DE2032964B2 - Gasturbinenanlage mit gegenläufigen Laufradern - Google Patents

Description

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Übertreten wird — wie schon oben dargelegt — der Die Gasturbine besteht aus den Laufrädern 1, die Wirkungsgrad und das Verdichtungsverhältnis des auf einer gehäusefesten Welle 2 jeweils gegenläufig Verdichters verschlechtert Das drückt sich in einer drehbar gelagert sind. Jsdes Laufrad weist radial ingrößeren Leistungsaufnahme auf der Verdichterseite aen eine Verdichterschauf el 3 und radial außen eine aus. Da die überströmende Gasmenge in der Ver- 5 Turbinenschaufel 4 auf. Beide Schaufeln sind durch dichterstufe keine Leistung mehr abgibt, wird die den als Ring ausgebildeten Fuß 5 der Turbinen-Turbinenleistung verringert. Die Abtriebsleistung ist schaufel 3 voneinander getrennt
aber durch die Differenz von Turbinen- und Ver- An die Laufräder 1 schließen sich ein oder mehdichtcileistung gegeben. Da in dem einen Falle die rere Hochdruck-Laufräder 6 an, die fest auf einer Turbinenleistung absinkt und in dem anderen Falle io Abtriebswelle 7 angeordnet sind. Gemäß der Erfindie Verdichterleistung ansteigt, wird diese Differenz dung sind diese Hochdruck-Laufräder 6 nur mit immer kleiner. Damit wird die Abtriebsleistung ver- einer äußeren Turbinenschaufel 8 ausgerüstet Innen ringert, was sich in einem schlechteren Wirkungsgrad tragen sie Speichen 9, die die Verbindung zur Abausdrückt. Diese Nachteile werden bei der erfin- triebswelle7 darstellen. Die Speichen 9 dienen zur dungsgemäßen Gasturbinenanlage ausgeschaltet 15 Führung der verdichteten Luft und leisten keine wei-Außerdem wird je nach Lage des Normalpunktes im tere Verdichtungsarbeit Sie sind somit aerodyna-Verdichterkennfeld durch das Überströmen von der misch wirkungslos. Die Verdichterschauf ein 3 der Turbinen- zur Verdichterseite die Ansaugmenge des Laufräder 1 und die Speichen 9 der Hochdruck-Laufgesamten Verdichters vermindert, was leicht dazu räder 6 sind über eine Brennkammer 10 mit den führen kann, daß der Verdichter ins Pumpengebiet ao Turbinenschaufeln 8 und 4 verbunden.
fällt und damit Schaufelhavarie hervorgerufen wird. Die Luft tritt durch den Einlaß 11 in die Ver-

Auf Grund ihres Aufbaues läßt sich bei der erfin- dichterschaufelreihe 3 der Laufräder 1 ein und wird

dungsgemäßen Gasturbine in einfacher Weise eine dort verdichtet. Über die Speichen 9 wird sie in die

Kühlung der Turbinenschaufeln herbeiführen. Dazu Brennkammer 10 geleitet, wo ihr eine Temperaturer-

sind bei den mit Verdichter- und Turbinenschaufeln a₅ höhung zugeführt wird. Das erhitzte Gas gibt an die

bestückten Laufrädern von der Druckseite der Ver- Hochdruck-Laufräder 6 einen Ted seiner Energie ab,

dichterschaufel eine oder mehrere — an sich be- der als Nutzleistung nach außen gefuhrt wird, per

kannte — Bohrungen durch den Schaufelfuß der Rest der Energie wird in den Turbinenschaufel^

hohlen Turbinenschaufel in deren Inneres geführt. der Lauf räder 1 abgebaut, wobei die Schaufeln 8 der

Durch diese Bohrung strömt zur Kühlung der Turbi- 30 Laufräder 6 so ausgelegt sind, daß das Gas am Aus-

nenschaufeln ein Teilstrom der im Vergleich zum laß 12 den gleichen Druck aufweist wie am Luftein-

Gas kühleren und höher gespannten Luft. tritt 11.

Die Erfindung sei an einem Ausführungsbeispiel Wie in der Fig.2 dargestellt, ist der Fuß5 der

und der Zeichnung näher erläutert. Turbinenschaufel 4 mit Bohrungen 13 versenen.

Fig. 1 stellt eine Gasturbine gemäß der Erfindung 35 Diese Bohrungen 13 sind von der Seite des höheren

dar; Druckes der Verdichterschauf el 3 in das Innere der

Fig.2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Turbinenschaufel4 geführt. Durch die Bohrung 13

Schnitt durch ein Laufrad entlang der Linie IMI in strömt ein geringer Teilstrom der Luft zur Kühlung

pig 3_; aus der Verdichterbeschaufelung in die Turbinenbe-

F i g.' 3 gibt den Schnitt III-III nach F i g. 2 wieder. 40 schaufelung ein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

der letzten Turbinenstufe und der ersten Verdichter-Patentansprüche: stufe. Die heißen Gase der Turbinenstufe werden daher über die Ringabdichtung zwischen der Turbinen-

1. Gasturbinenanlage mit auf einer feststehen- und Verdichterbeschaufelung in den Raum nach der den Welle gegenläufig gelagerten Laufrädern, die S ersten Verdichterstufe eintreten. Durch dieses Einradial innen eine Verdichterschaufelreihe sowie dringen der heißen Gase wird die Verdichterluft radial außen eine Turbinenschaufelreihe aufwei- aufgeheizt und damit das Druckverhältnis verringert sen, wobei letztere über eine Brennkammer mit- Das bedeutet eine Verschlechterung des Wirkungseinander aerodynamisch verbunden sind, und mit grades.

mindestens einem auf einer Abtriebswelle an- io Weiterhin ist es bekannt (deutsche Patentschrift geordneten Hochdruck-Laufrad, dadurch 819758), die der Verdichterschaufelreihe zugeleitete gekennzeichnet, daß das bzw. die Hoch- Luft zuvor vorzuverdichten, um einen Überdruck auf druck-Laufräder (6) auschließlich mit einer ra- der Verdichterseite gegenüber der Turbinenseite zu dial außen angeordneten Turbinenschaufelreihe haben. Der der ersten Verdichterstufe vorgeschaltete (8) versehen ist bzw. sind, die über aerodyna- 15 Vorverdichter besteht aus einer mit den Laufrädern misch wirkungslose Speichen (9) mit der Ab- verbundenen umlaufenden Hülse, die außen mit triebswelle (7) verbunden ist einer Beschaufelung versehen ist. Diese Hülsenbe-

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, da- schaufelung ist über einen Umströmkanal mit der durch gekennzeichnet, daß bei den mit Verdich- Verdichterschaufelreihe verbunden. Auf diese Weise ter- und Turbinenschaufeln bestückten Laufrä- ao liegt in der ersten Verdichterstufe ein höherer Druck dem (1) von der Druckseite der Verdichterschau- vor als in der mit ihr korrespondierenden letzten fei (3) eine oder mehrere Bohrungen (13) durch Turbinenstufe. Ein Eindringen von heißen Gasen in den Schaufelfuß (5) der hohlen Turbinenschaufel die Verdichterstufe ist somit an dieser Stelle vermie-(4) in deren Inneres geführt sind. den. Im weiteren Verlauf zur Eintrittsseite in die

as Turbinenstufe bzw. zur Austrittsseite des Verdichters

ist dieses Prinzip jedoch wieder verlassen worden.

Auf der Hochdruckseite des Verdichters sind bei dieser bekannten Vorrichtung noch mehrere Verdichter-

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage mit stufen als nichtgegenläufige Stufen aufgebracht, auf einer feststehenden Welle gegenläufig gelagerten 30 Diese erzeugen von der letzten gegenläufigen Stufe Laufrädern, die radial innen eine Verdichterschaufel- bis zum Austritt einen Druck auf der Verdichterseite, reihe sowie radial außen eine Turbinenschaufelreihe Der noch erhöhte Druck wird über die Brennkammer aufweisen, wobei letztere über eine Brennkammer dem Turbineneintritt zugeleitet, so daß der Druck aerodynamisch miteinander verbunden sind, und mit auf der Turbinenseite höher liegt als der Druck auf mindestens einem auf einer Abtriebswelle angeord- 35 der mit ihr korrespondierenden Verdichterseite. Das neten Hochdruck-Laufrad. bedeutet, daß gerade hier im hohen Temperarurni-

Derartige Gasturbinen haben bei mehrstufiger veau heiße Gase auf die Verdichterseite überströmen Bauart den Vorteil einer einfachen Bauweise. Bei ge- können und daß somit die ganze Arbeitsweise des trennter Anordnung von Verdichter und Turbine Aggregats in Frage gestellt ist.
sind nämlich der Stufenzahl entsprechend viele WeI- 40 Ausgehend von einer Gasturbinenanlage der einlen notwendig, die einander konzentrisch umgeben gangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe oder unabhängig voneinander angeordnet sind. Die- zugrunde, deren Wirkungsgrad dadurch zu verbesser Nachteil fällt hier weg. Außerdem lassen sich sern, daß ein Übertritt heißer Gase von der Turbidiese Gasturbinen kompakt bauen. nen- auf die Verdichterseite verhindert wird.

Bei einer bekannten Turbine der genannten Art 45 Das geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß (deutsche Patentschrift 1 085 718) weist das auf der das bzw. die Hochdruck-Lauf räder ausschließlich Hochdruckseite angeordnete, mit einer Abtriebswelle mit einer radial außen angeordneten Turbinenschauverbundems Laufrad sowohl eine Verdichter- als feireihe versehen ist bzw. sind, die über aerodynaauch eine Turbinenbeschaufelung auf. Das die Ver- misch wirkungslose Speichen mit der Antriebswelle dichterschaufel dieses Laufrades verlassende Gas 50 verbunden ist. An diesen mit der Abtriebswelle vertritt nach der Temperaturerhöhung in der Brenokam- bundenen Hochdruck-Laufrädern wird nur eine mer mit einem erhöhten Energiezustand in die Turbi- Nutzleistung abgenommen, ohne daß noch zusätznenschaufel des gleichen Laufrades ein. Diese Energie lieh, wie bei der bekannten Gasturbine, eine Verkann in der Turbinenschaufelreihe der auf der fest- dichtungsarbeit aufgebracht wird. Die vorhandenen stehenden Welle gelagerten Laufräder der bekannten 55 Speichen sind aerodynamisch wirkungslos und die-Gasturbine nicht vollständig abgebaut werden, so nen nur zur Führung der komprimierten Luft. Nach daß vor der Turbinenschaufel an der Gasaustritts- dem Verlassen der Hochdruck-Laufräder strömt das seite ein höherer Druck als vor der Verdichterschau- Gas durch die Turbinenschaufeln der restlichen Lauffei des gleichen Laufrades herrscht. Arbeitet eine räder mit einem niedrigeren Druck, aber einer höhesolche Gasturbine bei gleichem Außendruck, d. h. 60 ren Temperatur als in den Verdichterschaufeln der expandiert die letzte Turbinenstufe auf Außendruck entsprechenden Laufräder. Die Turbinenbeschaufe- und verdichtet die erste Verdichterstufe von Außen- lung der Hochdruck-Laufräder der Abtriebswelle ist druck, so Hegt vor der letzten Turbinenstufe eine hö- derart ausgelegt, daß vor dem ersten Laufrad auf der here Druckdifferenz als in der ersten Verdichterstufe. Verdichtereintrittsseite mindestens der gleiche Druck Dadurch entsteht vor der letzten Turbinenstufe ein 65 herrscht wie auf der Turbinenaustrittsseite. Auf vergleichsweise hoher Druck, während der Druck diese Weise wird ein Überströmen der heißen Ganach der ersten Verdichterstufe niedriger ist. Auf se von der Turbinen- auf die Verdichterseite diese Weise ergibt sich eine Druckdifferenz zwischen mit den nachteiligen Folgen vermieden. Durch dieses