DE1011672B - Gasturbine mit kleinem eingebautem Waermeaustauscher - Google Patents

Description

• Gasturbine mit kleinem eingebautem Wärmeaustauscher Es betrifft eine Gasturbine, bei der zwischen der Turbine und dem Verdichter ein Wärmeaustauscher konzentrisch zur Turbinenachse angeordnet ist, dessen den Wärmeaustausch vermittelnde Rohre parallel zur Turbinenachse verlaufen, so daß die die Turbine verlassenden Abgase den Wärmeaustauscher im Kreuzstrom durchströmen. Hierbei verbindet der Wärmeaustauscher das Verdichtergehäuse mit dem Brennkammergehäuse, in dem auch die Turbine gelagert ist. Die Wärmeaustauscherrohre sind dabei als tragendes Bauelement ausgebildet und werden zur Aufnahme der Kräfte zwischen Verdichter- und Brennkammergehäuse benutzt. Bei der Anlage nach dem Hauptpatent handelt es sich um eine Einwellen-Gasturbine.
• Die Erfindung besteht nun aus den drei Merkmalen, daß an Stelle einer Einwellen-Gasturbine eine Zweiwellen-Gasturbine vorgesehen wird, bei der die Nutzleistungsturbine als Hochdruckturbine zuerst von den Verbrennungsgasen der Brennkammer beaufschlagt und anschließend die den Verdichter antreibende Turbine als Niederdruckturbine durchströmt wird, daß das ganze Aggregat in einem Gehäuse untergebracht ist, und daß die Turbinenläufer hierbei frei fliegend angeordnet sind. Die den Läufer der Niederdruckturbine tragenden Lager sind im Verdichtergehäuse befestigt, während die den Hochdruckturbinenläufer tragenden Lager im Brennkammergehäuse untergebracht sind. Der Kraftfluß zwischen dem Verdichterturbinensatz und der Nutzleistungsturbine geht also über die Wärmeaustauscherrohre.
• Die Ausbildung einer Gasturbinenanlage als Zweiwellen-Gasturbine mit Hochdruck-Nutzleistungs- und Niederdruck-Verdichterturbine ist an sich bekannt und ist für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung.
• Erfindungsgemäß kann auch noch eine andere Variante ausgebildet werden. Insbesondere bei großen Anlagen, bei denen man mit Rücksicht auf die Biegekritische keine sehr hohen Drehzahlen anwenden kann, man die Turbine also vielstufig ausführen muß, bereitet die frei fliegende Anordnung des Turbinenläufers oft Schwierigkeiten bzw. ist unmöglich. Es werden daher in Fortführung der Erfindung der Turbinenverdichtersatz und die Nutzleistungsturbine in je zwei Außenlager gelagert. Zur Erfindung gehört es auch, wenn nur der Läufer der Nutzleistungsturbine in zwei Außenlagern gelagert ist.
• Hierbei werden die turbinenseitigen Lager in einem gemeinsamen Gehäuse zwischen den beiden Turbinen derartig untergebracht, daß vom Austritt aus dem Hochdruckturbinenläufer bis zum Eintritt in den Niederdruckturbinenläufer nur eine geringe Entfernung vom Gasstrom zurückzulegen ist, so daß die Austrittsgeschwindigkeit der Hochdruckturbine in der Niederdruckturbine ausgenutzt werden kann. Das gemeinsame Lagergehäuse durchdringt den konzentrischen Ringraum, in dem die Verbrennungsgase strömen, mit einigen strömungsgerecht ausgeführten Haltearmen, so daß der Gasstrom nicht behindert wird.
• Die Schaltung der Hochdruckturbine als Nutzleistungsturbine ist zwar an sich bekannt; es ist jedoch noch nicht bekanntgeworden, diese Schaltung bei einer Zweiwellen-Gasturbinenanlage in einem einzigen Gehäuse durchzuführen. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Wärmeaustauscher in die eingehäusige Anlage eingebaut und von den Abgasen im Kreuzstrom durchströmt werden. Der Weg des Arbeitsmediums vom Eintritt in den Verdichter bis zum Austritt der Verbrennungsgase aus dem Wärmeaustauscher in die Atmosphäre verläuft also ohne plötzlichen Richtungswechsel und ohne Unstetigkeit. Jegliche Rohrleitungen für das Arbeitsmedium werden vermieden, so daß die Strömungsverluste auf ein Mindestmaß absinken. Insbesondere gilt dies für den Übertritt der Verbrennungsgase von der Hochdruckturbine zur Niederdruckturbine. Die Anordnung nach der Erfindung ist also außerordentlich kompakt und raumsparend.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. An der ringförmig ausgeführten Scheibe 1 ist das Verdichtergehäuse 2 angeflanscht. An der ringförmigen Scheibe 3 ist das Brennkammergehäuse 4 angeflanscht, welches die beiden Lager 5 und 6 der Nutzleistungsturbine aufnimmt. Zwischen den Scheiben 1 und 3 befinden sich die aus dünnen Rohren bestehenden Wärmeaustauscherelemente 7. In dem Verdichtergehäuse 2 sind drei Verdichterräder von radialem Typ 8, 9 und 10 untergebracht. Die Luft wird vom Verdichterrad 8 bei 11 angesaugt und tritt aus dem letzten Verdichterrad 10 in einen Sammelraum 12 über, von dem sie durch die Wärmeaustauscherrohre 7 in das Brennkammergehäuse 4 strömt. Im Innern des Brennkammergehäuses 4 ist die eigentliche Brennkammer, die aus den beiden Mänteln 13 und 14 besteht, angeordnet. Durch die Einspritzdüsen 15 wird der Brennstoff: in die Brennkammer eingespritzt und mit der Luft verbrannt. Die Verbrennungsgase beaufschlagen zunächst die Nutzleistungsturbine, die aus den Leitapparaten 16 und den Turbinenscheiben 17 besteht.
• Nach Austritt aus der Hochdruckturbine gelangen die Verbrennungsgase in die Niederdruckturbine, die ihrerseits wiederum aus den Leitapparaten 18 und den Läuferscheiben 19 besteht. Nach Austritt aus der Niederdruckturbine durchströmen die Verbrennungsgase, wie durch Pfeile angedeutet, den Wärmeaustauscher 7 und treten danach in die Atmosphäre aus.
• Die Welle 20 der Nutzleistungsturbine ist in den beiden Lagern 5 und 6 gelagert, während die Lagerung der Welle 21 des Turbinenverdichtersatzes aus den beiden Lagern 22 und 23 besteht. Um an Baulänge zu sparen und um die kritische Drehzahl möglichst hoch zu legen, ist das Lager 23 als Innenlager in einer Bohrung der Welle 21 angeordnet.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenanlage mit zwischen Turbine und Verdichter konzentrisch zur Turbinenachse angeordnetem Wärmeaustauscher, dessen parallel zur Turbinenachse angeordneten und im Kreuzstrom beaufschlagten Rohre als tragendes Bauelement zur Aufnahme der Kräfte zwischen Verdichter und Brennkammer ausgebildet sind, nach Patent 965 803, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine als an sich bekanntes Zweiwellenaggregat mit der Nutzleistungsturbine als Hochdruckturbine und der Verdichterantriebsturbine als Niederdruckturbine ausgeführt ist, derart, daß das ganze Aggregat in einem einzigen Gehäuse untergebracht ist und die beiden Turbinenläufer frei fliegend unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
2. 2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzleistungsturbine und der Verdichterturbinensatz in je zwei außenliegenden Lagern gelagert sind, wobei die beiden turbinenseitigen Lager in einem gemeinsamen Gehäuse zwischen den beiden Turbinen derart untergebracht sind, daß vom Austritt aus der Hochdruckturbine bis zum Eintritt in die Niederdruckturbine nur ein geringer Zwischenraum besteht, und daß der Lagerkörper mit strömungsgerecht ausgebildeten Haltearmen den konzentrischen Ringraum der Gasströmung durchkreuzt.
3. 3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzleistungsturbine allein in zwei außenliegenden Lagern gelagert ist, wobei das turbinenseitige Lager in einem Gehäuse derart untergebracht ist, daß vom Austritt aus der Hochdruckturbine bis zum Eintritt in die Niederdruckturbine nur ein geringer Zwischenraum besteht, und daß der Lagerkörper mit strömungsgerecht ausgebildeten Haltearmen den konzentrischen Ringraum der Gasströmung durchdringt.