Verbrennungstnrbinenanlage. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsturbinenanlage mit stetiger Ver brennung. bestehend aus einem Axiale er- diehter für die Erzeugung der Brenn- und Kühlluft und einer mit dem Verdichter ge kuppelten Turbine sowie einer Brennkammer. Die Anlage ist für stationäre und Schiffs antriebe, sowie insbesondere für den Antrieb von Flugzeugen und andern Fahrzeugen hoher Cresch"vindiäkeit g"eignet.
Die Erfindung besteht darin. dass zwi schen Austrittsfläche der Verdichterbeschau- felung und Eintrittsfläche der Turbinen- beschaufelung eine ringförmige und so aus gebildete Brennkammer eingeschaltet ist, dass der grössere Teil der Luft annähernd ohne Richtung- und Geschwindigkeitsänderungen aus dem Verdichter durch die Brennkammer zur Turbine strömt.
Die Erfindung ermög licht die Schaffung einer baulich einfachen und im Gewicht geringen V erbrennungs- turbine mit hohem @Virlzuiigsgrad.
Die einfachste Gasturbinenanlage besteht aus einem Verdichter, einer Brennkammer und der Gasturbine. wobei die Gasrurbiiie den Verdichter selbst antreibt und der Ver dichter nicht nur Brennluft. sondern auch Kühlluft liefert.
Die lutzleistimg ist die Differenz aus der von der Gosturbine gelie ferten Arbeit und der Arbeit. die der Antrieb des Verdichters erfordert. Der -\Virkungsgra,l oder der spezifische Brennstoffverbrauch die ser Anlage hängt Für eine gegebene Teiy- peratur der Treibgase, die von der Wider standsfähigkeit des verwendeten Barts toffes hohen Temperaturen gegenüber bestimmt wird, in erster Linie von den Wirkung,-, e des Verdichters und der Gasturbine ab, dann aber auch von den Verlusten,
die die Luft und das Treibgas in den verschie- denen Zu- und Abführungsleitungen und .-kanälen erleidet. Die Vermeidung dieser Strömungsverluste ist von besonderer De- deutung, wenn die Gasturbine zum Antrieb von Flugzeugen oder ähnlichen Fahrzeugen hoher Geschwindigkeit verwendet wird. Werden nämlich Verdichter,
Brennkammer und Gasturbine gleichachsig angeordnet und wird die Brennkammer als Ringraum aus geführt, dessen Eintrittsseite unmittelbar an die Verdichterbeschaufelung und dessen Aus tritt unmittelbar an die Gasturbinenbeschau- felung anschliesst, so kann praktisch nicht nur jede Umlenkung, sondern auch jede grö ssere Geschwindigkeitsänderung des Treibgas- Stromes vermieden werden, wodurch alle die grossen Verluste, die diese Umlenkungen, wie die bisher gebräuchliche Herausführung der Luft aus dem Verdichter.
die Zuleitung zur Brennkammer, die neue Beschleunigung im Brenner und in den Leitvorrichtungen der Turbine, zur Folge haben, wegfallen.
Die Figuren zeigen beispielsweise Aus führungsformen der Verbrennungsturbinen- in und zwar: Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Verbrennungsturbinenanlage zum Antrieb eines Propellers, Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch Verdichterende, Mischraum und Brenn- kammer sowie Turbineneintrittsseite, Fig. 3 einen abgewickelten,
zylindrischen Schnitt durch den Brennkammerringraum und einen Teil der Verdichter- und Turbinen beschaufelung, Fig. 4 einen gleichen Schnitt, jedoch mit schräggestellten Einbauten für leitschaufel- losen Verdichteraustritt und Turbineneintritt.
In Fig. 1 ist 1 der Verdichter. 2 die Brennkammer, 3 die Turbine. Da dieses Aus führungsbeispiel zum Antrieb eines Propel lers für ein Flugzeug oder anderes Fahrzeug hoher Geschwindigkeit gedacht ist, erhält diese Anlage ein Getriebe 4, das die sehr hohe Drehzahl der Turbine auf die wesent lich niedrigere des Propellers 5 herabsetzt.
Eigentümlich für die besondere Ausbildung dieser Anlage ist der der Fahrtrichtung zuge wandte Lufteintritt bei 6 und der Abgasaus tritt entgegen der Fahrtrichtung bei 7. So wird die Luftzufuhr zum Gebläse durch die Fahrtgeschwindigkeit erleichtert und der Auspuffausstoss zum Vortrieb des Fahrzeuges benutzt.
Der grössere Teil der Luft durch- setzt die zwischen Austrittsfläche der Ver- dichterbeschaufelung und Eintrittsfläche der Turbinenbeschaufelung eingeschaltete ring förmige Brennkammer praktisch ohne Um lenkung und Gesch-,vindigkeitsänderung. U m kleine Abmessungen zu erhalten, wird man zwar mit hohen Drehzahlen und hoher axialer Strömungskomponente arbeiten.
In der Brennkammer darf diese Geschwindigkeit aber eine gewisse Höhe nicht überschreiten, damit Mischung und Verbrennung genügend gesichert sind. -Man könnte nun die hohe Geschwindigkeit im Verdichter durch einen Diffusor auf die in der Brennkammer erfor derliche Geschwindigkeit herabsetzen. Da dies aber Verluste bedeutet, erfolgt die Ge schwindigkeitsabnahme allmählich und in nerhalb der letzten Schaufelreihen. Es neh men von einer bestimmten Stelle, z.
B. von 8 an, die Schaufeln nicht mehr in der übli chen Weise (nach strichpunktierter Linie 9) an Länge ab, sondern sie bleiben zum Bei spiel gleich hoch, während gleichzeitig ihre Neigung verkleinert wird, um der Abnahme der Luftdichte Rechnung zu tragen.
Mit der Beschaufelung der Gasturbine ge schieht es umgekehrt. Wird vom Vortrieb der Abgase kein. Gebrauch gemacht, so muss die Abgasgeschwindigkeit möglichst niedrig gewählt werden, damit der Abgasverlust klein wird. Es werden die Schaufeln gegen das Ende zu sehr viel höher gemacht als am Eintritt, etwa nach der strichpunktierten Linie 10.
Wird aber vom Auspuffausstoss Gebrauch gemacht, so soll die axiale Aus- trittsgeschwindigkeit etwa das 1,2-bis 1.5fache der Fahrt- oder Fluggeschwindigkeit betra gen, was bei hohen Fortbewegungsgeschv.-in- digkeiten auch hohe Gasaustrittsgesehwin- digkeiten bedeutet: Man verkürzt die .Schau feln, indem man ihnen gleichzeitig grössere Austrittswinkel gibt.
Besondere Vorkehrungen erfordert die Brennkammer. Wenn auch schon im Verdich ter eine Verminderung der Luftgeschwindig keit vorgenommen wird, so ist diese doch zur Erreichung einer guten Mischung und voll- kommen Verbrennung noch reichlich hoch. Ein günstiger Umstand liegt nun darin, dass bei Gasturbinen der vorliegenden Art, die zur Kühlung Luft verwenden, nur etwa '/3 bis '/zi der erzeugten Luftmenge zur Ver brennung<B>nötig</B> ist, während der Rest erst nach der Verbrenn -t= den Brenngasen zuge- miseht wird.
Diese beringe Brennluftinenge lässt sieh in besondere Vorkammern leiten, dort in ihrer Geschwindigkeit noch weiter vermindern, mit dem Brennstoff mischen und die entstandene Flamme erst nach nahezu vollendeter Verbrennung mit der mit verhält nismässig hoher Geschwindigkeit strömenden Hauptmasse der Kühlluft in Berührung bringen.
Fig. 2 zeigt die Brennkammer im Längs schnitt, Fig. 3 im zylindrischen Schnitt, ab gewickelt. Es sind 11 die letzten Schaufeln des Verdichters, 12 der anschliessende Brenn hammer-Ringraum 'und 13 die ersten Schau felreihen der Gasturbine. Der meist schräg aus der letzten Laufradreihe 14 austretende Luftstrom wird in ein oder zwei Leitrad- kränzen 15 axial gerichtet und so den Ein bauten 16 der Brennkammer zugeleitet.
Die Einbauten 16 bestehen aus mehreren radial stehenden Wänden, die einerseits die Kanäle 17 für die Kühlluft, anderseits die Vorkam mer 19 bilden. In diese Vorkammer ragt das Rohr 20, durch das der Brennstoff ein gespritzt wird. Die Wände sind so profiliert, dass an der Mündung der Vorkammer eine Einschnürung 18 entsteht, welche. so bemes sen ist, dass der zum Mischraum gelangende Anteil der Luft ein gut zündfähiges Gemisch liefert. Die Flamme bildet sich dagegen erst an oder nach den Roststäben 21.
Es kann bekanntlich auch bei verhältnismässig hohen Strömungsgeschwindigkeiten eine Flamme stabil gehalten und vom Abreissen oder Erlöschen bewahrt werden, wenn man das zündfähige Gemisch an genügend Rei- bungsflächen vorbeiführt, in deren Grenz schicht sich das Gemisch mit kleinerer Ge schwindigkeit als Zündgeschwindigkeit fort bewegt, so dass kleine Flämmchen entstehen, die nun die Vorw ärmung und Endzündung der rasch strömenden Hauptmasse des Ge misches herbeiführen.
Die Flamme mischt sich mit der Kühl luft. Das so entstehende Treibmittel mässiger Temperatur gelangt zum ersten Leitkranz 22 der Gasturbine. Zum Schutze der Wände kann der Ringraum mit einem Mantel 23 aus hochhitzebeständigem Blech abgedeckt sein. Hinter dem Blech lässt man Kühlluft fliessen.
Als Brennstoff kommen in erster Linie leicht vergasende, flüssige Brennstoffe in Be tracht. Sie werden durch Rohr ?4 zugeführt und durch Rohr 20 in feinster Verteilung eingespritzt. Besonders zweckmässig erweist es sich, rückstandfreie (51e vorher auf höhere Temperatur zu bringen und sie als Dampf oder Olgas einzuführen.
Das Gehäuse für Verdichter. Brennkam mer und Gasturbine wird durch einen Mittel flansch 25 geteilt. Bei grösseren Trommel längen wird eine Lagerung 26 zwischen Ver dichter und Gasturbine vorgesehen.
Wie bereits erwähnt, kann die Abnahme der Achsialkomponente der Luftgeschwindig- keit durch Verminderung der .Schaufelaus- trittswinkel erfolgen. Winkel <B>27.</B> gegenüber 28, zeigt diese Abnahme.
_Um die Geraderichteschaufeln (15 der Fig. 3) am Verdichteraustritt zu ersparen, kann der schräge Luftaustritt aus der letz ten Laufschaufelreihe des Verdichters bei behalten und der Luft eine schraubenförmige Bahn durch den Brennraum gegeben werden. wie in Fig. 4 gezeigt ist. Es werden dann die Wände 16 und Kanäle 17 ebenfalls schräg gestellt. Ist die Geschwindigkeit hoch genug, so kann auch auf den ersten Leitradkranz (?? der Fig. 3) der Gasturbine verzichtet und das Gas unmittelbar dem Läufer zugeführt werden.
Das bietet den grossen Vorteil. dass leine Leitkranzschaufeln überhitzt werden können, falls die Mischung voll Flamme mit Kühlluft ungenügend ist. Die Rippen 29 die nen sowohl zur Versteifung als auch Füh rung des Gasstromes.