DE9207469U1

DE9207469U1 - Gas turbine

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Publication number: DE9207469U1
Application number: DE9207469U
Authority: DE
Original assignee: NERENBERG GERHARD 2400 LUEBECK DE
Current assignee: NERENBERG GERHARD 2400 LUEBECK DE
Priority date: 1992-06-03
Filing date: 1992-06-03
Publication date: 1992-08-13
Anticipated expiration: 2002-06-04

Description

RICHTER, WERDERMANN & GERBAULET EUROPEAN PATENT ATTORNEYS &iacgr; PATENTANWÄLTE ; " '=*■;RICHTER, WERDERMANN & GERBAULET EUROPEAN PATENT ATTORNEYS &iacgr; PATENT ATTORNEYS ; " '=*■;

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-1986-1986

NEUER WALL 1O KURFÜRSTENDAMMNEW WALL 1O KURFÜRSTENDAMM

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N.92224-III-3488 02.06.1992N.92224-III-3488 02.06.1992

Anmelder: Gerhard Nerenberg
2400 LübeckApplicant: Gerhard Nerenberg
2400 Lubeck

TiteL : GasturbineTitle: Gas turbine

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit jeweils mindestens einem auf einer gemeinsamen WeLLe geLagerten Verdichterrad eines Kompressors aLs FLuid-Zuführorgan zu einer Brennkammer und einem durch deren Rauchgase betreibbaren Antriebsrad auf der Bre&eegr; &eegr;kammerabLuftseite und entsprechenden Zu- und AbLeitungen.The invention relates to a gas turbine with at least one compressor wheel mounted on a common shaft as a fluid supply element to a combustion chamber and a drive wheel operated by the flue gases thereof on the combustion chamber exhaust air side and corresponding supply and exhaust lines.

Die Gasturbinen sind Strömungsmaschinen, in denen die von einem Kompressor verdichtete Luft zusammen mit dem eingespritzten Kraftstoff in einer Brennkammer nach erstmaLiger Zündung kontinuierlich verbrennt. Gasturbinen werden bei reLativ niedrigen Drücken, aber bei hohen Temperaturen betrieben, so daß das spezifische VoLumen des Strömungsmediums groß ist. Da die Expansion des Strömungs·Gas turbines are flow machines in which the air compressed by a compressor together with the injected fuel in a combustion chamber is continuously burned after initial ignition. Gas turbines are operated at relatively low pressures but at high temperatures, so that the specific volume of the flow medium is large. Since the expansion of the flow medium

mediums auch bei hohen Temperaturen abgeschlossen wird, besitzen Gasturbinen eine relativ geringe Stufenzahl. Ein Großteil der Turbinenleistung ist für den Antrieb des Kompressors notwendig, der die in die Brennkammer eintretende Frischluft auf den notwendigen Druck bringt. Ih der Brennkammer erfolgt die Aufheizung der Luft durch Verbrennung.medium is also completed at high temperatures, gas turbines have a relatively small number of stages. A large part of the turbine power is required to drive the compressor, which brings the fresh air entering the combustion chamber to the necessary pressure. The air is heated in the combustion chamber by combustion.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs genannte Gasturbine dahingehend weiterzuentwi ekeln, daß sie einen einfachen,strömungstechnisch günstigen konstruktiven Aufbau erhält, bei dem eine hinreichende Kühlung der Materialien gewährleistet wird.It is the object of the present invention to further develop the gas turbine mentioned at the outset in such a way that it has a simple, aerodynamically favorable structural design in which sufficient cooling of the materials is ensured.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Gasturbine gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kompressor beidseitig einer auf der Welle gelagerten Rundscheibe axiale Luftansaugöffnungen besitzt, daß die Rundscheibe beidseitig Schaufeln trägt, die als Radialschaufeln mit endseitig axial vorzogenen Abschnitten ausgebildet sind, daß tangential von dem Kompressor ableitend ein spiralig verlaufender Diffusor zur Zufuhr der angesaugten und komprimierten Luft zur Brennkammer vorgesehen ist, und daß auf der Brennkammerabluftseite ein schaufelloser Leitkanal als Zufuhr der Rauchgase zum Antriebsrad vorgesehen ist, der unmittelbar auf Radialschaufeln des Antriebsrades gerichtet ist.This object is achieved by the gas turbine described in claim 1, which is characterized according to the invention in that the compressor has axial air intake openings on both sides of a round disk mounted on the shaft, that the round disk has blades on both sides, which are designed as radial blades with axially projecting sections at the end, that a spiral diffuser is provided tangentially from the compressor for supplying the sucked-in and compressed air to the combustion chamber, and that on the combustion chamber exhaust air side a bladeless guide channel is provided for supplying the flue gases to the drive wheel, which is directed directly at the radial blades of the drive wheel.

Zunächst einmal wird durch die doppe IfIutige Luftansaugung beidseitig der Rundscheibe die angesaugte Luftmenge maximiert. Die Luft wird unter Fortlassung ansonsten bei Turbinen vielfach üblicher Düsen auf Radia Ischaufe I &eegr; mit endseitig axial vorgezogenen Abschnitten geleitet, von wo aus sie tangential in einen spiralig verlaufendenFirst of all, the double-blade air intake on both sides of the circular disk maximizes the amount of air drawn in. The air is directed to the radial blade with axially projecting sections at the end, omitting the nozzles that are otherwise common in turbines, from where it is tangentially drawn into a spiral-shaped

Diffusor in Richtung der Brennkammer geführt werden. Die die Brennkammer verlassenen heißen Abgase werden ebenfaLs unter Vermeidung von Düsen über einen schaufel Losen Leitkanal den Radia Ischaufe I &eegr; eines Antriebsrades zugeführt.Diffuser in the direction of the combustion chamber. The hot exhaust gases leaving the combustion chamber are also fed to the radial vane of a drive wheel via a vane-less guide channel, avoiding nozzles.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Further developments of the invention are described in the subclaims.

So wird eine Verbesserung der Ansaugleistung des Kompressors erzielt, wenn dessen Luftansaugöffnungen im wesentlichen gleich groß wie der Kompressordurchmesser oder der Durchmesser des Verdichterrades sind. Vorzugsweise besitzen die Luftansaugöffnungen Leitbleche, die sich kranzförmig um die Welle erstrecken. Da der Saugstutzen gleich dem Raddurchmesser ist, kann eine Abdeckung entfallen.An improvement in the suction performance of the compressor is achieved if its air intake openings are essentially the same size as the compressor diameter or the diameter of the compressor wheel. Preferably, the air intake openings have guide plates that extend in a ring shape around the shaft. Since the suction nozzle is the same as the wheel diameter, a cover can be omitted.

Die Schaufeln des Kompressors sind so gebogen, daß sie eine Kombination einer Axial- und einer Radialschaufel darstellen. Die Schaufeln werden vorzugsweise an der Wellenabe verschweißt.The blades of the compressor are bent so that they represent a combination of an axial and a radial blade. The blades are preferably welded to the shaft hub.

Will man die einstufige, vorbeschriebene Ausführung erweitern, so kann nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zu beiden Seiten des Kompressors jeweils mindestens ein Axialrad mit einem einseitig fluidbeaufschlagbaren Radialrad und einem Diffusor zur weiteren Druckerhöhung vorgeschaltet sein.If the single-stage design described above is to be expanded, then according to a further embodiment of the invention, at least one axial wheel with a radial wheel that can be supplied with fluid on one side and a diffuser for further pressure increase can be installed on both sides of the compressor.

Die Brennkammer besitzt vorzugsweise die Form eines Injektors, in dem sich die Flamme entwickeln und die Gase sich ausbreiten können. Die Brennkammer kann im Innenquerschnitt im wesentlichen viereckig und/oder rund ausgebildet sein. Insbesondere bei der viereckigen Ausge-The combustion chamber preferably has the shape of an injector, in which the flame can develop and the gases can spread. The combustion chamber can have an internal cross-section that is essentially square and/or round. In particular, with the square design,

staLtung bietet sich als Material BLech, vorzugsweise aus einer Meta LL egierung, an, während für die runde Ausgestaltung vorzugsweise eine hitzebeständige Keramik als Baumaterial verwendet wird. Erfindungsgemäß schließt dies beispielsweise Brennkammer-Mäntel mit einer hitzebeständigen Innenmantelbeschichtung aus einer Legierung oder Keramik ein. Zur Temperaturbegrenzung des Brennkammer-Baumaterials besitzt diese an ihrem Außenmantel Kühlrippen. Gegebenenfalls darüberhinaus oder alternativ kann um die Brennkammer auch ein mantelförmiger Hohlraum mit mindestens einer Zu- und Abflußöffnung ausgebildet sein, womit eine äußere Wäremabführung durch das in dem Hohlraum strömende Medium möglich wird. Die Brennkammer besteht aus einem hochlegierten, wärmereflektierenden Innenblech, wohingegen die Kühlrippen aus einem Material mit einem guten Wärmeleitvermögen bestehen, wobei solche Materialien Verwendung finden, die hitzebeständig sind.For the round design, sheet metal, preferably made of a metal alloy, is a suitable material, while for the round design, a heat-resistant ceramic is preferably used as the construction material. According to the invention, this includes, for example, combustion chamber jackets with a heat-resistant inner jacket coating made of an alloy or ceramic. To limit the temperature of the combustion chamber construction material, this has cooling fins on its outer jacket. Optionally, in addition to this or alternatively, a jacket-shaped cavity with at least one inlet and outlet opening can also be formed around the combustion chamber, which enables external heat dissipation through the medium flowing in the cavity. The combustion chamber consists of a high-alloy, heat-reflecting inner sheet metal, whereas the cooling fins are made of a material with good thermal conductivity, with materials that are heat-resistant being used.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Antriebsrad ode^ sind die Antriebsräder mit einem Ring von Radialschaufel &eegr; versehen, die an der Wellennabe angeschweißt sind und/oder an beiden Seiten einen Deckblattring aufweisen. Der schaufellose Leitkanal zum Antriebsrad kann vorzugsweise s i c&tgr; verjüngend ausgebildet sein, jedoch besitzt er im Unterschied zum Stand der Technik keine Düse. Insbesondere wird die Verjüngung derart ausgebildet, daß dort hindurchgleitende Rauchgase auf eine doppelt so große wie die Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebsräder gebracht werden.According to a further embodiment of the invention, the drive wheel or the drive wheels are provided with a ring of radial blades which are welded to the shaft hub and/or have a cover ring on both sides. The bladeless guide channel to the drive wheel can preferably be tapered, but unlike the prior art it does not have a nozzle. In particular, the tapering is designed in such a way that flue gases sliding through it are brought to a speed twice as high as the rotational speed of the drive wheels.

Ein weiteres Problem stellt auch die Materialbeanspruchung im Bereich der Antriebsräder dar, die durch die Beaufschlagung mit heißen Brenn- und Rauchgasen aus dem Brennraum entsteht. Hier bieten sich im wesentlichen zwei Lösungen an. In einerAnother problem is the material stress in the area of the drive wheels, which is caused by exposure to hot combustion and smoke gases from the combustion chamber. There are essentially two solutions here. In a

ersten Lösung wird auf der der Rauchgaszufuhr gegenüberliegenden Seite im Antriebsrad eine K a LtLuft&zgr;ufuhr angeordnet, die unmittelbar auf Radia IschaufeI &eegr; des Antriebsrades weisend mündet, wobei jeweils alternierend eine Schaufel mit Rauchgas und die nächste mit Kaltluft, aber von verschiedenen Seiten beaufschlagt werden. Durch die zusätzliche Kaltluftzufuhr wird die Antriebsrad-Temperatur erheblich abgesenkt, so daß dortige Hochtemperaturbelastungen weit weniger auftreten. Der Ausstoß des Antriebsrades verläuft tangential, weshalb vorzugsweise nasenförmige bzw. lippenartige Abwicklungen am Ende der Schaufeln in Form von nach außen aufgebogenen Lippen vorgesehen sind. Diese Lippen tragen zur Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit bei und schaffen "Lava I-düsenartige" bzw. "injektorähnliche" Austritte.In the first solution, a cold air supply is arranged on the side of the drive wheel opposite the flue gas supply, which opens directly onto the radius of the drive wheel, whereby one blade is alternately supplied with flue gas and the next with cold air, but from different sides. The additional cold air supply significantly reduces the temperature of the drive wheel, so that high temperature loads occur far less there. The discharge of the drive wheel is tangential, which is why nose-shaped or lip-like developments are preferably provided at the end of the blades in the form of lips bent outwards. These lips help to increase the discharge speed and create "lava nozzle-like" or "injector-like" discharges.

Vorzugsweise ist jede benachbarte Schaufel an beiden Seiten über die jeweilige Lippe mit der vorhergehenden derart verschweißt, daß nur im jeweils übernächsten Schaufelkanal das Heißgas und auf der anderen Seite jeweils in den dortigen übernächsten ,gegenüber den vorgenannten Schäufe I kanä I en versetzt angeordnet Kaltluft zuführbar ist. Jede zweite Schaufel an einer Seite ist somit heißgasbeaufsch I agt und die andere Seite in entsprechend versetzter Weise kaltluft beaufsch I agt . Die Kaltluft dient primär der Schaufelkühlung, kann vorzugsweise jedoch noch zusätzlich Antriebsarbeit verrichten, so daß die hierüber eingebrachte Energie nicht verlorengeht. Vorzugsweise wird die Kaltluft aus dem Kompressorabgas abgezweigt. Die Ka11Iuftkanä I e des Kompressors sowie im Bereich der Brennkammer und des Antriebsrades sind vorzugsweise so dimensioniert, daß etwa jeweils zu einem Drittel die im Kompressor angesaugte Luft zum Brennkamme rverbrennungsraum, zur Brennkammermantel- und Kanalkühlung und zur Schaufelradkühlung am Antriebsrad abgezweigt wird.Preferably, each adjacent blade is welded on both sides to the previous one via the respective lip in such a way that only the hot gas can be supplied in the next but one blade channel and cold air can be supplied on the other side in the next but one channels there, which are offset from the aforementioned blade channels. Every second blade on one side is thus supplied with hot gas and the other side is supplied with cold air in a correspondingly offset manner. The cold air is primarily used to cool the blades, but can preferably also perform additional drive work so that the energy introduced in this way is not lost. The cold air is preferably branched off from the compressor exhaust gas. The air ducts of the compressor as well as in the area of the combustion chamber and the drive wheel are preferably dimensioned in such a way that approximately one third of the air sucked in by the compressor is diverted to the combustion chamber, to the combustion chamber jacket and duct cooling and to the impeller cooling on the drive wheel.

Die Luft mischt sich im Spiralgehäuse. SoLL zusätzlich eine weitere Energie bereitgestellt werden, so kann vorzugsweise ein zweites Verdichterrad mit schmalen leichten Schaufeln zur Absaugung des Abgases des Antriebsrades und der BrennkammermanteIkühL I uft vorgesehen sein. Die von dem zweiten Verdichterrad angesaugte Luft wird vorzugsweise einem Injektor zugeführt, der wie die erste Brennkammer ausgestattet sein kann, dessen Abluft zum Antrieb mindestens eines weiteren Antriebsrades führbar ist.The air mixes in the spiral casing. If additional energy is to be provided, a second compressor wheel with narrow, light blades can preferably be provided for extracting the exhaust gas from the drive wheel and the combustion chamber jacket cooling air. The air sucked in by the second compressor wheel is preferably fed to an injector, which can be equipped like the first combustion chamber, the exhaust air of which can be fed to drive at least one additional drive wheel.

Alternativ zu der unterschiedlichen Beaufschlagung des Antriebsrades, auf der einen Seite mit heißen Abgasen und auf der anderen Seite mit Kaltluft, kann zur Kühlung des Gesamtsystems im Anschluß an die Brennkammer auch die dortige Abgasführung eine weitere Ka 11 I uft&zgr;uführungs I eitung aufweisen, die in die Brennkammerabluftleitung mündet. Vorzugsweise mündet diese Zuführungsleitung unmittelbar tangential in ein Axialrad als Antriebsrad, wobei die zugeführte Kaltluft sich mit den heißen Brenngasen vermischt und das Axialrad des Antriebes vor hohen Temperaturbelastungen geschützt wird.As an alternative to the different exposure of the drive wheel, on one side with hot exhaust gases and on the other side with cold air, the exhaust gas duct there can also have a further air supply line connecting to the combustion chamber to cool the entire system, which leads into the combustion chamber exhaust air line. This supply line preferably leads directly tangentially into an axial wheel as the drive wheel, whereby the supplied cold air mixes with the hot combustion gases and the axial wheel of the drive is protected from high temperature loads.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen erklärt. Es zeigenFurther embodiments of the invention are explained using the drawings. They show

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Gasturbine in Einwellenausführung, Fig. 1 a schematic diagram of a single-shaft gas turbine,

Fig. 2 eine Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform einer Gasturbine,Fig. 2 a schematic diagram of another embodiment of a gas turbine,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Kompressors der Gasturbine, Fig. 3 is a side view of a gas turbine compressor,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Kompressors,Fig. 4 is a cross-sectional view of the compressor,

Fig. 5 eine Schnitta&eegr;sicht der Rundscheibe mit den SchaufeLn dieses Kompressors,Fig. 5 a sectional view of the circular disk with the blades of this compressor,

Fig. 6 die Seitenansicht eines Antriebsrades,Fig. 6 the side view of a drive wheel,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Gasturbine mit einer einzigen WeLLe,Fig. 7 a side view of the gas turbine with a single shaft,

Fig. 8 bis 10 jeweiLs Querschnitte durch Brennkammern, Fig. 11 eine Schnittansicht durch ein Antriebsrad ,Fig. 8 to 10 are cross-sections through combustion chambers, Fig. 11 is a sectional view through a drive wheel,

Fig. 12 und 13 jeweiLs Ausführungsvarianten der Zufuhr-Leitung zum Antriebsrad, undFig. 12 and 13 show variants of the supply line to the drive wheel, and

Fig. 14 eine schematische DarsteLLung eines SammeLinj ekt&ogr; rs .Fig. 14 is a schematic representation of a collecting injector.

Die Gasturbine besteht im wesent Liehen aus einem Kompressor 10, dessen komprimierte Luft über eine Leitung 11 einer Brennkammer 12 zugeführt wird, der auch der Brennstoff, gegebenenfaLLs über eine Einspritzdüse, eingegeben wird. In der AbLuft der Brennkammer 12 befinden sich ein oder mehrere Zuführungs Leitungen 13, weLche heiße Rauchgase auf ein oder mehrere Antriebsräder 14 - hier drei - geben. ZusätzLich kann noch ein zweiter Kompressor 15 vorgesehen sein, der über eine Leitung 16 einem Injektor 17 komprimierte Luft zuführt, die in dem Injektor 17 verbrannt wird. Das Abgas wird über eine Leitung 18 einem Antriebsrad 19 zugeführt. Die Kompressoren bzw. Verdichterräder 10 und 15 sowie die Antriebsräder 14 und 19 Liegen auf einer gemeinsamen AntriebsweLLe 20. Wie später noch erLäutert werden wird, kann nach einer Ausführungsform der Erfindung vom Kompressor kommende KaLtLuft zum TeiL über Leitungen 21 einem oder mehreren Antriebsrädern 14 zugeLeitet werden.The gas turbine essentially consists of a compressor 10, whose compressed air is fed via a line 11 to a combustion chamber 12, to which the fuel is also fed, if necessary via an injection nozzle. In the exhaust air of the combustion chamber 12 there are one or more feed lines 13, which feed hot flue gases to one or more drive wheels 14 - here three. In addition, a second compressor 15 can be provided, which feeds compressed air to an injector 17 via a line 16, which is burned in the injector 17. The exhaust gas is fed to a drive wheel 19 via a line 18. The compressors or compressor wheels 10 and 15 as well as the drive wheels 14 and 19 are located on a common drive shaft 20. As will be explained later, according to one embodiment of the invention, cold air coming from the compressor can be fed in part via lines 21 to one or more drive wheels 14.

Entsprechend Fig.1 besteht die Gesamtanordnung der Gasturbine in der Grundausführung aus dem Kompressor 10, einem ersten Antriebsrad 14, einem zweiten Antriebsrad 14', der Brennkammer 12 und dem SammeLi&eegr; jekt&ogr;r 17, wobei der Kompressor 10 und die beiden Antriebsräder 14,14' auf einer WeLLe 20 angeordnet sind. Es besteht auch die MögLichkeit, nur von einem Antriebsrad 14 auszugehen; mehrere Antriebsräder kommen zum Einsatz, wenn ein größerer Durchsatz gewünscht wird; in diesem FaLL sind die Antriebsräder paraLLeL geschaLtet.According to Fig.1, the overall arrangement of the gas turbine in the basic design consists of the compressor 10, a first drive wheel 14, a second drive wheel 14', the combustion chamber 12 and the collector 17, with the compressor 10 and the two drive wheels 14, 14' being arranged on a shaft 20. It is also possible to start with just one drive wheel 14; several drive wheels are used if a higher throughput is desired; in this case the drive wheels are connected in parallel.

Der Kompressor 10 besteht in seiner Grundausführung aus einem doppe LfLutigen Rad , bei dem BLechschäufeL &eegr; 22 auf beiden Seiten einer Rundscheibe 23 aufgenietet sind. Die SchaufeLn 22 sind so gebogen, daß sie eine Kombination von AxiaL- und RadiaLschaufeLn darsteLLen. Dies wird durch die endseitig axiaL vorgezogenen Abschnitte 23a erreicht. An der WeLLennabe 24 sind die SchaufeLn 22 verschweißt. Der Saugstutzen hat einen Durchmesser, der dem Durchmesser der Scheibe entspricht. Der Saugstutzen enthäLt ferner LeitbLeche 25. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtLich, mündet die komprimierte Luft des Kompressors 10 in einen Diffusor 26 mit spiraLigem Gehäuse. Der Diffusor 26 transportiert und komprimiert einstufig die angesaugte Luftmasse und kann gegebenenfaLLs noch beidseitig mit AxiaLrädern und einem nachgescha Ltet en einfLutigen RadiaLrad, aber gLeichem Diffusor, zur Druckerhöhung ergänzt werden.The compressor 10 in its basic design consists of a double-bladed wheel in which sheet metal blades 22 are riveted onto both sides of a round disk 23. The blades 22 are bent in such a way that they represent a combination of axial and radial blades. This is achieved by the axially projecting sections 23a at the end. The blades 22 are welded to the shaft hub 24. The suction nozzle has a diameter that corresponds to the diameter of the disk. The suction nozzle also contains guide vanes 25. As can be seen in particular from Fig. 2, the compressed air from the compressor 10 flows into a diffuser 26 with a spiral housing. The diffuser 26 transports and compresses the intake air mass in a single stage and can, if necessary, be supplemented on both sides with axial wheels and a downstream single-flow radial wheel, but with the same diffuser, to increase the pressure.

Die in Fig. 2 skizzierte Brennkammer 12 ist in verschiedenen Ansichten und Ausführungsformen Gegenstand der Fig. 8 bis 10. Die Brennkammer wird in Richtung des PfeiLs 27 mit komprimiertem Gas bzw. einem Gas-Brennstoffgemisch gespeist. Besitzt die Brennkammer 12 einen doppeLwandigen KühLmanteL 28, so kann der manteLförmige HohLraum 29The combustion chamber 12 sketched in Fig. 2 is shown in various views and embodiments in Figs. 8 to 10. The combustion chamber is fed with compressed gas or a gas-fuel mixture in the direction of the arrow 27. If the combustion chamber 12 has a double-walled cooling jacket 28, the jacket-shaped cavity 29 can

durch KaltLuft oder ein anderes KühlfLuid , das in Richtung des Pfeils 30 einströmt, versorgt werden. Insbesondere kann die Kaltluft Teil des den Kompressor verlassenen Luftstromes sein. Der Brennkammerinnenraum besitzt die Form eines Injektors, in dem sich die Flamme optimal entwickeln und die Gase sich ausbreiten können. Entsprechend dem in den Fig. 9 und 10 dargestellten Querschnitt kann die Brennkammer rechteckig oder rund ausgeführt sein. Nach Fig. 9 besitzt die Brennkammer 12 ein Innenblech 31 und ein Außenblech 32 mit dazwischen liegendem Hohlraum 29, wobei zusätzlich am Außenmantel des Bleches 31 Kühlrippen 33 vorgesehen sein können. Der Innenmantel kann jedoch auch mit einer Keramik 34 entsprechend Fig.10 mit wellig verlaufenden Außenrippen 35 versehen sein. In diesem Falle ist der äußere Blechmantel beispielsweise ebenfalls aus einem rohrförmigen Blech 36 gebildet. Der die Brennkammer über Leitung 13 verlassende Rauchgasstrom wird über schaufellose Leitkanäle 36 in Richtung des Pfeils 37 entsprechend Fig.6 einem Antriebsrad diagonal zugeführt. Dieses Antriebsrad besitzt beidseitig zu einem Axialschnitt Schaufeln 38, denen auf der einen Seite nur heiße Abgase, die aus dem Brennraum der Brennkammer 12 kommen, und auf der anderen Seite nur Kaltluft zugeführt werden. Diese Kaltluft kann Teil der Abluft des Kompressors 10 sein. Verbindet man in der in F ig.6 dargestellten Weise jede zweite Schaufel mittels einer Lippe 39 mit der vorhergehenden , so erhält man eine Ausführung, in der nur in jedem zweiten Schaufelkanal Heißgas und auf der anderen Seite in jedem zweiten versetzten SchäufeIkana I Kaltluft gelangen kann. Die Kaltluft kühlt die Schaufel und verrichtet zudem Antriebsarbeit. Das Antriebsrad 14 besitzt einen tangential ablaufenden Absaugkanal 40. Aus strömungstechnischen Gründen besitzen die Schaufeln 38 an ihren freien radialen Enden noch Nasen 41, die nach außen aufgebogen sind und die Ausströmung derby cold air or another cooling fluid that flows in in the direction of arrow 30. In particular, the cold air can be part of the air flow leaving the compressor. The combustion chamber interior has the shape of an injector in which the flame can develop optimally and the gases can spread. According to the cross section shown in Figs. 9 and 10, the combustion chamber can be rectangular or round. According to Fig. 9, the combustion chamber 12 has an inner sheet 31 and an outer sheet 32 with a cavity 29 in between, whereby cooling fins 33 can also be provided on the outer shell of the sheet 31. The inner shell can, however, also be provided with a ceramic 34 according to Fig. 10 with wavy outer fins 35. In this case, the outer sheet shell is also formed, for example, from a tubular sheet 36. The flue gas flow leaving the combustion chamber via line 13 is fed diagonally to a drive wheel via vaneless guide channels 36 in the direction of arrow 37 as shown in Fig.6. This drive wheel has vanes 38 on both sides of an axial section, to which only hot exhaust gases coming from the combustion chamber of the combustion chamber 12 are fed on one side and only cold air on the other side. This cold air can be part of the exhaust air of the compressor 10. If, in the manner shown in Fig.6, every second vane is connected to the previous one by means of a lip 39, a design is obtained in which only every second vane channel can receive hot gas and, on the other side, every second offset vane channel can receive cold air. The cold air cools the vane and also performs drive work. The drive wheel 14 has a tangentially running suction channel 40. For flow-related reasons, the blades 38 have noses 41 at their free radial ends, which are bent outwards and allow the outflow of the

Gase in Richtung der AbLuft erleichtern. Weiterhin besitzt das Antriebsrad 14 noch ein Fangblech 4 2, was verhindert, daß Abluft in großen Mengen statt in die Abluft nochmals in den Kreislauf gerät.gases in the direction of the exhaust air. Furthermore, the drive wheel 14 has a catch plate 4 2, which prevents large quantities of exhaust air from entering the circuit again instead of entering the exhaust air.

Eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Gasturbine zeigt F ig.7 in einem Teilschnitt, bei der an die Brennkammer 12 mit einem Brennstoffeinlaß 43 in einen Brennstoffmischkanal 44 beispielsweise das Luft-Benzingemisch in die Brennkammer geleitet wird. Die Brennkammer besitzt einen Hohlraum 29, in den die vom Verdichter kommende Kühlluft zum Teil einströmen kann. Der verbleibende Teil der Kühlluft wird beispielsweise über den Auslaß 45 dem Antriebsrad 14 wie beschrieben zugeführt.A side view of the gas turbine according to the invention is shown in Fig. 7 in a partial section, in which the air-petrol mixture, for example, is fed into the combustion chamber 12 with a fuel inlet 43 in a fuel mixing channel 44. The combustion chamber has a cavity 29 into which the cooling air coming from the compressor can partially flow. The remaining part of the cooling air is fed to the drive wheel 14, for example via the outlet 45, as described.

Die beidseitige getrennte Zufuhr von Kaltluft und Heißluft in verschiedenen Kanälen 46 und 47 auf Schaufeln 38 des in einem Gehäuse 48 angeordneten Antriebsrades ist Fig.11 zu entnehmen. Hieraus ist insbesondere der zu einem Achsquerschnitt symmetrische Aufbau des Antriebsrades ersichtlich. The separate supply of cold air and hot air on both sides in different channels 46 and 47 on blades 38 of the drive wheel arranged in a housing 48 can be seen in Fig.11. This particularly shows the symmetrical structure of the drive wheel with respect to an axle cross-section.

Nach einer Ausführungsvariante kann jedoch bereits in dem Abgaskanal 13 mündend eine Kaltluftzuleitung 49 geschaffen sein, die etwa die Fortsetzung der Kühlluftleitung 45 nach Fig. 7 ist. Die zugeführte Kaltluft und das Heißgas vermischen sich im Bereich der Verjüngung 53, bevor sie auf die Schaufeln 51 eines Axialrades 52 gelangen. Diese Ausführung erspart den Aufbau mit verschiedenen Kanälen 46 und 47 nach Fig.11.According to one variant, however, a cold air supply line 49 can already be created opening into the exhaust gas duct 13, which is approximately the continuation of the cooling air line 45 according to Fig. 7. The supplied cold air and the hot gas mix in the area of the taper 53 before they reach the blades 51 of an axial wheel 52. This design saves the construction with various channels 46 and 47 according to Fig. 11.

Fig. 13 zeigt die Verjüngung 53 des Antriebsgaskanals 50 in Richtung der Schaufeln 51 bzw. des abgewinkelt dargestellten Antriebsrades.Fig. 13 shows the taper 53 of the drive gas channel 50 in the direction of the blades 51 or the angled drive wheel.

Entsprechendes wie für den Aufbau des Kompressors 10, der Brennkammer 12 und der Antriebsräder 14 giLt auch für den zweiten Verdichter 15, den Injektor 17 sowie das Antriebsrad 19. SämtLiche Gase, das Abgas des Antriebsrades 14, das aus dem radiaLen SpiraLgehäuse in WeLLendrehrichtung ohne Leitschaufeln abgesaugt wird, und die KühLLuft der Brennkammer, welche sich erheblich erwärmt hat, können in dem Injektor 17 gesammelt und verdichtet werden und zur Führung des weiteren Antriebsrades verwendet werden. Der Aufbau des Injektors in Fig. 14 dargestellt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß keine Wärmeenergie verlorengeht, da fast die gesamte Wärme in mechanische Arbeit umgesetzt wird. Das Absaugen der Abgase aus dem SpiraLgehäuse hat hierbei die Wirkung einer "am Faden gezogenen, zwischen den Fingern steckenden rotierenden Garnrolle". Der Zusatzinjektor 17 ersetzt den Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung. Das Gefälle wird so bis zu niedrigen Temperaturen abgebaut und umgesetzt. Bei größeren Einheiten und größerem Durchsatz können selbstverständlich mehrere Räder parallel geschaltet werden. Bei diesem System wird also nicht die Hälfte der Energie in Leiträdern und Düsen - wie nach dem Stand der Technik üblich - verpufft, welche dann das Gehäuse und das Fundament aufnehmen müssen. Die Funktion der Düsen übernehmen vielmehr die Antriebsräder, wobei gleichzeitig ein Rückstoß erzielt wird. Der Drehzahlbereich der AntriebsräderThe same applies to the construction of the compressor 10, the combustion chamber 12 and the drive wheels 14 for the second compressor 15, the injector 17 and the drive wheel 19. All gases, the exhaust gas from the drive wheel 14, which is sucked out of the radial spiral housing in the direction of shaft rotation without guide vanes, and the cooling air from the combustion chamber, which has heated up considerably, can be collected and compressed in the injector 17 and used to guide the other drive wheel. The construction of the injector is shown in Fig. 14. This results in the advantage that no heat energy is lost, since almost all of the heat is converted into mechanical work. The suction of the exhaust gases from the spiral housing has the effect of a "rotating spool of thread pulled by a thread and stuck between the fingers". The additional injector 17 replaces the heat exchanger for heat recovery. The gradient is thus reduced and converted to low temperatures. For larger units and higher throughput, several wheels can of course be connected in parallel. With this system, half of the energy is not wasted in guide wheels and nozzles - as is usual in the state of the art - which then have to be absorbed by the housing and the foundation. The function of the nozzles is taken over by the drive wheels, whereby a recoil is achieved at the same time. The speed range of the drive wheels

-1
sollte bis 20.000 min liegen.-1
should be up to 20,000 min.

Der SammeLinjektor 17 gemäß Fig.14 ist zwischen dem ersten Antriebsrad 14 und dem zweiten Antriebsrad 14' angeordnet. Das aus dem Sammelinjektor 17 in Pfeilrichtung Y austretende Medium wird dem zweiten Antriebsrad 14' zugeführt Dem Sammelinjektor 17 wird über den verjüngt ausgebildetenThe collecting injector 17 according to Fig.14 is arranged between the first drive wheel 14 and the second drive wheel 14'. The medium emerging from the collecting injector 17 in the direction of arrow Y is fed to the second drive wheel 14'. The collecting injector 17 is supplied with fluid via the tapered

Endabschnitt 17a Kühlluft in Pfei I richtung Y1 von der Brennkammer 17 und dem Leitkanal zugeführt, über eine Düse 17b wird in Pfeilrichtung Y2 Treiberluft zugeführt, über den Zwischenraum 17c zwischen dem Mantel der Düse 17b und dem Abschnitt 17d wird in Pfeilrichtung Y3 Abgas vom ersten Antriebsrad 14 zugeführt (Fig. 1 uns 14).Cooling air is supplied to the end section 17a in the direction of arrow Y1 from the combustion chamber 17 and the guide channel, driving air is supplied via a nozzle 17b in the direction of arrow Y2, exhaust gas from the first drive wheel 14 is supplied via the gap 17c between the casing of the nozzle 17b and the section 17d in the direction of arrow Y3 (Fig. 1 and 14).

Durch Verwendung eines anderen Kühlungssytems und anderer Komponenten entsteht eine einfachere und preisgünstigere Bauart. Nach dem heutigen Stand der Technik werden die Gasturbinen den Dampfturbinen nachgebaut, welches zu Küh I ungsschwierigkeiten und zu einem teueren Bau führt. Der Grundaufbau eines Aggregates besteht aus einem Radialkompressor, welcher eine Kombination von Axial- und Radialrad ist mit injektorartigem Diffusor, einer gekühlten,injektorartigen Brennkammer, einem gekühlten Leitkanal, einem gekühlten, radialen Antriebsrad in einem Spiralgehäuse, einem Sammelinjektor und einem weiteren Antriebsrad. Zur Leistungssteigerung können alle Komponenten mehrstufig ausgeführt werden. Wenn bei größerem Durchsatz bei Erreichen der äußeren Dimensionen mehrere Antriebsräder erforderlich sind, werden diese parallel geschaltet und nicht hintereinander. Der Bau von Düsenkränzen und Leiträdern, welche nicht gekühlt werden können, fällt weg. Die Wirkungsweise der Gasturbine ist wie folgt:By using a different cooling system and other components, a simpler and cheaper design is created. According to the current state of the art, gas turbines are built like steam turbines, which leads to cooling difficulties and expensive construction. The basic structure of a unit consists of a radial compressor, which is a combination of axial and radial wheels with an injector-like diffuser, a cooled, injector-like combustion chamber, a cooled guide channel, a cooled, radial drive wheel in a spiral casing, a collecting injector and another drive wheel. To increase performance, all components can be designed in multiple stages. If several drive wheels are required for a larger throughput when the external dimensions are reached, these are connected in parallel and not one behind the other. The construction of nozzle rings and guide wheels, which cannot be cooled, is no longer necessary. The gas turbine works as follows:

Die axialen Schaufeln auf einer Rundscheibe drücken das Fluid in der Ecke zusammen und schleudern es stärker kompri· miert in einen injektorartigen Diffusor. Das Kompressionsverhältnis ist dadurch größer. Die injektorartige Brennkammer ermöglicht einen Druckaufbau und das Fluid kann mittels verjüngtem Leitkanal besser durch das Antriebsrad gedrückt werden. Das Antriebsrad wird zweiseitig beaufschlagt. Die eine Seite des Antriebsrades wird vom heißenThe axial blades on a round disk press the fluid together in the corner and throw it into an injector-like diffuser with greater compression. The compression ratio is therefore higher. The injector-like combustion chamber enables pressure to build up and the fluid can be better pressed through the drive wheel by means of a tapered guide channel. The drive wheel is pressurized from two sides. One side of the drive wheel is pressurized by the hot

V- ftV-ft

Antriebsgas und die andere Antriebsradseite von Kaltluft beaufschlagt. Die radial gekrümmten Schaufeln erhalten einen Reaktionsgrad und blasen in ein Spiralgehäuse aus. Das Wärmegefälle ist jetzt noch nicht abgebaut. Ein Sammelinjektor s.augt in Drehrichtung das Abgas aus dem Spiralgehäuse und die Kühlluft ab, verdichtet es und drückt das Fluid in ein weiteres Antriebsrad. Dieser Sammelinjektor ersetzt auch den Wärmetauscher zur Wärmerückgewinnung.drive gas and the other side of the drive wheel is exposed to cold air. The radially curved blades receive a degree of reaction and blow out into a spiral casing. The heat gradient has not yet been reduced. A collective injector sucks the exhaust gas out of the spiral casing and the cooling air in the direction of rotation, compresses it and presses the fluid into another drive wheel. This collective injector also replaces the heat exchanger for heat recovery.

Claims

Protection claims

1. Gas turbine with at least one on each
common shaft (20) mounted compressor wheel of a compressor (10) as a fluid supply device to a combustion chamber (12) and a drive wheel (14) operable by its flue gases on the combustion chamber exhaust air side and corresponding inlet and outlet lines, characterized in that the compressor (10) on both sides of a round disk (23) mounted on the shaft (20)

axial air intake openings, that the round disk (23) carries blades (22) on both sides, which are designed as radial blades with axially projecting sections (23a) at the end, that a spiral diffuser (26) is provided tangentially from the compressor (10) for supplying the sucked in and compressed air to the combustion chamber (12), and that on the combustion chamber exhaust air side a blade-less guide channel (36) is provided for supplying the exhaust air to the drive wheel (14), which is directly on radial blades
(38) of the drive wheel (14).

2. Gas turbine according to claim 1, characterized in that the air intake openings of the compressor (10) are substantially the same size as the compressor diameter or the diameter of the compressor wheel.

3. Gas turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the air intake openings have guide plates (25) which extend in a ring shape around the shaft (20).

4. Gas turbine according to one of claims 1 to 3, characterized
characterized in that the compressor (10) is provided with axial wheels on one or both sides with a one-sided fluid-

impactable radial wheel and a diffuser are installed upstream.

5. Gas turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the combustion chamber (12) has the shape of an injector.

6. Gas turbine according to claim 5, characterized in that the combustion chamber (12) is essentially square and/or round in its internal cross section.

7. Gas turbine according to claim 5 or 6, characterized in that the combustion chamber (12) consists of sheet metal, preferably of a metal alloy or a heat-resistant ceramic.

8. Gas turbine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the combustion chamber (12) is equipped with cooling fins (33) on its outer casing (31).

9. Gas turbine according to claim 8, characterized in that the cooling fins (33) consist of a heat-conducting material, preferably of cast iron.

10. Gas turbine according to one of claims 1 to 9, characterized in that a jacket-shaped cavity (29) with at least one inlet and outlet opening is formed around the combustion chamber (12).

11. Gas turbine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the drive wheels (14) have a ring of radii Ischaufe I η (38) which are welded to the shaft hub (24) and on both

Pages are provided with a cover ring.

12. Gas turbine according to one of claims 1 to 11, characterized in that the bladeless guide channel (36) is tapered towards the drive wheel (14).

13. Gas turbine according to one of claims 1 to 12, characterized in that each drive wheel (14) has a cold air supply on the side opposite the flue gas supply, which opens directly onto radial blades (38) of the drive wheel (14), whereby one blade (38) is alternately supplied with flue gas and the next with cold air.

14. Gas turbine according to one of claims 1 to 13, characterized in that each adjacent blade is welded to the preceding one on both sides via a respective lip in such a way that the hot gas can only be supplied in the next but one blade channel (36) and on the other side cold air can be supplied in the next but one blade channels (36) there, which are arranged offset from the aforementioned blade channels (36).

15. Gas turbine according to one of claims 1 to 14, characterized in that the supplied cold air is branched off from the compressor (10).

16. Gas turbine according to one of claims 1 to 15, characterized in that the drive wheel (14) rotates in a spiral-shaped housing.

17. Gas turbine according to one of claims 1 to 16, characterized

characterized in that a second compressor wheel (15) with narrow, light blades is provided for extracting the exhaust gas of the drive wheel (14) and the combustion chamber jacket cooling air.

18. Gas turbine according to claim 17, characterized in that the second compressor wheel (15) supplies the sucked-in air to an injector (17), the exhaust air of which can be guided to operate at least one further drive wheel (19).

19. Gas turbine according to one of claims 1 to 18, characterized in that all suction channels (13, 18) of the drive wheels are arranged spirally in a respective housing.

20. Gas turbine according to one of claims 1 to 19, characterized in that a further cold air supply line (49) is provided, which opens into the combustion chamber exhaust air line (13).

21. Gas turbine according to claim 20, characterized in that the further supply line (54), which carries the mixture of cold air and combustion chamber exhaust air, opens tangentially into an axial wheel as a drive wheel (14).