EP0000754A1 - Ansaugsystem für den Verdichter einer Gasturbine - Google Patents
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
- F16L41/02—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted
- F16L41/023—Y- pieces
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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- F02C7/04—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants
Definitions
- the invention relates to an intake system for the compressor of a gas turbine which is arranged on the same shaft in addition to a power machine and has intake ducts which run laterally next to the power machine parallel to the shaft and which has a transition part with a hollow cylindrical cross section, which is provided with an inner and outer conical jacket and leads to the shaft , axial inlet opening of the compressor are connected.
- Beer is a generator as a utility machine, which is surrounded by a hollow cylindrical annulus.
- the intake air flows vertically from above through silencers and filters into this cavity. into it, where it is deflected by 90 ° in the direction of the turbine axis and the intake cross-section of the compressor is fed via a hollow-cone-shaped transition part.
- this known solution cannot prevent a flow obstruction in the duct part below the generator foundation due to the foundation supports located there on the compressor side.
- Abandonment of the Invention is to provide an intake system, the instabilities in the air flow, as before largely avoided by deflections and by discontinuous changes in cross-section, particularly with large mass flows, without it being necessary to arrange the power machine at the exhaust-side end of the turbine.
- this object is achieved in that there are only two suction ducts separated from one another next to the power machine, that between the inner cone shell and the outer cone shell of the transition part, in the direction of flow, there are converging baffles with a vertical plate plane which come into contact with the compressor inlet opening and end there, and that the cross section of each intake duct is adapted, at least on the side facing the transition part, to the input cross section of the transition part which is delimited by the inner and outer conical jacket and the vertical guide plate.
- FIG. 2 shows the flow cross section of the intake ducts according to FIG. 1.
- FIGS. 3 to 5 show a transition part in three views and in FIGS. 6 to 9 a transfer duct part for adapting the cross sections of the intake ducts to the input cross section of the transition part.
- 6 and 7 show two mutually perpendicular views of the transfer duct part and
- FIGS. 8 and 9 show views corresponding to arrows VIII and IX.
- a power machine and the compressor 6 of a gas turbine are arranged side by side on a shaft.
- the shaft axis is designated 1b.
- the intake channels 1 run parallel to shaft axis 1b. At their lower end they can be connected, for example, to the outlet of a silencer (not shown) and an air filter.
- a transfer duct part 2 adjoins the upper ends of the intake ducts 1 and adjusts the cross section of the two intake ducts to the entrance of a transition part 3.
- the transition part 3 has a hollow cylindrical outlet cross section and is placed directly on the suction opening of the compressor 6.
- the cone shells 7 and 8 enclose a hollow cone-shaped cross section, which is divided by the guide plates 5 into two channel halves 25 with the cross-sectional contours shown in FIG.
- the cross-sectional contours consist of the leading edges 15 of the vertical guide plates 5, the pitch circle 17 of the inner cone shell 7 and the pitch circle 16 of the outer.
- Cone jacket 8 ..
- the guide plates 5 are only one-dimensionally curved.
- the curvature of the guide plates 5 is chosen so that the cross sections the channel halves 25 starting from the inlet cross-section 9 of the transition part 3 to decrease steadily in the direction of the outlet cross-section.
- the mass flow of the flowing gas experiences an at least constant, but preferably increasing acceleration, without an abrupt change in speed occurring.
- a transfer duct part 2 is arranged between the intake ducts 1 and the transition part 3, which is shown in elevation in FIG. 6 and in plan view in FIG.
- FIG. 6 shows the shape of the outlet cross section 10 of the transfer duct part 2, which adjoins the inlet cross section 9 of the transition part 3.
- the size of the cross sections is selected so that the cross section 1 a of both intake ducts 1 is the same size or larger than the outlet cross sections 10 of the transfer duct part 2. This also prevents a sudden deceleration in the speed of the mass flow in the region of the transfer duct part.
- the outlet cross section 10 of the transfer duct part 2 is formed by the outline contours 18, 19, 20, 21 and 22.
- the triangular surface 12 adjoins the duct ceiling and duct underside of the intake duct 1.
- the triangular surface 11 adjoins the angled outer channel wall 23 at the top and bottom and the triangular surfaces 13 and 14 convert the likewise angled inner channel wall 24 (FIGS. 7 and 9) into the contour contours 19 and 22 of the outlet cross section 10.
- the described design of the intake system avoids unsteady changes in speed and right-angled deflections of the flowing air. You get one particularly uniform potential field at the inlet of the compressor 6, so that compressors with transonic blading can be used without further ado, which are particularly sensitive to an irregular velocity distribution of the gas before entering the first compressor stage.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für den neben einer Nutzleistungsmaschine auf gleicher Welle angeordneten Verdichter einer Gasturbine mit Ansaugkanälen, die seitlich neben der Nutzleistungsmaschine parallel zur Welle verlaufen und die über einen mit einem inneren und äußeren Kegelmantel versehenen, zur Welle hinführenden Übergangeteil mit einer im Querschnitt hohlzylindrischen, axialen Einlaßöffnung des Verdichters verbunden sind.
- Eine derartige Anordnung ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 7 417 306 beschrieben. Bier ist als Nutzleistungsmaschine ein Generator vorgesehen, der von einem hohlzylindrischen Ringraum umgeben ist. Senkrecht von oben strömt die Ansaugluft über Schalldämpfer und Filter in diesen Hohlraum. hinein, wo sie um 90° in Richtung der Turbinenachse umgelenkt und den Ansaugquerschnitt des Verdichters über ein hohlkegelförniges Übergangsteil zugeführt wird. Neben der notwendigen Umlenkung der Gase im Ansaugkanal um 90° ist bei dieser bekannten Lösung eine Strömungsbehinderung im Kanalteil unterhalb des Generatorfundamentes durch die dort notwendigen verdichterseitig gelegenen Fundamentstützen nicht zu vermeiden.
- Aufgabe der rorliegenden. Erfindung ist es, ein Ansaugsystem anzugeben, das Instabilitäten in der Luftströmung, wie sie vor allem durch Umlenkungen und durch unstetige Querschnittsveränderungen insbesondere bei großen Massenströmen vorkommen, weitgehend vermeidet, ohne daß es notwendig wird, die Nutzleistungsmaschine an das abgasseitige Ende der Turbine anzuordnen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nur seitlich neben der Nutzleistungsmaschine zwei voneinander getrennte Ansaugkanäle vorhanden sind, daß sich zwischen dem inneren Kegelmantel und dem äußeren Kegelmantel des Übergangsteils in Strömungsrichtung aufeinander zulaufende Leitbleche mit senkrechter Blechebene befinden, die sich vor der Einlaßöffnung des Verdichters berühren und dort enden, und daB der Querschnitt jedes Ansaugkanals mindestens an der dem Übergangsteil zugewandtem Seite an den durch den inneren und äußeren Kegelmantel und das senkrechte Leitblech begrenzten Eingangsquerschnitt des Übergangsteils angepaßt ist.
- Ein Ausführungsbeispiel ist in Figur 1 schematisch im Grundriß dargestellt.
- Figur 2 zeigt den Strömungsquerschnitt der Ansaugkanäle nach Figur 1. In den Figuren 3 bis 5 ist ein Übergangsteil in drei Ansichten und in den Figuren 6 bis 9 ein Überleitkanslteil zur Anpassung der Querschnitte der Ansaugkanäle an den Eingangsquerschnitt des Übergangsteils dargestellt. Hierbei zeigen die Figuren 6 und 7 zwei zueinander senkrechte Ansichten des Überleitkanalteils und die Figuren 8 und 9 Ansichten entsprechend der Pfeile VIII und IX.
- In Figur 1 ist eine Nutzleistungsmaschine und der Verdichter 6 einer im einzelnen nicht dargestellten Gasturbine gemeinsam auf einer Welle nebeneinander angeordnet. Die Wellenachse ist mit 1b bezeichnet. In Höhe und zu beiden Seiten der Wellenachse 1b befinden sich zwei Ansaugkanäle 1 mit rechteckigem Querschnitt 1a. Die Ansaugkanäle 1 laufen dabei parallel zur wellenachse 1b. Sie können an ihrem unteren Ende beispielsweise mit dem Ausgang eines nicht dargestellten Schalldämpfers sowie eines Luftfilters verbunden sein. An die oberen Enden der Ansaugkanäle 1 grenzt ein Überleitkanalteil 2 an, das den Querschnitt der beiden Ansaugkanäle an den Eingang eines Übergangsteils 3 anpaßt. Das Übergangsteil 3 hat einen hohlzylindrischen Ausgangsquerschnitt und ist unmittelbar auf die Ansaugöffnung des Verdichters 6 aufgesetzt.
- In dem Übergangsteil 3 werden die Halbströme des Gases aus den Ansaugkanälen 1 zusammengeführt, ohne daB unstetige Querschnittsveränderungen auftreten. Dieser Übergangsteil ist in den Figuren 3, 4 und 5 im einzelnen dargestellt. Er setzt sich aus drei Bauteilen zusaamen:
- Dem inneren Kegelmantel 7, durch welchen die Welle mit der Wellenachse 1b zur Verbindung der Nutzleistungsmaschine 4 mit dem Verdichter 6 geführt ist;
- dem äußeren Kegelmantel 8 mit einem Neigungswinkel gegen die Turboachse von weniger als 30° und
- den beide Kegelmäntel 7, 8 in der Vertikalebene verbindenden Leitblechen 5, deren Eintrittskanten 15 in Figur 4 sichtbar sind.
- Die Kegelmäntel 7 und 8 schließen einen hohlkegelförmigen Querschnitt ein, der durch die Leitbleche 5 in zwei Kanalhälften 25 mit den in Figur 4 gezeigten Querschnittskonturen aufgeteilt ist. Die Querschnittskonturen bestehen aus den Eintrittskanten 15 der senkrechten Leitbleche 5, dem Teilkreis 17 des inneren Kegelmantels 7 und dem Teilkreis 16 des äuBeren. Kegelmantels 8..
- Die Leitbleche 5 sind lediglich eindimensional gekrümmt. Die Krümmung der Leitbleche 5 ist so gewählt, daß die Querschnitte der Kanalhälften 25 beginnend vom Eintrittsquerschnitt 9 des. Übergangsteils 3 sich in Richtung zum Austrittsquerschnitt stetig verkleinern. Hierdurch erfährt der Massenstrom des strömenden Gases eine zumindest konstante, vorzugsweise aber zunehmende Beschleunigung, ohne daB eine sprunghafte Geschwindigkeite- änderung auftritt.
- Zur Anpassung der Querschnitte der Ansaugkanäle 1 an den Eintrittsquerschnitt 9 des Übergangsteils 3 ist zwischen den Ansaugkanälen 1 und dem Übergangsteil 3 ein Überleitkanalteil 2 angeordnet, das in Figur 6 in Aufriß und in Figur 7 im Grundriß dargestellt ist.
- Figur 6 zeigt die Form des Austrittsquerschnitts 10 des Überleitkanalteils 2, der an den Eintrittsquerschnitt 9 des Übergangsteils 3 anschließt. Die Größe der Querschnitte ist so gewählt, daB der Querschnitt 1a beider Ansaugkanäle 1 gleich groß oder größer ist als die Austrittsquerschnitte 10 des Überleitkanalteils 2. Hierdurch wird auch im Bereich des Überleitkanalteils eine sprunghafte Verzögerung der Geschwindigkeit des Massenstromes vermieden. Der Austrittsquerschnitt 10 des Überleitkanalteils 2 wird von den Umrißkonturen 18, 19, 20, 21 und 22 gebildet.
- Diese Umrißkonturen sind mit dem Querschnitt 1a der Ansaugkanäle 1 durch ebene Dreiecifläehen 11, 12, 13 und 14 verbunden. Die Dreieckfläche 12 schließt an die Kanaldecke und Kanalunterseite des Ansaugkanals 1 an. Die Dreieckfläche 11 (Figur 8) schließt oben-und unten an die angewinkelte AuBenkanalwand 23 an und durch die Dreieckflächen 13 und 14 wird die ebenfalls angewinkelte Innenkanalwand 24 (Figur 7 und 9) in die Umrißkonturen 19 und 22 des Austrittsquerschnittes 10 überführt.
- Durch die geschilderte Ausbildung des Ansaugsystems werden damit unstetige Geschwindigkeitsänderungen und rechtwinkelige Umlenkungen der strömenden Luft vermieden. Man erhält dadurch ein besonders gleichmäßiges Potentialfeld am Eintritt des Verdichters 6, so daß ohne weiteres Verdichter mit transsonischen Beschaufelungen zur Anwendung kommen können, die in besonderem MaBe empfindlich gegen eine unregelmäßige Geschwindigkeitsverteilung des Gases vor Eintritt in die erste Verdichterstufe sind.
-
- 1 Ansaugkanäle
- 1a rechteckiger Querschnitt
- 1b Wellenachse
- 2 Überleitkanalteil
- 3 Übergangsteil
- 4 Nutzleistungsmaschine
- 5 Leitbleche
- 6 Verdichter
- 7 innerer Kegelmantel
- 8 äußerer Kegelmantel
- 9 Eintrittsquerschnitt
- 10 Austrittsquerschnitt
- 11 )
- 12) Dreieckflächen
- 13 )
- 14 )
- 15 Eintrittskanten
- 16 Teilkreis
- 17 Teilkreis
- 18 UmriBkonturen
- 19 UmriBkonturen
- 20 UmriBkonturen
- 21 UmriBkonturen
- 22 UmriBkonturen
- 23 AuBenkanalwand
- 24 Innenkanalwand
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