AT228015B - Gasturbine - Google Patents

Description

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  Gasturbine 
Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit vorgeschalteter Brennkammer, die zur Kühlung der Brenn- gase über wenigstens eine Einspritzdüse mit Wasser beschickbar ist. Durch die Wassereinspritzung soll bei derartigen Turbinen die Brenngastemperatur so weit herabgesetzt werden, dass die Turbine noch aus übli- chen   wärmebestandigen Werkstoften aufgebaut   werden kann und trotzdem anderseits so hohe Verbrennung- temperaturen möglich sind, dass auch billige Brennstoffe mit hohem Flammpunkt selbsttätig entzündet werden.

   Durch Wassereinspritzung wird es möglich, mit nur geringem Luftüberschuss bei der Verbrennung zu arbeiten, so dass, da für das Einspritzen einer bestimmten Wassermenge weniger Leistung als für das
Zuführen und Verdichten einer den gleichen Kühleffekt ergebenden Luftmenge aufzuwenden ist, ein höhe- rer Gesamtwirkungsgrad der Turbine bei kleinerem Leistungsgewicht erzielbar ist. 



   Bei den bekannten Gasturbinen der eingangs genannten Art wird Wasser bzw. Dampf entweder im Be- reich der Einspritzdüse oder im Mittelbereich der Brennkammer in den Brennraum eingespritzt. Diese Aus- führung hat den wesentlichen Nachteil, dass das Wasser bzw. der Dampf das Kraftstoffluftgemisch bereits abkühlt, bevor der Brennstoff gezündet bzw. vollständig verbrannt ist, so dass sowohl die Verbrennungs- temperatur herabgesetzt als auch eine völlige Ausnützung des Brennstoffes verhindert wird. Durch die aufgezeigten Nachteile lässt sich bei diesen bekannten Turbinen keine wesentliche Steigerung des ther- mischen Wirkungsgrades gegenüber dem Gesamtwirkungsgrad von mit hohem Luftüberschuss arbeitenden
Turbinen erzielen.

   Bei allen bekannten Gasturbinen der eingangs genannten Art besteht ferner die Gefahr, dass sich austrittsseitig bei der Brennkammer bzw. an der Turbine selbst beträchtliche Schwankungen des zugeführten   Verbrennungsgis-Dampfgemlsches   ergeben und das Gemisch in sich unhomogen ist. 



   Die aufgezeigten Nachteile werden bei einer Turbine der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch   beseitigt, dass   die Einspritzdüse im Bereich des austrittsseitigen Endes des Brennraumes der Brennkammer unter einem spitzen Anstellwinkel gegen den den Brennraum verlassenden Gasstrom angeordnet und der Brennraum mit der Turbine über ein Rohr bzw. einen Schacht von einer eine völlige Durchwirbelung des entstehenden Gas-Dampfgemisches gewährleistenden Länge verbunden ist. 



   Da die Einspritzdüse erst im Bereich des austrittsseitigen Endes des Brennraumes angeordnet ist, kann die im wesentlichen am andern Ende des Brennraumes vor sich gehende Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches ungehindert und bei hohen Verbrennungstemperaturen vor sich gehen, wobei keinesfalls eingespritztes Wasser den Verbrennungsvorgang stört, da der gebildete Dampf nicht bis zum Verbrennungsbereich vordringen kann. Zufolge des Anstellwinkels wird der eintretende Wasserstrahl sofort zerteilt und es stellt sich selbsttätig eine mittlere Gemischtemperatur ein, so dass Beschädigungen der Auskleidung durch plötzliches Abschrecken vermieden werden. Zufolge der völligen Durchwirbelung des Gas-Dampfgemisches im Rohr bzw.

   Schacht kann schliesslich die Arbeitstemperatur an der Turbine konstant gehalten werden, wobei insbesondere plötzliche Temperaturschwankungen durch Inhomogenitäten in dem Gas-Dampfgemisch, wie sie bisher immer auftraten, vermieden werden. 



   Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist ober-und unterhalb der Austrittsöffnung des Brennraumes wenigstens je eine Wassereinspritzdüse angeordnet. Beide Einspritzdüsen sind unter einem spitzen Anstellwinkel vorgesehen und die eintretenden Wasserstrahlen werden daher bereits teilweise verdampft etwa im Achsbereich der Brennkammeraustrittsöffnung zusammentreffen und sich gegenseitig in der der Austrittsrichtung der Brenngase entgegengesetzten Richtung ablenken, wodurch die Durchwirbelung mit den Brenngasen noch verbessert wird. 



   In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist schliesslich in dem den Brennraum mit der Turbine verbindenden Rohr oder Schacht turbinenseitig der Temperaturfühler eines die Wasserzufuhr zu den Einspritz- 

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   düsen über ein Ventil od. dgl. steuernden Thermostaten,   angeordnet. Der Thermostat nimmt, zufolge seiner   turbinenseitigen   Anordnung mit seinem Fühler die jeweilige Mitteltemperatur des Gas-Dampfgemisches wahr und es ist daher mit Hilfe dieser einfachen Anordnung eine verhältnismässig genaue Temperaturregelung möglich. 



   In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemässen Gasturbine teilweise im Schnitt durch die Brennkammer schematisch dargestellt. 



   Eine Gasturbine üblicher Bauart, von der nur das Gehäuse 1 dargestellt wurde, treibt über ihre Welle 2 einerseits direkt über eine Riemenscheibe 3 und einem Riementrieb 4 eine elektrische Zündmaschine   5. einen Luftverdichter   6 und eine Wassereinspritzpumpe 7 an, während anderseits auf der Welle 2 eine Schnecke 8 sitzt, die über ein Schneckenrad 9 eine Welle 10 antreibt. An die Welle 10 wird der anzutreibende Teil angeschlossen. Weiterhin treibt die Welle 10 noch über ein Getriebe 11 eine Brennstoffenspritzpumpe 12 an. 



   Das Turbinengehäuse 1 ist über eine lange Rohrleitung 13 mit dem Brennraum 14 einer Brennkammer 15 verbunden. An dem der zur Leitung 13 führende Öffnung 16 des Brennraumes gegenüberliegenden Ende der Brennkammer mündet im Brennraum eine Brennstoffeinspritzdüse 17 sowie weitere nicht dargestellte 
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 spritzdüse 17 ist über eine Leitung 19 mit der Einspritzpumpe 12 verbunden. 



   Weiterhin ist eine an den Generator 5 über eine Leitung 20 angeschlossene Hilfszündkerze 21 vorgesehen, über die bei der Inbetriebsetzung der Turbine das im Brennraum 14 gebildete Luft-Brennstoffgemisch entzündet wird. Ober- und unterhalb der Austrittsöffnung 16 ist je eine Einspritzdüse 22 in einem spitzen Anstellwinkel zur Gasstromrichtung angeordnet, welche Einspritzdüsen über Leitungen 23, 24 mit der   Wassereinspritzpumpe   in Verbindung stehen. Über diese Einspritzdüsen wird in den den Brennraum 14 verlassenden Gasstrom Wasser eingespritzt das verdampft und die Abgastemperatur herabsetzt, wobei sich der Dampf im Rohr 13 innig mit den übrigen Abgasen mischt. 



   Die Brennkammer 15 ist in einem mit Wasser gefüllten Kühlmantel 25 untergebracht. Oben schliesst an dem Wasserraum 26 ein Dom 27 an, von dem eine Leitung 28 in den Brennraum 14 führt. Über diese Leitung 28 kann sich bei der Erhitzung des Kühlwassers bildender Dampf in den Brennraum übertreten. Im Dom 27 ist ein Schwimmer 29 angebracht, derbeim Absinken des Wasserspiegels unter einen vorbestimmten Wert eine Wasserspeisepumpe (nicht dargestellt) einschaltet, die den Kühlmantel mit Wasser beschickt. 



   Knapp vor der Turbine 1 ist in der Rohrleitung 13 der Temperaturfühler 30 eines Thermostaten 31 angeordnet, der mit einem in der Wasserleitung 24 liegenden Ventil od. dgl. 32 elektrisch oder mechanisch verbunden ist und über diese die Wasserzufuhr zu den Einspritzdüsen 22 steuert, so dass die Temperatur des über die Leitung 13 der Turbine 1 zugeführten Abgas-Dampfgemisches etwa konstant gehalten wird. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Gasturbine mit vorgeschalteter Brennkammer, die zur Kühlung der Brenngase über wenigstens eine Einspritzdüse mit Wasser beschickbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (22) im Bereich des austrittsseitigen Endes des Brennraumes (14) der Brennkammer (15) unter einem spitzen Anstellwinkel gegen den den Brennraum verlassenden Gasstrom angeordnet und der Brennraum mit der Turbine über ein Rohr (13) bzw. einen Schacht von einer eine völlige Durchwirbelung des entstehenden Gas-Dampfgemisches gewährleistenden Länge verbunden ist.

Claims (1)

1. 2. Gasturbine nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass ober- und unterhalb der Austrittsöff- nung (16) des Brennraumes (14) wenigstens je eine Wassereinspritzdüse (22) angeordnet ist.

   3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem den Brennraum (14) mit der Turbine (1) verbindenden Rohr (13) oder Schacht turbinenseitig der Temperaturfühler (30) eines die Wasserzufuhr zu den Einspritzdüsen (22) über ein Ventil od. dgl. (32) steuernden Thermostaten angeordnet ist.