Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage und Einriebtung zur Ausführung des Verfahrens. Bei Gasturbinen, insbesondere bei den die Wärme bei gleichbleibendem Druck einfüh renden Gasturbinen, ist es bereits bekannt, zur Erhöhung des Wirkungsgrades Wärme- a.ustauscher zu verwenden, mit deren Hilfe der Wärmeinhalt der aus der Turbine aus strömenden entspannten Gase zu einer mög lichst reichlichen Erwärmung der verdich teten Luft verwertet werden kann.
Bei Ver wendung von entsprechenden Wärmeaustau- schern ist es in dieser Weise möglich, den erreichbaren Wirkungsgrad der Gasturbine um 30 bis 45 vH zu steigern. Der hierzu erforderliche Wärmeaustauscher bildet je doch einen sehr gewichtigen Bestandteil der Anlage, so dass, wenn eine Anlage von leich ter Bauart sein soll, wie beispielsweise im Falle der Anwendung auf Fahrzeugen oder Flugzeugen, Wärmeaustauscher, durch wel che noch eine Rückgewinnung der Wärme der entspannten Gasewirtschaftlich gesichert werden könnte, nicht anwendbar wären.
Mit dem Betriebsverfahren für Gastur binenanlagen gemäss der vorliegenden Erfin dung wird es ermöglicht, selbst ohne An wendung von Wärmeaustauschern, also bei geringem Eigengewicht, einen Gesamtwir kungsgrad von 25 bis 45 vH zu erreichen, wodurch die Gasturbine auch für die vorhin erwähnten Zwecke wirtschaftlich geeignet gemacht wird.
Mit Rücksicht darauf, dass in. diesen Fällen ausser dem guten Wirkungs grad auch geringes Eigengewicht eine wich tige Forderung bildet, ist es sehr wesentlich, bei möglichst geringen Abmessungen der maschinellen Anlage grosse Leistungen errei chen zu können, welche Bedingung durch das Betriebsverfahren gemäss der Erfindung gleichfalls erfüllt wird.
Bei den mit gleichbleibendem Druck ar beitenden Gasturbinen ist es im allgemeinen bekannt, den Brennstoff in einer vor der Turbine angeordneten Brennkammer in vor verdichteter Luft bei gleichbleibendem Druck zu verbrennen und die entstehenden Brenn- gase in der Turbine unter Arbeitsleistung adiabatisch zu entspannen. Durch dieses be kannte Verfahren ergibt sich aber, da.ss auf die Gewichtseinheit des die Turbine durch strömenden Arbeitsmittels bezogen, eine er heblich niedrigere spezifische Leistung er zielt wird, als sie mittels des Betriebsverfah rens gemäss der Erfindung sich ermöglichen lässt.
Zur Sicherung einer bestimmten Lei stung in der Zeiteinheit müsste daher bei Anlagen bekannter Art, im Vergleich zu derjenigen, die nach dem vorliegenden Be triebsverfahren arbeitet, eine grössere Gas menge die Turbine durchströmen, wodurch selbstverständlich die Abmessungen sowohl der Turbine, als auch des Verdichters erheb lich grösser gewählt werden müssten und in folgedessen auch das Eigengewicht der An lage entsprechend vermehrt würde.
Das vorliegende Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage zeichnet sich da durch aus, dass das bei der Arbeitsleistung zur Entspannung gelangende Arbeitsmittel zunächst verdichtet wird, worauf ihm Wärme zugeführt wird, derart, dass der bei der Verdichtung entstandene Enddruck bei behalten wird, dass hernach während des er sten Teils der Entspannung in der Turbine dem Arbeitsmittel Wärme zugeführt wird, derart, da.ss dieser Teil mindestens angenä hert isotherm verläuft, und dass der zweite Teil der Entspannung in einer Entspan nungskurve verläuft,
welche näher bei der durch den Anfangspunkt dieses zweiten Teils gelegten Adiabate als bei der durch diesen Punkt gelegten Isotherme liegt.
Die Erfindung betrifft im weiteren eine Einrichtung zur Durchführung des erfin dungsgemässen Verfahrens bei einer Gastur binenanlage mit Verdichter und der Turbine vorgeschaltetem Verbrennungsraum. Bei die ser Einrichtung ist der Verbrennungsraum zwischen dem Verdichter und der Turbine angeordnet und mit. einer Wärmequelle in Verbindung gebracht, während zwischen dem Verbrennungsraum und einer der mitt leren Arbeitsstufen der Turbine zum Ein- führen von Wärme in das Arbeitsmittel be stimmte Organe vorgesehen sind, welche während des ersten Entspannungsteils des Arbeitsmittels in der Turbine dessen Tem peratur wenigstens angenähert konstant er halten.
Ein guter Wirkungsgrad und eine ver hältnismässig grosse spezifische Leistung können mit dem erfindungsgemässen Verfah ren schon erreicht werden, ohne dass man mit der in der Turbine auftretenden Höchst temperatur höher als auf etwa 500 bis 700 C, das heisst bis zu der mit Rücksicht auf die Baustoffe noch zulässigen Grenze gehen müsste.
Bei Gasturbinen ist die zur Verdichtung des Arbeitsmittels erforderliche Arbeit im Vergleich zu der in der Turbine erhältlichen Arbeit verhältnismässig sehr gross; beispiels weise muss ein Anteil von etwa 65 bis 80 vH der Gesamtleistung der Turbine zum An trieb des Verdichters verwendet werden, so dass nur der übrigbleibende Teil der Lei stung sich als Nutzarbeit ergibt.
Die Folge hiervon ist, dass die Verluste des Verdichters, die überwiegend mechanischer Natur sind, prozentuell in bezug auf die resultierende Leistung (Nutzarbeit) ein Vielfaches der auf die Verdichterarbeit bezogenen Verlustpro zentzahl ausmachen, so dass diese Verluste die resultierende Leistung sehr empfindlich beeinflussen und in den Werten des aus dem ideellen Kreisprozess zu schliessenden theore tischen Wirkungsgrades sehr wesentliche Verschiebungen verursachen.
Deshalb ist es sehr wesentlich, sowohl eine Turbine mit gutem mechanischem Wirkungsgrad, als auch insbesondere einen Verdichter von gutem Wirkungsgrad zu verwenden, um auf die Turbinenwelle bezogen, einen guten re sultierenden Wirkungsgrad zu erhalten; Tur bine und Verdichter sollten auch möglichst geringe Abmessungen haben. Besonders vor teilhaft bauliche Verhältnisse können erhal ten werden durch Anwendung eines achsial durchströmten Verdichters und einer eben falls achsial durchströmten Turbine; der Verdichter kann zweckmässig auch noch mit zur Beseitigung der ungünstigen Wirkung der sogenannten ermüdeten Grenzschicht ge eigneten Bauteilen ausgerüstet sein.
Anstatt achsial durchströmter Maschinen sind aber auch andere, mit gutem Wirkungsgrad ar beitende, z. B. radial durchströmte Maschi nen, anwendbar.
Die Art und Weise, wie der zur Wärme zufuhr dienende Brennstoff eingeführt wird. kann bei der Entspannung des Arbeitsmit tels von grösser Wichtigkeit sein. Um die Verbrennung vor der Turbine in Gang zu setzen, ist eine Brennstoffzufuhr in das Ar beitsmittel schon vor dessen Eintritt in die Turbine ohnehin unerlässlich; vorteilhaft ist aber auch die Unterstützung und Aufrecht erhaltung der Verbrennung in der Turbine selbst.
Das Verhältnis der vor dem Eintritt in die Turbine und der in ihr selbst zu ver brennenden Brennstoffmengen kann dabei beispielsweise durch die Vollkommenheit der Gemischbildung und bei flüssigem Brenn stoff durch das Mass und den Grad der Zer- stäubung, sodann aber auch durch die Aus bildung und die Abmessungen des Brenn- raumes beeinflusst und geregelt werden. Jeder die Verbrennung verlangsamende'Ein- fluss verlängert dabei auch die Grösse des er sten Entspannungsabschnittes in der Tur bine.
Wenn zur Einführung des Brennstof fes Zerstäuber vorgesehen sind, erscheint es zweckmässig, ganz besonders diejenigen des vor dem Eintritt in die Turbine angeord neten Verbrennungsraumes derart zu wäh len und zu speisen, dass der Grad der Fein heit der Zerstäubung untereinander verschie den ausfällt; fein zerstäubter Brennstoff ver brennt selbstverständlich schneller als grob zerstäubter, und je nach der Feinheit der Zerstäubung wird sich die Verbrennung in grösserem oder kleinerem Masse in die Tur bine hinüberziehen.
Die Zeichnung bezieht sich auf Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung. In Fig. 1 ist das Druckvolumenschaubild des Betriebsver fahrens dargestellt; Fig. 2 und 3 zeigen Längsschnitte von zwei mit Ausführungs beispielen der Einrichtung zur Durchfüh- rung des Betriebsverfahrens versehenen An lagen; Fig. 4 zeigt im Längsschnitt einen zur zweckentsprechenden Regelung der Gas turbine vorteilhaft verwendbaren Zerstäuber;
Fig. 5 und 6 zeigen zwei schematische Längs schnitte von zwei weiteren, je mit einem Energieverbraucher versehenen Anlagen, bei denen hinter die erfindungsgemäss betriebene Gasturbine auch noch eine besondere Nieder druckturbine geschaltet ist.
Im Schaubild der Fig. 1 sind die im Ar beitsvorgang auftretenden Drucke auf der Ordinatenachse und die spezifischen Gas volumen auf der Abszissenachse aufgetra gen. Es bezeichnen po, v, und To die An fangswerte des Druckes, des spezifischen Volumens bezw. der absoluten Temperatur des in den Verdichter eintretenden Gases; p1, v,. und T, sind die auf den Zustand des aus dem Verdichter austretenden Gases be zogenen entsprechenden Zustandsgrössen.
Die Zustandsgrössen des in die Turbine nach vor heriger Wärmezufuhr eintretenden Gases sind<I>p,,</I> v2 und T2, und diejenigen des End zustandes der in der Turbine bei wenigstens nahezu gleichbleibender Temperatur stattfin denden Entspannung, sowie die des Zustan des des Austrittes aus der Turbine nach Ent spannung ohne Wärmezufuhr sind p2, v,', T2 bezw. p3, v3, T3;
p3 und p, sind im all gemeinen gleich, falls jedoch vor dem Ver dichter Drosselung angewendet wird, ist p" kleiner als p3.
Bei der beispielsweisen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die frisch eingeführte Luft adiabatisch auf den Druck p1 verdichtet; darauffolgend erhöht sich die Temperatur des Arbeitsmittels zu folge beim konstanten Druck p, stattfinden der Wärmezufuhr bezw. Verbrennung von T,. auf T', welche die höchste durchschnitt liche Temperatur des Arbeitsvorganges ist.
Das Arbeitsmittel tritt darnach in die Tur bine ein und entspannt sich bei weiterer Wärmezufuhr, das heisst bei Fortsetzung der Verbrennung oder bei Einführung und Ver brennung neuen Brennstoffes, isothermisch oder angenähert isothermisch. im ersten Teil
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der <SEP> Entspannung <SEP> bis <SEP> zum <SEP> Druck <SEP> p, <SEP> (Punkt
<tb> T).
<SEP> Bei <SEP> diesem <SEP> letzteren <SEP> Druck <SEP> hört <SEP> die <SEP> Ein führung <SEP> von <SEP> Wärme <SEP> auf <SEP> und <SEP> wird <SEP> die <SEP> wei tere <SEP> Entspannung <SEP> bis <SEP> zum <SEP> Austritt <SEP> aus <SEP> der
<tb> Turbine <SEP> im <SEP> zweiten <SEP> Teil <SEP> der <SEP> Entspannung
<tb> gemäss <SEP> einer <SEP> näher <SEP> zur <SEP> Adiaba.te <SEP> y <SEP> als <SEP> zur
<tb> Isotherme <SEP> ,z <SEP> liegenden <SEP> Entspannungskurve <SEP> ri,
<tb> also <SEP> praktisch <SEP> a.diabatisch <SEP> fortgesetzt.
<SEP> y <SEP> und
<tb> sind <SEP> die <SEP> durch <SEP> den <SEP> Anfangspunkt <SEP> T <SEP> des
<tb> zweiten <SEP> Entspannungsteils <SEP> gelegten <SEP> Iso therme <SEP> und <SEP> Adia.bate.
<tb> Ein <SEP> sehr <SEP> wesentlicher <SEP> Vorteil <SEP> des <SEP> be schriebenen <SEP> Verfahrens <SEP> besteht <SEP> darin, <SEP> dass
<tb> durch <SEP> die <SEP> Einführung <SEP> von <SEP> zusätzlicher
<tb> '9rärmemenge <SEP> während <SEP> des <SEP> ersten <SEP> Abschnit tes <SEP> der <SEP> Entspannung <SEP> die <SEP> auf <SEP> die <SEP> Gewichts einheit <SEP> des <SEP> Arbeitsmittels <SEP> bezogene <SEP> spezifi sche <SEP> Leistung <SEP> grösser <SEP> wird <SEP> und <SEP> somit.
<SEP> für
<tb> eine <SEP> gegebene <SEP> Leistung <SEP> die <SEP> Dimensionen <SEP> der
<tb> Einrichtung <SEP> herabgesetzt <SEP> werden <SEP> können.
<tb> Dieser <SEP> Vorteil <SEP> mag <SEP> von <SEP> so <SEP> grosser <SEP> Bedeutung
<tb> sein, <SEP> dass <SEP> man <SEP> in <SEP> Ermangelung <SEP> hinreichen den <SEP> Konstruktionsraumes <SEP> (z. <SEP> B.
<SEP> an <SEP> Fahrzeu gen <SEP> oder <SEP> Flugzeugen) <SEP> mit <SEP> dem <SEP> mit <SEP> zusätz licher <SEP> Wärmezufuhr <SEP> verbundenen <SEP> ersten
<tb> Entspannungsabschnitt <SEP> wesentlich <SEP> weiter
<tb> geht, <SEP> als <SEP> dies <SEP> allein <SEP> mit <SEP> Rücksicht <SEP> auf <SEP> den
<tb> besten <SEP> Gesamtwirkungsgrad <SEP> erwünscht <SEP> wäre,
<tb> um <SEP> so <SEP> mehr, <SEP> da- <SEP> - <SEP> wie <SEP> die <SEP> weitere <SEP> Unter suchung <SEP> des <SEP> Dia.grammes <SEP> der <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> be weist <SEP> - <SEP> der <SEP> Gesamtwirkungsgrad <SEP> sich <SEP> in
<tb> der <SEP> Nähe <SEP> seines <SEP> Höchstwertes <SEP> nur <SEP> sehr <SEP> wenig
<tb> ändert.
<SEP> Die <SEP> Untersuchung <SEP> einer <SEP> Reihe <SEP> von
<tb> Betriebszuständen, <SEP> für <SEP> welche <SEP> die <SEP> Entspan nungsabsehnitte <SEP> mit <SEP> und <SEP> ohne <SEP> zusätzliche
<tb> MTärmezufuhr, <SEP> bezw. <SEP> die <SEP> zu <SEP> diesen <SEP> Entspan nungsabsehnitten <SEP> gehörigen <SEP> Druckabfälle
<tb> verschieden <SEP> gross <SEP> gewählt <SEP> wurden, <SEP> hat <SEP> er geben, <SEP> dass <SEP> für <SEP> diejenigen <SEP> Fälle, <SEP> in <SEP> welchen
<tb> die <SEP> hohe <SEP> spezifische <SEP> Leistung <SEP> mit <SEP> noch <SEP> vor teilhaftein <SEP> CTesamt,#virlkungsgrad <SEP> verbunden
<tb> ist, <SEP> die <SEP> Verhältniszahl <SEP> von <SEP> die <SEP> soge <I>P1-p"</I>
<tb> nannte <SEP> relative <SEP> Grösse <SEP> der <SEP> adiabatisehen <SEP> Ent spannung,
<SEP> kleiner <SEP> als <SEP> der <SEP> aus <SEP> der <SEP> Formel
<tb> errechnete <SEP> Wert, <SEP> aber <SEP> grösser <SEP> als
<tb> 88
<tb> 0,05 <SEP> ist.
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Wie <SEP> gerade <SEP> jetzt <SEP> erwähnt, <SEP> ist <SEP> der <SEP> Ge samtwirkungsgrad <SEP> in <SEP> der <SEP> Nähe <SEP> seines <SEP> Höchst wertes <SEP> nahezu <SEP> konstant:
<SEP> gemäss <SEP> einer <SEP> weite ren <SEP> Feststellung <SEP> ist <SEP> dies <SEP> durchschnittlich
<tb> dann <SEP> der <SEP> Fall, <SEP> -,wenn <SEP> die <SEP> relative <SEP> Grösse <SEP> der
<tb> adiabatischen <SEP> Entspannung <SEP> den <SEP> Wert <SEP> von
<tb> 0.4 <SEP> besitzt. <SEP> Ans <SEP> diesem <SEP> Grunde <SEP> ist <SEP> es <SEP> zweck mässig.
<SEP> bei <SEP> Regelung <SEP> der <SEP> Leistung <SEP> der <SEP> Gas turbine <SEP> in <SEP> der <SEP> Weise <SEP> vorzugehen, <SEP> dass <SEP> beim
<tb> Erhalten <SEP> der <SEP> Höchsttemperatur <SEP> auf <SEP> einem
<tb> nahezu <SEP> unveränderlichen <SEP> Wert <SEP> die <SEP> einge führte <SEP> Wärmemenge <SEP> und <SEP> demzufolge <SEP> die
<tb> Arbeitsleistung <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> durch <SEP> Verände rung <SEP> der <SEP> Grösse <SEP> des <SEP> adiabatischen <SEP> Teils <SEP> ge regelt <SEP> wird. <SEP> Es <SEP> ist <SEP> jedoch <SEP> möglich, <SEP> hiervon
<tb> abweichend <SEP> auch <SEP> so <SEP> vorzugehen, <SEP> dass <SEP> bei <SEP> der
<tb> Regelung <SEP> die <SEP> Höchsttemperatur, <SEP> also <SEP> auch
<tb> die <SEP> bei <SEP> gleichbleibendem <SEP> Druck <SEP> eingeführte
<tb> spezifische <SEP> 'NZ'ärmemenge <SEP> geändert <SEP> wird.
<SEP> Soll
<tb> vermieden <SEP> werden, <SEP> dass <SEP> bei <SEP> Leistungsvermin derungen <SEP> die <SEP> Temperatur <SEP> übermässig <SEP> abfällt,
<tb> so <SEP> kann <SEP> man <SEP> in <SEP> der <SEP> Weise <SEP> vorgehen, <SEP> dass
<tb> mit <SEP> der <SEP> Verminderung <SEP> der <SEP> eingeführten
<tb> Wärme <SEP> auch <SEP> die <SEP> vom <SEP> Verdichter <SEP> geförderte
<tb> Luftmenge <SEP> durch <SEP> Drosselung <SEP> vermindert
<tb> wird, <SEP> was <SEP> mit <SEP> Hilfe <SEP> eines <SEP> vor <SEP> dem <SEP> Verdich ter <SEP> angebrachten <SEP> einfachen <SEP> Drosselorgane
<tb> verwirklicht <SEP> werden <SEP> kann.
<tb> Gemäss <SEP> Fig. <SEP> ? <SEP> befindet <SEP> sich <SEP> im <SEP> Verdich ter- <SEP> bezw.
<SEP> Turbinengehäuse <SEP> 1 <SEP> der <SEP> die <SEP> Schau feln <SEP> ? <SEP> tragende <SEP> Verdichterlhufer <SEP> 3, <SEP> welcher
<tb> samt <SEP> dem <SEP> die <SEP> Turbinenschaufeln <SEP> 4 <SEP> tragen den <SEP> Turbinenläufer <SEP> 5 <SEP> auf <SEP> der <SEP> in <SEP> den <SEP> Lagern
<tb> \?5, <SEP> 26 <SEP> gelagerten <SEP> gemeinsamen <SEP> Turbinen welle <SEP> 6 <SEP> aufgekeilt <SEP> ist. <SEP> Zwischen <SEP> den <SEP> Schau felkränzen <SEP> ? <SEP> des <SEP> Verdicbterläufers <SEP> sind <SEP> die
<tb> ortsfesten <SEP> Schaufelkränze <SEP> 7 <SEP> angeordnet, <SEP> wäh rend <SEP> die <SEP> ortsfesten <SEP> Turbinenschaufelkränze
<tb> 8 <SEP> nviscben <SEP> den <SEP> sich <SEP> drehenden <SEP> Schaufelkrän zen <SEP> 4 <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> untergebracht <SEP> sind.
<SEP> Hin ter <SEP> dem <SEP> Verdichter, <SEP> also <SEP> zwischen <SEP> letzterem
<tb> und <SEP> der <SEP> Turbine, <SEP> befindet <SEP> sich <SEP> der <SEP> Verbren nungsraum <SEP> 9, <SEP> in <SEP> welchen <SEP> die <SEP> Wärme <SEP> einfüh renden <SEP> Brenner <SEP> bezw. <SEP> Zerstäuber <SEP> 10, <SEP> 10'
<tb> münden.
<tb> Zwischen <SEP> den <SEP> Schaufelkränzen <SEP> der <SEP> Tur bine <SEP> sind <SEP> ferner <SEP> auch <SEP> die <SEP> Wärme <SEP> einführen den <SEP> Brenner <SEP> bezw. <SEP> Zerstäuber <SEP> 11, <SEP> 12 <SEP> ein- gebaut. Es sind also zwischen dem Verbren nungsraum 9 und einer der mittleren Ar beitsstufe der Turbine zum Einführen von @Värme in das Arbeitsmittel bestimmte Or gane 11, 12 vorgesehen. Der Verbrennungs raum 9 ist durch den Innenraum der Brenn kammer 13 gebildet.
Diese Brennkammer ist ein auf der Turbinenwelle koaxial angeord neter, aus Stahl oder anderem hitzebeständi gem Baustoff hergestellter Rotationskörper, dessen Wände, von einige Stützteilen abge sehen, an der Wand des Turbinengehäuses nicht vollkommen aufliegen, sondern es ist dazwischen ein Spalt oder Kanal 14 vorge sehen. Der Verbrennungsraum ist als zur Turbinendrehachse koaxialer Drehkörper aus gebildet. Die Brennkammer weist mit dem vom Verdichter zur Turbine führenden Strö mungsraum o Verbindung herstellende Öff nungen 15 auf und ist mit Lenkorganen 16 ausgerüstet, welche dem den Verdichter ver lassenden Gasstrom gegenüberstehen. Diese Lenkorgane können am ganzen Umfang oder auch nur an einzelnen Stellen des Umfanges in versetzter Anordnung vorgesehen sein oder unter Umständen gänzlich fehlen.
Die Speisung der den Brennstoff einfüh renden Organe 10, 10', 11, 12 usw. wird durch die Pumpe 22 verrichtet. Damit die Speisung frei von Pulsationen ist, sind zwi schen der Pumpe und den oben genannten, den Brennstoff einführenden Organen Aus gleichskessel 23 vorgesehen. Zwischen der Pumpe und den den Brennstoff einführen den Organen ist mit Hilfe der Leitungen 24 Verbindung hergestellt. Die Anzahl und Anordnung der Wärme einführenden Bren ner oder Zerstäuber sind in der Zeichnung nur schematisch angedeutet und können hier von auch abweichen.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist die folgende Bei der Drehung der Welle 6 saugt der Verdichter 3 über die Einlassöffnungen 18 in der Pfeilrichtung 17 Luft an, welche er während der Durchströmung seiner Schaufel kränze verdichtet.
In den Verbrennungsraum 9 lassen die Wärme zuführende Organe 10, 10' entweder heisse Brenngase oder unmittel- bar Brennstoff eintreten; im Falle flüssigen Brennstoffes bewirken sie Zerstäubung, im Falle festen Brennstoffes lassen sie diesen nicht mittels Zerstäubung, sondern in an derer Weise in den Raum 9 eintreten, wäh rend im Falle gasartigen Brennstoffes der Brennstoff, eventuell bereits -mit Luft ver mischt, durch diese Organe hindurch einfach einströmt. Dasselbe gilt auch für die Wärme einführenden Brenner bezw. Zerstäuber 11 und 12.
Zufolge der Wärmeeinführung wird die Temperatur T, der verdichteten Luft während der Verbrennung bei noch gleich bleibendem Druck p, zunehmen auf T, wor auf die Einströmung dieses verdichteten Ar beitsmittels in den Turbinenteil ihren An fang nimmt. In den Turbinenstufen ent spannt sich das Gas stufenweise und verlässt die Turbine in der Pfeilrichtung 19 durch die Austrittsöffnungen 20 hindurch. Die Luft tritt durch die Öffnung 21 in den Raum 15 ein.
Bestimmung und Wirkungsweise der in Fig. 2 ersichtlichen Brennkammer 13 sind die folgenden: Die aus dem Verdichter aus tretende Luft befindet sieh in starker Strö mung, und deshalb könnte, falls zwischen dem Verdichter und der Turbine ein Ver brennungsraum von hinreichender Grösse nicht vorgesehen wäre, genügende Zeit zur Verbrennung des Brennstoffes in erforder lichem Masse nicht zur Verfügung stehen.
Für die rasche Verbrennung des Brennstof fes muss jedoch um so mehr gesorgt werden, da die Temperatur T, der aus dem Verdich ter austretenden Luft nicht in- jedem Falle hoch ist; bei einer Verdichtung von pilpo - 10 und bei einer Einlasstemperatur von 0 C beträgt die Temperatur nach der Ver dichtung beispielsweise nur ungefähr<B>300'</B> C, bei welcher, z. B. im Falle von Gasölfeue rung, zur Anzündung des Brennstoffes be reits eine beträchtliche Zeit erforderlich ist. Die Öffnung 21 wird vom Luftstrom be rührt, und bei der Ausführungsform, bei.
welcher die Lenkorgane 16 fehlen, wird das in der Brennkammer 13 enthaltene Gas durch den an den Öffnungen o vorbeiströ- menden Luftstrom infolge Reibung bezw. konvektive Impulsübergabe in drehende Be wegung gesetzt, wobei die Konvektion bezw. die zufolge der Wirbelung entstehende Gas mischung das Eintreten einer gewissen Menge frischer Luft aus dem Luftstrom in die Brennkammer sichert. Ein Teil der Luft wird also in den Verbrennungsraum geführt und der Rest der Luft wird den Gasen bei gemischt, die aus dem Verbrennungsraum kommen.
Dasselbe wird aber auch erreicht mit Hilfe der Lenkörgane 16, welche einen Teil des Luftstromes stellenweise in die Brennkammer 13 lenken, wo durch die ein tretende Frischluft eine heftige Wirbelung aufrecht gehalten wird, oder wird dies be reits auch dadurch erreicht, dass die zur Tur bine näher liegende Wand der Kammer 13, im Vergleich zum gegenüberliegenden, dem Verdichter näher liegenden Wandteil dersel ben, zur Hervorbringung eines die Wirbe- lung unterstützenden Gasstromes und zm,ecks Ablenkung zur Drehungsachse hin nach ein wärts ein wenig verlängert wird.
Durch entsprechende Wahl der Grösse der sieh an den Luftstrom anschliessenden Öffnung 21, bezw. durch entsprechende Gestaltung der Lenkorgane 16 kann die Grösse des in die Brennkammer eintretenden Teils des durch den Verdichter geförderten Luftstromes ein gestellt werden.
Der Brennstoff wird mit Hilfe der Organe 10, 10' in die Brennkam- mer eingeführt, wo die Verbrennung in dem Masse stattfindet, wie dies im Sinne der obi gen Darlegungen erforderlich ist, wobei die Organe 10, 10' so ausgebildet sind, dass sie die entsprechende Mischung des Brennstoffes
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bewirken <SEP> können.
<SEP> Da <SEP> die <SEP> Verbrennung <SEP> nur
<tb> in <SEP> einem <SEP> Teil <SEP> der <SEP> eintretenden <SEP> vollen <SEP> Luft menge <SEP> stattfindet, <SEP> wird <SEP> in <SEP> der <SEP> Brennkammer
<tb> 13, <SEP> im <SEP> Vergleich <SEP> zur <SEP> durchschnittlichen <SEP> Tem peratur <SEP> des <SEP> Eintrittes <SEP> in <SEP> die <SEP> Turbine <SEP> eine
<tb> beträchtlich <SEP> höhere <SEP> Temperatur <SEP> entstehen,
<tb> wodurch <SEP> die <SEP> Selbstzündung <SEP> und <SEP> der <SEP> ge wünschte <SEP> Verlauf <SEP> der <SEP> Verbrennung <SEP> vor <SEP> dein
<tb> Eintritt <SEP> in <SEP> die <SEP> Turbine <SEP> befriedigend <SEP> gesichert
<tb> werden <SEP> kann.
<SEP> Ist <SEP> zum <SEP> Beispiel <SEP> die <SEP> Tem- peratur des aus dem Verdichter austreten den Gases<B>300</B> C, die des in die Turbine eintretenden Gases hingegen durchschnittlich 600 C, so beträgt die Temperaturerhöhung bei der bei gleichbleibendem Druck stattfin denden Verbrennung für die gesamte Gas menge<B>300'</B> C. Wird nun in die Brennkam- mer 13 ein Drittel der aus dem Verdichter austretenden Frischluft eingelassen, so wird die Temperaturerhöhung in diesem Teil der Luft 3 X 300 C - 900 C, und die in der Kammer herrschende Temperatur 1200 C betragen, bei welcher Temperatur. die An zündung und Verbrennung bereits sehr rasch vor sich geht.
Die aus der Kammer austre tende Luft von 1200 C mischt sich dann vor dem Eintritt in die Turbine mit der an der Kammer vorbeiströmenden Luft von <B>300'</B> C, so dass das Gemisch eine Tempera tur von 600 C erreicht.
Um einer übermässigen Erwärmung der Wände der Brennkammer vorzubeugen, oder um eine demzufolge mögliche starke Erhit zung der Gehäusewand zu verhindern, ist es zweckmässig, einen Teil der aus dem Ver dichter austretenden Luft durch den zwi schen der Kammer und dem Gehäuse gelas senen Spalt 14 strömen zu lassen.
Zur Ab lenkung der Luft in diesen Spalt dient ein Lenkorgan 16, -elches in den Luftstrom im erforderlichen Masse hineinragt und dem
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Spalt <SEP> 14 <SEP> eine <SEP> Strömung <SEP> von <SEP> entsprechender
<tb> Stärke <SEP> zuführt. <SEP> Es <SEP> ist <SEP> aber <SEP> möglich, <SEP> die
<tb> Wand <SEP> des <SEP> Brennraumes <SEP> auch <SEP> in <SEP> anderer
<tb> Meise, <SEP> z. <SEP> B. <SEP> mit <SEP> Hilfe <SEP> von <SEP> Isolierstoffen.
<tb> und <SEP> gegen <SEP> Wärmestrahlung, <SEP> z. <SEP> B.
<SEP> mit <SEP> Hilfe
<tb> einer <SEP> durch <SEP> mehrere <SEP> Luftspälte <SEP> getrennten
<tb> Scheidewand, <SEP> welche <SEP> zwischen <SEP> der <SEP> Brenn kammer <SEP> und <SEP> dem <SEP> vor <SEP> Hitze <SEP> zu <SEP> schützenden
<tb> Bauteil <SEP> anzubringen <SEP> sind, <SEP> zu <SEP> isolieren.
<tb> Aus <SEP> der <SEP> Brennkammer <SEP> strömt <SEP> eine <SEP> der
<tb> in <SEP> sie <SEP> einströmenden <SEP> Luftmenge <SEP> entspre chende <SEP> Menge <SEP> heissen <SEP> Gases <SEP> aus, <SEP> welche <SEP> also
<tb> mit <SEP> dem <SEP> übrigen <SEP> Teil <SEP> des <SEP> Luftstromes <SEP> noch
<tb> vor <SEP> dem <SEP> Eintritt <SEP> in <SEP> die <SEP> Turbine <SEP> vermischt
<tb> wird, <SEP> wodurch <SEP> eine <SEP> starke <SEP> Erhitzung <SEP> der
<tb> Turbinenschaufeln <SEP> an <SEP> gewissen <SEP> Stellen <SEP> ver hindert <SEP> wird.
<SEP> Für <SEP> die <SEP> gute <SEP> Mischung <SEP> der aus der Kammer ausströmenden heissen Gase finit dem übrigen Teil der Luft kann zweck- m 'ssio, durch Vorsehen eines entsprechenden <B>,</B> Mischraumes oder eventuell dadurch gesorgt werden, dass eine besondere #lisch--V'4Tirbel- ka.mmer angewendet wird.
Wie hieraus ersichtlich ist, muss es einer seits zwecks Sicherung der Zündung und der Verbrennung, anderseits zwecks geeigneter Ermässigung der Anfangstemperatur der Einströmung in die Turbine, als sehr wich tig erachtet werden, dass der aus dem Ver dichter in die Turbine übertretende Luft strom in zwei Teile geteilt wird, von wel chen zuerst nur in dem einen Teil Verbren nung stattfindet, während der andere Teil aus dem erörterten Grunde zur Zumischung nach dieser Verbrennung dient.
Die Wärmezufuhrorgane 11 und 12, wel che selbstverständlich nicht nur in der zwei ten und dritten Stufe, sondern auch an an. dern Stellen und in beliebiger Anzahl an gebracht werden können, dienen zwecks Ver wirklichung des isothermischen oder ange nähert isothermischen ersten Entspannungs teils zur -weiteren Wärmezufuhr. Diese Or gane sind jedoch nicht in jedem Falle erfor derlich.
Es ist auch möglich, diesen Ent spannungsteil so zu verwirklichen, dass Brennstoff nur in den Verbrennungsraum 9 eingeführt wird, und zwar in der Weise, bezw. es wird der flüssige Brennstoff in sol cher Verteilung bei solcher Temperatur und an solchen Stellen in die verdichtete Luft' eingeführt, oder es wird der Verbrennungs raum 9 so ausgebildet, dass die Verbrennung vor dem Eintritt in. die Turbine nicht be endet wird, sondern, bei Fortsetzung des Verbrennungsvorganges in der Turbine, bis zu einer mittleren Stufe isothermische bezw. angenähert isothermische Entspannung be wirkt.
Insofern bei der Regelung der Gastur bine auch die Länge des ersten Entspan nungsabschnittes geändert wird, ist es zweckmässig, von den vorerwähnten Fak toren mindestens einen zu ändern. Zu einem derartigen Zwecke dient der in Fig. 4 er- sichtliche Bauteil, welcher einen Zerstäuber darstellt. Im Zerstäuberkörper 33 ist das dicht geführte Ventil 34 eingesetzt, welches, je nach seiner Lage, mit Hilfe seines koni schen Endes 35 den in der konischen Öff nung 36 freigelassenen Querschnitt regelt. Der Brennstoff tritt durch die Bohrungen 37 und 38 in den Zerstäuberkörper und von hier in den Speicherraum 39 hinein.
Im Spei cherraum 39 ist der Druck des Brennstoffes so hoch eingestellt, dass das Ventil 34, unter dem auf seine untere Fläche ausgeübten Druck, gegen die Kraft der Feder 40 ange hoben wird. Die Vorspannung der Feder 40 wird durch Verstellung der mit Gewinde versehenen Federstütze 41 in der Längsrich tung zufolge Verdrehung des Armes 42 ge regelt. Da der Grad der Zerstäubung des Brennstoffes vom Druck der Zerstäubung abhängt, kann durch Verdrehung des Armes 42 auch der Grad der Zerstäubung geregelt werden.
Wird der Brennstoff in die Brennkam- mer mit Hilfe mehrerer Zerstäuber einge führt, so kann die Regelung bei Verminde rung der Leistung zweckmässig auf die Weise bewerkstelligt werden, dass zuerst die Speisung der mit gröberer Zerstäubung ar beitenden Zerstäuber vermindert wird und auch die Güte des Mischungsgrades verän dert wird.
Findet dagegen Brennstoffzufuhr ausser den in die Brennstoffkammer speisen den Zerstäubern bezw. Wärme einführenden Brennern auch mit Hilfe von zwischen den Stufen der Turbine angeordneten Zerstäu bern oder Brennern statt, so wird bei einer Leistungsverminderung in erster Reihe die Speisung dieser letzteren vermindert.
Falls im Laufe der Regelung der Gas turbine die eingeführte Luft gedrosselt wird, so werden die Drosselorgane in der Eintritts- öffnung 18 oder noch vor dieser angebracht.
Die in Fig. 2 dargestellte, aus axial durchströmtem Verdichter und aus axial durchströmter Turbine bestehende Maschi nengruppe ist zur Ausführung des den Ge genstand der Erfindung bildenden Betriebs- verfahrens besonders geeignet, insofern sie bei kleinen Abmessungen, was mit geringem Eigengewicht gleichbedeutend ist, die Durch- kn sehr grosser Luftmengen ermög licht.
Die Anordnung, besonders bei der Ausbildung, bei welcher zufolge der in den Schaufelkränzen stattfindenden Energie umformungen im wesentlichen nur die in die L"mlaufsrichtung fallenden Komponenten der Gasgeschwindigkeit Änderungen unterliegen, bei welcher also die axial gerichtete Kom ponente sich zufolge der Energieumformun- gen nicht ändert, lässt sehr grosse Durchströ- mungsgesch-,vindigkeiten zu, ohne dass hier durch beträchtliche Verluste verursacht wür den.
Für solche Verdichter und Turbinen ist es kennzeichnend, dass der mittlere Durch messer eines zwischen zwei benachbarten umlaufenden Schaufelkränzen angeordneten, stehenden Schaufelkranzes dem arithmeti schen Mittelwert der mittleren Durchmesser dieser umlaufenden Schaufelkränze gleich ist oder nur wenig davon abweicht. Ausserdem ist. es auch noch kennzeichnend, dass die ein zelnen Schaufelkränze unmittelbar nefenein- ander, das heisst ohne zwischengelegte Scheidewände, angeordnet sind.
Es ist vorteilhaft, beim Verdichter, be sonders zwecks Erreichung guter Wirhun gs- grade und Leistungsfähigkeit, dafür zu sor gen, dass von den die Strömung seitlich füh renden Oberflächen des Gehäuses bezw. des Läufers die zufolge der Reibung und Druck- erhöhung abgebremste ermüdete Grenzschicht entfernt werde.
Zu diesem Zwecke dient die in Fig. ? ersichtliche, an sich bekannte Aus bildung, bei welcher die ermüdete Grenz- schicht von den in irgend einer Stufe des Verdichters neben den Scheide-,vänden <B>27,</B> 27' vorgesehenen Öffnungen 28, 28' über die Kanäle 29, 29' und die Öffnungen 30, 30' zu Stellen niedrigeren Druckes des Verdich ters zurückströmt, wo sie, nach Eintritt in den Verdichtungsraum, im Vergleich zu den hier herrschenden Verhältnissen über den normalen Energieinhalt verfügt und so die Entstehung der Druckerhöhung nicht hin dert.
Die Kanäle 29, 29' sind in den die
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Schaufeln <SEP> tragenden <SEP> Teilen <SEP> des <SEP> Verdichter
<tb> angeordnet.
<tb> Mit <SEP> Rücksicht <SEP> darauf, <SEP> dass <SEP> der <SEP> Wir kungsgrad <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> um <SEP> so <SEP> besser <SEP> ist, <SEP> bei
<tb> je <SEP> höherer <SEP> Temperatur <SEP> sie <SEP> arbeitet, <SEP> und <SEP> ihre
<tb> Abmessungen <SEP> um <SEP> so <SEP> geringer <SEP> sind. <SEP> je <SEP> grösser
<tb> die <SEP> Umlaufgeschwindigkeit <SEP> ist, <SEP> ist <SEP> auch <SEP> die
<tb> mechanische <SEP> Beanspruchung <SEP> des <SEP> Läufers <SEP> be trächtlich. <SEP> Es <SEP> ist <SEP> deshalb <SEP> zweckmässig, <SEP> den
<tb> Läufer <SEP> inwendig <SEP> zu <SEP> kühlen.
<SEP> Dies <SEP> kann <SEP> gut
<tb> verwirklicht <SEP> werden, <SEP> falls <SEP> in <SEP> das <SEP> Innere <SEP> des
<tb> Läufers <SEP> ein <SEP> Luftstrom <SEP> eingelassen <SEP> wird, <SEP> zu
<tb> welchem <SEP> Zwecke <SEP> gemäss <SEP> Fig. <SEP> 2 <SEP> einerseits
<tb> Öffnungen <SEP> 31, <SEP> 31' <SEP> in <SEP> den <SEP> radialen <SEP> Wänden
<tb> der <SEP> Läufer <SEP> und <SEP> anderseits <SEP> Öffnungen <SEP> 32, <SEP> 32'
<tb> in <SEP> den <SEP> die <SEP> Lager <SEP> des <SEP> Verdichters <SEP> und <SEP> der
<tb> Turbine <SEP> tragenden <SEP> Maschinenteilen <SEP> dienen.
<tb> Falls <SEP> die <SEP> Läufer <SEP> scheibenförmig <SEP> sind, <SEP> oder
<tb> Kombinationen <SEP> der <SEP> scheiben- <SEP> und <SEP> trommel förmigen <SEP> Ausführungsformen <SEP> darstellen,
<SEP> so
<tb> müssen <SEP> zum <SEP> Durchlassen <SEP> der <SEP> Kühlluft <SEP> auch
<tb> an <SEP> den <SEP> Scheiben <SEP> Öffnungen <SEP> vorgesehen <SEP> wer den.
<tb> Ausserdem <SEP> ist <SEP> es <SEP> auch <SEP> möglich, <SEP> den <SEP> Tur binenläufer <SEP> mit <SEP> Hilfe <SEP> der <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Verdich ter <SEP> austretenden <SEP> Luft <SEP> oder <SEP> mit <SEP> einem <SEP> Teil
<tb> derselben <SEP> zu <SEP> kühlen, <SEP> welche <SEP> bezw. <SEP> welcher
<tb> Teil <SEP> in <SEP> diesem <SEP> Fall <SEP> erst <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Durch strömen <SEP> des <SEP> Innern <SEP> des <SEP> Turbinenläufers <SEP> an
<tb> dem <SEP> Arbeitsvorgang <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> beteiligt
<tb> wird. <SEP> In <SEP> gleicher <SEP> Weise <SEP> kann <SEP> auch <SEP> das
<tb> äussere <SEP> Gehäuse <SEP> der <SEP> Turbine <SEP> mit.
<SEP> verdichteter
<tb> Luft <SEP> gekühlt <SEP> werden.
<tb> Diese <SEP> letztere <SEP> Art <SEP> der <SEP> Kühlung <SEP> des <SEP> Tur binenläufers <SEP> ist <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 3 <SEP> ersichtlich, <SEP> gemäss
<tb> welcher <SEP> Ausführungsform <SEP> der <SEP> Verbrennungs raum <SEP> 9 <SEP> zwischen <SEP> dem <SEP> an <SEP> der <SEP> Welle <SEP> 60 <SEP> auf gekeilten <SEP> Verdichterläufer <SEP> 61 <SEP> und <SEP> dem
<tb> gleichfalls <SEP> an <SEP> der <SEP> Welle <SEP> 60 <SEP> aufgekeilten, <SEP> aus
<tb> Scheiben <SEP> 62, <SEP> 62' <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> zusammengesetzten <SEP> Tur binenläufer <SEP> eingebaut <SEP> ist;
<SEP> in <SEP> der <SEP> vorliegen den <SEP> Ausführung <SEP> ist <SEP> jedoch <SEP> der <SEP> den <SEP> Brenn raum <SEP> 9 <SEP> bildende <SEP> Körper <SEP> nicht <SEP> dicht <SEP> zwi schen <SEP> die <SEP> Läufer <SEP> eingepasst, <SEP> sondern <SEP> so <SEP> ein gelegt, <SEP> dass <SEP> die <SEP> stromführenden <SEP> Luftspälte
<tb> 65 <SEP> und <SEP> 66 <SEP> gebildet <SEP> werden. <SEP> Der <SEP> Verbren nungsraum <SEP> ist <SEP> von <SEP> einem <SEP> zur <SEP> Drehachse <SEP> des
<tb> Turbinenläufers <SEP> koaxialen <SEP> Drehkörper <SEP> 63 gebildet. An den Scheiben des Turbinen läufers sind in der Nähe der Welle die Öff nungen 67, 67' . . . vorgesehen, neben welchen Öffnungen, an grösseren Durchmessern, die Ringrippen 68, 68'... ausgebildet sind.
Diese Ringrippen der benachbarten Scheiben sto ssen entweder überhaupt nicht oder nur stel lenweise aneinander, so dass zwischen ihnen Durchströmungsquerschnitte für die Luft frei bleiben. An den äussern Seiten der Ringrip pen. an noch grösseren Durchmessern, sind in den Scheiben weitere Durchströmungsöff- nungen 69,<B>69'...</B> ausgebildet. An der dem Verdichter zugekehrten Seite des Drehkör pers 63, gegenüber dem aus dem Verdichter austretenden Luftstrom, befindet sich die in diesen hineinragende Lenkkante 70 an seiner Aussenwand, welche den aus dem Verdichter austretenden Luftstrom in zwei Teile spal tet.
Der Drehkörper 63 ist im Gehäuseteil 71 mit Hilfe der Lenkorgane 72 befestigt, welche, wie dies bereits bei Fig. 2 erwähnt wurde, an einzelnen Stellen des Umfanges der Brennkammer vorgesehen sind und zur Einführung eines Teils der Luft in die Brennkammer dienen. An der der Turbine zugekehrten Seite des Drehkörpers schliesst sich die Ringrippe 73 desselben mit einem geringen Spalt an die erste Scheibe des Tur binenläufers an.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist die folgende: Der aus dem Verdichter aus tretende Luftstrom strömt nach Aufspaltung durch die Lenkkante 70 in der Richtung der eingezeichneten Pfeile teils an der Aussen seite des Verbrennungsraumes 9, teils aber entlang der äussern Wandfläche des Dreh körpers durch den den Drehkörper teilweise umgebenden Hohlraum 65, in den die Lenk kante 70 hineinragt, in radialer Richtung nach einwärts zur Welle 60.
Dieser Teil des Luftstromes bildet den Kühlstrom, welcher durch die in den Scheiben des Turbinenläu fers vorgesehenen Öffnungen 67, 67' . . . in axialer Richtung in das Innere des Tur binenläufers tritt, und durch die zwischen den Ringrippen 68, 68' . . . gelassenen Spälte oder Öffnungen entlang den Scheiben radial nach auswärts strömt und dadurch die Ober fläche derselben wirksam kühlt.
Der Luft strom kehrt durch die Scheibenbohrungen 69, 69' . . . in,den zwischen dem Turbinen läufer und dem Brennraum freigelassenen Raum zurück; schliesslich gelangt er durch den Kanal 66, bei gleichzeitiger Mischung mit dem übrigen Teil des strömenden Ar beitsmittels, in die Turbine.
Das spezifische Volumen des die Turbine durchströmenden Gases ist beim Eintritt in den Verdichter und im niedrig gespannten Teil der Turbine am grössten, Um haupt sächlich an dieser letzteren Stelle\ibermässig grosse Schaufellängen vermeiden zu können, ist es zweckmässig, die Turbine in ihrem Niederdruckteil mit grösserem Durchmesser zu bauen. Eine derartige Bauart ist in Fig. 5 beispielsweise dargestellt. Damit ferner in diesem Falle sich keine übermässig grosse Umfangsgeschwindigkeiten ergeben, ist es zweckmässig, die Drehzahl dieses Teils nied rig zu wählen.
Wie in Fig. 5 ersichtlich ist, wird im Gehäuse 43 der Läufer 44 des Ver dichters und der Läufer 44' der Turbine untergebracht, welche Läufer mit Hilfe der Lager 47 und 47' an der Welle 46 der den Energieverbraucher, und zwar zum Beispiel die Flugzeug-Luftschraube 57, unmittelbar antreibenden Niederdruckturbine 45 drehbar gelagert ist. Die Welle 46 ist mit Hilfe der Lager 48, 48' im Gehäuse 43 gelagert. Der Turbine ist eine Niederdruckturbine nach geschaltet. Die Luft strömt bei der Ein trittsöffnung 49 des Verdichters ein und ge langt nach Durchströmen des Verdichters und der Hochdruckturbine 50 in die Nieder druckturbine 45 von grösserem Durchmesser.
Die mechanische Verbindung zwischen den drei Läufern wird mit Hilfe der Zahnrad gruppe 51 hergestellt.
Gemäss Fig. - 6 ist dem Verdichter 53 ein Niederdruckverdichter 52 von grösserem Durchmesser vorgeschaltet und sein Läufer ist zusammen mit dem Läufer der Nieder druckturbine 54 und mit dem Energiever braucher, z. B. der Luftschraube 57, an der gemeinsamen Welle 56 aufgekeilt. Hier ist zwischen der Hochdruckturbine und der Nie derdruckturbine das Umkehrgetriebe 55 vor gesehen.
Dieses Getriebe könnte ähnlich dem analogen Konstruktionsteil der Fig. 5 als ein verlangsamendes I"bersetzungsgetriebe aus gebildet sein, so da.ss die Niederdruckturbine langsamer laufen würde als die Hochdruck turbine.
Es ist zweckmässig, die Hochdruckturbine und die Niederdruckturbine so zu bemessen, dass die Leistung der Hochdruckturbine den Arbeitsbedarf des mit ihr auf gemeinsamer Welle sitzenden Verdichters mindestens an genähert deckt. Die Nutzleistung wird in diesem Falle an der Welle 46 bezw. 56 ab genommen, weshalb die durch die Zahnrad gruppe 51 bezw. 55 zu übertragende Lei stung gleichfalls 0 oder jedenfalls nur sehr gering ist. Bei dieser Aufteilung kann eine mechanische Verbindung zwischen der Hoch und Niederdruckgruppe auch ganz fortfal len; so dass die ersterwähnte Gruppe sich frei drehen kann, das heisst als eine von äusserer Belastung unabhängige Einheit aus gebildet sein kann.
Bei den Beispielen gemäss Fig. 3 und 5, 6 sind auch zwischen dem Brennraum und einer der mittleren Arbeitsstufen der Tur bine 80 bezw. 44' bezw. 53' Organe angeord net, die zum Einführen von Wärme in das Arbeitsmittel bestimmt sind, welche Organe Wärme in solchem Masse zuführen, dass der erste Expansionsteil in der Turbine minde stens angenähert isotherm verläuft. Diese Organe sind aber in den Fig. 3, 5 und 6 nicht eingezeichnet.
Process for the operation of a gas turbine plant and installation for carrying out the process. In gas turbines, especially in the gas turbines which introduce the heat at constant pressure, it is already known to use heat exchangers to increase the efficiency, with the help of which the heat content of the expanded gases flowing out of the turbine is as abundant as possible Heating of the compressed air can be used.
When using the appropriate heat exchangers, it is possible in this way to increase the achievable efficiency of the gas turbine by 30 to 45%. The heat exchanger required for this, however, forms a very important part of the system, so that if a system is to be of a light design, such as in the case of use on vehicles or aircraft, heat exchangers, through which heat can still be recovered from the relaxed Could be economically secured, would not be applicable.
With the operating method for gas turbine systems according to the present inven tion, it is possible to achieve a total efficiency of 25 to 45 percent even without the use of heat exchangers, i.e. with a low weight, making the gas turbine economically suitable for the purposes mentioned above becomes.
In view of the fact that in these cases, in addition to good efficiency, low dead weight is also an important requirement, it is very important to be able to achieve high performance with the smallest possible dimensions of the machine system, which condition is achieved by the operating method according to the invention is also fulfilled.
In the gas turbines operating with constant pressure, it is generally known to burn the fuel in a combustion chamber arranged in front of the turbine in compressed air at constant pressure and to relax the resulting combustion gases adiabatically in the turbine while performing work. However, this known method results in that, based on the weight unit of the working fluid flowing through the turbine, a significantly lower specific power is achieved than can be made possible by means of the operating method according to the invention.
In order to ensure a certain performance in the unit of time, a larger amount of gas would therefore have to flow through the turbine in systems of a known type compared to that which works according to the present operating method, which of course increases the dimensions of both the turbine and the compressor would have to be chosen much larger and consequently the weight of the system would also increase accordingly.
The present method for operating a gas turbine system is characterized by the fact that the working fluid that is released during the work is first compressed, whereupon heat is supplied to it in such a way that the final pressure produced during compression is maintained that afterwards during the Most part of the expansion in the turbine is supplied with heat to the working medium in such a way that this part is at least approximately isothermal, and that the second part of the expansion runs in a relaxation curve,
which is closer to the adiabatic passed through the starting point of this second part than to the isotherm passed through this point.
The invention further relates to a device for performing the method according to the invention in a gas turbine system with a compressor and a combustion chamber upstream of the turbine. In the water device, the combustion chamber is arranged between the compressor and the turbine and with. a heat source in connection, while between the combustion chamber and one of the middle working stages of the turbine for introducing heat into the working medium certain organs are provided, which temperature at least approximately constant during the first expansion part of the working medium in the turbine hold.
A good degree of efficiency and a relatively large specific power can be achieved with the method according to the invention without the maximum temperature occurring in the turbine being higher than about 500 to 700 C, i.e. up to that with regard to the building materials still permissible limit would have to go.
In the case of gas turbines, the work required to compress the working fluid is comparatively very large compared to the work available in the turbine; For example, around 65 to 80 percent of the total output of the turbine must be used to drive the compressor, so that only the remaining part of the output is useful work.
The consequence of this is that the compressor losses, which are predominantly mechanical in nature, make up a multiple of the percentage of losses related to the compressor work in percentage terms in relation to the resulting power (useful work), so that these losses have a very sensitive effect on the resulting power and in cause very significant shifts in the values of the theoretical efficiency to be deduced from the ideal cycle process.
It is therefore very important to use both a turbine with good mechanical efficiency and, in particular, a compressor of good efficiency in order to obtain a good resulting efficiency with respect to the turbine shaft; The turbine and compressor should also have the smallest possible dimensions. Particularly in front of geous structural conditions can be obtained th by using an axially flowed through compressor and a likewise if axially flowed through turbine; the compressor can expediently also be equipped with components suitable for eliminating the unfavorable effect of the so-called fatigued boundary layer.
Instead of axially perfused machines, however, others are also working with good efficiency, e.g. B. radially flown Maschi NEN, applicable.
The way in which the fuel used to provide heat is introduced. can be of great importance when relaxing the work equipment. In order to set the combustion in front of the turbine in motion, a supply of fuel to the work medium before it enters the turbine is essential anyway; However, it is also advantageous to support and maintain combustion in the turbine itself.
The ratio of the fuel quantities to be burned before entering the turbine and the quantities of fuel to be burned in it can be determined, for example, by the perfection of the mixture formation and, in the case of liquid fuel, by the degree and degree of atomization, but then also by the formation and the dimensions of the combustion chamber can be influenced and regulated. Any influence that slows down the combustion also extends the size of the first expansion section in the turbine.
If atomizers are provided for the introduction of the fuel, it seems expedient to select and feed particularly those of the combustion chamber angeord designated before entering the turbine in such a way that the degree of fineness of the atomization is different from one another; Finely atomized fuel naturally burns faster than coarsely atomized fuel, and depending on the fineness of the atomization, the combustion will be carried over into the turbine to a greater or lesser extent.
The drawing relates to Ausfüh approximately examples of the invention. In Fig. 1, the pressure volume diagram of the Betriebsver process is shown; 2 and 3 show longitudinal sections of two systems provided with exemplary embodiments of the device for performing the operating method; 4 shows, in longitudinal section, an atomizer which can advantageously be used for the appropriate control of the gas turbine;
5 and 6 show two schematic longitudinal sections of two further systems, each provided with an energy consumer, in which a special low-pressure turbine is also connected behind the gas turbine operated according to the invention.
In the diagram of Fig. 1, the pressures occurring in the work process are on the ordinate axis and the specific gas volume on the abscissa axis aufgetra conditions. Po, v, and To denote the initial values of the pressure, the specific volume, respectively. the absolute temperature of the gas entering the compressor; p1, v ,. and T, are the corresponding state variables related to the state of the gas emerging from the compressor.
The state variables of the gas entering the turbine after the previous heat supply are <I> p ,, </I> v2 and T2, and those of the end state of the expansion taking place in the turbine at at least almost the same temperature, as well as those of the state the exit from the turbine after Ent stress without supply of heat are p2, v, ', T2 respectively. p3, v3, T3;
p3 and p are generally the same, but if throttling is applied before the Ver, p "is smaller than p3.
When carrying out the method according to the invention, for example, the freshly introduced air is compressed adiabatically to pressure p1; subsequently, the temperature of the working medium increases at constant pressure p, the supply of heat takes place respectively. Combustion of T ,. to T ', which is the highest average temperature of the work process.
The working fluid then enters the turbine and relaxes when further heat is supplied, that is, when the combustion is continued or when new fuel is introduced and burned, isothermally or approximately isothermally. In the first part
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the <SEP> relaxation <SEP> to <SEP> to the <SEP> pressure <SEP> p, <SEP> (point
<tb> T).
<SEP> With <SEP> this <SEP> the latter <SEP> pressure <SEP> <SEP> hears the <SEP> introduction <SEP> from <SEP> heat <SEP> to <SEP> and <SEP> becomes < SEP> the <SEP> further <SEP> relaxation <SEP> to <SEP> for the <SEP> exit <SEP> from <SEP> the
<tb> Turbine <SEP> in the <SEP> second <SEP> part <SEP> of the <SEP> relaxation
<tb> according to <SEP> a <SEP> closer <SEP> to <SEP> Adiaba.te <SEP> y <SEP> than <SEP> to
<tb> isotherm <SEP>, z <SEP> lying <SEP> relaxation curve <SEP> ri,
<tb> i.e. <SEP> practically <SEP> a.diabatic <SEP> continued.
<SEP> y <SEP> and
<tb> are <SEP> the <SEP> through <SEP> the <SEP> starting point <SEP> T <SEP> des
<tb> second <SEP> relaxation part <SEP> laid <SEP> Isothermal <SEP> and <SEP> Adia.bate.
<tb> A <SEP> very <SEP> essential <SEP> advantage <SEP> of the <SEP> described <SEP> procedure <SEP> is <SEP> in that <SEP>
<tb> by <SEP> the <SEP> introduction <SEP> of <SEP> additional
<tb> '9 Amount of heat <SEP> during <SEP> of the <SEP> first <SEP> section <SEP> of the <SEP> relaxation <SEP> the <SEP> to <SEP> the <SEP> weight unit <SEP> of the <SEP> work equipment <SEP> related <SEP> specific <SEP> performance <SEP> greater <SEP> becomes <SEP> and <SEP> thus.
<SEP> for
<tb> a <SEP> given <SEP> service <SEP> the <SEP> dimensions <SEP> the
<tb> device <SEP> reduced <SEP> can be <SEP>.
<tb> This <SEP> advantage <SEP> likes <SEP> from <SEP> so <SEP> great <SEP> meaning
<tb>, <SEP> that <SEP> man <SEP> in <SEP> lack of <SEP> suffice the <SEP> construction space <SEP> (e.g. <SEP> e.g.
<SEP> on <SEP> vehicles <SEP> or <SEP> aircraft) <SEP> with <SEP> the <SEP> with <SEP> additional <SEP> heat supply <SEP> connected <SEP> first
<tb> Relaxation section <SEP> substantially <SEP> further
<tb> works, <SEP> as <SEP> this <SEP> alone <SEP> with <SEP> consideration of <SEP> on <SEP>
<tb> best <SEP> overall efficiency <SEP> would be desirable <SEP>,
<tb> by <SEP> so <SEP> more, <SEP> da- <SEP> - <SEP> like <SEP> the <SEP> further <SEP> examination <SEP> of the <SEP> slide.gram < SEP> the <SEP> Fig. <SEP> 1 <SEP> proves <SEP> - <SEP> the <SEP> overall efficiency <SEP> is <SEP> in
<tb> the <SEP> close <SEP> to its <SEP> maximum value <SEP> only <SEP> very <SEP> little
<tb> changes.
<SEP> The <SEP> examination <SEP> of a <SEP> series <SEP> of
<tb> Operating states, <SEP> for <SEP> which <SEP> the <SEP> relaxation request <SEP> with <SEP> and <SEP> without <SEP> additional
<tb> MTheat supply, <SEP> resp. <SEP> the <SEP> for <SEP> these <SEP> relaxation requests <SEP> belonging <SEP> pressure drops
<tb> different <SEP> large <SEP> selected <SEP> were selected, <SEP> gave <SEP>, <SEP> that <SEP> for <SEP> those <SEP> cases, <SEP> in <SEP > which one
<tb> the <SEP> high <SEP> specific <SEP> performance <SEP> with <SEP> still <SEP> before partial <SEP> C total, # degree of impact <SEP> connected
<tb> is, <SEP> the <SEP> ratio <SEP> of <SEP> the <SEP> so-called <I> P1-p "</I>
<tb> named <SEP> relative <SEP> size <SEP> of the <SEP> adiabatic <SEP> relaxation,
<SEP> smaller <SEP> than <SEP> the <SEP> from <SEP> the <SEP> formula
<tb> calculated <SEP> value, <SEP> but <SEP> greater <SEP> than
<tb> 88
<tb> 0.05 <SEP> is.
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As <SEP> just <SEP> now <SEP> mentioned, <SEP> is <SEP> the <SEP> overall efficiency <SEP> in <SEP> the <SEP> near <SEP> its <SEP> maximum value <SEP > almost <SEP> constant:
<SEP> according to <SEP> a <SEP> further <SEP> statement <SEP> is <SEP> this <SEP> on average
<tb> then <SEP> the <SEP> case, <SEP> - if <SEP> the <SEP> relative <SEP> size <SEP> the
<tb> adiabatic <SEP> relaxation <SEP> the <SEP> value <SEP> of
<tb> 0.4 <SEP> has. <SEP> In response to <SEP> this <SEP> reason <SEP>, <SEP> it <SEP> is appropriate.
<SEP> with <SEP> control <SEP> of the <SEP> power <SEP> of the <SEP> gas turbine <SEP> proceed in <SEP> the <SEP> way <SEP>, <SEP> that <SEP> with
<tb> Receive <SEP> the <SEP> maximum temperature <SEP> on <SEP> one
<tb> almost <SEP> unchangeable <SEP> value <SEP> the <SEP> introduced <SEP> amount of heat <SEP> and <SEP> consequently <SEP> the
<tb> Performance <SEP> of the <SEP> turbine <SEP> is controlled by <SEP> change <SEP> the <SEP> size <SEP> of the <SEP> adiabatic <SEP> part <SEP> <SEP> . <SEP> <SEP> is <SEP> but <SEP> possible, <SEP> of this
<tb> deviating <SEP> also <SEP> proceed as <SEP>, <SEP> that <SEP> with <SEP> the
<tb> Regulation <SEP> the <SEP> maximum temperature, <SEP> also <SEP>
<tb> the <SEP> introduced with <SEP> constant <SEP> pressure <SEP>
<tb> specific <SEP> 'NZ' amount of heat <SEP> is changed <SEP>.
<SEP> target
<tb> avoided <SEP>, <SEP> that <SEP> with <SEP> power reductions <SEP> the <SEP> temperature <SEP> drops excessively <SEP>,
<tb> so <SEP> <SEP> you can <SEP> in <SEP> the <SEP> way <SEP>, <SEP> that
<tb> with <SEP> the <SEP> reduction <SEP> the <SEP> introduced
<tb> Heat <SEP> also <SEP> the <SEP> promoted by the <SEP> compressor <SEP>
<tb> Air volume <SEP> reduced by <SEP> throttling <SEP>
<tb> is, <SEP> what <SEP> with <SEP> help <SEP> of a <SEP> before <SEP> the <SEP> compressor <SEP> attached <SEP> simple <SEP> throttling devices
<tb> can be realized <SEP> <SEP>.
<tb> According to <SEP> Fig. <SEP>? <SEP> is <SEP>, <SEP> is in the <SEP> compressor- <SEP> resp.
<SEP> turbine housing <SEP> 1 <SEP> the <SEP> the <SEP> blades <SEP>? <SEP> supporting <SEP> compressor hoofs <SEP> 3, <SEP> which one
<tb> including <SEP> the <SEP> the <SEP> turbine blades <SEP> 4 <SEP> carry the <SEP> turbine runner <SEP> 5 <SEP> on <SEP> the <SEP> in <SEP> the < SEP> storage
<tb> \? 5, <SEP> 26 <SEP> mounted <SEP> common <SEP> turbine shaft <SEP> 6 <SEP> is keyed <SEP>. <SEP> Between <SEP> the <SEP> swing wreaths <SEP>? <SEP> of the <SEP> compression runner <SEP> are <SEP> the
<tb> fixed <SEP> blade rings <SEP> 7 <SEP> arranged, <SEP> while <SEP> the <SEP> fixed <SEP> turbine blade rings
<tb> 8 <SEP> nviscben <SEP> the <SEP> <SEP> rotating <SEP> blade rings <SEP> 4 <SEP> of the <SEP> turbine <SEP> are housed <SEP>.
<SEP> Behind <SEP> the <SEP> compressor, <SEP> i.e. <SEP> between <SEP> the latter
<tb> and <SEP> of the <SEP> turbine, <SEP>, <SEP> is <SEP> the <SEP> combustion chamber <SEP> 9, <SEP> in <SEP> which <SEP> is the <SEP> Heat <SEP> introducing <SEP> burner <SEP> resp. <SEP> atomizer <SEP> 10, <SEP> 10 '
<tb> open.
<tb> Between <SEP> the <SEP> blade rings <SEP> of the <SEP> turbine <SEP> are <SEP> and <SEP> also <SEP> introduce the <SEP> heat <SEP> the <SEP> burner <SEP> resp. <SEP> nebulizer <SEP> 11, <SEP> 12 <SEP> installed. So there are between the combustion chamber 9 and one of the middle work stage of the turbine for introducing @ heat into the working equipment certain organs 11, 12 are provided. The combustion chamber 9 is formed by the interior of the combustion chamber 13.
This combustion chamber is a rotating body on the turbine shaft coaxially angeord designated, made of steel or other hitzebeständi gem building material, the walls of which, see from some support parts, do not completely rest on the wall of the turbine housing, but there is a gap or channel 14 in between . The combustion chamber is formed as a rotating body coaxial with the turbine axis of rotation. The combustion chamber has openings 15 with the Strö leading from the compressor to the turbine o connection producing openings and is equipped with steering members 16 which face the gas flow leaving the compressor ver. These steering elements can be provided in a staggered arrangement over the entire circumference or also only at individual points on the circumference or, under certain circumstances, can be completely absent.
The feeding of the fuel introducing organs 10, 10 ', 11, 12, etc. is performed by the pump 22. So that the feed is free of pulsations, between tween the pump and the above, the fuel introducing organs from equal boiler 23 are provided. Between the pump and the organs introducing the fuel, the connection is established by means of lines 24. The number and arrangement of the heat-introducing burner or atomizer are only indicated schematically in the drawing and can also differ from here.
The mode of operation of this device is as follows: When the shaft 6 rotates, the compressor 3 sucks in air via the inlet openings 18 in the direction of the arrow 17, which it compresses while its blade wreaths through.
The organs 10, 10 'supplying heat allow either hot combustion gases or direct fuel to enter the combustion chamber 9; in the case of liquid fuel they cause atomization, in the case of solid fuel they do not use atomization, but in some other way to enter the space 9, while in the case of gaseous fuel, the fuel, possibly already mixed with air, through these organs simply flows in through it. The same also applies to the burner introducing heat. Atomizers 11 and 12.
As a result of the introduction of heat, the temperature T, of the compressed air during the combustion with the pressure p still remaining the same, will increase to T, whereupon the inflow of this compressed Ar beitsmedium into the turbine part begins. In the turbine stages, the gas expands gradually and leaves the turbine in the direction of the arrow 19 through the outlet openings 20. The air enters the space 15 through the opening 21.
Determination and mode of operation of the combustion chamber 13 shown in Fig. 2 are as follows: The air exiting the compressor is in a strong flow, and therefore, if a combustion chamber of sufficient size were not provided between the compressor and the turbine, Sufficient time to burn the fuel is not available to the required extent.
For the rapid combustion of the fuel, however, all the more must be taken care of since the temperature T of the air exiting the compressor is not always high; at a compression of pilpo - 10 and at an inlet temperature of 0 C, the temperature after the compression is, for example, only about <B> 300 '</B> C, at which, e.g. B. in the case of Gasölfeue tion, a considerable amount of time is required to ignite the fuel. The opening 21 is touched by the air flow, and in the embodiment, at.
which the steering elements 16 are missing, the gas contained in the combustion chamber 13 is resp. by the air flow flowing past the openings o due to friction. convective impulse transfer set in rotating Be movement, the convection BEZW. the gas mixture created as a result of the turbulence ensures the entry of a certain amount of fresh air from the air flow into the combustion chamber. Part of the air is therefore led into the combustion chamber and the rest of the air is mixed with the gases that come out of the combustion chamber.
The same is also achieved with the help of Lenkörgane 16, which direct part of the air flow in places in the combustion chamber 13, where a violent vortex is maintained by the incoming fresh air, or this is already achieved by the fact that the turbine to the turbo Closer wall of the chamber 13, compared to the opposite wall part of the same, which is closer to the compressor, to produce a gas flow supporting the vortex and to deflect it a little inwards towards the axis of rotation.
By appropriate choice of the size of the opening 21 adjoining the air flow, respectively. by appropriate design of the steering members 16, the size of the entering into the combustion chamber part of the air flow conveyed by the compressor can be set.
The fuel is introduced into the combustion chamber with the aid of the organs 10, 10 ', where the combustion takes place to the extent required in the sense of the above explanations, the organs 10, 10' being designed so that they the appropriate mixture of fuel
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can cause <SEP>.
<SEP> Since <SEP> the <SEP> combustion <SEP> only
<tb> in <SEP> a <SEP> part <SEP> of the <SEP> entering <SEP> full <SEP> air volume <SEP> takes place, <SEP> becomes <SEP> in <SEP> of the <SEP> combustion chamber
<tb> 13, <SEP> in the <SEP> comparison <SEP> to the <SEP> average <SEP> tem perature <SEP> of the <SEP> entry <SEP> in <SEP> the <SEP> turbine <SEP> one
<tb> considerably <SEP> higher <SEP> temperature <SEP> arise,
<tb> whereby <SEP> the <SEP> self-ignition <SEP> and <SEP> the <SEP> desired <SEP> course <SEP> the <SEP> combustion <SEP> before <SEP> your
<tb> Entry <SEP> in <SEP> the <SEP> turbine <SEP> satisfactory <SEP> secured
<tb> can be <SEP>.
<SEP> If <SEP> for the <SEP> example <SEP> is the <SEP> temperature of the gas exiting the compressor <B> 300 </B> C, whereas that of the gas entering the turbine is on average 600 C , the temperature increase for the combustion taking place at constant pressure is <B> 300 '</B> C. If a third of the fresh air emerging from the compressor is now admitted into the combustion chamber 13, the Temperature increase in this part of the air 3 X 300 C - 900 C, and the temperature in the chamber is 1200 C, at which temperature. the ignition and combustion is already going on very quickly.
The air at 1200 C exiting the chamber then mixes with the air at <B> 300 '</B> C flowing past the chamber before entering the turbine, so that the mixture reaches a temperature of 600C.
In order to prevent excessive heating of the walls of the combustion chamber, or to prevent a consequent strong heating of the housing wall, it is useful to flow some of the air exiting from the United more densely through the gap 14 between the chamber and the housing allow.
To direct the air into this gap from a steering element 16, -elches protrudes into the air flow to the required extent and the
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Gap <SEP> 14 <SEP> a <SEP> flow <SEP> from <SEP> corresponding
<tb> strength <SEP> supplies. <SEP> <SEP> is <SEP> but <SEP> possible, <SEP> die
<tb> Wall <SEP> of the <SEP> combustion chamber <SEP> also <SEP> in <SEP> other
<tb> Titmouse, <SEP> e.g. <SEP> B. <SEP> with <SEP> help <SEP> from <SEP> insulating materials.
<tb> and <SEP> against <SEP> thermal radiation, <SEP> e.g. <SEP> B.
<SEP> with <SEP> help
<tb> one <SEP> separated by <SEP> several <SEP> air gaps <SEP>
<tb> partition, <SEP> which <SEP> between <SEP> the <SEP> combustion chamber <SEP> and <SEP> the <SEP> from <SEP> heat <SEP> to <SEP> protecting
<tb> Component <SEP> must be attached <SEP>, <SEP> isolated from <SEP>.
<tb> From <SEP> of the <SEP> combustion chamber <SEP> <SEP> a <SEP> flows out
<tb> in <SEP> the <SEP> inflowing <SEP> air volume <SEP> the corresponding <SEP> volume <SEP> are called <SEP> gas <SEP>, <SEP> which <SEP> therefore
<tb> with <SEP> the <SEP> remaining <SEP> part <SEP> of the <SEP> air flow <SEP> still
<tb> before <SEP> the <SEP> entry <SEP> in <SEP> the <SEP> turbine <SEP> is mixed
<tb> becomes, <SEP> whereby <SEP> a <SEP> strong <SEP> heating <SEP> the
<tb> Turbine blades <SEP> at <SEP> certain <SEP> points <SEP> is prevented <SEP>.
<SEP> For <SEP> the <SEP> good <SEP> mixture <SEP> of the hot gases flowing out of the chamber finite the remaining part of the air can be expediently m 'ssio, by providing a corresponding <B>, </ B > Mixing room or possibly by using a special # lisch - V'4Tirbel- ka.mmer.
As can be seen from this, on the one hand, to ensure ignition and combustion, and on the other hand, to reduce the initial temperature of the inflow into the turbine appropriately, it must be considered very important that the air flow from the compressor into the turbine is split in two Parts are divided, of which first only one part of the combustion takes place, while the other part is used for admixture after this combustion for the reason discussed.
The heat supply elements 11 and 12, wel che of course not only in the second and third stage, but also on. where places and can be brought in any number, are used for the purpose of realizing the isothermal or approaching isothermal first relaxation part for additional heat supply. However, these organs are not necessary in every case.
It is also possible to realize this Ent tension part in such a way that fuel is only introduced into the combustion chamber 9, namely in the manner, respectively. the liquid fuel is introduced into the compressed air in such a distribution at such a temperature and at such points, or the combustion chamber 9 is designed so that the combustion does not end before it enters the turbine, but rather with continuation of the combustion process in the turbine, up to a medium level isothermal respectively. approximately isothermal relaxation be effective.
Insofar as the length of the first relaxation section is changed when regulating the gas turbine, it is useful to change at least one of the aforementioned factors. The component visible in FIG. 4, which represents an atomizer, is used for such a purpose. In the atomizer body 33, the tightly guided valve 34 is used, which, depending on its position, with the help of its conical end 35 regulates the opening 36 released in the conical Publ cross section. The fuel passes through the bores 37 and 38 into the atomizer body and from here into the storage space 39.
In the storage space 39, the pressure of the fuel is set so high that the valve 34 is raised against the force of the spring 40 under the pressure exerted on its lower surface. The bias of the spring 40 is controlled by adjusting the threaded spring support 41 in the longitudinal direction by rotation of the arm 42 GE. Since the degree of atomization of the fuel depends on the pressure of the atomization, the degree of atomization can also be regulated by rotating the arm 42.
If the fuel is fed into the combustion chamber with the help of several atomizers, the regulation can be carried out appropriately when the output is reduced in such a way that first the supply of the atomizers working with coarser atomization is reduced and also the quality of the degree of mixing is changed.
On the other hand, finds fuel supply except for the atomizers feed into the fuel chamber. Heat-introducing burners also take place with the aid of atomizers or burners arranged between the stages of the turbine, so in the event of a reduction in output in the first place the supply of this latter is reduced.
If the air introduced is throttled in the course of regulating the gas turbine, the throttling elements are fitted in the inlet opening 18 or in front of it.
The machine group shown in FIG. 2, consisting of an axially flowed through compressor and an axially flowed through turbine, is particularly suitable for executing the operating method forming the subject of the invention, insofar as it has small dimensions, which is equivalent to a low dead weight, the through - Kn allows very large amounts of air.
The arrangement, especially in the design, in which, as a result of the energy transformations taking place in the blade rings, essentially only the components of the gas velocity falling in the direction of travel are subject to changes, in which the axially directed component does not change as a result of the energy transformations , allows very high flow velocities without causing considerable losses.
It is characteristic of such compressors and turbines that the mean diameter of a standing blade ring arranged between two adjacent rotating blade rings is equal to the arithmetic mean of the average diameter of these rotating blade rings or only differs slightly from it. Also is. It is also characteristic that the individual blade rings are arranged directly adjacent to one another, that is to say without intermediate partitions.
In the case of the compressor, especially in order to achieve a good degree of rotation and efficiency, it is advantageous to ensure that the surfaces of the housing which lead the flow to the side are resp. The runner removes the fatigued boundary layer braked as a result of the friction and pressure increase.
For this purpose the in Fig. Obvious, known design, in which the tired boundary layer from the openings 28, 28 'provided in any stage of the compressor next to the partition walls <B> 27, </B> 27' via the channels 29 , 29 'and the openings 30, 30' flows back to places with lower pressure of the compressor, where, after entering the compression chamber, it has the normal energy content compared to the conditions prevailing here and thus does not prevent the occurrence of the pressure increase.
The channels 29, 29 'are in the
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Blades <SEP> supporting <SEP> parts <SEP> of the <SEP> compressor
<tb> arranged.
<tb> With <SEP> in mind <SEP>, <SEP> that <SEP> the <SEP> efficiency <SEP> of the <SEP> turbine <SEP> is <SEP> so <SEP> better <SEP> , <SEP> at
<tb> each <SEP> higher <SEP> temperature <SEP> you <SEP> works, <SEP> and <SEP> yours
<tb> Dimensions <SEP> are <SEP> so <SEP> less <SEP>. <SEP> each <SEP> larger
<tb> the <SEP> circulation speed is <SEP>, <SEP> is <SEP> also <SEP> the
<tb> mechanical <SEP> stress <SEP> of the <SEP> slider <SEP> considerable. <SEP> <SEP> is <SEP> therefore <SEP> appropriate, <SEP> den
<tb> Runner <SEP> inside <SEP> to cool <SEP>.
<SEP> <SEP> does this <SEP> well
<tb> be realized <SEP>, <SEP> if <SEP> in <SEP> the <SEP> inside <SEP> of the
<tb> Runner <SEP> a <SEP> air flow <SEP> is let in <SEP>, <SEP> closed
<tb> which <SEP> purpose <SEP> according to <SEP> Fig. <SEP> 2 <SEP> on the one hand
<tb> Openings <SEP> 31, <SEP> 31 '<SEP> in <SEP> the <SEP> radial <SEP> walls
<tb> the <SEP> runner <SEP> and <SEP> on the other hand <SEP> openings <SEP> 32, <SEP> 32 '
<tb> in <SEP> the <SEP> the <SEP> bearings <SEP> of the <SEP> compressor <SEP> and <SEP> the
<tb> Turbine <SEP> are used for supporting <SEP> machine parts <SEP>.
<tb> If <SEP> the <SEP> sliders <SEP> are disk-shaped <SEP>, <SEP> or
<tb> combinations <SEP> of the <SEP> disc- <SEP> and <SEP> drum-shaped <SEP> embodiments <SEP> represent,
<SEP> so
<tb> must <SEP> to <SEP> let through <SEP> the <SEP> cooling air <SEP> too
<tb> on <SEP> the <SEP> discs <SEP> openings <SEP> are provided <SEP>.
<tb> In addition, <SEP> <SEP>, <SEP> also <SEP> is possible, <SEP> the <SEP> turbine runner <SEP> with <SEP> help <SEP> the <SEP> from <SEP> the <SEP> Compressor <SEP> escaping <SEP> air <SEP> or <SEP> with <SEP> a <SEP> part
<tb> the same <SEP> to <SEP> cool, <SEP> which <SEP> resp. <SEP> which one
<tb> Part <SEP> in <SEP> this <SEP> case <SEP> only <SEP> after <SEP> the <SEP> through <SEP> the <SEP> inside <SEP> of the <SEP> turbine rotor < SEP> at
<tb> involved in the <SEP> operation <SEP> of the <SEP> turbine <SEP>
<tb> will. <SEP> In <SEP> the same <SEP> way <SEP> <SEP> can also <SEP> that
<tb> outer <SEP> housing <SEP> of the <SEP> turbine <SEP> with.
<SEP> condensed
<tb> air <SEP> are cooled <SEP>.
<tb> This <SEP> the latter <SEP> type <SEP> of the <SEP> cooling <SEP> of the <SEP> turbine rotor <SEP> can be seen <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 3 <SEP> , <SEP> according to
<tb> which <SEP> embodiment <SEP> the <SEP> combustion chamber <SEP> 9 <SEP> between <SEP> the <SEP> on <SEP> the <SEP> shaft <SEP> 60 <SEP> on wedged <SEP> Compressor rotor <SEP> 61 <SEP> and <SEP> dem
<tb> also <SEP> on <SEP> the <SEP> wave <SEP> 60 <SEP> wedged, <SEP> off
<tb> discs <SEP> 62, <SEP> 62 '<SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> composite <SEP> turbine rotor <SEP> is installed <SEP>;
<SEP> in <SEP> the <SEP> is the <SEP> version <SEP> is <SEP> but <SEP> is the <SEP> <SEP> body forming the <SEP> combustion chamber <SEP> 9 <SEP> <SEP> not <SEP> tight <SEP> between <SEP> the <SEP> sliders <SEP> fitted, <SEP> but <SEP> so <SEP> inserted, <SEP> that <SEP> the <SEP > live <SEP> air gaps
<tb> 65 <SEP> and <SEP> 66 <SEP> are formed <SEP>. <SEP> The <SEP> combustion chamber <SEP> is <SEP> from <SEP> a <SEP> to the <SEP> axis of rotation <SEP> of the
<tb> turbine rotor <SEP> coaxial <SEP> rotating body <SEP> 63 formed. On the disks of the turbine runner, the openings 67, 67 'are in the vicinity of the shaft. . . provided, next to which openings, on larger diameters, the annular ribs 68, 68 '... are formed.
These annular ribs of the adjacent discs either do not butt against each other or only in places so that flow cross-sections for the air remain free between them. On the outer sides of the ring ribs. at even larger diameters, further throughflow openings 69, 69 '... are formed in the disks. On the side facing the compressor of the Drehkör pers 63, opposite the air flow exiting the compressor, there is the protruding steering edge 70 on its outer wall, which spal tet the air flow exiting the compressor into two parts.
The rotating body 63 is fastened in the housing part 71 with the aid of the steering members 72 which, as already mentioned in FIG. 2, are provided at individual points on the circumference of the combustion chamber and serve to introduce part of the air into the combustion chamber. On the side of the rotating body facing the turbine, the annular rib 73 of the same adjoins the first disc of the turbine rotor with a small gap.
The mode of operation of this arrangement is as follows: The air flow emerging from the compressor flows after splitting through the steering edge 70 in the direction of the arrows drawn partly on the outside of the combustion chamber 9, but partly along the outer wall surface of the rotating body through the rotating body partially surrounding cavity 65, into which the steering edge 70 protrudes, in the radial direction inward to the shaft 60.
This part of the air flow forms the cooling flow which passes through the openings 67, 67 'provided in the disks of the turbine runner. . . occurs in the axial direction in the interior of the turbine rotor, and through the between the annular ribs 68, 68 '. . . left gaps or openings along the discs flows radially outward and thereby effectively cools the upper surface of the same.
The air flow returns through the disc bores 69, 69 '. . . in, the space left between the turbine runner and the combustion chamber; Finally, it reaches the turbine through channel 66, while simultaneously mixing with the remaining part of the flowing work medium.
The specific volume of the gas flowing through the turbine is greatest when it enters the compressor and in the low-tensioned part of the turbine.In order to be able to avoid excessively large blade lengths at this latter point, it is advisable to use a larger turbine in its low-pressure part Build diameter. Such a design is shown in FIG. 5, for example. Furthermore, so that there are no excessively high circumferential speeds in this case, it is advisable to select the speed of this part nied rig.
As can be seen in Fig. 5, the rotor 44 of the Ver poet and the rotor 44 'of the turbine is housed in the housing 43, which rotor with the help of bearings 47 and 47' on the shaft 46 of the energy consumer, for example the Aircraft propeller 57, directly driving low-pressure turbine 45 is rotatably mounted. The shaft 46 is supported in the housing 43 with the aid of the bearings 48, 48 ′. The turbine is followed by a low-pressure turbine. The air flows in at the inlet opening 49 of the compressor and ge reaches after flowing through the compressor and the high pressure turbine 50 in the low pressure turbine 45 of larger diameter.
The mechanical connection between the three runners is established with the help of gear group 51.
According to Fig. - 6, the compressor 53 is preceded by a low-pressure compressor 52 of larger diameter and its rotor is together with the rotor of the low-pressure turbine 54 and with the Energiever consumer, z. B. the propeller 57, keyed to the common shaft 56. Here, the reversing gear 55 is seen between the high pressure turbine and the Nie derdruckturbine.
This gear could be formed similar to the analog structural part of FIG. 5 as a slowing I "reduction gear, so that the low-pressure turbine would run slower than the high-pressure turbine.
It is expedient to dimension the high-pressure turbine and the low-pressure turbine in such a way that the output of the high-pressure turbine at least approximately covers the work requirement of the compressor which is seated on a common shaft. The net power is in this case BEZW on the shaft 46. 56 taken from, which is why the gear group 51 respectively. 55 power to be transmitted is also 0 or at least very low. With this division, a mechanical connection between the high and low pressure group can also be omitted entirely; so that the first-mentioned group can rotate freely, that is to say it can be formed as a unit independent of external loads.
In the examples according to FIGS. 3 and 5, 6 are between the combustion chamber and one of the middle stages of the tur bine 80 respectively. 44 'resp. 53 'organs angeord net which are intended to introduce heat into the working medium, which organs supply heat to such an extent that the first expansion part in the turbine is at least approximately isothermal. However, these organs are not shown in FIGS. 3, 5 and 6.