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
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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.
Gas turbine engine. The invention has a gas turbine engine; Verk with a rotary valve with predominantly thermal compression to the object.
The engine according to the invention is. characterized by the axial arrangement of a flushing fan, one with the other. The bucket wheel coupled to the scavenging fan and a rotor of a power turbine, the bucket wheel being connected to a combustion chamber via control openings.
By arranging the scavenging fan, the cell wheel and the turbine rotor axially one behind the other, the scavenging fan being coupled to the cell wheel, a gas turbine engine for low and medium power is created. The turbine rotor can receive the same or opposite direction of rotation as the bucket wheel.
The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention, in which: FIG. 1 shows a longitudinal section through the engine, in which the rear part of the engine unit is offset by 90 °.
Fig. 2 is a section along line II-11 of Pig.1 with the correct position of parts 10, 12, Fig. 3 left half a section along line III-III and the right half a section along line IIIa-IIIa, 1 and 4 show a section along line IV-IV of FIG. 1 with the correct position of the parts 13,
9o. In the approximately cylindrical housing 1, the flushing fan 2 and the bucket wheel 3 coupled to it and the turbine 7 are arranged. The fan 2 and cellular wheel 3 are mounted at 4 and 5. Between the flushing fan 2 and the cellular wheel 3, a guide device consisting of inclined guide plates 24 is arranged.
The turbine runner 7 is behind the control device 6, suitably independent of the bucket wheel 3, in the bearings 8 and 9. Intermediate bases 10, 11 are arranged on both end faces of the cellular wheel 3, which, apart from the control openings 12, 13, 22, seal the cellular wheel. The opening 12 serves to supply the fresh air from the blower 2 into the cellular wheel cells 14, which are formed by the radially arranged blades 15.
The opening 13 releases the connection from the cells 14 via the guide device 6 to the gas turbine 7, while the opening 22 of the chambers 14 leads to the exhaust 22a.
The combustion chamber 16 is connected in the housing 1. The combustion chamber 16 is ver via transfer channels and control openings 17, 1.8 in the bucket wheel housing 1 with the cells 14 connected.
In front of the opening 17 there is a guide device 19 in the transfer channel for guiding working gas from the combustion chamber 16 7i1 to the cells of the cellular wheel, while in the transfer channel after the opening 18 there is a guiding device 20 for guiding the working gases from the cells 14 to the Combustion chamber 16 is present.
As FIG. 3 shows, the control opening 17 for supplying the hot gases from the combustion chamber 16 into the cellular wheel 3, seen on the housing jacket in the direction of rotation, is in front of the discharge control opening 18 for the fresh gases from the cellular wheel into the combustion chamber, so that the end of the opening 17 coincides with the beginning of the control opening 18.
The arrangement described enables the following cycle process: The fresh air. With. Pressure Po and Tempe temperature To arrives at 21 in the flushing fan 2 and is blown through the control opening 12 in the open cells 14 shown in FIG. 2, which are filled with fresh air without any significant increase in pressure. The expanded working gases are flushed out by the incoming fresh air at 22.
The cells 14 arrive at the control opening 17, through which, when the cycle process has reached the final equilibrium, the hot gases enter the rotary valve tangentially, and as a result of the gas flow, even after the static Ausgleielisdrllek it is enough to compress the Frisehgases in the cell rooms a little over the pressure in the combustion chamber.
This compression is completed when he reaches the control port 18; then the fresh air enters the combustion chamber 16, -is heated by the burner nozzle 23 and now passes through the opening 17 as hot gas in the following cells 14 and ver compresses the fresh air located in these, which is then back in with further rotation of the cells at 18 the combustion chamber 16 is lifted.
After passing through the control opening 18, the cell mainly holds hot gas at the temperature T. and the pressure P2. These hot gases then expand through the axial control opening 13 via the guide grille 6 to the turbine rotor 7, to which they emit their energy.
Due to the division of the continuous flow of the working gases into individual cells that pass radial and axial valve openings, the spatial juxtaposition of the cells corresponds to a chronological sequence of the working phases, so that despite the continuous steady flow in the flushing fan 2 (low pressure), combustion chamber 16 (high pressure) ), Baffle 6, turbine 7 and exhaust 22a.,
in the individual cell 14, flushing and filling with Frisehgas, compression and blowing of the fresh gases into the combustion chamber through which the cells can fill the hot gases and the expansion of these hot gases from the cell locker can follow one another.
Bring the rotary valve 3 and the scavenging fan 2 to speed without the air in the combustion chamber 16. To heat, only a small part of the air flowing through occurs as a result of the centrifugal force in the secondary flow through the control opening 18 via the control opening 17 back into the cell wheel 3. The excess pressure in the combustion chamber 16 is. almost zero and an expansion in the guide grille 6 can never take place, the air only emerges from the exhaust 22a during the flushing act.
If the heating system 23 starts, the temperature of the combustion chamber air rises and thus the pressure in the combustion chamber and the cells of the wheel, which are only open towards the combustion chamber (closed system, for example, <I> p X v = RX </I>) T), so that more hot gas can initially flow into the newly added cells through 17, so that more Frisehgas is pushed through 18 into the combustion chamber 16.
The proportion of the circulation through the combustion chamber increases quickly and soon reaches the value 1 (all air flows through the combustion chamber), its pressure; against the theoretical limit
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increases. The losses that occur in this process as well due to the flow around the gap can be kept small by design measures.
The heating of the scavenging air in the rotary valve before the start. the twisting causes a noticeable reduction in the performance that can be achieved per cell volume by lowering the filling weight,
but the reduction in efficiency is much greater. At temperature ratios> 2, supercritical states briefly occur when the hot gases flow into the rotary valve, but the weight percentage is small in the case of the temperature or pressure ratios in question.
In addition, due to the separate design, the power turbine 7 on the one hand and rotary valve 3 and flushing fan 2 on the other hand, they are independent of each other in terms of their speed, so that the power turbine speed can drop at high load without the rotary valve 3 in its speed , which determines the achievable performance, decreases. At very low loads, the star feeder can be adapted to the required load by reducing the speed, and the power turbine can maintain the speed with the best possible efficiency.