WO2004072450A1 - Verfahren zur herstellung von gasturbinen und gasturbinenanordnung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von gasturbinen und gasturbinenanordnung Download PDF

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WO2004072450A1
WO2004072450A1 PCT/DE2003/000386 DE0300386W WO2004072450A1 WO 2004072450 A1 WO2004072450 A1 WO 2004072450A1 DE 0300386 W DE0300386 W DE 0300386W WO 2004072450 A1 WO2004072450 A1 WO 2004072450A1
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Uwe Borchert
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    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/40—Use of a multiplicity of similar components

Definitions

  • Gas turbine plants briefly called gas turbines, today have a great importance in drive technology. They are characterized by a low power to weight ratio, uncomplicated
  • Performance limit gas turbines especially because of the large purchase price, which is up to 10 times compared to a piston engine of the same strength, little or no importance.
  • piston engines are still used today, although the use of a gas turbine would be technically more advantageous and more comfortable (eg vibration-free).
  • compact gas turbines are designed and manufactured in such a way that a large number of individual parts have to be developed and manufactured exclusively for this one application. These include, among other things, the impellers (turbine wheels, compressor wheels) and their blades, shafts, nozzles and bearings, which are particularly complex and demanding in the choice of materials.
  • An exchange of assemblies and parts is when the turbine power and / or the type of turbine is to be changed, only
  • the object of the invention is to provide a method, be prepared by the small gas turbines with low-cost components (to.
  • a further object is to develop an arrangement 30,> about 'with these components to create various compact gas turbines.
  • the invention also proposes an air heater according to the existing
  • the units are 'connected so that the hot air from the air heater in the exhaust gas turbocharger and the compressed air from the' compressor wheel flows into the air heater.
  • the air heater consists of a combustion chamber with upstream heat exchanger and known accessories.
  • a second known exhaust gas turbocharger without compressor wheel as
  • the combustion chamber is dimensioned and matched to the exhaust gas turbocharger, or the / the
  • Exhaust gas turbocharger (1, 2, 3) with respect to the Stromungs- cross sections selected so that in the combustion chamber, a pressure difference compared to the environment of 1.5 to 2.5 bar is generated.
  • the system thus works in the optimum range.
  • the compressor ides exhaust gas turbocharger with the gas generator and the combustion chamber is connected branched.
  • the compressed air flow is thus a part (primary air) in the Combustion zone and, to a further part (secondary air) behind the combustion zone.
  • the secondary air mixes with the freshly burned gases and cools them down far enough that the allowable turbine temperature is not exceeded.
  • the distribution of the air flows is also designed controllable, so that the afterburning and the Aeggastemperatur is controllable.
  • the new process makes it possible to use a gas turbine instead of a piston engine for the first time, even for smaller outputs (30 to 200 kW). So far, the specific price * per installed power was very high at smaller 5 gas turbines, because the variety of their parts and their production cost was similar to that of a 'gas turbine with a relatively high nominal power.
  • the costs are greatly reduced by the use of produced in large quantities and 0 thus inexpensive assemblies (Abgasturb ⁇ lader), the originally borrowed not for a gas turbine but are necessarily nostifäh'ig.
  • Combustion temperature, unit temperature, inlet and outlet velocities, geometry of connections to the combustion chamber and to the turbine, inlet and outlet pressures, density of the combustion chamber Match gases and exhaust gas analysis.
  • the assemblies are to be selected and adapted with the air heater so that the characteristics of all assemblies are matched to one another and the required power and efficiency are achieved.
  • a further advantage of this method is that a larger number of different gas turbines can be realized by combining different or several identical exhaust gas turbochargers. Thus, with a few assemblies many different small gas turbines (in terms of '
  • a small gas turbine of this type can be used both as a shaft power gas turbine and as a hot gas generator or air supplier, regardless of the arrangement and the number of exhaust gas turbochargers involved.
  • the use as prime mover is with transmission or with electrical transmission or both in aircraft, watercraft, hovercraft, motor vehicles and rail vehicles, caterpillars u. ' a. Vehicles and agricultural machinery, ' construction machinery, emergency generators and combined heat and power plants possible. Both high quality and low quality, both conventional and alternative liquid and gaseous fuels can be used. , ⁇
  • FIGS. 1 to 12 show the individual arrangement variants and flow diagrams 1 . '
  • FIGS. 1 to 4 as an example of the explanation, a shaft power train ine in a two-shaft type having a '
  • the air is sucked in by the compressor 5 from the environment and compressed.
  • the compressor 5 belongs to the first exhaust gas turbocharger 1.
  • the compressed air flows into the heat exchanger 11, in which the air is preheated by the exhaust gas heat output. Thereafter, the compressed and preheated air enters the combustion chamber 12, where a portion of the atmospheric oxygen for combustion of the fuel entering the combustion chamber 12 through the injection valve 15 is utilized.
  • he combustion chamber 12 is so designed that the high-temperature riert (s combustion products and di'e remaining air (secondary air 25) ⁇ mix well and ben a technologically acceptable temperature tur of the working fluid now referred to as fresh gas erge-.
  • the fresh gas flows through the distributor into the compressor turbine 7, which is also part of the first exhaust-gas turbocharger 1, where the gas delivers a large part of its energy to the compressor turbine wheel and thus drives the compressor 5.
  • the gas then flows through the connecting piece 13 in the power turbine 9, which is part of the second exhaust gas turbocharger 2. There, the mechanical 'power on the Power turbine shaft 10 transmitted and is available there.
  • the gas is further supplied to the heat exchanger 11, D rt is a part of the remaining residual energy of the
  • the unit is put into operation 'with the aid' of the starter 18, which can be a generator at the same time.
  • the spark plug 19 is used for the first ignition of the fuel-air
  • the oil pump 16 delivers lubricant to the bearings. Often ⁇ it is not necessary for a Antriebs'aggregat that all .Wellen must be arranged coaxially or in alignment. ⁇ The in Fig. 1 to Fig. ' 4 demonstrated unit
  • FIGS. 5 to 12 show further possibilities of assembling a small gas turbine engine comprising a plurality of exhaust gas turbines.
  • Fig. 5 and Fig. 6 shows the arrangement of Fig. 1 to Fig. 4 mi 1 t .einer on the Verdich- ⁇
  • FIGS. 9 to 12 show a multi-stage arrangement of a small gas turbine, in which a heat exchanger can be dispensed with because of the larger pressure ratio.
  • the 'air first' is pre-compressed in the low-pressure, compressor 4 and then, by means of the high-pressure compressor .5, 'at a higher pressure ratio

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Abstract

Vorgestellt wird ein Herstellungsverfahren und eine Anordnung für eine Gasturbinenanlage geringer Leistung, die als Wellenleistungsgasturbine, Heissgasgenerator oder Luftlieferer eingesetzt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch die Kleingasturbinen mit kostengünstigen Bauteilen hergestellt werden können. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasturbolader (1) von Brennkraftmaschinen, entsprechend dessen Leistungsparametern gefertigte oder angepasste Lufterhitzer (11, 12) mit weiteren, an diesen angepassten Baugruppen zu einer Gasturbine verbunden werden, wobei der Auslass des Verdichters (5) des Abgasturboladers(1) an den Gaserzeuger bzw. die Brennkammer (12) angeschlossen wird.

Description

[Beschreibung]
Verfahren zur Herstellung von Gasturbinen und Gasturbinenanordnung.
[Stand der Technik]
Gasturbinenanlagen, kurz Gasturbinen genannt, haben heute eine große Bedeutung in der Antriebstechnik. Sie zeichnen sich durch ein geringes Leistungsgewicht, unkomplizierte
Handhabung ebenso aus, wie durch den prinzipbedingt vibrati- onsarmen bzw. -freien Lauf. Dem entgegen steht ein hoher Herstellungsaufwand und damit ein hoher Anschaffungspreis. Dennoch haben sich Gasturbinen bis herunter zu einer Maschinenleistung von ca. 220 kW als Antriebsaggregat durchgesetzt, wenn die gasturbinenspezifischen Vorteile ausgenutzt werden müssen (z. B. Luftfahrtantriebe). Unterhalb dieser o. g.
Leistungsgrenze haben Gasturbinen vor allem wegen des großen Anschaffungspreises, der gegenüber einer gleichstarken Kolbenmaschine bis zu 10 mal so hoch ist, wenig oder keine Bedeutung. Dort werden auch heute noch Kolbenmaschinen einge- setzt, obwohl der Einsatz einer Gasturbine technisch vorteilhafter und komfortabler (z. B. vibrationsfrei) wäre. Heute werden kompakte Gasturbinen so konzipiert und hergestellt, dass eine große Anzahl der Einzelteile ausschließlich für diesen einen Einsatzzweck entwickelt und hergestellt werden müssen. Dazu gehören u. a. auch die Laufräder (Turbinenräder, Verdichterräder) sowie deren Schaufeln, Wellen, Leitapparate und Lagerungen, die besonders aufwendig und anspruchsvoll in der Materialwahl sind. Ein Austausch von Baugruppen und Einzelteilen ist, wenn die Turbinenleistung und/oder die Art der Turbine geändert werden soll, nur be-
, dingt oder gar nicht möglich. Baugruppen können nicht einfach ausgetauscht werden, so dass mit den entwickelten Teilen nur ein einziger Gasturbinentyp hergestellt: werden kann. 5 In 'der DE OS 3701519 wird ein Verfahren zur effektiven Her- Stellung kleiner Gasturbinen vorgeschlagen. Die Erfindung beinhaltet die Herstellung von Standardbauteilen aus ι denen Module vorgefertigt werden. D,urph Kombination diese'r Module und deren Verbindung durch Leitungen werden Gasturbinen l'θ entsprechend de spezifischen Einsatzfall gefertigt. Mit 1 dieser Lösung werden zwar höhere Fertigungsstückzahlen und damit Kostensenkungen erzielt, eine spezielle Fertigung für , Turbinenräder, Lagerungen usw. ist aber erforderlich. Der technische Aufwand und die Kosten liegen damit noch immer 15 wesentlich höher als bei Brennkraftmaschinen. Die Kombination von Modulen bedeutet immer ein Kompromiss hinsichtlich ^έr Übereinstimmung der Parameter, womit Leistungsverluste gege- ben sind. Durch die erforderlichen langen Verbindungsleitun- ' gen entstehen außerdem zusätzliche Aufwände und große Leis- 20 tungsverluste (Strömungswiderstand, Wärmeverluste) , die bei der geringen Leist'uήgsgröße besonders negativ wirken. Die Vorteile der räumlich getrennten Baugruppen sind nur in wenigen Einsatzfällen erwünscht, überwiegend wird ein kompak- ' tes Antriebsaggregat gefordert. •
25
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[Aufgabe der Erfindung] , >
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch die Kleingasturbinen mit kostengünstigen Bauteilen hergestellt werden (können. Eine weitere Aufgabe ist die 30 Entwicklung von Anordnungen, > um 'mit diesen Bauteilen verschiedene, kompakte Gasturbinen zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe entsprechend den Merkmalen des Anspruchs eins gelöst. Mit dieser überraschend einfachen Losung stehen sehr kostengünstig Gasturbinenbaugruppen und -bauteile für kleine Gasturbinen zur Verfugung. (
Abgasturbinen an Kolbenmaschinen sind seit vielen Jahren und in unterschiedlichen Baugrößen bekannt. Diese setzen die
Energie des Abgasstroms in Verdichterleistung für die
Motorenaufladung um. Eine Nutzung für andere Anwendungen,
, bzw. allgemein als Gasturbine wurde von der Fachwelt bisher übersehen. Zur Nutzung vorhandener Abgasturbolader für die Herstellung von Gasturbinen schlägt die Erfindung weiterhin vor, einen Lufterhitzer entsprechend den vorhandenen
Parametern des Abgasturboladers zu schaffen. Die Baueinheiten werden so' verbunden, dass die Heißluft vom Lufterhitzer in den Abgasturbolader und die verdichtete Luft vom ' Verdichterrad in den Lufterhitzer strömt. Die aus dem
Abgasturbolader strömende Heißluft kann dann für verschiedene
Anwendungszwecke genutzt werden. Der Lufterhitzer besteht aus einer Brennkammer mit vorgeschaltetem Wärmetauscher und bekanntem Zubehör. In weiterer Ausbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird ein zweiter bekannter Abgasturbolader ohne Verdichterrad als
Arbeitsturbine mit dem Ausgang des ersten Abgasturboladers
1 verbunden und somit eine 'Wellenleistungsgasturbine geschaffen. Nach Anspruch 3 ist die Brennkammer so dimensioniert und auf den Abgasturbolader abgestimmt, bzw. der/die
Abgasturbolader (1, 2, 3) hinsichtlich der Stromungs- querschnitte so ausgewählt, dass in der Brennkammer ein Druckunterschied gegenüber der Umgebung von 1,5 bis 2,5 bar erzeugt wird. Damit arbeitet die Anlage im optimalen Bereich. Es wird weiter entsprechend Anspruch '4 vorgeschlagen, dass der Verdichter ides Abgasturboladers mit dem Gaserzeuger bzw. der Brennkammer verzweigt verbunden wird. Der verdichtete Luftstrom wird somit zu einem Teil (Primarluft) in die Verbrennungszone und ,zu einem weiteren Teil (Sekundärluft) hinter' die Verbrennungszone geführt. Die Sekundärluft vermischt sich mit den frisch verbrannten Gasen und kühlen diese soweit ab, das,s die zulässige Turbinentemperatur nicht 5 überschritten wird. Die Aufteilung der Luftströme ist weiterhin regelbar gestaltet, so dass die Nachverbrennung und die Aibgastemperatur steuerbar ist. , ''>
' I I
In den weiteren Ansprüchen f 5 bis 7 werden 'Verfahren zur ' ' Herstellung verschiedener 'mehrstufiger Anordnungen von 0 Gasturbinen vorgeschlagen.
Durch das neue Verfahren wird der Einsatz einer Gasturbine, anstatt einer Kolbenmaschine zum ersten Mal auch für kleinere Leistungen (30 bis 200 kW) möglich. Bisher war bei kleineren 5 Gasturbinen der spezifische Preis* pro installierte Leistung sehr ho,ch, da die Vielfalt ihrer Einzelteile und deren Herstellungsaufwand ähnlich hoch war, wie die einer ' Gasturbine mit relativ hoher Nennleistung. Durch 'das neue Verfahren werden durch Nutzung von in großen Mengen produzierten und 0 damit preiswerten Baugruppen (Abgasturbόlader) , die ursprüng- lieh nicht für eine Gasturbine vorgesehen aber unbedingt einsatzfäh'ig sind, die Kosten stark gesenkt. Man kann sich ( auf die Herstellung weniger Verbindungsteile, Leitungen des
Arbeitsfluides, Lufterhitzer (Brennkammer, Wärmetauscher) und 1 5 den Zusammenbau der Kleingasturbine 'beschränken. Das wird ergänzt durch die Brennstoffanlage, Schmierstoffanlage,
Steuerungs- und Anlassvorrichtung.
Um aus den o. g. einzelnen Komponenten eine Kleingasturbine zu fertigen, ist es einerseits erforderlich den Lufterhitzer 0 insbesondere die Brennkammer genau auf die Leistungsparameter der Abgasturbolader, wie Drehzahl und damit Massenstrom,
Verbrennungstemperatur, Gerätetemperatuf, Ein - und Aus- trittsgeschwindigkeit,' Geometrie der Anschlüsse an die Brennkammer und zur Turbine, Ein- und Austrittsdrücke, Dichte der Gase und Abgasanalyse abzustimmen. Andererseits sind die Baugruppen, so auszuwählen und mit dem Lufterhitzer anzupas- sen, dass die Kennlinien aller Baugruppen aufeinander abgestimmt sind und die erforderliche Leistung' und der .Wirkungs- grad erreicht werden.
Im vorliegenden Fall wird die Herstellung der kompliziert geformten und materialtechnisch hochwertigen Turbinenräder sowie den ebenfalls komplizierten Verdichterrädern dem Spezialisten überlassen, während 'der Produzent der Kleingasturbine
I ' sich auf ,die Herstellung weniger , Vjsrbindungsteile und den Zusammenbau der Kleingasturbine beschränken kann. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass eine jgrößere Anzahl verschiedener Gasturbinen dadurch ver- wirklicht werden kann, dass verschiedene oder mehrere gleiche Abgasturbolader kombiniert werden. So lassen sich mit wenigen Baugruppen viele verschiedene Kleingasturbinen (hinsichtlich '
Nennleistung,'.Drehzahl, thermodyna ischer Schaltung) mit 'Hilfe einer computergestützten Elementeauswahl realisieren. Eine Kleingasturbi'ne .dieser Art kann unabhängig von der Anordnung und der Anzahl ,der beteiligten Abgasturbolader sowohl als Wellenleistung'sgasturbine als auch als Heißgasgenerator oder Luftlieferer eingesetzt werden. Der Einsatz als Antriebsmaschine ist mit Getriebe oder mit elektrischer Übertragung oder beidem in Luftfahrzeugen, Wasserfahrzeugen, Luftkissenfahrzeugen, Kraftfahrzeugen und Schienenfahrzeugen, Gleiskettenfahrzeugen u.' a. Fahrzeugen sowie landwirtschaftlichen Maschinen, 'Baumaschinen, Notstromgeneratoren und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen möglich. Es können sowohl hochwertige als auch minderwertige, sowohl konventionelle als auch alternative flüssige und gasförmige Brennstoffe verwen- det werden. , ι
' ι
In den Ansprüchen 8 bis 13 werden verschiedene Anordnungen von Abgasturbinen in Kombination mit Lufterhitzern ι , ι ' 6 i
1 i
vorgeschlagen, die ' in 'vielen Anwendungsfällen einsetzbar sind 1. ' '
I
I
[Beispiele] t ' '
Nachfolgend sollen das Verfahren' und die Anordnung an ,5 mehreren Beispielen erläutert werden.' ,
Die Figuren 1 bis 12 zeigen die einzelnen Anordnungsvarianten und FließSchemata1. '
' ' In Fig. 1 bis Fig. 4 ist als Beispiel für die Erläuterung eine Wellenleistungsturb,ine in Zweiwellenbauart mit einer '
10 Freifahrarbeitsturbine in der meist genutzten thermodynami-
1 sehen Schaltung von Gasturbinenanlagen dargestellt. Das heißt, dieses Aggregat besteht aus thermodynamischer Sicht ■ l ι ι ι aus einem Heißgasgenerator und einer unabhängig ' on der
I
'Heißgasturbine gelagerten Arbeitsturbine i ' 15 Die Luft wird vom Verdichter 5 aus der Umgebung angesaugt und verdichtet. Der Verdichter 5 gehört zum ersten Abgasturbolader 1. Die verdichtete Luft strömt in den Wärmetauscher 11, in dem die Luft durch die Abgaswärmeleistung vorgewärmt wird. Danach tritt die verdichtete undi vorgewärmte Luft in die 20 Brennkammer 12 ein, wo ein Teil des Luftsauerstoffs für die Verbrennung des Brennstoffes, der durch das Einspritz- bzw. ', Einblasventil 15 in die Brennkammer 12 gelangt, genutzt wird.
E)ie Brennkammer 12 ist so gestaltet, dass sich die hochtempe- riert(en Verbrennungsprodukte und di'e übrige Luft (Sekundär- 25 luft)ι gut mischen und eine technologisch vertretbare Tempera- tur des nun als Frischgas bezeichneten Arbeitsfluides erge- ben. Das Frischgas strömt durch den Leitapparat in die Ver- dichterturbine 7, die ebenfalls Bestandteil des ersten Abgasturboladers l'ist. 30 Dort gibt das Gas einen großen Teil seiner Energie an das Verdichterturbinenrad ab und treibt damit den Verdichter 5 an.' Danach strömt das Gas durch das Verbindungsstück 13 in die Arbeitsturbine 9, die Bestandteil des zweiten Abgasturboladers 2 ist. Dort wird die mechanische 'Leistung auf die Arbeitsturbinenwelle 10 übertragen und steht dort zur Verfü- gung. Das Gas wird im weiteren dem Wärmetauscher 11 zuge- führt, D rt wird ein Teil der verbleibenden Restenergie des
Arbeitsgases in Form von Wärme an die verdichtete Luft abge-
'5 geben, um den Wιirkιungsgrad de'r Maschine zu ' st•eig'ern. Zuletzt strömt das jetzt als Abgas zu 'bezeichnende Fluid über den
' ' ' ,
Abgasdiffusor 17 ins Freie., Gemäß Fig. 2a kann durch eine entsprechende Umkehrung der Anordnung das Frischgas auch zuerst, in die Arbeitsturbine 9 und dann in die Verdichtertur-
10 bine 7 geleitet werden. ' >
Das Aggregat wird 'mit Hilfe' ,des Anlassers 18, der gleichzei- tig ein Generator sein ,kann, in Betrieb genommen. Die Zündkerze 19 dient zur ersten Zündung des Brennstoff-Luft-
■ Gemisches in der Anlas'sphase . Eine Brennstoffpumpe 14 tjzw.
15 Emblässteuerung' ιstι für die Brennstoffversorgung zuständig .
. ' .. | ' ' ' '
Die 'Qlpumpe 16 fördert Schmiermittel zu den Lagerstellen. Oft ι ist es für ein Antriebs'aggregat nicht notwendig, dass alle .Wellen koaxial oder fluchtend angeordnet sein müssen. ■ Das in Fig. 1 bis Fig.' 4 dargestellte Aggregat demonstriert
' ' ' I ' I
20 die Kompaktheit bei der gewählten Anordnung. 'Die Welle des Verdichters und die Arbeitsturbinenwelle sind in diesem Fall
90 Grad zueinander angeordnet. Diese Anordnung ist für die , Funktion der Maschine ohne Einfluss, führt jedoch zu kleinen Abmaßen. ' . '
25 ' .Durch die Kombination ■von' unterschiedlich großen Abgasturbo- ladern und Verbindungsstücken lassen sich sehr, viele verschieden1 große und verschiedenartige Kleingasturbinen ver- • wirklichen. Die Art der Gasturbine wird durc den Einsatzzweck (Bereitstellung von Heißgas, ' Wellenleistung, Strahl- 30 leistung oder deren Kombinationen) bestimmt, die Größe durch die erforderliche Leistung und die Qualität und Technologie 'der zur Verfügung stehenden Abgasturbolader. Dabei sind alle von einem Nutzer gewünschten Anordnungen sowie neue Kombinationen möglich. In den Fig. 5 bis Fig. 12 sind noch weitere Möglichkeiten der Zusammenstellung einer Kleingasturbine aus mehreren Abgastur-
1 I , boladern dargestellt. Fig. 5 und Fig. 6 zeigt die Anordnung aus Fig. 1 bis ,Figι 4 mi 1t .einer zusätzlich auf derI Verdich- ι
5 terwelle vor dem Verdichter 5 > angeordneten Axialstufe 8.
.Diese erhöht das Druckverhältnis, dass nach der Verdichtung vorliegt. ι ι ι ι In Fig. 7 und Fig. < 8ι ist ebenfalls eine Kleingasturbine in
' ,' ' Zweiwellenbauart mit einer 'Verdichterturbine und einer Frei-
. I
10 fahrarbeitsturbine abgebildet. Hierbei liegt die Arbeitstur- , binenwelle (10) parallel zur Welle des Verdichters 5, im Gegensatz ' zu den, Anordnungen in Fig. 1 bis Fig. 6., Diese Anordnung wird durch Verwendung eines anderen Verbindungsstü-
I ' ι '
,ckes 13 und Veränderung des Anschlusses an den Wärmetauscher 15 11 er Ireicht. '
Die Fig. 9 bis Fig. 12 zeigen eine mehrstufige Anordnung einer Kleingasturbine, bei de,r wegen des größeren Druckverhältnisses auf einen Wärmetauscher verzichtet werden kann. ι
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht im, geringeren
20 Leistungsgewicht. Dabei wird die ,Luft zuerst 'im Niederdruck-, Verdichter 4 vorverdichtet und anschließend durch den Hoch- druckverdichter .5 ,' auf eιin insg-"esamt höheres Druckverhaltnis
1 als bei einstufiger Verdichtung gebracht und der Brennkammer ■ t 12 zugeführt. Danach strömt das Frischgas zuerst durch die 25 Hochdruckturbine 7, die den Hochdruckverdichter 5 antreibt, dann durch die Arbeits'turbine 9 'und anschließend durch die
Niederdruckturbine 6, die den Niederdruckverdichter 4 ' an- treibt. Zuletzt strömt das Abgas durch den Abgasdiffusor 17 in, die Umgebung. 30 Auch hier ist eine andere Kombination der Turbinenanordnungen mpglich, wie in Fig. 10a und 10b dargestellt ist. Verzeichnis der Bezugszeichen
erster Abgasturbolader zweiter Abgasturbolader dritter Abgasturbolader Niederdruckverdichter
Verdichter/ Hochdruckverdichter Niederdruckturbine
Verdichterturbine/ Hochdruckturbine Axialstufe Arbeitsturbine Arbeitsturbinenwelle , Wärmeaustauscher Lufterhitzer
Brennkammer Lufterhitzer Verbmdungsstuck Brennstoffpumpe ' Einblasventil Olpumpe
Abgasdiffursor Anlasser Zündkerze

Claims

[Patentansprüche]
1. Verfahren zur Herstellung von Gasturbinen, bei dem vorgefertigte, , Bauteile bzw. Baugruppen miteinander zu Gasturbinen zusammengefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abgasturbolader (1) von
Brennkraftmaschinen, entsprechend den benötigten Parametern ausgewählt, '
- an dessen Leistungsparametern angepasste oder gefertigte Lufterhitzer (11, 12) mit weiteren, an diesen angepassten
Baugruppen zu einer Gasturbine verbunden werden, wobei der Auslass des Verdichters (5) des Abgasturboladers (1) an den Gaserzeuger bzw. die Brennkammer (12) angeschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass ein Abgasturbolader (1) von Brennkraftmaschinen mit einer auf dessen Leistungsparameter abgestimmter Brennkammer (12) und vorgeschaltetem Wärmetauscher (11) sowie Brennstoffanläge zu einem Heißgasgenerator verbunden werden,
- und mit einen dem Heißgasgenerator angepassten zweiten Abgasturbolader (2) von Brennkraftmaschinen ohne Verdichterrad als Arbeitsturbine (9) ' zu einer Wellenleistungsgasturbine zusammengefügt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (12) so dimensioniert und auf den Abgasturbolader (1, oder 2, oder 3), der den Verdichter antreibt, abgestimmt ist, bzw. der/die Abgasturbolader (1, 2, 3) hinsichtlich der Strömungsquerschnitte so ausgewählt ist/sind, dass in der Brennkammer (12) ein Druckunterschied gegenüber der Umgebung von 1,5 bis 2,5 bar erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, ι dass der Verdichter (5) des Abgasturboladers (1) mit dem Gaserzeuger bzw. der Brennkammer (12) verzweigt, vor und nach dessen Verbrennungszone, , regelbar verbunden wird, so dass die Nachverbrennung und die 'Abgastemperatur steuerbar ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis, 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abgasturbolader (1, 2, 3) von Brennkraftmaschinen parallel oder mehrstufig in Reihe, entsprechend deren Leistungsparametern gefertigte Lufterhitzer (11, 12) mit weiteren, an diese Abgasturbolader (1, 2, 3) angepassten Baugruppen zu einer Wellenleistungsgasturbine verbunden werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass des strömungstechnisch zuerst angeordneten
Abgasturboladers (1) direkt, bzw. mit einem kurzen Verbindungsstück (13) , mit dem Einlass des danach angeordneten zweiten Abgasturboladers (2) verbunden wird, so dass die Wellen der Abgasturbolader einen Winkel einschließen.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Baugruppen, wie Wärmetauscher (11) , Brennstoffanläge (14, 15), Anlasser (18) , Steuerung usw. und Teile für Lufterhitzer, die für verschiedene Maschinen serienmäßig gefertigt werden, direkt oder angepasst mit den Abgasturboladern zu einer Gasturbine verbunden werden.
8. Gasturbinenanordnung nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppen wie Abgasturbolader (1, 2, 3) von Brennkraftmaschinen, Wärmetauscher (11) , Brennkammer (12) u.a. direkt oder über kurze Verbindungsstücke (13) miteinander, überwiegend unter einem Winkel, zu einer kompakten Einheit verbunden sind.
9. Gas/turbinenanprdnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Abgasturboladers (1) einer
Brennkraftmaschine, der als Heißgasgenerator wirkt, über ' einen Verbindungsstück (13) mit dem Eingang des
Abgasturboladers (2) einer Brennkraftmaschine, der als
Arbeitsturbine wirkt, verbunden ist.
10.. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Brennkammer (12) mit dem Eingang des Abgasturboladers (2) , der als Arbeitsturbine wirkt, verbunden ist und der Ausgang des Abgasturboladers (2) über ein Verbindungsstück (13) mit dem Eingang des Abgasturboladers (1), der als Verdichterturbine wirkt, verbunden ist.
11. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass 'die Turbinen (6, 7, 9) von 3 Abgasturboladern (1, 2, 3) in Reihe verbunden sind, zwei als zweistufige Verdichterturbinen (6, 7) und eine als Arbeitsturbine (9) wirken, wobei die t Arbeitsturbine strömungstechnisch unmittelbar hinter der Brennkammer (12), in mittlerer oder letzter Position angeordnet ist.
12. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass di,e Wellen einen Winkel von etwa 90 ° einschließen.
13. Gasturbinenanordnung nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang des Abgasturboladers 1 achsfluchtend mit der Brennkammer ■ 12 verbunden ist und unter dieser der Wärmetauscher parallel zum Abgasturbolader 1 angeordnet ist.
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