DE965613C - Kleingasturbine mit rohrfoermiger Brennkammer - Google Patents

Description

• Kleingasturbine mit rohrförmiger Brennkammer Gasturbinen kleiner Leistung werden im allgemeinen dort angewandt, wo der Brennstoffverbrauch keine überragende Rolle spielt, wo vielmehr das Hauptgewicht auf einen geringen Anschaffungsp rieis, geringen Raumbedarf, geringes Gewicht und einen einfachen und sicher-en Betrieb gelegt wird. Man führt daher diese Gasturbinen in der einfachsten Form aus, d. h. ohne Wärmeaustauscher.
• Bei Gasturbinen ohne Wärmeatistauscher liegt das Optimum des Brennstoffverbrauches bei verhältnismäßig hohen Druckverhältnisisen. Hohe Druckverhältnisse bedingen aber die Anordnung mehrerer Stufen für die Turbine und den Verdichter, da selbst extrem hohe Drehzahlen, die ohnehin unerwünscht sind, bei einer einstufigen Anlage die erforderlichen Druckverhältnisse nicht ermöglichen. Die Mehrstufigkeit erhöht aber in unzulässigem Maß den Anschaffungspreis, das Gewicht und den Raumbedarf. - Ein Mittel ' um den Wirkungsgraid zu heben, ist die Anwendung höherer Gaseintrittstemperaturen. Bei kleinen. Druckverhältnissen, wie man sie bei Kleinturbinen anwendet, ist aber auch dieses Mittel nicht sehr *wirkungsvoll. So beträgt z. B. unter ganz bestimmten Verhältnissen bei- einer Gaseintrittstemperatur von 6oo' C und einem Druckverhältnis von, zwei der Wirkungsgrad einer Gas- ,turbine ohne Wärmeaustauscher 7,1 %. Bei einer Gaseintrittstemperatur von 8oo' C erh-öht sich der Wirkungsgrad auf 8,66% und von iooo' C auf 9,411/o. Die Zunahme ist also keineswegs bedeutend. Man muß deshalb alle Möglichkeiten, ausschöpfen, die einen Gewinn. erwarten lassen.
• Die Erfindung gibt nun -ein Mittel an die Hand, die Strömungsverluste einer Kleingasturbine durch eine einfache und billige Ausführung der Brennkammer und der Luftzuleitunig vom Verdichter zur Brennkammer zu verringern, die außerdem jeg- liche Rückwirkun#g von durch Wärmed#ehnungen hervorgerufenen Kräften auf den Verdichter und die Turbine ausschließt.
• Bekanntlich darf die Geschwindigkeit der Luft in der Brennkammer einen bestimmten Wert nicht überschreiten, da sonst die Flamme abreißt und die Brennkammer erlischt. Die Luft tritt jedoch aus dem mit hohen Drehzahlen laufenden Verdichter mit groß-er Geschwindigkeit aus. Der Differenebetrag zwischen der Luftgeschwindigkeit am Austritt aus dem Verdichter und in der Brennkammer wird bei den bereits bekannten Kleinturbinen totgewirbelt.
• Nach der Erfindung wird die aus dem Verdich,ter austretende Luft in einen tangential- angeordneten Diffusor geleitet, der bei schwacher Erweiterung zur Vermeidung von Ablösung-en eine solche Länge besitzt, daß die,Geschwindigkeit der Luft am Austritt aus dem Diffusor mindestens auf die Hälfte des Eintrittswertes herabgesetzt wird. In der gleichen Richtung, nur mit entgegengesetztem Strömungssinn ist eine rohrförmige Brennkammer angeordnet, die tangential in die Turbine einmündet. -Die Anordnung des Diffusors parallel, aber mit entgegengesetzter Strömungsrichtung zur Brennkammer ist für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung-, sondern steht nur in Verbindung mit mit Radialverdichtern versehenen Gasturbinen unter Schutz.
• Es sind zwar schon Anordnungen bekanntgeworden, bei denen die Brennkammer tangential in die Turbine einmündet. Hierbei wird aber die vom Verdichter kommende verdichtete Luft unmittelbar in einen die Brennkammer umgebenden Mantel eingeleitet. Die Geschwindigkeitsenergie der Verdichterluft, die mit hoher Geschwindigkeit aus dem Verdichter austritt, wird auf dem Wege zum Brennkammereintritt, in der sie nur eine geringe Geschwindigkeit haben darf, um ein Ab- reißen der Flamme zu vermeiden, zuffi großen Teil tot-gewirbelt.
• Das Einspritzen des Brennstoffes findet an dem der Turbine abgewandten Ende der Brünnkammer statt, an dem auch die Luft eingeführt wird. Die da:zu notwendige Umlenkung der Luft geht ohne größere Verluste vor sich, da die Geschwindigkeit der Luft nach, dem Diffusor klein ist.
• Der Diffusor und die Brennkammer können fest am Verdichter- und Turbinengehäuse befestigt werden-, ohne daß ein Verspannen der Gehäuse durch Wärmedehnungen auftreten kann. Die Wärmedehnungen. können sich frei nach detr Brennkammeran,fang bzw. dem Diffusorende hin auswirken.
• In Weiterbildung der Erfindung werden die die Turbine verlassenden. Abgase in einem den Diffusor umgebenden Rohr abgeführt, so daß eine, wenn auch geringe, so doch immerhin inerkbare Aufheizung der zur Brennkammer strömenden Luft eintritt. Durch diese Ausführung der Abgasleitung entstehen kaum Mehrkosten.
• In den Fig. i bis 3 sind zwei Ausführung#-beispiele der Erfindung dargestellt.
• Fig. i stellt eine Ansicht in, Achsrichtung, Fig. 2 eine Ansicht quer zur Achse und Fig. 3 eine Ansicht quer zur Achseeinter Kleingasturbine mit geringer Wärmeausnutzung dar. Der Verdichter i fördert die Luft in einen an den Austrittsstutzen 2 angeschlossenen Diffusor 3. In einem hinter den Diffusor 3 angeordneten Umlenkkasten 4 wird die Luft zur Brennkammer 5 geleitet, die in der gleichen, Richtung, nur mit entgegengesetztem Strömungssinn wie der Diffusor 3 eingebaut ist. Der Brennstoff wird durch die am äußeren Ende der Brennhammer 5 eingebaute Brennstoffdüse 6 eingespritzt. Die Brennkammer 5 ist von einem Luftmantel 7 umgeben. Sie besitzt in der Nähe der Brennstoffdüse 6 mehrere Schlitzt 8 für dien: Eintritt der Luft, die so ausgebildä sein können, daß die Luft beispielsweise einen Drall erhält. Über die übrige Länge der Brennkammer 5 verteilt ist eine größere Zahl von Öffnungen 9, die den Eintritt weiterer Luftmengen zur Vermischung mit den. Verbrennungsgasen ermöglicht. Das Ende der Brennkammer 5 ist an dem Zuströmgehäuse io der Turbine befestigt. Nach Entspannung in der Turbine treten die Verbrennungsgase in das zwischen dem Verdichter i und dem Zuströrngehäuse io angeordnete Turbinengehäuse i i über, das sie durch den Austrittsstutzen 14 in die Atmosphäre verlassen.
• Nach der Darstellung in Fig. 3 treten die Verbrenn-ungsgase nach Austritt aus dem Stutzen 14 in ein Rohr 12 ein, das den DiffusOr 3 sowie einen Teil des Umlenkkastens 4 umgibt, um wenigstens einen kleinen Teil des Wärtneinhaltes der Abgase an die verdichtete Luft abzugeben. Zur Vergrößerung der die Wärme übertragenden Fläche kann. der äußere Umfang des Diffusors 3 und zum Teil auch des Umlenkkastens 4 mit in Strömungsrichtung verlaufenden Rippen oder anderen. zw-eckmäßig-en, die Oberfläche vergrößernden Anbauien versehen werden.
• Die Ansprüche4 und 5 gewähren keinen selb-.ständigen Schutz.

Claims (5)

1. PATENTANSPROCHE: i. Klein#gasturbine, bestehend aus einem Radialverdichter mit anschließendem Diffusor, einer Turbine und einer tangential in, dde Turbine einmündenden Brennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor und die Brennkammer ei4,ander parallel oder nahezu parallel angeordnet werden, und daß die aus dem Diffusor austretende Luft in einem Umlenkkasten in die Brennkammer geleitet wird, die sie in umgekehrter Strömungsrichtung wie den Diffusor durchströmt.
2. 2. Kleinga-sturbin-e nach.
3. Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor eine solche Länge hat, daß bei einem Erweiterungswinkel von höchstens 15' die Geschwindigkeit im Diffusor auf mindestens die llälfte des Anfangswertes herabgesetzt wird. 3. Kleingasturbine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Turbine verlassenden Abgase durch ein Rohr in die Atmosphäre geleitet werden, das den Diffusof und einen Teil des Umlenkkastens vom Diffusor zur Brennkammer umgibt.
4. 4. Kleingasturbine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenumfang des Diffüsors und gegebenenfalls auch ein Teil des Umlenkkastens in an sich bekannter Weise mit Rippen versehen werden. 5. Kleingasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dab die Luft Mm Eintritt in die Brennkammer durch entsprechende Schlitze im Brennkammerrohr in an sich bekannter Weise derart gelenkt wird, daß sie einen Drall ,erhält.
5. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 857 708; schweizerische Patentschrift Nr. 221 698; britische Patentschriften Nr. 712 346, 672 956, 400 894; The Marine Engineer and Naval Architect, Bd. 77 (1954), Nr- 932, S. 296 bis .298; The Oil Engine and Gas Turbine, 1951, S. 2-o6, :248 bis 25o, 28:2 und 283; 195:2, S. 223; jahrbuch der Deutschen Luftfahrtforschung I, 1939, S. 696.