DE1014791B - Two-circuit gas turbine for generating heating gases - Google Patents
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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.Two-circuit gas turbine for generating heating gases The invention refers to a heating turbine with an annular combustion chamber and rotary atomization, which is designed as a two-circuit machine for generating heating gases. The heating gases are primarily used for space heating, but can also be used to advantage for drying purposes as well as for preheating larger engines or the like. Use.
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.There are known heaters that, both fresh air and mixed air promotional, driven by an electric motor or a small gasoline engine. A separate burner is used to generate the heating gases Fan-conveyed fresh air is heated and as such or with the combustion air mixed in the combustion chamber, supplied to the intended use.
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.A particularly simple and economical heater results through the use of a gas turbine, which is preferably designed as a two-circuit machine there is no need to arrange a separate burner for generating heating gas. Anyway The existing compressor of the gas turbine system is used in two-circuit machines known way with arranged on a common shaft axial fan for Promotion of the total air and with a radial fan for the promotion of the first Circle-forming combustion air executed. Even. the double-flow training of the Radial.gebläses is already known in gas turbines.
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.The invention has to increase the combustion chamber efficiency Task and achieves this goal through special measures in the air flow in the Combustion chamber inlet and in the fuel inlet. In continuation of the double flow Combustion air flow into the combustion chamber inlet therefore proposes the invention two-circuit gas turbine, in which the new in the combination of the following elements the following can be seen: a) The axial compressor compresses the total air for both circuits; b) the centrifugal compressor only compresses the combustion air and has a double-flow design; c) the two combustion air flows emerging from the twin-flow centrifugal compressor are in the combustion chamber inlet in two radially directed, in the axial direction on both sides the injection plane arranged primary air flows and in two radially directed the outer sides of the primary air flows are divided into secondary air flows.
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.The features a and b as well as the sub-combination a + b are each known on their own and should not be the subject of the invention on their own.
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.Furthermore, according to the invention, the distribution of the combustion air is by means different sized, radially extending guide rings made on the outlet guide vanes of the centrifugal compressor are arranged. For fuel supply the known method of rotary atomization is used, according to the invention the introduction of the fuel through holes in the central web of the double-flow Radial impeller takes place.
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.The fresh air that forms the second circuit and is required for heating purposes is branched off from the total air flow in front of the radial fan and washes around the outer one Jacket of a preferably annular combustion chamber. She warms up on the hot combustion chamber wall and is when passing one at the outlet of the radial turbine arranged heat exchanger is further heated by the turbine exhaust gases passed through. The heating gas temperature is regulated by throttling the fresh air, which preferably made in the flow cross-section of the combustion chamber. will.
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.The heating of the hot air by means of a heat exchanger is not required in all cases. Where there is less on the purity of the heating gases arrives, the fresh air can after the radial turbine with the exiting combustion gases mixed directly and then put to use.
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand eines Längsschnittes durch die Heizturbine.The drawing shows a schematic representation of an embodiment of the invention on the basis of a longitudinal section through the heating turbine.
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.In a housing 1, an annular combustion chamber 2 is arranged in such a way that that a free passage cross section 3 is formed between the two. Furthermore are in the interior of the housing 1 on a common shaft 4 mounted at 8, an axial fan 5, a double-flow radial impeller 6 and a radial turbine wheel 7 are provided. To the The exit of the double-flow radial fan 6 opposite are in the combustion chamber inlet the also double-flow outlet guide vanes 9 provided. Which the Passage through the guide vanes by means of radially extending ones of different sizes Rings 10 and 11 in separate channels for the primary air flows 12 and the secondary air flows 13 split. A bore 14 in the shaft 4 is provided with bores 15 in the radial fan wheel. 6 in connection, which open into the central web 16 of the double-flow wheel outlet. To the In the exemplary embodiment, the fresh air is regulated by an axially displaceable slide 17 or the like. Provided, which is also arranged differently designed at another point can be.
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.The mode of operation of the two-circuit heating turbine is as follows: The Total air conveyed by the axial fan 5 is split up in front of the radial fan 6 into the combustion air forming the first circle and into the second. Circle forming Fresh air. The combustion air of the first circuit flows through the double-flow radial fan 6 and is conveyed by this into the combustion chamber 2. The one in the combustion chamber inlet arranged outlet guide vanes 9 of the fan, which are symmetrical to the central plane the combustion chamber are arranged, divide the two by means of the rings 10 and 11 Air flows in primary flows adjacent to the right and left of the central plane: 12 and into secondary currents 13 located outside this. The through hole 14 of shaft 4 and the bores 15 of the impeller 6 is supplied fuel from the central web 16 lying mouths thrown off and formed by the primary streams 12 Vortex atomized. The complete burnout of the fuel takes place on it Participation of the secondary flows 13 takes place inside the combustion chamber. The hot fuel gases then flow through the turbine wheel 7 to the outlet.
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.The fresh air circuit branched off from the radial impeller 6 flows through it the space 3 formed between the combustion chamber 2 and the housing 1, the fresh air serves to cool the hot combustion chamber walls. At the exit of the heating turbine meets this preheated fresh air flow on the fuel gases emerging from the turbine, mixes with them and becomes its intended use, for example for drying purposes. or to preheat large engines.
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.For certain uses, such as space heating, is the presence of the combustion gases in the heating air is undesirable. In these cases it will the heating turbine is followed by a heat exchanger not shown in the drawing, in which the fresh air is heated by the turbine exhaust gases flowing through.
Claims (2)
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