DE1476819B1

DE1476819B1 - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE1476819B1
Application number: DE19601476819
Authority: DE
Inventors: Hans-Christof Klein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-06-29
Filing date: 1960-06-29
Publication date: 1970-06-04

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage mit einem im Turbinenrotor angeordneten pulsierend arbeitenden Treibgaserzeuger, der aus einem länglichen Reaktionsraum mit Einlaßöffnungen für die Reaktionspartner und Auslaßöffnungen für die Reaktionsprodukte besteht und mindestens eine Stoßwellenreflexionsfläche aufweist.

Nach einem nicht zum freien Stand der Technik gehörenden Vorschlag, ist eine Vorrichtung zur periodischen Erzeugung von hochverdichtetem Arbeitsgas für Wärmekraftmaschinen, die aus einem länglichen Reaktionsraum mit Einlaßöffnungen für die Reaktionspartner und Auslaßöffnungen für die Reaktionsprodukte besteht und mit mindestens einer Stoßwellenreaktionsfläche versehen ist, derart ausgebildet, daß der Reaktionsraum durch eine düsenähnliche Querschnittsverengung in einen kleineren Detonationsraum und in einen größeren Ausbreitungsraum unterteilt ist. Die in dieser Vorrichtung erzeugten hochverdichteten Arbeitsgase können einer Wärmekraftmaschine zur Arbeitsleistung zugeleitet werden.

Durch die deutsche Patentschrift 872 414 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckgas, insbesondere als Treibmittel für Gasturbinenanlagen bekannt, bei dem in einer rohrförmigen Kammer periodische, auf einen Teilabschnitt derselben beschränkte Verbrennungen stattfinden, wobei an der Brennstelle jeweils zu Zeiten niedrigen Drucks frische Luft bzw. frisches Gas-Luft-Gemisch eingelagert wird. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, daß die Verbrennungsdruckwellen an dem der Brennstelle entgegengesetzten Ende der Kammer positiv reflektiert werden und als Überdruckwellen die inzwischen in die rohrförmige Kammer frisch eingelagerte Luft bzw. das frisch eingelagerte Gas-Luft-Gemisch vorverdichten und daß erst nach erfolgter Vorverdichtung der Ladung eine neue Verbrennung eingeleitet wird.

Schließlich zeigt noch die USA.-Patentschrift 1 152 045 eine Gasturbine, deren Gaserzeuger (Brennkammer) im Turbinenrotor so angeordnet ist, daß eine seiner Symmetrieachsen mit der Rotorachse zusammenfällt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen der zuerst erwähnten Art in einer Turbo-Wärmekraftmaschine so anzuordnen, daß bei gedrungenem Aufbau eine einwandfreie Funktion erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß in an sich bekannter Weise eine der Symmetrieachsen des Treibgaserzeugers mit der Rotorachse zusammenfällt und daß der Reaktionsraum des Treibgaserzeugers durch eine düsenähnliche Querschnittsverengung in einen kleineren Detonationsraum und einen größeren Ausbreitungsraum unterteilt ist. Der Brennstoff wird dabei axial und mittig in den sich um die Rotorachse erstreckenden Detonationsraum eingeführt. Erfindungsgemäß sind Wicklungen zur schleifringlosen Übertragung der für Zündung und Vorheizung erforderlichen elektrischen Energie vorgesehen. Mit Vorteil sind die rotorseitigen Wicklungen so ausgelegt, daß ein zur Beschleunigung des Rotors auf die Startdrehzahl ausreichendes Drehmoment ausgeübt werden kann.

Die Gasturbinenanlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist kompakt im Aufbau, insbesondere deshalb, weil keine baulich und kostenmäßig aufwendige Verdichterturbine erforderlich ist. Das Bauvolumen und das Gewicht des Aggregates können nicht zuletzt deshalb außerordentlich gering gehalten werden, weil das vorhandene Arbeitsverfahren einen relativ sehr hohen Energieumsatz gestattet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Anlaufzeit der Turbinen außerordentlich kurz ist, da ein Starthilfsmotor nicht erforderlich ist und das Brenngas und der Oxydator aus den notwendigen Vorratsbehältern direkt zugeführt werden.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon ist in der Zeichnung wiedergegeben, die das Schema einer Gasturbinenanlage mit einem im Turbinenrotor angeordneten pulsierend arbeitenden Treibgaserzeuger zeigt.

Die Gasturbinenanlage besteht im wesentlichen aus der Detonationsverdichtungseinrichtung 1, der Turbine 5 mit Rotor 6 und Stator 7. Die Detonationsverdichtungseinrichtung 1 weist einen kleinen Raum 2 auf, der mit einem größeren benachbarten Raum 3 durch ein düsenähnliches Zwischenstück 8 verbunden ist. Beide Räume haben eine Seitenwand in der Form abgestumpfter Kegel. Eine gewölbte Rückwand 9 verschließt den Raum 3. In dieser befindet sich eine Auslaßöffnung 10, deren Berandung 11 in den Raum 3 hineingezogen ist. In der Seitenwand des Raumes 3 sind über den Umfang verteilte Einlaßöffnungen 12 vorgesehen, welche in der Richtung auf Raum 2 hin geöffnet sind.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung ist folgende: In den Räumen 2 und 3 befindet sich vor der Inbetriebnahme Luft. Durch die Düse 12 wird ein detonationsfähiges Gemisch in den Raum 2 eingeleitet. Ehe dieses durch das Zwischenstück 8 in den Raum 3 strömen kann, wird es durch eine Zündkerze (nicht gezeichnet) zur Detonation gebracht. Die Detonationsdruckwelle breitet sich durch das Zwischenstück 8 in dem Raum 3 aus. Durch die Einlaßöffnungen 12 kann die Detonationswelle den Raum 3 nicht verlassen, da diese im Schatten des Zwischenstücks 8 liegen. An der gewölbten Rückwand 9 wird der größte Teil der Detonationsdruckwelle reflektiert. Ein bestimmter Anteil verläßt durch die Auslaßöffnung 10 den Raum 3. Da die Gasbewegung von Raum 2 in den Raum 3 infolge der Massenträgheit der Gase auch dann noch andauert, wenn der Ausgangsdruck bereits erreicht ist, entsteht im Raum 2 Unterdruck. Hierdurch wird Frischluft durch die Einlaßöffnungen 12 angesaugt. In diesen Vorgang hinein läuft der reflektierte Teil der Druckwelle und unterstützt das Ansaugen von Frischluft durch Saugwirkung beim Passieren der Einlaßöffnungen 12. Die angesaugte Frischluft wird zusammen mit dem inzwischen durch die Düse 13 eingeleiteten Brennstoff durch die weiter zurücklaufende Druckwelle in dem Raum 2 verdichtet und zur Detonation gebracht, worauf sich der geschilderte Vorgang wiederholt. Der durch die Auslaßöffnung 10 in Pfeilrichtung ausströmende Anteil der Detonationsdruckwelle wird in die Turbine 5 geleitet und strömt schließlich bei 15 aus dieser aus, wobei die Rotorwelle 4 in Drehbewegung versetzt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage mit einem im Turbinenrotor angeordneten pulsierend arbeitenden Treibgaserzeuger, der aus einem länglichen Reaktionsraum mit Einlaßöffnungen für die Reaktionspartner und Auslaßöffnungen für die Reaktionspro-

dukte besteht und mindestens eine Stoßwellenrcflexionsfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine der Symmetrieachsen des Treibgaserzeugers mit der Rotorachse zusammenfällt und daß der Reaktionsraum des Treibgaserzeugers durch eine düsenähnliche Querschnittsverengung in einen kleineren Detonationsraum und einen größeren Ausbreitungsraum unterteilt ist.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff axial und mittig in den sich um die Rotorachse erstreckenden Detonationsraum eingeführt wird.

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Wicklungen zur schleifringlosen Übertragung der für Zündung und Vorheizung erforderlichen elektrischen Energie.

4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rotorseitigen Wicklungen so ausgelegt sind, daß ein zur Beschleunigung des Rotors auf die Startdrehzahl ausreichendes Drehmoment ausgeübt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen