DE1135244B

DE1135244B - Gasturbinenanlage, insbesondere Kleingasturbinenanlage

Info

Publication number: DE1135244B
Application number: DEB52662A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Deinhardt
Original assignee: BMW Triebwerkbau GmbH
Current assignee: BMW Triebwerkbau GmbH
Priority date: 1959-03-28
Filing date: 1959-03-28
Publication date: 1962-08-23
Also published as: GB883646A; US3078667A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kühlung und Schmierung von Gasturbinenanlagen, insbesondere von Kleingasturbinenanlagen, mit einem Übersetzungsgetriebe zwischen der Turbinenwelle und dem Leistungsabnehmer. Derartige Gasturbinenanlagen haben gegenüber der Verwendung eines Kolbenmotors als Antriebsaggregat unter anderem den Vorteil der Unempfindlichkeit bezüglich des zur Verbrennung kommenden Kraftstoffes und der von den jeweils herrschenden Umgebungstemperaturen unabhängigen sofortigen Betriebsbereitschaft. Weiterhin sind die geringen Wartungskosten und die geringen Wartungszeiten zu den Vorteilen zu nennen. Aus diesen Gründen eignen sich insbesondere Kleingasturbinen vorzüglich für die Zusammenstellung tragbarer Aggregate, beispielsweise für Notstromaggregate oder Feuerlöschpumpen.

Um weitere Vorteile, wie geringes Leistungsgewicht und kleine Abmessungen beizubehalten, müssen die Gasturbinen mit hohen Drehzahlen betrieben werden, die in den überwiegend meisten Anwendungsfällen ein Übersetzungsgetriebe zwischen Turbinenwelle und Leistungsabnehmer erforderlich machen. Je nach Bauart treten nun im Getriebe Leistungsverluste auf, die durch die Schmierung verringert werden. Die durch die Verluste auftretende Erwärmung der Bauteile wird durch Kühlung in zulässigen Grenzen gehalten. Herkömmlicherweise wird zur Kühlung und zur Schmierung ein Schmieröl benutzt, welches in einem eigenen Kreislauf mittels Pumpe den zu kühlenden und zu schmierenden Lagerstellen zugeführt wird. Die vom Schmieröl aufgenommene Wärme muß über das Getriebegehäuse oder über getrennte Ölkühler an die Umgebungsluft bzw. an das Kühlwasser abgegeben werden.

Der Betrieb von Gasturbinen mit einem getrennten Schmierölkreislauf und Wärmeabfuhr durch Ölkühler wird insbesondere bei kleinen tragbaren Aggregaten als nachteilig angesehen, da in bezug auf Wartung der Geräte und Bevorratung mit Betriebsmitteln hohe Anforderungen gestellt werden.

Ferner ist ein Kühlsystem für Gasturbinen, insbesondere für die Kühlung der Turbinenschaufeln sowie der Brennkammer bekannt, bei dem der Kraftstoff in flüssigem Zustand über Kanäle und Leitungen den zu kühlenden Stellen zugeführt wird. Hierbei liegt ein Turbinenlager im Kreislauf des flüssigen Kraftstoffes und erfährt somit eine Vollschmierung, wodurch das Lager gleichzeitig durch den Kraftstoff gekühlt wird. Nach erfolgter Kühlung der Turbinenschaufeln und Durchtritt durch das Turbinenlager — wobei durch entsprechende Bemessung der Kühl-Gasturbinenanlage,
insbesondere Kleingasturbinenanlage

Anmelder:

BMW Triebwerkbau Gesellschaft m.b.H.,
München-Allach, Dachauer Str. 665

Dipl.-Ing. Hans Deinhardt, München,
ist als Erfinder genannt worden

mittelmenge auch dieses ausreichend gekühlt wird — wird ein Teil des Kraftstoffes der Brennkammer bzw. den Einspritzdüsen zugeführt, während der andere Teil des Kraftstoffes nach Aufnahme von Wärme an der Brennkammer in einen Kühler gelangt.

Weiter ist bekannt, bei Gasturbinenanlagen das Schmier- und Kühlmittel auf die zu kühlenden und schmierenden Lagerstellen zu spritzen und den Lagerraum mit einem Anlageteil zu verbinden, an dem Saugwirkung herrscht, jedoch geschieht dies bei der bekannten Anlage vornehmlich zu dem Zweck, den Austritt und die Beseitigung des verbrauchten Schmiermittels zu unterstützen, nicht aber dazu, um dasselbe, wie beim Erfindungsgegenstand, unmittelbar über die Lagerstellen zu saugen.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile durch die gemeinsame Anwendung folgender Maßnahmen:

a) Die für den Betrieb der Gasturbine erforderliche gesamte Kraftstoffmenge oder ein Teil davon dient auf seinem Weg zur Brennkammer gleichzeitig zur Kühlung und Schmierung der Läuferwellenlager und des Getriebes,

b) der Kraftstoff oder ein Teil davon wird mittels Düsen in das Getriebegehäuse eingespritzt und erzeugt hierbei einen Kraftstoffnebel,

c) der Innenraum des Getriebegehäuses steht mit der Verdichtersaugseite in Verbindung, wobei zur Förderung des Kraftstoffes bzw. des Kraftstoffnebels zu den einzelnen Schmierstellen der Verdichtersog dient.

Erfolgt der Kreislauf des Kraftstoffes so, daß dieser in einer größeren, gleich großen oder kleineren Menge als für die Verbrennung erforderlich zuerst die Kühlung und Schmierung der Lager und Getriebe-

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räder bewerkstelligt, so wird die gesamte oder ein Teil der in den Lagern usw. auftretenden Verlustwärme dem Gasturbinenprozeß wieder zugeführt. Zu den Vorteilen des einfachen Aufbaues mit nur einem Betriebsmittel kommt daher als weiterer Gewinn die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung ergibt sich, wenn das Getriebegehäuse einschließlich dem Sumpf und dem Kraftstofftank ein gemeinsames Gehäuse bildet, wobei der Kraftstofftank so angeordnet ist, daß der aus den Schmier- und Kühlstellen in den Sumpf ablaufende Kraftstoff ohne Zwischenschaltung eines Rückförderorgans in den Kraftstofftank zurückfließt, wobei für dieses Merkmal jedoch nur in Zusammenhang mit dem Hauptanspruch Schutz begehrt wird.

Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf die hier genannten Kleingasturbinen beschränkt, da sie mit ähnlichen Vorteilen auch für andere Zwecke, beispielsweise für Flugtriebwerke, verwendbar ist.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 bis 3 einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in schematischer Darstellung, wobei in allen Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Die Fig. 1 zeigt als Beispiel einen von einer Gasturbine angetriebenen Generator. Das Aggregat besteht aus einem Verdichter 1, dem die Ansaugluft in Pfeilrichtung α zufließt, einer Ringbrennkammer 2 mit Rotationszerstäubung und einer Turbine 3 mit dem Gasaustritt in Pfeilrichtung b. Ein Reduziergetriebe 4 zur Herabsetzung der Drehzahl ist am Verdichtergehäuse angeflanscht. Mit der Abtriebswelle 5 des Getriebes ist der Leistungsabnehmer 6 gekuppelt. Der Kraftstoffbehälter 7 ist vom Aggregat getrennt so angeordnet, daß der Kraftstoff einer Einrichtung frei zufließt, die aus einer Kühl- bzw. Schmiermittelpumpe 8 und aus einem Kraftstoffregelorgan 9 besteht. Dieser Einrichtung fließt der Kraftstoff in der Weise zu, daß die Schmiermittelpumpe 8 vom Kraftstoffbehälter 7 über die Leitung 10 gespeist wird, während dem Kraftstoffregelorgan 9 der zur Verbrennung bestimmte Kraftstoff aus dem Sumpf 11 des Getriebegehäuses 4 zufließt.

Der vom Behälter 7 kommende Kraftstoff wird von der Schmiermittelpumpe 8 einer Verteilerleitung 12 im Getriebegehäuse 4 zugeleitet und von dort mittels Düsen 13 an geeigneten Stellen derart abgespritzt, daß der Kraftstoffnebel die zu kühlenden Getriebeteile trifft und vom Sog des Verdichters unterstützt zu den zu schmierenden Lagerstellen 14 gelangt, um endlich mit der Ansaugluft des Verdichters 1 in die Brennkammer 2 zu gelangen.

Der im Getriebegehäuse 4 kondensierende Kraftstoff sammelt sich im Sumpf 11 und wird vom Kraftstoffregelorgan 9 nach Maßgabe der geforderen Leistung über die Leistung 15 der hohl ausgeführten Gasturbinenwelle 16 zugeführt, von wo aus er mittels einer umlaufenden Zerstäuberscheibe 17 in den Brennraum 2 abgeschleudert wird. Vom Überlauf des Sumpfes 11 wird der überschüssige Kühlstoff mittels Förderpumpe 18 zum Kraftstoffbehälter 7 zurückgefördert.

Die Fig. 2 zeigt eine Abänderung der beschriebenen Ausführung. Der Kraftstoffbehälter7 ist hier.als Druckbehälter ausgebildet und über die Leitung 19 mit der Druckseite des Verdichters 1 verbunden. Bei dieser Ausführung ist die Kühl- bzw. Schmierstoffpumpe eingespart. Der Kraftstoff fließt dem Kühlstoffverteiler 12 unter dem Verdichterdruck zu. Dieser Druck kann gegebenenfalls mittels Reduzierventil variiert werden.

In Fig. 3 ist der Kraftstoffbehälter 7 als Sockel des Getriebegehäuses 4 ausgebildet. Der Überlauf des Sumpfes 11 fließt direkt in den Kraftstoffbehälter 20 und erspart den Gebrauch der Rückförderpumpe 18.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gasturbinenanlage, insbesondere Kleingasturbinenanlage mit Übersetzungsgetriebe zwischen Turbinenwelle und Leistungsabnehmer, gekenn zeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) die für den Betrieb der Gasturbine erforderliche gesamte Kraftstoffmenge oder ein Teil davon dient auf dem Weg zur Brennkammer gleichzeitig zur Kühlung und Schmierung der Läuferwellenlager und des Getriebes,

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebegehäuse (4) einschließlich dem Sumpf (11) und dem Kraftstofftank (20) ein gemeinsames Gehäuse bildet, wobei der Kraftstofftank so angeordnet ist, daß der aus den Schmier- und Kühlstellen in den Sumpf ablaufende Kraftstoff ohne Zwischenschaltung eines Rückförderorgans in den Kraftstofftank zurückfließt

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 826 674;
britische Patentschriften Nr. 711 985, 644 592;
USA.-Patentschrift Nr. 2531411;
SAE-Journal, Bd. 62 (1954), Heft 6, S. 52, 55.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen