DE1007118B - Gasturbinenanlage - Google Patents

Gasturbinenanlage

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DE1007118B
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DE
Germany
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turbine
pressure
combustion
chambers
gases
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Pending
Application number
DES27599A
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English (en)
Inventor
Raymond Hippolyte Marchal
Francois Gilbert Paris
Jean Bertin
Louis Alexandre Jules Bauger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/10Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid forming a resonating or oscillating gas column, i.e. the combustion chambers having no positively actuated valves, e.g. using Helmholtz effect
    • F02C5/11Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid forming a resonating or oscillating gas column, i.e. the combustion chambers having no positively actuated valves, e.g. using Helmholtz effect using valveless combustion chambers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)

Description

  • Ga,sturbinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenanlagen, welche nach dem Verpuffungsverfahren in zwei Druckstufen arbeiten. Die erste Stufe wird durch eine Impulsturbine gebildet, welche die kinetische Energie der Gasstöße ausnutzt, während die durch die Impulsturbine hindurchgegangenen Gase eine die zweite Druckstufe bildende, mit konstantem Einlaßdruck arbeitende Turbine beaufschlagen, in welcher der Rest der Energie der Gase ausgenutzt wird.
  • Bei einer bekannten Turbinenanlage dieser Art werden gewöhnliche Brennkammern, die an ihrem Einlaß mit einem mechanischen Ventil und mit einer Zündkerze versehen sind, dadurch in pulsierendem Betrieb arbeiten gelassen, daß ein elektrischer Lichtbogen jedesmal dann erzeugt wird, wenn das in der Brennkammer befindliche Luft-Brennstoff-Gemisch entflammt werden soll.
  • Bei einer anderen bekanntenTurbinenanlage werden intermittierend arbeitende Brennkammern verwendet, deren Ausstöße in einen Sammelraum von großem Volumen geführt werden, in welchem der pulsierende Zustand des Gasstromes aufgehoben wird, so daß ein kontinuierlicher Gasstrom entsteht, der eine mit konstantem Einlaßdruck arbeitende Turbine beaufschlagt. Bei dieser Anlage geht ein großer Teil der kinetischen Energie, welche die Gase bei ihrem Austritt aus der intermittierend arbeitenden Brennkammer nach jeder Verpuffung besitzen, in dem Umwandlungsraum von großem Volumen verloren.
  • Schließlich ist eine Turbinenanlage bekannt, bei welcher eine intermittierend arbeitende Brennkammer vorgesehen ist, die ein mechanisches Ventil zum Einlassen von komprimierter Luft aufweist. Die aus der Brennkammer austretenden pulsierenden Gasstöße werden in einem Diffusor geführt, der vor der Turbine angeordnet ist, welche auf diese Weise mit einem im wesentlichen konstanten Eindaßdruck arbeitet. Auch bei dieser Anlage geht ein erheblicher Teil der kinetischen Energie des aus der Brennkammer austretenden pulsierenden Gasstromes verloren.
  • Gemäß der Erfindung sind bei einer nach dem Verpuffungsverfahren in zwei Druckstufen arbeitenden Gasturbinenanlage mehrere parallel geschaltete, mit pulsierender Verbrennung arbeitende und sich selbsttätig im pulsierenden Betrieb erhaltende Brennkammern vorgesehen, welche durch frei geöffnete, keine beweglichen Ventile besitzende Rückströmdrosselrohre unmittelbar mit der Druckseite des Luftverdichters in Verbindung stehen.
  • Die Verwendung von Rückströmdrosseln bei intermittierend arbeitenden Brennkammern ist an sich bekannt. Bei der Anlage gemäß der Erfindung, bei welcher mehrere parallel geschaltete, intermittierend arbeitende Brennkammern zwischen dem Luftverdichter und der Impulsturbine vorhanden sind, liefern jedoch die Rückströmdrosseln einen neuen und überraschenden technischen Effekt, der sich aus den nachstehenden grundsätzlichen Betrachtungen ergibt.
  • Wenn man versucht, mehrere pulsierend arbeitende Brennkammern, die mit mechanischen Ventilen versehen sind, in paralleler Anordnung zu gruppieren, dann stößt man auf Schwierigkeiten, wenn die Kammern dicht nebeneinander angeordnet werden, wozu man beispielsweise bei einem Luftfahrzeug gezwungen ist, um das auf das Luftfahrzeug ausgeübte Drehmoment auf einen kleinsten Wert herabzusetzen. Es ist gefunden worden, daß, wenn es auch möglich ist, die pulsierenden Brennkammern in Betrieb zu setzen, eine oder mehrere dieser Brennkammern bereits nach wenigen Sekunden von selbst außer Betrieb fallen.
  • Diese Erscheinung kann durch den Umstand erklärt werden, daß die selbsttätig arbeitenden mechanischen Ventile eine elastische Rückstellvorrichtung aufweisen, deren Kraft dem Ventil eine bevorzugte Arbeitsfrequenz aufdrückt, welche die akustische Eigenfrequenz der pulsierend arbeitenden Brennkammer mehr oder weniger verändert.
  • Es ist schwierig, pulsierend arbeitende Brennkammern mit mechanischen Ventilen so herzustellen, daß sie genau mit der gleichen Frequenz arbeiten, und die Nebeneinanderanordnung mehrerer pulsierend arbeitender Brennkammern verschiedener Frequenzen führt zu Erscheinungen, die für die Stabilität des Betriebes schädlich sind.
  • Andererseits wird die Betriebsfrequenz einer pulsierend arbeitenden Brennhammer durch Änderungen in den Bedingungen am Einlaß und am Auslaß beeinflußt. Es spielen nicht nur der Druck und die Temperatur eine wichtige Rolle, sondern auch die Form und das Volumen der Räume und Rohre für die strömenden Gase, und zwar auf Grund des Auftretens akustischer Erscheinungen.
  • Die mechanischen Ventile vermögen sich wegen ihrer bestimmten Frequenz den auftretenden Betriebszuständen nicht anzupassen. Beispielsweise kann daher eine pulsierende Brennkammer nicht mehr arbeiten, wenn sie mit einem Gehäuse umgeben wird oder wenn sie durch einen Auspuffkreis verlängert wird.
  • Die gemäß der Erfindung verwendeten Rückströmdrosseln, die an der Einlaßseite dauernd offen sind, treten in den verschiedenen Betriebsphasen in dem günstigsten Augenblick in Wirkung und passen sich so selbsttätig den Bedingungen an, welche durch die benachbarten Brennkammern geschaffen werden. Wenn beispielsweise eine der Brennkammern in ihrer Ansaugphase in dem Augenblick arbeitet, in welchem sämtliche benachbarten Brennkammern in der Auspuffphase arbeiten, in welcher ein Unterdruck hervorgerufen wird, wird die Füllung der betrachteten Brennkammer verzögert und die Rückkehr der gleichen Erscheinung in dem nachfolgenden Arbeitskreis-lauf verhindert. Ein mechanisches Ventil wird dagegen durch seine Rückstellfeder früher geschlossen und sucht bei dem folgenden Gasstoß die Erscheinung zu vergrößern.
  • Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß, wenn mehrere pulsierend arbeitende Brennkammern mit Rückströmdrosseln in Parallelschaltung gruppiert werden, diese Brennkammern sich in ihrer Arbeitsphase automatisch zu verschieben suchen, und es wird dadurch eine Kontinuität der auf die Turbine ausgeübten Impulse erhalten, ohne daß eine Verteilereinrichtung erforderlich ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
  • Fig. 1 ist ein schematischer axialer Schnitt durch ein für ein Luftfahrzeug bestimmtes Propellerturbinentriebwerk, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist; Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Änderungen des Druckes in den Verbrennungskammern als Funktion der Zeit wiedergibt; Fig. 4 und 5 sind schematische, in Abwicklung dargestellte Ansichten der sich an die Verbrennungskammern anschließenden Düsen und des Verteilers der Antriebsturbine.
  • Die Luft wird durch eine Verteilungsleitung 1 eingesaugt, welche die kinetische Energie der Luft, die sie infolge der Geschwindigkeit im Fall eines Flugzeuges besitzt, wiederzugewinnen gestattet. Die Luft wird dann in einem Verdichter 2 komprimiert, der in dem dargestellten Beispiel ein Fliehkraftverdichter ist, aber auch ein Axial- oder Schraubenverdichter sein kann. Am Ausgang des Verdichters wird die Druckluft in einem ringförmigen Raum 3 gesammelt, aus dem mit pulsierender Verbrennung arbeitende Verbrennungskammern 4 gespeist `verden, die in einem Gehäuse um die Welle der Maschine angeordnet sind. Auf Grund eines Kranzes von Leitschaufeln 21, die um Achsen 21a drehbar sind und auf der Ansaugseite des Verdichters liegen, ist es möglich, dessen Druckverhältnisse und Abgabemengen zu regeln. - Diese Anordnung ermöglicht den immer heiklen Durchgang durch die Pumpzone beim Anlassen der Maschine. Außerdem ermöglichen Leitschaufeln 21 die Erzielung eines vermindernden Betriebes der Turbine unter Beibehaltung einer erhöhten Wirksamkeit des Verdichters. Sie gestalten demnach die Maschine außerordentlich elastisch.
  • Aus dem ringförmigen Raum 3 gelangt die Druckluft in jede Verbrennungskammer 4 durch ein Einlaßrohr 6, das frei geöffnet, aber so ausgebildet ist, daß ein geringer Widerstand in Richtung der Speisung der Kammer 4 und ein erhöhter Widerstand in umgekehrter Richtung erhalten wird, so daß dieses Rohr 6 eine Art aerodynamisches Ventil bildet. Es sind verschiedene Ausführungsformen von Rohren dieser Art bekannt.
  • An dem dem Einlaßrohr 6 gegenüberliegenden Ende ist jede Kammer 4 mit einem Auspuffrohr versehen, an das sich eine Entspannungsdüse 5 anschließt.
  • Jede der mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Kammern 4 wirkt wie die Kammer eines Pulso-Staustrahltriebwerkes. Die Kammern 4 werden im Laufe ihres Arbeitens kontinuierlich mit einem geeigneten, gegebenenfalls mit der Luft gemischten Brennstoff, wie Benzin, Petroleum, Brennöl, Kohlenstaub usw., gespeist. Dieser Brennstoff gelangt in jede der Kammern durch ein Rohr 411, dem es durch eine nicht dargestellte Pumpe zugeführt wird. Die Kammern sind unter sich durch Rohre 22 verbunden. Die erste Zündung kann mittels einer Zündkerze erfolgen, und die nachfolgenden Zündungen im Laufe des Arbeitens gehen von selbst vor sich, und zwar auf Grund der Verbrennungsfahnen der vorhergehenden Zündung. Die aufeinanderfolgenden Verbrennungen oder Explosionen stellen sich von selbst auf die Frequenz des Schallrohres ein, welches jede der Kammern bildet. Bei jeder Verbrennung, die bei konstantem Volumen erfolgt, steigt der Druck in der Kammer, und die verbrannten Gase dringen in die Düse 5 ein. Sie können durch das Einlaßrohr 6 auf Grund der besonderen Ausbildung dieses Rohres nicht oder wenigstens nicht in einem nennenswerten Ausmaß entweichen. Gegen Ende jeder Verbrennung läßt die Entspannungswelle schließlich in der Kammer einen Unterdruck zurück. Dieser Unterdruck begünstigt den Einlaß von Druckluft aus dem Sammelraum 3 in die Kammer durch das Rohr 6, worauf die nächste Verbrennung erfolgt, usf.
  • Der Kreislauf ist in dem Diagramm gemäß Fig.3 wiedergegeben, in welchem auf den Ordinaten die aufeinanderfolgenden Werte des Druckes in jeder Verbrennungskammer und auf den Abszissen die Zeiten aufgetragen sind. P ist der Druck auf der Ausgangsseite des Verdichters 2, d. h. der Druck, mit dem die Kammern gespeist werden, und P, ist der Atmosphärendruck. T ist die Periode des Kreislaufes. Die Teile der Kurve oberhalb der waagerechten Linie P stellen die Zunahme des Druckes von P auf P, im Augenblick derVerbrennung und dann seineAbnahme von P1 auf P in Abhängigkeit von dem Ausstoß der Gase dar. Jeder dieser Teile erstreckt sich ungefähr über ein Drittel der Periode. Die Teile der Kurve unterhalb von P entsprechen dem Unterdruck, welcher in jeder Kammer auf den Ausstoß der verbrannten Gase folgt und welcher zur nächsten Füllung ausgenutzt wird. Das Volumen des Raumes 3 muß genügend groß sein, damit in dem Fall, in welchem alle Kammern 4 gleichzeitig Luft einsaugen, in diesem Raum kein Druckabfall entsteht oder, wenn ein solcher Druckabfall eintritt, dieser außerordentlich gering bleibt. Die sich an das Endrohr jeder Verbrennungskammer anschließende Düse 5 hat solche Abmessungen, daß die verl)rannten Gase, die bei der unter konstantem Volumen erfolgenden Verbrennung erzeugt werden, in Geschwindigkeit versetzt werden, wobei diese Gase von ihrem größten Wert P1 bis auf einen Wert entspannt werden, der gleich dem Druck P auf der Druckseite des -\'erdichters ist. Mit anderen Worten, die Düsen 5 setzen in kinetische Energie nur die Druckenergie um, die dem Gasstoß, d. h. dem Teil jedes Kreislaufes entspricht, der in Fig.3 schraffiert dargestellt ist.
  • Hinter den Düsen 5 befindet sich ein Leitapparat 7, welcher den Gasen den günstigsten Eintrittswinkel in die Laufschaufelung 8 des Rades 8a einer Impulsturbine erteilt. Auf der Ausgangsseite dieser Laufschaufelung, wo die Gase theoretisch ihre ganze kinetische Energie abgegeben haben, werden die Gase in einem ringförmigen Raum 9 gesammelt, in welchem die Druckhöhe die gleiche ist wie diejenige im Raum 3 am Verdichterausgang und welcher, wie bereits erwähnt, mit diesem Ausgang in Verbindung steht. Die potentielle Energie dieser Gase bei der Temperatur, die sie besitzen, wird dann in einer mit konstantem Gesamteingangsdruck arbeitenden Turbine ausgenutzt, die ein oder mehrere Räder 10 umfassen kann. Die Räder 8a und 10 können miteinander gekuppelt sein, um gemeinsam den Verdichter 2 und gegebenenfalls ein die Nutzleistung aufnehmendes Organ anzutreiben. In der Zeichnung ist als Beispiel der Fall wiedergegeben, in welchem die Welle 16 des Verdichters 2, der selbst von den Turbinen angetrieben wird, verlängert ist und über ein Reduktionsgetriebe 17 eine Luftschraubenwelle 1711 antreibt im Fall eines Flugzeug-Turboantriebes.
  • Die Impulsturbine 8 hat notwendigerweise einen großen Durchmesser. Da die Gase am Eingang dieser Turbine eine hohe Temperatur haben, ist ihre spezifische Masse verhältnismäßig gering, und da die Einlaßgeschwindigkeit in die Turbine von der Geschwindigkeit am Ausgang der Entspannungsdüse 5 jeder Verbrennungskammer 4 bestimmt wird, macht der Querschnitt des Durchgangs durch die Lauf schaufelung Schaufeln von großer Höhe erforderlich. Um eine Turbine hoher Leistung beibehalten zu können, benötigen die Schaufeln von großer Höhe eine Scheibe von großem Durchmesser, deren mittlere tangentiale Geschwindigkeit nichtdestoweniger auf einem zulässigen Wert bleiben muß. Es ergibt sich daraus eine Umlaufgeschwindigkeit, die wesentlich geringer ist als diejenige anderer Turbinen. Die mechanische Kupplung der Turbinen mit dem gleichen kraftaufnehmenden Organ, wie dem Verdichter 2, macht zur Drehzahlerhöhung ein Übersetzungsgetriebe 15 erforderlich, welches die Winkelgeschwindigkeiten der Turbinen anzugleichen gestattet. Die Welle 16 des Verdichters 2 kann unmittelbar mit der Welle 16a der Turbinen 10 verbunden sein, während die die Welle 16 umgebende Hohlwelle 16b der Impulsturbine 8 mit der Welle 16 über das Übersetzungsgetriebe 15 verbunden ist.
  • Da in dem pulsierenden Verbrennungsbetrieb, der sich in jeder der Kammern 4 aufrechterhält, die Dauer des Gasausstoßes nur etwa ein Drittel der Periode ausmacht, sind die auf hoher Temperatur befindlichen Verbrennungsgase mit den Schaufeln 8 der Impulsturbine nur während dieses Drittels der Zeit in Berührung. Mit anderen Worten, die Zeit; die den Turbinenschaufeln zum Abgeben der Wärme zur Verfügung steht, ist zweimal so groß wie die Zeit, während welcher die Wärme zugeführt wird. Es ist somit ersichtlich, daß auf der Eingangsseite der Impulsturbine Gastemperaturen zulässig sind, die beträchtlich höher liegen als diejenigen, die man im allgemeinen in bekannten Gleichdruckgasturbinen zuläßt. Aus diesem Grunde kann man in den meisten Fällen die Impulsturbine arbeiten lassen, ohne daß eine Kühlung der Verbrennungsgase durch Verdünnen mit Frischluft vor ihrem Eintritt in die Schaufelung 8 dieser Turbine nötig ist.
  • Das in der Zeichnung wiedergegebene Beispiel bezieht sich auf den Fall, in welchem eine Verdünnung am Ausgang der Verbrennungskammern mit Hilfe von Öffnungen 18 vorgenommen wird, die mit einem Kanal 12 in Verbindung stehen, welchem aus dem Sammelraum 3 kommende Verdichterluft zugeführt wird. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist dieser Kanal 12 zwischen den Kammern und einem die Kammern umgebenden Mantel angeordnet, wodurch gleichzeitig die Kühlung der Wandung der Kammern ermöglicht wird.
  • Die Verdünnung ist auf jeden Fall begrenzt, was einen Vorteil bedeutet, weil der Energieaustausch zwischen Verbrennungsgasen und Verdünnungsluft nicht gleich dem Wert 1 ist. Energieverluste sind unvermeidlich, und dieseVerluste sind um so geringer, je kleiner die Menge an Verdünnungsluft ist.
  • In Fig. 1 ist angenommen, daß die Kammern 4, ihre Auspuffrohre und die Düsen 5 mit ihren Achsen parallel zur Hauptachse der Maschine liegen; in Wirklichkeit verlaufen diese Achsen schräg, wie dies die Abwicklung gemäß Fig. 4 zeigt, in welcher außerdem angenommen ist, daß sich die Schaufeln des Leitapparates 7 in eine ringförmige Kammer 7a öffnen, in die alle Düsen 5 münden.
  • Fig. 5 zeigt eine Abänderung dieser Anordnung, bei welcher jede Düse bis an das Turbinenrad verlängert ist und mehrere Leitschaufeln 7 einschließt. Die erstgenannte Ausführungsform eignet sich für den Fall, in welchem alle Verbrennungskammern in Phase sind, während die zweite Ausführungsform insbesondere für den Fall geeignet ist, in welchem die Verbrennungskammern außer Phase arbeiten.
  • In den Fig. 4 und 5 ist überdies durch die Pfeile F und F1 die zweifache Art des Eintritts der Verdünnungsluft durch die ringförmigen Öffnungen 18 angedeutet. Zuerst wird Luft infolge der Saugwirkung durch den Gasstrahl des Ausstoßes eingezogen, wie dies der Pfeil F wiedergibt. Danach wird im Augenblick des Entstehens des auf den Ausstoß folgenden Unterdruckes in der Verbrennungskammer Luft in diese Kammer eingesaugt, wie dies der Pfeil Fr wiedergibt.
  • Die Düsen 5 und der Leitapparat 7 könnten, anstatt getrennte Organe zu bilden, auch miteinander vereinigt sein, wobei dann die Kanäle des Leitapparates 7 eine entsprechende Form haben, um die Energie der Druckwellen in den Kammern in kinetische Energie umzuwandeln.
  • Die Schaufeln der Impulsturbine 8, die vorzugsweise aus feuerfestem Blech bestehen, können durch einen inneren Luftumlauf gekühlt werden. Die Kühlluft wird beispielsweise der Verdünnungsluft entnommen und zwischen die Schaufeln durch Öffnungen 20, 2011 geführt, die in der Radscheibe 8a vorgesehen sind. Hierzu stellen Öffnungen 23 die Verbindung des Kanals 12 mit einer Kammer 25 her, welche die Öffnungen 20 speist, die von der vorderen Fläche der Scheibe ausgehen. Eine Kammer 26, welche die von der hinteren Fläche der Scheibe ausgehenden Öffnungen 2011 speist, steht mit dem Luftzuführkanal 12 durch ein oder mehrere Rohre 24 in Verbindung, die den Sammelraum 9 durchsetzen.
  • Die aus der Impulsturbine 8 austretenden Gase, die ihre pulsierende Eigenart vollkommen verloren haben, werden in dem Raum 9 gesammelt. Ihre mittlere Temperatur stellt sich auf einen Wert ein, der etwas unter ihrer Temperatur am Ende der Verbrennung in den Kammern 4 liegt, der aber für die Gleichdruckturbinen 10 zu hoch ist. Eine Verdünnung dieser Gase mit aus dem Verdichter kommender Luft erfolgt durch Öffnungen 11, welche den Kanal 12 mit dem Sammelraum 9 verbinden.
  • Hinter den Turbinen 10 gelangen die verbrannten Gase bei 14 nach außen. Bei einer für ein Flugzeug bestimmten Maschine, wie sie als Beispiel in der Zeichnung wiedergegeben ist, wird der Rest der Energie der Gase dadurch ausgenutzt, daß sie in einer Düse 13 entspannt werden, wodurch ein zusätzlicher Vorschub erhalten wird.
  • Die Zubehörteile der Turbine mit pulsierend arbeitenden Verbrennungskammern sind die gleichen wie die bekannter Gasturbinen.
  • Das Anlassen der Maschine kann auf sehr einfache Weise durch denselben Vorgang erfolgen, wie er bei Pulso-Staustrahltriebwerken verwendet wird. Es genügt, einen Strahl komprimierter Luft in eine der Verbrennungskammern 4 einzuführen, während der Brennstoff mittels einer Hilfspumpe eingeführt wird. Die Zündung in dieser Kammer oder gleichzeitig in zwei sich gegenüberliegenden Kammern kann mit Hilfe einer Zündkerze bewirkt werden, und wenn die pulsierende Verbrennung beginnt, wird die Impulsturbine 8 durch die aus der Verbrennungskammer austretenden Ausstöße heißer Gase beaufschlagt. Die Drehung der Turbine 8 bewirkt dann einen Antrieb des Verdichters und der anderen Turbinen. Dann werden alle Verbrennungskammern mit Luft durch den Verdichter und mit Brennstoff durch die nicht dargestellte Pumpe gespeist, wobei die Zündung der Kammern von der ersten Kammer aus durch die Verbindungsrohre 22 erfolgt. Die auf die Impulsturbine 8 ausgeübte Kraft erhöht sich rasch, die Drehzahl der Impulsturbine nimmt zu, die Gleichdruckturbinen 10 liefern ihrerseits Kraft, und die Maschine ist angelassen. Man unterbricht dann die Zufuhr von Luft und Brennstoff zu der bzw. zu den beiden zum Anlassen verwendeten Kammern. Im Gegensatz zu bekannten Maschinen ist für den Anlaßvorgang kein überdimensionierter Anlasser mehr erforderlich, der mit der Turbine bis zu einem erhöhten Betriebszustand zusammenarbeitet, welcher der Ankuppl.ung der Turbine entspricht.
  • Die Kanäle der Impulsturbine setzen der Gasströmung in umgekehrter Richtung einen hohen Widerstand entgegen, was für das Anlassen des Triebwerkes günstig ist. Tatsächlich kann, wenn leim Anlassen eine Verbrennungskammer allein auf die Turbine arbeitet, kein Rückstrom verbrannter Gase durch die Turbine hindurch zur Rückseite einer anderen Kammer eintreten. Diese Tatsache erklärt, daß das Anlassen der Turbine mit nur einer im Betrieb befindlichen Verbrennungskammer möglich ist; sie erklärt aber auch, daß es für dieTurbine nicht erforderlich ist, daß sich alle Verbrennungskammern in Phasenübereinstimmung befinden und daß ihre Kupplung vollständig indifferent ist.
  • Es können ein oder mehrere Turbinenräder mit Wellen gekuppelt werden, die unabhängig von der Welle des Luftverdichters sind und die verschiedene kraftaufnehmende Organe antreiben. So könnte z. B. die Impulsturbine 8 nur den Luftverdichter antreiben, während die Turbinen 10 die Luftschraube antreiben könnten. Dieser Fall trifft z. B. auch auf Anlagen für elektrische Zentralen oder auf Antriebsanlagen für Schiffe, Lokomotiven oder andere Fahrzeuge zu. Die Turbine 8, welche gegebenenfalls mit einem der Turbinenräder 10 kombiniert sein kann, würde dann den Luftverdichter antreiben, während ein oder mehrere mechanisch unabhängige Räder 10 einen elektrischen Generator, die Schrauben eines Schiffes oder die Räder einer Lokomotive oder eines anderen Fahrzeuges antreiben würden.
  • Im Fall eines Turbinenstrahltriebwerkes wird ein mehr oder weniger großer Teil der Energie, die in den Gasen enthalten ist, welche in der Impulsturbine 8 gearbeitet haben, oder auch diese Energie im ganzen dazu verwendet, die Gase in der Ausstoßdüse auf Geschwindigkeit zu bringen. In diesem Fall kann die Gleichdruckturbine 10 nur ein Rad aufweisen oder sogar fortfallen.
  • Andererseits ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur eine teilweise Entspannung, die der Druckwelle des Gasausstoßes entspricht, zwischen den Verbrennungskammern 4 und der Turbine 8 vorgesehen, während der Rest der Entspannung später stattfindet.
  • Diese Ausführungsformen, bei welchen der Druck hinter der Impulsturbine 8 gleich dem Verdichtungsdruck P des Verdichters ist, sind jedoch nicht die einzig möglichen.
  • Beispielsweise kann die Turbine 8 auch so ausgebildet werden, daß sie mit einer gewissen Entspannung der Gase unterhalb des Druckes P arbeitet, und zwar entweder im Leitapparat 7, dessen Kanäle dann konvergieren, statt einen konstanten Querschnitt zu haben, oder, was vorzuziehen ist, in den Laufschaufelkanälen, wobei die Turbine im letzteren Fall mit einem gewissen Reaktionsgrad arbeitet. In diesem Fall ist der Druck am Eingang in die Düsen der Turbinen 10 .niedriger als der Verdichtungsdruck des Verdichters. Die Verdünnungsluft, die mit .den Gasen vor deren Eintritt in die Turbinen 10 gemischt wird und durch die Öffnungen 11 eintritt, wird dann nicht am Ausgang des Verdichters, sondern einer geeigneten Zwischendruckstufe des Verdichters durch Kanäle entnommen, die von den die Luft zu den Öffnungen 18 führenden Kanälen 12 getrennt sind. Es kann aber auch die Verdünnungsluft, die am Ausgang des Verdichters abgenommen wird, im ganzen mit den Gasen gemischt werden, und zwar zwischen deren Austritt aus den Düsen 5 und deren Eintritt in den Verteiler 7 der Impulsturbine 8, wobei die Öffnungen 18 zu diesem Zweck in geeigneter Weise dimensioniert sind.
  • Die Erfindung gestattet die Schaffung von Gasturbinentriebwerken, die wesentliche thermodynamische Vorteile gegenüber bekannten Gasturbin2ntriebwerken besitzen. Drehmoment und Leistung sind um 20 bis 30 1/Q größer. Dieser Gewinn findet sich auch in dem Vorschub und dem spezifischen Brennstoffverbrauch im Fall eines Turbinenstrahltriebwerkes wieder. Im Vergleich mit den spezifischen Verbrauchswerten der besten Kolbenmotoren sind die spezifischen Verbrauchswerte des Flugzeug-Turboantriebes mit pulsierend arbeitenden Verbrennungskammern nicht mehr übermäßig hoch. Man kann in der Tat sagen, da.ß die -letzteren die ersteren um nicht mehr als 15 bis 20% übersteigen, während der Turboantrieb gegenüber dem Kolbenmotorantrieb den Vorteil eines geringeren Stirnwiderstandes und eines geringeren Leistungsgewichtes (50 bis 60% kleiner als beim Kolbenmotor und 40% kleiner als bei dem bekannten Gast.urbinenmotor) aufweist.
  • Die bekannte Holzwarth-Gasturbine arbeitet durch Ausnutzung der Gasausstöße, die aus aufeinanderfolgenden Explosionen herrühren. In dieser Turbine sind jedoch die Explosionskammern analog den Zylindern eines Kolbenmotors ausgebildet, d. h., sie weisen Einl,aßve:ntile und Auslaßventile auf, die zwischen die Kammern und den Verteiler der Turbine geschaltet sind. Wenn die Auslaßventile mit selbsttätiger Öffnung unter der Wirkung der Druckwelle und mit Schließung durch Federn während des Füllens der Kammern arbeiten, werden die E,i,nlaßventile von der Turbinenwelle aus gesteuert. Außerdem wird die Zündung wie bei Kolbenmotoren im Dauerbetrieb durch eine Zündkerze und eine elektrische Hochspannungsquelle mit einem Stromverteiler herbeigeführt, der mechanisch synchron mit der Steuerung der Einlaßventile angetrieben wind.
  • Der oben beschriebene Turbinenantrieb arbeitet in ganz anderer Weise, da in den Verbrennungskammern 4 die Frequenz der aufeinanderfolgenden Verbrennungen sich selbsttätig auf die Frequenz des Schallrohres einregelt, das von jeder der Kammern dargestellt wird, und dies gestattet, jede Einrichtung zu vermeiden, die die Ventile betätigt oder Zündfunken in einer durch die Drehzahl geregelten Folge erzeugt. Überdies findet bei der Halzwarth-Maschine in der der Turbine vorgeschalteten Düse eine vollständige Entspannung statt.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Gasturbinenaälage, welche nach dem Verpuffungsverfahren in zwei Druckstufen arbeitet, deren erste Druckstufe durch eine Impulsturbine gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel geschaltete, mit pulsierender Verbrennung arbeitende und sich, selbsttätig im pulsierenden Betrieb erhaltende Brennkammern durch frei geöffnete, keine beweglichenVenti.le besitzendeRückströmdro.sselrohre mit der Druckseite des Luftverdichters in Verbindung stehen.
  2. 2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckseite des Luftverdichters mit dem Auslaß der Impulsturbine in Verbindung steht, um Kühlluft mit den Auspuffgasen dieser Turbine zu mischen, bevor die Gase zu der Gleichdruckturbi.ne gelangen.
  3. 3. Gastucbinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern in einem Doppelmantel angeordnet sind, welcher die Druckseite des Luftverdichters mit dem Auslaß der Impulsturbine verbindet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 295 515; schweizerische Patentschrift Nr. 233 945; französische Patentschrift Nr. 966 308; britische Patentschrift Nr. 576 042; USA.-Patentschriften Nr. 2 525 782, 2 517 822.
DES27599A 1951-03-16 1952-03-11 Gasturbinenanlage Pending DE1007118B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007022830A1 (de) 2007-05-15 2008-11-20 Heinig, Jürgen, Dr.-Ing. Anordnung eines Kernstromtriebwerkes und Verfahren zum Betrieb desselben mittels gasförmiger Treibstoffe

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE295515C (de) *
CH233945A (de) * 1942-12-29 1944-08-31 Sulzer Ag Verfahren zur Erzeugung von Treibgasen mittels schwingender Gase und Gaskolben-Treibgaserzeuger zur Ausübung des Verfahrens.
GB576042A (en) * 1944-02-08 1946-03-15 Edison Hallowell Improvements in or relating to heat engine power units
US2517822A (en) * 1947-10-23 1950-08-08 Ingersoll Rand Co Intermittent explosion gas turbine plant with dilution air
FR966308A (fr) * 1948-05-05 1950-10-06 Snecma Perfectionnements aux moteurs à turbine à gaz
US2525782A (en) * 1945-08-02 1950-10-17 James Y Dunbar Shock wave trap for multiple combustion chamber reso-jet motors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE295515C (de) *
CH233945A (de) * 1942-12-29 1944-08-31 Sulzer Ag Verfahren zur Erzeugung von Treibgasen mittels schwingender Gase und Gaskolben-Treibgaserzeuger zur Ausübung des Verfahrens.
GB576042A (en) * 1944-02-08 1946-03-15 Edison Hallowell Improvements in or relating to heat engine power units
US2525782A (en) * 1945-08-02 1950-10-17 James Y Dunbar Shock wave trap for multiple combustion chamber reso-jet motors
US2517822A (en) * 1947-10-23 1950-08-08 Ingersoll Rand Co Intermittent explosion gas turbine plant with dilution air
FR966308A (fr) * 1948-05-05 1950-10-06 Snecma Perfectionnements aux moteurs à turbine à gaz

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007022830A1 (de) 2007-05-15 2008-11-20 Heinig, Jürgen, Dr.-Ing. Anordnung eines Kernstromtriebwerkes und Verfahren zum Betrieb desselben mittels gasförmiger Treibstoffe

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