EP2224101A1

EP2224101A1 - Gas turbine

Info

Publication number: EP2224101A1
Application number: EP09002892A
Authority: EP
Inventors: Marc Bröker; Tobias Dr. Buchal
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-01

Abstract

The gas turbine (1) has a flow directing device (34) arranged in a flow channel (24) downstream of a turbine unit (6) in a flowing medium side. The flow directing device is pivotable during operation of the gas turbine and includes an actuator device provided for aligning a position of a pivoting joint (38). The flow directing device includes a flow directing grid (36) with a number of flow directing sheets (40), which are arranged perpendicular to the grid. Each sheet includes multiple segments placed at a distance from each other in a flow direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einer einer Turbineneinheit strömungsmediumsseitig nachgeschalteten, in einem Strömungsmediumskanal angeordneten Strömungsleitvorrichtung. Sie betrifft weiter eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit einer derartigen Gasturbine.The invention relates to a gas turbine with a flow unit connected downstream of a turbine unit, arranged in a flow medium channel flow guide. It further relates to a gas and steam turbine plant with such a gas turbine.

Gasturbinen werden in vielen Bereichen zum Antrieb von Generatoren oder von Arbeitsmaschinen eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt eines Brennstoffes zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Turbinenwelle genutzt. Der Brennstoff wird dazu in einer Brennkammer verbrannt, wobei von einem Luftverdichter verdichtete Luft zugeführt wird. Das in der Brennkammer durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte, unter hohem Druck und unter hoher Temperatur stehende Arbeitsmedium wird dabei über eine der Brennkammer nachgeschaltete Turbineneinheit geführt, wo es sich arbeitsleistend entspannt.Gas turbines are used in many areas to drive generators or work machines. In this case, the energy content of a fuel is used to generate a rotational movement of a turbine shaft. For this purpose, the fuel is burned in a combustion chamber, compressed air being supplied by an air compressor. The working medium produced in the combustion chamber by the combustion of the fuel, under high pressure and at high temperature, is guided via a turbine unit arranged downstream of the combustion chamber, where it relaxes to perform work.

Zur Erzeugung der Rotationsbewegung der Turbinenwelle sind dabei an dieser eine Anzahl von üblicherweise in Schaufelgruppen oder Schaufelreihen zusammengefassten Laufschaufeln angeordnet, die über einen Impulsübertrag aus dem Arbeitsmedium die Turbinenwelle antreiben. Zur Strömungsführung des Arbeitsmediums sind zudem üblicherweise zwischen benachbarten Laufschaufelreihen mit dem Turbinengehäuse verbundene, zu Leitschaufelreihen zusammengefasste Leitschaufeln angeordnet. Diese sind an einem üblicherweise hohlzylinder- oder hohlkegelförmigen Leitschaufelträger befestigt.To generate the rotational movement of the turbine shaft, a number of rotor blades, which are usually combined into blade groups or rows of blades, are arranged thereon and drive the turbine shaft via a momentum transfer from the working medium. For guiding the flow of the working medium, guide vanes are also usually arranged between adjacent rotor blade rows and connected to the turbine housing, which are combined into rows of guide blades. These are attached to a usually hollow cylindrical or hollow cone-shaped vane carrier.

Bei der Auslegung derartiger Gasturbinen ist zusätzlich zur erreichbaren Leistung üblicherweise ein besonders hoher Wirkungsgrad ein Auslegungsziel. Eine Erhöhung des Wirkungsgrades lässt sich dabei aus thermodynamischen Gründen grundsätzlich durch eine Erhöhung der Austrittstemperatur erreichen, mit der das Arbeitsmedium aus der Brennkammer ab und in die Turbineneinheit einströmt. Dabei werden Temperaturen von etwa 1.200 °C bis 1.500 °C für derartige Gasturbinen angestrebt und auch erreicht.In the design of such gas turbines in addition to the achievable power usually a particularly high efficiency is a design target. An increase in the efficiency can be achieved for thermodynamic reasons basically by increasing the outlet temperature, with the working medium from the combustion chamber and flows into the turbine unit. Temperatures of about 1200 ° C to 1500 ° C for such gas turbines are sought and achieved.

Zur weiteren Ausnutzung dieser vergleichsweise hohen Temperaturen kann die Gasturbine dabei in einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk kombiniert sein. Dabei wird dem Strömungskanal der Gasturbine bzw. dem im Strömungskanal angeordneten Abgasdiffusor der Gasturbine ein Dampfkessel nachgeschaltet, in dem Dampf erzeugt wird, der dann in einer Dampfturbine zur Erzeugung mechanischer Energie genutzt werden kann. Zweck des Abgasdiffusors ist es dabei, die ursprüngliche Strömung zu verlangsamen, wobei sich gleichzeitig der Gasdruck erhöht. Der Diffusor wandelt somit die kinetische Energie des Strömungsmediums in Druckenergie um.To further exploit these comparatively high temperatures, the gas turbine can be combined in a gas and steam turbine power plant. Here, the flow channel of the gas turbine or arranged in the flow channel exhaust gas diffuser of the gas turbine downstream of a steam boiler is generated in the steam, which can then be used in a steam turbine for generating mechanical energy. The purpose of the exhaust diffuser is to slow down the original flow, at the same time increasing the gas pressure. The diffuser thus converts the kinetic energy of the flow medium into pressure energy.

An die Strömung im Abgasdiffusor der Gasturbine werden dabei von verschiedenen Seiten Anforderungen gestellt. Einerseits soll ein maximaler Druckrückgewinn zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades am Auslegungspunkt und ein möglichst geringer Abfall bei Entfernung vom Auslegungspunkt erzielt werden, andererseits soll kein instationäres Betriebsverhalten vorliegen, um die mechanische Integrität der Anlage nicht durch Schwingungsanregungen zu beeinträchtigen. Weiterhin ist eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung am Diffusoraustritt, d. h. gegebenenfalls am Eintritt zum Dampfkessel zum Erreichen eines guten Kesselwirkungsgrades und evtl. zur Ermöglichung des Einsatzes von Nachbrennern im Kesseleintritt wünschenswert.To the flow in the exhaust gas diffuser of the gas turbine are made from different sides requirements. On the one hand, a maximum pressure recovery to achieve maximum efficiency at the design point and the lowest possible drop at distance from the design point to be achieved, on the other hand, no transient operating behavior should be present in order not to affect the mechanical integrity of the system by vibrational excitations. Furthermore, the most uniform possible speed distribution at the diffuser outlet, d. H. optionally at the entrance to the boiler to achieve a good boiler efficiency and possibly to enable the use of afterburner in the boiler inlet desirable.

Aufgrund der starken Strömungsumlenkung und Querschnittserweiterung am Übergang vom Abgasdiffusor zum Eintritt des Dampfkessels ist es dort besonders schwierig, eine gleichmäßige und angelegte Strömung für alle Betriebszustände zu erreichen. Eine Ablösung der Strömung vom Rand des Abgasdiffusors kann dabei zu Druck- und damit Wirkungsgradverlusten sowie im instationären Fall ebenfalls zu Schwingungsanregung im Strömungskanal führen. In einigen Anlagen wird dabei versucht, die Strömung am Übergang vom Abgasdiffusor zum Kessel mit Hilfe von Strömungsleitvorrichtungen zu vergleichmäßigen. Derartige Konstruktionen sind in ihrer Wirkungsweise jedoch nur auf einen Betriebspunkt optimiert.Due to the strong flow deflection and cross-sectional widening at the transition from the exhaust gas diffuser to the inlet of the steam boiler, it is particularly difficult to achieve a uniform and applied flow for all operating conditions. A detachment of the flow from the edge of the exhaust diffuser can lead to pressure and thus efficiency losses as well as in unsteady case also to vibration excitation in Lead the flow channel. In some installations it is attempted to equalize the flow at the transition from the exhaust gas diffuser to the boiler with the aid of flow guidance devices. However, such constructions are optimized in their mode of action only to one operating point.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine der oben genannten Art anzugeben, welche bei größtmöglicher betrieblicher Sicherheit und Lebensdauer einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist.The invention is therefore based on the object to provide a gas turbine of the type mentioned above, which has a very high efficiency with the greatest possible operational safety and durability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Strömungsleitvorrichtung im Betrieb der Gasturbine schwenkbar ist.This object is achieved according to the invention by the flow-guiding device being pivotable during operation of the gas turbine.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein besonders sicherer Betrieb der Gasturbine bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad bei einer besonders gleichmäßigen und angelegten Strömung in den der Turbineneinheit nachgeschalteten Bereichen des Strömungskanals, insbesondere im Abgasdiffusor, erreichbar wäre. Dabei kann diese Strömung aufgrund ihrer Komplexität durch Berechnungen während der Auslegung insbesondere für Teillastzustände nur sehr ungenau vorhergesagt werden. Dies führt zu Einschränkungen der tatsächlich realisierbaren Fahrweisen. Weiterhin hängt die Strömung stark von der Betriebsweise der Gasturbine ab. Eine Optimierung der Strömung wäre somit möglich, wenn die Strömungsleitvorrichtung an den jeweils gegebenen Betriebspunkt anpassbar wäre und die Strömung während des Betriebs gezielt beeinflusst werden könnte. Dies ist erreichbar, indem die Strömungsleitvorrichtung im Betrieb der Gasturbine schwenkbar ist.The invention is based on the consideration that a particularly safe operation of the gas turbine with simultaneously high efficiency with a particularly uniform and applied flow in the turbine unit downstream areas of the flow channel, in particular in the exhaust gas diffuser, would be achievable. Due to its complexity, this flow can only be predicted very inaccurately during calculations, especially for partial load conditions. This leads to limitations of the actually realizable driving styles. Furthermore, the flow depends strongly on the operation of the gas turbine. An optimization of the flow would thus be possible if the flow-guiding device could be adapted to the respective given operating point and the flow could be influenced in a targeted manner during operation. This can be achieved by the flow guide is pivotable during operation of the gas turbine.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Strömungsleitvorrichtung dabei im Bereich eines Abgasdiffusors der Gasturbine angeordnet. Insbesondere durch den Einsatz einer verstellbaren Strömungsleitvorrichtung an der Schnittstelle zwischen Gasturbinenabgasdiffusor und nachgeschalteten Bauteilen kann die Anströmung entweder eines Abgasturms, eines Dampfkessels oder der Nachbrenner während des Betriebs optimal an den Betriebspunkt eingestellt werden. Durch eine Verstellbarkeit in diesem Bereich ist eine besonders gleichmäßige und angelegte Strömung für alle Betriebszustände erreichbar. Damit werden Schwingungsanregungen vermieden und ein besonders hoher Wirkungsgrad und eine besonders hohe betriebliche Sicherheit der Gasturbine im Betrieb erreicht.In an advantageous embodiment, the flow-guiding device is arranged in the region of an exhaust gas diffuser of the gas turbine. In particular, through the use of an adjustable Strömungsleitvorrichtung at the interface between gas turbine exhaust diffuser and downstream components, the flow of either an exhaust tower, a steam boiler or the afterburner can be optimally adjusted to the operating point during operation. By an adjustability in this area a particularly uniform and applied flow for all operating conditions can be achieved. This vibration excitations are avoided and achieved a particularly high efficiency and a particularly high operational safety of the gas turbine during operation.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Strömungsleitvorrichtung dabei ein Schwenkgelenk sowie eine zur Ausrichtung der Position des Schwenkgelenks vorgesehene Stellantriebsvorrichtung. Dadurch kann die Strömungsleitvorrichtung stromauf- oder stromabwärts um eine vorbestimmte Gradzahl durch entsprechende Ansteuerung der Stellantriebsvorrichtung geschwenkt werden. Als Stellantriebsvorrichtung kann dabei beispielsweise ein Stellmotor oder ein hydraulischer Stellantrieb vorgesehen sein.In a further advantageous embodiment, the flow guiding device comprises a pivot joint and an actuator device provided for aligning the position of the pivot joint. Thereby, the Strömungsleitvorrichtung upstream or downstream by a predetermined number of degrees by appropriate control of the actuator device can be pivoted. As an actuator device can be provided, for example, a servomotor or a hydraulic actuator.

Um eine besonders einfache Leitung der Strömung zu ermöglichen, sollte die Strömungsleitvorrichtung dabei vorteilhafterweise ein Strömungsleitgitter mit einer Anzahl von Strömungsleitblechen umfassen. Das Strömungsleitgitter sollte dabei einen einseitig aufgehängten Gitterrahmen umfassen, auf dem die Strömungsleitgitter selbst angeordnet sind. Der Rahmen selbst sollte den freien Strömungsquerschnitt dabei möglichst wenig einengen. Durch Schwenken des Rahmens können die auf ihm befestigten Leitbleche eine Strömungsumlenkung herbeiführen, womit eine vergleichsweise gleichmäßigere Verteilung der Strömung im stromabliegenden Bauteil erreicht wird, wodurch insbesondere Strömungsablösungen an Außenwänden vermieden werden.In order to allow a particularly simple flow of the flow, the flow guide should advantageously comprise a Strömungsleitgitter with a number of Strömungsleitblechen. The Strömungsleitgitter should include a cantilevered grid frame on which the Strömungsleitgitter are arranged itself. The frame itself should minimize the free flow cross section as little as possible. By pivoting the frame, the baffles mounted on it can bring about a flow deflection, whereby a comparatively uniform distribution of the flow in the downstream component is achieved, whereby flow separation on outer walls in particular is avoided.

Vorteilhafterweise ist das jeweilige Strömungsleitblech dabei senkrecht zum Strömungsleitgitter angeordnet, um eine optimale Leitung der Strömung zu gewährleisten.Advantageously, the respective flow baffle is arranged perpendicular to the Strömungsleitgitter to ensure optimum management of the flow.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst das jeweilige Strömungsleitblech mehrere, in Strömungsrichtung voneinander beabstandete Segmente. Dadurch werden größere und insbesondere instationäre Ablösezonen an den Strömungsleitblechen vermieden.In a further advantageous embodiment, the respective flow baffle comprises several, in the flow direction of each other spaced segments. As a result, larger and especially unsteady separation zones are avoided on the Strömungsleitblechen.

Vorteilhafterweise umfasst die Strömungsleitvorrichtung zwei im Strömungskanal gegenüberliegend angeordnete Strömungsleitgitter. Dadurch ist eine Strömungsbeeinflussung an gegenüberliegenden Wänden des Strömungskanals separat möglich und es wird eine besonders gute Vermeidung einer Strömungsablösung erreicht.Advantageously, the flow guiding device comprises two Strömungsleitgitter arranged opposite one another in the flow channel. As a result, a flow influencing on opposite walls of the flow channel is separately possible and it is achieved a particularly good avoidance of flow separation.

Um in einem größeren Bereich des Strömungskanals eine Beeinflussung der Strömung zu erreichen, umfasst die Strömungsleitvorrichtung vorteilhafterweise eine Anzahl von im Strömungskanal strömungsmediumsseitig hintereinander geschalteten Strömungsleitgittern. Dabei umfasst die Strömungsleitvorrichtung in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung eine Mehrzahl von Schwenkgelenken, deren Schwenkachsen in unterschiedliche Richtungen weisen. Durch einen derartigen Einsatz von weiteren Reihen von Strömungsleitgittern mit beispielsweise um 90° verdrehten Schwenkachsen ist eine Strömungsbeeinflussung in einem besonders großen Bereich möglich und die radiale Geschwindigkeitsverteilung im Abgasdiffusor kann in jedem Betriebszustand gezielt beeinflusst werden. Somit können Rückströmzonen insbesondere auf der Mittelachse am Eintritt des Kessels oder Abgasturms und in der Ebene der Nachbrenner über einen möglichst großen Bereich vermieden werden.In order to achieve an influencing of the flow in a larger region of the flow channel, the flow guidance device advantageously comprises a number of flow guide gratings connected in series behind one another in the flow channel on the flow medium side. In a further advantageous embodiment, the flow-guiding device comprises a plurality of pivot joints whose pivot axes point in different directions. Through such use of further rows of Strömungsleitgittern with, for example, rotated by 90 ° pivot axes flow influencing in a particularly large area is possible and the radial velocity distribution in the exhaust diffuser can be selectively influenced in each operating condition. Thus Rückströmzonen can be avoided in particular on the central axis at the entrance of the boiler or exhaust tower and in the plane of the afterburner over the largest possible area.

In vorteilhafter Ausgestaltung kommt eine derartige Gasturbine in einer Gas- und Dampfturbinenanlage zum Einsatz, da eine der Turbineneinheit strömungsmediumsseitig nachgeschaltete Strömungsleitvorrichtung, die im Betrieb der Gasturbine schwenkbar ist, eine Optimierung der Strömung des Strömungsmediums in den der Gasturbine nachgeschalteten Dampfkessel ermöglicht. Somit wird ein besonders hoher Wirkungsgrad bei gleichzeitig besonders hoher betrieblicher Sicherheit durch Vermeidung von Flammenrückschlag beim Einsatz von Nachbrennern erreicht.In an advantageous embodiment, such a gas turbine is used in a gas and steam turbine plant, since one of the turbine unit flow medium downstream flow guide, which is pivotable during operation of the gas turbine, optimizing the flow of the flow medium in the gas turbine downstream boiler allows. Thus, a particularly high efficiency is achieved at the same time particularly high operational safety by avoiding flashback when using afterburner.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch den Einsatz einer im Betrieb der Gasturbine schwenkbaren Strömungsleitvorrichtung am Austritt der Gasturbine ein besonders hoher Wirkungsgrad einer Gasturbine sowie einer Gas- und Dampfturbinenanlage durch gezielte Beeinflussung und Optimierung der Gasströmung für eine Vielzahl von Betriebszuständen erreicht wird. Durch den Einsatz eines verstellbaren Strömungsleitgitters im Bereich des Abgasdiffusors kann nämlich die Anströmung des Abgasturms bzw. des Kessels oder der Nachbrenner während des Betriebs optimal an den Betriebspunkt eingestellt werden. Die Strömung wird zudem gleichmäßiger verteilt, wodurch insbesondere Strömungsablösungen an Außenwänden vermieden werden. Durch die Schwenkbarkeit der Strömungsleitvorrichtung ist eine Veränderung der Strömung während des Betriebs und somit eine Nachregelung bei verschiedenen Fahrweisen der Gasturbine möglich.The advantages achieved by the invention are in particular that achieved by the use of a pivotable in operation of the gas turbine Strömungsleitvorrichtung at the outlet of the gas turbine, a particularly high efficiency of a gas turbine and a gas and steam turbine plant by selectively influencing and optimizing the gas flow for a variety of operating conditions becomes. The use of an adjustable Strömungsleitgitters in the region of the exhaust diffuser namely the flow of the exhaust tower or the boiler or the afterburner can be optimally adjusted during operation to the operating point. The flow is also distributed more evenly, which in particular flow separation on outer walls are avoided. Due to the pivoting of the flow-guiding device, a change in the flow during operation and thus a readjustment in the case of different operating modes of the gas turbine is possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1: einen Halbschnitt durch eine Gasturbine,
FIG 2: eine Gasturbine mit einem einfachen Strömungsleitgitter im Bereich des Abgasdiffusors, und
FIG 3: eine Gasturbine mit zwei gegenüberliegend angeordneten Strömungsleitgittern im Bereich des Abgasdiffusors.

An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

FIG. 1: a half-section through a gas turbine,
FIG. 2: a gas turbine with a simple Strömungsleitgitter in the region of the exhaust diffuser, and
FIG. 3: a gas turbine with two oppositely arranged Strömungsleitgittern in the region of the exhaust diffuser.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.

Die Gasturbine 1 gemäß FIG 1 weist einen Verdichter 2 für Verbrennungsluft, eine Brennkammer 4 sowie eine Turbineneinheit 6 zum Antrieb des Verdichters 2 und eines nicht dargestellten Generators oder einer Arbeitsmaschine auf. Dazu sind die Turbineneinheit 6 und der Verdichter 2 auf einer gemeinsamen, auch als Turbinenläufer bezeichneten Turbinenwelle 8 angeordnet, mit der auch der Generator bzw. die Arbeitsmaschine verbunden ist, und die um ihre Turbinenachse 9 drehbar gelagert ist. Die in der Art einer Ringbrennkammer ausgeführte Brennkammer 4 ist mit einer Anzahl von Brennern 10 zur Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs bestückt.The gas turbine 1 according to FIG. 1 has a compressor 2 for combustion air, a combustion chamber 4 and a turbine unit 6 for driving the compressor 2 and a generator, not shown, or a working machine. These are the turbine unit 6 and the compressor 2 are arranged on a common turbine shaft 8, also referred to as a turbine rotor, with which the generator or the working machine is also connected, and which is rotatably mounted about its turbine axis 9. The running in the manner of an annular combustion chamber 4 is equipped with a number of burners 10 for the combustion of a liquid or gaseous fuel.

Die Turbineneinheit 6 weist eine Anzahl von mit der Turbinenwelle 8 verbundenen, rotierbaren Laufschaufeln 12 auf. Die Laufschaufeln 12 sind kranzförmig an der Turbinenwelle 8 angeordnet und bilden somit eine Anzahl von Laufschaufelreihen. Weiterhin umfasst die Turbineneinheit 6 eine Anzahl von feststehenden Leitschaufeln 14, die ebenfalls kranzförmig unter der Bildung von Leitschaufelreihen an einem Leitschaufelträger 16 der Turbineneinheit 6 befestigt sind. Die Laufschaufeln 12 dienen dabei zum Antrieb der Turbinenwelle 8 durch Impulsübertrag vom die Turbineneinheit 6 durchströmenden Arbeitsmedium M. Die Leitschaufeln 14 dienen hingegen zur Strömungsführung des Arbeitsmediums M zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M gesehen aufeinander folgenden Laufschaufelreihen oder Laufschaufelkränzen. Ein aufeinander folgendes Paar aus einem Kranz von Leitschaufeln 14 oder einer Leitschaufelreihe und aus einem Kranz von Laufschaufeln 12 oder einer Laufschaufelreihe wird dabei auch als Turbinenstufe bezeichnet.The turbine unit 6 has a number of rotatable blades 12 connected to the turbine shaft 8. The blades 12 are arranged in a ring on the turbine shaft 8 and thus form a number of blade rows. Furthermore, the turbine unit 6 comprises a number of stationary vanes 14, which are also attached in a donut-like manner to a vane support 16 of the turbine unit 6 to form rows of vanes. The blades 12 serve to drive the turbine shaft 8 by momentum transfer from the turbine unit 6 flowing through the working medium M. The vanes 14, however, serve to guide the flow of the working medium M between two seen in the flow direction of the working medium M consecutive blade rows or blade rings. A successive pair of a ring of vanes 14 or a row of vanes and a ring of blades 12 or a blade row is also referred to as a turbine stage.

Jede Leitschaufel 14 weist eine Plattform 18 auf, die zur Fixierung der jeweiligen Leitschaufel 14 an einem Leitschaufelträger 16 der Turbineneinheit 6 als Wandelement angeordnet ist. Die Plattform 18 ist dabei ein thermisch vergleichsweise stark belastetes Bauteil, das die äußere Begrenzung eines Heißgaskanals für das die Turbineneinheit 6 durchströmende Arbeitsmedium M bildet. Jede Laufschaufel 12 ist in analoger Weise über eine auch als Schaufelfuß bezeichnete Plattform 19 an der Turbinenwelle 8 befestigt.Each vane 14 has a platform 18 which is arranged to fix the respective vane 14 to a vane support 16 of the turbine unit 6 as a wall element. The platform 18 is a thermally comparatively heavily loaded component which forms the outer boundary of a hot gas channel for the working medium M flowing through the turbine unit 6. Each blade 12 is attached to the turbine shaft 8 in an analogous manner via a platform 19, also referred to as a blade root.

Zwischen den beabstandet voneinander angeordneten Plattformen 18 der Leitschaufeln 14 zweier benachbarter Leitschaufelreihen sind jeweils Ringsegmente 21 an einem Leitschaufelträger 16 der Turbineneinheit 6 angeordnet. Die äußere Oberfläche jedes Ringsegments 21 ist dabei ebenfalls dem heißen, die Turbineneinheit 6 durchströmenden Arbeitsmedium M ausgesetzt und in radialer Richtung vom äußeren Ende der ihm gegenüber liegenden Laufschaufeln 12 durch einen Radialspalt beabstandet. Die zwischen benachbarten Leitschaufelreihen angeordneten Ringsegmente 21 dienen dabei insbesondere als Abdeckelemente, die den Leitschaufelträger 16 oder andere Gehäuse-Einbauteile vor einer thermischen Überbeanspruchung durch das die Turbine 6 durchströmende heiße Arbeitsmedium M schützen.Between the spaced-apart platforms 18 of the guide vanes 14 of two adjacent rows of stator blades ring segments 21 are arranged on a guide blade carrier 16 of the turbine unit 6 respectively. The outer surface of each ring segment 21 is also exposed to the hot, the turbine unit 6 flowing through the working medium M and spaced in the radial direction from the outer end of the opposed blades 12 by a radial gap. The ring segments 21 arranged between adjacent guide blade rows serve in particular as cover elements which protect the guide blade carrier 16 or other housing built-in components from thermal overload by the hot working medium M flowing through the turbine 6.

Die Brennkammer 4 ist im Ausführungsbeispiel als so genannte Ringbrennkammer ausgestaltet, bei der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Turbinenwelle 8 herum angeordneten Brennern 10 in einen gemeinsamen Brennkammerraum münden. Dazu ist die Brennkammer 4 in ihrer Gesamtheit als ringförmige Struktur ausgestaltet, die um die Turbinenwelle 8 herum positioniert ist.The combustion chamber 4 is designed in the embodiment as a so-called annular combustion chamber, in which a plurality of circumferentially around the turbine shaft 8 arranged around burners 10 open into a common combustion chamber space. For this purpose, the combustion chamber 4 is configured in its entirety as an annular structure which is positioned around the turbine shaft 8 around.

Die FIG 2 und 3 zeigen jeweils eine Gasturbine 1 mit einer Anzahl von im Strömungskanal 24 nachgeschalteten Bauteilen. Zunächst ist der Turbineneinheit 6 der Gasturbine 1 ein Abgasdiffusor 26 nachgeschaltet, welcher eine sich erweiternde Rohrmündung aufweist, in der sich die ursprüngliche Strömung verlangsamt, wobei sich gleichzeitig der Gasdruck erhöht.The FIG. 2 and 3 each show a gas turbine 1 with a number of downstream in the flow channel 24 components. First, the turbine unit 6 of the gas turbine 1 is followed by an exhaust gas diffuser 26, which has a widening pipe mouth in which the original flow slows down, at the same time increasing the gas pressure.

Dem Abgasdiffusor 26 ist weiterhin ein Dampfkessel 28 nachgeschaltet, welcher eine Anzahl von Verdampfer- und Überhitzerrohren umfasst und in dem die Resttemperatur des Arbeitsmediums M aus der Gasturbine 1 zur Erzeugung von Heißdampf für eine Dampfturbine genutzt wird. Nach der Ausnutzung der Restwärme im Dampfkessel 28 strömt das Arbeitsmedium M schließlich in einen Abgaskamin 30.The exhaust gas diffuser 26 is further followed by a steam boiler 28, which comprises a number of evaporator and superheater tubes and in which the residual temperature of the working medium M is used from the gas turbine 1 for generating superheated steam for a steam turbine. After the utilization of the residual heat in the steam boiler 28, the working medium M finally flows into an exhaust stack 30.

Um Strömungs- und Austrittsverluste im Abgasdiffusor 26 zu vermindern und einen optimalen Wirkungsgrad des Dampfkessels 28 zu erzielen, sollte die Strömung des Arbeitsmediums M an der Innenwand 32 des Abgasdiffusors 26 anliegen.In order to reduce flow and leakage losses in the exhaust gas diffuser 26 and to achieve optimum efficiency of the steam boiler 28, the flow of the working medium M should abut against the inner wall 32 of the exhaust gas diffuser 26.

Dazu ist im Bereich des Abgasdiffusors 26 eine Strömungsleitvorrichtung 34 angeordnet, welche in der FIG 2 ein Strömungsleitgitter 36 umfasst, welches mittels eines Schwenkgelenks 38, das über eine nicht näher gezeigte Stellantriebsvorrichtung gesteuert wird, an der Innenwand 32 schwenkbar befestigt ist. Senkrecht zum Strömungsleitgitter 36 sind dabei eine Mehrzahl von Strömungsleitblechen 40 angeordnet, die mehrere, in Strömungsrichtung voneinander beabstandete Segmente umfassen, um instationäre Strömungsablösezonen zu vermeiden. Die Strömungsleitbleche 40 sowie das Strömungsleitgitter 36 beeinflussen dabei die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums M im Bereich des Abgasdiffusors 26.For this purpose, a flow-guiding device 34 is arranged in the region of the exhaust gas diffuser 26, which is arranged in the FIG. 2 a Strömungsleitgitter 36 includes, which is pivotally mounted on the inner wall 32 by means of a pivot joint 38 which is controlled by an actuator device, not shown in detail. Perpendicular to the Strömungsleitgitter 36 while a plurality of Strömungsleitblechen 40 are arranged, which comprise a plurality of spaced apart in the flow direction segments to avoid unsteady flow separation zones. The flow guide plates 40 and the Strömungsleitgitter 36 thereby influence the flow direction of the working medium M in the region of the exhaust diffuser 26th

Um in unterschiedlichen Betriebszuständen der Gasturbine 1 eine Optimierung der Strömung des Arbeitsmediums M im Abgasdiffusor 26 zu erzielen, kann die Position der Strömungsleitvorrichtung im Abgasdiffusor 26 gezielt beeinflusst werden. Bei Schwenkung der Strömungsleitvorrichtung 34 in stromabwärtiger Richtung führen die Strömungsleitbleche 40 zu einer Strömungsumlenkung und so zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Strömung im stromab liegenden Bauteil. Dadurch werden insbesondere Strömungsablösungen an den Innenwänden 32 vermieden.In order to achieve optimization of the flow of the working medium M in the exhaust gas diffuser 26 in different operating states of the gas turbine 1, the position of the flow guiding device in the exhaust gas diffuser 26 can be influenced in a targeted manner. When the flow-guiding device 34 is pivoted in the downstream direction, the flow-guiding plates 40 lead to a flow deflection and thus to a more uniform distribution of the flow in the downstream component. As a result, in particular flow separations on the inner walls 32 are avoided.

Eine alternative Ausführungsform ist in FIG 3 dargestellt. Hier umfasst die Strömungsleitvorrichtung 34 zwei an gegenüberliegenden Innenwänden 32 schwenkbar angeordnete Strömungsleitgitter 36 mit einer Anzahl von Strömungsleitblechen 40. Die Strömungsleitgitter 36 können dabei sowohl stromabals auch stromaufwärts um einige Grad geschwenkt werden. Dadurch ist insbesondere eine Vermeidung von Rückstromzonen auf der Turbinenachse 9 im Bereich des Eintritts des Eintritts des Dampfkessels 28 und ein Einsatz von Nachbrennern über einen besonders großen Betriebsbereich möglich. Denkbar ist auch der Einsatz von weiteren Reihen von zwei derartigen, um 90° verdrehten Strömungsleitgittern 36.An alternative embodiment is in FIG. 3 shown. Here, the flow guiding device 34 comprises two flow guide gratings 36, which are arranged pivotably on opposite inner walls 32 and have a number of flow guide plates 40. The flow guide gratings 36 can be pivoted a few degrees both upstream and downstream. As a result, in particular, an avoidance of return flow zones on the turbine axis 9 in the region of entry of the inlet of the steam boiler 28 and use of afterburners a particularly large operating range possible. Also conceivable is the use of further rows of two such, by 90 ° twisted Strömungsleitgittern 36th

Durch die gezielte, für jeden Betriebszustand der Gasturbine 1 optimierbaren Verstellung der Strömungsleitvorrichtung 34 ist es möglich, die Strömung des Arbeitsmediums insbesondere am Eintritt in den Dampfkessel 28 für jeden Betriebszustand zu optimieren und somit einen besonders hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig hoher betrieblicher Sicherheit durch Vermeidung von Rückströmzonen und der damit verbundenen Gefahr von Flammenrückschlag beim Einsatz von Nachbrennern zu erzielen.Due to the targeted, optimizable for each operating state of the gas turbine 1 adjustment of the flow 34, it is possible to optimize the flow of the working medium in particular at the entrance to the boiler 28 for each operating condition and thus a particularly high efficiency while maintaining high operational safety by avoiding Rückströmzonen and the associated risk of flashback when using afterburner.

Claims

Gas turbine (1) with a turbine unit (6) downstream of the flow medium, in a flow channel (24) arranged Strömungsleitvorrichtung (34), wherein the Strömungsleitvorrichtung (34) during operation of the gas turbine (1) is pivotable.

Gas turbine (1) according to claim 1,
in which the flow-guiding device (34) is arranged in the region of an exhaust gas diffuser (26) of the gas turbine (1).

Gas turbine (1) according to claim 1 or 2,
wherein the flow guide device (34) comprises a pivot joint (38) and an actuator device provided for aligning the position of the pivot joint (38).

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 3,
in which the flow guiding device (34) comprises a flow guide grid (36) with a number of flow guide plates (40).

Gas turbine (1) according to claim 4,
in which the respective flow guide plate (40) is arranged perpendicular to the Strömungsleitgitter (36).

Gas turbine (1) according to claim 4 or 5,
in which the respective flow guide plate (40) comprises a plurality of segments spaced from one another in the flow direction.

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 6,
in which the flow guiding device comprises two Strömungsleitgittern (36) arranged opposite one another in the flow channel (24).

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 7,
in which the flow guiding device (34) comprises a number of flow guide gratings (36) which are connected in series behind one another in the flow channel (24) on the flow medium side.

Gas turbine (1) according to one of claims 1 to 8,
wherein the flow guiding device (34) comprises a plurality of pivot joints (38) whose pivot axes point in different directions.

Gas and steam turbine plant with a gas turbine (1)
according to one of claims 1 to 9.