DE1003514B

DE1003514B - Verbrennungsturbine

Info

Publication number: DE1003514B
Application number: DEO3651A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Opitz
Original assignee: WERNER OPITZ DIPL ING
Current assignee: WERNER OPITZ DIPL ING
Priority date: 1953-11-16
Filing date: 1953-11-16
Publication date: 1957-02-28

Description

Verbrennungsturbine An eine Verbrennungsturbine, die zum Antrieb eines Fahrzeuges dienen soll, wird die Forderung gestellt, mit wechselnder Drehzahl, meist bei Teillast, ohne unzulässig große Einbuße an Wirkungsgrad zufolge der variablen Betriebsbedingungen zu laufen. Obendrein soll die Anlage unter Last anfahren können. Die letzte Bedingung wird von der üblichen Gasturbine in Einwellenanordnung überhaupt nicht erfüllt. Geht man zu einer Ausführung mit getrennter Kompressor- und Nutzleistungsturbine über, so können damit auch nicht alle oben aufgestellten Forderungen erfüllt werden. Einer der Gründe dafür liegt in der Empfindlichkeit der Strömungsmaschinen gegenüber Änderung in den Anströmverhältnissen der Schaufeln. Bei Wasserturbinen kann dieser Einfluß weitgehend durch Veränderung des Anstellwinkels der Schaufeln während des Betriebes verringert werden. Bei vielstufigen Turbinen und Verdichtern läßt sich diese konstruktive Maßnahme wegen der großen Anzahl der Schaufeln nur mit erheblichem Aufwand ausführen.
Ordnet man bei einer Verbrennungsturbine Lauf-und Leiträder von Turbine und Verdichter umlaufend an, so ist für die Strömungsverhältnisse nicht mehr die Umfangsgeschwindigkeit, sondern die Relativgeschwindigkeit zwischen den umlaufenden Teilen maßgebend. Derartige Turbinen sind bereits bekanntgeworden. Bei den bekannten Ausführungsformen sind sämtliche Umlaufteile miteinander und über ein Getriebe mit dem Antrieb verbunden.
Im Gegensatz dazu wird bei vorliegender Erfindung auf die Verbindung sämtlicher Teile untereinander verzichtet. Die Leitringe sind ebenso wie die Läufer umlaufend angeordnet. Nur ein Teil der Umlaufteile wird miteinander verbunden, während die übrigen frei rotieren und, an den Antrieb gekuppelt, die Nutzleistung abgeben. Unter der Voraussetzung gleicher Stufenzahl von Lauf- und Leiträdern jeweils in Turbine und Verdichter wirkt auf die Läufer und Leitringe von den Gaskräften her das gleiche Drehmoment. Dadurch, daß die Teile mit verschiedenen Drehzahlen umlaufen, ergibt sich eine Drehmomentendifferenz, die für den Antrieb verwendet wird. Im Gegensatz zu den bekannten Turbinen, bei denen lediglich durch das Umlaufen der Leitringe über ein Getriebe bestimmte Relativgeschwindigkeiten den Antriebsdrehzahlen fest zugeordnet werden, kann hier durch die freie Rotation von Umlaufteilen ein verändertes Betriebsverhalten gegenüber einer Maschine, deren Umlaufteile sämtlich mit dem Antrieb verbunden sind, erzielt werden.
Bei der praktischen Ausführung wird entweder zwischen die umlaufenden Teile von Turbine und Verdichter ein Umlaufrädergetriebe eingeschaltet, oder wenn auf ein Getriebe verzichtetwerden soll, wird der Leitring des Verdichters geteilt. Einige Stufen werden dabei festgehalten, und die restlichen werden starr mit dem mit gleicher Drehzahl umlaufenden Turbinenleitring verbunden.
Im Falle der Verwendung eines Planetengetriebes können in dieses drei verschiedene Drehzahlen eingeleitet werden, und zwar am Planetenträger und an den beiden Sonnenrädern. An diesen drei Stellen werden Läufer und Leitring des Verdichters und der Läufer der Turbine angeschlossen. Die Antriebsleistung wird am frei umlaufenden Leitring der Turbine abgenommen. Läufer und Leitring der Turbine ist dabei vertauschbar. DieAnpassung desMaschinensatzes an einen bestimmten Verwendungszweck geschieht durch die Auswahl eines geeigneten übersetzungsverhältnisses des Getriebes.
Wird auf das Getriebe verzichtet und nur einige Verdichterstufen festgehalten, so rotieren bei Abnahme der Antriebsleistung von den umlaufenden Leitringen die Läufer frei. Die Anpassung des Maschinensatzes an verschiedene Forderungen erfolgt durch die Wahl der Stufenzahl des Leitringes, der umlaufend angeordnet wird. Die Anordnung kann umgekehrt werden, indem man sämtliche Verdichterleitringe umlaufen läßt, wobei nur ein Teil der Turbinenleitringe drehbar angeordnet ist, während die anderen feststehen. Der Antrieb wird je nach den gegebenen Verhältnissen von den Lauf- oder Leiträdern abgenommen.
Eine Verbrennungsturbine oben beschriebener Anordnung kann für Gasturbinenprozesse mit offenem oder geschlossenem Kreislauf mit oder ohne Wärmerückgewinn in einem Wärmeaustauscher verwendet werden. Dabei können Verdichter und Turbine für Durchströmung der Gase in axialer oder radialer Richtung ausgeführt werden. In den Abbildungen wurde schematisch nur eine Durchströmung in axialer Richtung dargestellt. In beiden Abbildungen tritt die Luft bei 1 ein, wird nach Durchströmen des Verdichters an der Stelle 2 entweder in einer Brennkammer oder durch indirekte Beheizung in einem Lufterhitzer erhitzt und strömt von da durch die Turbine in den Auslaß 3. Die umlaufenden Teile erhielten im Schnitt eine Schraffur, die feststehenden Teile sind nicht schraffiert. Der Leitring des Verdichters trägt die Bezeichnung 4, dessen Läufer 5, entsprechend bei der Turbine der Leitring 6 und der Läufer 7. Feststehende Lagerungen sind mit 8, 9, 10, 11 und 14 bezeichnet. Der Antrieb wird in den Zeichnungen mit der Welle 21 gekuppelt.
In Abb. 1 trägt der Läufer des Verdichters den Planetenträger 17, die Leiträder von Verdichter und Turbine sind mit den Sonnenrädern 18 und 19 verbunden. Der Antrieb wird vom frei umlaufenden Turbinenläufer abgenommen. Es besteht die Mög- lichkeit einer gegenseitigen Austauschbarkeit von Planetenträger und Sonnenrädern, letztere können mit Innen- und Außenverzahnung versehen sein. Außerdem kann der Turbinenläufer mit den Planetenrädern verbunden sein und der Turbinenleitring frei umlaufen, wobei dieser mit dem Antrieb verbunden ist.
In Abb.2 sind feststehende, mit 20 bezeichnete, und umlaufende, mit 4 bezeichnete Leitradstufen des Verdichters vorgesehen. Die gleichsinnig umlaufenden Teile sind jeweils starr miteinander verbunden. Ebenso können bei Umlaufen sämtlicher Verdichterleitstufen einige Turbinenleitstufen festgehalten werden mit Antrieb von der Läuferwelle aus.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verbrennungsturbine mit umlaufenden Leiträdern von Turbine und Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß drei der vier rotierenden Leitringe bzw. Laufräder von Turbine und Verdichter über ein Umlaufrädergetriebe miteinander verbunden sind, während der vierte Umlaufteil frei umläuft und mit dem Antrieb verbunden ist.
2. Verbrennungsturbine mit umlaufenden Leiträdern von Turbine und Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Leitradstufen von Turbine oder Verdichter feststeht, während alle übrigen Leitradstufen umlaufen, wobei die umlaufenden Leitringe miteinander und die Läufer miteinander starr verbunden sind und der Antrieb von einem der Umlaufteile abgenommen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 582 620; USA.-Patentschrift Nr. 2 561090.