SE530142C2 - Turbinanordning - Google Patents

Description

25 30 530 'M2 US4333309 beskriver en gasturbinmotor med en integrerad ångturbin. Vätska fór- ångas i separata rör och kanaler som är anordnade till exempel i brännkarmnaren och i gasturbinbladen. Ångan driver en ångturbin, varefter ångan tillåts kondensera i till exempel motorns kompressor i syfte att värma kompressorn och därigenom hind- ra isbildning. Nackdelarna med kända gasturbinmotorer av detta slag är deras rela- tivt stora tyngd och storlek. Vidare innefattar de många rörliga delar och har fortfa- rande en relativt låg verkningsgrad.

Det finns därmed ett behov av en turbinanordning som är relativt lätt och kompakt, har få rörliga delar och en hög verkningsgrad.

Sammanfattning av uppfinningen Den föreliggande uppfinningens ändamål är att tillhandahålla en turbinanordning som undviker nackdelama med den kända tekniken. Detta ändamål uppnås genom turbinanordningen enligt bifogade självständiga patentkrav. Föredragna utförings- fonner framgår av de bifogade osj älvständiga patentkraven.

Enligt en forsta aspekt tillhandahåller uppfinningen en turbinanordning vilken inne- fattar ett flertal rotorhjul och ett flertal statorhjul. Turbinanordningen innefattar vi- dare en gasturbindel och en ångturbindel. Gasturbindelen och ångturbindelen är koncentriskt anordnade och den ena delen är anordnad radiellt utanför den andra.

Enligt en andra aspekt tillhandahåller uppfinningen en anordning för användning i en kompressor eller i en turbin, vilken innefattar ett flertal rotorhjul med rotorblad samt ett flertal statorhjul med statorblad. Statorhjulen och statorbladen innefattar statorfluidkanaler och rotorhjulen och rotorbladen innefattar rotorfluidkanaler. I flu- idkanalerna absorberas värme av en fluid som strömmar i kanalerna. 10 15 20 25 30 530 'M2 Kortfattad beskrivning av figurerna Figur 1 visar en principskiss av en gasturbinmotor med en kompressor, en förbrän- ningskammare och en gasturbin.

Figur 2 visar en principskiss av en gasturbinmotor med en kompressor, en förbrän- ningskarmnare, ett forsta gasturbinsteg och ett andra gasturbinsteg.

Figur 3a visar ett radiellt tvärsnitt genom ett rotorhjul enligt föreliggande uppfin- ning.

Figur 3b visar ett axiellt tvärsnitt genom en turbinanordning med en gasturbindel och en ångturbindel enligt föreliggande uppfinning.

Figur 3c visar ett radiellt tvärsnitt genom ett statorhjul enligt föreliggande uppfin- ning.

Figur 4 visar en utskuren förstoring av det axiella tvärsnittet i figur 3b.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en turbinanordning med hög verknings- grad, överträffande den traditionella dieselmotom, och med få rörliga delar. Anord- ningen ska tillhandahålla en hög effekt i förhållande till sin vikt och storlek.

F öreträdesvis innefattar turbinanordningen enligt uppfmningen både en gasturbindel och en ângturbindel. Gasturbindelen och ångturbindelen är koncentriska och driver samma turbinaxel. Turbinanordningen har ett flertal rotor- och statorblad som är an-' ordnade på en rotor respektive en stator, vilka är gemensamma för de båda turbinde- larna. Härigenom minskas antalet rörliga delar, viken samt storleken jämfört med en 10 15 20 25 530 'M2 4 konventionell turbinmotor med gas- och ångturbindel. Rotorbladen är uppdelade i gasturbinblad och ångturbinblad. På motsvarande sätt är statorbladen uppdelade i gasturbinblad och ångturbinblad. Gasturbinbladen är anordnade i gasturbindelen och ångturbinbladen är anordnade i ångturbindelen. I gasturbindelen driver en förbrän- ningsgas rotorn genom att påverka rotorns gasturbinblad. Rotorns ångturbinblad på- verkas samtidigt av en gasforrnig fluid (i det följande omnämnd ”ånga”) i ångtur- bindelen, varvid ytterligare drivkraft tillförs rotorn. Den för gasturbindelen och ång- turbindelen gemensamma statorn har ett flertal statorblad som sträcker sig genom de båda koncentriska delarna, i form av ångturbinblad respektive gasturbinblad.

Det är fördelaktigt att anordna fluidkanaler i såväl rotorblad som statorblad. På detta sätt kan värme från den gas som driver bladen, eller från den luft som komprimeras av bladen, effektivt tas upp av en fluid som strömmar i kanalerna.

I figur 1 visas en principskiss av en konventionell gasturbinmotor med en kompres- sor 1, en förbränningskammare 2 och en gasturbin 3. Pilama åskådliggör hur luft sugs in i kompressom 1 där den komprimeras innan den tillförs förbränningskam- maren 2. I förbränningskarnmaren 2 tillförs bränsle och luft/bränsleblandningen an- tänds. Ut ur förbränningskammaren strömmar förbränningsgas med hög hastighet till gasturbinen 3, varvid gasturbinen 3 bringas till rotation. Gasturbinen 3 och kom- pressom 1 är monterade på en gemensam axel, därmed driver gasturbinen 3 kom- pressorn 1. Denna gasturbinmotor benämns därför ”enaxlig”.

Figur 2 visar en principskiss av en annan konventionell gasturbinmotor med en kompressor l, en förbränningskamrnare 2, ett första gasturbinsteg 4 och ett andra gasturbinsteg 5. Denna gasturbinmotor skiljer sig således från gasturbinmotorn i fi- gur l genom att tillvaratagandet fórbrärmingsgasens energi sker i två separata gas- turbiner 4, 5. Här arbetar de båda turbinstegen 4, 5 vid olika tryck. Den första gas- turbinen 4, sett i strömningsriktningen, arbetar vid högre tryck än den andra gastur- 10 15 20 25 30 530 142 5 binen 5. Fördelen med detta är att en större andel av förbränningsgasens energi kan tillvaratas.

I gasturbinmotorer kan även kompressionen ske i flera steg. Dä anordnas en högtryckskompressor med en motsvarande högtrycksturbin på en första axel, och en lågtryckskompressor anordnas med motsvarande långtrycksturbin på en andra axel, När två axlar, vilka således roterar skilt från varandra, används benämns gasturbin- motorn ”tvåaxlig”. Så kallade ”fleraxliga” gasturbinmotorer är också kända, i dessa används fler axlar, vilka roterar skilt från varandra, mellan kompressorsteg och gas- turbinsteg, eller mellan gasturbinsteg och till exempel ett fordons drivaxel.

Turbinanordningen enligt den föreliggande uppfinningen kan användas istället för den konventionella gasturbinen 3 efter förbränningskammaren 2 i figur 1. Turbinan- ordningen kan även ersätta hög- och/eller lågtrycksturbinema 4, 5 efter förbrän- ningskammaren 2 i figur 2, eller andra gasturbiner i fleraxliga applikationer.

Uppfinningen avser även en anordning För användning i en kompressor eller i en turbin, och kan därmed även ersätta kompressvorn l i figur 1 eller 2.

Nedan beskrivs en föredragen utiöringsforrn av uppfinningen, där en turbinanord- ning innefattar både en gasturbindel och en ångturbindel. I denna uttöringsform är ångturbindelen anordnad utanför gasturbindelen. Det ska dock inses att ångturbinde- len även kan vara anordnad innanför gasturbindelen, och att uppfinningen omfattar båda dessa varianter.

I figur 3a visas schematiskt ett rotorhjul 6a. Figur 3b och 4 åskådliggör med ett axi- ellt snitt hur ett flertal rotorhj ul 6, 6a bygger upp ett koniskt rörfonnigt rotornav 13.

Rotorhjulet 6a som är anordnat längst till vänster i figur 3b skiljer sig från de övriga rotorhjulen 6 genom att det innefattar rotorångrör 11 och rotorängdysor 12, vilka förklaras nedan. Rotorhjulen 6, 6a innefattar ett flertal gasturbinblad 9, vilka är an- 10 15 20 25 30 530 'M2 6 ordnade mellan rotornavet 13 och en inre rotorkrans 7, samt ett flertal ångturbinblad 10, vilka är anordnade mellan den inre rotorkransen 7 och en yttre rotorkrans 8. Ro- tornavet kan även vara rakt istället för koniskt, då används rotorblad av olika längd utmed rotoins axel. Rotorångrören 11, sex stycken i figur 3a, är anordnade mellan rotomavet 13 och den yttre rotorkransen 8.

Statorhjulet 16a i figur 3c har en utformning som liknar rotorhjulets 6a. Statorhjulet 16a längst till vänster i figur 3b skiljer sig från de övriga statorhjulen 16 genom sta- torångrör 17 och statorångdysor 18. Statorns turbinblad 19, 20 är uppdelade i ång- turbinblad 20, vilka är anordnade mellan statoms vägg 24 (se figur 3b) och en yttre statorkrans 15, samt gasturbinblad 19, vilka är anordnade mellan den yttre stator- kransen 15 och en inre statorkrans 14. Den yttre statorkransen 15, vilken alltså är anordnad mellan statorväggen 24 och den inre statorkransen 14, befinner sig i gränssnittet mellan ångturbindelen och gasturbindelen. Statorångrören 17, sex styck- en i figur 3c, år anordnade mellan statorväggen 24 och den inre statorkransen 14.

Figur 4 åskådliggör det axiella snittet genom turbinanordningen i figur 3b mer i de- talj. Här visas ett antal rotorhjul 6, 6a och ett antal statorhjul 16, 16a, vilka är anord- nade altemerande i den axiella riktningen. Det ska här förstås att rotorhjulen 6, 6a utgör en del av rotorn 28 och således roterar, medan statorhjulen 16, 16a är fast fór- bundna med den stillastående statom 21. Rotom 28 med dess rotorhjul 6, 6a samt statorhjulen 16, 16a är inneslutna i turbinvolyinen som definieras av statoms vägg 24. I figuren visas rotorn 28 med dess vid rotomavet 13 monterade och radiellt där- ifrån utskjutande rotorblad 9, 10, samt inre 7 och yttre rotorkransar 8. Från statoms vägg 24 skjuter statorbladen 19, 20 ut radiellt mot rotorns 28 centrala längdaxel. Ro- toms 28 inre rotorkransar 7 befinner sig på samma radiella avstånd från turbinan- ordningens axiella niittaxel som statoms 21 yttre statorkransar 15.

Mellan varje rotorhjuls inre rotorkrans 7 och de intilliggande statorhjulens motsva- rande yttre statorkrans 15 är tätningar 25, exempelvis labyrinttätningar, anordnade. 10 15 20 25 30 530 142 7 Därmed avgränsas radiellt en inre konisk rörformig volym av rotomavet 13, de inre rotorkransarna 7, de yttre statorkransama 15 samt tätningama 25 mellan de inre ro- torkransama 7 och de yttre statorlcransama 15. Rotomavet 13 utgör den inre rörfor- miga volymens radiellt inre begränsningsyta medan den yttre begränsningsytan bil- das av de inre rotorkransama 7, de yttre statorkransarna 15 samt tätningama 25 mel- lan de inre rotorkransarna 7 och de yttre statorkransama 15. I denna inre rörformiga volym befinner sig rotorns gasturbinblad 9 och statorns gasturbinblad 19. Denna inre rörformiga volym utgör turbinanordningens gasturbindel. Som visas i figur -3b och figur 4 tillförs den inre rörfcrrniga volymen fórbränningsgas från vänster. För- bränningsgasens energiinnehåll i form av tryck och strömningshastighet får rotorn att rotera.

En yttre konisk rörformi g volym avgränsas av statoms vägg 24, de yttre statorkran- sarna 15, de inre rotorkransama 7 samt tätningama 25 mellan de yttre statorkransar- na 15 och de inre rotorkransarna 14. Statoms vägg 24 utgör den yttre rörformiga vo- lymens radiellt yttre begrånsningsyta, medan den inre begränsningsytan bildas av de yttre statorkransarna 15, de inre rotorkransarna 7 samt tätningarna 25 mellan de yttre statorkransarna 15 och de inre rotorkransarna I denna yttre rörformíga volym be- finner sig såväl rotoms 28 som statoms 21 ångturbinblad 10, 20. Denna yttre rör- formiga volym utgör turbinanordningens ångturbindel.

Den yttre rörformiga volymen är alltså enligt resonemanget ovan samt som framgår ur figur 3b samt figur 4 anordnad radiellt utanför den inre rörformiga volymen i tur- binvolymen. Den yttre rörfonniga volymen, det vill säga ångturbindelen, och den inre rörformiga volymen, det vill säga gasturbindelen, är därmed koncentrisk anord- nade. Vidare sammanfaller den yttre rörformiga volymens och den inre rörformiga volymens utbredning i axiell led.

I figur 4 visas vidare fluidkanaler 23, 26 i turbinanordningen. I rotornavet 13 och rotorns gasturbinblad 9 löper rotorfluidkanaler 26. Rotorfluidkanalernas inlopp 27 är 10 15 20 25 530 'M2 8 företrädesvis anordnade inuti rotornavet 13, och kanalema 26 löper sedan i navet 13 i axiell led och ut i varje gasturbinblad 9 och tillbaka till navet 13 mellan varje gas- turbinblad 9. F luiden kan, genom ett alternativt anordnande av fluidkanalema 26, efler behov fördelas på önskat sätt till olika partier av rotom och dess gasturbinblad 9. F luiden som tillförs rotorfluidkanalerna 26 tillförs i figur 4 från rotomavets 13 insida. På motsvarande sätt löper i statom 21 och dess statorblad 19, 20 statorfluid- kanaler 23. Statorfluidkanalernas 23 inlopp 22 är företrädesvis anordnat utanpå sta- toms vägg 24. F luiden som tillförs statorfluidkanalema 23 tillförs från statoms 21 utsida.

Syftet med fluidkanalerna 23, 26 är att med hjälp av värmen som med den heta ga- sen tillförs den inre rörformiga volymen, turbinanordningens gasturbindel, hetta upp, förånga, och överhetta den fluid som befinner sig i kanalerna. Rotorfluidkana- lema 26 löper endast genom rotoms gasturbinblad 9. Som visas i figur 4 löper rotor- fluidkanalema 26 emellertid i rotorhjulet 6a längst till vänster i figur 4 genom den inre rotorkransen 7 till rotorångdysoma 12, vilken är anordnat mellan den inre ro- torkransen 7 och den yttre rotorkransen 8 i turbinanordningens ångturbindel.

Statorfluidkanalema 23 löper från statorväggen 24, genom statorns ångturbinblad 20 och genom den yttre statorkransen 15 till statoms gasturbinblad 19. Därigenom kan även fluiden i statorfluidkanalema 23 hettas upp, fórångas, och överhettas i den inre rörformiga volymen, vilken utgör turbinanordningens gasturbindel. I ångturbinen ska fluiden som strömmar genom fluidkanalema i statoms ångturbinblad 20 varken ta upp eller avge värrne, fluidkanalerna i statoms ångturbinblad 20 har enbart till uppgift att leda fluiden till fluidkanalerna i statoms gastturbinblad 19. Som visas i ñgur 4 myrmar statorfluidkanalerna i statorångdysor 18, i statorhjulet 16a längst till vänster i figur 4, mellan statoms vägg 24 och den yttre statorkransen 15 i turbinan- ordningens ångturbindel. 10 15 20 25 30 530 142 9 Fluidkanalema 26 i rotorns gasturbinblad 9 är alla anslutna till uppsamlingskanaler i rotorångrören 11 vilka leder till rotorångdysoma 12, vilka är anordnade på rotorång- rören 11 hos rotorhjulet 6a längst till vänster i figur 4. På motsvarande sätt samlas fluiden från fluidkanalema i statorbladen 19, 20 upp i uppsamlingskanaler som är anordnade i statorångrören 17. Statorångdysorna 18 är anordnade på statorångrören 17 hos statorhjulen 16a längst till vänster i figur 4.

Den axiella position vid vilken förbränningsgasen som tillförs turbinanordningens gasturbindel möter det första turbinhjulet 6a, hjulet längst till vänster i figur 4, defi- nierar gasturbindelens inlopp. Vidare definieras ångturbinens inlopp av den axiella position vid vilken ånga först tillförs turbinanordningens ångturbindel, det vill säga vid rotorångdysoma 12 eller statorångdysoma 18. I utföringsformen som visas i fi- gur 4 definierar således det från vänster första rotorhjulets 6a vänstra yta gasturbin- delens inlopp. Samma rotorhjuls 6a högra yta definierar ångturbindelens inlopp.

Som visas i figur 4 tillförs den yttre rörformiga volymen, turbinanordningens ång- turbindel, ånga från rotorångdysoma 12 och statorångdysorna 18 till vänster i figur 4. Ångans energiinnehåll i form av tryck och strömningshastighet får rotorn 28 att rotera.

Både förbränningsgasen och ångan bidrar följaktligen till att rotera en och samma rotor 28, vilket höj er anordningens verkningsgrad. Förbränningsgasen driver därvid rotorhjulen 6, 6a i samverkan med ångan vilken också driver rotorhjulen 6. Rotom 28 som är innesluten i turbinvolymen bringas dänned till rotation av gasturbindelen och ångturbindelen i samverkan. Gasturbindelen och ångturbindelen har således en gemensam rotor 28. Vidare har gasturbindelen och ångturbindelen en gemensam stator 21 .

Rotoms och statorns gasturbinblad 9, 19 samt rotornavet 28 fungerar alla som vär- meväxlare till följd av fluidkanalema 23, 26 i vilka fluiden strömmar. F öreträdesvis 10 15 20 25 530 'M2 10 är fluiden vid tillförsel till rotorfluidkanalema 26 respektive statorfluidkanalema 23 i vätskeform, medan fluiden då den lämnar rotorfluidkanalema 26 genom rotorång- dysorna 12 respektive statorfluidkanalerna 23 genom statorångdysorna 18 är gas- formig. Rotorns respektive statorns fluidkanaler 23, 26 är i figur 4 kopplade paral- lellt.

Rotorfluidkanalerna 26 och statorfluidkanalema 23 kan även vara kopplade i serie.

Därvid kan fluiden först ledas genom statorfluidkanalerna 23 och sedan genom ro- torfluidkanalerna 26. Statorfluidkanalerna 23 leds då efter statorbladen 19, 20 till rotomavets 13 insida, varefter fluiden leds in i rotorfluidkanalerna 26. En fördel med detta arrangemang är att fluiden, när den når rotorns gasturbinblad 9, redan för- ångats i statoms gasturbinblad 19, därmed säkerställs att ingen fluid i vätskeform tynger rotoms gasturbinblad 9. Fluiden kan alternativt först ledas genom rotorfluid- kanalerna 26 och sedan genom statorfluidkanalerna 23. Rotorfluidkanalema 26 leds då efter passagen genom rotoms gasturbinblad 9 till statom 21, varefter fluiden leds in i statorfluidkanalerna 23. I detta fall definierar det i förbränningsgasens ström- ningsriktning forsta statorhjulets l6a högra yta ångturbindelens inlopp.

Fluidkanalerna kan även anordnas utanför rotor- respektive statorbladen, till exem- pel kan de vara utformade som rör och vara placerade i närheten av den heta för- bränningsgasen, exempelvis före och/eller efter förbränningsgasens inlopp i gastur- bindelen, som visas i US4333309.

I figur 4 är det första turbinhjulet 6a, i förbränningsgasens strömningsriktning sett, ett rotorhjul. Enligt en alternativ utföringsfonn är istället det första turbinhjulet i strömningsriktningen ett statorhjul. Båda utformningama är möjliga. Beroende på om ett rotorhjul eller ett statorhjul anordnas först kommer ångturbindelens inlopp att förflyttas i axiell led. 10 15 20 25 530 'M2 ll I syfte att optimera turbinanordningen kan gasturbindelens respektive ângturbinde- lens dimensioner i radiell led varieras. Förhållandet mellan den inre rörformiga vo- lyrnens och den yttre rörformiga volymens storlek beror på den inre rotorkransens 7 och den yttre statorkransens 15 radiella läge. Gasturbindelens andel av den totala turbinvolymen kan ökas genom att den inre rotorkransen 7 och den yttre statorkran- sen 15 flyttas radiellt utåt, gasturbinbladen 9, 19 måste då förlängas medan ångtur- _ binbladen 10, 20 kortas. På motsvarande sätt kan således ångturbindelens andel av den totala turbinvolymen ökas genom att den inre rotorkransen 7 och den yttre sta- torkransen 15 flyttas radiellt inåt.

Det är även möjligt att optimera turbinanordningen genom att variera gasturbinde- lens respektive ångturbindelens dimensioner i axiell led. Detta kan till exempel åstadkommas genom ändring av rotor- och/eller statorhjulens 6, 16 utföranden. Här- igenom kan till exempel ångturbindelens effektiva del i axiell led minskas genom att rotoms ångturbinblad 10 utelämnas i exempelvis de bakre, sett i strömningsríktning- en, rotorhjulen 6. Samtidigt kan då de bakre, sett i strönmingsriktningen, statorhju- lens 16 ångturbinblad 20 utelämnas. Pâ detta sätt minskas ångturbindelens effektiva del genom att den kortas i axiell led. Den effektiva delen i axiell led definieras här som den delen som inryms mellan det första rotor- eller statorhjulet 6a, 16a och det sista rotor- eller statorhjulet som är verksamt i ångturbindelen. På motsvarande sätt kan storleken hos gasturbindelens motsvarande effektiva del minskas genom att gas- turbinbladen 9, 19 utesluts i de bakre rotor- samt statorhjulen.

F öreträdesvis anpassas turbinanordningen så att trycket i gasturbindelen väsentligen överensstämmer med trycket i ångturbindelen utmed turbinanordningens axiella längd. Ju mindre tryckskillnaden mellan gasturbindelen och ångturbindelen är, desto mindre tryck utöver fórbränningsgasen i gasturbindelen, eller ångan i ångturbinde- len, mot tätningarna 25. På så vis kan förbränningsgasen strömma genom gasturbin- delen och påverka rotoms gasturbinblad 9, och ångan strömma genom ångturbinde- 10 15 20 25 30 530 'M2 12 len och påverka rotorns ångturbinblad 10, utan att förbränningsgasen till följd av tryck hamnar i ängturbindelen, eller tvärt om.

Enligt en annan foredragen utforingsfonn anordnas en ellerflera ångdysor före, sett i förbränningsgasens strömningsrikming, det första rotor- eller statorhjulet 6a, 16ai ångturbindelen. I denna utforingsform är ångdysoma alltså inte anordnade i rotor- eller statorhjulen 6a, 16a. Ångdysoma är istället separat anordnade framför ångtur- bindelens inlopp. Rotorfluidkanalerna och statorfluidkanalema, vilka kan vara kopp- lade i serie eller parallellt, leds till dessa ångdysor. Nu kan gas- och/eller ångturbin- delens effektiva del i axiell led följaktligen även varieras genom att rotor- respektive statorbladen i de forsta rotor- respektive statorhjulen 6a, l6a utesluts.

I figur 4 visas en utföringsform där turbinanordningens gasturbindel är anordnad ra- diellt innanför ångturbindelen. Enligt en alternativ utforingsforrn anordnas istället turbinanordningens gasturbindel radiellt utanför ångturbindelen. I detta fall leds den heta förbrännings gasen till den yttre rörfonniga volymen, och fluidkanalerna i rotor- respektive statorhjulen anordnas så att värmen i den yttre rörfonniga volymen tas upp av fluiden, varvid fluiden leds till den inre rörformiga volymen, där den driver ångturbindelen.

Anordningen för användning i en kompressor eller i en turbin, där såväl rotor- som statorbladen innefattar fluidkanaler, kan då den används i en turbin effektivt hämta värme från den gas som driver bladen. När anordningen används i en kompressor, vilken kan vara anordnad fore en forbränningskammare i syfte att tillföra en ökad mängd luft till förbränningskammaren, kan den effektivt hämta värme från den luft som komprimeras av bladen. Kompressoms rotor- och statorblad innefattar därvid fluidkanaler i vilka en fluíd vilken tar upp värmen strömmar. Kompressionsvännen som bildas vid kompressionen av luften överförs till fluiden kan således på detta sätt tillvaratas. Denna kylning av luften i kompressom innebär dessutom att luftens den- sitet ökar, därmed kan en ytterligare större mängd tillföras forbränningskammaren. 10 15 20 25 530 'l 42 13 F luidkanalema i anordningen för användning i en kompressor eller i en turbin kan vara utformade i överrensstämmelse med fluidkanalerna 23, 26 som beskrivits i an- slutning till turbinanordningen ovan.

I syfte att uppnå hög verkningsgrad kan en turbinmotors kompressor innefatta fluid- kanaler i rotor- samt statorbladen. Dessutom kan motorns gasturbindel innefatta flu- idkanaler i rotor- samt statorbladen. En fluid kan då exempelvis ledas genom tur- binmotorn enligt följande: kompressoms statorblad -> kompressoms rotorblad -+ gasturbindelens statorblad -> gasturbindelens rotorblad. Slutligen leds fluiden, vil- ken övergått från vätska till ånga, till turbinmotorns ångturbindel, vilken kan vara koncentrisk med turbinmotorns gasturbindel.

Fluiden eller en delmängd av fluiden som tillförs värme i fluidkanalema hos rotor- och statorbladen kan i form av ånga sprutas in i brännkarnmaren för NOX-reglering.

Den upphettade fluiden kan även användas i uppvärmningssyfie.

Fluidkanalema i rotor- respektive statorhjulen innebär att rotor- och statorhjulen med rotor- respektive statorbladen kyls av fluiden som strömmar i fluidkanalerna.

Denna kylning möjliggör att rotor- och statorhjulen med rotor- respektive statorblad kan tillverkas i titan. Andra tänkbara material för rotor- och statorhjulen med rotor- respektive statorblad innefattar till exempel CrNi-legeringar.

Rotor- respektive statorbladen tillverkas företrädesvis genom FDM-metoden (Fused Deposition Modelling), där flytande titan deponeras i flera lager så att en tredimen- sionell struktur uppnås. Härigenom kan komplexa fluidkanaler åstadkommas inuti rotor- och statorbladen. 10 15 20 25 30 530 'M2 Kortfattad beskrivning av figurerna Figur 1 visar en principskiss av en gasturbinmotor med en kompressor, en förbrän- ningskammare och en gasturbin.

Figur 2 visar en principskiss av en gasturbinmotor med en kompressor, en förbrän- ningskammare, ett första gasturbinsteg och ett andra gasturbinsteg.

Figur 3a visar ett radiellt tvärsnitt genom ett rotorhjul enligt föreliggande uppfin- ning.

Figur 3b visar ett axiellt tvärsnitt genom en turbinanordning med en gasturbindel och en ångturbindel enligt föreliggande uppfinning.

Figur 3c visar ett radiellt tvärsnitt genom ett statorhjul enligt föreliggande uppfin- ning.

Figur 4 visar en utskuren förstoring av det axiella tvärsnittet i figur 3b.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en turbinanordning med hög verknings- grad, överträffande den traditionella dieselmotom, och med få rörliga delar. Anord- ningen ska tillhandahålla en hög effekt i förhållande till sin vikt och storlek.

Företrädesvis innefattar turbinanordningen enligt uppfinningen både en gasturbindel och en ångturbindel. Gasturbindelen och ångturbindelen är koncentriska och driver samma turbinaxel. Turbinanordningen har ett flertal rotor- och statorblad som är an- ordnade på en rotor respektive en stator, vilka är gemensamma för de båda turbinde- lama. Härigenom minskas antalet rörliga delar, vikten samt storleken jämfört med

Claims (13)

10 15 20 25 530 'M2 Patentkrav

1. Turbinanordning innefattande ett flertal rotorhjul (6, 6a) samt ett flertal stator- hjul (16, 16a), där turbinanordningen innefattar en gasturbindel och en ångtur- bindel, kännetecknad av att gasturbindelen och ångturbindelen är koncentriskt anordnade samt att den ena delen är anordnad radiellt utanför den andra.

2. Turbinanordning enligt krav 1, i vilken gasturbindelen och ångturbindelen har åtminstone ett gemensamt statorhjul (16, 16a).

3. Turbinanordning enligt något av de föregående kraven, i vilken gasturbindelen och ångturbindelen har åtminstone ett gemensamt rotorhjul (6, 6a).

4. Turbinanordning enligt något av de föregående kraven, i vilken statorhjulen (16, 16a) innefattar statorblad (19, 20) anordnade mellan statoms vägg (24) och inre statorkransar (14), och rotorhjulen (6, 6a) innefattar rotorblad (9, 10) anordnade mellan rotorns nav (13) och yttre rotorkransar (8).

5. Turbinanordning enligt krav 4, i vilken statorhjulen (16, 16a) vidare innefattar yttre statorkransar (15) anordnade mellan statorväggen (24) och de inre stator- kransama ( 14), och i vilken rotorhjulen (6, 6a) vidare innefattar inre rotorkransar (7) anordnade mellan rotornavet (13) och de yttre rotorkransarna (8).

6. Turbinanordning enligt krav 5, i vilken tätningar (25) är anordnade mellan de inre rotorkransarna (7) och de yttre statorkransarna (15), så att gasturbindelen radiellt åtskiljs från ångturbindelen av de inre rotorkransarna (7 ), de yttre stator- kransarna (15) samt tätningarna (25) mellan de inre rotorkransarna (7) och de yttre statorkransarna (15). 10 15 20 530 'M2 Uf:

7. Turbinanordriing enligt något av de föregående kraven, i vilken statorhjulen (16, 16a) innefattar statorfluidkanaler (23), i vilka värme absorberas av en fluid som strömmar i kanalerna (23).

8. Turbinanordning enligt något av de föregående kraven, i vilken rotorhjulen (6, 6a) innefattar rotorfluidkanaler (26), i vilka värme absorberas av en fluid som strömmar i kanalerna (26).

9. Turbinanordning enligt krav 7 och 8, i vilken statorfluidkanalema (23) och rotor- fluidkanalerna (26) mynnar i ångturbindelen och är kopplade parallellt.

10. Turbinanordning enligt krav (7) och (8), i vilken statortluidkanalema (23) och rotorfluidkanalerna (26) mynnar i ångturbindelen och är kopplade i serie.

11. Turbinanordning enligt något av de föregående kraven, i vilken gasturbindelen är anordnad radiellt utanför ångturbindelen.

12. Txirbinanordning enligt något av de föregående kraven, i vilken àngturbindelen är anordnad radiellt utanför gasturbindelen

13. Turbinanordning enligt krav 7 och 8, i vilken rotorbladen (9, 10) och statorbla- den ( 19, 20) är tillverkade av titan.