CH262066A - Gasturbinenaggregat. - Google Patents

Description

      Gasturbinenaggregat.       Erfahrungsgemäss sind in der Technik be  triebssichere Abgas - Turbo -     Aufladegruppen     und     Gasturbineneinheiten    mit kleinen     Durch-          strömvolumen    erwünscht, welche Zentrifugal  gebläse besitzen, deren     Radaussendurchmesser     unabhängig von Fördervolumen und Drehzahl  gewählt werden kann.  



  Bekanntlich ist das Volumen der zu ver  dichtenden     Aufladeluft    oder des zu verdich  tenden     Brennstoff-Luft-Gemisches    für kleine  Maschinen, wie z. B. Motoren für Kleinflug  zeuge, Automobile, ortsfeste Kleinmotoren  oder kleine     Feuerungsanlagen    usw., so klein,  dass ein normales     Gebläserad    nicht verwendet  werden kann. Infolge des erforderlichen klei  nen Aussendurchmessers desselben müsste die  Drehzahl der Gruppe bei der benötigten gro  ssen Umfangsgeschwindigkeit so gross werden,  dass eine Beherrschung derselben schwierig  ist. Ausserdem würden die Schaufeln so nied  rig, dass der sich daraus ergebende schlechte  Wirkungsgrad die Verwendung solcher Ge  bläse verunmöglicht.

   Dasselbe gilt für Gastur  bineneinheiten kleiner Leistung, welche mit       Zentrifugalgebläsen    arbeiten.  



  Gegenstand der vorliegenden Erfindung  ist nun ein     Gasturbinenaggregat,    welches z. B.  als     Kleinabgasturbolader    oder Kleingasturbine  verwendet werden kann. Erfindungsgemäss  zeichnet sieh dasselbe dadurch aus, dass min  destens ein     teilbeaufsehlagtes        Gebläserad    vor  gesehen ist, das voneinander distanzierte  Schaufelkanäle aufweist, wobei der Zwischen-         raum    zwischen den Schaufelkanälen vom Be  triebsmittel nicht durchströmt werden kann.  



  Auf den beiliegenden Zeichnungen ist der       Erfindungsgegenstand    in beispielsweisen Aus  führungsformen dargestellt, und es zeigt:       Fig.    1 einen Längsschnitt eines einstufigen  Abgasturboladers von Kleinmotoren und       Fig.    2 einen     Querschnitt    nach der Linie       1-I    der     Fig.    1,       Fig.    3 ein     Gasturbinenaggregat    mit teil  weisem Schnitt und       Fig.    4 einen Querschnitt nach der Linie       II-Il    der     Fig.    3,

         Fig.    5 einige Varianten der     Hohlschaiüel.n     im Querschnitt,       Fig.    6 und 7 Varianten der Anordnung  und Ausbildung der Hohlschaufel im Schnitt.  Nach     Fig.    1 und 2 bezeichnet 1 das Turbi  nengehäuse, 2 den Düsenring, 3 das Turbinen  rad, 4 die     Turbinenschaufelung,    5 eine Spirale,  6 den     Austrittstutzen,    7 die     Gebläseradnabe     und 9 die Welle.

   Das Abgas der aufgeladenen  Maschine strömt bei 1 in das Turbinengehäuse,  expandiert in dem Düsenring 2 und durch  strömt unter Arbeitsabgabe an das Turbinen  rad 3 die     Turbinenschaufelung    4, worauf es  in der Spirale 5 gesammelt und durch den       Austrittstutzen    6 abgeführt wird. Die Gastur  bine treibt die     Gebläseradnabe    7 mit den daran  befestigten Hohlschaufeln     8-an.    Das Turbinen  rad 3, die     Gebläseradnabe    7 und die Welle 9  können aus einem Stück oder einzeln herge  stellt werden. Die     Gebläseradnabe    7     ist    über  die Welle 9 geschoben, wodurch die Erstellung      einer Leichtmetallnabe ermöglicht wird.

   Die  Hohlschaufeln 8 können durch     Einschrauben,     Einschweissen,. Einloten, Eingiessen usw. an  der Nabe 7 befestigt werden. Nach den     Fig.    1  und 2 sind sie in der Nabe 7 eingeschraubt  und nach dem Abdrehen der innern Enden  werden sie gemeinsam -durch den eingeschobe  nen Ring 10 gesichert. Durch Abrunden der  Stege 11 des Ringes 10 wird ein gutes Einströ  men in die rotierenden Hohlschaufeln 8 er  reicht. Das zu verdichtende Betriebsmittel  muss mit Drall, entsprechend der     Nabenge-          schwindigkeit,    ins     Gebläserad    eintreten, was  mit den Leitschaufeln 12 erreicht wird.

   Mit  Dichtringen 13 wird je nach Betriebszustand  das Zirkulieren des Betriebsmittels entweder  von der Druckseite zur Saugseite oder in um  gekehrter Richtung für den Fall, dass durch  die Rotation der Hohlschaufeln ein Unter  druck im dazwischenliegenden Raum entsteht,       verhindert.    Das den Hohlschaufeln entströ  mende     Betriebsmittel    kann wie bei den übli  chen Gebläsen in einem Leitapparat weiter  verdichtet werden. Nach dem Beispiel werden  sie     auf        hürzestem    Weg in einer Spirale 14 ge  sammelt.

   In der Spirale oder am Austritt der  selben wird die kinetische Energie des Be  triebsmittels abzüglich der     Fortleiti-mgsenergie     durch     Querschnittserweiterung        (Diffusor    15)  in Druck umgesetzt.  



  Die     Fig.    3 und 4 zeigen die mehrstufige  Anwendung solcher Gebläse bei einer Gastur  bineneinheit für kleine Leistungen. Der ange  saugten Luft     wird    mit dem     Leitschaufelring     12 der notwendige Drall erteilt, um ohne Stoss  in die an die Nabe 7 angeschweissten Hohl  schaufeln 8 eintreten zu können. Nach dem  Verlassen der Hohlschaufeln wird die Luft  mittels     Rückführschaufeln    16, welche zugleich  einen Teil der kinetischen Energie in Druck  umsetzen, derart der nächsten Stufe zugeführt,  dass der notwendige Eintrittsdrall vorhanden  ist. Nach der letzten Stufe gelangt die ver  dichtete Luft in die     Brennkammern    17 mit  Brennstoffdüsen und Zündeinrichtungen 18.

    Im gezeichneten Beispiel sind zwei solcher       Brennkammern    angedeutet. Die Gase aus den       Brennkammern    werden     mit        zwei    Spiralen dem    Düsenring 2 zugeführt und strömen nach der  Expansion unter Arbeitsabgabe an das Turbi  nenrad 3 durch die Laufschaufeln 4 dem Aus  trittstutzen zu. Bei Einheiten für     Fahrzeug-          und    Flugzeugbetrieb kann die Austrittsenergie  in einer Schubdüse ausgenützt werden. In       Fig.    3 ist die Schubdüse 19 mit Regulierkegel  20 und Reguliergestänge 21 versehen.  



  Die Querschnitte senkrecht zur Strömung  in den Hohlschaufeln 8 nehmen vorteilhaft  von innen nach aussen     diffusorartig    zu, damit  ein möglichst grösser Teil der Verdichtung in  folge Geschwindigkeitsverzögerung im Rad  stattfinden kann, da der     Wirkungsgrad    in  diesem strömungstechnisch gut ausgebildeten  Teil des Gebläses bedeutend besser als im an  schliessenden Leitapparat oder in der erwei  terten     Sammelspirale    ist. Die Hohlschaufeln  können aus Stahl oder Leichtmetall bestehen,  wobei die Wandstärke zweckmässig von innen  nach aussen, gemäss den Gesetzen für Körper       gleicher-Festigkeit,    abnimmt.  



  Da die Beanspruchung rotierender Stäbe  kleiner ist als diejenige rotierender Scheiben,  kann zur Erreichung eines grösseren Ruflade  druckes der Durchmesser des     Gebläserades     grösser ausgeführt werden als derjenige des  Turbinenrades. Mit einer erfindungsgemäss  gebauten     Abgas-Turbo-Aufladegruppe    ist es  aus diesem Grunde möglich, bei einstufiger  Ausführung     Aufladedrüeke    zu erzielen, wel  che bisher nicht erreicht werden konnten.  



  Die     Fig.    5 lassen einige     Querschnittsfor-          men    für die Hohlschaufeln erkennen, wobei       Querschnitt.a    für die Herstellung am vorteil  haftesten ist, während Querschnitt c und     d     geringere Ventilationsverluste     aufweisen.     



  Die Rotation der     Gebläsehohlschaufeln    ver  ursacht naturgemäss etwas grössere Ventila  tionsverluste, als dies bei     Gebläserädern    übli  cher Konstruktion der Fall ist. Die Ausfüh  rung nach     Fig.    6 und 7 bezweckt nun, die  Ventilationsverluste auf die übliche Grösse     zu     reduzieren. Beidseitig der Hohlschaufeln 8  werden die Scheiben 22 auf die Nabe 7 derart  aufgeschoben und befestigt, dass kein Spiel       zwischen    den Hohlschaufeln und den Scheiben  vorhanden ist. Der Durchmesser der Scheiben      kann gleich gross wie das     Gebläserad    oder,  wenn die Beanspruchung zu gross wird, klei  ner ausgeführt werden.

   Die Verbindung der  Scheiben 22 mit der Nabe 7 kann auf ver  schiedene Arten ausgeführt werden, z. B.  durch Schweissen, Löten,     Aufkeilen,    Anschrau  ben, Aufziehen usw. Mit Rücksicht auf die Be  anspruchung können die Scheiben gegen den  Rand hin verdünnt werden.  



  Bei der Erfindung werden die eingangs  erwähnten Schwierigkeiten überwunden, indem  die Luft oder das     Brennstoff-Luft-Gemisch     in einzelnen an einer Nabe radial befestigten  Hohlschaufeln mit geeigneten Querschnitten  kreisrunder, rechteckiger,     eliptischer    oder an  derer Form verdichtet wird. Da die Anzahl  und der     Durehströmquerschnitt    der rotieren  den Hohlschaufeln dem Fördervolumen ange  passt werden kann, ist der Aussendurchmesser  des     Gebläserades    für eine geforderte Umfangs  geschwindigkeit nur noch von der Drehzahl  der antreibenden Gasturbine abhängig.

   In die  ser Beziehung bietet die Gasturbine keine  Schwierigkeiten, da das Volumen der Gase be  trächtlich grösser ist als dasjenige der zu ver  dichtenden Luft bzw. des zu verdichtenden       Brennstoff-Luft-Gemisches.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gasturbinenaggregat, dadurch gekennzeich net, dass mindestens ein teilbeaufschlagtes Ge- bläserad vorgesehen ist, das voneinander di stanzierte Schaufelkanäle aufweist, wobei der Zwischenraum zwischen den Schaufelkanälen vom Betriebsmittel nicht durchströmt werden kann. UNTERANSPRüCHE: 1. asturbinenaggregat nach Patentan- spruc i, dadurch gekennzeichnet, dass das durch eine Gasturbine angetriebene Gebläse rad radial an einer Nabe angeordnete, vom Betriebsmittel durchströmte Hohlschaufeln aufweist.

   2. Gasturbinenaggregat nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wandstärke der rotie renden Gebläsehohlschaufeln von innen nach aussen abnimmt. 3. Gasturbinenaggregat nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1 und 2, da durch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der rotierenden Hohlschaufeln, senkrecht zur Strömung betrachtet, diffusorartig von innen nach aussen zunehmen, um einen höheren Druck des Durchströmmittels am Gebläseaus- tritt zu erhalten.

   4. Gasturbinenaggregat nach Patentan spruch und Unteransprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Hohlschau feln je eine Scheibe derart über die Nabe ge schoben und befestigt ist, dass zwischen den Hohlschaufeln und den Scheiben kein Spiel besteht, wobei die Scheiben höchstens den glei chen Durchmesser wie das Gebläserad auf weisen.