NO160807B - Gassturbin. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en gassturbin av den art som innbefatter en kompressor, drevet av en turbin via en aksel, en forbrenningsanordning innrettet for å motta en strøm av komprimert luft fra kompressoren og en brennstoffstrøm, og for å tømme forbrenningsproduktene i turbinen, en kraftturbin anordnet for å bli drevet av avgassen fra den kompressordrivende turbin og for å drive en last, hvor gassturbinen innbefatteret antall komponenter som delvis definerer overflatene for gasstrømningsbanen gjennom gassturbinen og hvor en av flatene er tildannet på en statisk komponent og den andre av overflatene er tildannet på en roterende komponent.

Det finnes mange former for gassturbiner og eksempler på dette finnes i tysk utlegningsskrift 1.426.265 og svensk patent nr. 423.741. De nevnte gassturbiner er særlig beregnet på drift av kjøretøyer der belastningene er sterkt varierende og der turbiner og kompressorer er bygget mer eller mindre som separate enheter og består av mange og til dels kostbare deler.

De tidligere kjente gassturbiner er derfor kostbare og lite egnet for mindre anlegg. Med mindre anlegg menes i denne forbindelse kraftanlegg som drives av en gassturbin og produserer elektrisk kraft og energi i mindre målestokk til oppvarming, frysing og luftkondisjonering. Et kraftanlegg av denne art kan være hensiktsmessig til bruk 1 boliger, husholdninger, mindre foretagender og fabrikker.

For at et gassturbindrevet kraftanlegg skal kunne konkurrere med eksisterende systemer for energiforsyning til boliger og husholdninger, må gassturbinen, såvel som de øvrige komponenter i kraftanlegget, være forholdsvis rimelige. Turbinen bør således ha en enkel konstruksjon og et minst mulig antall deler som alle er av en slik art at de egner seg for masseproduksjon.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til en gassturbin som består av et lite antall komponenter som kan masseproduseres, der turbinen er pålitelig og tåler drift over lengre tid uten behov for vedlikehold.

Et annet formål med oppfinnelsen er å komme frem til et kraftanlegg som er hensiktsmessig til bruk i husholdninger eller i mindre foretagender, der anlegget omfatter en gassturbin som driver en generator for elektrisk strøm og der ekshausten benyttes til oppvarming av vann og av værelser eller til luftkondisjonering og/eller frysing.

Ifølge oppfinnelsen er disse formål oppfylt med en gassturbin av den ovenfor angitte art, der kompressoren og den kompressordrivende turbin er roterbart montert i et hus som innbefatter en sentral kjerne og to endeplater og hvor minst en overflate av kjernen eller en av de to endeflater i det minste delvis definerer en overflate av kompressoren eller den kompressordrivende turbin og at kraftturbinen innbefatter et sentralt legeme straks nedstrøms av og koaksialt med den kompressordrivende turbin, hvilke sentrale legemer samvirker med kraftturbinens statiske konstruksjonsvegg for å definere en ringformet difusjonskanal hvor oppstrømsenden av denne ligger straks inntil nedstrømsenden av den kompressordrivende turbin.

Andre trekk og detaljer ved oppfinnelsen fremgår av de følgende krav, og oppfinnelsen vil nedenfor bli forklart mer i detalj under henvisning til tegningene der: Fig. 1 viser et snitt av en form for gassturbin ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 er en gjengivelse etter pilen A i fig. 1 og omfatter et snitt av motorens forbrenningssystem,

fig. 3 viser et skjematisk kraftanlegg som omfatter en gassturbin av den type som er vist i fig. 1 og

fig. 4 er et tenkt skjematisk for kraftanleggets elektrisi-tetsforsyning og styring.

I fig. 1 omfatter en gassturbin 10 en sentrifugalkompressor 12, som drives av en sentripetalturbin 14 via en aksel 16, til hvilken både kompressoren og turbinen er festet. Akselen 16 er tapplagret i et gasslager 18 og rotorenheten eller akselen, kompressoren og turbinen omfatter også en gasstrykklagring 20.

Rotorenheten er montert i et hus 22, som omfatter oppstrømmms og nedstrøms endeplater 24, hhv. 26, og en spaltet, sentral kjerne 28, som er fastklemt mellom endeplatene ved hensiktsmessige festeorganer, f.eks. bolt-og-mutteranord-ninger 30.

Oppstrøms endeplate 24 har en innløpsutvidelse 32 som er festet til platen, og endeplatens indre overflate er utformet

for å danne kompressorens 12 hus og begrenser delvis kompressorens utløp 34 og ekshaustvolutten 36. Den sentrale kjerne har en flate som sammen med de tilsvarende flater på endeplaten begrenser kompressorutløpet og ekshaustvolutten.

I den sentrale kjerne er det utformet en kanal 38, som forbinder ekshaustvolutten 36 med et sidemontert brennkammer 39 (fig. 2).

På lignende måte er endeplaten 26 og nedstrøms flate av den sentrale kjerne utformet for å begrense en turbininnløps-volutt 40, som er forbundet med utløpet fra brennkammeret ved hjelp av en kanal 42 i den sentrale kjerne. Kanalenes 38 og 42 utløp er konsentriske og festet til brennkammeret ved hjelp av et forbindelsesstykke 39a med hensiktsmessig flens. Brennkammeret 39 som er skrudd fast til forbindelsesstykket 39a, har et ytre og et indre hus 39b, hhv. 39c. Indre hus har en oppstrøms luftvirvler 39d og en brennstoffinjektor 39e er montert på det ytre hus og rager gjennom luftvirvlerens sentrum. I foreliggende tilfelle er brennstoffinjektoren for gassformet brennstoff, men det kan også anordnes en injektor for flytende brensel eller kombinert brennstoff. Det er også montert en tenningskontakt 39f på det ytre hus og denne rager gjennom veggen til det indre hus. Indre og ytre hus begrenser et ringformet rom 39g, som mottar komprimert luft fra kanalen 38. Forbrenningsproduktene tømmes fra indre hus til kanalen 42.

Nedstrøms av volutten 40 og mellom den sentrale kjerne og endeplaten 26 er montert en ring av dyseledeskovler 44 for å rette de hete gasser som kommer med stor hastighet fra brennkammeret til turbinen 14.

Sikringsorganene 30 som forbinder rotorenhetens 22 komponenter fester også en kraftturbinmodul 46 til rotorenheten .

Modulen 46 omfatter to hus 48, 50 som holder modulens komponenter på riktig plass og er sammenfestet ved hjelp av hensiktsmessige klemorganer (ikke vist). Inne i huset 48 er det anordnet et diffusorhus 52, hvis indre flate begrenser den ytre flate av en ringformet diffusor 54. Huset 52 er utformet av to komponenter, en diffusorblokk 56 og en ring 58, til hvilken det er festet en serie innløpsføringsblad 60. Den andre flate som begrenser diffusorkanalen 54 er begrenset av den ytre flate av kulen 62 på en kraftturbinrotor 64, på hvilken turbinskovlene 66 er montert.

Kraftturbinens rotor 64 er montert i et gasstapplager 68 og har en gasstrykklagring 70. Begge disse lågere er anordnet i en lagerstøttestruktur 72, som er opptatt i og holdes på plass av huset 50.

Ekshaustgassene fra kraftturbinen passerer til en ekshaust-kanal 74, som ender i en volutt (ikke vist), slik at ekshausten ledes til atmosfæren gjennom en hensiktsmessig åpning (ikke vist) i huset 50. Ekshaustkanalen 74 begrenses delvis av ringen 58 og delvis av flater dannet på lagerstøt-testrukturen 72.

Kompressoren, kompressor-drivturblnen, kraftturbinen og tilordnede blader kan fremstilles av et keramisk materiale, f.eks. silikonnitrid, eller av en kvalitetslegering, avhengig av det brennstoff som brukes. Andre komponenter som kan fremstilles av keramisk materiale er det spaltede hus 28, endeplaten 26 og kraftturbinens statttrring og turbinhuset 58. De gjenstående komponenter, spesielt sikkerhetshuset 48, kan produseres av stål eller en hensiktsmessig metallegering.

Det skal bemerkes at gassturbinen er fremstilt av et meget lite antall komponenter, som lett kan monteres for hånd eller med maskin.

Et spesielt trekk ved konstruksjonen er enkelte komponenters evne til å fylle flere funksjoner. Eksempelvis begrenser kraftturbinens kule 62 også delvis den ringformede diffusorkanal 54. Ettersom kulen 62 vil rotere med stor hastighet, vil den også indusere en virvelhastighet i gassene fra turbinen 14. Dette trekk kan utnyttes til aerodynamisk fordel ved konstruksjonen av kraftturbinen og innløpsfø-ringsbladene 60. Huset 48, som bestemmer diffusorkanal-komponentenes plassering og holder disse komponenter på plass, virker også som en sikring av kraftturbinen i tilfelle av for stor turbinhastighet.

I fig. 3 er gassturbinmotoren 10 vist anbragt i et lyddempet skap 76 med et innløpsfilter og en lyddemper 78. Kraftturbinen 64 driver en vekselstrømsgenerator 80 som har variabel frekvens og er bredt spenningsregulert. Utløpet fra generatoren passerer til et kontroll-og fordelingssystem 82, som er mer detaljert gjengitt i fig. 3. Ekshauusten fra gassturbinen passerer til en varmekjel og/eller et absorpsjonssystem 84 og tømmes til atmosfære gjennom en skorstein 86 som kan lyddempes.

Av fig. 4 fremgår at utgangen fra vekselstrømsgeneratoren 80 passerer til en likeretter og spenningsregulator 88 og derfra til lysnettet via en faststoff-vekselstrømsgenerator 90. Om nødvendig kan det her tas ut strøm for ladning av batterier. En gassturbin-regulering 92 får strøm fra lysnettet og mottar signaler bl.a. fra vekselstrømsgeneratoren for styring av brennstofforsyningen til motoren via ventil 94.

Claims (5)

1. Gassturbin innbefattende en kompressor drevet av en turbin via en aksel, en forbrenningsanordning innrettet for å motta en strøm av komprimert luft fra kompressoren og en brennstoff strøm, og for å tømme forbrenningsproduktene i turbinen, en kraftturbin anordnet for å bli drevet av avgassen fra den kompressordrivende turbin og for å drive en last, hvor gassturbinen innbefatter et antall komponenter som delvis definerer overflatene for gasstrømningsbanen gjennom gassturbinen, hvor en av flatene er tildannet på en statisk komponent og den andre av overflatene er tildannet på en roterende komponent, karakterisert ved at kompressoren (12) og den kompressordrivende turbin (14) er roterbart montert i et hus (22) som innbefatter en sentral kjerne (28) og to endeplater (24, 26), hvor minst en overflate av kjernen (28) eller en av de to endeplater (24, 26) i det minste delvis definerer en overflate av kompressoren (12) eller den kompressordrivende turbin (14), og at kraftturbinen (46) innbefatter et sentralt legeme (62) straks nedstrøms av og koakslelt med den kompressordrivende turbin (14), hvilke sentrale legemer (62) samvirker med kraft-turbinene statiske konstruksjonsvegg (56) for å definere en ringformet diffusjonskanal (54), hvor oppstrømsenden av denne ligger straks inntil nedstrømsenden av den kompressordrivende turbin (14).

2. Gassturbin ifølge krav 1, karakterisert ved at kraftturbinkonstruksjonen innbefatter et ytre sikringshus (48) og et statorbladhus (52), hvor statorbladhuset (52) er festet til resten av gassturbinen ved hjelp av sikringshuset (48).

3. Gassturbin ifølge krav 1, karakterisert ved at statorbladene (60) er festet sammen med en ring (58) og at ringen er lokalisert i en forsenkning utformet i statorbladhuset (52).

4. Gassturbin ifølge ett eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at en utløpsvolutt (36) for kompressoren er definert ved en flate på oppstrøms-endeplaten (24) og en flate på kjernen (28), og en innløps-volutt (40) for turbinen, definert ved nok en flate på kjernen (28) og en flate på den nedstrømsanordnede endeplate (26).

5. Gassturbin ifølge ett eller flere av kravene 1 til 3, karakterisert ved at den sentrale kjerne (28) innbefatter innløpskanaler som forløper fra kompressoren (12) til forbrenningsanordningen (39) innløp, og utløps-kanaler (42) som forløper fra utløpet av forbrenningsanordningen (39) til innløpet av en kompressordrivende turbin (14).