DE1476907C3 - Gasturbinentriebwerk mit zwei gleichachsig ineinander angeordneten, drehenden Läufern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein Gasturbinentriebwerk derjenigen Art, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist, ist aus der GB-PS 8 38 602 (Fig. 7) bekannt Eine Regelung des Verdichters ist bei dem bekannten Gasturbinentriebwerk nicht vorgesehen.

Es ist bekannt (»Heizung—Lüftung—Haustechnik« 10, 1959, Nr. 1, Seiten 6 bis 13), bei elektromotorisch angetriebenen, zwei gegenläufige Läufer aufweisenden Axialverdichtern mit kleinem Druckverhältnis für Klimaanlagen eine günstige Regelung dadurch zu erhalten, daß die Drehzahl nur eines der beiden Räder •geändert wird, während die Drehzahl des anderen Rades konstant bleibt.

Aus der GB-PS 9 85 702 ist ein Gasturbinentriebwerk bekannt, das einen aus einem Verdichter, einer Verbrennungskammer und einem Turbinenlaufrad bestehenden Gaserzeuger und ein Leistungsturbinenlaufrad aufweist, das hinter dem Turbinenlaufrad des Gaserzeugers angeordnet ist. Zwischen den beiden Turbinenlaufrädern befinden sich Leitbeschaufelungen, die in Funktion der Drehzahl der Turbine regelbar sind. Stromauf des ersten Turbinenlaufrades sind weitere Leitschaufeln vorgesehen, die ebenfalls regelbar sind. Ein Gegenlaufverdichter, der von einer Gasturbine angetrieben wird, ist aber nicht vorhanden.

Schließlich ist es aus der FR-PS 10 30 483 bekannt, in einer Turbo-Strömungsmaschine die Leitschaufeln hohl auszubilden und an ihrer Wand mit Austrittsöffnungen zu versehen, die von unter steuerbarem Druck stehendem Arbeitsmittel gespeist sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gasturbinentriebwerk der einleitend genannten Art so auszuführen, daß die Stabilität und der Wirkungsgrad des Verdichters im Teillastbereich verbessert sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Mit einer Verstellung der Durchtrittsquerschnitte der Eintrittsleitschaufelkränze der Turbinenlaufräder kann die relative Verteilung der Belastung der Turbinenlaufräder derart geändert werden, daß immer stabiles Arbeiten des Verdichters gewährleistet ist. Es ist weiterhin möglich, nach Wunsch die Betriebslinie des to Verdichters an ein Kennfeld und umgekehrt auch ein Kennfeld an die Betriebslinie anzupassen.

Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

F i g. 1 ist ein schematischer Teilhalbschnitt eines Gasturbinentriebwerks gemäß der Erfindung.

F i g. 2 ist eine schaubildliche Teilansicht einer Leitschaufel.

F i g. 3 und 4 sind schematische Ansichten abgeänderter Ausführungsformen der Leitschaufeln.

Das in F i g. 1 dargestellte Gasturbinentriebwerk weist eine Reitie~Ve«lichterlaufräder 1 auf, die an ihrem Außenumfang an der Wand einer Drehtrommel 3 befestigt sind und einen Läufer bilden, der durch eine in Lagern 5 laufende Welle 4 in einem Drehsinn angetrieben ist, während eine zu der Welle 4 gleichachsig angeordnete zweite Welle 6, die sich in Lagern 7 zu der Welle 4 gegenläufig dreht, eine andere Reihe von Verdichterlaufrädern 2, die einen weiteren Läufer bilden, gegenläufig antreibt. Ein vorderes Lager 8 ist für den Läufer 1,3 vorgesehen. Dem so gebildeten Gegenlaufverdichter ist ein Eintrittsleitschaufelkranz 9 vorgeschaltet, an welchem eine vordere Haube 10 befestigt ist, und ein Austrittsleitschaufelkranz 11 nachgeordnet, der in eine Brennkammer 12 des Triebwerks mündet. Der Aufbau ist von einem festen Gehäuse 13 umgeben.

Die Antriebswelle 4 des Gegenlaufverdichters ist durch ein Turbinenlaufrad 14 angetrieben, während die beiden anderen Turbinenlaufräder 15 und 16 die Antriebswelle 6 in entgegengesetztem Drehsinn antreiben. Den Turbinenlaufrädern 14,15 und 16 ist jeweils ein Eintrittsleitschaufelkranz 17, 18 bzw. 19 vorgeschaltet, dessen Durchtrittsquerschnitt verstellbar ist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Verstellung durch Änderung der Winkelstellung der Leitschaufeln erhalten, die hierfür um radiale Achsen 20 (siehe ebenfalls F i g. 2) drehbar angeordnet sind, wobei die Verstellung durch Einwirkung auf eine Betätigungsstange 21 erfolgt. Es erscheint nicht unbedingt erforderlich, die Einzelheiten der mechanischen Verbindungen darzustellen und zu beschreiben, die zum Sicherstellen einer solchen Betätigung verwendet werden, da sie an sich bekannt sind.

Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform kann die oben genannte mechanische Regeleinrichtung durch eine ebenfalls an sich bekannte aerodynamische Regelung ersetzt werden. Für diesen Zweck werden hohle Leitschaufeln verwendet, beispielsweise Leitschaufeln 22 (F i g. 3) oder Leitschaufeln 23 (F i g. 4), die an ihrer Wand Austrittsöffnungen aufweisen, und zwar in Form eines Spaltes, der entlang der Austrittskante, wie es bei 24 dargestellt ist, oder an der Innenwölbung angeordnet ist, wie es bei 25 dargestellt ist. Diese Spalten sind über eine mit einem Ventil 27 versehene Leitung 26 mit unter höherem Druck stehendem Arbeitsmittel aus einer zweckentsprechenden Quelle

gespeist, die eine Verdichterstufe sein kann.

Die Art der Wirkung der aus den Spalten der hohlen Leitschaufeln 22, 23 austretenden Strahlen und die sich daraus für die Turbinenleitschaufeln ergebende aerodynamische Regelung sind bekannt.

Eine Vergrößerung des Durchtrittsquerschnitts der Eintrittsleitschaufelkränze 17, 18 und 19 durch die vorbeschriebenen mechanischen und aerodynamischen Mittel ermöglicht den Durchtritt einer größeren Luftmenge und damit die Verschiebung des charakteristischen Arbeitspunktes des Verdichters in Richtung gegen die stabile Zone, jedoch liefern die Turbinen mehr Energie, so daß der Verdichter beschleunigt wird, wodurch wiederum der genannte Arbeitspunkt in Richtung gegen die instabile Zone verschoben wird. Die Regelung erfolgt gemäß der vorherrschenden Erscheinung. Meistens wird der Durchtrittsquerschnitt verringert, d.h. die Leitschaufeln werden derart eingestellt, daß bei der mechanischen Lösung (F i g. 2) die mittlere Ebene jeder der Leitschaufeln der Ebene des Leitschaufelkranzes genähert wird, während bei den aerodynamischen Lösungen die Ventile offen sind (F i g. 3 und 4).

Auf diese Weise nimmt die Drehzahl der beiden Läufer des Gegenlaufverdichters ab, wodurch das Pumpen in dem Fall vermieden ist, in welchem die von dem Verdichter angenommene Luftmenge schneller abnimmt als die Drehzahlen. Dieser Fall ist günstig, da beim normalen Betrieb bei der aerodynamischen Lösung aus den öffnungen 25 keine Luft auszutreten braucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasturbinentriebwerk mit zwei gleichachsig ineinander angeordneten, gegensinnig drehenden Läufern, jeweils bestehend aus Verdichter und Turbine, wobei den Turbinenlaufrädern Eintrittsleitschaufelkränze zugeordnet sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verstellen der Durchtrittsquerschnitte der Eintrittsleitschaufelkränze (17,18,19) für die Turbinenlaufräder (14; 15, 16) der zwei Läufer.

2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20,21) in an sich bekannter Weise mechanisch ausgebildet ist (F ig. 2).

3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (22,23) in an sich bekannter Weise hohl ausgebildet sind, an ihrer Wand Austrittsöffnungen (24, 25) aufweisen und von unter steuerbarem Druck stehendem Arbeitsmittel gespeist sind.

^"Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (24) in an sich bekannter Weise entlang der Austrittskante der Leitschaufeln (22) angeordnet sind (F i g. 3).

5. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (25) in an sich bekannter Weise an der Innenwölbung der Leitschaufeln (23) angeordnet sind (F i g. 4).