DE1601643B2 - Gasturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasturbinenanlage, bestehend aus Verdichter, Brennkammer und Turbine, mit einer Steuereinrichtung, die der Turbine im zeitlichen Wechsel entweder heißes Treibgas oder Kühlluft zuführt.

Ein Hauptproblem bei der Verwendung einer Gasturbine als Fahrzeugtriebwerk besteht in ihrem Wirkungsgrad, vor allem im Vergleich zu Dieselmotoren. Der Nachteil der Turbine vom Gesichtspunkt des Wirkungsgrades verglichen mit Kolbenmotoren be- ίο ruht im wesentlichen auf dem Umstand, daß die Turbine ständig von den Verbrennungsgasen umspült ist und daß die Schaufeln, zumindest diejenigen des ersten Rades, im wesentlichen die Temperatur dieser Gase haben.

Der Kolben eines herkömmlichen Kolbenmotors nimmt infolge des Umstandes, daß er mehrere Funktionen erfüllt, eine mittlere Temperatur an, die zwischen der Maximaltemperatur der Gase im Zeitpunkt der Zündung, der der Temperatur während der Verdichtungszeit, der Temperatur während der Ansaugzeit usw. liegt, so daß bei Verbrennungsgasen, die bei der normalen, dem stöchiometrischen Verhältnis entsprechenden Temperatur erzeugt werden, seine Temperatur bei etwa 300° C bleiben kann. Wenn dagegen ein solches Gemisch in einer Turbine verbrannt wird, wird die Verbrennungstemperatur voll auf diese übertragen, und diese kann ihr nicht standhalten.

Man hat sich daher veranlaßt gesehen, das normale Gemisch beträchtlich zu verdünnen, daß eine Luftmenge verwendet wurde, die zumindest das Doppelte der zur Verbrennung notwendigen Menge beträgt, d. h., eine vom Gesichtspunkt des Energiehaushalts sehr kostspielige Kühlung durchzuführen.

Dies ist um so kostspieliger, als die Eigenwirkungsgrade der Turbine und des Verdichters weniger gut sind und die Nennleistung der Turbine geringer ist.

Der Wunsch, die Bedeutung einer solchen Verdünnung herabzusetzen, hat dazu geführt, für die Turbine Werkstoffe ausfindig zu machen, welche den Betrieb bei immer höher werdenden Temperaturen ermöglichen, jedoch werden diese Werkstoffe immer teurer, und ihre Verwendung, die immer umständlicher wird, stellt eine starke Preisbelastung für die Turbine dar.

Es wurde ferner versucht, die Temperatur der Turbine von derjenigen der Verbrennungsgase durch verschiedene Maßnahmen unabhängig zu machen, welche die Kontinuität des Gasstroms, der in der Turbine wirksam wird, bestehen lassen.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, das gleiche Ergebnis durch eine Diskontinuität des Treibmittelstroms zu erzielen, d. h. durch eine periodische Unterbrechung des Treibmittelstroms, damit eine Spülung der Turbine durch einen Kühlluftstrom zwischengeschaltet werden kann.

Es sind Gasturbinen bekannt, deren Laufrad gleichzeitig an verschiedenen Stellen Treibgas oder ein Kühlmittel (Luft oder Wasserdampf) zugeführt wird. Tm Laufrad vermischen sich sodann das Treibgas und das Kühlmittel, wodurch Wirkungsgrad und Leistung stark herabgesetzt werden.

Bei einer anderen bekannten Gasturbine wird das in den Brennkammern in einer Art Viertaktverfahren gebildete Treibgas einem ringförmigen Mischbehälter zugeführt, in den kontinuierlich Druckluft eintritt. Den Laufrädern strömt aus diesem Mischbehälter kontinuierlich ein abgekühltes Gemisch von Treibgas und Druckluft zu. Diese die Temperatur des Treibgases herabsetzende Maßnahme hat wiederum Wirkungsgrad- und Leistungsverluste zur Folge.

Gegenstand eines älteren Patents ist der Vorschlag, bei der eben beschriebenen Gasturbine zwischen einem von der Kompressorturbine angetriebenen Steuerungsvorgelege und einer die beiden Steuerscheiben der Brennkammern tragenden Steuertrommel ein stufenloses Reibradgetriebe anzuordnen. Dadurch erfolgt eine Regelung der Frequenz der Brennkammern.

Schließlich ist eine Gasturbine mit zwei Brennkammern bekannt, deren Eintrittsöffnung für Druckluft durch eine rotierende Steuerscheibe und deren Austrittsdüsen durch eine diesen nachgeschaltete, rotierende Steuerscheibe gesteuert werden. Vor dem Füllen der Brennkammern mit Druckluft werden sie mit Druckluft gespült. Der Beschaufelung der Gasturbine wird zeitweise die in den Brennkammern erhitzte und mindestens anfänglich mit Treibgas vermischte Spülluft zugeführt. Die Turbine wird somit im zeitlichen Wechsel mit Treibgas oder Spülluft beaufschlagt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch den sonst üblichen Mischvorgang zwischen dem Treibgas und dem Kühlmittel bedingte Verschlechterung des Wirkungsgrades und Herabsetzung der Leistung der Gasturbinenanlage zu vermeiden.

Hierzu schlägt die Erfindung vor, bei der eingangs beschriebenen Gasturbinenanlage die Steuereinrichtung derart anzuordnen und auszubilden, daß' während der Spülzeit die Kühlluft von der Turbine selbst unter Umgehung der Brennkammer angesaugt wird.

Die Erfindung besteht somit darin, während der Antriebszeit eine minimale Luftmenge zu verwenden, die einem stöchiometrischen Gemisch entspricht, das Gase von einer maximalen Temperatur während eines nur kurzen Zeitraums liefert, so daß die Temperatur der Eintrittsleitradbeschaufelung und der ersten Stufe der Turbine nicht den zulässigen Wert überschreitet, dann in einer zweiten Zeit die Brennstoffzufuhr und die Luftförderung vom Verdichter her völlig abzuschalten und gleichzeitig den Einlaß des Verteilers der Turbine zur Außenluft zu öffnen. Während der Antriebszeit ist die vom Verdichter geforderte Leistung viel geringer als gewöhnlich, da praktisch kein Luftüberschuß besteht und das zu liefernde Luftvolumen im wesentlichen auf die Hälfte reduziert ist, woraus sich ergibt, daß das Verhältnis der abgegebenen Nutzleistung zur Turbinenleistung sehr verbessert ist. Die für die zweite Zeit, die keine Antriebszeit mehr ist, getroffenen Maßnahmen haben den Zweck, eine beträchtliche Kühlung der Turbine zu erzielen, die ihrerseits ihr eigener Ventilator mit dem geringsten Energieaufwand wird. Da andererseits jede Förderung des Verdichters abgeschaltet ist, bleibt die von diesem aufgenommene Leistung gering, obwohl sein Wirkungsgrad sehr schlecht wird. In gleicher weise bildet die Turbine einen Ventilator von schlechtem Wirkungsgrad, jedoch ist, da sie Luft von atmosphärischem Druck aufnimmt, der absolute Wert der aufgenommenen Leistung ebenfalls ziemlich gering.

Hierbei ist zu bemerken, daß der schlechte Wirkungsgrad des Verdichters während der Spülzeit eine Temperaturerhöhung in der Brennkammer zur Folge hat, welche Temperaturerhöhung für das erneute

Zünden des Brennstoffes in der folgenden Antriebszeit günstig ist. Es muß jedoch die Spülzeit ausreichend kurz sein, damit die Temperatur nicht über einen für das Verhalten des Verdichters selbst gefährlichen Wert ansteigt.

Ferner ist zu bemerken, daß die in die Turbine eintretende Kühlluft Verwirbelungen erzeugt, welche ihre Kühlung begünstigen.

Hieraus ergibt sich, daß es¹ vorteilhaft ist, einen kurzen Zyklus vorzusehen und damit eine ziemlich hohe Frequenz, um eine übermäßige Erwärmung der Turbine in der ersten Zeit und des Verdichters in der zweiten Zeit zu vermeiden. Die von der Welle aufgenommene Leistung ist um so größer, je größer das ■ Verhältnis zwischen der Dauer der ersten Zeit und der Dauer der zweiten Zeit ist. Hieraus folgt, daß die herabgesetzten Belastungen und die gewünschten Leistungsveränderungen erzielt werden können, wenn das Verhältnis der Dauer der beiden Zeiten verändert wird.

Die Erfindung ist außerdem durch den Umstand bemerkenswert, daß sie ermöglicht, verringerte Belastungen durch eine Veränderung dieses Verhältnisses herbeizuführen, und zwar unter ständiger Beibehaltung der maximalen Brennstoffördermenge, welche die durch den Verdichter hindurchtretende Luft verbrennen kann, während der Antriebszeit.

Unter diesen Bedingungen läßt sich beobachten, daß, selbst wenn die Geschwindigkeit sich während der ersten Antriebszeit verändert, die Eintritts- und Austrittsgeschwindigkeitsdreiecke des Verdichters und der Turbine immer richtig sind. Natürlich werden sie sehr unkorrekt während der zweiten Zeit, jedoch trifft dies nur bei geringen Leistungen im absoluten Wert zu.

Es wurde erwähnt, daß die Frequenz hoch sein soll und die Zeiten ziemlich kurz sein sollen. Natürlich ist man durch die Notwendigkeit beschränkt, die Auswirkung der Übergänge zwischen den Zeiten zu verringern, da durch diese Übergänge die Gefahr einer gewissen Störung herbeigeführt wird. Es ist daher wichtig, daß die relative Dauer dieser Übergänge im Zyklus gering bleibt, was sich im Sinne einer Begrenzung der Frequenz auswirkt.

Die Erfindung beschreibt beispielsweise ein Mittel, diesen zweizeitigen Zyklus zu schaffen und das Verhältnis der beiden Zeiten zu verändern. Die Aufeinanderfolge der Antriebszeit und der Spülzeit erzeugt eine Unregelmäßigkeit im Drehmoment, so daß das gleiche Problem wie bei einem Kolbenmotor entsteht. Neben dem normalen Untersetzungsgetriebe der Turbine müßten daher bekannte Methoden angewendet werden, um das Drehmoment regelmäßig zu machen, beispielsweise die Verwendung eines Schwungrades oder die Kombinationen von mehreren Turbinen, die in Gegenphase mit dem gleichen Untersetzungsgetriebe zusammengebaut sind.

Für den Vortrieb eines Kraftfahrzeugs hat eine solche Turbine mit einer einzigen Welle eine geringe Elastizität, jedoch kann sie mit einem stufenlosen Wechselgetriebe (hydrostatisch oder elektrisch) zusammengebaut werden.

Man kann in der gleichen Weise eine Turbine mit zwei Wellen bauen, indem die letzte Stufe der Turbine abgetrennt wird, welche allein das Untersetzungsgetriebe, das Wechselgetriebe und das Fahrzeug antreibt.

Obwohl ein Wärmespeicher im vorliegenden Fall weniger nützlich als bei einer herkömmlichen Turbine wird, ist es möglich, ihn auch mit der Turbine zu kombinieren, die nach einem Zyklus mit zwei Zeiten arbeitet.

Die Erfindung wird aus der nachfolgenden näheren und beispielsweisen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen näher verständlich, und zwar zeigt F i g. 1 eine Gesamtansicht in schematischer Darstellung einer erfindungsgemäßen Gasturbinenanlage

ίο mit einer einzigen Welle,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Leistungen, welche in Abhängigkeit von der Zeit aus der Gesamtanlage erhalten werden,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Veränderung der Temperaturen der Turbinenbeschaufelung, Fig. 4 eine Ansicht des Verteilers nach der Linie IV-IV in F ig. 1,

F i g. 5 eine Ansicht im Querschnitt der Brennstoffpumpe nach der Linie V-V in F i g. 1,

F i g. 6 eine Einzeldarstellung des Antriebsmechanismus des Verteilers und der Pumpe,

F i g. 7 eine erfindungsgemäße Kombination von zwei miteinander verbundenen Gasturbinen mit einem gemeinsamen Verteiler und einer Arbeitsweise im Gegentakt.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Gasturbine besitzt eine Welle 1, welche das Verdichterrad 2 und beispielsweise zwei Turbinenstufen 3 und 4 trägt. Vor der ersten Stufe 3 befindet sich eine Leitradbeschaufelung 5 und vor der Stufe 4 eine Leitradbeschaufelung 6. Der Verdichter 2 ist hier ein Radialverdichter, er kann jedoch auch ein Axialverdichter sein.

Es sind zwei Turbinenstufen dargestellt, obwohl es auch drei oder vier oder mehr sein können.

Das Leitrad des Verdichters ist bei 7 dargestellt, die Brennkammer bei 8, der Brenner bei 9. Am Ende der Welle 1 befindet sich das Untersetzungsgetriebe aus den Zahnrädern 10 und 11, dessen Abtriebswelle 12 für die herabgesetzte Drehzahl das Drehmoment auf ein Wechselgetriebe 13 überträgt, das nicht mit näheren Einzelheiten dargestellt ist und dessen Abtriebswelle 14 das Fahrzeug antreibt.

Die erste Leitradbeschaufelung 5 der Turbine nimmt das Gas aus der Brennkammer 8, jedoch auch über eine Zweigleitung 15 gefilterte Außenluft auf. Ein Verteiler 16 läßt entweder den aus der Brennkammer kommenden Strom hindurchtreten, in welchem Falle er die Zweigleitung 15 verschließt, oder den Außenluftstrom aus der Zweigleitung 15, in welchem Falle er die Brennkammer 8 verschließt.

Der Verteiler kann durch zwei konzentrische und gleichartige Platten gebildet werden, die am besten in F i g. 4 und 6 ersichtlich sind. Der Verteiler 16 besitzt eine hintere Platte 17 und eine vordere Platte 18, wobei die Platte 17 auf einer Welle 19 angeordnet ist, weiche die Hauptsteuerwelle des Zyklus ist. Die Welle 19 wird von der Welle 1 der Turbine über sehr starke Untersetzungen 20 und 21 angetrieben. Die Platte 18 ist auf einer konzentrischen Welle 19' angeordnet, welche ebenfalls von der Welle 19 aus angetrieben wird, wie nachstehend näher beschrieben wird.

Der Wert der auf diese Weise für den Antrieb des Verteilers 16 erhaltenen Gesamtuntersetzung be-

stimmt die Frequenz des Zyklus, d. h. das Verhältnis ,-, wobei b die Dauer des Zyklus in Sekunden ist (F i g. 2).

Die Welle 19 treibt ferner über geeignete Zahnräder die Brennstoffpumpe 22 an, welche über ihre Leitung 23 zur Einspritzdüse 9 fördert.

Die relative Versetzung der beiden Platten 17 und 18 des Verteilers 18 ermöglicht eine Veränderung des Verhältnisses der beiden Antriebs- und Spülzeiten, nämlich -r-^—.
ο — a

Die beiden Platten sind in der gleichen Weise zugeschnitten bzw. ausgestanzt (F i g. 4), im wesentlichen kreisförmig und besitzen alle beide einen abstehenden Sektor 24, welcher die Brennkammer verschließen kann, und auf einem inneren Kreisbogen ein Fenster 25, welches den Zutritt von Spülluft freigeben kann.

Wenn die beiden Platten einander genau überlagert sind, so daß die Fenster bzw. Öffnungen symmetrisch zur Achse xy des Sektors 24 gerichtet sind, stellt der resultierende Sektor den Mindestwinkel dar und das resultierende Fenster die Mindestöffnung. Wenn die beiden Platten zueinander versetzt werden, vergrößern sich der Sektor und das Fenster um den

gleichen Winkel, wodurch das Verhältnis -r-^— er-

b — Q

höht wird.

Diese Versetzung läßt sich im Betrieb erzielen. Aus F i g. 6 ergibt sich, daß die Welle 19 ein Zahnrad 26 trägt, welches ein Zahnrad 27 antreibt, das mit einem Sonnenrad 28 fest verbunden ist, welches einen Teil eines Ausgleichgetriebes bildet, das von einer Welle 29 getragen wird, welche mit einer Achse 30 fest verbunden ist, die Planetenräder 31 trägt. Auf der Welle 29 ist konzentrisch ein zweites Sonnenrad 32 angeordnet, das normalerweise feststehend ist, sich jedoch unter dem Antrieb eines Kegelräderpaa-, res 33 und eines Zahnrades 34 drehen kann.

Die Welle 29 überträgt ihre Bewegung auf die Platte 18 über ein Zahnräderpaar 35 und 36, während die Welle 19 die Platte 17 unmittelbar antreibt. Wenn das Verhältnis der Zahnräder 26, 27 gleich 1:1 ist, muß das Verhältnis der Zahnräder 35 und 36 gleich 2 : 1 sein.

Wie ersichtlich, ist in diesem Falle, wenn das Zahnrad 34 durch die Zahnstange 37 festgehalten wird, das Sonnenrad 32 feststehend, dreht sich die Welle des Zahnrades 27 mit der gleichen Drehzahl wie die Welle 19 und im entgegengesetzten Sinn, die Welle 29 dreht sich im gleichen Sinn wie das Zahnrad 27 und mit der halben Drehzahl und daher entgegengesetzt zur Welle 19 und mit halber Drehzahl. Die Welle des Zahnrades 36 dreht sich daher im gleichen Sinn wie die Welle 19 und mit der gleichen Drehzahl. Wenn durch die Zahnstange 37 die Stellung des Zahnrades 34 verändert wird, wird im Stillstand oder in Fahrt die Platte 18 mit Bezug auf die Platte 17 versetzt, wodurch das gewünschte Resultat erhalten wird.

Die Welle 19 treibt ferner, wie erwähnt, die Einspritzpumpe 22 an. In Fig. 5 zeigt der Querschnitt dieser Pumpe 22 im besonderen einen Nocken 38. Wenn der Drehsinn entgegen dem Uhrzeigersinn verläuft, ist die Steuerkurve 39 dieses Nockens eine archimedische Spirale zwischen den Punkten m und n. Die restliche Kurve n-m kann von beliebiger Art sein, vorausgesetzt, daß sie die Punkte η und m miteinander verbindet. Der Kolben 40 der Einspritzpumpe ist demjenigen von Dieseleinspritzpumpen ähnlich und weist in an sich bekannter Weise eine Fördermengenregelvorrichtung auf, die durch eine Schrägfläche 41 und eine Längsnut 55 schematisch dargestellt ist, welch letztere das Abstellen der Förderung an einem beliebigen Punkt des Hubes ermöglicht, d. h. an einem beliebigen Punkt der Kurve 39 des Nockens, welcher Kolben durch ein Zahnrad 42 eingestellt werden kann, das seinerseits von der Zahnstange 37 betätigbar ist.

Wie ersichtlich, wird durch die Zahnstange 37

ίο gleichzeitig über das Zahnrad 42 die Dauer der Einspritzung der Pumpe 22 und die Öffnungs- bzw. Schließdauer des Verteilers 16 bestimmt.

Die Wirkungsweise ist im wesentlichen wie folgt: Es sei angenommen, daß sich anfänglich der Verteiler 16 in der in F i g. 1 dargestellten Stellung befindet.

Der Verdichter 2 saugt Luft vom atmosphärischen Druck und von der atmosphärischen Temperatur an und fördert sie unter einem Druck P in die Brennkammer 8. Der Brennstoff wird durch die Einspritzdüse 9 unter nachstehend näher angegebenen Bedingungen zerstäubt, durch welche eine Gastemperatur herbeigeführt wird, die hoch und im wesentlichen konstant ist (z. B. 0=1500° C). Der Verteiler 16 ist in diesem Augenblick so eingestellt, daß die Mitte des Sektors 24 dem Gasstrom gegenüberliegt. Der Durchtritt der Gase zur Turbine ist daher völlig frei. Sie beaufschlagen den Leitschaufelkranz 5 auf seiner ganzen Fläche, d. h., es besteht voller Zutritt, worauf sie das erste Laufrad 3, die zweite Leitradbeschaufelung 6 und das zweite Laufrad 4 immer mit vollem Zutritt beaufschlagen und nach der Entspannung austreten. Die Temperatur der Schaufeln des Laufrades 3 beträgt beispielsweise TO (Fig. 3) und steigt während der Antriebszeit ständig an.

Die Brennstoffpumpe 22 ist so eingestellt, daß die spiralige Rampe 39 des Nockens den Kolben 40 mit einer konstanten Geschwindigkeit drückt, die zu derjenigen der Welle 19 und damit zu derjenigen der Welle 1 proportional ist. Die Brennstoffördermenge ist daher proportional zur Menge der angesaugten Luft, welch letztere geringfügig im Überschuß, jedoch immer noch im gleichen Anteil ist, was die Bestimmung der konstanten und hohen Temperatur Θ ermöglicht. Infolgedessen ist das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der das Laufrad 3 beaufschlagenden Gase und der Geschwindigkeit der in das Leitrad 7 eintretenden Luft konstant und höher als bei dem üblichen Luftüberschuß. Trotz der Wärme-Verluste der erwähnten Gase im Kontakt mit der kälteren Turbinenbeschaufelung (die übrigens entsprechend ausgebildet ist) ist das Verhältnis der von der Turbine abgegebenen Leistung zu der vom Verdichter aufgenommenen Leistung viel höher als gewöhnlieh, so daß die tatsächliche Abtriebsleistung am Zahnrad 10, bezogen auf das Gewicht der angesaugten Luft oder auf das Gewicht des Brennstoffes, viel größer als gewöhnlich ist.

Selbst wenn sich die Geschwindigkeit der Turbine geringfügig verändert, bleibt das Verhältnis der Geschwindigkeiten von Luft und Brennstoff im wesentlichen konstant, so daß die Geschwindigkeitsdreiecke des Verdichters und der Turbine korrekt bleiben.

Hierbei ist zu erwähnen, daß während dieser ganzen Zeit der Luftdurchtritt durch die Leitung 15 verschlossen war.

Am Ende der Antriebszeit erreicht die Temperatur

der Beschaufelung der Turbine den Punkt Tl, der als Grenze betracht wird (stets niedriger als 0), und die Brennstoffzufuhr wird abgeschaltet. Hierzu verschließt der Sektor 24 der Scheibe 16 die Brennkammer 8, und die Öffnung 25 öffnet die Luftleitung 15.

Der Verdichter, welcher sich mit der gleichen Geschwindigkeit dreht, verdichtet weiterhin Luft, jedoch ohne Fördermenge, so daß die aufgenommene Leistung auf einen geringen Wert abfällt. Der Druck P beim Eintritt in die Leitradbeschaufelung 5 der Turbine fällt ab, und die Turbine arbeitet als Ventilator, wobei sie Luft aus der Leitung 15 ansaugt, um sie zum Auslaß zu fördern. Die Temperatur der Turbinenbeschaufelung fällt von Tl aus ab und verringert sich bis zur Temperatur Γ5 (Fig. 3). In diesem Augenblick ist die zweite Zeit beendet, und es werden wieder die vorangehend beschriebenen Bedingungen erhalten, wobei die Temperatur von Γ 5 aus ansteigt, um den Wert T'I=Tl am Ende der neuen Antriebszeit zu erreichen.

Unter den angegebenen Bedingungen besteht die Gefahr, daß der Verdichter pumpt, weshalb die Dauer der zweiten Zeit ausreichend gering sein muß, damit der Verdichter nicht Zeit hat, in Schwingungen zu treten.

Im Laufe der zweiten Zeit wird keine Leistung geliefert, jedoch eine Leistung durch den Leerlauf des Verdichters und der Turbine absorbiert.

Die vorangehende Beschreibung ist auf den Fall der Vollast gerichtet. Um eine geringere Belastung zu erzielen, wird die Zahnstange 37 betätigt, welche gleichzeitig die nutzbare Einspritzdauer und die Dauer der ersten Zeit α mit Bezug auf den Zyklus verringert, für welchen Zweck die beiden Scheiben 17 und 18 versetzt werden und der Winkel des Sektors 24 und des Fensters 25 mit Hilfe des im ersten Teil der Beschreibung beschriebenen Mechanismus vergrößert wird.

Das Resultat ist eine Verringerung der positiven Arbeit und eine geringfügige Erhöhung der negativen Arbeit, da die letztere immer diejenige Arbeit ist, welche vom Verdichter und der leer laufenden Turbine gefordert wird. Der Gesamtwirkungsgrad wird geringfügig kleiner, jedoch ist zu erwähnen, daß die Augenblicksleitung zu einem beliebigen Zeitpunkt der Zeit α die gleiche wie während der Vollast bleibt und damit unter Bedingungen eines mit der Temperatur der Gase Θ unveränderten Augenblickswirkungsgrades. Die Geschwindigkeitsdreiecke der Turbine und des Verdichters bleiben die gleichen wie diejenigen der Vollast während der ganzen Dauer der ersten Zeit.

Es ist wahrscheinlich, daß die Gesamtbilanz des Gesamtwirkungsgrades besser ist, als wenn der Anteil des Brennstoffes herabgesetzt wird, wie dies in herkömmlicher Weise geschieht.

Aus F i g. 3 ergibt sich, daß die Temperatur der Turbinenschaufeln (Rad 3) zwischen T 5 und Tl schwankt. Bei gleicher Verbrennungstemperatur Θ erhält man, wenn die Frequenz des Zyklus verdoppelt wird, bei gleicher mittlerer Temperatur T zwei Endtemperaturen Γ 2 und Γ4, die einander näher liegen und daher eine Temperatur Γ2, die niedriger als Tl ist. Die Turbine arbeitet dann unter den besten thermischen Bedingungen und erfährt einen geringeren Wärmestoß.

F i g. 7 zeigt eine Kombination von zwei Turbinen mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Zyklus. Die beiden Turbinen sind durch ihre Zahnräder 10' und 10" mit den Untersetzungsrädern 45 und 46 gekoppelt, von denen jedes mit einem Tellerrad fest verbunden ist, wobei das Teller- bzw. Sonnenrad 47 mit dem Zahnrad 46 verbunden ist und das Tellerbzw. Sonnenrad 48 mit dem Zahnrad 45.

Der Planetenradträger 49 wird von einer Welle 50 getragen und überträgt die Leistung über das Wechselgetriebe 13' und die Welle 14 auf das Fahrzeug. Das Tellerrad 48 ist mit einem Freilauf 51 fest verbunden und das Tellerrad 47 mit einem weiteren Freilauf 52.

Der Verteiler 16', welcher dem Verteiler 16 der Fig. 1 ähnlich ist, ist den beiden Turbinen gemeinsam, derart, daß die erste Zeit jeder Turbine mit der zweiten Zeit der anderen Turbine synchronisiert ist. Ferner fördert eine Pumpe 22' wechselweise den Brennstoff zur ersten und zur zweiten Turbine.

Während der ersten Zeit der ersten Turbine kann deren Drehzahl etwas zunehmen, wobei sich das Ausgleichgetriebe gegen die Massenträgheit der zweiten Turbine abstützt. Die Drehzahl dieser zweiten Turbine nimmt ab, wodurch die von den sich leer drehenden Elementen aufgenommene negative Leistung herabgesetzt wird. Im allgemeinen sind diese Drehzahlveränderungen unter Berücksichtigung der Frequenz des Zeitwechsels geringfügig, jedoch kann sich, wenn eine erneute Zündung ausbleibt, die zweite Turbine nicht im entgegengesetzten Sinn drehen. Die Welle 19", welche die Pumpe 22' und den Verteiler 16' antreibt, wird in geeigneter, nicht dargestellter Form von der Welle 50 angetrieben.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage, bestehend aus Verdichter, Brennkammer und Turbine, mit einer Steuereinrichtung, die der Turbine im zeitlichen Wechsel entweder heißes Treibgas oder Kühlluft zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart angeordnet und ausgebildet ist, daß während der Spülzeit die Kühlluft von der Turbine selbst unter Umgehung der Brennkammer angesaugt wird.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Brennkammer zugeführte brennbare Gemisch annähernd im stöchiometrischen Verhältnis ist.

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Antriebs- und der Spülzeiten für die Turbine veränderbar ist.

4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen drehbaren Verteiler (16), der mit einstellbaren Fenstern (25) versehen ist und in zeitlichem Wechsel die Zufuhrleitung der Treibgase zur Turbine und andererseits eine mit der Außenluft in Verbindung stehende Zweigleitung (15) öffnet.

5. Gasturbinenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (16) durch zwei konzentrische Platten (17, 18) gebildet ist, deren Versetzung durch Verdrehen eine Veränderung des Verhältnisses der Antriebsund Spülzeiten ermöglicht, wobei die Versetzung während des Betriebs durch einen geeigneten

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Mechanismus erhalten werden kann, der gleichzeitig auf die Einspritzpumpe (22) wirkt.

6. Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gasturbinenanlagen nach Anspruch 1 vorgesehen sind, die miteinander verbunden sind,

um auf die gleiche Abtriebswelle zu wirken, und einen gemeinsamen Verteiler (16') besitzen, der so eingestellt ist, daß die Antriebszeit der einen während der Spülzeit der anderen stattfindet und umgekehrt.

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