nach Anspruch i bis q., ;dadurch gekennzeichnet, daß die Radialstufen des Verdichters und der Turbine in einem gemeinsamen Laufrad (i) untergebracht sind.
6. Gasturbine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Laufrad (i) für die ka.dialstufen des Verdichters und der Turbine eine in Umfangsrichtung etwa zickzackförmig verlaufende Wand hat, welche den austretenden Luft- und den eintretenden Gasstrom voneinander trennt.
7. Gasturbine, insbesondere nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar hinter der Turbine ein Wärmeaustauscher (A) angeordnet ist, wobei die aus dem letzten Turbinenlaufrad austretenden Gase in axialer Richtung bis zum Eintritt in den Wärmeaustauscher weitergeleitet werden. B. Gasturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem die letzte Turbinenstufe enthaltenden Gehäuseabschnitt (G3) und dem Wärmeaustaüscher ein vorzugsweise zur Turbinenlängsachse symmetrisches Gehäuse (G4) angeordnet ist, welches gegebenenfalls in an sich bekannter Weise ein Lager (q.) für das freie Ende des betreffenden Turbinenrotors (3) und eine diffusorartige Erweiterung :des ringförmigen Strömungsquerschnittes enthält.