EP0000754B1

EP0000754B1 - Ansaugsystem für den Verdichter einer Gasturbine

Info

Publication number: EP0000754B1
Application number: EP78100542A
Authority: EP
Inventors: Konrad Goebel
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1977-08-10
Filing date: 1978-07-28
Publication date: 1981-01-07
Also published as: DE2860416D1; US4255082A; DE2736074A1; EP0000754A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansaugluftleitungssystem für den hinter einer Nutzleistungsmaschine auf gleicher Welle angeordneten Verdichter einer Gasturbine mit einer neben der Nutzleistungsmaschine parallel zur Welle verlaufenden Luftführung, die über einen mit einem inneren und äusseren Kegelmantel versehenen, zur Welle hinführenden Übergangsteil mit einer im Querschnitt hohlzylindrischen, axialen Einlassöffnung des Verdichters verbunden ist.
Eine derartige Anordnung ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 7417306 beschrieben. Hier ist als Nutzleistungsmaschine ein Generator vorgesehen, der von einem hohlzylindrischen Ringraum umgeben ist. Senkrecht von oben strömt die Ansaugtuft über Schalldämpfer und Filter in diesen Hohlraum hinein, wo sie um 90° in Richtung der Turbinenachse umgelenkt und dem Ansaugquerschnitt des Verdichters über ein hohlkegelförmiges Übergangsteil zugeführt wird. Neben der notwendigen Umlenkung der Gase im Ansauguanal um 90° ist bei dieser bekannten Lösung eine Strömungsbehinderung im Kanalteil unterhalb des Generatorfundamentes durch die dort notwendigen verdichterseitig gelegenen Fundamentstützen nicht zu vermeiden.
Aus der Zeitschrift «Aircraft Engineering», Band 36, Nr. 4, April 1964, Seite 94, ist es bekannt, für den Verdichter einer Gasturbine mit kreisringförmigem Eintrittsquerschnitt zwei im Querschnitt halbkreisförmige Einströmöffnungen vorzusehen die von aussen kommend in einen Kreisringquerschnitt münden. Eine wesentliche Umlenkung der Gasströme in diesen Ansaugkahälen ist dabei nicht zu vermeiden. Ausserdem ergibt sich kein sich konisch verengender Querschnitt, und die Aussenwände sind mehrdimensional gekrümmt auszuführen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Ansaugsystem anzugeben, das insbesondere für grosse stationäre Gasturbi- nenantagen geeignet ist, Instabilitäten in der Luftströmung weitgehend ausschliesst und trotzdem einfache, leicht anzufertigende Querschnittsformen für die Ansaugkanäle besitzt. Bei der erfindungsgemässen Anordnung genügt es, zur Verminderung der radialen Einströmkomponente vor Eintritt in den Verdichter lediglich eindimensional gekrümmte Leitbleche vorzusehen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass für die Luftführung zwei voneinander getrennte, seitlich parallel zur Wellenachse verlaufende Ansaugkanäle vorhanden sind, dass sich zwischen dem inneren Kegelmantel und dem äusseren Kegelmantel des Übergangsteils in Strömungsrichtung aufeinander zulaufende, eindimensional gekrümmte Leitbleche mit senkrechter Blechebene befinden, die sich vor der Einlassöffnung des Verdichters berühren und dort enden, und dass der Querschnitt jedes Ansaugkanals mindestens an der dem Übergangsteil zugewandten Seite an den durch den inneren und äusseren Kegelmantel und das senkrechte Leitblech begrenzten Eingangsquerschnitt des Übergangsteils angepasst ist.
Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 schematisch im Grundriss dargestellt.
Fig. 2 zeigt den Strömungsquerschnitt der Ansaugkanäle nach Fig. 1.
In den Fig. 3 bis 5 ist ein Übergangsteil in drei Ansichten dargestellt. Die Fig.6 bis 9 stellen einen Überleitkanalteil zur Anpassung der Querschnitte der Ansaugkanäle an den Eingangsquerschnitt des Übergangsteils dar.
Hierbei zeigen die Fig. 6 und 7 zwei zueinander senkrechte Ansichten des Überleitkanalteils und die Fig. 8 und 9 Ansichten entsprechend der Pfeile VIII und IX.
In Fig. ist eine Nutzleistungsmaschine 4 und der Verdichter 6 einer im einzelnen nicht dargestellten Gasturbine gemeinsam auf einer Welle hintereinander angeordnet. Die Wellenachse ist mit 1 b bezeichnet. In Höhe und zu beiden Seiten der Wellenachse 1 b befinden sich zwei Ansaugkanäle 1 mit rechteckigem Querschnitt 1a. Die Ansaugkanäle 1 laufen dabei parallel zur Wellenachse 1b. Sie können an ihrem eingangsseitigen Ende beispielsweise mit dem Ausgang eines nicht dargestellten Schalldämpfers sowie eines Luftfilters verbunden sein. An die ausgangsseitigen 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 dass unstetige Querschnittsveränderungen auftreten. Dieser Übergangsteil ist in den Fig. 3, 4 und 5 im einzelnen dargestellt. Er setzt sich aus drei Bauteilen zusammen:

Dem inneren Kegelmantel 7, durch welchen die Welle mit der Wellenachse 1 b 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 beiden Kegelmänteln 7, 8 in der Vertikalebene verbindenden Leitbleche 5, deren Eintrittskanten 15 in Fig. 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 Fig. 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 äusseren 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 dass eine sprunghafte Geschwindigkeitsänderung 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 Fig. 6 im Aufriss und in Fig. 7 im Grundriss dargestellt ist.
Fig. 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, dass der Querschnitt 1 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 Dreieckflächen 11, 12, 13 und 14 verbunden. Die Dreieckfläche 12 schliesst an die Kanaldecke und Kanalunterseite des Ansaugkanals 1 an. Die Dreieckfläche 1 (Fig. 8) schliesst oben und unten an die angewinkelte Aussenkanalwand 23 an und durch die Dreieckflächen 13 und 14 wird die ebenfalls angewinkelte Innenkanalwand 24 (Fig. 7 und 9) in die Umrisskonturen 19 und 22 des Austrittsquerschnittes 10 überführt.
Durch die geschilderte Ausbildung des Ansaugsystems werden damit unstetige Geschwindigkeitsänderungen und rechtwinklige 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 Masse empfindlich gegen eine unregelmässige Geschwindigkeitsverteilung des Gases vor Eintritt in die erste Verdichterstufe sind.

Claims

1. Ansaugluftleitungssystem für den hinter einer Nutzleistungsmaschine auf gleicher Welle angeordneten Verdichter einer Gasturbine mit einer neben der Nutzleistungsmaschine parallel zur Welle verlaufenden Luftführung, die über einen mit einem inneren und äusseren Kegelmantel versehenen, zur Welle hinführenden Übergangsteil mit einer im Querschnitt hohlzylindrischen, axialen Einlassöffnung des Verdichters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Luftführung zwei voneinander getrennte, seitlich parallel zur Wellenachse (1b) verlaufende Ansaugkanäle (1) vorhanden sind, dass sich zwischen dem inneren Kegelmantel (7) und dem äusseren Kegelmantel (8) des Übergangsteils (3) in Strömungsrichtung aufeinander zulaufende, eindimensional. gekrümmte Leitbleche (5) mit senkrechter Blechebene befinden, die sich vor der Einlassöffnung des Verdichters (6) berühren und dort enden, und dass der Querschnitt jedes Ansaugkanals (1) mindestens an der dem Übergangsteil (3) zugewandten Seite an den durch den inneren und äusseren Kegelmantel (7, 8) und das senkrechte Leitblech (5) begrenzten Eingangsquerschnitt (9) des Übergangsteils (3) angepasst ist.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugkanäle (1) jeweils einen rechteckigen Querschnitt (1a) besitzen und dass ein Überleitkanalteil (2) zur Anpassung des Querschnittes zwischen den Ansaugkanälen (1) und dem Übergangskanalteil (3) vorgesehen ist.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbleche (5) so gekrümmt sind, dass im Bereich des Übergangsteils ein sich stetig vermindernder Querschnitt in Strömungsrichtung vorhanden ist.

4. Ansaugsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überleitkanalteil (2) aus Blechen zusammengeschweisst ist, die jeweils ebene Dreieckflächen aufweisen.