CH249539A - Thermal power plant for driving high-speed vehicles, especially airplanes. - Google Patents

Thermal power plant for driving high-speed vehicles, especially airplanes.

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CH249539A
CH249539A CH249539DA CH249539A CH 249539 A CH249539 A CH 249539A CH 249539D A CH249539D A CH 249539DA CH 249539 A CH249539 A CH 249539A
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CH
Switzerland
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power plant
thermal power
gas turbine
compressor
air
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German (de)
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Aktiengesell Maschinenfabriken
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Escher Wyss Maschf Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/08Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  

  Wärmekraftanlage für den     Antrieb    von Fahrzeugen hoher     Fahrgeschwindigkeit,     insbesondere von Flugzeugen.    Die Erfindung betrifft eine     ZVärmekraft-          anlage    für den Antrieb von Fahrzeugen hoher  Fahrgeschwindigkeit,     insbesondere    von Flug  zeugen, bei welcher mindestens     ein    Verdich  ter Verbrennungsluft in eine     Brennkammer     fördert, in der Treibgase für eine Gasturbine  erzeugt werden.  



  Gemäss der Erfindung     ist    in der zwischen  Verdichter und Gasturbine angeordneten       Brennkammer    mindestens ein     Wärmeaustau-          scher    eingebaut, in welchem von dem einen       Kreislauf    durchlaufenden Arbeitsmittel einer       Wärmekraftmaschine    den Treibgasen gerade  so viel Wärme entzogen     wird,    dass in dieser  Maschine höchstens<B>50%</B> der in der Anlage  aufzubringenden Gesamtleistung erzeugt wird;  ferner treten die Abgase der Gasturbine durch  eine Strahldüse ins Freie aus, wobei sie durch  Rückstoss ebenfalls einen Teil der für den  Antrieb des Fahrzeuges benötigten Gesamt  leistung erzeugen.  



  In Verbindung mit Verbrennungsturbi  nen ist es schon bekannt, die Temperatur der  in einer Brennkammer     erzeugten    Treibgase  dadurch auf ein für die Turbine zulässiges  Mass herabzusetzen, dass man diese Gase in  einem Kessel nutzbringend Dampf entwickeln  lässt.  



  Auch sind schon Gasturbinenantriebe für  Flugzeuge bekannt, bei denen die Abgase der  Gasturbine durch eine Strahldüse ins Freie  ausströmen und dabei durch     Rückstoss    eine  Antriebsleistung erzeugen.    Die Erfindung besteht somit in der Ver  einigung     einer    Anzahl von Merkmalen, von  denen jedes für sich bereits     bekannt    ist. Diese       Vereinigung,    die den Gegenstand der Erfin  dung bildet, zeitigt gegenüber den bekannten       Wärmekraftanlagen    der eingangs     erwähnten     Art den     technischen        Fortschritt,    dass sich bei  günstigem Brennstoffverbrauch mit mässigen  Gewichten auskommen lässt.

   Dieser     Vorteil     fällt insbesondere bei Flugzeugen stark ins  Gewicht, da bei diesen die Flugstrecke be  kanntlich um so grösser     wird,    je     kleiner    das  Gewicht der     Antriebsvorrichtung    und je klei  ner der Brennstoffverbrauch je erzeugte Nutz  leistungseinheit sind.  



  Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine       beispielsweise    Ausführungsform des Erfin  dungsgegenstandes in vereinfachter Darstel  lungsweise im Zusammenhang mit einem  Flugzeug veranschaulicht, wobei aber von  letzterem nur die     Antriebsanlage    gezeigt ist.  



  In der Figur bezeichnet 1 einen Verdich  ter axialer Bauart, dem zu verdichtende Ver  brennungsluft in Richtung der Pfeile A zu  strömt. Die im     Verdichter    1 verdichtete Luft  dient zur     Aufladung    einer Brennkammer 3,  der sie durch eine Leitung 2 zuströmt. Dieser,  Brennkammer 3 strömt durch eine Leitung 4  auch     ein    Brennstoff, vorzugsweise Brennöl,  zu, das bei der Mischung mit der verdichte  ten Verbrennungsluft     unter    Bildung von  Treibgasen verbrennt. Die Treibgase gelangen  durch eine Leitung 5 in eine Turbine 6, wo      sie sich unter Leistungsabgabe entspannen.  Die     Turbine    6 dient zum Antrieb des Ver  dichters 1, ferner eines Propellers 7 und einer  Speisepumpe B.

   Die Abgase der Turbine 6  treten durch eine unmittelbar an letztere an  gebaute Strahldüse 9 ins Freie, wobei sie  durch Rückstoss Leistung zum Antrieb des  Flugzeuges erzeugen.  



  Da bekanntlich die Temperatur der der  Gasturbine 6     zuströmenden    Treibgase einen  bestimmten Wert, d. h. etwa 700  C, nicht  überschreiten darf, da die sich drehenden  Teile dieser Turbine bei längerer Flugdauer  sonst in gefährlicher Weise beansprucht wür  den, ist in die Brennkammer 8 noch ein als  Rohrschlange 10 ausgebildeter Wärmeaus  tauscher eingebaut, der von einem einen  Kreislauf beschreibenden     Arbeitsmittel    durch  flossen wird.

   Beim     gezeigten        Beispiel    ist die  ses     Arbeitsmittel    Wasser, das von der Speise  pumpe 8 in die Schlange 10 gefördert wird,  durch die es den in der     Brennkammer    3 er  zeugten Treibgasen gerade so viel Wärme  entzieht,     dass    die durch die     Leitung    5 in die  Turbine 6 gelangenden Treibgase die in Be  zug auf letztere noch zulässige Höchsttempe  ratur aufweisen.

   In der Rohrschlange 10  wird das durchströmende Wasser verdampft  und der so erhaltene Dampf gelangt durch  eine Leitung 11 vorerst in eine Hochdruck  turbine 12, welche einen Propeller 13 an  treibt, und hierauf durch eine     Leitung    14 in  eine     Niederdruckturbine    15, welche einen       zweiten    Propeller 16 antreibt.

   Die Nieder  druckturbine 15 ist     zweiflutig    ausgebildet;  die durch die zwei     Leitungen    17 und 18 aus  strömenden Dampfteile werden in einem luft  gekühlten     Vortriebskondensator    19 nieder  geschlagen.

       In    einem solchen führt bekannt  lich die Erwärmung der Kühlluft beim       Durchströmen    des     Kondensators    infolge Ver  ringerung des     Durchtrittswiderstandes    zu  einem     innern        Vortrieb.    Das im Kondensator  19 gebildete Kondensat     fliesst    in eine Leitung  20 ab und gelangt über eine Kondensat  pumpe 20a und einen     Vorwärmer    21 wieder  in die     Speisepumpe    8, womit das Arbeits  mittel, welches die aus den zwei Turbinen    12, 15 bestehende     Wärmekraftmaschine    an  treibt, seinen Kreislauf durchlaufen hat.  



  Der in die Brennkammer 3 eingebaute       Wärmeaustaüscher    10 ist     in    bezug auf die  Menge der erzeugten Treibgase so     bemessen     und ferner     wird    mit Hilfe der Speisepumpe 8  gerade so viel Flüssigkeit in diesen Wärme  austauscher gefördert, dass die vom Wasser  den Treibgasen entzogene Wärmemenge es  ermöglicht, in der von den Turbinen 12 und  1.5 gebildeten     Wärmekraftmaschine        höchstens     <B>50%</B> von der Gesamtleistung zu erzeugen,  welche in der     Aulage        herauszubringen    ist.

    Dieser Teil der Wärmekraftanlage kann also  wesentlich leichter bemessen werden als im  Falle, wo die Gesamtleistung nur in einer       Wärmekraftmasehine    mit einem Kreislauf  des     Arbeitsmittels    zu erzeugen wäre. Zudem  ist der Wirkungsgrad der beschriebenen Ge  samtanlage höher, als er es wäre, wenn     die     Gesamtleistung nur in einer offenen Gastur  bine und in einer an diese anschliessenden  Strahldüse zu erzeugen wäre.

   Dabei ist die  Betriebssicherheit erst noch hoch, weil die  Treibgase beim Eintritt in die     Gasturbine    6  keine Temperatur mehr aufweisen, welche  Teile der Turbine gefährden     könnte.    Ferner  lässt sich nur mit dem     Luftüberschuss    aus  kommen, der für die Erzielung einer     guten          Verbrennung    unbedingt erforderlich ist. Da  gegen braucht nur verhältnismässig wenig zu  sätzliche Luft in die     Brennkammer    3 geför  dert zu werden, um darin die Temperatur  der Treibgase auf einen festgesetzten Wert  herabzudrücken.

   Da somit in der     Brennkam-          mer    3 mit einem verhältnismässig kleinen       Luftüberschuss    auszukommen ist, lässt sich  entsprechend an     Verdichterarbeit    sparen und  auch die     Verluste    durch fühlbare Wärme der  Abgase werden entsprechend kleiner. All das  trägt dazu bei,     dass    die beschriebene Wärme  kraftanlage bei kleinstmöglichem Gewicht  und grosser Betriebssicherheit     mit    hohem Wir  kungsgrad arbeitet, so     dass    also die Kombi  nation einen erheblichen technischen Fort  schritt bedingt.  



  Die Leistung der Gasturbine, welche  nicht von dem Verdichter für die Verbren-           nungsluft    aufgezehrt wird, kann zum An  trieb eines zum Fortbewegen des Fahrzeuges  dienenden Propellers dienen. Dieser Propeller  kann gleichzeitig zum Fördern von Umge  bungsluft in den die Verbrennungsluft för  dernden Verdichter dienen.  



  Dem     Vortriebskondensator    kann als küh  lendes Medium Luft zugeführt werden, den  ein von einer Dampfturbine angetriebener  Ventilator fördert. Diese Lösung kommt vor  allem für das Starten in Frage, wo bei klei  ner Fluggeschwindigkeit die volle Leistung  erzeugt werden sollte.  



  Das Arbeitsmittel, das einen Kreislauf,  in welchem die     Wärmekraftmaschine    liegt,       durehläuft,    kann auch ein Gas, z. B. Luft  oder Helium,     sein.     



  Die beschriebene Wärmekraftanlage ist  in erster Linie für den Antrieb von Fahrzeu  gen hoher     Fahrgeschwindigkeit,    also insbe  sondere für Flugzeuge geeignet.



  Thermal power plant for driving high-speed vehicles, especially airplanes. The invention relates to a ZVärmekraft- system for driving vehicles at high speeds, especially aircraft, in which at least one compressor conveys combustion air into a combustion chamber, in which propellant gases for a gas turbine are generated.



  According to the invention, at least one heat exchanger is installed in the combustion chamber arranged between the compressor and the gas turbine, in which just enough heat is withdrawn from the propellant gases from the working medium of a heat engine running through a circuit that in this machine at most <B> 50% </ B> the total power to be generated in the system is generated; Furthermore, the exhaust gases from the gas turbine exit into the open through a jet nozzle, whereby they also generate part of the total power required to drive the vehicle through recoil.



  In connection with combustion turbines, it is already known to reduce the temperature of the propellant gases generated in a combustion chamber to a level permissible for the turbine by letting these gases develop profitably steam in a boiler.



  Gas turbine drives for aircraft are also already known, in which the exhaust gases from the gas turbine flow out into the open through a jet nozzle and generate drive power through recoil. The invention thus consists in the United union of a number of features, each of which is already known per se. This association, which forms the subject of the inven tion, brings about the technical progress compared to the known thermal power plants of the type mentioned at the beginning, which means that moderate weights can be managed with favorable fuel consumption.

   This advantage is particularly significant in the case of aircraft, since in these the flight distance is known to be greater, the smaller the weight of the drive device and the smaller the fuel consumption per useful power unit generated.



  In the accompanying drawing, an example embodiment of the subject of the invention is illustrated in a simplified representation in connection with an aircraft, but only the propulsion system of the latter is shown.



  In the figure, 1 denotes a compressor ter axial design, the combustion air to be compressed in the direction of arrows A flows to. The air compressed in the compressor 1 is used to charge a combustion chamber 3, to which it flows through a line 2. This, combustion chamber 3 also flows through a line 4, a fuel, preferably fuel oil, which burns when mixed with the compressed th combustion air to form propellant gases. The propellant gases pass through a line 5 into a turbine 6, where they relax with power output. The turbine 6 is used to drive the Ver poet 1, also a propeller 7 and a feed pump B.

   The exhaust gases from the turbine 6 pass through a jet nozzle 9 built directly on the latter into the open, where they generate power to drive the aircraft through recoil.



  Since it is known that the temperature of the propellant gases flowing into the gas turbine 6 has a certain value, d. H. about 700 C, since the rotating parts of this turbine would otherwise be dangerous during long flight, a heat exchanger designed as a coil 10 is built into the combustion chamber 8, which flowed through a working fluid describing a cycle becomes.

   In the example shown, this working medium is water, which is pumped by the feed pump 8 into the snake 10, through which it extracts just enough heat from the propellant gases generated in the combustion chamber 3 that the gas that passes through the line 5 into the turbine 6 Propellant gases have the maximum permissible temperature in relation to the latter.

   In the pipe coil 10, the water flowing through is evaporated and the steam thus obtained passes through a line 11 initially into a high-pressure turbine 12, which drives a propeller 13, and then through a line 14 into a low-pressure turbine 15, which drives a second propeller 16 .

   The low pressure turbine 15 is designed with two flows; the steam parts flowing through the two lines 17 and 18 are precipitated in an air-cooled propulsion condenser 19.

       In such a known Lich leads to the heating of the cooling air as it flows through the condenser as a result of a reduction in the passage resistance to an internal propulsion. The condensate formed in the condenser 19 flows into a line 20 and passes through a condensate pump 20a and a preheater 21 back into the feed pump 8, whereby the working medium that drives the heat engine consisting of the two turbines 12, 15, its cycle has gone through.



  The heat exchanger 10 built into the combustion chamber 3 is dimensioned in relation to the amount of propellant gases generated and, furthermore, just enough liquid is conveyed into this heat exchanger with the help of the feed pump 8 that the amount of heat withdrawn from the water from the propellant gases enables the Heat engine formed by the turbines 12 and 1.5 to generate at most <B> 50% </B> of the total power that is to be brought out in the installation.

    This part of the thermal power plant can therefore be dimensioned much more easily than in the case where the total output could only be generated in a thermal power plant with a circuit of the working medium. In addition, the efficiency of the entire system described is higher than it would be if the total output could only be generated in an open gas turbine and in a jet nozzle connected to it.

   The operational reliability is still high because the propellant gases no longer have a temperature when entering the gas turbine 6, which could endanger parts of the turbine. Furthermore, it is only possible to manage with the excess air that is absolutely necessary for achieving good combustion. In contrast, only relatively little additional air needs to be fed into the combustion chamber 3 in order to reduce the temperature of the propellant gases to a set value.

   Since a relatively small excess of air can thus be managed in the combustion chamber 3, it is possible to save accordingly on compressor work and the losses due to sensible heat in the exhaust gases are correspondingly smaller. All of this contributes to the fact that the thermal power plant described works with the lowest possible weight and great operational reliability with a high degree of efficiency, so that the combination requires considerable technical progress.



  The power of the gas turbine, which is not consumed by the compressor for the combustion air, can serve to drive a propeller which is used to move the vehicle. This propeller can also be used to convey ambient air into the compressor that promotes the combustion air.



  The propulsion condenser can be supplied with air as a cooling medium, which is conveyed by a fan driven by a steam turbine. This solution is particularly suitable for take-offs, where full power should be generated at low flight speeds.



  The working fluid, which runs through a circuit in which the heat engine is located, can also be a gas, e.g. B. air or helium.



  The thermal power system described is primarily suitable for driving Fahrzeu conditions high speed, so in particular special for aircraft.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Wärmekraftanlage für den Antrieb von Fahrzeugen hoher Fahrgeschwindigkeit, ins besondere von Flugzeugen, bei welcher min destens ein Verdichter Verbrennungsluft in eine Brennkammer fördert, in der Treibgase für eine Gasturbine erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, 1. dass in. der zwischen Verdichter und Gasturbine angeordneten Brennkammer min destens ein Wärmeaustauscher eingebaut ist, in welchem von dem einen Kreislauf durch laufenden Arbeitsmittel einer Wärmekraft maschine den Treibgasen gerade so viel Wärme entzogen wird, dass in dieser Ma- schine höchstens<B>50%</B> der in der Anlage zu erzeugenden Gesamtleistung erzeugt wird, und 2. PATENT CLAIM: Thermal power plant for driving high-speed vehicles, in particular aircraft, in which at least one compressor conveys combustion air into a combustion chamber in which propellant gases for a gas turbine are generated, characterized in that 1. the between the compressor and the gas turbine At least one heat exchanger is installed in the combustion chamber, in which just enough heat is extracted from the propellant gases from the one circuit by the working fluid of a heat engine that in this machine at most <B> 50% </B> of that in the system total power to be generated is generated, and 2. da & die Abgase der Gasturbine durch eine Strahldüse ins Freie austreten und dabei durch Rückstoss ebenfalls einen Teil der für den Antrieb des Fahrzeuges benötigten Ge samtleistung erzeugen. UNTERANSPRüCHE: 1. Wärmekraftanlage nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lei stung der Gasturbine, welche nicht von dem Verdichter für die Verbrennungsluft auf gezehrt wird, zum Antrieb eines zum Fort bewegen des Fahrzeuges dienenden Propellers dient. because the exhaust gases from the gas turbine exit into the open through a jet nozzle and also generate part of the total power required to drive the vehicle through recoil. SUBClaims: 1. Thermal power plant according to patent claim, characterized in that the power of the gas turbine, which is not consumed by the compressor for the combustion air, is used to drive a propeller used to move the vehicle. 2. Wärmekraftanlage nach Patentan spruch und Unteransprueh 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der von der Gasturbine angetriebene Propeller gleichzeitig zum För dern von Umgebungsluft in den die Verbren nungsluft fördernden Verdichter dient. 3. Wärmekraftanlage nach Patentan- spruch, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kreislauf, den das in der Verbrennungskam mer Wärme aufnehmende Arbeitsmittel be schreibt, ein Wärmeaüstauscher eingebaut ist, der als Vortriebskühler ausgebildet ist. 4. 2. A thermal power plant according to patent claim and sub-claim 1, characterized in that the propeller driven by the gas turbine is used at the same time to promote ambient air in the compressor promoting the combustion air. 3. A thermal power plant according to patent claim, characterized in that a heat exchanger is built into the circuit that the working fluid which absorbs heat in the combustion chamber, which is designed as a propulsion cooler. 4th Wärmekraftanlage nach Patentm- spruch und Unteranspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, dass dem VortriebsküMer als kühlendes Medium Luft zugeführt wird, den ein von einer Dampfturbine angetriebener Ventilator fördert. Thermal power plant according to claim and dependent claim 3, characterized in that air is supplied to the propulsion unit as a cooling medium, which is conveyed by a fan driven by a steam turbine.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE947078C (en) * 1954-06-30 1956-08-09 Augsburg Nuernberg A G Zweigni Transition bridge, especially for closely coupled rail vehicles with a large overhang

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE947078C (en) * 1954-06-30 1956-08-09 Augsburg Nuernberg A G Zweigni Transition bridge, especially for closely coupled rail vehicles with a large overhang

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