JPS5993928A - パルス制御式のガスタ−ビン - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、噴射ノズルを備えた燃焼室を有している・ｑ
ルス制御式のガスタービンであって、燃焼室において周
期的な間隔をおいて駆動媒体の過給、燃焼及び膨張が相
次いで行なわれる形式のものに関する。

このような形式のガスタービンは例えばオーストリア特
許第３１１７３５号明細書によって公知である。

本発明の課題は、このようなタービン回転数て今日望ま
れている高い要求への適合を目的として、公知のガスタ
ービンの機能確実性並びに効率を著しく改善することで
ある。

この課題を解決するために本発明の構成では、案内装置
・羽根車コンビネーション及び（又は）制御される流入
系によってほぼ等容的な燃焼特性が与えられており、流
入系の前にある圧力とは異なり、燃焼室内に負圧が生せ
しめられ、有利には駆動媒体特に燃焼空気をもたらすた
めに送風機が設けられている。

本発明の実施態様によれば、複数の燃焼室及び複数の流
入系が設けられている。また別の実施態様によれば、空
気が流入系にまでもたらされる途中、で熱的な前圧縮が
行なわれろ。本発明の別の実施態様によれば、特別な案
内装置・羽根車コンビネーションが設けられており、燃
焼室に流入する空気のための流入系がスリット制御装置
を有していて、燃焼空気をもたらすために送風機が配設
されている。

次に図面につき本発明の詳細な説明する。

本発明の理解を容易にするために、以下においてはまず
初め第１図を参照しながら有利な実施例を説明する。

燃焼室１０ケーシングは成形された。中空円筒形の外周
壁２隻から成っており、この外周壁２は羽根車室３と結
合されている。

燃焼室１の内周壁は外周壁２に対して鏡面対称な形状を
有している。案内羽根環を有する案内装置４は外周壁２
に固定されている。

燃焼室１の端壁には、スリントロを備えたステータ５が
ねじ締結されている。ステータ５の前にはつまり燃焼室
１内には、同様にスリット７を備えた回転ないしは揺動
する弁円板８が軸方向において昇降可能に取り付けられ
ている。

この弁円板δは、シールされて熱交換器から延びている
軸９に固定されている。

この軸９の他方の端部には、摩擦ライニング１３を備え
た歯車１２と押圧ばね１１とから成る滑りクラッチ１０
が配設されている。この滑りクラッチ１０の前には、電
子制御のために必要な溝付円板１４が支承されている。

滑りクラッチ１０は、回転数を調整可能な直流モータ軸
１６に設けられたビニオン１５と伝動結合されている。

電気モータ１７は滑りクラッチ１０の外側のケーシング
２１に固定されている。

ステータ５の端面側には、冷却媒体によって冷却される
電子制御式のΦつの噴射ノズル１８が取り付けられてい
る。

燃焼室１の外周壁２には、燃焼室１の内部に突入してい
る予熱プラグないしは点火プラグ１９が固定されている
。案内装置牛の後ろには羽根車２０が配設されている。

排気ガスは羽根車２０から、羽根車室３に設けられた半
径方向の開口２２を介して後燃焼室２３に流入する。

羽根車２０はピニオン軸２５の前端部に配設されており
、ピニオン軸２５自体は、伝動装置ケーシング２６の前
端面にフランジ結合されたピニオン支承フランジ２４に
支承されていて、ラビリンス・ξソキン２７によってシ
ールされている。

ピニオン軸２５の延長部には、過給送風機の羽根車２８
が配置されている。羽根車２８には、送風機ケーシング
３Ｑの内部において該送風機ケーシングに固定された案
内装置２９が後置されている。送風機ケーシング３０は
さらに伝動装置ケーシング２６の背壁に取り付けられて
いる０ 伝動装置ケーシング２６にはさらに、ピニオン軸２５と
伝力結合された歯車３３を有する被駆動軸３１が取り付
けられている。延長せしめられた被駆動軸３１の端部に
はＶベルト用ゾーリ３２が設けられていて、この■ベル
ト用ゾーリ３２はＶベルトを介して図示されていないス
タータと結合されている（スタータオーバライディグク
ラッチ）。

スタータ軸には自体公知のように５発電機と力接続的に
結合された第２のＶベルト用ツーリが配置されている。

ター　ビニｙ）ｙ−シングは、熱交換器として構成され
た２重壁の周壁３４によって取り囲まれていて、この周
壁３４の端部は壁３５によって閉鎖されている。壁３５
には、電子制御される噴射ノズル１８のため並びに滑り
クラッチ１．０の軸９のためのシールされた切欠き３６
が設けられている、燃焼室１に達するまでの空気９流れ
方向は破線の矢印によってあられされており、燃焼室１
から流出した後の空気の流れ方向は実線の矢印で示され
ている。まず初め箇所３７において常温の空気が流入し
、この空気は向流式及び並流式に加熱されて、ガスター
ビン全体を貫流した後で箇所３８において流出する。

熱交換器とはさらにまた、図示されていないが周壁３４
．においてシールされかつ絶縁された複数の切欠きが設
けられており、これらの切欠きは、後燃焼室２３に突入
している後燃焼室プラグ（予熱プラグ）のため並びに、
燃焼室１に突入している点火兼予熱プラグのために働く
。

さらに、タービン運転状態の温度を電子的に発信しかつ
次いでマイクロプロセッサに作用する温度感知器のだめ
の絶縁された切欠きが設けられている。

熱交換器の背壁には排気装置のための複数の切欠きが設
けられていて、これらの切欠きには同時に、過給送風機
から延びていて熱交換器の一部である複数の管が７ラン
ジによって固定されている。

排気管（箇所３８）は熱交換器のなかをさらに延びてい
て、後燃焼室２３の前端部にフランジ結合されている・ 次に第２図〜第６図を参照しながら種種異なった形式の
案内装置・羽根車コンビネーションを説明する。

特別な羽根を有している　案内車及び羽根車のこの配置
形式の主機能は、このような配置形式によって圧力降下
を生ぜしめることだけでなく、爆発過程によって生ぜし
められる正圧の消滅によって後吸込み効果（負圧）をも
得ることができることにある。このことはアキシャル並
びにラジアルないしは半ラジアルの羽根車コンビネーシ
ョンによって達成され得る。これによって惹起されるこ
とは： ｌ、　サイクル効率を十分に利用することができる０ ２、燃焼室における熱の蓄積に抗して吸込み効果が積極
的に作用することによって、燃焼室の充てんが容易にな
る。

３、所定の負圧に達するまで圧力がコンスタントに減じ
られるので、これによって初めて燃焼過程の非強制的な
制御が可能になる。

第２図のコンビネーション（ａ）二案内装置・羽根車の
この配置形式ではまず初め、羽根車２０を回転せしめる
圧力降下が生せしめられる。

圧力降下が消滅した後でもしかしながらこの羽根車は特
殊な羽根形状付与によって、惰性回転において吸い込む
こともできる。

第３図のコンビネーション（ｂ）：この配置形式では第
１の羽根車２０が衝動車としてかつ第２の羽根車が反動
車として構成されていて、両羽根車の間には各１つの案
内装置牛が配置されている。両羽根車２０は等しい軸（
ピニオン軸２５）に配置されている。

第４図のコンビネーション（ｃ）：このコンビネーショ
ンでは羽根車２０の逆向きの配置形式によって強化され
た吸込み作用が得られる。

しかしながらこの配置形式には伝動装置と中空軸３９が
必要である。この場合直接相前後している羽根車２０が
互いに異なった羽根数を有していると有利である。

第５図のコンビネーション（ｄ）：間に配置されている
第２の案内装置によって、強化された吸込み効果はその
ままで維持され、これによって中空軸の構成を省くこと
ができる。

第６図のコンビネーション（ｅ）：ｉ動案内装置として
構成された第２の案内装置牛を間に配置することによっ
て、第２の羽根車２０によって強化された吸込み作用が
維持され、この結果中空軸を省（ことができる。

以上で実施例を−通り説明したが、本発明の本質の理解
を容易にするために以下において説明をさらに続ける： 本発明によるガスタービンは、はぼ等容的な燃焼特性を
備えた・ξルス制御式のガスタービンである。パルス制
御が汎用のガスタービン及び燃焼機関の制御と異なって
いる点は、・ξルス制御は強制的に制御されないという
ことである。

このことは既述の案内装置・羽根車コンビネーション並
びに特殊に制御される流入系によって惹起される。

さらに、流入した空気の圧縮は熱交換器の内部において
かつ後燃焼室の擦過によって段階的に熱的に行なわれる
。同様に既述のように空気の流入は、直接的に又は伝動
装置を介して間ｉ接的に駆動されるアキシャルないしは
ラジアル送風機（圧縮機）によって行なわれる。

流入系は、燃焼室、の排気、過給、噴射、点火及び爆発
並びに後吸込み（負圧発生）を非強制的に十分の１秒単
位で行なうことを保証するために、まったく新しい有利
な制御系である。

流入系は、燃焼室の端面側にねじ締結されたステータか
ら成っている。ステータと燃焼室との間では円板が回転
運動するようになっており、この円板にはステータ同様
スリットが設けられている。このスリットは、熱的に前
圧縮された空気を燃焼室に流入させる又は流入を遮断す
るという働きを有している。

この回転する構造形式では円板は軸及び溝付円板によっ
て滑りクラッチと結合されている。

駆動モータとの滑りクラッチの結合機構は溝付円板と摩
擦ライニングを備えた歯車とから成っており、歯車はタ
ービンによって直接回転せしめられるか又は回転数を調
整可能な電気モータによって間接的に回転せしめられる
。歯車、滑りクラッチ、溝付円板及び軸を介して、スリ
ットを有する前側の円板が回転せしめられる。

位置固定の円板のスリットと回転する円板のスリットと
が互いに重なっている瞬間において、熱的に前圧縮され
た空気が燃焼室に流入する。

駆動装置の回動ないしは揺動によってロータのスリット
はステータのウェブに対してずらされる。スリットとウ
ェブとが合致するやいなや、燃焼室は端面側において閉
鎖され、噴射、点火並びに生せしめられた正圧の消滅が
羽根車を介して導入される。

噴射並びに点火のノξルスは溝付円板によってトリガさ
れる。このパルスのトリガは機械的に、電子的に、電気
的に、音響的に、空気力式に、光学的に又は互いのコン
ビネーションによって行なわれ得る。

次に熱交換器と該熱交換器に内蔵された後燃焼室につい
て説明すると、空気の加熱は閉じられた熱交換器におい
て行なわれ、第１の熱的な前圧縮は熱交換器内で流入す
る過給送風機空気と流出する排気との間で向流式に直接
行なわれるＯ 同様に熱交換器内部にある後燃焼室はまず第１に、特に
始動過程において未燃焼の残留ガスを完全に燃焼させる
という課題を有している。

さらに後燃焼室は、この新しいがスターピン形式におい
て第２の前圧縮段を形成するために働く・ 直接的に又は伝動装置を介して間接的に駆動され得るア
キシャル又はラジアル送風機（圧縮機）によって、吸い
込まれる空気は僅かな正圧で向流式に排気管を介して熱
交換器に導入される。この送風機は後置された案内装置
を有しており、この案内装置は熱交換器及び後燃焼室に
おいて熱的に前圧縮された空気に抗して一種の遮断弁と
して作用する。これによって前圧縮された空気は弁円板
の開放時にのみ燃焼室に達する〜 本発明はつまり既述のように、はぼ等各式の燃焼特性を
有する・ξルス制御式のガスタービンであって、弁円板
が燃焼室に前置されていて、燃焼室において周期的では
あるが非強制的に制御された間隔をおいて駆動媒体の過
給、爆発及び膨張が相次いで行なわれる形式のものに関
するー 燃焼室への燃焼空気の供給は一方では、特殊に構成され
た羽根車の惰性回転によって生ぜしめられる負圧によっ
て、他方では、送風機によって生ぜしめられる僅かな正
圧によって行なわれる。この僅かな正圧は次いで３つの
段階において（熱交換器、後燃焼室、高温の燃焼室への
流入）熱的に著しく高（前圧縮せしめられる。

特殊に構成されている後置された流入系の閉鎖過程と同
時に行なわれる噴射及び点火の後で、既述の案内装置・
羽根車コンビネーションを介して膨張が行なわれる。

本発明によって、同様な形式のガスタービンが有してい
る種種の欠点が除去されること及びガスタービンの機能
確実性並びに効率が著しく改善されることが望まれてい
る。この理由から冒頭に述べた形式のガスタービンにお
いて本発明の構成では、スリットを備えたステータと、
スリットを備えた弁円板と、電子制御装置を備えかつ直
接的に又は間接的に連結される駆動ユニットとから成る
流入系が、子分の１秒の単位における非強制的な制御を
保証している。

非強制的な制御、すなわち、圧力が負圧範囲にまで低下
せしめられるということは、一方では、特殊に発達した
電子回路と組み合わせられた調節可能な滑りクラッチｌ
Ｏの構成によって達成され得る。滑りクラッチ１０は摩
擦ライニング１３を備えた歯車１２を介して駆動モータ
（電気モータ１７）と結合されている。歯車１２はガス
タービンによって直接又は回転数調整可能な電気モータ
によって間接的に回転せしめられる。燃焼室１において
爆発が生じるやいなや、弁円板８はステータ５に押し付
けられこれによって滑りクラッチ１０は解離せしめられ
る。

同時に電気モータ１７は減じられない回転数でさらに回
転する。もちろんこの場合弁円板８のスリットはステー
タのウェブと合致する。なぜならば駆動媒体の膨張は羽
根車を介して行なわれねばならないからである。このこ
とは、等しい軸に配置された溝付円板１４によって制御
され、溝付円板１４は特殊に発達した電子回路のだめの
パルスを発する。生ぜしめられた正圧が案内装置・羽根
車コンビネーション（第２図〜第６図参照）を介して減
じられると、滑りクラッチ１０は再び摩擦接続し、かつ
ステータ５及び弁円板８のスリットは互いに合致する。

これによって再び熱的に前圧縮された空気が燃焼室１の
なかに供給せしめられる。

弁円板と同一の軸に位置している溝付円板によって同様
に、電子的に制御して噴射及び点火を所望の時点におい
て正確に行＝なうことも可能である。

さらに小型のガスタービンにおいてはこのタービン形式
の非強制的な制御を、弁円板の軸と直接結合されていて
溝付円板を備えた電子制御式のステップモータによって
行なうこともできる。溝付円板はこの場合においても、
電子回路のためのしξルスを絶対に正しい瞬間にかつ十
分の１秒の範囲において噴射、点火並びに弁円板の開放
及び閉鎖のために発信するという課題を有している。

公知の燃焼タービン及び燃焼機関に対する著しい改善は
、熱交換器と該熱交換器に内蔵された後燃焼室によって
得られる。熱交換器は燃焼室にもたらされる空気のため
の再生を行なうのみならず、熱交換器においては燃焼空
気が連続的に熱的て前圧縮される。これはまず初め、流
入する過給送風機空気と流出する排気との間で向流式な
いしは並流式に直接熱交換器において行なわれ、第２の
前圧縮は内蔵された後燃焼室の擦過によって閉鎖空気の
強力な加熱を介して行なわれる。後者の過程はさらに、
始動過程時において未燃焼の残留ガスを燃焼させるため
に働（。

以上のことかられかるようにこのように構成された熱交
換器は、再生による熱効率の上昇を達成するのみならず
、熱的に前圧縮された燃焼空気を燃焼室にもたらすため
の必要条件をも満たす。このことはさらにタービンの出
力並びに総合効率のためにも大きな意味がある。非強制
的な圧力降下並びに後燃焼室によって完全燃焼を行なう
ことが可能になり、これによって今日の環境汚染防止の
要求をも満たすことができる・本発明によるガスタービ
ンでは既述のように一爆発過程は案内装置・羽根車並び
にガス制御装置の新たな配置形式によって達成される。

直接又は伝動装置を介して間接的に駆動されるアキシャ
ル又はラジアル圧縮機によって、空気は正圧で熱交換器
を押し通され、その際に、空気の加熱によって熱的な前
圧縮が生ぜしめられる。

この高温の空気は燃焼室の前に貯えられており、弁円板
の開放時に、燃焼室の前における正圧と羽根車によって
生ぜしめられた燃焼室における負圧とに基づいて燃焼室
に流入する。

燃料（ケロシン、ベンジン、石油、ディーゼルオイル、
メタノール、エタノール、天燃ガス及び高炉ガス）の噴
射とこれに続（点火とによって混合気は爆発して膨張す
る。

この膨張は羽根車室を介してのみ減じられるので、これ
によって羽根車は回転せしめられる。

噴射及び点火系は電子的に、電気的に、機械的に又はこ
れらの組合わせによって制御される。

弁円板の駆動は付加的に取り付けられた外部のモータに
よって行なわれても、タービン自体によって行なわれて
もよい。

弁円板は複数の開口を備えた円板であり、同様に複数の
開口を備えかつ燃焼室と結合されている円板の前で回転
する。この回転する円板は軸、クラッチ及び歯車を介し
て駆動装置と結合されている〜 もちろん、本発明の枠内においてガスタービンに各１つ
の又は複数の燃焼室及び流入系が設けられていても、ま
た各１つの又は複数の噴射ノズルが用いられていてもよ
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による・ξルス制御式のガスタービンを
概略的に示す全体図、第２図、第３図、第４図、第５図
及び第６図は種種異なった形式の案内装置・羽根車コン
ビネーションを示す図であ”）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、噴射ノズルを備えた燃焼室を有しているパルス制御
   式のガスタービンであって、燃焼室において周期的な間
   隔をおいて駆動媒体の過給、燃焼及び膨張が相次いで行
   なわれる形式のものにおいて、案内装置・羽根車コンビ
   ネーション及び（又は）制御される流入系によってほぼ
   等容的な燃焼特性が与えられており、流入系の前の圧力
   とは異なり燃焼室内に負圧が生ぜしめられることを特徴
   とする・ξルス制御式のガスタービン。 ２、　複数の燃焼室と複数の流入系とが設けられている
   特許請求の範囲第１項記載のガスタービン。 ３、駆動媒体である空気が流入系にまでもたらされる途
   中で熱的な前圧縮が行なわれろ特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載のガスタービン。 ４、熱的な前圧縮が２段階においてつまりノず初め、流
   入する過給送風機空気と流出する排気との間で向流式に
   ないしは並流式に行なわれ、次いで第２に内蔵された後
   燃焼室の擦過によって行なわれる特許請求の範囲第１項
   乃至第３項のいずれか１項記載のガスタービン・５、案
   内装置・羽根車コンビネーションが以下に記載の構成を
   有している：すなわち、（イ）正圧装置である案内装置
   と反動車である羽根車とが相前後して配置されていて、
   羽根車が圧力を生ぜしめかつ吸込みを行なう、１口）正
   圧装置である複数の案内装置と複数の羽根車とが交互に
   配置されていて、第１の羽根車が圧力羽根車であり、第
   ２の羽根車が吸込み車である、 ｋ−）　　１つの案内装置が２つの羽根車の前に配置−
   されていて、両羽根車が圧力を生ぜしめかつ吸込みを行
   なう反動車であり、第１の羽根車が中空軸に設けられて
   いて、第２の羽根車が第１の羽根車に比べて僅かな羽根
   を有している、 に）正圧装置である複数の案内装置と複数の羽根車とが
   交互に配置されていて、第１及び第２の羽根車が、圧力
   を生せしめかつ吸込みを行なう反動車として構成されて
   いる、（，１→　正圧装置である複数の案内装置と複数
   の羽根車とが交互に配置されていて、第１及び第２の羽
   根車が、圧力を生ぜしめかつ吸込みを行なう反動車とし
   て構成されており、第２の案内装置が衝動案内装置とし
   て構成されている。 特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項記載の
   ガスタービン。 ６、　流入系が燃焼室に流入する空気のためにスリット
   制御装置を有している特許請求の範囲第１項乃至第５項
   のいずれか１項記載のガスタービン。 ７　スリット制御のために、スリットを備えた少なくと
   も１つの回転可能な円板が設けられていて、該円板が、
   同様にスリットを備えた少なくとも１つのステータと協
   働する特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項
   記載のガスタービン。 ８　円板が軸と溝付円板を介して滑りクラッチと結合さ
   れており、該滑りクラッチが歯車を有していて、該歯車
   がピニオンを介してタービン又は調整可能な電気モータ
   と結合されている特許請求の範囲第１−項乃至第７項の
   いずれか１項記載のガスタービン。 ９、歯車と溝付円板との間に摩擦ライニングが設けられ
   ている特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項
   記載の装置。 １０、　　駆動媒体をもたらすために送風機が設けられ
   ていて、該送風機が、直接的に又は伝動装置を介して間
   接的に駆動されるアキシャル送風機又はラジアル送風機
   として構成されている特許請求の範囲第１項乃至第９項
   のいずれか１項記載のガスタービン。 １１、　　ガスタービンの・ξルス制御が、タービン回
   転数に関連して発せられる・ξルスを処理しかつ噴射時
   期、噴射時間及び点火時期を制御する電子回路を介して
   無接触式に行なわれる特許請求の範囲第１項乃至第１０
   項のいずれか１項記載のガスタービン。 １２、噴射ノズル（１８）が流入系に所属のステータ（
   ５）に配置されている特許請求の範囲第１項乃至第１１
   項のいずれか１項記載のガスタービン。 １３　　燃焼の導入が点火プラグ又は予熱プラグによっ
   て行なわれる特許請求の範囲第１項乃至第１２項のいず
   れか１項記載のガスタービン・