DE1014791B

DE1014791B - Zweikreisige Gasturbine zur Erzeugung von Heizgasen

Info

Publication number: DE1014791B
Application number: DEB40044A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Leibach
Original assignee: BMW Studiengesellschaft fuer Triebwerksbau GmbH
Current assignee: BMW Studiengesellschaft fuer Triebwerksbau GmbH
Priority date: 1956-04-28
Filing date: 1956-04-28
Publication date: 1957-08-29

Description

Zweikreisige Gasturbine zur Erzeugung von Heizgasen Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizturbine mit Ringbrennkammer und Rotationszerstäubung, die zur Erzeugung von Heizgasen als zweikreisige Maschine ausgebildet ist. Die Heizgase dienen vornehmlich zur Raumheizung, können aber auch mit Vorteil zu Trocknungszwecken sowie zur Vorwärmung größerer Motoren od. dgl. Verwendung finden.
Es sind Heizgeräte bekannt, die, sowohl Frischluft als auch Mischluft fördernd, mittels Elektromotor oder einem kleinen Ottomotor angetrieben werden. Zur Erzeugung der Heizgase dient hierbei ein eigener Brenner, in dem die von einem Gebläse geförderte Frischluft erhitzt und als solche oder mit der Verbrennungsluft der Brennkammer gemischt, dem Verwendungszweck zugeführt wird.
Ein besonders einfaches und wirtschaftliches Heizgerät ergibt sich durch die Verwendung einer Gasturbine, die vorzugsweise als Zweikreismaschine ausgebildet die Anordnung eines eigenen Brenners zur Heizgaserzeugung erübrigt. Der ohnehin vorhandene Verdichter der Gasturbinenanlage wird hierbei in an sich bei Zweikreismaschinen bekannter Weise mit auf einer gemeinsamen Welle angeordnetem Axialgebläse für die Förderung der Gesamtluft und mit einem Radialgebläse für die Förderung der den ersten Kreis bildenden Verbrennungsluft ausgeführt. Auch. die zweiflutige Ausbildung des Radial.gebläses ist bei Gasturbinen bereits bekannt.
Die Erfindung hat eine Steigerung des Brennkammerwirkungsgrades zur Aufgabe und erreicht dieses Ziel durch besondere Maßnahmen in der Luftführung im Brennkammereintritt und in der Brennstoffeinbringung. In Weiterführung des zweiflutigen Verbrennungsluftstromes in den Brennkammereingang schlägt daher die Erfindung eine zweikreisige Gasturbine vor, bei der das Neue in der Kombination folgender Elemente gesehen wird: a) Der Axialverdichter verdichtet die Gesamtluft für beide Kreise; b) der Radialverdichter verdichtet nur die Brennluft und ist zweiflutig ausgebildet; c) die beiden aus dem zweiflutigen Radialverdichter austretenden Brennluftströme werden im Brennkammereingang in zwei radial gerichtete, in axialer Richtung beiderseits der Einspritzebene angeordnete Primärluftströme und in zwei radial gerichtete, an den Außenseiten der Primärluftströme anliegende Sekundärluftströme aufgeteilt.
Hierbei sind die Merkmale a und b als auch die Unterkombination a+ b je für sich allein bekannt und sollen für sich allein nicht Gegenstand der Erfindung sein.
Ferner ist nach der Erfindung die Aufteilung der Brennluft mittels verschieden großer, radial sich erstreckender Führungsringe vorgenommen, die an den Austrittsleitschaufeln des Radialverdichters angeordnet sind. Zur Kraftstoffversorgung wird die an sich bekannte Methode der Rotationszerstäubung angewendet, wobei erfindungsgemäß die Einbringung des Kraftstoffes durch Bohrungen im Mittelsteg des zweiflutigen Radialgebläserades erfolgt.
Die den zweiten Kreis bildende, zu Heizzwecken benötigte Frischluft wird vom Gesamtluftstrom vor dem Radialgebläse abgezweigt und umspült den äußeren Mantel einer vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Brennkammer. Sie erwärmt sich an der heißen Brennkammerwandung und wird beim Passieren eines am Ausgang der Radialturbine angeordneten Wärmetauschers von den durchgeleiteten Turbinenabgasen weiter aufgeheizt. Die Regulierung der Heizgastemperatur erfolgt durch Drosselung der Frischluft, die vorzugsweise im Umströmungsquerschnitt der Brennkammer vorgenommen. wird.
Die Erwärmung der Heizluft mittels eines Wärmetauschers ist nicht in allen Fällen erforderlich. Dort, wo es auf die Reinheit der Heizgase weniger ankommt, kann die Frischluft nach der Radialturbine mit den austretenden Brenngasen direkt vermischt und dann diem Verwendungszweck zugeführt werden.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand eines Längsschnittes durch die Heizturbine.
In einem Gehäuse 1 ist eine ringförmige Brennkammer 2 derart angeordnet, daß zwischen beiden ein freier Durchgangsquerschnitt 3 gebildet wird. Ferner sind im Innern des Gehäuses 1 auf einer bei 8 gelagerten gemeinsamen Welle 4 ein Axialgebläse 5, ein zweiflutiges Radialgebläserad 6 und ein Radialturbinenrad 7 vorgesehen. Dem Austritt des zweiflutigen Radialgebläses 6 gegenüber sind im Brennkammereintritt die ebenfalls zweiflutig ausgebildeten Austrittsleitschaufeln 9 vorgesehen., die den Durchtritt durch die Leitschaufeln mittels verschieden großer, radial sich erstreckender Ringe 10 und 11 in getrennte Kanäle für die Primärluftströme 12 und die Sekundärluftströme 13 aufteilen. Eine Bohrung 14 in der Welle 4 steht mit Bohrungen 15 im Radialgebläserad. 6 in Verbindung, die im Mittelsteg 16 des zweiflutigen Radaustrittes münden. Zur Regulierung der Frischluft ist im Ausführungsbeispiel ein axial verschiebbarer Schieber 17 od. dgl. vorgesehen, der auch anders ausgebildet an anderer Stelle angeordnet sein kann.
Die Wirkungsweise der zweikreisigen Heizturbine ist wie folgt: Die vom Axialgebdäse 5 geförderte Gesamtluft wird vor dem Radialgebläse 6 aufgeteilt in die den ersten Kreis bildende Brennluft und in die den zweiten. Kreis bildende Frischluft. Die Brennluft des ersten Kreises fließt dem zweiflutigen Radialgebläse 6 zu und wird von diesem in die Brennkammer 2 gefördert. Die im Brennkammereintritt angeordneten Austrittsleitschaufeln 9 des Gebläses, die symmetrisch zur Mittelebene der Brennkammer angeordnet sind, unterteilen mittels der Ringe 10 und 11 die beiden Luftströme in rechts und links der Mittelebene benachbarte Primärströme: 12 und in hierzu außenliegende Sekundärströme 13. Der durch die Bohrung 14 der Welle 4 und die Bohrungen 15 des Gebläserades 6 zugeführte Kraftstoff wird aus den im Mittelsteg 16 liegenden Mündungen abgeschleudert und durch die von den Primärströmen 12 gebildeten Wirbel zerstäubt. Die vollständige Ausbrennung des Kraftstoffes findet darauf unter Mitwirkung der Sekundärströme 13 im Innern der Brennkammer statt. Die heißen Brenngase strömen dann durch das Turbinenrad 7 dem Auslaß zu.
Der von dem Radialgebläserad 6 abgezweigte Frischluftkreis durchfließt den zwischen der Brennkammer 2 und dem Gehäuse 1 gebildeten Raum 3, wobei die Frischluft zur Kühlung der heißen Brennkammerwände dient. Am Ausgang der Heizturbine trifft dieser vorgewärmte Frischluftstrom auf die aus der Turbine austretenden Brenngase, vermischt sich mit ihnen und, wird seinem Verwendungszweck, beispielsweise zu Trocknungszwecken. oder zur Vorwärmung großer Motoren, zugeführt.
Für gewisse Verwendungszwecke, beispielsweise für Raumheizungen, ist die Anwesenheit der Brenngase in der Heizluft unerwünscht. In diesen Fällen wird der Heizturbine ein in der Zeichnung nicht dargestellter Wärmetauscher nachgeschaltet, in dem die Frischluft mittels der durchströmenden Turbinenabgase aufgeheizt wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Zweikreisige Gasturbine zur Erzeugung von Heizgasen mit auf gemeinsamer Achse angeordnetem Axial- und Radialverdich.ter sowie°°'mit° Ringbrennkammer und Rotationszerstäubung@"gekennzeichnet durch die Kombination folg'ider Elemente a) Der Axialverdichter verdichtet die Gesamt-Luft für beide Kreise; b) der Radialverdichter verdichtet nux";@!I'"lic Brennluft und ist zweiflutig ausgebildet; c) die beiden aus dem zweiflutigen Radialverdichter austretenden Brennluftströme Weben im Brennkammereingang in zwei radial gerichte, in axialer Richtung beiderseits der Einsp°=itiebene angeordnete Primärluftströme und in t v ei radial gerichtete, an den Außenseiten der P-rim'ärluftströme anliegende Sekundärluftströme` aufgeteilt.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Aufteilung der Verbrennungsluft mittels verschieden großer, radial sich erstre-ken- der Führungsringe (10, 11) erfolgt, die an den Austrittsleitschaufeln (9) des Radialverdichte'rs (6) angeordnet sind. 3. Gasturbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinbringung durch Bohrungen (15) im Mittelsteg (16)°^°''"Id'e^s zweiflutigen Radialverdichterrades (6) erfolgt: " 4. Gasturbine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Außenmantel 'der Brennkammer (2) umspülende Frischluftström durch einen Schieber (17) od. dgl. regelbar ist.' 5. Gasturbine nach Anspruch 1 bis 4, daditech gekennzeichnet, daß der Turbine (7) ein Wärme- tauscher nachgeschaltet ist, in dem die Frischlüft mittels der durchströmenden Turbinenabgase auf- geheizt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 243 957; französische Patentschrift Nr. 995 131; britische Patentschriften Nr. 693 227, 694414, 583 112; USA.-Patentschriften Nr. 2 694 291, 2 575°682'.