Ansaugsystem für den Verdichter einer Gasturbine

Abstract

 Bei Gasturbinentriebwerken wird der erste Verdichter oft unmittelbar an die Nutzleistungsmaschine gekuppelt. Zur Schaffung eines Ansaugsystems für die zu verdichtende Luft ohne Umlenkungen und ohne unstetige Querschnittsänderungen sind zwei voneinander getrennte Ansaugkanäle (1, Fig. 1) zu beiden Seiten der Nutzleistungsmaschine (4) angeordnet. Für die Verbindung zum Ansaugquerschnitt des Verdichters (6) ist ein Übergangsteil (3) mit senkrechten dachförmig zueinander verlaufenden Leitblechen (5) vorgesehen, die eine stetige Verminderung des Einströmquerschnittes gewährleisten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Ansaugsystem für den neben einer Nutzleistungsmaschine auf gleicher Welle angeordneten Verdichter einer Gasturbine mit Ansaugkanälen, die seitlich neben der Nutzleistungsmaschine parallel zur Welle verlaufen und die über einen mit einem inneren und äußeren Kegelmantel versehenen, zur Welle hinführenden Übergangeteil mit einer im Querschnitt hohlzylindrischen, axialen Einlaßöffnung des Verdichters verbunden sind.

[0002] Eine derartige Anordnung ist in dem deutschen Gebrauchsmuster 7 417 306 beschrieben. Bier ist als Nutzleistungsmaschine ein Generator vorgesehen, der von einem hohlzylindrischen Ringraum umgeben ist. Senkrecht von oben strömt die Ansaugluft über Schalldämpfer und Filter in diesen Hohlraum. hinein, wo sie um 90° in Richtung der Turbinenachse umgelenkt und den Ansaugquerschnitt des Verdichters über ein hohlkegelförniges Übergangsteil zugeführt wird. Neben der notwendigen Umlenkung der Gase im Ansaugkanal um 90° ist bei dieser bekannten Lösung eine Strömungsbehinderung im Kanalteil unterhalb des Generatorfundamentes durch die dort notwendigen verdichterseitig gelegenen Fundamentstützen nicht zu vermeiden.

[0003] Aufgabe der rorliegenden. Erfindung ist es, ein Ansaugsystem anzugeben, das Instabilitäten in der Luftströmung, wie sie vor allem durch Umlenkungen und durch unstetige Querschnittsveränderungen insbesondere bei großen Massenströmen vorkommen, weitgehend vermeidet, ohne daß es notwendig wird, die Nutzleistungsmaschine an das abgasseitige Ende der Turbine anzuordnen.

[0004] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nur seitlich neben der Nutzleistungsmaschine zwei voneinander getrennte Ansaugkanäle vorhanden sind, daß sich zwischen dem inneren Kegelmantel und dem äußeren Kegelmantel des Übergangsteils in Strömungsrichtung aufeinander zulaufende Leitbleche mit senkrechter Blechebene befinden, die sich vor der Einlaßöffnung des Verdichters berühren und dort enden, und daB der Querschnitt jedes Ansaugkanals mindestens an der dem Übergangsteil zugewandtem Seite an den durch den inneren und äußeren Kegelmantel und das senkrechte Leitblech begrenzten Eingangsquerschnitt des Übergangsteils angepaßt ist.

[0005] Ein Ausführungsbeispiel ist in Figur 1 schematisch im Grundriß dargestellt.

[0006] Figur 2 zeigt den Strömungsquerschnitt der Ansaugkanäle nach Figur 1. In den Figuren 3 bis 5 ist ein Übergangsteil in drei Ansichten und in den Figuren 6 bis 9 ein Überleitkanslteil zur Anpassung der Querschnitte der Ansaugkanäle an den Eingangsquerschnitt des Übergangsteils dargestellt. Hierbei zeigen die Figuren 6 und 7 zwei zueinander senkrechte Ansichten des Überleitkanalteils und die Figuren 8 und 9 Ansichten entsprechend der Pfeile VIII und IX.

[0007] In Figur 1 ist eine Nutzleistungsmaschine und der Verdichter 6 einer im einzelnen nicht dargestellten Gasturbine gemeinsam auf einer Welle nebeneinander angeordnet. Die Wellenachse ist mit 1b bezeichnet. In Höhe und zu beiden Seiten der Wellenachse 1b befinden sich zwei Ansaugkanäle 1 mit rechteckigem Querschnitt 1a. Die Ansaugkanäle 1 laufen dabei parallel zur wellenachse 1b. Sie können an ihrem unteren Ende beispielsweise mit dem Ausgang eines nicht dargestellten Schalldämpfers sowie eines Luftfilters verbunden sein. An die oberen Enden der Ansaugkanäle 1 grenzt ein Überleitkanalteil 2 an, das den Querschnitt der beiden Ansaugkanäle an den Eingang eines Übergangsteils 3 anpaßt. Das Übergangsteil 3 hat einen hohlzylindrischen Ausgangsquerschnitt und ist unmittelbar auf die Ansaugöffnung des Verdichters 6 aufgesetzt.

[0008] In dem Übergangsteil 3 werden die Halbströme des Gases aus den Ansaugkanälen 1 zusammengeführt, ohne daB unstetige Querschnittsveränderungen auftreten. Dieser Übergangsteil ist in den Figuren 3, 4 und 5 im einzelnen dargestellt. Er setzt sich aus drei Bauteilen zusaamen:

Dem inneren Kegelmantel 7, durch welchen die Welle mit der Wellenachse 1b zur Verbindung der Nutzleistungsmaschine 4 mit dem Verdichter 6 geführt ist;

dem äußeren Kegelmantel 8 mit einem Neigungswinkel gegen die Turboachse von weniger als 30° und

den beide Kegelmäntel 7, 8 in der Vertikalebene verbindenden Leitblechen 5, deren Eintrittskanten 15 in Figur 4 sichtbar sind.

[0009] Die Kegelmäntel 7 und 8 schließen einen hohlkegelförmigen Querschnitt ein, der durch die Leitbleche 5 in zwei Kanalhälften 25 mit den in Figur 4 gezeigten Querschnittskonturen aufgeteilt ist. Die Querschnittskonturen bestehen aus den Eintrittskanten 15 der senkrechten Leitbleche 5, dem Teilkreis 17 des inneren Kegelmantels 7 und dem Teilkreis 16 des äuBeren. Kegelmantels 8..

[0010] Die Leitbleche 5 sind lediglich eindimensional gekrümmt. Die Krümmung der Leitbleche 5 ist so gewählt, daß die Querschnitte der Kanalhälften 25 beginnend vom Eintrittsquerschnitt 9 des. Übergangsteils 3 sich in Richtung zum Austrittsquerschnitt stetig verkleinern. Hierdurch erfährt der Massenstrom des strömenden Gases eine zumindest konstante, vorzugsweise aber zunehmende Beschleunigung, ohne daB eine sprunghafte Geschwindigkeite- änderung auftritt.

[0011] Zur Anpassung der Querschnitte der Ansaugkanäle 1 an den Eintrittsquerschnitt 9 des Übergangsteils 3 ist zwischen den Ansaugkanälen 1 und dem Übergangsteil 3 ein Überleitkanalteil 2 angeordnet, das in Figur 6 in Aufriß und in Figur 7 im Grundriß dargestellt ist.

[0012] Figur 6 zeigt die Form des Austrittsquerschnitts 10 des Überleitkanalteils 2, der an den Eintrittsquerschnitt 9 des Übergangsteils 3 anschließt. Die Größe der Querschnitte ist so gewählt, daB der Querschnitt 1a beider Ansaugkanäle 1 gleich groß oder größer ist als die Austrittsquerschnitte 10 des Überleitkanalteils 2. Hierdurch wird auch im Bereich des Überleitkanalteils eine sprunghafte Verzögerung der Geschwindigkeit des Massenstromes vermieden. Der Austrittsquerschnitt 10 des Überleitkanalteils 2 wird von den Umrißkonturen 18, 19, 20, 21 und 22 gebildet.

[0013] Diese Umrißkonturen sind mit dem Querschnitt 1a der Ansaugkanäle 1 durch ebene Dreiecifläehen 11, 12, 13 und 14 verbunden. Die Dreieckfläche 12 schließt an die Kanaldecke und Kanalunterseite des Ansaugkanals 1 an. Die Dreieckfläche 11 (Figur 8) schließt oben-und unten an die angewinkelte AuBenkanalwand 23 an und durch die Dreieckflächen 13 und 14 wird die ebenfalls angewinkelte Innenkanalwand 24 (Figur 7 und 9) in die Umrißkonturen 19 und 22 des Austrittsquerschnittes 10 überführt.

[0014] Durch die geschilderte Ausbildung des Ansaugsystems werden damit unstetige Geschwindigkeitsänderungen und rechtwinkelige Umlenkungen der strömenden Luft vermieden. Man erhält dadurch ein besonders gleichmäßiges Potentialfeld am Eintritt des Verdichters 6, so daß ohne weiteres Verdichter mit transsonischen Beschaufelungen zur Anwendung kommen können, die in besonderem MaBe empfindlich gegen eine unregelmäßige Geschwindigkeitsverteilung des Gases vor Eintritt in die erste Verdichterstufe sind.

BezuRezeichenliste

[0015] 

1 Ansaugkanäle

1a rechteckiger Querschnitt

1b Wellenachse

2 Überleitkanalteil

3 Übergangsteil

4 Nutzleistungsmaschine

5 Leitbleche

6 Verdichter

7 innerer Kegelmantel

8 äußerer Kegelmantel

9 Eintrittsquerschnitt

10 Austrittsquerschnitt

11 )

¹²⁾ Dreieckflächen

13 )

14 )

15 Eintrittskanten

16 Teilkreis

17 Teilkreis

18 UmriBkonturen

19 UmriBkonturen

20 UmriBkonturen

21 UmriBkonturen

22 UmriBkonturen

23 AuBenkanalwand

24 Innenkanalwand

Ansprüche

1. Ansaugsystem für den neben einer Nutzleistungsmaschine auf gleicher Welle angeordneten Verdichter einer Gasturbine mit Ansaugkanälen, die seitlich neben der Nutzleistungsmaschine parallel zur Welle verlaufen und die über einen mit einem inneren und äußeren Kegelmantel versehenen, zur Welle hinführenden Übergangsteil mit einer im Querschnitt hohlzylindrischen, axialen Einlaßöffnung des Verdichters verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , daB nur seitlich neben der Nutzleistungsmaschine (4) zwei voneinander getrennte Ansaugkanäle (1) vorhanden sind, daß sich zwischen dem inneren Kegelmantel (7) und dem äußeren Kegelmantel (8) des Übergangsteils (3) in Strömungsrichtung aufeinander zulaufende Leitbleche (5) mit senkrechter Blechebene befinden, die sich vor der Einlaßöffnung des Verdichters (6) berühren und dort enden, und daß der Querschnitt jedes Ansaugkanals (1) mindestens an der dem Übergangeteil (3) zugewandten Seite an den durch den inneren und äußeren Kegelmantel (7,8) und das senkrechte Leitblech (5) begrenzten Eingangsquerschnitt (9) des Übergangsteils (3) angepaßt ist.

2. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Ansaugkanäle (1) jeweils einen rechteckigen Querschnitt (1a) besitzen und daß ein Überleitkanalteil (2) zur Anpassung des Querschnittes zwischen den Ansaugkanälen (1) und dem Übergangskanalteil (3) vorgesehen ist.

3. Ansaugsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Leitbleche (5) so gekrümmt sind, daB im Bereich des Übergangsteils ein sich stetig Vermindernder Querschnitt in Strömungsrichtung vorhanden ist.

4. Ansaugsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daB der Überleitkanalteil (2) aus Blechen zusammengeschweißt ist, die jeweils ebene Dreieckflächen aufweisen.

Zeichnung