DE1195089B

DE1195089B - Power control device for gas turbine engines

Info

Publication number: DE1195089B
Application number: DE1959P0023495
Authority: DE
Inventors: Robert Pouit
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-09-23
Filing date: 1959-09-09
Publication date: 1965-06-16
Also published as: CH378099A; GB935172A

Description

Leistungsregeleinrichtung für Gasturbinentriebwerke Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinentriebwerke mit mechanisch unabhängiger Arbeitsturbine und einem in Abhängigkeit von der eingespritzten Brennstoffmenge geregelten Wärmetauscher zwischen Turbinenabgas und verdichteter Luft, z. B. für den Antrieb eines Fahrzeugs.Power control device for gas turbine engines The invention refers to gas turbine engines with a mechanically independent power turbine and a heat exchanger that is regulated as a function of the amount of fuel injected between turbine exhaust and compressed air, e.g. B. for driving a vehicle.

Sie bezweckt, den wesentlichen Nachteil solcher Gasturbinentriebwerke zu beseitigen, der darin besteht, daß ihr Wirkungsgrad dann, wenn sie mit stark schwankenden Belastungen arbeiten, sehr erheblich absinkt.It aims to address the major disadvantage of such gas turbine engines to eliminate, which consists in their efficiency when they are with strong work under fluctuating loads, drops very significantly.

Diese Verschlechterung des Wirkungsgrades, und zwar sowohl des thermischen wie des mechanischen Wirkungsgrads, ist hinsichtlich des thermischen Wirkungsgrads die Folge des Absinkens der Verbrennungstemperatur bei geringer werdender Belastung. Die des mechanischen Wirkungsgrads beruht darauf, daß die Gasmenge, die aus den Eintrittsdüsen der Gasturbine ausströmt, dann nicht mehr im optimalen Verhältnis zur Umfangsgeschwindigkeit der Beschaufelung steht.This deterioration in efficiency, both the thermal like mechanical efficiency, is in terms of thermal efficiency the consequence of the lowering of the combustion temperature with decreasing load. The mechanical efficiency is based on the fact that the amount of gas that from the Inlet nozzles of the gas turbine flows out, then no longer in the optimal ratio stands for the peripheral speed of the blading.

Es ist versucht worden, die erste dieser Ursachen durch einen zusätzlichen Wärmetauscher, der in der höchsten Druckstufe der Luft eingesetzt wird, nämlich durch Entnahme von Wärme aus den Auspuffgasen der Turbine und Einführung derselben in die verdichtete Luft zu beseitigen. Diese Maßnahme ist aber nicht ausreichend, um die angestrebte Wirkung der Verbesserung des Wirkungsgrads zu erzielen, weil sämtliche Maschinen des Triebwerks (wenigstens ein Verdichter und wenigstens zwei Turbinen) notwendigerweise das gleiche Gasgewicht aufnehmen müssen.Attempts have been made to remedy the first of these causes by an additional one Heat exchanger that is used in the highest pressure level of the air, namely by removing heat from the exhaust gases of the turbine and introducing the same to eliminate in the compressed air. However, this measure is not sufficient to achieve the desired effect of improving the efficiency because all engines of the engine (at least one compressor and at least two Turbines) necessarily have to hold the same weight of gas.

Diese Gründe, zu welchen noch die langsame Änderung des thermischen Zustands derartiger Abwänneverwerter hinzutritt, machen eine Ausnutzung der Änderung der durch diese Abwärmeverwerter zurückgewonnenen Wärme als Mittel zur Regelung der Leistung der Anlage unmöglich.These reasons, to which the slow change of the thermal In the state of such waste recycler, make use of the change the heat recovered by these waste heat recyclers as a means of regulation the performance of the system is impossible.

Durch die Anordnung eines solchen zusätzlichen Wärmetauschers wird im übrigen die Leistung nur innerhalb des vorgeschriebene Arbeitsbereichs verbessert, und verschlechtert sich erheblich, sobald dieser Drehzahlbereich verlassen wird.By arranging such an additional heat exchanger otherwise the performance only improves within the prescribed work area, and deteriorates considerably as soon as this speed range is left.

Diese Nachteile und Schwierigkeiten werden durch die Erfindung vermieden, indem diese die Wiederverwertung der noch in Arbeit umformbaren Wärme in einer Hochdruckstufe durch regelbare Überführung von in den Abgasen einer Hochdruckturbine enthaltener Wärme in die unter hohem Druck verdichtete Luft unter Ausnutzung eines großen Temperaturunterschieds und eines geringen Druckunterschieds eine vollwirksame weitreichende und schnelle Anderung der Leistung in einem Austauscher geringer Abmessungen und geringen Gewichts ermöglicht.These disadvantages and difficulties are avoided by the invention, by recycling the heat that can still be converted into work in a high-pressure stage by controllable transfer of contained in the exhaust gases of a high pressure turbine Heat in the air compressed under high pressure using a large temperature difference and a small pressure difference a fully effective, far-reaching and fast Change in performance in a small and lightweight exchanger enables.

Diese Maßnahme gestattet außerdem, die Betriebsgrößen (Strömungsmenge, Druck und Temperatur) so aufeinander abzustimmen, daß in den verschiedenen Maschinen der Anlage die Ähnlichkeitsverhältnisse etwa konstant gehalten werden, welche die praktische Konstanz der Teilwirkungsgrade der Maschinen gewährleisten, wobei gleichzeitig durch die Konstanz der Höchsttemperatur in einem weiten Änderungsbereich der Leistung die Konstanz des eintretenden Wirkungsgrads des thermischen Arbeitsprozesses aufrechterhalten und im Ergebnis der spezifische Verbrauch von Anlagen mit Gasturbinentriebwerken mit offenem Strömungskreis in einem weiten Änderungsbereich der Leistung praktisch konstant gehalten werden kann.This measure also allows the operating parameters (flow rate, Pressure and temperature) to be coordinated so that in the various machines the system the similarity relationships are kept approximately constant, which the ensure practical constancy of the partial efficiencies of the machines, while at the same time due to the constancy of the maximum temperature in a wide range of performance changes maintain the constancy of the efficiency of the thermal work process and as a result the specific consumption of systems with gas turbine engines with an open circuit in a wide range of changes in performance is practical can be kept constant.

Dieses Ergebnis wird gemäß der Erfindung durch eine Leistungsregeleinrichtung erreicht, die in Abhängigkeit von einer einzigen Betriebsgröße, z. B. einem Arbeitsmitteldruck, gleichzeitig die Brennstoffmenge, die Menge eines der den Wärmetauscher durchströmenden Mittel und den Verdichter regelt.According to the invention, this result is achieved by a power control device achieved, which depends on a single operating size, z. B. a working medium pressure, at the same time the amount of fuel, the amount of one that flows through the heat exchanger Medium and the compressor controls.

Im Fall von Anlagen, die nur einen Verdichter aufweisen, weist die neue Leistungsregeleinrichtung eine Dralldrossel am Eintritt des Verdichters auf. Im Fall von Anlagen mit mehreren Verdichtern und Zwischenkühler ist diese Regeleinrichtung eine Drosseleinrichtung für das Kühlmittel des Zwischenkühlers.In the case of systems that have only one compressor, the new capacity control device on a swirl throttle at the inlet of the compressor. In the case of systems with several compressors and intercoolers, this is the control device a throttle device for the coolant of the intercooler.

Die Erfindung nutzt durch diese Anordnung die noch in Arbeit umformbare Wärme in einer Hochdruckstufe durch regelbare überführung von in den Abgasen einer Hochdruckturbine enthaltener Wärme in die unter hohem Druck verdichtete Luft unter Ausnutzung eines großen Temperaturunterschieds und geringen Druckunterschieds aus, um eine voll wirksame, weitreichende und schnelle Änderung der Leistung mittels eines Austauschers von vergleichsweise kleinen Abmessungen und niedrigem Gewicht zu erzielen.With this arrangement, the invention takes advantage of that which is still in the process of being deformable Heat in a high pressure stage through controllable transfer from in The heat contained in the exhaust gases of a high-pressure turbine is converted into the heat that is compressed under high pressure Air using a large temperature difference and a small pressure difference out to a fully effective, far-reaching and rapid change in performance means an exchanger of comparatively small dimensions and low weight to achieve.

Durch die erfindungsgemäße Leistungsregeleinrichtung wird der Brennstoffverbrauch von Gasturbinentriebwerken mit offenem Kreislauf innerhalb eines weiten Bereichs von Änderungen der Belastangsnäherungsweise konstant gehalten.The fuel consumption is reduced by the power control device according to the invention of open cycle gas turbine engines within a wide range kept approximately constant by changes in the load.

Zusätzlich sind selbstverständlich aus Sicherheitsgründen Stumvorrichtungen vorgesehen, die automatische Verstellungen in Abhängigkeit von der Temperatur und der Drehzahl vornehmen. Diese Vorrichtungen können in bekannter Weise mit den Vorrichtungen, welche die erfindungsgemäßen Regelvorgänge durchführen, kombiniert sein.In addition, silencing devices are of course for safety reasons provided the automatic adjustments depending on the temperature and the speed. These devices can be used in a known manner with the devices which carry out the control processes according to the invention, be combined.

Die Vorteile des den Gegenstand der Erfindung bildenden Vorschlags ergeben sich eindeutig daraus, daß die zusanmen mit der Regelung des Wärmetauschers, der seinerseits, in Abhängigkeit von der eingespritzten Brennstoffmenge arbeitet, vorgesehene Regelvorrichtungen das ordnungsgemäße Arbeiten von Gasturbinentriebwerken der oben gekennzeichneten Art dadtreh sichern, da_ß. sie in Abhängigkeit von einer einzigen Betriebsgröße; x. B. einem Arbeitsmitteldruck arbeitend gleichzeitig die verschiedenen vorstebend aagge=igten Regelvorgänge herbeiführen.The advantages of the proposal forming the subject of the invention clearly result from the fact that, together with the regulation of the heat exchanger, which in turn works depending on the amount of fuel injected, intended control devices ensure the proper operation of gas turbine engines of the type marked above, secure that. them depending on one single company size; x. B. a working medium pressure working at the same time bring about various aforementioned control processes.

Die Einzelheiten und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen von die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisenden Anlagen an Hand der Zeichnungen.The details and further features of the invention emerge from FIG the following description of embodiments of the features according to the invention showing systems on the basis of the drawings.

F i g. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung ein. Casturbänentnebeaerk mit zwei Turbokompressorsätzen und einer Arbeitsturbine mit den Merkmalern der Erfindung, F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform einer solchen Anlage mit einem Hochdruckturbinenkompressorsatz und einer Arbeitsturbine.F i g. 1 illustrates a schematic representation. Casturbänentnebeaerk with two turbo compressor sets and a power turbine with the features of the invention, F i g. Figure 2 shows another embodiment of such a plant with a high pressure turbine compressor set and a power turbine.

F i g. 1 zeigt ein Gasturbinentriebwerk. mit offenem Strömungskreislauf, welches außer der Arbeitsturbine wenigstens zwei in Reihe geschaltete, mechanisch voneinander unabhängige Turbokompressorsätze, nämlich einen Hochdrucksatz mit einem von einer Turbine 6 angetriebenen Kompressor 5 und einen Mitteldrucksatz mit einem von. einer Turbine 4 angetriebenen Kompressor 3 enthält, wobei. die Abgase der Mitteldruckturbine 4 die Niederdruckantriebsturbine 1 speisen und der Niederdruckverdichter 3, und zwar nach Zwischenkühlung- der unter niedrigem Druck stehenden verdichteten Luft, zwischen zwei Verdichtungsphasen in einem. regelbaren Kühler 9 in den Hochdruckverdichter 5, fördert.F i g. 1 shows a gas turbine engine. with an open flow circuit, which apart from the power turbine at least two mechanically independent turbo compressor sets connected in series, namely a high pressure set with a compressor 5 driven by a turbine 6 and a medium pressure set with one of. a turbine 4 driven compressor 3, wherein. the exhaust gases from the medium-pressure turbine 4 feed the low-pressure drive turbine 1 and the low-pressure compressor 3, after intermediate cooling of the compressed air under low pressure, between two compression phases in one. adjustable cooler 9 in the high pressure compressor 5, promotes.

Die Anlage wird durch zwei zwischen dem Auslaß der Hbchdruckturbine 6. und dem Einlaß der Mitteldruckturbine 4 liegende parallele Abzweigungen 14 und 1'5 vervollständigt; der Wärmetauscher 16 liegt dann in der Abzweigung 14, während in der Abzweigung 15 ein- durch, eine Zusatzbrennkammer 17 gebildeterüberhitzer vorgesehen ist.The system is completed by two parallel branches 14 and 1'5 located between the outlet of the high- pressure turbine 6 and the inlet of the medium-pressure turbine 4; the heat exchanger 16 is then in the branch 14, while in the branch 15 a superheater formed by an additional combustion chamber 17 is provided.

Die Vorrichtungen zur Inbetriebnahme der einen oder der anderen Abzweigung 14 oder 15 können willkürlich regelbare Glieder, z. B. Schieber oder andere Verschlußorgane reit selbsttätigen Ventilen 18 und 19 sein.The devices for starting one or the other junction 14 or 15 can arbitrarily controllable members, eg. B. slide or other closure members ride automatic valves 18 and 19 be.

Erfindungsgemäß werden bei einer derartigen Anlage mit zwei Verdichtungsstufen die Drehzahl- und Temperaturrkenngrößen des Hochdrucktwrbokmpressorsatzes 5-6 dadurch Itoustant gehalten, daß einerseits die Zwischenkühlung im Kühler 9 durch die Drosseleinrichtung 11 so geregelt wird, daß die Lufteinfaßtemperatur am Kompressor 5 konstant gehalten wird, und hierdurch andererseits gleichzeitig die in der Brennkammer 7 verbrannte Brennstoffmenge so eingestellt wird, daß die Temperatur am Einlaß der Turbine 6 und die Drehzahl des Turbokompressorsatzes 5-6 konstant gehalten werden.According to the invention in such a system with two compression stages the speed and temperature parameters of the high pressure compressor set 5-6 thereby Itoustant that on the one hand the intercooling in the cooler 9 by the throttle device 11 is controlled so that the air inlet temperature at the compressor 5 is kept constant is, and thereby on the other hand at the same time burned in the combustion chamber 7 The amount of fuel is adjusted so that the temperature at the inlet of the turbine 6 and the speed of the turbo compressor set 5-6 are kept constant.

Der Druck-Strömungsmenge-Kennlinie des Niederdruckkompressors 3, welche automatisch durch die Bedingungen der Konstanz der Kenngrößen des Hochdruckturbokompressorsatzes vorgegeben ist, entspricht eine gewisse Änderung des Eigenwirkungsgrads des Kompressors 3 bei einer Änderung des Förderdrucks desselben. Dies hat im allgemeinen eine leichte Abnahme des Wirkungsgrads bei einer Abnahme dieses Drucks zur Folge (der Wirkungsgrad sinkt z. B. von dem Wert 0,84 bei Vollast auf den Wert 0,80 bei Halblast).The pressure-flow rate characteristic of the low-pressure compressor 3, which automatically by the conditions of constancy of the parameters of the high pressure turbo compressor set is specified, corresponds to a certain change in the self-efficiency of the compressor 3 when the delivery pressure changes. This is generally easy A decrease in the degree of efficiency with a decrease in this pressure results in (the degree of efficiency sinks z. B. from the value 0.84 at full load to the value 0.80 at half load).

Bei Anlagen mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Turbokompressorsätzen bedingt die Steuerung der Einrichtungen zur Konstanthaltung der Drehzahl- und Temperaturkenngrößen des Hochdruckkompressorsatzes durch wenigstens eine Betriebsgröße der Anlage beim Niederdruckkompressor eine bestimmte, durch die Kontinuitätsbedingung aufgezwungen Druck-Strömungsmenge-Betriebskennlinie.. Dies hat im allgemeinen eine geringe Änderung des Wirkungsgrads des Kompressors zur Folge; diese Änderung hat jedoch nur einen vernachläßigbaren Einfluß auf den Wirkungsgrad der Hochdruckturbine.For systems with at least two turbo compressor sets connected in series requires the control of the devices to keep the speed and temperature parameters constant of the high pressure compressor set by at least one operating variable of the system Low pressure compressor a certain, imposed by the continuity condition Pressure-flow rate operating characteristic. This generally has little change the efficiency of the compressor result; however, this change has only one negligible influence on the efficiency of the high pressure turbine.

Wenn dagegen die Anlage nur einen einzigen Turbokompressorsatz enthält, gestatten die Verträglichkeits- und Kontinuitätsbedingungen nicht mehr, zur Veränderung der Leistung in einem weiten Regelbereich (durch gleichzeitige Veränderung der Strömungsmenge und des Drucks) die Temperaturkenngrößen am. Einlaß der Hochdruckturbine und insbesondere die Drehzahl des einzigen Turbokompressors streng konstant zu halten, was hinsichtlich der Druck-Strömungsmenge-Betriebskennlinie des einzigen Kompressors bedeutende Schwankungen des eintretenden Wirkungsgrads sowie im allgemeinen bei geringen Strömungsmengen auftretende Pendelerscheinungen zur Folge- hat.If, on the other hand, the system only contains a single turbo compressor set, The compatibility and continuity conditions no longer allow for change the power over a wide control range (by changing the flow rate at the same time and the pressure) the temperature parameters at the inlet of the high pressure turbine and in particular to keep the speed of the single turbo compressor strictly constant, what with regard to significant fluctuations in the pressure-flow rate operating characteristic of the single compressor the occurring efficiency as well as in general with low flow rates resulting pendulum phenomena.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, werden in diesem Fall die Einrichtungen zur unabhängigen Veränderung der Temperatur am Einlaß der beiden Turbinen (Dosierung des eingespritzten Brennstoffs und Änderung der den Abgasen der Hochdruckturbine entnommenen und in die verdichtete Luft übergeführten Wärmemenge) mit unabhängigen Einrichtungen zur Regelung des Kompressors kombiniert, welche gestatten, den Förderdruck des Kompressors den Schwankungen der Strömungsmenge so anzupassen, daß den Verträglichkeitsbedingungen der Betriebsgrößen der Anlage Genüge getan wird, insbesondere entsprechend der Änderung der Temperatur am Einlaß der Niiederdruckturbine, welche erfindungsgemäß den die Leistungsänderung bestimmenden Faktor bildet. Diese unabhängigen Einrichtungen zur Regelung des Kompressors können so- ausgebildet werden; daß sie die Drehbewegung oder den Umlauf der vom Kompressor angesaugten Arbeitsmittelmenge verändern.In this case, to remedy this disadvantage, the facilities for the independent change of the temperature at the inlet of the two turbines (dosage the injected fuel and changing the exhaust gases from the high pressure turbine amount of heat removed and transferred into the compressed air) with independent Devices for regulating the compressor combined, which allow the delivery pressure of the compressor to adapt the fluctuations in the flow rate so that the compatibility conditions the operating size of the plant is satisfied, in particular in accordance with the change the temperature at the inlet of the low-pressure turbine, which according to the invention the Change in performance forms the determining factor. These independent Devices for regulating the compressor can be designed in this way; that they the rotary movement or the circulation of the amount of working medium sucked in by the compressor change.

Auch diese verschiedenen Einrichtungen können in der nachstehend an Hand von F i g. 2 beschriebenen Weise aufeinander so abgestimmt werden, daß sie durch wenigstens eine Betriebsgröße der Anlage gesteuert werden.These various facilities can also be found in the following Hand of fig. 2 are coordinated in such a way that they can be controlled by at least one operating variable of the system.

F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anlage mit einem Hochdrucktorbokompressorsatz und einer Arbeitsturbine, welche in einem ausgedehnten Laständerungsbereich mit etwa konstantem Wirkungsgrad arbeiten kann und z. B. zum Antrieb eines Fahrzeugs bestimmt ist.F i g. 2 shows an embodiment of such a system with a High pressure turbo compressor set and a power turbine, which in an extensive Load change range can work with approximately constant efficiency and z. B. to Drive a vehicle is intended.

Diese Anlage enthält eine Antriebsturbine 1, deren Welle 2 gegebenenfalls über nicht dargestellte übertragungsvorrichtungen mit den anzutreibenden Teilen gekuppelt ist, sowie einen Turbokompressorsatz mit wenigstens einer Turbine 4, deren Welle 114 den Rotor 115 eines Kompressors 3, z. B: eines Fliehkraftkompressors antreibt.This system contains a drive turbine 1, the shaft 2 of which, if necessary Via transmission devices (not shown) with the parts to be driven is coupled, and a turbo compressor set with at least one turbine 4, whose Shaft 114 the rotor 115 of a compressor 3, z. B: drives a centrifugal compressor.

Durch eine Leitung 70 wird die verdichtete Luft vom Kompressor 3 einer Brennkammer 80 zugeführt, in welcher durch- Einspritzdüsen 90 eingespritzter Brennstoff verbrannt wird. Die Einspritzdüsen werden von einer Pumpe 100 gespeist, welche von der Welle 114 des Turbokompressors z. B. über eine Einrichtung 111 angetrieben wird.The compressed air from the compressor 3 is fed through a line 70 to a combustion chamber 80 in which fuel injected through injection nozzles 90 is burned. The injection nozzles are fed by a pump 100 which is driven by the shaft 114 of the turbo compressor, for. B. is driven via a device 111.

Die an den Verbrennungsprodukten angereicherten Gase werden von der Brennkammer 80 zum Einlaß 112 der Turbine 4 geführt, nach welcher sie nach einer ersten Entspannung in dieser Turbine 4 der Antriebsturbine 1 zugeführt werden, wo sie sich endgültig bis auf einen Druck entspannen, welcher in der Nähe des äußeren Lufteinlaßdrucks des Kompressors 3 liegt.The gases enriched in the combustion products are led from the combustion chamber 80 to the inlet 112 of the turbine 4, after which, after a first expansion in this turbine 4 , they are fed to the drive turbine 1, where they finally relax down to a pressure which is in the vicinity of the external air inlet pressure of the compressor 3 is.

Die Anlage wird noch durch einen Abwärmeverwerter 8 vervollständigt, bei welchem die Wärmeübertragung vorzugsweise duch sich drehende dünne, nicht dargestellte Hohlkörper erfolgt, in welche die Abgase der Niederdruckturbine 1 eingeleitet werden. Dieser Apparat ist in den Strömungskreis der verdichteten Luft zwischen der Förderseite des Verdichters 3 und der Brennkammer 80 eingeschaltet. Ferner ist ein Wärmetauscher 16 vorhanden, welcher wenigstens einen Teil der zwischen der Hochdruckturbine 4 und der Niederdruckturbine 1 strömenden Gase kühlt, um die den heißen Gasen entzogene Wärme wieder der bereits vorher im Abwärmeverwerter 8 vorgewärmten verdichteten Luft zuzuführen, wobei ein Ventil 116 mit zwei Stellungen gestattet, wenigstens einen Teil oder auch die Gesamtheit der verdichteten Luft in diesen Wärmetauscher 16 abzuleiten.The system is completed by a waste heat exchanger 8, in which the heat is preferably transferred by rotating thin hollow bodies, not shown, into which the exhaust gases from the low-pressure turbine 1 are introduced. This apparatus is connected to the flow circuit of the compressed air between the delivery side of the compressor 3 and the combustion chamber 80 . There is also a heat exchanger 16 which cools at least some of the gases flowing between the high-pressure turbine 4 and the low-pressure turbine 1 in order to return the heat extracted from the hot gases to the compressed air previously preheated in the waste heat exchanger 8, with a valve 116 having two positions allows at least some or all of the compressed air to be diverted into this heat exchanger 16.

Schließlich ist zweckmäßig am Einlaß des Kompressors 3 eine Vorrichtung vorgesehen, welche der von dem Kompressor angesaugten Luftströmung eine mit dem Drehsinn des Rotors gleichsinnige oder gegensinnige Drehgeschwindigkeit erteilt.Finally, a device is expedient at the inlet of the compressor 3 provided, which of the air flow sucked in by the compressor one with the Direction of rotation of the rotor granted in the same direction or in the opposite direction of rotation speed.

Da die Änderung des thermodynamischen Wirkungsgrads umso beschränkter ist, je kleiner die Schwankung der Höchsttemperatur des Arbeitsprozesses ist, wird die Änderung der Temperatur am Einlaß der Hochdruckturbine auf das durch die Kontinuitätsbedingung bedingte Maß beschränkt, und die Temperatur am Eingang der Niederdruckturbine wird, wie bereits ausgeführt, durch- eine teilweise Überführung von Wärme aus den Gasen in- die verdichtete Luft geregelt, wodurch eine für einen guten Wirkungsgrad günstige Wärmepumpe entsteht.Since the change in thermodynamic efficiency is all the more limited is, the smaller the fluctuation in the maximum temperature of the working process becomes the change in temperature at the inlet of the high pressure turbine due to the continuity condition conditionally limited, and the temperature at the inlet of the low-pressure turbine is, as already stated, by partially transferring heat from the gases regulated in the compressed air, whereby a favorable for a good efficiency Heat pump is created.

Wenn gemäß F i g. 2 die Stange 118 zur quantitativen Regelung der Einspritzpumpe 100 durch die Verstellung einer Stange 119 betätigt wird, welche auf die Stange 118: über einen durch eine Feder 121 zurückgezogenen Lenker 120 einwirkt, so wird der für das Arbeiten bei einem gegebenen Druck zweckmäßige Einspritzgrad dadurch gesteuert, däß der Lenker 120 einerseits mit einem am Einlaß der Turbine 4 angeordneten Thermostaten 122 z. B. durch einen Schwenkhebel. 123 und- Lenker 124 und 128- und andererseits mit einer auf den Förderdruck des Kompressors 3 ansprechenden Druckvorrichtung verbunden wird, wobei dieser Druck z. B. entgegen der Wirkung einer Gegenfeder 126 auf einen Kolben 125 wirkt, wobei die Verstellungen des Kolbens 125 auf einen schwenkbaren Nocken 127 übertragen werden, gegen dessen Profil der Lenker 124 durch die Feder 121 gedrückt wird: Die Einwirkung auf die Temperatur am Einlaß der Niederdruckturbine wird mit der Einwirkung auf die i Temperatur am Einlaß der Hochdruckturbine dadurch kombiniert, daß die das Ventil 16 steuernde Gleitbewegung der Stange 129 mit der senkrechten Gleitbewegung der Steuerstange 119, an welcher der Lenker 120 angelenkt ist, welcher seinerseits die Stange 118 zur. quantitativen. Regelung der Einspritzung steuert, zusammenwirkt. Das geschieht beispielsweise dadurch, daß mit einer an der Translationsbewegung der gleitenden Stange 12'9 teilnehmenden Kurvenbahn 130 eine - Rolle 131 zusammenwirkt, @. welche an der translatorischen Bewegung der Stange 119 teilnimmt, die ihrerseits unter der Wirkung einer elastischen Rückstellvorrichtung, z. B: einer Feder 150, steht.If according to FIG. 2 the rod 118 for the quantitative control of the injection pump 100 is actuated by adjusting a rod 119, which acts on the rod 118 via a guide rod 120 retracted by a spring 121, so the degree of injection suitable for working at a given pressure is thereby controlled , that the handlebar 120 on the one hand with a arranged at the inlet of the turbine 4 thermostat 122 z. B. by a pivot lever. 123 and handlebars 124 and 128 and on the other hand is connected to a pressure device responsive to the delivery pressure of the compressor 3, this pressure being e.g. B. acts against the action of a counter spring 126 on a piston 125, the displacements of the piston 125 being transmitted to a pivotable cam 127, against whose profile the link 124 is pressed by the spring 121: the effect on the temperature at the inlet of the low-pressure turbine is combined with the action on the i temperature at the inlet of the high pressure turbine in that the sliding movement of the rod 129 controlling the valve 16 with the vertical sliding movement of the control rod 119, to which the link 120 is articulated, which in turn controls the rod 118 for. quantitative. Regulation of the injection controls, interacts. This happens, for example, in that a - roller 131 interacts with a cam track 130 participating in the translational movement of the sliding rod 12'9, @. which takes part in the translational movement of the rod 119, which in turn under the action of an elastic return device, z. B: a spring 150.

Die Einrichtungen zur Beeinflussung der Tempel raturen am Einlaß der Turbinen und die zur Beeinflussung des Umlaufs am Einlaß des Kompressors werden in der nachstehend beschriebenen Weise abgestimmt: Auf der Saugseite des Kompressors 3 ist ein fester Ringkanal 132 mit einer axialen Nabe 133 und einem äußeren Zylinder 134 vorgesehen. Der Kanal ist durch eine gewisse Zahl von biegsamen Wänden 135 unterteilt, welche an ihrer Vorderkante in Schlitze 136 in der Nabe 133 und in Schlitze 137 in dem Zylinder 134 eingesetzt sind. Die äußeren Hinterkanten der biegsamen Wände 135 sind in Schlitze 139 auf der Innenseite eines zylindrischen Ringes 140 eingesetzt, welcher mit seinen beiden Enden an dem festen Mantel des Kompressors 3 und an dem Zylinder 134 zentriert ist.The devices for influencing the temples at the inlet of the turbines and those for influencing the circulation at the inlet of the compressor are coordinated in the manner described below: On the suction side of the compressor 3 is a fixed annular channel 132 with an axial hub 133 and an outer cylinder 134 intended. The channel is divided by a number of flexible walls 135 which are inserted at their leading edge into slots 136 in the hub 133 and into slots 137 in the cylinder 134. The outer rear edges of the flexible walls 135 are inserted into slots 139 on the inside of a cylindrical ring 140 , which is centered with its two ends on the solid jacket of the compressor 3 and on the cylinder 134.

Der in seinen beiden Führungsflächen drehbare Ring 140 weist auf seiner Außenseite eine Verzahnung auf, welche mit einer durch eine Kurbel 142 in Umdrehung versetzten Schnecke 141 im Eingriff steht. Diese Kurbel ist mit einem Hebel 143 verbunden, welcher an die Steuerstange 119 angelenkt ist und durch die Feder 150 gegen einen schwenkbaren Nocken 151 gedrückt wird, welcher seinerseits mit einem Kolben 152 verbunden ist, auf dessen eine Seite der Förderdruck des Kompressors 3 wirkt. The ring 140 , which is rotatable in its two guide surfaces, has a toothing on its outside which engages with a worm 141 set in rotation by a crank 142. This crank is connected to a lever 143 which is articulated to the control rod 119 and is pressed by the spring 150 against a pivotable cam 151, which in turn is connected to a piston 152, on one side of which the delivery pressure of the compressor 3 acts.

Die Verschiebebewegung der Stange 119 bewirkt über den Hebel 143 die Drehung der Schnecke 141 und des gezahnten Rings 140, dessen Drehung eine schraubenförmige Verdrehung der in die Schlitze 139 eingesetzten Hinterenden der biegsamen Wände 135 zur Folge hat. Diese an ihrer Vorderkante radial liegenden Wände nehmen an dem Rotor 115 des Kompressors 3 eine schräge Lage ein, in welcher die gebildeten schraubenförmigen Flächen, welche die angesaugte Luft zu dem Rotor führen und ihm dadurch eine regelbare positive oder negative Drehgeschwindigkeit erteilen.The sliding movement of the rod 119 causes, via the lever 143, the rotation of the worm 141 and the toothed ring 140, the rotation of which results in a helical rotation of the rear ends of the flexible walls 135 inserted in the slots 139. These walls, which lie radially at their front edge, assume an inclined position on the rotor 115 of the compressor 3, in which the helical surfaces formed, which guide the sucked in air to the rotor and thereby give it a controllable positive or negative rotational speed.

Man erhält also derart im Sinn des Grundgedankens der Erfindung eine Turboantriebsanordnung, welche mit einem befriedigenden Wirkungsgrad bei veränderlicher Leistung durch Betätigung eines einzigen Glieds; welches entweder willkürlich oder bedarfsgemäß durch einen selbsttätigen Regler betätigt wird, arbeiten kann. Bei seiner Betätigung in der Pfeilrichtung vergrößert dieses Glied die Brennstoffmenge, wodurch die Temperatur am Einlaß der Hochdruckturbine vergrößert wird, so daß der Turbokompressor beschleunigt wird, dessen Druck und Förderleistung steigen, wobei gleichzeitig die Temperatur am Einlaß der Niederdruckturbine 1 durch Verringerung der Abzweigung von Luft zu dem Wärmeaustauscher 16 infolge der teilweisen Schließung des Ventils 116 erhöht wird, und außerdem wird der Umlauf des Kompressors durch die entsprechende Einstellung der biegsamen Wände 135 so verändert, daB der Kompressor gemäß der zweckmäßigen Druck-Strömungsmenge-Kennlinie arbeitet.Thus, in the sense of the basic idea of the invention, a turbo drive arrangement is obtained which, with a satisfactory degree of efficiency with variable power, is achieved by actuating a single member; which is operated either arbitrarily or as required by an automatic controller, can work. When operated in the direction of the arrow, this member increases the amount of fuel, whereby the temperature at the inlet of the high-pressure turbine is increased, so that the turbo-compressor is accelerated, its pressure and output increase, while at the same time the temperature at the inlet of the low-pressure turbine 1 by reducing the branching of air to the heat exchanger 16 is increased as a result of the partial closure of the valve 116 , and also the circulation of the compressor is changed by the appropriate adjustment of the flexible walls 135 so that the compressor operates according to the appropriate pressure-flow rate characteristic.

Wenn bei der Stellung der Steuerung, welcher der Betriebsdruck .@d. h. die Stellung des Nockens 127) und die Stellung des Ventils 116 entsprechen, die Einlaßtemperaturen der Turbinen nicht genau den mit der Strömungsmenge und dem Druck zu vereinbaren Werten entsprechen, berichtigt die Wirkung des Thermostaten 122 durch Verstellung des Lenkers 128 auf dem Nocken 127 die Temperaturen durch Anpassung der Brennstoffeinspritzung. In gleicher Weise gewährleistet bei einer bestimmten Stellung der Steuerstange 119, welche bestimmten Temperaturen am Einlaß der Turbinen 1 und 4 entspricht, der Förderdruck des Kompressors 3 durch Einwirkung über den Kolben 152 auf den Nocken 151 (und somit auf den Hebel 143) und über die Kurbel 142 und die Schnecke 141 auf die Winkelstellung des Ringes 140 (und somit auf die Stellung der Wände 135) die zweckmäßige Beziehung der Strömungsmenge des Kompressors 3 zu den Druck- und Temperaturbedingungen.If, in the position of the control, to which the operating pressure (ie the position of the cam 127) and the position of the valve 116 correspond, the inlet temperatures of the turbines do not exactly correspond to the values compatible with the flow rate and the pressure, the action of the thermostat corrects 122 by adjusting the link 128 on the cam 127, the temperatures by adjusting the fuel injection. In the same way, at a certain position of the control rod 119, which corresponds to certain temperatures at the inlet of the turbines 1 and 4, the delivery pressure of the compressor 3 by acting via the piston 152 on the cam 151 (and thus on the lever 143) and via the Crank 142 and the screw 141 on the angular position of the ring 140 (and thus on the position of the walls 135) the appropriate relationship of the flow rate of the compressor 3 to the pressure and temperature conditions.

Claims

Claim: Power control device for gas turbine engines with a mechanically independent power turbine and a heat exchanger between turbine exhaust gas and compressed air, e.g. B. for driving a vehicle, characterized in that it depends on a single operating variable, for. B. a working medium pressure, at the same time the amount of fuel, the amount of one of the means flowing through the heat exchanger and regulates the compressor, the compressor control device in the case of systems with only one compressor (see Fig. 2) a swirl throttle (140) at the inlet of the Compressor (3) and in the case of systems with several compressors (3, 5, see Fig. 1) and intercooler (9) is a throttle device (11) for its coolant. Considered publications: German Patent Nos. 936 658, 860 437; Swiss patents No. 274 060, 243 690, 223 843.