EP1001223A2 - Gas turbine with rotary fuel injection - Google Patents
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- EP1001223A2 EP1001223A2 EP99122467A EP99122467A EP1001223A2 EP 1001223 A2 EP1001223 A2 EP 1001223A2 EP 99122467 A EP99122467 A EP 99122467A EP 99122467 A EP99122467 A EP 99122467A EP 1001223 A2 EP1001223 A2 EP 1001223A2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/18—Lubricating arrangements
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/38—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising rotary fuel injection means
Definitions
- the invention relates to a small gas turbine with a radial or Slinger combustion chamber as well as with a radial compressor or diagonal compressor upstream of the radial or Slinger combustion chamber and a turbine part connected to the latter by means of a rotor shaft which runs in the axial direction and is supported by at least one roller bearing, the fuel passing through A delivery pipe provided in the impeller of the radial compressor / diagonal compressor enters a crossing part of the rotor shaft located in the region of the combustion chamber near the compressor and is fed to the combustion chamber via supply bores running essentially in the radial direction thereof, and in or upstream of the crossing part (es) a supply bores upstream of the supply bores centrifugal siphon through which fuel flows is provided.
- a delivery pipe provided in the impeller of the radial compressor / diagonal compressor enters a crossing part of the rotor shaft located in the region of the combustion chamber near the compressor and is fed to the combustion chamber via supply bores running essentially in the radial direction thereof, and in or
- the fuel is produced by one concentric to the axis of rotation of the radial compressor (under this term also referred to as the diagonal compressors) or the rotor shaft Bore in the compressor impeller or through a delivery pipe provided therein directed to the combustion chamber. It flows due to the rotary motion of the rotor shaft or the compressor impeller due to the resulting centrifugal forces Fuel as a thin film along the wall of the bore or the delivery pipe to directly below the primary zone of the combustion chamber State of the art by a suitable tear-off edge or by individual radially arranged Sprayed nozzles into the primary zone of the combustion chamber.
- the pressure difference between the combustion chamber and that at the start of the delivery pipe to balance the horizontal fuel injection point must be a suitable one Seal or conveyor between these locations his.
- This function can be a so-called centrifugal siphon, which acts as a hydraulic seal works and is shown, for example, in the last-mentioned document.
- the fuel can advantageously be almost pressureless be introduced into the conveyor tube, so that for this an extremely small dimension Fuel pump can be used.
- a critical component in such small gas turbines is in particular the turbine part side Rolling bearings for the rotor shaft, since this is in the very hot area is located between the combustion chamber and the turbine disk of the turbine part.
- This rolling bearing must therefore be cooled and lubricated. Since now such Small gas turbines usually have to be constructed very inexpensively Fuel used as a lubricant and coolant, not a separate lubricating oil system to make necessary. However, a high-pressure fuel pump will then be used again needed, with the help of which a fuel subset to lubricate and Cooling purposes can be injected into the roller bearing or bearings.
- Reference number 1 denotes a Slinger combustion chamber of a small gas turbine, which - as shown in particular in FIG. 1 - has a radial compressor 2 upstream.
- the so-called turbine part 5 of the small gas turbine or more precisely the turbine disk 5a of the turbine part 5 is connected to the compressor impeller 2a of this radial compressor 2 via a rotor shaft 4 running in the axial direction 3.
- the compressor impeller 2a, the rotor shaft 4 and the turbine disk 5a rotate about the so-called central axis 19 of the small gas turbine.
- the rotor shaft 4 is mounted by means of two roller bearings 35, 36 in the housing of the small gas turbine, designated in its entirety by the reference number 37.
- a first roller bearing 35 is provided in the inflow region of the compressor impeller 2a and is therefore also referred to as a roller bearing 35 on the compressor part side, while the second roller bearing 36 provided upstream just before the turbine part 5 is also referred to as a turbine part side bearing 36.
- the radial compressor 2 conveys one to be fed to the combustion chamber 1 in the direction of the arrow 6 Airflow that is used within the combustion of the further the Combustion chamber 1 supplied fuel is required. Part of this simplicity for the sake of air flow also designated with the reference number 6 due to the differences in the different zones of the small gas turbine Pressure ratios, however, not into the combustion chamber 1, but instead on this or on its end facing the radial compressor 2 on the outside past in the so-called compressor back space 8. Furthermore, a small subset leak air from the combustion chamber also get into the compressor rear space 8. These two air flows mixing in the compressor rear space 8 are generally referred to as leakage air 6a.
- the compressor rear space 8 located on the rear side of the compressor impeller 2a must therefore be ventilated, i.e. the leakage air 6a must come from the compressor back space 8 can also be removed again.
- This is done at least in some areas, here, however, completely hollow rotor shaft 4, or more precisely about the interior 4a.
- the front is the compressor impeller 2a facing end of the rotor shaft 4 is flange-shaped and represents a so-called Crossing part 4b.
- This flange-like crossing part 4b here preferably three evenly distributed over the circumference of the intersection part 4b
- Vent holes 9 through which thus a connection between the rotor shaft interior 4a and ultimately the compressor rear space 8. in the the rest is via this flange-like crossing part 4b, the rotor shaft 4 with the compressor impeller 2a non-rotatably connected.
- the fuel is usually used one concentric to the axis of rotation of the radial compressor 2 or the rotor shaft 4 running bore 11 in the compressor impeller 2a or more precisely through a provided therein Delivery pipe 12 ultimately directed to the combustion chamber 1.
- the fuel introduced in this way thus passes through the delivery pipe 12 and via a centrifugal siphon 14, which is explained in more detail below, into a preferred centrally in the intersection 4b of the rotor shaft 4, but away from the ventilation holes 9 provided distribution chamber 15, of which several in the radial direction Branch off 16 supply holes 17.
- supply holes 17 which are offset from the vent holes 9 are arranged so that the supply holes 17 and Do not cut vent holes 9, the fuel can therefore ultimately in reach the combustion chamber 1.
- Three such supply bores are preferred 17 evenly distributed over the circumference of the intersection part 4b.
- centrifugal siphon 14 which is provided between the delivery pipe 12 and the distribution chamber 15, for the sake of clarity, reference is made in particular to the enlarged illustration in FIG. 2 .
- the purpose of this centrifugal siphon 14 is to seal the initial area of the fuel injection system, namely the fuel injection tube 13 and the delivery pipe 12, from the combustion chamber 1, in particular in order to ensure excellent controllability of the entire fuel injection system of the small gas turbine even at low speeds and in addition to this to ensure the possibility of a windmill start often desired in small gas turbines as best as possible.
- the fuel brought in via the injection tube 13 exits the delivery pipe 12 again under the influence of centrifugal force onto the inner surface of a so-called distributor cone 20 and over this due to a baffle plate 21 provided in the crossing part 4b along the same via one between the free end of the distributor cone 20 and the baffle plate 21 provided first gap space 33 in the radial direction 16 outwards into the area of at least one, but in particular a plurality of axial grooves 22 made in the edge of the baffle plate 21.
- the fuel then passes through or through these grooves 22 along the Distribution cone 20 side facing away, ie along the side of the baffle plate 21 facing the combustion chamber 1 in the radial direction 16 viewed inward via a so-called second gap space 34, ie in the direction of the central axis 19 into the distribution chamber 15 already described.
- a screw connection designated by reference numeral 23 via which the compressor impeller 2a is flanged to the rotor shaft 4 or to the crossing part 4b thereof.
- the centrifugal siphon 14 or, more precisely, the one located within it Amount of fuel due to the rotation of the rotor shaft 4 acting centrifugal forces has / have the consequence that in the second gap 34 of the centrifugal siphon 14 a certain There is fuel pressure, i.e. in the second gap space 34 it is current in it located fuel quasi compressed to a certain pressure value. This The fact is now used in such a way that one out of this second gap space 34 Part of the fuel branched off and ultimately the turbine bearing bearing 36 is supplied for lubrication and cooling purposes.
- a capillary tube 38 branches off from the centrifugal siphon 14 on the combustion chamber side and thereby (with respect to the fuel flow direction) upstream of the supply bores 17, ie from the second gap 34 of the centrifugal siphon 14, via which a partial fuel quantity is fed to the roller bearing 36 on the turbine part side.
- the term Capillary tube "clarifies that the element supplying a partial fuel quantity to the roller bearing 36 on the turbine part side is a tube or tube or the like, in which there is a flow bore 38a with a relatively small flow cross section.
- capillary tube 38 is on the inlet side, i.e. suspended in the area of the centrifugal siphon 14, in the crossing part 4b of the rotor shaft 4 or in a suitably arranged receiving bore 39 in the crossing part 4b inserted.
- the capillary tube 38 then continues within the rotor shaft 4 and in sections in the interior 4a of the same, but in sections also in the wall of the rotor shaft (not denoted by a separate reference number) 4.
- the capillary tube 38 is suitable for this purpose in the rotor shaft wall inserted blind hole 40 inserted.
- the capillary tube opens 38 in the closed end of the blind hole 40, one of which is the wall of the Rotor shaft 4 branches off in the radial direction 16 and penetrates bore 41, so that the capillary tube 38 under the influence of the centrifugal siphon 14th and starting from this introduced fuel subset through this hole 41 can get into a so-called bearing annulus 42, in which the turbine part Rolling bearing 36 is arranged.
- Said bearing annular space 42 is thus inward in the radial direction 16 the outside of the rotor shaft 4 and in the radial direction 16 to the outside by a not specified section of the housing 37 of the small gas turbine limited.
- the bearing annulus 42 (right side) by the turbine part side Rolling bearing 36 and viewed against the direction of flow (i.e. left side and thus towards the combustion chamber 1) by a labyrinth seal in particular Seal 43 limited.
- This seal 43 allows a slight passage of combustion chamber gas, i.e.
- the capillary tube 38 in the blind hole 40 is spaced slightly apart from the wall of the rotor shaft 4 over large areas, so that the partial fuel quantity guided in the capillary tube 38 is as little as possible is heated by the hot rotor shaft 4.
- the use of an actual capillary tube 38 is considerably cheaper than if the fuel subset were supplied to the roller bearing 36 via a bore provided directly in the rotor shaft wall, since in the latter case the fuel subset would be heated until it evaporated, however this, as well as a large number of further details, in particular of a constructive nature, can be designed quite differently from the exemplary embodiment shown, without departing from the content of the claims.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kleingasturbine mit einer Radial- oder Slinger-Brennkammer
sowie mit einem der Radial- oder Slinger-Brennkammer vorgelagerten
Radialverdichter oder Diagonalverdichter und einem mit diesem über eine in
Axialrichtung verlaufende, über zumindest ein Wälzlager gelagerte Rotorwelle verbundenen
Turbinenteil, wobei der Brennstoff durch ein im Laufrad des Radialverdichters
/ Diagonalverdichters vorgesehenes Förderrohr in ein im verdichternahen
Bereich der Brennkammer liegendes Kreuzungsteil der Rotorwelle gelangt und über
in diesem im wesentlichen in Radialrichtung verlaufende Zulieferbohrungen der
Brennkammer zugeführt wird, und wobei im oder stromauf des Kreuzungsteil(es) ein
den Zulieferbohrungen vorgelagerter vom Brennstoff durchströmter Fliehkraftsiphon
vorgesehen ist.
Zum technischen Umfeld wird neben der US 5,526,640 insbesondere auf die nicht
vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 198 46 976 verwiesen.The invention relates to a small gas turbine with a radial or Slinger combustion chamber as well as with a radial compressor or diagonal compressor upstream of the radial or Slinger combustion chamber and a turbine part connected to the latter by means of a rotor shaft which runs in the axial direction and is supported by at least one roller bearing, the fuel passing through A delivery pipe provided in the impeller of the radial compressor / diagonal compressor enters a crossing part of the rotor shaft located in the region of the combustion chamber near the compressor and is fed to the combustion chamber via supply bores running essentially in the radial direction thereof, and in or upstream of the crossing part (es) a supply bores upstream of the supply bores centrifugal siphon through which fuel flows is provided.
Regarding the technical environment, in addition to US 5,526,640, reference is made in particular to the unpublished German patent application 198 46 976.
Bei einer Radial-Brennkammer mit den oben genannten Merkmalen, die üblicherweise auch als Slinger-Brennkammer bezeichnet wird, wird der Brennstoff durch eine konzentrisch zur Drehachse des Radialverdichters (unter diesen Begriff sollen im weiteren auch die sog. Diagonalverdichter fallen) oder der Rotorwelle verlaufende Bohrung im Verdichter-Laufrad oder durch ein darin vorgesehenes Förderrohr zur Brennkammer geleitet. Dabei fließt aufgrund der Drehbewegung der Rotorwelle bzw. des Verdichter-Laufrades infolge der dadurch entstehenden Fliehkräfte der Brennstoff als dünner Film entlang der Wandung der Bohrung oder des Förderrohres bis direkt unter die Primärzone der Brennkammer Dort wird er im bekannten Stand der Technik durch eine geeignete Abrisskante oder durch einzelne radial angeordnete Düsen in die Primärzone der Brennkammer abgespritzt.In a radial combustion chamber with the above-mentioned features, which are usually also known as the Slinger combustion chamber, the fuel is produced by one concentric to the axis of rotation of the radial compressor (under this term also referred to as the diagonal compressors) or the rotor shaft Bore in the compressor impeller or through a delivery pipe provided therein directed to the combustion chamber. It flows due to the rotary motion of the rotor shaft or the compressor impeller due to the resulting centrifugal forces Fuel as a thin film along the wall of the bore or the delivery pipe to directly below the primary zone of the combustion chamber State of the art by a suitable tear-off edge or by individual radially arranged Sprayed nozzles into the primary zone of the combustion chamber.
Um den Druckunterschied zwischen der Brennkammer und der zu Beginn des Förderrohres liegenden Brennstoff-Einspritzstelle auszugleichen, muß eine geeignete Dichtung oder auch Fördervorrichtung zwischen diesen genannten Stellen angeordnet sein. Diese Funktion kann ein sog. Fliehkraftsiphon, der als hydraulische Dichtung wirkt und bspw. in der eingangs letztgenannten Schrift gezeigt ist, übernehmen. Mit einem derartigen System kann der Brennstoff vorteilhafterweise nahezu drucklos in das Förderrohr eingebracht werden, so daß hierfür eine äußerst klein dimensionierte Brennstoffpumpe zum Einsatz kommen kann.The pressure difference between the combustion chamber and that at the start of the delivery pipe to balance the horizontal fuel injection point must be a suitable one Seal or conveyor between these locations his. This function can be a so-called centrifugal siphon, which acts as a hydraulic seal works and is shown, for example, in the last-mentioned document. With such a system, the fuel can advantageously be almost pressureless be introduced into the conveyor tube, so that for this an extremely small dimension Fuel pump can be used.
Ein kritisches Bauteil stellt bei derartigen Kleingasturbinen insbesondere das turbinenteilseitige Wälzlager für die Rotorwelle dar, da sich dieses im sehr heißen Bereich zwischen der Brennkammer und der Turbinenscheibe des Turbinenteils befindet. Dieses Wälzlager muß daher gekühlt und geschmiert werden. Da nun derartige Kleingasturbinen sehr kostengünstig aufgebaut sein müssen, wird üblicherweise der Brennstoff als Schmier- und Kühlmittel verwendet, um kein eigenständiges Schmierölsystem erforderlich zu machen. Allerdings wird dann wieder eine Hochdruck-Brennstoffpumpe benötigt, mit Hilfe derer eine Brennstoff-Teilmenge zu Schmier- und Kühlzwecken in das oder die Wälzlager eingespritzt werden kann.A critical component in such small gas turbines is in particular the turbine part side Rolling bearings for the rotor shaft, since this is in the very hot area is located between the combustion chamber and the turbine disk of the turbine part. This rolling bearing must therefore be cooled and lubricated. Since now such Small gas turbines usually have to be constructed very inexpensively Fuel used as a lubricant and coolant, not a separate lubricating oil system to make necessary. However, a high-pressure fuel pump will then be used again needed, with the help of which a fuel subset to lubricate and Cooling purposes can be injected into the roller bearing or bearings.
Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer auch bei einer Kleingasturbine ohne
Hochdruck-Brennstoffpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Schmierung
bzw. Kühlung des turbinenteilseitigen Wälzlagers mit Brennstoff möglich ist, ist
Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß vom Fliehkraftsiphon brennkammerseitig
und dabei stromauf der Zulieferbohrungen ein Kapillarrohr abzweigt, über
welches eine Brennstoff-Teilmenge dem turbinenteilseitigen Wälzlager zugeführt
wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.It is the object of the present invention to show measures by means of which it is also possible to lubricate or cool the roller bearing on the turbine part side in a small gas turbine without a high-pressure fuel pump according to the preamble of claim 1.
To solve this problem, it is provided that a capillary tube branches off from the centrifugal siphon on the combustion chamber side and in the process upstream of the supply bores, via which a partial fuel quantity is fed to the roller part on the turbine part side. Advantageous training and further education are included in the subclaims.
Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines in den beigefügten Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispieles, wobei sämtliche näher beschriebenen Merkmale erfindungswesentlich sein können. Dabei zeigt
- Fig.1
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kleingasturbine, in welchem neben der Brennkammer der Radialverdichter sowie das Turbinenteil mit dem zugeordneten Wälzlager dargestellt sind,
- Fig.2
- das Brennstoffeinspritzsystem aus Fig.1 mit dem Fliehkraftsiphon und dem davon abzweigenden Kapillarrohr in vergrößerter Darstellung, sowie
- Fig.3
- den Bereich des turbinenteilseitigen Wälzlagers aus Fig.1 in vergrößerter Darstellung.
- Fig. 1
- 2 shows a longitudinal section through a small gas turbine according to the invention, in which, in addition to the combustion chamber, the radial compressor and the turbine part with the associated roller bearing are shown,
- Fig. 2
- the fuel injection system of Figure 1 with the centrifugal siphon and the branching capillary tube in an enlarged view, and
- Fig. 3
- the area of the turbine part-side roller bearing from Figure 1 in an enlarged view.
Mit der Bezugsziffer 1 ist eine Slinger-Brennkammer einer Kleingasturbine bezeichnet,
der - wie insbesondere Fig.1 zeigt - ein Radialverdichter 2 vorgelagert ist. Mit
dem Verdichter-Laufrad 2a dieses Radialverdichters 2 ist über eine in Axialrichtung
3 verlaufende Rotorwelle 4 das sog. Turbinenteil 5 der Kleingasturbine bzw. genauer
die Turbinenscheibe 5a des Turbinenteiles 5 verbunden. Das Verdichter-Laufrad
2a, die Rotorwelle 4 und die Turbinenscheibe 5a rotieren dabei um die sog. Zentralachse
19 der Kleingasturbine. Hierzu ist die Rotorwelle 4 mittels zweier Wälzlager
35, 36 im in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 37 bezeichneten Gehäuse
der Kleingasturbine gelagert. Dabei ist wie ersichtlich ein erstes Wälzlager 35 im
Einströmbereich des Verdichter-Laufrades 2a vorgesehen und wird demzufolge
auch als verdichterteilseitiges Wälzlager 35 bezeichnet, während das zweite stromauf
kurz vor dem Turbinenteil 5 vorgesehene Wälzlager 36 auch als turbinenteilseitiges
Wälzlager 36 bezeichnet wird.Reference number 1 denotes a Slinger combustion chamber of a small gas turbine, which - as shown in particular in FIG. 1 - has a
Der Radialverdichter 2 fördert gemäß Pfeilrichtung 6 einen der Brennkammer 1 zuzuführenden
Luftstrom, der innerhalb dieser zur Verbrennung des desweiteren der
Brennkammer 1 zugeführten Brennstoffes benötigt wird. Ein Teil dieses der Einfachheit
halber ebenfalls mit der Bezugsziffer 6 bezeichneten Luftstromes gelangt
aufgrund der in den verschiedenen Zonen der Kleingasturbine vorliegenden unterschiedlichen
Druckverhältnisse jedoch nicht in die Brennkammer 1 hinein, sondern
an dieser bzw. an deren dem Radialverdichter 2 zugewandten Stirnwand außenseitig
vorbei in den sog. Verdichter-Rückraum 8. Ferner kann eine geringe Teilmenge
von Leckluft aus der Brennkammer ebenfalls in den Verdichter-Rückraum 8 gelangen.
Diese beiden sich im Verdichter-Rückraum 8 vermischenden Luftströme werden
dabei generell als Leckluft 6a bezeichnet.The
Der sich rückseitig des Verdichter-Laufrades 2a befindende Verdichter-Rückraum 8
muß folglich belüftet werden, d.h. die Leckluft 6a muß aus dem Verdichter-Rückraum
8 auch wieder abgeführt werden. Dies erfolgt über die zumindest bereichsweise,
hier jedoch vollständig hohl ausgeführte Rotorwelle 4, bzw. genauer
über deren Innenraum 4a. Wie ersichtlich ist das vordere dem Verdichter-Laufrad 2a
zugewandte Ende der Rotorwelle 4 flanschartig ausgebildet und stellt dabei ein sog.
Kreuzungsteil 4b dar. Durch dieses flanschartige Kreuzungsteil 4b gehen mehrere
(hier bevorzugt über dem Umfang des Kreuzungsteiles 4b gleichmäßig verteilt drei)
Entlüftungsbohrungen 9 hindurch, die somit eine Verbindung zwischen dem Rotorwellen-Innenraum
4a sowie letztendlich dem Verdichter-Rückraum 8 herstellen. Im
übrigen ist über dieses flanschartige Kreuzungsteil 4b die Rotorwelle 4 mit dem Verdichter-Laufrad
2a drehfest verbunden.The compressor rear space 8 located on the rear side of the compressor impeller 2a
must therefore be ventilated, i.e. the leakage air 6a must come from the compressor back space
8 can also be removed again. This is done at least in some areas,
here, however, completely
Nachdem nun also die Leckluft 6a aus dem Verdichter-Rückraum 8 über die Entlüftungsbohrungen
9 im Kreuzungsteil 4b in den Innenraum 4a der Rotorwelle 4 gelangt
ist, wird sie aus diesem über ein im dem Turbinenteil 5 zugewandten Endbereich
der Rotorwelle 4 vorgesehenes Abführrohr 4c, welches die Turbinenscheibe
5a in einer zentralen Austrittsöffnung 10 durchdringt, letztendlich in die Umgebung
abgeführt, und zwar genauer über die hier nicht figürlich dargestellte Schubdüse der
Kleingasturbine.Now that the leakage air 6a from the compressor rear space 8 via the
Über das Kreuzungsteil 4b der Rotorwelle 4 wird jedoch nicht nur die Leckluft 6a aus
dem Verdichter-Rückraum 8 abgeführt, sondern gleichzeitig der in der Brennkammer
1 zu verbrennende Brennstoff der Brennkammer 1 zugeführt. Wie an Kleingasturbinen
mit Slinger-Brennkammern üblich wird nämlich der Brennstoff durch
eine konzentrisch zur Drehachse des Radialverdichters 2 oder der Rotorwelle 4
verlaufende Bohrung 11 im Verdichter-Laufrad 2a bzw. genauer durch ein darin vorgesehenes
Förderrohr 12 letztendlich zur Brennkammer 1 geleitet. Hierzu mündet
im hier linksseitigen Anfangabereich des Förderrohres 12 ein mit einer nicht gezeigten
relativ schwach dimensionierten und insbesondere nicht als Hochdruckpumpe
ausgebildeten Brennstoffpumpe, die aus einem ebenfalls nicht gezeigten Vorratsbehälter
den Brennstoff für den Betrieb der Kleingasturbine fördert, verbundenes
Brennstoff-Einspritzröhrchen 13.However, not only the leakage air 6a is emitted via the crossing part 4b of the
Der hierüber eingebrachte Brennstoff gelangt somit durch das Förderrohr 12 und
über einen im folgenden noch näher erläuterten Fliehkraftsiphon 14 in eine bevorzugt
zentral im Kreuzungsteil 4b der Rotorwelle 4, dabei jedoch abseits der Entlüftungsbohrungen
9 vorgesehene Verteilerkammer 15, von welcher mehrere in Radialrichtung
16 verlaufende Zulieferbohrungen 17 abzweigen. Über diese ebenfalls
im Kreuzungsteil 4b vorgesehenen Zulieferbohrungen 17, die versetzt zu den Entlüftungsbohrungen
9 angeordnet sind, so daß sich die Zulieferbohrungen 17 und die
Entlüftungsbohrungen 9 nicht schneiden, kann daher der Brennstoff letztendlich in
die Brennkammer 1 gelangen. Bevorzugt sind dabei drei derartige Zulieferbohrungen
17 gleichmäßig über dem Umfang des Kreuzungsteiles 4b verteilt vorgesehen.The fuel introduced in this way thus passes through the
Bezüglich des im folgenden beschriebenen, zwischen dem Förderrohr 12 sowie der
Verteilerkammer 15 vorgesehenen Fliehkraftsiphons 14 wird der Übersichtlichkeit
halber insbesondere auf die vergrößerte Darstellung nach Fig. 2 verwiesen. Der
Sinn dieses Fliehkraftsiphons 14 liegt darin, den Anfangsbereich des Brennstoffeinspritzsystemes,
nämlich das Brennstoff-Einspritzröhrchen 13 sowie das Förderrohr
12 gegenüber der Brennkammer 1 abzudichten, insbesondere um eine ausgezeichnete
Regelbarkeit des gesamten Brennstoffeinspritzsystemes der Kleingasturbine
auch bei niedrigen Drehzahlen derselben zu gewährleisten und um darüber hinaus
die Möglichkeit eines bei Kleingasturbinen oftmals angestrebten Windmillstarts
bestmöglich sicherzustellen. With regard to the
Wie Fig.2 zeigt, gelangt der über das Einspritzröhrchen 13 herangeführte Brennstoff
aus dem Förderrohr 12 austretend abermals unter Fliehkrafteinfluß auf die innere
Oberfläche eines sog. Verteilerkonus 20 und über diesen aufgrund einer im Kreuzungsteil
4b vorgesehenen Prallplatte 21 entlang derselben über einen zwischen
dem freien Ende des Verteilerkonus 20 sowie der Prallplatte 21 vorgesehenen ersten
Spaltraum 33 in Radialrichtung 16 nach außen in den Bereich zumindest einer,
insbesondere jedoch mehrerer in den Rand der Prallplatte 21 eingebrachter axialer
Nuten 22. Über bzw. durch diese Nuten 22 gelangt der Brennstoff dann entlang der
dem Verteilerkonus 20 abgewandten Seite, d.h. entlang der der Brennkammer 1
zugewandten Seite der Prallplatte 21 in Radialrichtung 16 betrachtet über einen sog.
zweiten Spaltraum 34 nach innen, d.h. in Richtung der Zentralachse 19 in die bereits
beschriebene Verteilerkammer 15.
Im übrigen erkennt man in Fig.2 genauer eine mit der Bezugsziffer 23 bezeichnete
Schraubverbindung, über welche das Verdichter-Laufrad 2a an die Rotorwelle 4
bzw. an das Kreuzungsteil 4b derselben angeflanscht ist.As shown in FIG. 2 , the fuel brought in via the
Otherwise , one can see in FIG. 2 more precisely a screw connection designated by
Der Fliehkraftsiphon 14 bzw. genauer die innerhalb dessen auf die darin befindliche
Brennstoffmenge durch die Rotation der Rotorwelle 4 einwirkenden Zentrifugalkräfte
hat/haben zur Folge, daß im zweiten Spaltraum 34 des Fliehkraftsiphons 14 ein gewisser
Brennstoffdruck herrscht, d.h. im zweiten Spaltraum 34 ist der sich darin aktuell
befindende Brennstoff quasi auf einen gewissen Druckwert verdichtet. Diese
Tatsache wird nun in der Weise genutzt, daß aus diesem zweiten Spaltraum 34 eine
Teilmenge von Brennstoff abgezweigt und letztlich dem turbinenteilseitigen Wälzlager
36 zu Schmier- und Kühlzwecken zugeführt wird.The
Hierzu zweigt vom Fliehkraftsiphon 14 brennkammerseitig und dabei (bezüglich der
Brennstoff-Strömungsrichtung) stromauf der Zulieferbohrungen 17, d.h. vom zweiten
Spaltraum 34 des Fliehkraftsiphons 14, ein Kapillarrohr 38 ab, über welches eine
Brennstoff-Teilmenge dem turbinenteilseitigen Wälzlager 36 zugeführt wird. Der Begriff
Kapillarrohr" verdeutlicht dabei, daß es sich bei dem eine Brennstoff-Teilmenge
dem turbinenteilseitigen Wälzlager 36 zuführenden Element um ein Rohr oder
Röhrchen oder dgl. handelt, in welchem sich eine Durchflußbohrung 38a mit einem
relativ geringem Durchflußquerschnitt befindet. In diesem Zusammenhang sei ausdrücklich
darauf hingewiesen, daß anstelle eines Kapillarrohres (38) auch ein anderes
geeignetes Element verwendet werden kann, welches den gleichen Zweck erfüllt,
so bspw. ein Schlauch mit relativ geringen Durchflußquerschnitt. Alternativ kann
auch eine entsprechend dünne (Durchfluß-)Bohrung (38a) direkt in der Rotorwelle 4
vorgesehen sein, über welche eine Brennstoff-Teilmenge dem turbinenteilseitigen
Wälzlager 36 abzweigend vom zweiten Spaltraum 34 des Fliehkraftsiphons 14 zugeführt
wird; auch eine derartige (hier der Einfachheit halber nicht figürlich dargestellte)
Ausführungsform soll unter den Begriff des Kapillarrohres 38 fallen.For this purpose, a
Was nun die Anordnung des hier im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
figürlich dargestellten Kapillarrohres 38 betrifft, so ist dieses eintrittsseitig,
d.h. im Bereich des Fliehkraftsiphons 14, im Kreuzungsteil 4b der Rotorwelle 4 aufgehängt
bzw. in eine geeignet angeordnete Aufnahmebohrung 39 im Kreuzungsteil
4b eingesteckt. Das Kapillarrohr 38 verläuft dann weiter innerhalb der Rotorwelle 4
und dabei abschnittsweise im Innenraum 4a derselben, abschnittsweise jedoch
auch in der (nicht mit einer separaten Bezugsziffer bezeichneten) Wand der Rotorwelle
4. Wie ersichtlich ist das Kapillarrohr 38 hierzu in ein geeignet in die Rotorwellenwand
eingebrachtes Sackloch 40 eingesteckt. Dabei mündet das Kapillarrohr
38 in das geschlossene Ende des Sackloches 40, von welchem eine die Wand der
Rotorwelle 4 im wesentlichen in Radialrichtung 16 durchdringende Bohrung 41 abzweigt,
so daß die über das Kapillarrohr 38 unter Einfluß des Fliehkraftsiphons 14
sowie ausgehend von diesem herangeführte Brennstoff-Teilmenge durch diese Bohrung
41 in einen sog. Lager-Ringraum 42 gelangen kann, in welchem das turbinenteilseitige
Wälzlager 36 angeordnet ist.What now the arrangement of the here in the context of a preferred embodiment
Der genannte Lager-Ringraum 42 wird somit in Radialrichtung 16 nach innen durch
die Außenseite der Rotorwelle 4 und in Radialrichtung 16 nach außen durch einen
nicht näher bezeichneten Abschnitt des Gehäuses 37 der Kleingasturbine begrenzt.
In Axialrichtung 3 bzw. in Strömungsrichtung der Kleingasturbinen-Arbeitsgase betrachtet
wird der Lager-Ringraum 42 (rechtsseitig) durch das turbinenteilseitige
Wälzlager 36 und gegen die Strömungsrichtung betrachtet (d.h. linksseitig und somit
zur Brennkammer 1 hin) durch eine insbesondere als Labyrinth-Dichtung ausgebildete
Dichtung 43 begrenzt. Diese Dichtung 43 erlaubt einen geringfügigen Durchtritt
von Brennkammergas, d.h. von den in der Brennkammer 1 befindlichen Gasen,
nachdem die hier figürlich dargestellten, jedoch nicht näher mit Bezugsziffern versehenen
Brennkammerwände - wie bei Kleingasturbinen üblich - nicht absolut dicht
sind, so daß über diese Dichtung 43 ein Bruchteil des Brennkammergases in den
Lager-Ringraum 42 eindringt, dort den aus der Bohrung 41 austretenden Brennstoff
mitreißt und diesen somit in Axialrichtung 3 direkt in das Wälzlager 36 einleitet. Somit
wird das Wälzlager 36 einfach und zuverlässig mit einer Brennstoff-Teilmenge
zu Schmier- und Kühlzwecken versorgt.Said bearing
Abgeführt wird diese dem Wälzlager 36 aufgrund der die Dichtung 43 passierenden
Brennkammergase in Nebelform zugeführte Brennstoff-Teilmenge über den sich in
Axialrichtung 3 hinter dem Wälzlager 36 befindenden Lager-Rückraum 44, von welchem
aus die Brennstoff-Teilmenge inclusive der Brennkammergase dann in den
Arbeitsgas-Strömungskanal 45 gelangen kann, d.h. die Abfuhr erfolgt über das Turbinenteil
5 letztendlich in die Umgebung.This is removed from the
Sowohl in Fig.2 als auch in Fig.3 erkennt man im übrigen, daß das Kapillarrohr 38
im Sackloch 40 über weiten Bereichen geringfügig von der Wand der Rotorwelle 4
beabstandet ist, so daß die im Kapillarrohr 38 geführte Brennstoff-Teilmenge so wenig
als möglich von der heißen Rotorwelle 4 aufgeheizt wird. Insofern ist die Verwendung
eines eigentlichen Kapillarrohres 38 wesentlich günstiger, als wenn die
Brennstoff-Teilmenge dem Wälzlager 36 über eine direkt in der Rotorwellen-Wand
vorgesehene Bohrung zugeführt würde, da im letztgenannten Fall die Brennstoff-Teilmenge
bis zum Verdampfen erwärmt werden würde, jedoch kann dies sowie
eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend
vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen. Both in FIG. 2 and in FIG. 3 , moreover , it can be seen that the
- 11
- Radial- oder Slinger-Brennkammer, auch nur Brennkammer genanntRadial or Slinger combustion chamber, also called combustion chamber
- 22nd
- RadialverdichterCentrifugal compressors
- 2a2a
- Verdichter-LaufradCompressor impeller
- 33rd
- AxialrichtungAxial direction
- 44th
- RotorwelleRotor shaft
- 4a4a
- Innenraum von 4Interior of 4
- 4b4b
- (flanschartiges) Kreuzungsteil von 4(flange-like) crossing part of 4
- 4c4c
- AbführrohrDischarge pipe
- 55
- TurbinenteilTurbine part
- 5a5a
- TurbinenscheibeTurbine disc
- 66
- der Brennkammer zugeführter Luftstrom, von 2 gefördertair flow supplied to the combustion chamber, promoted by 2
- 6a6a
- LeckluftLeakage air
- 88th
- Verdichter-RückraumCompressor back room
- 99
- Entlüftungsbohrung (in 4b)Vent hole (in 4b)
- 1010th
- (zentrale) Austrittsöffnung (in 5a)(central) outlet opening (in 5a)
- 1111
- (zentrale) Bohrung in 2a, die 12 aufnimmt(central) bore in 2a, which receives 12
- 1212th
- Förderrohr (für Brennstoff, in 2a verlaufend)Delivery pipe (for fuel, running in 2a)
- 1313
- Brennstoff-EinspritzröhrchenFuel injection tube
- 1414
- FliehkraftsiphonCentrifugal siphon
- 1515
- Verteilerkammer (für Brennstoff, in 4b)Distribution chamber (for fuel, in 4b)
- 1616
- RadialrichtungRadial direction
- 1717th
- Zulieferbohrung (für Brennstoff, in 4b)Supplier drilling (for fuel, in 4b)
- 1919th
- Zentralachse (der Kleingasturbine)Central axis (of the small gas turbine)
- 2020th
- VerteilerkonusDistribution cone
- 2121
- PrallplatteBaffle plate
- 2222
- axiale Nut(en) im Rand von 21axial groove (s) in the edge of 21
- 2323
- SchraubverbindungScrew connection
- 3333
- erster Spaltraumfirst gap
- 3434
- zweiter Spaltraumsecond gap
- 3535
- verdichterteilseitiges WälzlagerRolling bearing on the compressor part side
- 3636
- turbinenteilseitiges WälzlagerRolling bearing on the turbine part side
- 3737
- Gehäuse (der Kleingasturbine)Casing (of the small gas turbine)
- 3838
- KapillarrohrCapillary tube
- 38a38a
- DurchflußbohrungFlow hole
- 3939
- Aufnahmebohrung (für 38 in 4b)Location hole (for 38 in 4b)
- 4040
- SacklochBlind hole
- 4141
- Bohrungdrilling
- 4242
- Lager-RingraumBearing annulus
- 4343
- Dichtungpoetry
- 4444
- Lager-RückraumWarehouse back room
- 4545
- Arbeitsgas-StrömungskanalWorking gas flow channel
Claims (4)
und wobei im oder stromauf des Kreuzungsteil(es) (4b) ein den Zulieferbohrungen (17) vorgelagerter vom Brennstoff durchströmter Fliehkraftsiphon (14) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß vom Fliehkraftsiphon (14) brennkammerseitig und dabei stromauf der Zulieferbohrungen (17) ein Kapillarrohr (38) abzweigt, über welches eine Brennstoff-Teilmenge dem turbinenteilseitigen Wälzlager (36) zugeführt wird. Small gas turbine with a radial or Slinger combustion chamber as well as with a radial compressor (2) or diagonal compressor upstream of the radial or Slinger combustion chamber and with a compressor that runs in the axial direction (3) and is supported by at least one roller bearing (36) Turbine part (5) connected to the rotor shaft (4), the fuel passing through a delivery pipe (12) provided in the impeller (2a) of the radial compressor / diagonal compressor into a crossing part (4b) of the rotor shaft (4) located in the region of the combustion chamber (1) near the compressor and is supplied to the combustion chamber (1) via supply bores (17) running essentially in the radial direction (16) thereof,
and wherein a centrifugal siphon (14) through which the fuel flows is provided in or upstream of the intersection part (es) (4b) upstream of the supply bores (17),
characterized in that a capillary tube (38) branches off from the centrifugal siphon (14) on the combustion chamber side and thereby upstream of the supply bores (17), via which a partial fuel quantity is fed to the roller bearing (36) on the turbine part side.
dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarrohr (38) stromauf der Verteilerkammer (15) vom zweiten Spaltraum (34) abzweigt.Small gas turbine according to claim 1, wherein the centrifugal siphon (14) is formed by a baffle plate (21) which adjoins the end of the delivery pipe (12) with the formation of a first gap space (33) extending outward in the radial direction (16), the baffle plate Fuel emerging from the delivery pipe (12) passes via this first gap space (33) into the area of at least one axial groove (22) made in the edge of the baffle plate (21) and via this on the side of the baffle plate (1) facing the combustion chamber (1). 21) is guided inwards again radially inwards into a distributor chamber (15) from which the supply bores (17) branch off, via a second gap space (34),
characterized in that the capillary tube (38) branches off from the second gap space (34) upstream of the distribution chamber (15).
dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarrohr (38) in der Rotorwelle (4) verläuft und vor einer die Wand der Rotorwelle (4) durchdringenden Bohrung (41) mündet, über welche die Brennstoff-Teilmenge in einen Lager-Ringraum (42) gelangt, in welchem das Wälzlager (36) angeordnet ist.Small gas turbine according to claim 1 or 2,
characterized in that the capillary tube (38) runs in the rotor shaft (4) and opens in front of a bore (41) which penetrates the wall of the rotor shaft (4) and through which the partial fuel quantity reaches a bearing annular space (42) which the roller bearing (36) is arranged.
dadurch gekennzeichnet, daß der Lager-Ringraum (42) zur Seite der Brennkammer (1) hin mittels einer insbesondere als Labyrinth-Dichtung ausgebildeten Dichtung (43), die einen geringfügigen Durchtritt von Brennkammergas ermöglicht, abgegrenzt ist.Small gas turbine according to one of the preceding claims,
characterized in that the bearing annular space (42) is delimited to the side of the combustion chamber (1) by means of a seal (43), in particular designed as a labyrinth seal, which allows a slight passage of combustion chamber gas.
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