DE3424141A1

DE3424141A1 - Luftspeicher-gasturbine

Info

Publication number: DE3424141A1
Application number: DE19843424141
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Baden Kreitmeier
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1986-01-09
Also published as: US4631913A

Description

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28.6.84 Ke/eh

-4L -

Luftspeicher-Gasturbine

Die Erfindung betrifft eine Luftspeicher-Gasturbine mit mindestens einer Turbine, im wesentlichen bestehend

- aus einem beschaufelten Rotor, einem beschaufelten Stator und einem Aussengehäuse, in welches der Stator eingehängt ist,

- mit einer auf dem Aussengehäuse aufgesetzten Brennkammer ,

- mit einem von der Brennkammer zur Beschaufelung führenden Heissgasgehäuse,

- mit einem das Heissgasgehäuse umgebenden Zwischenraum,

- sowie einem in den Zwischenraum mündenden Eintrittsgehäuse,

- wobei das Eintrittsgehäuse mit mindestens einer Hauptluftzuleitung versehen ist, in der mindestens je ein Regelorgan und ein Schnellschlussorgan angeordnet sind.

Bei derartigen Luftspeicher-Gasturbinen befindet sich in der Regel das Lufteintrittsgehäuse oberhalb der Turbine und unterhalb der stehenden Brennkammer. Es muss daher

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ein Gleichrichter mit relativ kleinem Oeffnungsv/erhältnis vorgesehen werden, um eine gleichmässige Zuströmung zur Brennkammer zu erlangen. Diese Gleichrichter verursachen Druckverluste. Ferner muss ein Teil der Hauptluft in den Zwischenraum geführt werden, um das Heissgasgehäuse zu kühlen. Diese bekannte Bauart führt zudem zu langen Zuleitungen zwischen Eintrittsgehäuse und den notwendigen Absperrorganen, da letztere sich normalerweise am Fundament abstützen. Es resultiert daraus ein relativ grosses Speichervolumen im Bereich der Hauptluft. Dies kann das Schnellschlussverhalten der Anlage beeinträchtigen und bei einem Lastabwurf zu einer grossen Drehzahlüberhöhung führen.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Luftspeicher-Gasturbine der eingangs genannten Art ein Eintrittsgehäuse zu schaffen, welches bei gleichmässiger Zuströmung zur Brennkammer einerseits einen geringen Druckverlust verursacht und andererseits eine gleichmassige Kühlung des Heissgasgehäuses gewährleistet, ohne direkte Strömungsbelastung.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Eintrittsgehäuse

- als Ringkammer ausgebildet ist,

- mit seinem inneren Umfang den Schaufelträger ummantelt,

- mit seinem äusseren Umfang mindestens zum überwiegenden Teil an das Aussengehäuse angrenzt,

- und mit folgenden Oeffnungen versehen ist:

- mindestens einer in der unteren Ringhälfte angeordnete Zuströmöffnung mit radialer Achse für die Hauptluft,

- mindestens eine mit dem Zwischenraum kommunizierende axiale Ausströmöffnung.

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Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass die Hauptluftzuleitung und eine ggfs. für den Schnellschluss vorgesehene Abblaseleitung in das Turbinenunterteil münden und damit Montage resp. Demontage von Brennkammer und Turbinenoberteil sehr einfach erfolgen können.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Luftspeichergasturbine ,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Lufteintrittsgehäuse.

Es sind nur die für die Erfindung wesentlichen Teile - im vorliegenden Fall die Hochdruck-Teilturbine - der Anlage dargestellt. Wie schematisch angedeutet ist, schliesst sich in der Regel an den Hochdruckteil eine Niederdruck-Teilturbine 50 mit separater Brennkammer 51 an, wobei eine gemeinsame Welle für beide Teilturbinen vorgesehen ist. Die Abgase der Niederdruck-Teilturbine geben ihre Restwärme in einem Rekuperator 52 ab, der luftseitig von dem aus dem Speicher 53 entnommenen Medium beaufschlagt ist.

Die dermassen vorgewärmte Luft gelangt über zwei beidseitig der Maschine angeordnete Hauptluftzuleitungen 1 zum Unterteil des horizontal geteilten Aussengehäuses 2 der Hochdruckturbine. Unmittelbar vor ihrer Mündung sind in den Leitungen 1 je ein Schnellschlussventil 3 und ein Regelventil 4 angeordnet.

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Die Luft strömt über Zuströmöffnungen 5 in ein Eintrittsgehäuse 6. Sie verteilt sich in einem Ringraum 7 und tritt durch axial gerichtete Ausströmöffnungen 8 in den Zwischenraum 9 ein. Hierbei wird die Aussenwand des Heissgasgehäuses 10 umspült und gekühlt. Aus dem Zwischenraum wird die Luft in die nur teilweise dargestellte, auf dem Oberteil des Aussengehäuses 2 stehende Brennkammer 11 geführt. Sie strömt durch den Ringkanal 12 zwischen Aussenmantel 13 und Innenmantel 14 und verteilt sich auf nicht gezeigte Weise auf Brenner, Brennkammerziegel und Beimischdüsen.

Aufgeheizt gelangen die Brenngase über das Heissgasgehäuse 10 in die Hochdruckturbine, welche im wesentlichen aus einem mit Laufschaufeln 16 bestückten Rotor und aus einem mit Leitschaufeln 17 versehenen Stator besteht. Der Rotor 15 dreht sich in nicht gezeigten Lagern, der Stator 18 ist über einen Stützflansch 19 im Aussengehäuse 2 eingehängt. Zum Schubausgleich ist am Wellenende ein Ausgleichkolben 20 vorgesehen, dessen Leckluft über Bohrungen 21 aus dem Zwischenraum 9 bezogen wird. Diese Bohrungen oder sonstwie geeignete Durchlässe befinden sich in einem ein- oder mehrteiligen Innengehäuse 23, welches die nicht beschaufelten Rotorteile ummantelt und im Aussengehäuse 2 geführt ist.

Nach teilweiser Abgabe ihrer Energie an den Rotor 15 strömen die in der Beschaufelung (16, 17) entspannten Gase über einen Diffusor 22 in die Brennkammer 51 der Niederdruckturbine 50.

Für den Fall eines Schnellschlusses ist in unmittelbarer Nähe der Maschine ein Abblaseventil 24 vorgesehen. Es befindet sich in einer Abblaseleitung 25, die von einer Abströmöffnung 26 (Fig. 2) im Eintrittsgehäuse 6 abzweigt und am Aussengehäuse 2 fixiert ist. Abströmöffnung 26

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und Abblaseleitung 25 sind vertikalachsig und jeweils am tiefsten Punkt ihrer entsprechenden Gehäuse 6 resp. angebracht.

Durch diese Massnahme sowie durch die ebenfalls sehr kurze Leitungslänge von Schnellschlussventil 3 zum Eintrittsgehäuse 6 ergibt sich ein sehr geringes Speichervolumen. Dies hat zur Folge, dass nach einem Schnellschluss eine geringe Drehzahlüberhöhung gewährleistet ist und dass Lastabwürfe regelungstechnisch leicht beherrschbar sind.

Bedingt sind die genannten Wirkungen, insbesondere das gute Schnellschlussverhalten und die Kühlung des Heissgasgehäuses 10 durch die spezielle Konfiguration des Eintritts-gehäuses 6. Es weist eine Kreisringform auf und ist im Zwischenraum 9 zwischen dem Heissgasgehäuse 10 und der Aufhängung des Stators 18, im vorliegenden Fall dem Stützflansch 19 untergebracht. Mit der inneren Wandung des Kreisringes ummantelt es den Stator 18. Mit den äusseren Wandungen grenzt es an das Aussengehäuse 2 an. Von den Zuströmöffnungen 5 bis zur örtlich entferntesten Ausströmöffnung 8 weist das Gehäuse 6 einen vorzugsweise stetig abnehmenden Strömungsquerschnitt auf, was ihm im Längsschnitt eine trapezoide Form verleiht. Die mit den axial gerichteten Austrittsöffnungen 8 versehene schräge Wand verläuft dabei annähernd parallel zur Begrenzung des Heissgasgehäuses 10, was eine optimale Platzausnützung und eine gleichmässige Anströmung des Gehäuses 10 bewirkt.

In Fig. 2 ist das montierte Eintrittsgehäuse 6 aus der Richtung des Stützflansches 19 gezeigt. Der besseren Uebersicht wegen ist ein Querschnitt fl in der Achsebene der Leitungen 1 und 25 gelegt. Die gleichen Teile wie in Fig. 1 tragen dieselben Bezugszeichen.

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Die Regel- und Schnellschlussventile 3 resp. 4 befinden sich im horizontalen Ast der Hauptluftzuleitungen Deren Mündung im Eintrittsgehäuse (6) erfolgt in den Zuströmöffnungen 5 in radialer Richtung zur Maschinenachse. Entsprechend verlaufen die Leitungen 1 in ihrem Endteil radial und zwar unter einem Winkel von ca. zur Horizontalen. Selbstverständlich kann dieser Winkel frei gewählt werden; er ist u.a. eine Gegebenheit der vorliegenden Platzverhältnisse. Es ist zu erkennen, dass dank des Direktanschlusses der Ventile 3 und 4 an das Eintrittsgehäuse 6 kompensatorbestückte Leitungen zum Dehnungsausgleich nicht erforderlich sind.

Die durch Stege 27 voneinander getrennten Ausströmöffnungen 8 sind am äussersten Rand des Einströmgehäuses 6 gleichmassig über den Umfang verteilt. Um eine aerodynamische Kopplung und damit Schwingungen zwischen den beiden Hauptluftzuleitungen 1 wirkungsvoll zu unterbinden, sind in der Ringkammer 7 zwei Trennrippen 28 montiert. Indem sie über die ganze Höhe des Ringraums 7 und dessen axiale Erstreckung verlaufen, unterteilen sie das Einströmgehäuse 6 in eine rechte und eine linke Kammer. Es stellen sich Strömungsverhältnisse ein, wie sie in der rechten Bildhälfte durch ausgezogene Pfeile angedeutet sind.

Im Falle eines Schnellschlusses wird die Hauptluft über das Abblaseventil 24 abgelassen, wie dies in der linken Bildhälfte anhand des gestrichelten Pfeiles gezeigt ist. Neben den sehr kurzen direkten Wegen ist hier noch der Vorteil erkennbar, dass das Heissgasgehäuse 10 von dieser Massnahme kaum betroffen ist, da es sehr gut abgeschirmt ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

( 1J Lu ftspeicher-Gasturbine mit mindestens einer Turbine, im wesentlichen bestehend

- aus einem beschaufelten Rotor (15), einem beschaufelten Stator (18) und einem Aussengehäuse (2), in welches der Stator (18) eingehängt ist,

- mit einer auf dem Aussengehäuse (2) aufgesetzten Brennkammer (11),

- mit einem von der Brennkammer (11) zur Beschaufelung (16, 17) führenden Heissgasgehäuse (10), - mit einem das Heissgasgehäuse (10) umgebenden Zwischenraum (9),

- sowie einem in den Zwischenraum (9) mündenden Eintrittsgehäuse (6),

- wobei das Eintrittsgehäuse (6) mit mindestens einer Hauptluftzuleitung (1) v/ersehen ist, in der mindestens je ein Regelorgan (4) und ein Schnellschlussorgan (3) angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet,
dass das Eintrittsgehäuse (6)
- als Ringkammer (7) ausgebildet ist,

- mit seinem inneren Umfang den Schaufelträger (18) ummantelt,

- mit seinem äusseren Umfang mindestens zum überwiegenden Teil an das Aussengehäuse (2) angrenzt, - und mit folgenden Oeffnungen v/ersehen ist:

- mindestens einer in der unteren Ringhälfte angeordnete Zuströmöffnung (5) mit radialer Achse für die Hauptluft,

- mindestens eine mit dem Zwischenraum (9) kommunizierende axiale Ausströmöffnung (8).
2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsgehäuse (6) von der Zuströmöffnung

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(5) bis zur hiervon entferntesten axialen Ausströmpartie einen, vorzugsweise stetig abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweist.
3. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die axiale Ausströmöffnung (8) am äussersten Rand der Ringkammer (7) angeordnet ist.
4. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringkammer (7) des Eintrittsgehäuses (6) in ihrer ganzen axialen Erstreckung mittels zwei vertikal stehenden Trennrippen in zwei gleiche Hälften unterteilt ist.
5. Turbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das Einströmgehäuse (6) an der unteren Ringhälfte eine vorzugsweise in der Vertikalen angeordnete Abströmöffnung (26) aufweist.
6. Turbine nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel (4)- und Schnellschlussorgane (3) sowie ein Abblaseventil (24), welches mit der Abströmöffnung (26) über eine Abblaseleitung (25) verbun den ist, nahezu unmittelbar am Aussengehäuse (2) resp. an den jeweiligen Oeffnungen (5 resp. 26) des Eintrittsgehäuses (6) angeordnet sind.