CH303785A - Gastu{binentriebwerk. - Google Patents

Description

      Gasturbinentriebwerk.       Die Erfindung hat ein     Gasturbinentrieb-          ;verk    mit einer     Zellenradschleuse    mit     vorwie-          -end    thermischer Verdichtung zum Gegen  stand.  



  Das     erfindtnigsgemä-sse    Triebwerk ist. ge  kennzeichnet durch die axiale Hintereinander  anordnung eines Spülgebläses, eines mit. dem  Spülgebläse gekuppelten Zellenrades und  eines Läufers einer Arbeitsturbine, wobei das  Zellenrad mit einer Brennkammer über  Steueröffnungen verbunden ist.  



  Durch die axiale     Hintereinanderanord-          nung    des Spülgebläses, des Zellenrades und  des Turbinenläufers, wobei das Spülgebläse  mit dem Zellenrad gekuppelt ist, wird ein  Gasturbinentriebwerk für     kleine    und mittlere  Leistung geschaffen. Der     Turbinenläufer     kann die gleiche oder entgegengesetzte Dreh  richtung wie das Zellenrad erhalten.  



  In der Zeichnung ist ein Ausführungs  beispiel des Erfindungsgegenstandes     sehema-          tisch        dargestellt,    es zeigen:       Fig.    1 einen     Lä.nrsschnitt    durch das Trieb  werk, bei dem der hintere Teil des     Trieb-          tS'erkes    uni 90  versetzt.

   ist,       Fig.    2 einen Schnitt nach Linie     II-11    der       Pig.1    mit der richtigen Lage der Teile 10, 12,       Fig.    3 linke Hälfte einen Schnitt nach  Linie     III-III    und die rechte Hälfte einen  Schnitt nach Linie     IIIa-IIIa,    der     Fig.    1 und       Fig.4    einen Schnitt nach Linie     IV-IV     der     Fig.1    mit der richtigen Lage der Teile  13,

       9o.       In dem     annähernd    zylindrischen Gehäuse  1 ist das Spülgebläse 2 und das mit     diesem     gekoppelte Zellenrad 3 sowie die Turbine 7       angeordnet.    Die Lagerung von Gebläse 2 und  Zellenrad 3     erfolgt    bei 4 und 5. Zwischen  dem Spülgebläse 2 und dem Zellenrad 3 ist  eine aus schräg gestellten Leitblechen 24  bestehende     Leitvorrichtung    angeordnet.  



  Der     Turbinenläufer    7 ist hinter der Leit  vorrichtung 6, zweckmässig unabhängig vom  Zellenrad 3, in den Lagern 8 und 9 gelagert.  An beiden Stirnseiten des Zellenrades 3 sind  Zwischenböden 10, 11 angeordnet, die bis auf  die Steueröffnungen 12, 13, 22 das Zellenrad  abdichten. Die Öffnung 12 dient, zur Zufuhr  der Frischluft vom Gebläse 2 in die     Zellen-          radzellen    14, die durch die radial     angeordne-          ten    Flügel 15 gebildet werden.

   Die Öffnung  13 gibt die Verbindung von den Zellen 14       über    die     Leitvorrichtung    6 zur Gasturbine 7  frei, während die Öffnung 22 von den Kam  mern 14 zum Auspuff     22a    führt.  



       Ain    Gehäuse 1     ist    die     Brennkammer    16  angeschlossen. Die     Brennkammer    16 ist über       Überleitkanäle    und Steueröffnungen 17, 1.8  im     Zellenradgehäuse    1 mit den Zellen 14 ver  bunden.

   Vor der Öffnung 17 ist im     Über-leit-          kanal    eine     Leitvorrichtung    19 zur Leitung  von Arbeitsgas von der     Brennkammer    16     7i1     den Zellen des Zellenrades vorhanden, wäh  rend im     hberleitkanal    nach der Öffnung 18  eine Leitvorrichtung 20 zur Leitung der  Arbeitsgase von den Zellen 14 zu der Brenn  kammer 16 vorhanden ist.

   Wie     Fig.    3 zeigt,      liegt die Steueröffnung 17 zur Zuführung  der Heissgase aus der Brennkammer 16 in das  Zellenrad 3, am Gehäusemantel in Dreh  richtung     gesehen,    vor der     Abführ-Steuer-          öffnung    18 für die Frischgase aus dem  Zellenrad in die Brennkammer, so dass das  Ende der Öffnung 17 mit dem Anfang der       Steueröffnung    18 übereinstimmt.  



  Die beschriebene Anordnung     ermöglicht     folgenden     Kreisprozess:     Die     Frischluft.    mit. Druck Po und Tempe  ratur To     gelangt    bei 21 in das Spülgebläse 2       und    wird     ,durch    die Steueröffnung 12 in die  in der     Fig.    2 gezeigten offenen Zellen 14 ge  blasen, die mit     Frischluft    ohne     nennenswerte          Drackerhöhung    aufgefüllt. werden, wobei die  entspannten Arbeitsgase durch die     einstrii-          mende    Frischluft bei 22 ausgespült werden.

    Die Zellen 14 gelangen bei weiterer     Drelilizig     zu der Steueröffnung 17, durch die, wenn der       Kreisprozess    den     endgültigen        Gleichgewicht-,-          zustand    erreicht bat, die Heissgase     tangential     in die     Zellenradschleuse    eintreten, wobei sie  infolge der     Nacbströmung    der Gase, auch  nachdem der     stat.isehe        Ausgleielisdrllek    er  reicht     ist,    die     Frisehgase    in den Zellenräumen  etwas über den Druck in der     Brennkammer     verdichten.

   Diese Verdichtung ist bei Er  reichen der     Steueröffnung    18 abgeschlossen;  dann tritt die     Frischluft    in die     Brennkammer     16,     -wird    durch die Brenndüse 23 aufgeheizt  und gelangt nun durch     die    Öffnung 17 als  Heissgas in die folgenden Zellen 14 und ver  dichtet die in diesen befindliche Frischluft,  die dann bei weiterer Drehung der Zellen bei  18 wieder in die     Brennkammer    16     überseho-          ben    wird.  



       Nach    Passieren der     Steueröffnung    18 ent  hält die Zelle überwiegend Heissgas von der  Temperatur     T.    und dem Druck     P2.    Diese  Heissgase expandieren     anschliessend    durch die  axiale     Steuerungsöffnung    13 über das     Leit-          gitter    6 zum     Turbinenläufer    7, an den     sie     ihre Energie abgeben.  



  Durch die Aufteilung des     kontinuierlichen     Stromes der Arbeitsgase auf einzelne Zellen,  die an radialen und axialen     Steleröffnungezi          vorbeilaufen,        entspricht    dem     räumlichen       Nebeneinander der     Zellen    ein zeitliches Hin  tereinander der Arbeitsphasen, so dass trotz  kontinuierlicher stationärer Strömung im  Spülgebläse 2     (Niederdrtiek),        Brennkammer     16     (Hochdruelz),    Leitgitter 6, Turbine 7 und  Auspuff     22a.,

      in der einzelnen Zelle 14     Spii-          lung    und Füllung mit     Frisehgas,        Verdieh-          tung    und     Übersehieben    der Frischgase in die  Brennkammer durch die die Zellen auffüllen  den Heissgase und die Expansion     dieser    Heiss  gase aus der     Zellensehleuse    aufeinander  folgen können.  



       Bringt    man Zellenrad 3 und Spülgebläse 2  auf Drehzahl, ohne in der     Brennkammer    16  die Luft. zu beheizen, so tritt nur ein geringer  Teil der durchströmenden Luft     infolge    der  Zentrifugalkraft im Nebenstrom durch die       Steueröffnung    18     äber    die Steueröffnung 17  wieder in das Zellenrad 3. Der Überdruck in  der     Brennkammer    16 ist.     annähernd        Null    und  eine Expansion im Leitgitter 6 kann     nielit     stattfinden, die Luft tritt erst. während des  Spülaktes aus dem Auspuff     22a    aus.  



  Setzt nun die     Beheizung    23 ein, so steigt  die Temperatur der     Brennkammerluft    und  damit der Druck in der     Brennkammer    und  den Zellen des Rades, die nur gegen die       Brennkammer    offen sind (abgeschlossenes  System etwa,<I>p X v = R X</I>     T),    so dass in die  neu     hinzukommenden    Zellen zunächst mehr       Heissgas    durch 17     einströmen    kann, also auch  mehr     Frisehgasgewieht    durch 18 in die       Brennkammer    16     überschoben    wird.

   Hier  durch steigt der Anteil des Kreislaufes durch  die     Brennkainnier    schnell an und erreicht  bald den 'Wert 1 (alle     Luft    strömt durch die  Brennkammer), deren     Druel;    gegen den  theoretischen     Grenzwert     
EMI0002.0091     
    ansteigt.    Die auch bei diesen) Prozess eintretenden  Verluste durch     Spaltumströmung    können  durch konstruktive Massnahmen klein gehal  ten werden.

   Die     Erwärmung    der Spülluft in  der     Zellenradsehleuse    vor     Beginn.    der     Ver-          diehtung    bewirkt     zwar    eine merkliche Ab-           Senkung    der pro     Zellenv        oluineinlicit    erziel  baren Leistung durch     Füllgewichtsabsenkung,

            doch    ist die     Wirkungsgradabsenkung    viel       wliwäeher.    Bei Temperaturverhältnissen > 2  treten beim Einströmen der Heissgase in die       Zellenradschleuse    kurzzeitig     überkritisehe        Zu-          stände    auf, doch ist, der Gewichtsanteil bei  den in Frage kommenden Temperatur- bzw.  Druckverhältnissen klein.  



  Hinzu kommt, dass durch die getrennte  Bauweise, Arbeitsturbine 7 einerseits und       Zellenradschleuse    3 und Spülgebläse 2 ander  seits, sie in ihrer Drehzahl voneinander un  abhängig sind, so dass bei hoher Last die       Arbeitsturbinen-Drehzahl    absinken kann,  ohne dass das Zellenrad 3 in seiner Drehzahl,  die die erzielbare Leistung bestimmt, absinkt.  Bei sehr niedrigen Lasten kann man das  Zellenrad durch eine Drehzahlabsenkung an  die erforderliche Last anpassen und die  Arbeitsturbine kann die Drehzahl besten       Wirkungsgrades    beibehalten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Gasturbinenantriebwerk, bei dem die Arbeitsgase vorwiegend thermiseh verdichtet werden, gekennzeichnet durch die axiale Hintereinandera.nordnung eines Spülgebläses (2), eines mit diesem gekuppelten Zellenrades (3) und eines Läufers (7) einer Irbeits- turbine, wobei das Zellenrad mit einer Brennkammer (16) über Steueröffnungen (17, 18) verbunden ist. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Triebwerk nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Zellenrad (3) von einem abdichtenden Gehäuse (1) umge ben ist und zwischen Zellenrad und dem Spülgebläse (2) einerseits und zwischen Zel lenrad und der Arbeitsturbine und einem Auspuff (22a) anderseits abdichtende Zwi- sehenböden (10, 11) vorhanden sind, die axiale Steueröffnungen (12, 13, 22) auf- weisen;, während das Gehäuse (1) selbst ra diale Steueröffnungen (17, 18) zur und von der Brennkammer (16) besitzt. 2.

   Triebwerk nach Patentansprueh und Unteranspruch 1, dadureh gekennzeichnet, dass Verbindungskanäle von der Brennkam- iner (16) zu den Steueröffnungen (17, 18) des Zellenradgehäuses Leitvorrichtungen (19, 20) enthalten, um einerseits ein ta-ngentiales Einströmen von Heissgasen aus .der Brenn- kammer in das Zellenrad (3)

   z11 bewirken und anderseits die aus dem Zellenrad (3) austretenden Frisehgase in die Brennkammer (16) überzuleiten. 3. Triebwerk nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen Spülgebläse (2) und Zellenrad (3) eine Leitvorrichtung (24) an geordnet ist. 4.

   Triebwerk nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn- zeiehnet, @dass das Zellenrad (3) radial ange ordnete, axial verlaufende Flügel (15) auf weist, die miteinander Zellen (14) bilden. 5.

   Triebwerk nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Steueröffnungen (12, 13, 17, 18, 22) in den Zwischenböden (1.0, 11) und in dem Zellenradgehäuse (1) derart angeordnet sind, da.ss die umlaufenden Zellen (14) des Zellenrades (3) je zuerst die axiale Spül gebläse- und Auspufföffnung (12, 22), dann die radiale Steueröffnung (17) für Srenn- gaszuführung von der Brennkammer (16), darauf die radiale Steueröffnung (18)

   für Frischgasabführung in die Brennkammer und schliesslich den axialen Durchlass (13) zum Turbinenläufer (7) erreichen. 6. Triebwerk nach Patentanspruch und Unteransprüehen 1 bis 5, .dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen Zellenrad (3) und Turbinenläufer (7) eine Leitvorrichtung (6) angeordnet ist.