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Neuartige Ausfuehrung einer Gasturbine

IP.com Disclosure Number: IPCOM000033015D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 12 (2004-12-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Dec-25
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Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die typische Ausfuehrung einer Gasturbine sieht einen zentralen Rotor in Form einer rotierenden Welle und einem stehenden Gehaeuse vor. Der Einsatz von hochgradig waermefesten Werkstoffen wie beispielsweise Keramik, die zur Erhoehung der Turbineneintrittstemperaturen notwendig waeren, ist nur beschraenkt moeglich, da diese den auftretenden Zugspannungen insbesondere im rotierenden System nicht standhalten koennen. Ausserdem sind die Spalte recht gross, die einerseits ein Anstreifen der bewegten Bauteile gegenueber den feststehenden verhindern, andererseits jedoch Waermeausdehnungen der Komponenten kompensieren sollen. Die thermisch hochbelasteten Bauteile muessen mit Luft gekuehlt werden, die dem Prozess entzogen wird und damit einen Verlust bedeutet. Die Idee besteht in der Wirkungsumkehr von Stator und Rotor. Dadurch werden Zugspannungen in Druckspannungen gewandelt, was den Einsatz von keramischen Werkstoffen gestattet. Ausserdem werden Radialspalte eliminiert und Axialspalte minimiert. Dies ermoeglicht es, Kuehlluft auf ein bisher unerreichtes Minimum zu reduzieren und Spaltverluste zu minimieren, so dass annaehernd der Wirkungsgrad eines idealen Joule-Prozesses erreicht wird.

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Neuartige Ausfuehrung einer Gasturbine

Idee: Dr. Malte Blomeyer, DE-Muelheim

Die typische Ausfuehrung einer Gasturbine sieht einen zentralen Rotor in Form einer rotierenden Welle und einem stehenden Gehaeuse vor. Der Einsatz von hochgradig waermefesten Werkstoffen wie beispielsweise Keramik, die zur Erhoehung der Turbineneintrittstemperaturen notwendig waeren, ist nur beschraenkt moeglich, da diese den auftretenden Zugspannungen insbesondere im rotierenden System nicht standhalten koennen. Ausserdem sind die Spalte recht gross, die einerseits ein Anstreifen der bewegten Bauteile gegenueber den feststehenden verhindern, andererseits jedoch Waermeausdehnungen der Komponenten kompensieren sollen. Die thermisch hochbelasteten Bauteile muessen mit Luft gekuehlt werden, die dem Prozess entzogen wird und damit einen Verlust bedeutet.

Die Idee besteht in der Wirkungsumkehr von Stator und Rotor. Dadurch werden Zugspannungen in Druckspannungen gewandelt, was den Einsatz von keramischen Werkstoffen gestattet. Ausserdem werden Radialspalte eliminiert und Axialspalte minimiert. Dies ermoeglicht es, Kuehlluft auf ein bisher unerreichtes Minimum zu reduzieren und Spaltverluste zu minimieren, so dass annaehernd der Wirkungsgrad eines idealen Joule-Prozesses erreicht wird.

Dabei wird die Gasturbine mit einer zentralen Achse ausgefuehrt, die die Leitschaufeln aufnimmt, sowie mit einem rotierenden Gehaeuse, das die Laufschaufeln beinhaltet. Damit werden die Laufschaufeln ueberwiegend druckbeansprucht, wodurch Keramikwerkstoffe eingesetzt werd...