DE2930055A1

DE2930055A1 - Gasturbine mit zerstaeuberduese

Info

Publication number: DE2930055A1
Application number: DE19792930055
Authority: DE
Inventors: Oswald Dipl Ing Dr Conrad
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1979-07-25
Publication date: 1981-02-12
Also published as: US4414815A

Description

2930Q55

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 12 231/4

Stuttgart-Untertürkheim I3. Juli 1979

Gasturbine mit Zerstäuberdüse

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, deren Brennkammer der Brennstoff durch mindestens eine Zerstäuberdüse zugeführt wird. Der Luftbedarf solcher Zerstäuberdüsen wird dazu vom Verdichterausgang abgezweigt. Um den für eine gute Zerstäubung notwendigen Luftdruck zu erhalten, ist es üblich, die Zerstäuberluft durch eine in der Verbindungsleitung zwischen dem Verdichter und der Zerstäuberdüse angeordnete Luftpumpe weiter zu verdichten. Diese Luftpumpe, die die im Verdichter stark erhitzte Luft fördern muß, arbeitet nur mit einem geringen Wirkungsgrad. Die verhältnismäßig große und schwere Pumpe hat einen hohen Leistungsbedarf, der über ein Getriebe der Turbine entnommen werden muß. Die hohe thermische Belastung der Pumpe führt zu einem starken Verschleiß der Pumpenteile. Daneben erfordert die Pumpe in dem ohnedies knappen Hilfsgeräteraum von Turbinen erheblich Platz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und Mittel anzugeben, die es erlauben, auf wirtschaftliche Weise einen kräftigen Zerstäuberluftstrahl zu erzeugen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß mindestens ein Kanal des Nachleitgitters des Verdichters der Gasturbine mit der Zerstäuberdüse durch eine Leitung verbunden ist und daß dieser Kanal mit einer Grenzschichtabsaugung versehen ist. Durch diese Maßnahmen wird der Luftdruck am Ausgang des abgesaugten Kanales ohne Leistungsentnahme aus der Turbine auf einfache und wirkungsvolle Weise so weit erhöht, daß auf eine Luftpumpe verzichtet werden kann. Die mit der Verwendung einer Pumpe verbundenen Nachteile entfallen damit.

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Einrichtungen zum Absaugen der Grenzschicht in Diffusoren von Radialverdichtern sind bekannt. Dei einer solchen Ausführung (DE-OS 27 ^O 9O3) wird zur Verbesserung der Strömung die Grenzschicht aller Kanäle abgesaugt. Demgegenüber zielt die Erfindung auf eine einfache Versorgung der Zerstäuberdüse mit Luft ausreichenden Druckes, wozu nur ein Kanal des Nachleitgitters des Verdichters abgesaugt zu werden braucht.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind alle Kanäle des Nachleitgittere des Verdichters mit einer Gren:" ' ihtab-β au gun g versehen. Dabei ist jeder mit einer ^e. s· -.-erdüee verbundene Kanal mit einer stärkeren Grenzschichtabsaugung versehen als die übrigen Kanäle. Auf diese Weise kann, ohne daß auf die Vorteile der Absaugung aller Kanäle verzichtet wird, mit geringem Aufwand ein ausreichender Zerstäuberluftstrahl erzeugt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Radialverdichters und eines Teiles der Brennkammer einer Gasturbine,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil des Diffusors dee Radialverdichters,

Fig. 3 einen Radialschnitt durch den Diffusor nach der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. k einen Radialschnitt durch den Diffusor nach der Linie IV-IV der Fig. 2,

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Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Teil des Diffusors eines weiteren Radialverdichters und

Fig. 6 die räumliche Darstellung eines Teiles des Nachleitgitters eines Axialverdichters einer Gasturbine.

Das Schema nach Fig. 1 zeigt einen Radialverdichter 11 im Querschnitt und einen Teil der der Übersichtlichkeit halber im Längsschnitt dargestellten Brennkammer 12 einer Kraftfahrzeug-Gasturbine. Der üblicherweise dazwischen geschaltete Wärmetauscher ist in der Zeichnung weggelassen.

Ein Radialverdichter 11 besteht aus einem Gehäuse 13* in dem ein auf einer Welle l4 befestigtes Laufrad I5 und der als Nachlaufgitter wirkende Diffusor l6 angeordnet sind. Die zwischen den Schaufeln 17 des Diffusors l6 liegenden oder an eine Schaufel 17 angrenzenden Kanäle lO münden in einen spiralförmigen Sammelraum 19·

Ein Ringraum 20, der aus einem Luftführungsmantel 21 und dem Flammrohr 22 der Brennkammer 12 gebildet wird, steht mit dem Sammelraum 19 des Radialverdichters 11 in Verbindung. Im Bereich der Stirnseite 23 der Brennkammer 12 geht der Ringraum 20 nach einer Umlenkung in einen aus dem Flammrohr 22 und einem Formkörper 2k gebildeten Ringkanal 25 über, der mit einem Ringspalt 26 in die Brennkammer 12 einmündet. Die vom Radialverdichter 11 geförderte Luft tritt als Primärluft durch den Ringspalt 26 und als Sekundärluft durch Öffnungen 27 im Flammrohr 22 in die Brennkammer 12.

An der Stirnseite 23 der Brennkammer 12 ist eine in den Ringkanal 25 ragende Zerstäuberdüse 28 für den durch eine Leitung 29 zugeführten Brennstoff angeordnet. Der Zerstäuberdüse 28 wird Zerstäuberluft durch den Radialverdichter 11 geliefert, dessen einer Kanal 30 des Diffusors l6 durch eine Leitung 3I mit der Zerstäuberdüse 28 verbunden ist. Pfeile deuten die Strömungsrichtung der verdichteten Luft an.

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Wie die Figuren 2 bis 4 erkennen lassen, umfaßt der Diffusor l6 volle Schaufeln 17> die die Kanäle 18 begrenzen, und hohle Schaufeln 32 und 33, die den Kanal 30 begrenzen. Die im Querschnitt dreieckigen Schaufeln 17, 32 und 33 sind zwischen zwei iUngplatten 34 angeordnet. Während die Kanäle l8, wie bereits erwähnt, in den Samme1raum 19 münden, steht der Kanal 30 über ein Zwischenstück 35 »it der Leitung 31 zur Zerstäuberdüse 28 in Verbindung. Um eine wirkungsvolle Zerstäubung des Brennstoffes zu erreichen, muß die durch die Leitung 31 zur Zerstäuberdüse 28 strömende und dort austretende Zerstäuberluft einen wesentlich höheren Druck aufweisen, als die aus dem Sammelraum 19 in den Ringkanal 25 einströmende Luft. Dies wird durch allseitiges Absaugen der Grenzschicht im Kanal 30 erzielt, wodurch die Strömungswiderstände in diesem Kanal praktisch aufgehoben werden. Der Druck am Ausgang des Kanales 30 ist daher höher als der durch die Strömungswiderstände verminderte Druck am Ausgang der Kanäle l8.

Zur Grenzschichtabsaugung sind die den Kanal 30 seitlich begrenzenden Abschnitte Jd der Ringplatten jk und die dem Kanal 30 zugewandten Seiten 37 der Hohlschaufeln 32 und 33 «it Schlitzen 38 bzw. 39 versehen. Die Schlitze 39 münden in die Innenräume 40 der hohlen Schaufeln 32 und 331 die durch Bohrungen 4l in den Abschnitten 36 der Ringplatten 34 mit angrenzenden Sammelräumen 42 in Verbindung stehen. Die Schlitze 38 in den Abschnitten 36 der Ringplatten 34 münden unmittelbar in die Sammelräume 42. Die Sammelräume 42 stehen durch Leitungen 43 mit einem Ort geringen Druckes innerhalb das Maschinengehäuses oder mit der Atmosphäre in Verbindung. Dadurch wird die Grenzschicht der im Kanal 30 strömenden Luft, abgesaugt und durch die Leitung 43 abgeführt.

Der in Fig. 5 in einem Ausschnitt gezeigte Diffusor 44 weist volle Schaufeln 45 sowie drei hohle Schaufeln 46, 47 und 48 auf, die ebenfalls zwischen zwei Ringplatten 49 angeordnet sind. Er unterscheidet «ich vom Diffusor l6 nach Fig. 2 i« „ wesentlichen dadurch, daß außer den zwischen den hohlen Schaufeln 46 bis 48 liegenden Kanäle 50 und 51 auch alle

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übrigen Kanäle 52 eine Grenzschichtabsaugung aufweisen. Dazu sind sämtliche Kanäle 50, 51 und 52 mit Schlitzen 53 in den Ringplatten 49 versehen. Die Kanäle 50 und 51 weisen überdies noch Schlitze 54 in den hohlen Schaufeln 46 bis 48 auf. Die Anzahl der Schlitze 53 und 5^ ist im Kanal 50 größer als im Kanal 51-

Eine Trennwand 55 in der mittleren hohlen Schaufel 47 teilt diese in zwei Kammern 56 und 57 auf. Dies erlaubt eine getrennte Absaugung der Grenzschicht aus den Kanälen 50 und durch die Schlitze 53 und unter Verwendung der Bohrungen 58 und 59 bzw. 60 und 6l durch die Schlitze 54. Die übrigen
Kanäle 52 weisen eine gemeinsame Absaugung auf.

An die Ausgänge der Kanäle 50 und 51 sind über Zwischenstücke 62 Leitungen 63 und 64 angeschlossen, die zu nicht dargestellten Zerstäuberdüsen führen. Durch die mit zusätzlichen Schlitzen 54 erzielte allseitige Absaugung der Grenzschicht in den Kanälen 50 und 51 sind die Strömungsverluste in diesen Kanälen wesentlich stärker herabgesetzt, als in den Kanälen Dadurch sind die Drücke am Ausgang der Kanäle 50 und 51 entsprechend höher als am Ausgang der übrigen Kanäle 52. Damit wird eine wirkungsvolle Zerstäubung des Brennstoffes am Brennkammereingang erzielt.

Der Druck in der Leitung 50 ist höher als in der Leitung 51 infolge der stärkeren Grenzschichtabsaugung, die durch die
größere Anzahl von Schlitzen 53 und 54 im Kanal 50 ermöglicht wird. Die getrennte Absaugung der Kanäle 50 und 51 erlaubt
außerdem eine weitere Beeinflußung der Drücke, indem man deren nicht dargestellte Absaugeleitungen an Stellen verschiedenen Druckes münden läßt. So kann beispielsweise eine mit der Leitung 63 verbundene Betriebedüse mit einen höheren Druck arbeiten als eine mit der Leitung 64 verbundene Pilotdüse für den Leerlauf der Gasturbine.

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Das in Fig. 6 teilweise gezeigte Nacl leitgitter 65 eines Axialverdichters weist neben vollen Schaufeln 66, die Kanäle 67 einschließen, zwei hohle Schaufeln 68 und 69 auf, die einen Kanal 70 seitlich begrenzen. Die Schaufel 68 ist an ihrer Saugseite 71 und die Schaufel 69 an ihrer Druckseite mit Schlitzen 73 versehen, die ein Absaugen der Grenzschicht in die mit einer Stelle niedrigen Druckes in Verbindung stehenden Innenräume fk der Schaufeln 68 und 69 erlauben. Der Kanal 70 mündet in einen Auffangkrümmer 75, von dem die Luft einer Zerstäuberdüse zugeführt wird. Die Strömungsführung im Nachleitgitter 65 ist durch Pfeile angedeutet und zwar stellt der Pfeil 76 die der Brennkammer zugeführte Verdichterluft, der Pfeil 77 die Zerstäuberluft und der Pfeil 78 die abgesaugte Luft dar. Durch die Absaugung der Grenzschicht aus dem Kanal 70 ist, wie in den vorangehenden Beispielen, der Druck der Zerstäuberluft wesentlich höher als der der übrigen Verdichterluft.

Die Grenzschicht kann statt durch Schlitze auch durch anders geformte Offnungen oder durch aus einem porösen Werkstoff bestehende Wände abgesaugt werden.

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-J-

Leerseite

Claims

Daimler-Benz Aktiengeseli ·; -.i't Daim 12 231/4

Stuttgart-Untertürkhei!.: I3. Juli 1979

Schutzansprüche

(l.J Gasturbine, deren Drennkammer der Brennstoff durch mindestens eine Zerstäuberdüse zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Kanal (30) des Nachleitgitters (l6) des Verdichters (11) der Gasturbine mit der Zerstäuberdüse (28) durch eine Leitung (31) verbunden ist und daß dieser Kanal (30) mit einer Grenzschichtabsaugung (38· 39) versehen ist.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kanüle (50, 51 und 52) des Nachleitgitters (44) mit einer Grenzschichtabsaugung (53) versehen sind und daß jeder mit einer Zerstäuberdüse verbundene Kanal (50. 51) mit einer stärkeren Grenzschichtabsaugung (53 und 54) versehen ist als die übrigen Kanäle (52).
3· Gasturbine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet. daß Kanäle (50, 51) des Nachleitgitters (44), die jeweils mit einer Zerstäuberdüse verbunden sind, untereinander eine verschieden starke Grenzschichtabsaugung (53) 5^) aufweisen.
4. Gasturbine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Grenzschichtabsaugung eines Kanales (50, 51 und 52) durch die Anzahl und/oder Größe der Absaugöffnungen (53, 54) festgelegt ist.

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5- Gasturbine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Grenzschichtabsaugung eines Kanales (50, 51 und 52) durch die Druckhöhe an der Mündung der Absaugleitung dieses Kanales festgelegt ist.
6. Gasturbine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine an zwei Kanäle (50, 51) unterschiedlich starker Grenzschichtabsaugung grenzende hohle Schaufel (47) des Nachleitgitters (kk) mit einer Trennwand (55) versehen ist, die das Schaufelinnere in zwei Kammern (56 und 57) aufteilt, die jeweils mit den Absaugöffnungen (53, 5^) eines Kanales (50 bzw. 51) in Verbindung stehen.

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