JPH04320718A - ガスタービン群並びにその運転法 - Google Patents
ガスタービン群並びにその運転法Info
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- JPH04320718A JPH04320718A JP4051404A JP5140492A JPH04320718A JP H04320718 A JPH04320718 A JP H04320718A JP 4051404 A JP4051404 A JP 4051404A JP 5140492 A JP5140492 A JP 5140492A JP H04320718 A JPH04320718 A JP H04320718A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/02—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using exhaust-gas pressure in a pressure exchanger to compress combustion-air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C5/00—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
- F02C5/02—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion characterised by the arrangement of the combustion chamber in the chamber in the plant
- F02C5/04—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion characterised by the arrangement of the combustion chamber in the chamber in the plant the combustion chambers being formed at least partly in the turbine rotor
-
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- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C5/00—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
- F02C5/12—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/56—Combustion chambers having rotary flame tubes
-
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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- F23R7/00—Intermittent or explosive combustion chambers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、実質的に、少なくとも
１つの圧縮機と、少なくとも１つの燃焼室と、少なくと
も１つのタービンと、少なくとも１つのジェネレータと
から成るガスタービン群並びにその運転法に関するもの
である。
１つの圧縮機と、少なくとも１つの燃焼室と、少なくと
も１つのタービンと、少なくとも１つのジェネレータと
から成るガスタービン群並びにその運転法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】前記形式のガスタービン群では、圧縮機
内で圧縮された空気の熱エネルギは、従来慣用の技術に
よれば、定圧燃焼室内で調製される。次いで高熱ガスは
タービンを負荷し、該タービン自体は発電用のジェネレ
ータを駆動する。前記定圧燃焼室は本来、容積の嵩張っ
た構造であり、該構造は、圧縮機とタービンとの間で多
数直立配置されて作用する。タービン群のコンパクト性
を高めるために、所謂リング形燃焼室を採用することが
すでに提案されている。該リング形燃焼室は同一の定圧
燃焼原理に基づいて機能し、燃焼室は、基本的には垂直
方向から水平方向へ移される。こうして水平な燃焼室が
圧縮機の軸方向平面内へもタービンの軸方向平面内へも
共にオーバーラップすることによって、ある程度の垂直
方向及び水平方向のコンパクト性が得られる。しかしな
がら前記手段を実施すれば通常、圧縮された空気を圧縮
機から燃焼室へ誘導する点及び、熱エネルギの調製され
たガスを燃焼室からタービンへ誘導する点で過剰の経費
がかかるのは勿論である。例えば作動ガスは、圧縮機か
ら燃焼室へも、また該燃焼室からタービンへも共に、夫
々窮屈に変向ガイドされねばならず、これは必然的にエ
ネルギ損失を惹起し、究極的には効率を下落させること
になる。このような燃焼室の場合は常に、燃焼行程から
生じる過度に多量のＮＯｘの放出を防止することに多大
の留意が払われねばならないが、これは通常、このＮＯ
ｘ放出防止手段を特別に講じることによってしか達成す
ることできない。
内で圧縮された空気の熱エネルギは、従来慣用の技術に
よれば、定圧燃焼室内で調製される。次いで高熱ガスは
タービンを負荷し、該タービン自体は発電用のジェネレ
ータを駆動する。前記定圧燃焼室は本来、容積の嵩張っ
た構造であり、該構造は、圧縮機とタービンとの間で多
数直立配置されて作用する。タービン群のコンパクト性
を高めるために、所謂リング形燃焼室を採用することが
すでに提案されている。該リング形燃焼室は同一の定圧
燃焼原理に基づいて機能し、燃焼室は、基本的には垂直
方向から水平方向へ移される。こうして水平な燃焼室が
圧縮機の軸方向平面内へもタービンの軸方向平面内へも
共にオーバーラップすることによって、ある程度の垂直
方向及び水平方向のコンパクト性が得られる。しかしな
がら前記手段を実施すれば通常、圧縮された空気を圧縮
機から燃焼室へ誘導する点及び、熱エネルギの調製され
たガスを燃焼室からタービンへ誘導する点で過剰の経費
がかかるのは勿論である。例えば作動ガスは、圧縮機か
ら燃焼室へも、また該燃焼室からタービンへも共に、夫
々窮屈に変向ガイドされねばならず、これは必然的にエ
ネルギ損失を惹起し、究極的には効率を下落させること
になる。このような燃焼室の場合は常に、燃焼行程から
生じる過度に多量のＮＯｘの放出を防止することに多大
の留意が払われねばならないが、これは通常、このＮＯ
ｘ放出防止手段を特別に講じることによってしか達成す
ることできない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、圧縮
機とタービンとの間にコンパクトな形で組み込むことの
できる燃焼室を提供すると共に、該燃焼室内での燃焼行
程を、最大限の効率でかつ最小限の有害物質放出度で進
捗させ得るようにすることである。
機とタービンとの間にコンパクトな形で組み込むことの
できる燃焼室を提供すると共に、該燃焼室内での燃焼行
程を、最大限の効率でかつ最小限の有害物質放出度で進
捗させ得るようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の構成手段は、燃焼室が、圧縮機とタービンとの間に
配置された圧力波機械であり、該圧力波機械が実質的に
、周方向で所定数配置されたロータセルを有するセルロ
ータと、該セルロータの全周及び両端面を内包するケー
シングとから成り、該ケーシングが、少なくとも１つの
通路を介して圧縮機に、また少なくとも１つの別の通路
を介してタービンに接続されている点にある。
明の構成手段は、燃焼室が、圧縮機とタービンとの間に
配置された圧力波機械であり、該圧力波機械が実質的に
、周方向で所定数配置されたロータセルを有するセルロ
ータと、該セルロータの全周及び両端面を内包するケー
シングとから成り、該ケーシングが、少なくとも１つの
通路を介して圧縮機に、また少なくとも１つの別の通路
を介してタービンに接続されている点にある。
【０００５】
【作用】本発明の顕著な利点は、燃焼室が、圧縮機及び
タービンのほぼ垂直方向寸法を占めている限りでは全ガ
スタービン群が著しくコンパクトなユニット形成するこ
とになるばかりでなく、該燃焼室が、垂直に配置された
慣用の燃焼室の流入・流出に要するスペースよりも大き
くならない軸方向寸法を占めることである。本発明で圧
縮機とタービンとの間に挿入された燃焼室は、セルロー
タ又はセル車から成る圧力波機械であり、しかも該セル
ロータの個々のセルは、殊に有利には圧縮機及びタービ
ンの中心軸線に合致する中心軸線を中心とする回転運動
の経過中に、空燃混合気を燃焼させるための固定的に規
定された燃焼空間を連続的に形成する。この燃焼空間形
成は、単一中心軸線を前記のように設計すれば、セルロ
ータが例えば圧縮機又はタービンのロータと一緒に回転
するようして行なわれ、この回転時に、圧縮機からの圧
縮空気の流出口に摺接回転するロータセルに前記の空燃
混合気が連続的に充填される。この圧縮機からの空燃混
合気の流出口部位に対して位相をずらしてケーシングに
は少なくとも１基のタービンへの少なくとも１つの流出
口が設けられている。前記の両流出口間で個々のロータ
セル内の空燃混合気の点火が行なわれ、その結果高熱ガ
スが発生し、該高熱ガスは、前記位相のずらされた流出
口に沿ってセルロータが摺接回転することによってター
ビンへ流れて、該タービンを負荷する。勿論このプロセ
ス過程は、セルロータが回転せず、空燃混合気の供給及
び高熱ガスの排出が、１回転当りのプロセスサイクル数
に相応した回転流入・流出補助手段によって行なわれる
場合にも実現することができる。空燃混合気の点火が、
その都度閉じられた容積の固定的に規定された空間で行
なわれることによって、ピストンエンジンの場合のよう
に著しく高い温度を可能にする定容量燃焼が生じる。閉
じられたセル内で、要するにすでに述べたように定容量
で燃焼が行なわれるという事実に基づいて、この燃焼に
よる効率は、慣用の定圧燃焼室の場合よりも高くなる。
タービンのほぼ垂直方向寸法を占めている限りでは全ガ
スタービン群が著しくコンパクトなユニット形成するこ
とになるばかりでなく、該燃焼室が、垂直に配置された
慣用の燃焼室の流入・流出に要するスペースよりも大き
くならない軸方向寸法を占めることである。本発明で圧
縮機とタービンとの間に挿入された燃焼室は、セルロー
タ又はセル車から成る圧力波機械であり、しかも該セル
ロータの個々のセルは、殊に有利には圧縮機及びタービ
ンの中心軸線に合致する中心軸線を中心とする回転運動
の経過中に、空燃混合気を燃焼させるための固定的に規
定された燃焼空間を連続的に形成する。この燃焼空間形
成は、単一中心軸線を前記のように設計すれば、セルロ
ータが例えば圧縮機又はタービンのロータと一緒に回転
するようして行なわれ、この回転時に、圧縮機からの圧
縮空気の流出口に摺接回転するロータセルに前記の空燃
混合気が連続的に充填される。この圧縮機からの空燃混
合気の流出口部位に対して位相をずらしてケーシングに
は少なくとも１基のタービンへの少なくとも１つの流出
口が設けられている。前記の両流出口間で個々のロータ
セル内の空燃混合気の点火が行なわれ、その結果高熱ガ
スが発生し、該高熱ガスは、前記位相のずらされた流出
口に沿ってセルロータが摺接回転することによってター
ビンへ流れて、該タービンを負荷する。勿論このプロセ
ス過程は、セルロータが回転せず、空燃混合気の供給及
び高熱ガスの排出が、１回転当りのプロセスサイクル数
に相応した回転流入・流出補助手段によって行なわれる
場合にも実現することができる。空燃混合気の点火が、
その都度閉じられた容積の固定的に規定された空間で行
なわれることによって、ピストンエンジンの場合のよう
に著しく高い温度を可能にする定容量燃焼が生じる。閉
じられたセル内で、要するにすでに述べたように定容量
で燃焼が行なわれるという事実に基づいて、この燃焼に
よる効率は、慣用の定圧燃焼室の場合よりも高くなる。
【０００６】本発明のガスタービン群は、更に次のよう
な一連の利点を有している。すなわち：第１の利点は、
セル内で行なわれる圧縮によって、混合気を形成する媒
体のより強力な混合度が得られることである。
な一連の利点を有している。すなわち：第１の利点は、
セル内で行なわれる圧縮によって、混合気を形成する媒
体のより強力な混合度が得られることである。
【０００７】更に、添加混合される燃料が火炎から離隔
されているので、すなわち混合行程が火炎ビームから遮
蔽されているので、極めて良好な前混合を予期すること
が可能であり、気化した燃料が次の行程中に殆どなお火
焔ビームを吸収しないので、空燃混合気の早期点火の危
険が同時に阻止される。
されているので、すなわち混合行程が火炎ビームから遮
蔽されているので、極めて良好な前混合を予期すること
が可能であり、気化した燃料が次の行程中に殆どなお火
焔ビームを吸収しないので、空燃混合気の早期点火の危
険が同時に阻止される。
【０００８】本発明の更に別の利点は、セルロータが、
定圧燃焼室において通常必要とするような特別に考慮す
べき冷却措置を必要としないことである。それというの
は圧縮空気を絶えず取入れることによって、先行の段階
で燃焼を行なったセルが該圧縮空気によって連続的に冷
却されるからである。
定圧燃焼室において通常必要とするような特別に考慮す
べき冷却措置を必要としないことである。それというの
は圧縮空気を絶えず取入れることによって、先行の段階
で燃焼を行なったセルが該圧縮空気によって連続的に冷
却されるからである。
【０００９】最後に念のために、セルロータへの流入口
及び該セルロータからの流出口の配置構成に基づく本発
明の別の利点を付記しておく。すなわち圧縮機側にロー
タセルへの流入口が、またタービン側にタービンへの供
給口が位置していることである。従って、圧力ガスの供
給が問題になる場合、タービンを高圧負荷すると共にタ
ービンを低圧負荷することも本発明によって容易に可能
になる。この最後に述べた低圧負荷の点に関しては一般
に、タービン群は多岐に分岐した導管系を用いないで済
むと云うことができ、これによって多数の構造上の問題
が生じることは全くない。
及び該セルロータからの流出口の配置構成に基づく本発
明の別の利点を付記しておく。すなわち圧縮機側にロー
タセルへの流入口が、またタービン側にタービンへの供
給口が位置していることである。従って、圧力ガスの供
給が問題になる場合、タービンを高圧負荷すると共にタ
ービンを低圧負荷することも本発明によって容易に可能
になる。この最後に述べた低圧負荷の点に関しては一般
に、タービン群は多岐に分岐した導管系を用いないで済
むと云うことができ、これによって多数の構造上の問題
が生じることは全くない。
【００１０】本発明の課題を解決するための有利な合目
的的な構成は請求項２以降に記載した通りである。
的的な構成は請求項２以降に記載した通りである。
【００１１】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説す
る。
る。
【００１２】但し、本発明を理解する上で直接必要とし
ない構成エレメントはすべてその図示を省き、諸流動媒
体の流動方向は矢印で示した。また諸図面において同一
の構成エレメントには夫々同一の符号を付して示した。
ない構成エレメントはすべてその図示を省き、諸流動媒
体の流動方向は矢印で示した。また諸図面において同一
の構成エレメントには夫々同一の符号を付して示した。
【００１３】図１では、圧力波機械の組み込まれたガス
タービン群の概略図が示されている。ガスタービン群は
圧縮機１、高圧タービン３、低圧タービン４及び、ガス
タービン群に連結された発電用のジェネレータ５から成
っている。圧縮機１と高圧タービン３との間に配置され
た圧力波機械２は燃焼室として働く。吸気６は圧縮機１
内で圧縮機空気に変換される。該圧縮機空気は先ず前混
合通路７内へ流れ込み、該前混合通路内で圧縮機空気に
は燃料１１が混合され、次いで、こうして生じた空燃混
合気１２は圧力波機械２内へ流入する。圧力波機械２内
では、図２に基づいてなお詳細に説明することになるよ
うな動作行程が進行する。この動作行程に基づいて高圧
駆動ガスと低圧駆動ガスが生じる。高圧駆動ガスが高圧
駆動ガス導管８を介して高圧タービン３を負荷するのに
対して、部分的に膨張された高熱ガスの残余部分は低圧
駆動ガスとして、殊に有利には独自の低圧駆動ガス導管
９を介して低圧タービン４へ導かれ、この場合低圧ター
ビン４は全タービンの低圧段であってもよい。膨張した
駆動ガスは次いで、最終的に負荷されたタービン段から
排ガス１０として流出し、その場合、該排ガスに内在し
ているポテンシャル、特に熱力学ポテンシャルは、付属
燃焼炉を装備した又は装備しない複式タービン設備のよ
うな、前記ガスタービン群に後置された蒸気タービンを
稼働させるための生蒸気調製に利用することができる。
タービン群の概略図が示されている。ガスタービン群は
圧縮機１、高圧タービン３、低圧タービン４及び、ガス
タービン群に連結された発電用のジェネレータ５から成
っている。圧縮機１と高圧タービン３との間に配置され
た圧力波機械２は燃焼室として働く。吸気６は圧縮機１
内で圧縮機空気に変換される。該圧縮機空気は先ず前混
合通路７内へ流れ込み、該前混合通路内で圧縮機空気に
は燃料１１が混合され、次いで、こうして生じた空燃混
合気１２は圧力波機械２内へ流入する。圧力波機械２内
では、図２に基づいてなお詳細に説明することになるよ
うな動作行程が進行する。この動作行程に基づいて高圧
駆動ガスと低圧駆動ガスが生じる。高圧駆動ガスが高圧
駆動ガス導管８を介して高圧タービン３を負荷するのに
対して、部分的に膨張された高熱ガスの残余部分は低圧
駆動ガスとして、殊に有利には独自の低圧駆動ガス導管
９を介して低圧タービン４へ導かれ、この場合低圧ター
ビン４は全タービンの低圧段であってもよい。膨張した
駆動ガスは次いで、最終的に負荷されたタービン段から
排ガス１０として流出し、その場合、該排ガスに内在し
ているポテンシャル、特に熱力学ポテンシャルは、付属
燃焼炉を装備した又は装備しない複式タービン設備のよ
うな、前記ガスタービン群に後置された蒸気タービンを
稼働させるための生蒸気調製に利用することができる。
【００１４】図２には、圧力波プロセス並びに定容積の
燃焼プロセスを説明する上で必要とする範囲内でセルロ
ータ１３の概略展開図が示されており、この場合の出発
点はセルロータ１３が回転中であるものとする。図面で
はセルロータ１３については個々のセル１３ａしか示さ
れていないが、これらのセル１３ａはセルロータ１３の
回転方向１３ｂに対して直角に延びている。勿論これら
のセルは、例えば欧州特許第０２１２１８１号明細書に
記載されているようにセルロータの回転方向に対して斜
向配置されていてもよく、従ってセルロータの斜向配置
に関連した説明の必要がある場合には前掲の欧州特許明
細書の説明を参照する。前記セルロータ１３自体は、ご
く概略的に示したに過ぎないケーシング１９，２０内で
極めて小さな遊びをもって回転し、しかも該ケーシング
１９，２０の両方のロータ寄り端面には種々の通路７，
８，９が貫通している。図２には個々の動作行程が略示
されており、セルロータ１３の１回転当り複数の動作行
程を問題なく行なわせることが可能である。すなわちセ
ルロータ１３の均等な温度分布を得るために、殊に有利
には少なくとも２つの動作行程が、１回のプロセスサイ
クル中に対称的に行なうように構成される。従って以下
の説明においては当該動作行程の図示の一方のサイクル
部分だけを説明する。圧縮機１から到来する圧縮機空気
は、空燃混合気１２がロータセル１３ａの作用域内に達
する前に、前混合通路７内で燃料１１に混合される。要
するに前記空燃混合気１２は前混合通路７の出口を通っ
てセル１３ａ内へ流入する訳である。この場合、前混合
通路７に沿って摺接回転するセル１３ａは、該前混合通
路で生成する圧縮機空気と燃料１１とから成る所定量の
空燃混合気１２を受け取る。空燃混合気の定量充填を保
証するために、セル１３ａの充填は、ケーシング１９内
の前混合通路７の閉鎖縁１９ａによって決定される。ケ
ーシング１９の一方の閉鎖縁１９ａとケーシング２０の
他方の閉鎖縁２０ａとの間の接続ラインは衝撃波１８の
経過を示し、圧縮行程Ａの境界を規定している。セル１
３ａ内に取り入れられた定容量の空燃混合気１２の点火
が次いで、両ケーシング１９，２０によって端面側の閉
鎖されたセルロータ１３に沿って行なわれ、該点火は１
列の点火ループ（図示せず）によって行なうのが殊に有
利である。また別の点火手段を講じることも勿論可能で
ある。定容積の各セル１３ａ内における燃焼行程Ｂの開
始に基づいて発生する駆動ガスは、これに続くサイクル
部分において高圧駆動ガス導管８を通って高圧タービン
３（図１も併せて参照のこと）内に達する。該高圧ター
ビン３は、両膨張波１４と１５との間で発生する全駆動
ガス量の一部分、すなわち高圧域Ｃに相当する部分でも
って負荷される。ケーシング１９内に設けられている前
混合通路７の開放縁１９ｂ及びケーシング２０内に設け
られている低圧駆動ガス導管９の開放縁２０ｂに達する
まで駆動ガスは、膨張波１５と１６との間で圧力ｐ２か
ら圧力ｐ１に膨張し、図面では膨張域Ｄ内における前記
膨張は、漸増的に疎隔していく流線によってシンボリッ
クに示されている。この部分的に膨張した駆動ガスは次
いで低圧駆動ガス導管９を通って低圧タービン４へ流れ
る（図１参照）。この低圧域Ｅは媒体境界１７によって
区画されており、該媒体境界は、前混合通路７の開放縁
１９ｂから低圧駆動導管９の閉鎖縁２０ａへと延びてい
る。次いで前述に相応して摺接回転するセル１３ａが前
混合通路７を介して空燃混合気１２で充填されることに
よって、新たなサイクル段階が始まる。従って個々のセ
ル１３ａ自体が夫々、低容積によって特徴づけられた「
ミニ燃焼室」を構成することになり、該ミニ燃焼室は、
ガスタービン群の最大負荷時に該ミニ燃焼室内で生じた
駆動ガスが高圧タービンの入口に配置されている動翼・
静翼装置の最高許容限界温度を超えないように設計され
なければならない。高圧タービンを出たあと、部分的に
膨張されかつこれに相応して冷却された駆動ガスを必要
に応じて低圧タービンへの駆動ガスに添加混合すること
を可能にする切換え回路又は切換え手段を設けるのが有
利であり、しかもこの場合常に、前記添加混合の結果生
じる熱力学ポテンシャルの点で富化された駆動ガス混合
気自体も、やはり低圧タービンの第１段の限界温度を上
回らないようにすることが肝要である。このような切換
え回路又は切換え手段は図２には示されていない。 ガスタービンがなお中圧段部を有しているような場合に
は、当該タービン部分の負荷は前記のように同等の方式
で行なわれる。このような設計の最終的な目的は常に、
ガスタービンのためにカルノー・サイクルの等温膨張へ
の大まかな近似を得ることに他ならない。
燃焼プロセスを説明する上で必要とする範囲内でセルロ
ータ１３の概略展開図が示されており、この場合の出発
点はセルロータ１３が回転中であるものとする。図面で
はセルロータ１３については個々のセル１３ａしか示さ
れていないが、これらのセル１３ａはセルロータ１３の
回転方向１３ｂに対して直角に延びている。勿論これら
のセルは、例えば欧州特許第０２１２１８１号明細書に
記載されているようにセルロータの回転方向に対して斜
向配置されていてもよく、従ってセルロータの斜向配置
に関連した説明の必要がある場合には前掲の欧州特許明
細書の説明を参照する。前記セルロータ１３自体は、ご
く概略的に示したに過ぎないケーシング１９，２０内で
極めて小さな遊びをもって回転し、しかも該ケーシング
１９，２０の両方のロータ寄り端面には種々の通路７，
８，９が貫通している。図２には個々の動作行程が略示
されており、セルロータ１３の１回転当り複数の動作行
程を問題なく行なわせることが可能である。すなわちセ
ルロータ１３の均等な温度分布を得るために、殊に有利
には少なくとも２つの動作行程が、１回のプロセスサイ
クル中に対称的に行なうように構成される。従って以下
の説明においては当該動作行程の図示の一方のサイクル
部分だけを説明する。圧縮機１から到来する圧縮機空気
は、空燃混合気１２がロータセル１３ａの作用域内に達
する前に、前混合通路７内で燃料１１に混合される。要
するに前記空燃混合気１２は前混合通路７の出口を通っ
てセル１３ａ内へ流入する訳である。この場合、前混合
通路７に沿って摺接回転するセル１３ａは、該前混合通
路で生成する圧縮機空気と燃料１１とから成る所定量の
空燃混合気１２を受け取る。空燃混合気の定量充填を保
証するために、セル１３ａの充填は、ケーシング１９内
の前混合通路７の閉鎖縁１９ａによって決定される。ケ
ーシング１９の一方の閉鎖縁１９ａとケーシング２０の
他方の閉鎖縁２０ａとの間の接続ラインは衝撃波１８の
経過を示し、圧縮行程Ａの境界を規定している。セル１
３ａ内に取り入れられた定容量の空燃混合気１２の点火
が次いで、両ケーシング１９，２０によって端面側の閉
鎖されたセルロータ１３に沿って行なわれ、該点火は１
列の点火ループ（図示せず）によって行なうのが殊に有
利である。また別の点火手段を講じることも勿論可能で
ある。定容積の各セル１３ａ内における燃焼行程Ｂの開
始に基づいて発生する駆動ガスは、これに続くサイクル
部分において高圧駆動ガス導管８を通って高圧タービン
３（図１も併せて参照のこと）内に達する。該高圧ター
ビン３は、両膨張波１４と１５との間で発生する全駆動
ガス量の一部分、すなわち高圧域Ｃに相当する部分でも
って負荷される。ケーシング１９内に設けられている前
混合通路７の開放縁１９ｂ及びケーシング２０内に設け
られている低圧駆動ガス導管９の開放縁２０ｂに達する
まで駆動ガスは、膨張波１５と１６との間で圧力ｐ２か
ら圧力ｐ１に膨張し、図面では膨張域Ｄ内における前記
膨張は、漸増的に疎隔していく流線によってシンボリッ
クに示されている。この部分的に膨張した駆動ガスは次
いで低圧駆動ガス導管９を通って低圧タービン４へ流れ
る（図１参照）。この低圧域Ｅは媒体境界１７によって
区画されており、該媒体境界は、前混合通路７の開放縁
１９ｂから低圧駆動導管９の閉鎖縁２０ａへと延びてい
る。次いで前述に相応して摺接回転するセル１３ａが前
混合通路７を介して空燃混合気１２で充填されることに
よって、新たなサイクル段階が始まる。従って個々のセ
ル１３ａ自体が夫々、低容積によって特徴づけられた「
ミニ燃焼室」を構成することになり、該ミニ燃焼室は、
ガスタービン群の最大負荷時に該ミニ燃焼室内で生じた
駆動ガスが高圧タービンの入口に配置されている動翼・
静翼装置の最高許容限界温度を超えないように設計され
なければならない。高圧タービンを出たあと、部分的に
膨張されかつこれに相応して冷却された駆動ガスを必要
に応じて低圧タービンへの駆動ガスに添加混合すること
を可能にする切換え回路又は切換え手段を設けるのが有
利であり、しかもこの場合常に、前記添加混合の結果生
じる熱力学ポテンシャルの点で富化された駆動ガス混合
気自体も、やはり低圧タービンの第１段の限界温度を上
回らないようにすることが肝要である。このような切換
え回路又は切換え手段は図２には示されていない。 ガスタービンがなお中圧段部を有しているような場合に
は、当該タービン部分の負荷は前記のように同等の方式
で行なわれる。このような設計の最終的な目的は常に、
ガスタービンのためにカルノー・サイクルの等温膨張へ
の大まかな近似を得ることに他ならない。
【００１５】図３にはガスタービン群の断面図が示され
ている。圧縮機１、燃料供給部１１を含む前混合通路７
、セル１３ａを有するセルロータ１３、該セルロータ１
３の下流側に配置された高圧タービン３及び低圧タービ
ン４が図示されている。図３の実施例では、図２の出発
位置とは異なって回転不能の固定的なセルロータ１３の
構成が示されている。個々のセル１３ａへの圧縮機空気
の導入は、圧縮機１の下流側で回転する制御ディスク２
１によって引き受けられ、該制御ディスクは、流動方向
で前混合通路７の一部を成す所定数の制御ポートを有し
、該制御ポート数は、すでに図２について説明したよう
に、プロセスサイクル数に等しい。セルロータ１３の下
流側には回転する回転制御ディスク２２が作用し、該制
御ディスクも、所属のタービンへ向かって駆動ガスを通
流させる所定数の制御ポートを有している。自ずから明
らかなように、該制御ディスク２２はプロセスサイクル
当り、公知のタービンに相応した複数の制御ポートを有
していなければならない。更に又、高圧駆動ガス導管８
の一部分及び低圧駆動ガス導管９の一部分を成す制御ポ
ートが、各タービンの負荷条件を駆動ガス量の点で満た
すように設計されていなければならないのは明らかであ
る。更に図３には、個々のタービンの負荷を如何にして
導管系なしに行なえるかが示されている。制御ディスク
２２内の複数の制御ポートは逆向きの流動路傾斜を有し
、しかも各制御ポートは各タービンへの流れ導入部と連
通している。すでに前述したように、制御ディスクを固
定配置することも勿論容易に可能である。このような場
合には、図２に関して説明したようにセルロータ１３が
回転することになり、この場合圧力波の点及び燃焼技術
の点でのプロセス自体は何の変化もない。
ている。圧縮機１、燃料供給部１１を含む前混合通路７
、セル１３ａを有するセルロータ１３、該セルロータ１
３の下流側に配置された高圧タービン３及び低圧タービ
ン４が図示されている。図３の実施例では、図２の出発
位置とは異なって回転不能の固定的なセルロータ１３の
構成が示されている。個々のセル１３ａへの圧縮機空気
の導入は、圧縮機１の下流側で回転する制御ディスク２
１によって引き受けられ、該制御ディスクは、流動方向
で前混合通路７の一部を成す所定数の制御ポートを有し
、該制御ポート数は、すでに図２について説明したよう
に、プロセスサイクル数に等しい。セルロータ１３の下
流側には回転する回転制御ディスク２２が作用し、該制
御ディスクも、所属のタービンへ向かって駆動ガスを通
流させる所定数の制御ポートを有している。自ずから明
らかなように、該制御ディスク２２はプロセスサイクル
当り、公知のタービンに相応した複数の制御ポートを有
していなければならない。更に又、高圧駆動ガス導管８
の一部分及び低圧駆動ガス導管９の一部分を成す制御ポ
ートが、各タービンの負荷条件を駆動ガス量の点で満た
すように設計されていなければならないのは明らかであ
る。更に図３には、個々のタービンの負荷を如何にして
導管系なしに行なえるかが示されている。制御ディスク
２２内の複数の制御ポートは逆向きの流動路傾斜を有し
、しかも各制御ポートは各タービンへの流れ導入部と連
通している。すでに前述したように、制御ディスクを固
定配置することも勿論容易に可能である。このような場
合には、図２に関して説明したようにセルロータ１３が
回転することになり、この場合圧力波の点及び燃焼技術
の点でのプロセス自体は何の変化もない。
【００１６】図４には圧力波機械の上流側で作用する制
御ディスク２１が示されており、該制御ディスク内には
、この場合セルロータ１３の展開図で見て２つのプロセ
スサイクルが生じるという事実に相応して２つの制御ポ
ート２１ａ，２１ｂが設けられている。制御ポートの設
計は、各セル１３ａ当り必要とされるガス量を基準とし
て決まる。この場合、流動に特有のパラメータ、例えば
殊にセルロータの回転速度、圧縮機空気の流動量及び駆
動ガスの流動量などにも関連してくるのは勿論である。
御ディスク２１が示されており、該制御ディスク内には
、この場合セルロータ１３の展開図で見て２つのプロセ
スサイクルが生じるという事実に相応して２つの制御ポ
ート２１ａ，２１ｂが設けられている。制御ポートの設
計は、各セル１３ａ当り必要とされるガス量を基準とし
て決まる。この場合、流動に特有のパラメータ、例えば
殊にセルロータの回転速度、圧縮機空気の流動量及び駆
動ガスの流動量などにも関連してくるのは勿論である。
【００１７】図５には圧力機械の下流側で作用する別の
制御ディスク２２が示されている。該制御ディスク２２
に穿設された制御ポート２２ａと２２ｂは高圧駆動ガス
導管８に、また制御ポート２２ｃと２２ｄは低圧駆動ガ
ス導管９に開口している。その作用態様は前述の場合と
同一である。
制御ディスク２２が示されている。該制御ディスク２２
に穿設された制御ポート２２ａと２２ｂは高圧駆動ガス
導管８に、また制御ポート２２ｃと２２ｄは低圧駆動ガ
ス導管９に開口している。その作用態様は前述の場合と
同一である。
【図１】圧力波機械を燃焼室として組み込んだガスター
ビン群の概略図である。
ビン群の概略図である。
【図２】圧力波動作経過及び定容量時における燃焼と共
に示したセルロータの概略展開図である。
に示したセルロータの概略展開図である。
【図３】ガスタービン群の軸方向断面図である。
【図４】圧縮機の下流側及び圧力波機械の上流側に位置
する制御ディスクの平面図である。
する制御ディスクの平面図である。
【図５】圧力波機械の下流側及びタービンの上流側に位
置する制御ディスクの平面図である。
置する制御ディスクの平面図である。
１ 圧縮機、 ２ 圧力波機械、 ３
高圧タービン、 ４ 低圧タービン、
５ ジェネレータ、 ６ 吸気、
７ 圧縮機空気又は前混合通路、 ８
高圧駆動ガス導管、 ９ 低圧駆動ガス導管
、 １０ 排ガス、 １１ 燃料又は
燃料供給部、 １２ 空燃混合気、 １３
セルロータ、 １３ａ セル、 １３
ｂ セルロータの回転方向、 １４，１５，１
６ 膨張波、 １７ 媒体境界、 １
８ 衝撃波、 １９ ケーシング、
１９ａ 前混合通路の閉鎖縁、 １９ｂ
前混合通路の開放縁、 ２０ケーシング、 ２０
ａ 低圧駆動ガス導管の閉鎖縁、 ２０ｂ
低圧駆動ガス導管の開放縁、 ２１ 制御
ディスク、 ２１ａ，２１ｂ 制御ポート、２
２ 制御ディスク、 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
，２２ｄ 制御ポート、 Ａ 圧縮行程
、 Ｂ 燃焼行程、 Ｃ 高圧域、
Ｄ 膨張域、 Ｅ 低圧域
高圧タービン、 ４ 低圧タービン、
５ ジェネレータ、 ６ 吸気、
７ 圧縮機空気又は前混合通路、 ８
高圧駆動ガス導管、 ９ 低圧駆動ガス導管
、 １０ 排ガス、 １１ 燃料又は
燃料供給部、 １２ 空燃混合気、 １３
セルロータ、 １３ａ セル、 １３
ｂ セルロータの回転方向、 １４，１５，１
６ 膨張波、 １７ 媒体境界、 １
８ 衝撃波、 １９ ケーシング、
１９ａ 前混合通路の閉鎖縁、 １９ｂ
前混合通路の開放縁、 ２０ケーシング、 ２０
ａ 低圧駆動ガス導管の閉鎖縁、 ２０ｂ
低圧駆動ガス導管の開放縁、 ２１ 制御
ディスク、 ２１ａ，２１ｂ 制御ポート、２
２ 制御ディスク、 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
，２２ｄ 制御ポート、 Ａ 圧縮行程
、 Ｂ 燃焼行程、 Ｃ 高圧域、
Ｄ 膨張域、 Ｅ 低圧域
Claims (5)
- 【請求項１】 実質的に、少なくとも１つの圧縮機と
、少なくとも１つの燃焼室と、少なくとも１つのタービ
ンと、少なくとも１つのジェネレータとから成るガスタ
ービン群において、燃焼室が、圧縮機（１）とタービン
（３，４）との間に配置された圧力波機械（２）であり
、該圧力波機械（２）が実質的に、周方向で所定数配置
されたロータセル（１３ａ）を有するセルロータ（１３
）と、該セルロータ（１３）の全周及び両端面を内包す
るケーシング（１９，２０）とから成り、該ケーシング
（１９，２０）が、少なくとも１つの通路（７）を介し
て圧縮機（１）に、また少なくとも１つの別の通路（８
，９）を介してタービン（３，４）に接続されているこ
とを特徴とする、ガスタービン群。 - 【請求項２】 セルロータ（１３）が圧縮機（１）及
び／又はタービン（３，４）の共通の軸線を中心として
回転可能に配置されており、前記セルロータ（１３）の
両端部の圧縮機側とタービン側とに夫々１つの固定的な
制御ディスクが配置されており、該制御ディスクがロー
タセル（１３ａ）の平面内に制御ポートを有している、
請求項１記載のガスタービン群。 - 【請求項３】 セルロータ（１３）が固定的に配置さ
れており、前記セルロータ（１３）の両端部の圧縮機側
とタービン側とに夫々１つの回転可能な制御ディスク（
２１，２２）が配置されており、該制御ディスク（２１
，２２）がロータセル（１３ａ）の平面内に制御ポート
（２１ａ，２１ｂ；２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ）
を有している、請求項１記載のガスタービン群。 - 【請求項４】 固定的な制御ディスク又は回転可能な
制御ディスクにおける制御ポートの数が、圧縮機側では
セルロータの展開図で見たプロセスサイクル数に合致し
、またタービン側では前記プロセスサイクル数と、セル
ロータ（１３）に後置されたタービンの数との積に合致
している、請求項１から３までのいずれか１項記載のガ
スタービン群。 - 【請求項５】 請求項１記載のガスタービン群の運転
法において、圧縮機（１）内で圧縮調製された圧縮機空
気を、圧力波機械（２）内への流入前に燃料（１１）と
混合し、空燃混合気（１２）をロータセル（１３ａ）内
へ導き入れ、該空燃混合気（１２）を、個々のロータセ
ル（１３ａ）の大きさによって表示された定容積の状態
で点火・燃焼させ、かつタービン（３，４）を、前記燃
焼に基づいてロータセル（１３ａ）内で生成する駆動ガ
ス（８，９）によって負荷することを特徴とする、ガス
タービン群の運転法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH73591 | 1991-03-12 | ||
| CH735/91-6 | 1991-03-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04320718A true JPH04320718A (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=4193977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4051404A Pending JPH04320718A (ja) | 1991-03-12 | 1992-03-10 | ガスタービン群並びにその運転法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0503277A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04320718A (ja) |
| CA (1) | CA2061169A1 (ja) |
| DE (1) | DE4113680A1 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005520085A (ja) * | 2002-03-14 | 2005-07-07 | ニュートン・プロパルション・テクノロジーズ・リミテッド | ガスタービンエンジンシステム |
| US7448200B2 (en) | 2005-03-24 | 2008-11-11 | United Technologies Corporation | Pulse combustion device |
| US7621116B2 (en) | 2003-08-31 | 2009-11-24 | Newton Propulsion Technologies, Ltd. | Gas turbine engine system |
| JP2012511113A (ja) * | 2009-09-15 | 2012-05-17 | ベンテラー アウトモビールテヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ガスダイナミックな圧力波機械 |
| JP2022520878A (ja) * | 2019-02-20 | 2022-04-01 | グリーン エンジン リミテッド ライアビリティ カンパニー | 回転式内燃機関 |
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| DE4220273A1 (de) * | 1992-06-20 | 1993-12-23 | Asea Brown Boveri | Gasturbinen-Anlage |
| DE4234248A1 (de) * | 1992-10-10 | 1994-04-14 | Asea Brown Boveri | Gasturbogruppe |
| DE4241613A1 (de) * | 1992-12-10 | 1994-06-16 | Asea Brown Boveri | Flugtriebwerk und Verfahren zum Betrieb des Flugtriebwerkes |
| CH687827A5 (de) * | 1993-04-08 | 1997-02-28 | Asea Brown Boveri | Gasturbinenanlage mit einer Druckwellenmaschine. |
| DE4421990A1 (de) * | 1994-06-23 | 1996-01-04 | Abb Research Ltd | Druckwellenmaschine mit integrierter Verbrennung |
| DE10326435A1 (de) * | 2003-06-10 | 2004-12-30 | Helmut Obieglo | Isochorkammer |
| US7500348B2 (en) * | 2005-03-24 | 2009-03-10 | United Technologies Corporation | Pulse combustion device |
| EP3056713B1 (en) | 2015-02-11 | 2017-10-25 | Rolls-Royce North American Technologies, Inc. | Exhaust mixer for wave rotor assembly |
| RU2610362C1 (ru) * | 2015-10-06 | 2017-02-09 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Способ работы и устройство блока пульсирующих камер сгорания |
| RU2674091C1 (ru) * | 2017-10-30 | 2018-12-04 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Пульсирующий турбореактивный двигатель |
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| DE850087C (de) * | 1945-02-27 | 1952-09-22 | Maschf Augsburg Nuernberg Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines gasfoermigen Treib-mittels, insbesondere fuer Turbinen |
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| US2705867A (en) * | 1949-06-30 | 1955-04-12 | Curtiss Wright Corp | Engine having a rotor with a plurality of circumferentially-spaced combustion chambers |
| DE955558C (de) * | 1952-04-20 | 1957-01-03 | Max Adolf Mueller Dipl Ing | Strahltriebwerk |
| US2937498A (en) * | 1953-01-13 | 1960-05-24 | Fritz A F Schmidt | Mechanically controlled multistage combustion chambers for gas-impulsetype engines and improved discharge control therefor |
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| CH669432A5 (ja) * | 1984-09-28 | 1989-03-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| CH668807A5 (de) * | 1985-07-31 | 1989-01-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | Gasturbine mit einer druckwellenmaschine als hochdruckverdichterteil. |
-
1991
- 1991-04-26 DE DE4113680A patent/DE4113680A1/de not_active Withdrawn
-
1992
- 1992-02-08 EP EP92102114A patent/EP0503277A1/de not_active Withdrawn
- 1992-02-13 CA CA002061169A patent/CA2061169A1/en not_active Abandoned
- 1992-03-10 JP JP4051404A patent/JPH04320718A/ja active Pending
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Also Published As
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|---|---|
| CA2061169A1 (en) | 1992-09-13 |
| DE4113680A1 (de) | 1992-09-17 |
| EP0503277A1 (de) | 1992-09-16 |
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