DE29915197U1

DE29915197U1 - Gas turbine

Info

Publication number: DE29915197U1
Application number: DE29915197U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2009-08-31

Description

•.••.'•••.•■•Üb'·.⁵ &Pgr; "j•.••.'•••.•■•Ab'·. ⁵ &Pgr;"j

Josef Anton MeßnerJosef Anton Messner

Fadering 2 0935/21. Aug. 2000Fadering 2 0935/21 Aug 2000

94501 Beutelsbach94501 Beutelsbach

Gebrauchsmusteranmeldung 299 15 197.2Utility model application 299 15 197.2 GasturbineGas turbine

Die vorliegende Erfindung betrifft einen eine im wesentlichen stationäre Gasturbine, die jedoch auch in Fahrzeugen zum Beispiel in Wasser- und auch Landfahrzeugen eingesetzt werden kann.The present invention relates to a substantially stationary gas turbine, which can, however, also be used in vehicles, for example in water and land vehicles.

Ein Problem besteht in der Kühlung derartiger Turbinen, die zumeist durch einen die sich stark erwärmenden Teile der Turbine umgebenden Kühlwassermantel erfolgt. Die hierbei abgeführte Wärme verschlechtert den Wirkungsgrad der Turbine. Zudem muss das erhitzte Kühlwasser selbst wieder heruntergekühlt werden, was weiter Verluste zu Folge hat.One problem is the cooling of such turbines, which is usually done by a cooling water jacket that surrounds the parts of the turbine that heat up quickly. The heat dissipated in this way reduces the efficiency of the turbine. In addition, the heated cooling water itself has to be cooled down again, which leads to further losses.

Es ist durch die EP 163 335 (A1) bekannt, Wasser in den Reaktor einer wasserstoffbetriebenen Turbine einzuspritzen, wodurch das Wasser am Brennvorgang teilnimmt. It is known from EP 163 335 (A1) to inject water into the reactor of a hydrogen-powered turbine, whereby the water participates in the combustion process.

Aus der DE 44 42 936 A1 ist es bekannt, Wasser radial in die Brennkammer einzuspritzen. Die US PS 32 38 719 zeigt, wie Wasser in Abhängigkeit einer Regelautomatik von vielen Wanddüsen und einer Mitteldüse in die Brennkammer geleitet wird. Auch aus der US PS 30 21 673 geht hervor, wie eine mechanische Regelautomatik Wasser in radiale Brennkammern einleitet. STEHAN, Karl, MAYINGER₁ Franz beschreiben im Buch &ldquor;Thermodynamik, Springer Verlag, Berlin, u.a. 14. Auflage Bd. 1, 1992, auf Seiten 360-364 eine kurzeitige Leistungssteigerung durch Wasserzugabe in der Brennkammer bei Flugzeugturbinen, die aber durch das Mitführen von Wasser im Flugzeug als zusätzliche Last problematisch ist.From DE 44 42 936 A1 it is known to inject water radially into the combustion chamber. US PS 32 38 719 shows how water is fed into the combustion chamber from many wall nozzles and a central nozzle depending on an automatic control system. US PS 30 21 673 also shows how a mechanical automatic control system feeds water into radial combustion chambers. STEHAN, Karl, MAYINGER ₁ Franz describe in the book "Thermodynamics, Springer Verlag, Berlin, et al. 14th edition, vol. 1, 1992, on pages 360-364 a short-term increase in performance by adding water to the combustion chamber in aircraft turbines, which is problematic due to the water being carried in the aircraft as an additional load.

Gegenüber diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe bei stationären Gasturbinen Wasser nicht nur zur Leistungssteigerung sondern auch zur Kühlung für einen Dauerbetrieb zu realisieren.Compared to this state of the art, the task in stationary gas turbines is to use water not only to increase performance but also for cooling for continuous operation.

Die erfinderische Lösung besteht darin, nicht etwa den Kühlwassermantel oder Kühlwasserkreislauf zu verbessern, sondern in einfacher Weise darin, dass gleichzeitig mit den heißen Brenngasen in die Turbinen - Laufradkammer an der heißen Innenwand der Kammer Kühlwasser eingespritzt wird. Hierbei erfüllt das eingespritzte Kühlwasser sowohl die Funktion der Kühlung in der Kammer und der Kammerwand und es nimmt bei den herrschenden Temperaturen durch die thermische Zerlegung des Wassers am Nachbrennvorgang teil.The inventive solution does not consist in improving the cooling water jacket or cooling water circuit, but in simply injecting cooling water into the turbine impeller chamber at the hot inner wall of the chamber at the same time as the hot combustion gases. The injected cooling water fulfils the function of cooling both the chamber and the chamber wall and, at the prevailing temperatures, takes part in the afterburning process through the thermal decomposition of the water.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung eines schematisch zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispieles. Further details, features and advantages emerge from the claims and the following description of a schematically illustrated embodiment.

Die einzige Darstellung zeigt im stark vereinfachten Schnitt eine Turbine 10 mit einer durchgehenden Welle 12, die eine Verdichterturbine 14 mit einem Turbinenlaufrad 16 verbindet, das durch die sich hierbei entspannenden heißen Gase angetrieben wird. Der Einfachheit halber und der Übersichtlichkeit zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung ist nur eine zentrale Brennkammer oder ein Reaktor 18 eingezeichnet, in der das über Leitungen 20 zugeführte Gas gezündet wird. Selbstverständlich kann diese Brennkammer 18 in schon in Strömungsrichtung früher von der Verbrennungsluft angestrahlt und auch ringförmig zwischen Verdichter14 und Turbine 16 angeordnet sein. Im Interesse der erfindungsgemäßen ringförmigen Wassereinstrahlung kann jedoch auch eine zentrale Anordnung der Brennkammern und ein Zumischen der verdichteten Luft hinter der Brennkammer oder hinter dem Reaktor18 von Nutzen sein zumal dieser seine Kühlung von der umströmenden, verdichteten Luft erhält.The only illustration shows a turbine 10 in a highly simplified section with a continuous shaft 12 that connects a compressor turbine 14 to a turbine impeller 16 that is driven by the hot gases that expand in the process. For the sake of simplicity and clarity to illustrate the present invention, only a central combustion chamber or reactor 18 is shown, in which the gas supplied via lines 20 is ignited. Of course, this combustion chamber 18 can be irradiated by the combustion air earlier in the flow direction and can also be arranged in a ring between the compressor 14 and the turbine 16. In the interest of the ring-shaped water irradiation according to the invention, however, a central arrangement of the combustion chambers and admixing of the compressed air behind the combustion chamber or behind the reactor 18 can also be useful, especially since the reactor 18 is cooled by the compressed air flowing around it.

Wesentlich gemäß der Erfindung ist die Einspritzung von Wasser in die Turbinenkammer 22 durch ringförmig angeordnete Wasserdüsen 24, das unter hohem Druck über eine Leitung 26 zugeführt wird. Hierbei ist der Wasserdruck stets höher als derEssential according to the invention is the injection of water into the turbine chamber 22 through annularly arranged water nozzles 24, which is supplied under high pressure via a line 26. Here, the water pressure is always higher than the

Die einzige Darstellung zeigt im stark vereinfachten Schnitt eine Turbine 10 mit einer durchgehenden Welle 12, die eine Verdichterturbine 14 mit einem Turbinenlaufrad 16 verbindet, das durch die sich hierbei entspannenden heißen Gase angetrieben wird. Der Einfachheit halber und der Übersichtlichkeit zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung ist nur eine zentrale Brennkammer oder ein Reaktor 18 eingezeichnet, in der das über Leitungen 20 zugeführte Gas gezündet wird. Selbstverständlich kann diese Brennkammer 18 in schon in Strömungsrichtung früher von der Verbrennungsluft angestrahlt und auch ringförmig zwischen Verdichter14 und Turbine 16 angeordnet sein. Im Interesse der erfindungsgemäßen ringförmigen Wassereinstrahlung kann jedoch auch eine zentrale Anordnung der Brennkammer! 8 und ein Zumischen der verdichteten Luft hinter der Brennkammer oder hinter dem Reaktor18 von Nutzen sein zumal dieser seine Kühlung von der umströmenden, verdichteten Luft erhält.The only illustration shows a turbine 10 in a highly simplified section with a continuous shaft 12 that connects a compressor turbine 14 to a turbine impeller 16 that is driven by the hot gases that expand in the process. For the sake of simplicity and clarity to illustrate the present invention, only a central combustion chamber or reactor 18 is shown, in which the gas supplied via lines 20 is ignited. Of course, this combustion chamber 18 can be irradiated by the combustion air earlier in the flow direction and can also be arranged in a ring between the compressor 14 and the turbine 16. In the interest of the ring-shaped water irradiation according to the invention, however, a central arrangement of the combustion chamber 8 and mixing in the compressed air behind the combustion chamber or behind the reactor 18 can also be useful, especially since the reactor 18 is cooled by the compressed air flowing around it.

Innendruck in der Kammer 22 vor oder längs der Laufradturbine 16. Im dargestellten Beispiel ist nur ein Ring von Wasserdüsen 24 schematisch dargestellt. In der Praxis lassen sich aber über den abfallenden Druckverlauf in der Kammer 22 mehrere Ringe von Wasserdüsen 24 nach einander anordnen.Internal pressure in the chamber 22 in front of or along the impeller turbine 16. In the example shown, only one ring of water nozzles 24 is shown schematically. In practice, however, several rings of water nozzles 24 can be arranged one after the other over the decreasing pressure curve in the chamber 22.

In jedem Fall wird mit der Erfindung angestrebt innen entlang der Turbinenkammer 22 einen Wasserfilm 30 auszubilden, der eine Berührung des Flammenkerns 32 mit der Wand verhindert.In any case, the invention aims to form a water film 30 along the inside of the turbine chamber 22, which prevents the flame core 32 from coming into contact with the wall.

Claims

Stationary water-cooled gas turbine ( 10 ) with at least one compressor ( 14 ) and a chamber ( 22 ) connected to one another on a shaft (12) with an impeller ( 16 ) acted upon by hot combustion gases ( 32 ) and a combustion chamber ( 18 ) arranged axially therebetween, into which water is injected, characterized in that at least one peripheral ring of water injection nozzles ( 24 ) produces a cooling water film ( 30 ) along the inner wall of the chamber ( 22 ).

1. Water-cooled gas turbine ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the water pressure acting on the water injection nozzles ( 24 ) is higher than the internal pressure in the chamber ( 22 ) at the location of the arrangement of the water injection nozzles ( 24 ).

2. Water-cooled gas turbine ( 10 ) according to claims 1 and 2, characterized in that several rings of water injection nozzles ( 24 ) are arranged axially one behind the other in the chamber ( 22 ), the first or only ring being located somewhat axially behind the outlet of the combustion gases ( 32 ) from the combustion chamber ( 18 ).