Maschinenaggregat zum Antrieb eines Propellers. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinenaggregat zum Antrieb eines Pro pellers, beispielsweise von Schiffen oder Luftfahrzeugen.
Gemäss der Erfindung besitzt das Aggre gat eine gegenläufige Gasturbine, deren eine Welle einen Kompressor und deren andere Welle einen Propeller antreibt. Vorzugs@veise ist hierbei die eine Welle der Gasturbine mit der Welle .des Kompressors unmittelbar ver bunden, während die andere Welle der Gas turbine durch ein die Geschwindigkeit der Turbine herabminderndes Zahnradgetriebe mit der Propellerwelle verbunden ist.
Ein Aggregat gemäss der Erfindung nimmt sehr wenig Platz in Anspruch und hat - besonders im Vergleich zu Dampf maschinen- und. Dieselmotoranlagen - ein sehr geringes Gewicht. Ferner hat das Aggregat gemäss der Erfindung einen guten Wirkungsgrad und besitzt hervorragende Manövriereigensehaften. Ein besonders gro sser Vorteil besteht ferner darin, dass durch die Anordnung des Kompressors und des Propellers auf veschiedenen,
untereinander nicht mechanisch zusammengekuppelten Wellen die Drehgeschwindigkeiten derselben voneinander unabhängig werden und dem zufolge individuell und unabhängig schwan ken können. Hierdurch wird ermöglicht, dass ,der Kompressorteil sich stets für diejenige Drehzahl einstellen kann, welche den Druck und die Luftmenge liefert, die auf Grund der Belastung der Propellerwelle jeweils er forderlich ist.
Um ein Aggregat zu erhalten, das seit wärts wenig Platz in Anspruch nimmt, kann dessen Gasturbine in einer radial beauf- sehlagten, gegenläufigen Turbine bestehen, auf deren Wellen Propeller und Kompres soren angeordnet sind. Auf derselben geo metrischen Achse wie die Turbinenwellen sind zweckmässigerweise auch die andern Ma schinenteile bezw. Maschinen angeordnet, wie Getriebe, Generatoren usw.
Die Turbine des Aggregates kann von einem Gase getrieben werden, das aus hochverdichteter Luft be steht, welche vor ihrem Eintritt in die Tur bine einer Erhitzung bei gleichem Druck, das heisst einer Erhitzung ohne Druckverän derung, beispielsweise -durch innere Verbren nung, unterworfen wird. Das Treibmittel kann aber auch aus einem in beliebiger Weise erzeugten Gase bestehen.
Bei Luftfahrzeugen sind Gasturbine, so wie von .dieser getriebene Maschinenteile zweckmässig in einem gemeinsamen, nach Stromlinien ausgeformten Gehäuse angeord net.
In den beigefügten Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine für Schiffsantrieb zweckmässige Ausführungsform der Erfin- ,dung; Fig. Ja zeigt eine Einzelheit von Fig. 1; Fig. 2 zeigt eine etwas veränderte Aus- führungsform für Schiffe; Fig. 3; zeigt eine für Luftfahrzeuge zweckmässige Ausführungsform;
Fig. 4 bis 7- zeigen etwas veränderte Aus- führungsformen für Luftfahrzeuge; Fig. 8 und 9 zeigen. schematisch einige weitere Ausführungsformen.
Das Aggregat gemäss Fig. 1 besitzt eine gegenläufige Gasturbine 10 mit radialer Durchströmung .des Treibmittels. Die eine Welle, 12, der mit einem Gehäuse 13 ver- sehenen Gasturbine ist mit einer Urelle 14, die den Rotor 15 eines Kompressors 16 trägt, verbunden. Die andere Welle, 11, ist ausschaltbar mittelst einer Kupplung .34 mit einer Welle 17 verbunden, auf welcher der Rotor 18,des Kompressors 19 angeordnet ist.
Die Wellen 11 und 12 tragen je ein Kit zel 20 bezw. 2.1, von denen das Kitzel 20 mit einem auf der Welle 93 angeordneten Zahnrad 22 zusammenwirkt.
Die Welle 23 trägt zwei Kitzel 24 und 25, die mit .den Zahnrändern 26 bezw. 27, die auf der den Propeller 29 tragenden. oder mit der Pro pellerwelle zusammengekuppelten Welle 28 angeordnet sind, in. Eingriff stehen. Die Zwischenwelle <B>23</B> trägt ferner ein Zahnrad 30, das mit einem zur Umsteuerung der Dreh riehtung dienenden Zahnrad 31 in Eingriff steht,
welch letzteres wiederum mit dem auf der Welle 12 angeordneten Ritzel 21 in Ein griff steht. Sämtliche Ritzel und Zahnräder sind mit ihren Wellen fest verbunden, und .die Bewegungen der beiden in entgegenge setzter Richtung umlaufenden Wellen 11 und 12 werden auf dieselbe Zwischenwelle 23 übertragen.
Auf der Welle 14 ist .das Laufrad einer achsial beaufschlagten Rücklaufturbine 32 fliegend angeordnet, das zweickmässigerweise vermittelst einer Klauenkupplung oder der gleichen 33 von der Welle 14 abgekuppelt werden kann. Auch die Welle 17 kann ver- mittelst einer ähnlichen Kupplung 34 mit der Turbinenwelle 11 zusammengekuppelt und von derselben losgekuppelt werden.
Der Kompressor 1,6 ist miti einer Zu laufleitung 35 für das zu komprimierende Mittel, zweckmässigerweise Luft, und mit einer Ablassleitung 37 versehen. In die Zu laufleitung 35 ist ein Ventil 36 eingeschaltet. Der Kompressor 19 ist, mit einer Zufuhr leitung 38 und einer Ablaufleitung 39 ver sehen, .die an den Einlass 35 .des Kompressors 16 angeschlossen ist.
Das Aggregat besitzt ferner eine zweite gegenläufige Gasturbine 40 mit radialer Durehströmung des Treibmittels. Die Wellen 41 und 42 dieser Turbine treiben zwei Kom pressoren 44 bezw. 43. Die Leitung 3 7 führt das im Kompressor 16 komprimierte Mittel dem Zufuhrteil des Kompressors 43 zu. Nachdem dieses Mittel in .dem Kompres sor 43 weiter komprimiert worden ist, wird es durch die Leitung 45 abgeführt, um im Kompressor 44, der den r'Iochdruckkompres- sor des Aggregates bildet, einer weiteren Kompression unterworfen zu werden.
Das bis zu seinem Enddruck komprimierte Mittel wird vom Kompressor 44 durch die Leitung 46 einem Vorwärmer 47, zweckmässig von rekuperativer Bauart, zugeführt, in welchem dem komprimierten Mittel durch die Abgabe ,der Turbine 10 Wärme zugeführt wird. Der Auslass der Turbine<B>10</B> ist zu .diesem Zwecke vermittelst einer Leitung 48 mit dem Appa rat 47 verbunden.
Nachdem das komprimierte Mittel im Apparat 47 vorgewärmt worden ist, wird es durch eine Leitung 50 einer Verbrennungs kammer 49 zugeführt. wo das Mittel durch innere; Verbrennung einer Erhitzung unter worfen wird. Der Brennstoff, gewöhnlich COl, wird dem Apparat durch die Düse 51 zugeführt und. verbrennt in dem kompri mierten Mittel, wobei, falls dieses Mittel Luft ist, .diese den für die Verbrennung er forderlichen Sauerstoff abgibt.
Für die Erhitzung kann jeder beliebige Brennstoff, zum Beispiel Spiritus, Benzin, Petroleum, Kohlenstaub oder Rohöl verwen det werden.
Die im Apparat 49 gebildeten Verbren nungsgase werden durch die Leitung 52 der als Hochdruckturbine arbeitenden Gasturbine 40 zugeführt. In dieser Turbine erfährt das Gas eine Expansion unter Erniedrigung seiner Temperatur. Der Auslassteil der Tur bine ist mit einem Wiedererwärmungsappa- rat oder einer zweiten Verbrennungskammer 53 verbunden, wo die Gase durch Verbren nung des durch die Düse 54 zugeführten Brennstoffes wieder erwärmt werden.
Hierbei wird - falls das verdichtete Mittel Luft ist. - der nach der Verbrennung im Appa rat 49 noch übrigbleibende Sauerstoff völlig oder teilweise verbraucht. Der Auslassteil der Verbrennungskammer 53 ist vermittelst einer Leitung 55 mit. dem Zufuhrteil der Turbine 10, und vermittelst einer Leitung 57 mit dem Zufuhrteil der Rücklaufturbine 32 verbun den.
In der Leitung 55 ist ein Ventil 56 und in der Leitung 57 ein Ventil 58 ange ordnet, vermittelst welcher Ventile die im Apparate 53 erhitzten Gase entweder der Niederdruckturbine 10 oder der Rücklauf turbine 32 zugeführt werden können.
Die Abgase der Turbine 10 werden in vorher be schriebener Weise durch die Leitung 48 dem Regenerator 47 zugeführt. Auch die Ab gase der Rücklaufturbine können diesem Ap parat 47 zugeführt werden, werden jedoch bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs- form, in der Rückwärtsbetrieb seltener vor kommt, direkt in die freie Luft ausgelassen.
In diesem Aggregat erfährt beispiels weise Luft von atmosphärischem Druck zu erst eine stufenweise Kompression in den Kompressoren 16, 43 und 44, wobei das Ven til 36 offen steht, und darnach eine Vor wärmung im Apparat 47 und eine Erhitzung in :der Verbrennungskammer 49, ehe das der art: erzeugte Treibmittel der die Kompres soren 43 und 44 treibenden Hochdruckturbine 40 zugeführt wird. Nach Expansion und Ab kühlung in dieser Turbine wird das Treib mittel einer Wiedererhitzung in der Verbren nungskammer 53 unterzogen.
Bei Vorwärts betrieb, wobei das Ventil 58 geschlossen und das Ventil 56 offen ist, werden die Gase in ,der Niederdruekturbine 10 wieder einer Ex pansion unter Temperaturerniedrigung unter zogen; die Abgase dieser Turbine strömen darnach wieder zum Regenerator 47.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Ritzel 20 und 21 fest auf den beiden Wellen der Turbine<B>10</B> angeordnet und stehen stets mit. den mit ihnen zusammen wirkenden Rädern in Eingriff. Hierdurch erhalten die beiden in entgegengesetzter Richtung umlaufenden Wellen der Turbine immer dieselbe Drehgeschwindigkeit, wel cher der Drehgeschwindigkeit der Propeller welle proportional ist. Dagegen sind die Drehgeschwindigkeiten der Kompressor wellen 41 und 42 bezw. der Kompressoren 43 und 44 von der D ehgeschwindigkeit der Propellerwelle ganz unabhängig.
Ferner ist die Drehgeschwindigkeit der einen Kompres- sorwelle 41 von der Drehgeschwindigkeit der andern Kompressorwelle 42 unabhängig, so dass, diese Drehgeschwindigkeiten sowohl im Verhältnis zu derjenigen des Propellers, wie auch untereinander verändert werden können. Hierdurch kann das Kompressionsvermögen der Kompressoren 43 und 44, das heisst die Menge und der Druck der komprimierten, der Turbine 10 zugeführten Luft je nach den Belastungsschwankungen der Propeller- welle 28. verändert werden.
Bei erhöhter Belastung wird der Kom pressor 19 zwecks Erhöhung der Anzahl der Kompressorstufen in folgender Weise ver wendet: Das Ventil 36 wird geschlossen und .die Welle 17 wird mit einer Turbinenwelle 11 vermittelst der Klauenkupplung 34 zu sammengekuppelt, so dass der Kompressor 19 von der Turbine 10 getrieben wird.
Die im Kompressor 19 komprimierte Luft wird durch die Leitung 39 in den Kompressor 16 geleitet, welcher also jetzt als Zwischenkom pressor wirkt, in welchem die Luft einer weiteren Kompression unterworfen wird und nun auf einen höheren Druck als vorher komprimiert wird, um darnach wie vorher den beiden andern Kompressoren 43 und 44 zugeführt zu werden. In dieser Weise erhält man eine auf einen höheren Dxuek kompri mierte (gegebenenfalls grössere) Luftmenge.
Bei normalem Vorwärtsbetrieb ist das Ventil 58 in der zur Rücklaufturbine 32' führenden Leitung 57 geschlossen. Die Rück- laufturbine kann bei Vorwärtsbetrieb mit der Welle 14 leerlaufen oder vermittelst der Kupplung 33 ausgeschaltet werden. Um Rückwärtsgang der Propellerwelle 28 zu er halten, wird das Ventil 56 geschlossen und das Ventil 58 geöffnet.
Das Treibmittel wird dabei der Rücklaufturbine zugeführt, deren Drehbewegung durch die Wellen 14 und 12 auf das Zahnradgetriebe 21-ä1-30-25-27 über tragen wird und somit auch auf die Pro pellerwelle 28 und den Propeller 29. Wäh rend des Rückwärtsganges wird sowohl das gesamte Zahnradgetriebe, wie auch die beiden Turbinenräder und Wellen der Turbine 10 getrieben. Dies kann jedoch durch Anord nung besonderer Kupplungen, vermieden wer den.
Die Fig. 1a zeigt eine derartige Kupp lung, durch welche die Wellen der Turbine 10 von den Ritzeln 2,0 und 21 gelöst wer den können, so dass. sie während des Rück wärtsganges still stehen. Diese Vorrichtung besteht aus einer verschiebbaren Hülse 59, die in der Nute 60 geführt ist, jedoch mit der Welle 11 (oder 12) umläuft und die in verschiedenen Lagen das Ritze. 20 mit der Welle 11 (oder 21 mit der Welle 12) aus- oder einsehaitet. Wird diese Vorrichtung bei dem Ritzel 21 (20) angeordnet, so muss die Welle 12 (11)
in zwei Teile geteilt werden, von ,denen ,der eine mit dem Ritzel 21 (20) fest verbunden ist, während der andere, die Turbinenscheibe tragende Teil mit der Kupp lungshülse 59 versehen ist.
Wird die Kupplung zwischen dem rech ten Turbinenrad der Turbine 10 und dem Ritzel 21 angeordnet, so drehen sich bei An trieb. durch die Rückwärtsturbine 3.2 und bei gelöster Kupplung nur die Zahnräder des Getriebes und die linke Hälfte der Turbine 10, mit, während die rechte Turbinenhälfte stillsteht. Es können jedoch derartige Kupp lungen zu beiden Seiten der Turbine 10 innerhalb der R.itzel 20 und 21 vorgesehen werden. In:
diesem Falle kann durch Aus schaltung beider Kupplungen die Turbine 10 ganz stillgesetzt werden. Dabei wird die Leistung der Rückwärtsturbine 32 über die Zahnräder 21, 81, 30, 24-25, 2:6-27 auf die Propellerwelle 28 übertragen, während .die Zahnräder 22 und 20, sowie der von der Turbine 10 entkuppelte Teil der Welle 11 leer mitlaufen.
Bei Vorwästagang kann die linke Kupplung eingeschaltet und die rechte Kupplung ausgeschaltet sein, wobei die Propellerwelle durch die Räder 20, 22, 24 und 26 ,getrieben wird. Die Drehrichtung der Propellerwelle kann durch Ein- und Ausschalten des Zwischenrades 31 geändert werden. Die Kupplungen können Klauen-, Reibungskupplungen oder anderer geeigneter Art sein.
Wenn das Einschalten in der oben be schriebenen Weise geschieht, das heisst so, dass, der eine Satz von Zahnrädern für Vor wärts- und der andere für Rückwärtsbetrieb verwendet werden, so sind offenbar die Wel len 11 und 12 nicht mehr mechanisch zusam mengekuppelt, sondern können sich mit un tereinander verschiedenen Geschwindigkeiten drehen. Man kann dann die Kompressoren 16 und 19 mit verschiedenen Geschwindig keiten antreiben und dadurch die Belastungs schwankungen in der Anlage ausgleichen.
Das Aggregat wird mit Hilfe von kom primierter Luft in Gang gesetzt, welche einem Luftbehälter entnommen oder von einem Kompressor mit elektrischem Antrieb erzeugt werden kann.
Fig. 2 stellt ein anderes Ausführungs beispiel der Erfindung dar, wobei die in die ser, sowie .die in den folgenden Figuren ent haltenen, der Ausführung nach Fig. 1 ent sprechenden. Teile durüh die gleichen Bezugs zeichen bezeichnet sind wie in Fix. 1.
Die gegenläufige Niederdruckturbine 10 trägt auf ihrer einen Welle 12. den Rotor 15 des Kompressors 16. Die Turbinenwelle 11 ist mit der Propellerwelle 28 durch ein die Geschwindigkeit der Turbine reduzierendes Zahnradgetriebe verbunden, das eine Zwi schenwelle 61 mit auf derselben angeordneten Zahnrädern 62 und 63 enthält. Das Zahnrad 62 ist mit einem Ritzel 64 auf der Turbinen welle 11 zusammengekuppelt und das Ritzel 63 ist mit einem Zahnrad 65 auf der Propel lerwelle 28 in Eingriff. Die Propellerwelle 28 und die Turbinenwellen 11 und 12 liegen in derselben geometrischen Achse.
Sämtliche Teile sind in einem gemeinsamen Gehäuse 13 angeordnet. In einem zweiten Gehäuse 66, das unter dem Gehäuse<B>13</B> liegt und an die- sein aufgehängt ist, ist eine gegenläufige Radialturbine 40 angeordnet, deren Wellen 41 und 42 die Rotoren der Kompressoren 44 bezw. 43 tragen.
Der Einlassteil des Kompressors 16 steht vermittelst eines Einlasses 35 mit der freien Luft in direkter Verbindung. Sein Auslass- teil ist durch einen Kanal 37 mit dem Zu laufteil des Kompressors 43 direkt verbun den.
Der Auslassteil desselben ist vermittelst des Raumes zwischen der Wandung des Ge häuses fr6 und der Wandung ,des Gehäuses der Turbine 40 mit. dem Zulauf des Kom- pressors 41 verbunden. Die Kompressoren sind also untereinander derart angeordnet, dass; .die Verbindung zwischen denselben so kurz wie möglich ist.
Die Druckleitung 46 des Hochdruckkom pressors 44 ist. mit einer Verbrennungskam mer 49 verbunden, worin der durch die Düse 51 zugeführte Brennstoff in oben angege bener Weise unter Erhitzung des Treib mittels bez-#v. der Luft verbrannt wird. Die Verbrennungskammer 49 ist durch die Aus lassleitung 52 mit der Turbine 40 verbunden, in welcher das Treibmittel eine Expansion und Abkühlung erfährt. Durch die Auslass- leitung 40a wird das Treibmittel oder das Gas der Verbrennungskammer 53 zugeführt, welcher durch die Leitung 54 Brennstoff zu geführt wird.
Die in dieser Kammer erhitz ten Gase werden durch die Leitung 55 der Niederdruckturbine 1@0, zugeführt, von wel cher die Gase nach Expansion und Abküh lung in die freie Luft ausgelassen oder even tuell einen. Regenerator zwecks Ausnützung eines Teils ihrer Wärme zugeführt werden.
Bei .dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Turbinen in Reihe geschaltet. Sie können jedoch auch hinter der Verbren nungskammer 49 in Parallelschaltung ange ordnet sein, wobei die Kammer 53 wegge lassen werden kann.
Das Aggregat nach Fig. 2, in welchem die Wellen der beiden Turbinen miteinan der parallel sind, ist derart gebaut, dass, es sehr wenig Platz in Anspruch nimmt und die Leitungen zwischen den verschiedenen Kom- p.ressions- und Expansionsstufen sehr kurz werden.
Ferner werden die verschiedenen Kompressoren und die Propellerwelle von Turbinenrotoren getrieben, die voneinander derart getrennt sind, dass sie sich unabhän gig voneinander automatisch für die Dreh zahl einstellen können, die erforderlich ist, damit die Kompressoren Luft von solcher Menge und mit solchem Druck erzeugen kön nen, dass das nach Erhitzung .der Luft auf eine gewisse Temperatur im Treibmittel ent standene Arbeitsvermögender vom Aggregat an die Propellerwelle zu .liefernden Nutz leistung entspricht. Das Aggregat wird daher hauptsächlich nur durch Veränderung der zugeführten Brennstoffmenge geregelt, wo durch in erster Linie das Arbeitsvermögen .des Treibmittels durch Regelung seines Wärmeinhaltes verändert wird.
Das Treib mittel wird darnach auf die verschiedenen Turbinenrotoren automatisch verteilt, so dass die gewünschte Leistung der Propellerwelle erhalten wird.
Fig. 3 zeigt eine andere und besonders für Luftfahrzeuge geeignete Ausführungsform der Erfindung. Das Aggregat besitzt eine radiale gegenläufige Gasturbine 10, die mit zwei hohlen Wellen 11 und 12. versehen ist, welche den Rotor eines @Niederdruckkompres- so:rs 16 und :denjenigen eines Hochdruckkom- pressors 44 tragen. Diese Kompressoren 16 und 44, die den vorher beschriebenen Kom pressoren entsprechen, sind je mit einer Mehrzahl Verdichtungsstufen versehen.
Die Turbine und die von dieser getriebenen Kom pressoren sind auf :derselben geometrischen Achse angeordnet und werden von einem ge meinsamen nach den Stromlinien geformten Gehäuse 67 umschlossen, welches möglichst geringen Luftwiderstand bietet und sich nach vorne bis zur Nabe 68 des Propellers 29 konisch verjüngt.
Auch die Propellerwelle 28 ist im Ver hältnis zu den Turbinenwellen 11 und 12 gleichachsig angeordnet. Diese Welle 2:8 wird durch die Welle 11 vermittelst eines ge schwindigkeitsreduzierenden Getriebes ge trieben, welches Getriebe eine (oder mehrere) Zwischenwellen 61 und auf dieser Welle an gebrachte Zahnräder 62 und 63 besitzt, die mit :dem Ritzel 64 auf der Welle 11 und dem Zahnrad 65 auf :der Propellerwelle 28 zusammenarbeiten. Dieses Getriebe liegt im vordern, konisch sich verjüngenden Gehäuse teil.
Der Einlass 35 des Niederdruakkompres- sors 16 ist ringförmig um das Gehäuse 6:7 angeordnet und dem vom Propeller erzeugten Luftstrom entgegengerichtet, so dass die Luft in den Kompressor eingepresst wird. Die im Kompressor 16 verdichtete Luft wird durch den Raum,69 zwischen .dem Turbinengehäuse 70 und dem Gehäuse 67 :dem Hochdruckkom pressor 44 zugeführt.
Der Aualass :dieses Kompressors ist mit einer Verbrennungs kammer 49 verbunden, in welcher die kom primierte Luft einer Erhitzung unter Ver brennung von durch die Düse 51 zugeführ- tem Brennstoff unterworfen wird. Von :der Verbrennungskammer 49 strömt :das erzeugte Treibmittel durch die Leitungen 52a und 52b .der Turbine 10 zu.
Auf :der Zeichnung ist nur eine Verbren nungskammer angedeutet, die ausserhalb des Gehäuses 67 angeordnet ist. Diese hat auch eine zur Erzielung geringsten Luftwiderstan- des geeignete Form. Diese Verbrennungs kammer kann jedoch auch :durch mehrere an der Wandung des Gehäuses angebrachte und im Verhältnis zur Strömungsrichtung :des Treibmittels parallel geschaltete, ähnliche Kammern ersetzt werden.
Der Auslass 48 der Turbine 10 endet ausserhalb des Gehäuses in einem rückwärts gerichteten und in der Strö- mungsrichtung :der Luft hinter :dem Luftein- lass 3:5 angebrachten Auslass 71, in welchem durch :den Luftzug eine Ejektorwirkung und somit ein Unterdruck entsteht, :der für die Turbinenleistung von Bedeutung ist.
Zwecks Kühlung .des Kompressors :durch Luft ist das Gehäuse 67 mit einer Anzahl Löcher 721 versehen, von denen ein Teil nach rückwärts gerichtet ist, damit die dem Ge häuse entlang strömende Luft :durch diese Löcher ein- bezw. ausströmen kann.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen einige Varia tionen .des in der Fig. 3 dargestellten Aus führungsbeispiels.
Das Aggregat nach Fig. 4 enthält nur einen Verdichter 16, :dessen Rotor auf .der einen Welle 12: der Turbine 10 angeordnet ist. Der Lufteinlass, 35 :des Verdichters ist ringförmig ausgebildet, wie bei dem Ausfüh- rungsbeispiel nach Fig. 3. Die Propeller welle 28 ist mit den Turbinenwellen gleich achsig und wird von der Turbinenwelle 11 über eine oder mehrere Zwischenwellen 61 eines Zahnradgetriebes obenbeschriebener Art getrieben.
Die im Verdichter erzeugte Druck luft wird in der Verbrennungskammer 49 durch Verbrennung des vermittelst der Düse 51 eingeführten Brennstoffes erhitzt und wird :dann der Turbine 10 zugeführt. Der Auslass 71 .dieser Turbine reicht bis hinter den Lufteinlass 35 und ist rückwärts, gerich- tet. In diesem Ausführungsbeispiel treibt nur die eine der Turbinenwellen einen Verdich ter, während die Leistung der andern Tur binenwelle völlig dem Propeller 2,9 zugeführt wird.
Das Aggregat nach Fig. 5 stimmt im grossen Ganzen mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 überein, indem auch nach Fig. 5 die beiden Wellen der Turbine 10 je einen Verdichter treiben. In Fig. 5 ist jedoch der Niederdruckkompressor 16 von der Turbinen welle 12 getrieben, während der Hochdruck kompressor 44 von der Turbinenwelse 11 ge trieben wird, welche durch ein Zahnrad getriebe über die Zwischenwellen 61 die Pro pellerwelle 28 treibt. Der Einlass 35 des Nie derdruckverdichters 16 ist auch in diesem Falle ringförmig und gegen den Luftstrom gerichtet.
Durch die Leitung 37 wird die Luft vom Niederdruckkompressor 16 zum Hochdruckkompressor 44 geführt. In der vorher beschriebenen Weise wird die Luft in der Verbrennungskammer 49 erhitzt. Der Auslass 71 der Turbine 10 ist rückwärts ge richtet und ist so im Verhältnis zum Einlass 35 angeordnet, dass .die Abgase vom Luft- strome nicht in den Verdichter 16 getrieben werden können.
Die Fig. 6 zeigt ein grösseres Aggregat für Luftfahrzeuge mit zwei Gasturbinen und zwei Kompressoren. Die Niederdruckturbine 10 befindet sieh im vordern Teil des für .die verschiedenen Teile gemeinsamen Gehäuses 67, und die eine Welle 11 dieser Turbine ist in oben beschriebener Weise vermittelst eines mit Zwischenwellen 61 versehenen Getriebes mit der Propellerwelle 28 verbunden.
Die Hochdruckturbine 40 befindet sieh im hin- tern Teil des, Gehäuses 67 und ist von der Turbine 10 durch den Niederdruckverdichter 16 getrennt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die voneinander abgekehrten Turbinen scheiben der Turbinen 10 und 40 auf einer gemeinsamen Welle 73 angebraeht, welche ausserdem den Rotor des Verdichters 16 trägt. Die andere Welle 41 der Turbine 40 trägt den Rotor des Hochdruckverdichters 44, der hinter der Turbine 40 im Gehäuse 67 ange ordnet ist.
Der Zulauf 35 zum Niederdruck verdichter 1,6 ist wie vorher ringförmig und gegen den vom Propeller 29 erzeugten Luft strom gerichtet. Durch die Leitung 37 wird die Luft vom Kompressor 16 dem Ho:ch- druckkompressor 44 zugeführt, von wo, die Luft, dann weiter durch die Verbrennungs kammer 49 der Turbine 40 zugeführt wird. Nachdem das Treibmittel diese Turbine durchströmt hat, wird es in der Verbren nungskammer 53, der Brennstoff durch die Leitung 54 zugeführt wird, wieder erhitzt, worauf es in die Niederdruckturbine 10 ein tritt.
Auch bei .dieser Ausführungsform ist der Auslass 71 .der Niederdruckturbine 10 rückwärts gerichtet und befindet sich hinter dem Einla.ss 35.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 besitzt ,das Aggregat zwei Turbinen und drei Kompressoren. Die Niederdruckturbine 10 befindet sich im vordern Teil des Gehäuses 67 und ihre eine Welle 11 treibt in der oben beschriebenen Weise die Propellerwelle 28, während ihre andere Welle 12 oder eine Ver längerung derselben den Rotor des Nieder- druckkompres.sors 16 trägt. Die Hochdruck turbine 40 befindet sich hinter der Turbine 10 und treibt mit ihrer einen Welle 42 einen Mitteldruckkompressor 43 und mit ihrer an dern Welle 41 einen Hochdruckkompressor 44.
Der Einlass 35 ist wieder gegen den Pro peller 29 und den hierdurch erzeugten Luft strom gerichtet; der Auslass des Nieder druckverdichters 16 ist vermittelst einer Lei tung 37 mit dem Mitteldruckverdichter 43 und der Ausilass- des letzteren mit dem Hoch druckkompressor 44 vermittelst der Leitung 45 verbunden. In der Verbrennungskammer 49 wird die Luft durch innere Verbrennung des durch die Düse 51 zugeführten Brenn stoffes erhitzt. In der Verbrennungskammer 53, der Brennstoff durch die Düse 54 zuge führt wird, wird das Treibmittel wieder er hitzt.
Die Verbrennungskammer 53 besitzt eine äussere und eine innere Wand 74 bezw. 75, zwischen welchen ein ringförmiger Raum vorhanden ist. Der zugeführte Brennstoff verbrennt in der innern Kammer, während die vom Mitteldruckverdichter durch die Lei tung 7.6 zugeführte kühlende Luft durch den Raum zwischen den beiden Wänden 74 und 75 strömt. Die Leitung 7,6 steht mit einer Stelle des Verdichteraggregates, wo der Druck dem im Apparate<B>5,3</B> herrschenden ent spricht, in Verbindung.
Die zwischen den doppelten Wänden hindurehströmende Luft verhindert die erzeugte Wärme, die äussere Wand 74 zu erreichen, und schützt die emp findlicheren Teile der Turbine, wie Ringver bände, Labyrinthdichtungen und dergleichen, an denen vorbei die Treibmittelleitung bis zum Schaufelsystem geführt wird, vor der Einwirkung der hohen Temperatur der innern Leitung 75. Auch die Z-vveigleitungen 52a und 52b zwischen der Kammer 53 und dem Einlassventil der Gasturbine 10 haben doppelte Wände, die eine Fortsetzung der Wände 74 und 75 bilden.
Das der Turbine 10 zugeführte Treibmittel besteht also aus einem auf eine hohe Temperatur erhitzten innern Gas, das von einem Luftlager nie drigerer Temperatur umgeben wird. Das heissere Gas wird also von der weniger heissen Luft gehindert, mit gegen hohe Tempera turen weniger widerstandsfähigen Wänden und dergleichen in der Turbine in Berührung zu kommen, und die beiden Treibmittelteile verschiedener Temperaturen werden mitein ander erst in der Turbine bezw. in deren Schaufelsystem vermischt.
Eine Verbrennungskammer dieser Aus führung kann offenbar in sämtlichen oben- besehriebenen Ausführungsbeispielen Ver wendung finden. In Fig. 3 ist eine Kon struktion dargestellt, bei der das heissere Treibmittel durch die innern Leitungen 75a und 75b, die eine Fortsetzung,der Leitungen 52a und 52b bilden, strömt.
In den um gebendenf äussern Rohren strömt ein kälteres Treibmittel, ,das beispielsweise aus nicht er hitzter Luft besteht, die in gleicher Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 in einer die Treibmitbelleitung umgebenden äussern Leitung an die Turbine herangeführt wird. , In sämtlichen in den Fig. 1 bis 7 be schriebenen Ausführungsbeispielen sind ein oder mehrere Verdichter vorhanden, die von einem Turbinenrotor, der keine Nutzleistung an die Propellerwelle abgibt, getrieben wer den.
Die Drehzahl dieser Verdichter kann daher im Verhältnis zur Drehzahl der Pro pellerwelle verändert werden und dadurch automatisch den Bela.stungsschwa.nkungen der Propellerwelle angepasst werden. Da. ge genläufige Gasturbinen verwendet werden, sind die Turbinen geneigt, ihre Geschwindig keiten zu verändern, so dass Belastungs schwankungen der Propellerwelle ausge- gliehen werden.
Falls beispielsweise die Pro pellerbelastung steigt und demzufolge die Geschwindigkeit. der Propellerwelle sinkt, so sinkt auch die Geschwindigkeit des eIntspre- chen.den Turbinenrotors, weshalb der andere Rotor der Turbine seine Geschwindigkeit steigert. Der auf der Welle dieses Rotors angeordnete Kompressorrotor steigert also auch seine Geschwindigkeit und liefert eine grössere Menge Treibmittel; die den Propel ler treibende Turbine erhält also eine grössere Menge Treibmittel und gibt daher eine grö ssere Leistung ab, wodureh die gesteigerte Be lastung ausgeglichen wird.
Sel.bstverstär.-dlich können auf .den Tur binenwellen auch andere Hilfsmaschinen, wie Generatoren oder dergleichen angeordnet werden.
Ferner sind auch andere Abänderungen des vorliegenden Aggregates denkbar. So zeigt zum Beispiel Fig. 8 in schematischer Weise eine Anordnung, die in ein Gehäuse, wie bei den Anlagen gemäss Fig. 3 bis 7 be schrieben, eingebaut werden kann. Bei die sem Ausführungsbeispiel treibt die eine Welle 11 der Turbine 10 einen Propeller 29 vermittelst eines Zwischenwellen 61 enthal tenden Zahnradgetriebes, während die andere Welle 12a einen Kompressor 16 treibt. Die Welle 12a ist hier hohl und umgibt die Welle 11.
Sowohl der Verdichter als der Propeller befinden sich auf derselben Seite der Turbine und geben Raum für andere Maschinenteile auf der andern .Seite derselben.
Fig. 9 zeigt noch ein für Luftfahrzeuge geeignetes Ausführungsbeispiel. Dieses Ag gregat enthält eine Turbine 10, deren eine Welle 11 einen Verdichter 16 treibt und durch Vermittlung eines Getriebes mit Zwi schenwellen 61 einen Propeller 29, und deren andere Welle 12 einen Verdichter 41 und durch Vermittlung eines Getriebes mit Zwi schenwellen 61a einen Propeller 29a treibt.
Die Turbine treibt also zwei Verdichter und zwei Propeller, und diese sämtlichen Maschi nenteile sind um die geometrische Achse der Turbine angeordnet und können von einem gemeinsamen, nach den Stromlinien geform ten Mantel umsehlos:sen sein.
Die Verwendung von gegenläufigen Gas turbinen mit radialer Durehströmung des Treibmittels bietet bei Propellerantrieb viele Vorteile, besonders bei Luftfahrzeugen. Eine derartige Turbine ermöglicht den Bau eines sehr kompakten krafterzeugenden Aggre gates, das in einem sämtliche Maschinenteile umschliessenden Mantel angeordnet erden kann. Die Wellen der verschiedenen drehen den Teile können gleichachsig zueinander an geordnet werden. Durch die in entgegenge setzter Richtung sich drehenden Turbinen scheiben und Kompressoren werden die in folge der Drehung der Massen entstehenden Gyroskopwirkungen neutralisiert.
Der hier durch bewirkte Ausgleich ist besonders bei Luftfahrzeugen hinsichtlich der Stabilisie rung von grosser Bedeutung. Ferner können bei der gegenläufigen Turbine deren Wellen sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten drehen, was, wie oben erwähnt, eine auto matische Einstellung der Drehzahl der Kom pressoren zwecks Erzeugung einer geeigneten Druckluftmenge von geeignetem Druck er möglicht.
Die radiale, gegenläufige Turbine nimmt auch sehr wenig Platz in Anspruch und hat im Verhältnis. zur gelieferten Nutzleistung ein sehr geringes Gewicht. Ein Gasturbinen aggregat für eine Leistung von 2000 PS kann mit einem max. Durchmesser von 1,2 m gebaut werden. Dies ist möglich, weil die Turbine selbst einen Durchmesser von nur zirka 0,6 m besitzt, und der Durchmesser .der für die Erzeugung des Treibmittels der Tur bine erforderlichen Verdichter sehr klein ge macht werden kann..
Die radiale, gegenläufige Turbine ist fer ner infolge ihrer geringen axialen Ausdeh nung sowohl für Schiffe, als auch für Luft fahrzeuge zweckmässig, da. mehrere Turbinen und mehrere Kompressoren, deren verschie dene Wellen in einer gemeinsamen Achse liegen, angeordnet werden können.
Das: bei den beschriebenen Ausführungs beispielen vorhandene Zahnradgetriebe zwi schen der einen Turbinenwelle und der Pro pellerwelle kann auch durch eine Einrich tung zur elektrischen Kraftübertragung, bei spielsweise durch einen Generator .auf der Turbinenwelle und einen Motor auf der Pro pellerwelle, ersetzt werden. Eine derartige Kraftübertragung kann dabei für die Über tragung von Kraft auf mehrere Propeller wellen verwendet werden.
Das beschriebene Zahnradgetriebe zwi schen Turbinenwelle 11 und Propellerwelle 28 kann durch andere Getriebe beliebiger Konstruktionen, zum Beispiel hydraulische Getriebe, ersetzt oder sogar völlig wegge lassen werden, falls die Drehzahl des Pro pellers mit derjenigen der Turbine in Über einstimmung gebracht werden kann.
Ein Aggregat nach der Erfindung ist für jedes beliebige gasförmige Treibmittel, das durch innere Verbrennung erhitzt wer den kann, verwendbar. Die Kompressoren 16, bezw. 19, 48, 44 können somit ein an deres Mittel ale Luft verdichten, und jeder beliebige Brennstoff kann für dessen Erhit zung verwendet werden, wenn man nur darauf achtet, dass :die Voraussetzungen für eine innere Verbrennung vorhanden sind, das heisst also in :der Regel, dass die genügende Menge Sauerstoff erhältlich ist.