DE102012003902A1 - Inlet for gas turbine, has inlet wall, bypass-channel formed at inner side of inlet wall, and bypass flow-stator arranged at end of bypass-channel, where inner side of bypass-channel is limited by bypass-channel wall that has drain holes - Google Patents

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Abstract

The inlet (1) has an inlet wall (20), and a bypass-channel (21) formed at an inner side of the inlet wall. An inner side of the bypass-channel is limited by a bypass-channel wall (22) that comprises drain holes (23). A bypass flow-stator (25) is arranged at an end of the bypass-channel, where front-lying ends of the inlet wall and the bypass-channel wall are connected with one another. The bypass-channel wall has an enlarged cross-section in a flow direction of a gas turbine, where dimension of the stator in a radial direction corresponds to the cross-section of the bypass-channel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Einlauf für eine Gasturbine. Sie betrifft ferner einen Kanal in einer Gasturbine. Die Erfindung betrifft schließlich eine Gasturbine mit einem derartigen Einlauf und/oder einem derartigen Kanal.The invention relates to an inlet for a gas turbine. It further relates to a channel in a gas turbine. Finally, the invention relates to a gas turbine with such an inlet and / or such a channel.

Gasturbinen umfassen üblicherweise einen Einlauf, einen Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine, eine Düse und eine oder mehrere Wellen. Der Einlauf weist in Strömungsrichtung einen ansteigenden Querschnitt auf. Der damit verbundene Gradient der Querschnittsvergrößerung in Strömungsrichtung kann zu einem Strömungsabriß im Bereich des Einlaufs führen.Gas turbines typically include an inlet, a compressor, a combustor, a turbine, a nozzle, and one or more shafts. The inlet has an ascending cross section in the flow direction. The associated gradient of the cross-sectional enlargement in the flow direction can lead to a stall in the region of the inlet.

In der Gasturbine können Kanäle vorgesehen sein. Insbesondere kann zwischen einem Niederdruckkompressor und einem Hochdruckkompressor ein Kanal vorgesehen sein. Bei diesem Kanal kann es sich insbesondere um einen Ringkanal handeln. Wenn der Kanal einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Querschnitt aufweist, besteht die Gefahr eines Strömungsabrisses.Channels may be provided in the gas turbine. In particular, a channel may be provided between a low pressure compressor and a high pressure compressor. This channel may in particular be a ring channel. If the channel has a cross-sectional widening in the flow direction, there is a risk of a stall.

In beiden Fällen kann es durch die Gefahr des Strömungsabrisses erforderlich werden, den Gradienten der Querschnittsvergrößerung in Strömungsrichtung zu vermindern. Dies kann allerdings zu einer Verlängerung des Einlaufs und/oder des Kanals führen, was die Baulänge der gesamten Gasturbine in nachteiliger Weise vergrößern kann. Stattdessen oder zusätzlich kann der Druckunterschied im Einlauf und/oder in dem Kanal reduziert werden. Dies kann allerdings zu einer Verminderung des Wirkungsgrades führen.In both cases, the risk of stall may necessitate reducing the gradient of the cross-sectional enlargement in the flow direction. However, this can lead to an extension of the inlet and / or the channel, which can increase the overall length of the entire gas turbine disadvantageously. Instead or in addition, the pressure difference in the inlet and / or in the channel can be reduced. However, this can lead to a reduction in the efficiency.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Einlauf für eine Gasturbine und/oder einen verbesserten Kanal in einer Gasturbine vorzuschlagen.The object of the invention is to propose an improved inlet for a gas turbine and / or an improved duct in a gas turbine.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Einlauf für eine Gasturbine durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Einlauf umfaßt eine Einlaufwand. An der Innenseite der Einlaufwand ist ein Nebenstrom-Kanal vorgesehen, der an seiner Innenseite von einer Nebenstrom-Kanalwand begrenzt ist. Die Nebenstrom-Kanalwand weist eine Vielzahl von Abflußlöchern auf.This object is achieved in an inlet for a gas turbine by the features of claim 1. The inlet comprises an inlet wall. On the inside of the inlet wall, a bypass channel is provided, which is bounded on its inner side by a bypass channel wall. The bypass duct wall has a plurality of drain holes.

Vorteilhaft ist es, wenn am Ende des Nebenstrom-Kanals ein Nebenstrom-Stator angeordnet ist.It is advantageous if a bypass current stator is arranged at the end of the bypass duct.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei einem Kanal in einer Gasturbine, insbesondere bei einem Ringkanal in einer Gasturbine, insbesondere bei einem Kanal oder Ringkanal von einem Niederdruckkompressor zu einem Hochdruckkompressor durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst. Der Kanal umfaßt eine Außenwand. An der Innenseite der Außenwand ist ein Nebenstrom-Kanal vorgesehen, der an seiner Innenseite von einer Nebenstrom-Kanalwand begrenzt ist. Die Nebenstrom-Kanalwand weist eine Vielzahl von Abflußlöchern auf.The object underlying the invention is achieved in a channel in a gas turbine, in particular in an annular channel in a gas turbine, in particular in a channel or annular channel of a low-pressure compressor to a high pressure compressor by the features of claim 3. The channel comprises an outer wall. On the inside of the outer wall, a bypass channel is provided, which is bounded on its inner side by a bypass channel wall. The bypass duct wall has a plurality of drain holes.

Vorteilhaft ist es, wenn am Ende des Nebenstrom-Kanals ein Nebenstrom-Stator angeordnet ist.It is advantageous if a bypass current stator is arranged at the end of the bypass duct.

Eine erfindungsgemäße Gasturbine ist gekennzeichnet durch einen erfindungsgemäßen Einlauf und/oder einen erfindungsgemäßen Kanal.A gas turbine according to the invention is characterized by an inlet according to the invention and / or a channel according to the invention.

Durch die Abflußlöcher in der Nebenstrom-Kanalwand wird Luft in den Nebenstrom-Kanal geleitet. Hierdurch kann eine Grenzschicht abgesaugt werden, so daß keine Grenzschichtablösung stattfinden kann. Auf diese Weise kann ein Strömungsabriß vermieden werden.Through the drain holes in the bypass duct wall, air is directed into the bypass duct. As a result, a boundary layer can be sucked off, so that no boundary layer separation can take place. In this way, a stall can be avoided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigtEmbodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawings in detail. In the drawing shows

1 einen Längsschnitt durch eine Gasturbine, 1 a longitudinal section through a gas turbine,

2 den Einlaß der Gasturbine gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung, 2 the inlet of the gas turbine according to 1 in an enlarged view,

3 den Kanal von dem Niederdruckkompressor zu dem Hochdruckkompressor der Gasturbine gemäß 1 in einer vergrößerten Darstellung und 3 the passage from the low pressure compressor to the high pressure compressor of the gas turbine according to 1 in an enlarged view and

4 die Nebenstrom-Kanalwand in dem Einlauf gemäß 2 und die Nebenstrom-Kanalwand in dem Kanal gemäß 3 in einer Draufsicht. 4 the bypass duct wall in the inlet according to 2 and the bypass duct wall in the duct according to 3 in a top view.

Die in 1 gezeigte Gasturbine umfaßt einen Einlaß 1, einen Kompressor 2, eine Brennkammer 3, eine Turbine 4, eine Düse 5 und zwei Wellen, nämlich eine Niederdruck-Welle 6 und eine Hochdruck-Welle 7. Die Wellen 6, 7 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Niederdruck-Welle 6 liegt innen. Die Hochdruck-Welle 7 umgibt die Niederdruck-Welle 6. Beide Wellen 6, 7 rotieren um die Längsachse 8 der Gasturbine. Sie rotieren mit verschiedenen Drehzahlen.In the 1 shown gas turbine includes an inlet 1 , a compressor 2 , a combustion chamber 3 , a turbine 4 , a nozzle 5 and two waves, namely a low pressure wave 6 and a high pressure shaft 7 , The waves 6 . 7 are arranged coaxially with each other. The low pressure wave 6 lies inside. The high pressure shaft 7 surrounds the low pressure wave 6 , Both waves 6 . 7 rotate around the longitudinal axis 8th the gas turbine. They rotate at different speeds.

Der Kompressor 2 umfaßt einen Niederdruckkompressor 9 und einen Hochdruckkompressor 10. Die Turbine 4 umfaßt eine Hochdruckturbine 11 und eine Niederdruckturbine 12. Die Schaufeln des Niederdruckkompressors 9 und der Niederdruckturbine 12 sind mit der Niederdruck-Welle 6 verbunden. Die Schaufeln des Hochdruck-Kompressors 8 und der Hochdruck-Turbine 11 sind mit der Hochdruck-Welle 7 verbunden.The compressor 2 includes a low pressure compressor 9 and a high pressure compressor 10 , The turbine 4 includes a high pressure turbine 11 and a low-pressure turbine 12 , The blades of the low-pressure compressor 9 and the low-pressure turbine 12 are with the low pressure wave 6 connected. The blades of the high pressure compressor 8th and the high-pressure turbine 11 are with the high pressure shaft 7 connected.

Die Gasturbine umfaßt ferner einen Fan (Schaufelblatt-Rad) 13 und ein Innengehäuse 14. Der Fan 13 ist an der Niederdruck-Welle 6 befestigt. Die Vorderkante 15 des Innengehäuses 14 bildet eine ringförmige Trennwand zwischen dem Kernstrom der Gasturbine und dem Nebenstrom 16. Der Kernstrom wird von dem Kompressor 2, der Brennkammer 3 und der Turbine 4 gebildet. Der Nebenstrom 16 umgibt das Innengehäuse 14, das zwischen dem Kernstrom und dem Nebenstrom 16 liegt. Im Nebenstrom 16 ist ein Nebenstrom-Stator 17 angeordnet. Das Ende des Kernstroms wird von der Kernstrom-Düse 18 gebildet. Das Ende des Nebenstroms 16 wird von der Nebenstrom-Düse 19 gebildet, die die Kernstrom-Düse 18 ringförmig umgibt. Die Kernstromdüse 18 und die Nebenstromdüse 19 bilden die Düse 5.The gas turbine further includes a fan (airfoil wheel) 13 and an inner case 14 , The fan 13 is at the low pressure wave 6 attached. The leading edge 15 of the inner casing 14 forms an annular partition between the core flow of the gas turbine and the secondary flow 16 , The core stream is from the compressor 2 , the combustion chamber 3 and the turbine 4 educated. The sidestream 16 surrounds the inner housing 14 that between the core stream and the side stream 16 lies. In the sidestream 16 is a bypass stator 17 arranged. The end of the core stream is from the core stream nozzle 18 educated. The end of the tributary 16 is from the bypass nozzle 19 formed, which is the core stream nozzle 18 surrounds annularly. The core stream nozzle 18 and the bypass nozzle 19 form the nozzle 5 ,

Der Einlauf 1 der Gasturbine umfaßt eine Einlaufwand 20. An der Innenseite der Einlaufwand 20 ist ein Nebenstrom-Kanal 21 vorgesehen, der an seiner Innenseite von einer Nebenstrom-Kanalwand 22 begrenzt ist, die eine Vielzahl von Abflußlöchern 23 aufweist. Die Einlaufwand 20 und die Nebenstrom-Kanalwand 22 sind an ihren in Strömungsrichtung vorne liegenden Enden miteinander verbunden. Die Verbindungsstelle 24 der Einlaufwand 20 und der Nebenstrom-Kanalwand 22 ist abgerundet. Der Nebenstrom-Kanal 21 weist in Strömungsrichtung der Gasturbine einen sich vergrößernden Querschnitt auf. Am Ende des Nebenstrom-Kanals 21 ist ein Nebenstrom-Stator 25 angeordnet. Die Ausdehnung des Nebenstrom-Stators 25 in radialer Richtung entspricht dem Querschnitt des Nebenstrom-Kanals 21. Der Nebenstrom-Stator 25 fluchtet mit dem Nebenstrom-Kanal 21.The enema 1 the gas turbine comprises an inlet wall 20 , On the inside of the inlet wall 20 is a bypass channel 21 provided on its inside by a sidestream duct wall 22 is limited, which has a variety of drain holes 23 having. The inlet wall 20 and the bypass duct wall 22 are connected together at their upstream ends. The connection point 24 the inlet wall 20 and the bypass duct wall 22 is rounded. The bypass channel 21 has a magnifying cross-section in the flow direction of the gas turbine. At the end of the bypass channel 21 is a bypass stator 25 arranged. The extent of the bypass stator 25 in the radial direction corresponds to the cross section of the bypass duct 21 , The bypass current stator 25 Aligns with the bypass channel 21 ,

Der Fan 13 befindet sich in Strömungsrichtung hinter dem Nebenstrom-Kanal 21 und hinter dem Nebenstrom-Stator 25. Er schließt sich unmittelbar an den Nebenstrom-Stator 25 an. In radialer Richtung reicht der Fan 13 bis an die Einlaufwand 20 heran. Der radial äußere Bereich des Fans 13 wird also von der Luft aus dem Nebenstrom-Stator 25 durchströmt. Durch den Fan 13 wird Luft aus dem Einlauf 1 durch die Abflußlöcher 23 in den Nebenstrom-Kanal 21 gesaugt und von dem Nebenstrom-Kanal 21 durch den Nebenstrom-Stator 25 abtransportiert.The fan 13 is downstream of the bypass duct 21 and behind the bypass stator 25 , It connects directly to the bypass stator 25 at. In the radial direction the fan reaches 13 to the inlet wall 20 approach. The radially outer area of the fan 13 So is from the air from the bypass stator 25 flows through. By the fan 13 gets air from the enema 1 through the drainage holes 23 in the sidestream channel 21 sucked and from the bypass channel 21 through the bypass stator 25 removed.

In dem Kernstrom der Turbine ist ein Kanal 26 vorhanden, der den Niederdruckkompressor 9 mit dem Hochdruckkompressor 10 verbindet. Der Kanal 26 von dem Niederdruckkompressor 9 zu dem Hochdruckkompressor 10 ist als Ringkanal ausgestaltet. Er weist einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Querschnitt auf.In the core stream of the turbine is a channel 26 present, the low pressure compressor 9 with the high pressure compressor 10 combines. The channel 26 from the low pressure compressor 9 to the high pressure compressor 10 is designed as an annular channel. It has a cross section which increases in the flow direction.

Der Kanal 26 umfaßt eine Außenwand 27. An der Innenseite der Außenwand 27 ist ein Nebenstrom-Kanal 28 vorgesehen, der an seiner Innenseite von einer Nebenstrom-Kanalwand 29 begrenzt ist, die eine Vielzahl von Abflußlöchern 30 aufweist. Der Nebenstrom-Kanal 28 weist in Strömungsrichtung der Gasturbine einen sich vergrößernden Querschnitt auf. Am Ende des Nebenstrom-Kanals 28 ist ein Nebenstrom-Stator 31 angeordnet. Die Ausdehnung des Nebenstrom-Stators 31 in radialer Richtung entspricht dem Querschnitt des Nebenstrom-Kanals 28. Der Nebenstrom-Stator 31 fluchtet mit dem Nebenstrom-Kanal 28.The channel 26 includes an outer wall 27 , On the inside of the outer wall 27 is a bypass channel 28 provided on its inside by a sidestream duct wall 29 is limited, which has a variety of drain holes 30 having. The bypass channel 28 has a magnifying cross-section in the flow direction of the gas turbine. At the end of the bypass channel 28 is a bypass stator 31 arranged. The extent of the bypass stator 31 in the radial direction corresponds to the cross section of the bypass duct 28 , The bypass current stator 31 Aligns with the bypass channel 28 ,

In Strömungsrichtung hinter dem Nebenstrom-Kanal 28 und hinter dem Nebenstrom-Stator 31 befindet sich die erste Schaufel des Hochdruckkompressors 10. Diese Schaufel schließt sich unmittelbar an dem Nebenstrom-Stator 31 an. In radialer Richtung reicht diese Schaufel bis an die Außenwand 27 des Kanals 26 heran. Der radial äußere Bereich der ersten Schaufel des Hochdruckkompressors 10 wird also von der Luft aus dem Nebenstrom-Stator 31 durchströmt. Durch den Hochdruckkompressor 10 wird Luft aus dem Kanal 26 durch die Abflußlöcher 30 in den Nebenstrom-Kanal 28 gesaugt und von dem Nebenstrom-Kanal 28 durch den Nebenstrom-Stator 31 abtransportiert.In the flow direction behind the bypass channel 28 and behind the bypass stator 31 is the first blade of the high pressure compressor 10 , This blade closes immediately on the bypass stator 31 at. In the radial direction, this blade extends to the outer wall 27 of the canal 26 approach. The radially outer portion of the first blade of the high pressure compressor 10 So is from the air from the bypass stator 31 flows through. By the high pressure compressor 10 Air gets out of the canal 26 through the drainage holes 30 in the sidestream channel 28 sucked and from the bypass channel 28 through the bypass stator 31 removed.

Durch die Erfindung wird eine Gasturbine geschaffen, in deren Einlauf und/oder Kanal eine Grenzschichtablösung vermieden werden kann. Die Erfindung ermöglicht es, größere Gradienten der Querschnittserweiterung des Einlaufs und/oder des Kanals vorzusehen. Ferner kann der Wirkungsgrad erhöht werden. Die Abflußlöcher können in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Muster angeordnet sein. Durch einen Fan und/oder eine Verdichterschaufel in Strömungsrichtung hinter dem Nebenstrom-Kanal kann eine Saugwirkung in dem Nebenstrom-Kanal erzeugt werden.By the invention, a gas turbine is provided in the inlet and / or channel boundary layer separation can be avoided. The invention makes it possible to provide larger gradients of the cross-sectional widening of the inlet and / or the channel. Furthermore, the efficiency can be increased. The drainage holes may be arranged in a regular or irregular pattern. Through a fan and / or a compressor blade in the flow direction behind the bypass channel, a suction effect in the bypass channel can be generated.

Claims (5)

Einlauf für eine Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf (1) eine Einlaufwand (20) umfaßt, an deren Innenseite ein Nebenstrom-Kanal (21) vorgesehen ist, der an seiner Innenseite von einer Nebenstrom-Kanalwand (22) begrenzt ist, die eine Vielzahl von Abflußlöchern (23) aufweist.Inlet for a gas turbine, characterized in that the inlet ( 1 ) an inlet wall ( 20 ), on whose inside a bypass channel ( 21 ) is provided, which on its inside by a bypass channel wall ( 22 ), which has a plurality of drainage holes ( 23 ) having. Einlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Nebenstrom-Kanals (21) ein Nebenstrom-Stator (25) angeordnet ist.Inlet according to claim 1, characterized in that at the end of the bypass duct ( 21 ) a bypass current stator ( 25 ) is arranged. Kanal in einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (26) eine Außenwand (27) umfaßt, an deren Innenseite ein Nebenstrom-Kanal (28) vorgesehen ist, der an seiner Innenseite von einer Nebenstrom-Kanalwand (29) begrenzt ist, die eine Vielzahl von Abflußlöchern (30) aufweist.Channel in a gas turbine, characterized in that the channel ( 26 ) an outer wall ( 27 ), on whose inside a bypass channel ( 28 ) is provided, which on its inside by a bypass channel wall ( 29 ), which has a plurality of drainage holes ( 30 ) having. Kanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Nebenstrom-Kanals (28) ein Nebenstrom-Stator (31) angeordnet ist. Channel according to claim 3, characterized in that at the end of the bypass channel ( 28 ) a bypass current stator ( 31 ) is arranged. Gasturbine, gekennzeichnet durch einen Einlauf (1) nach Anspruch 1 oder 2 und/oder einen Kanal (26) nach Anspruch 3 oder 4.Gas turbine, characterized by an inlet ( 1 ) according to claim 1 or 2 and / or a channel ( 26 ) according to claim 3 or 4.
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