DE1751851A1 - Gasturbinenaggregat,besonders Hilfsaggregat fuer Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 7932/4 Stuttgart-Untertürkheim β.Aug.1968 Patentanmeldung

"Gasturbinenaggregat, besonders
Hilfsaggregat für Luftfahrzeuge"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinenaggregat zur Erzeugung von mechanischer Energie und Druckluft. Derartige Aggregate weisen im Bereich ihres Verdichtergehäuses Entnahmestellen fUr Druckluft auf. Nicht benötigte Druckluft geht dabei durch Abblasen verloren. Bei Gasturbinenaggregaten, die häufig nur Wellenleistung abzugeben haben, wie z.B. Hifsaggregate für Luftfahrzeuge, ergibt sich dadurch ein unwirtschaftlicher Betrieb.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Verluste, die durch nicht benötigte Druckluft entstehen, auszuschalten. Dies geschieht dadurch, daß von einer vom Verdichter der Gasturbine gespeisten Druckluftleitung eine absperrbare Leitung zu einer Luftturbine abzweigt, die mit der Abtriebswelle der Gasturbine mittelbar oder unmittelbar verbunden ist. Dies erlaubt die weitgehende Rückgewinnung der Energie der vom Verdichter gelieferten, aber vom Verbraucher nicht abgenommenen Druckluft. Der Luftdurchsatz durch den Verdichter und die folgenden Gasturbinenabschnitte wird dadurch nicht beeinflußt, was sich auf den Betrieb des Aggregates vorteilhaft auswirkt.

Wird die Druckluft nach dem Verdichter entnommen, so richtet sich das Druckverhältnis des Gasturbinenprozesses nach demjenigen der verlangten

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Druckluft. Da die vom Verbraucher benötigten Druckverhältnisse im all- . gemeinen relativ niedrig liegen, ergibt sich damit zugleich ein ungünstiger thermodynamischer Prozeß mit hohem Kraftstoffverbrauch und niedriger spezifischer Leistung.

Diese Nachteile werden erfindungsgemäß durch eine Gasturbine vermieden, die einen aus einem Niederdruckteil und einem Hochdruckteil bestehenden, mehrstufigen Verdichter aufweist» nach dessen Niederdruckteil die Druckluftleitung abzweigt. Die vom Hochdruckteil an die Gasturbine gelieferte Luft weist ein höheres und damit vom Standpunkt der Triebwerks-Therraodynamik günstiges Druckverhältnis auf, das unabhängig von demjenigen der abgegebenen Druckluft ist. Damit kann ein optimaler thermodynamischer Kreisprozeß festgelegt werden, der einen minimalen Kraftstoffverbrauch und eine hohe spezifische Leistung ergibt. Weiter läßt sich dadurch ein im Verhältnis zur Leistung geringer Bauaufwand erreichen.

Ein besonders vorteilhaftes Aggregat ergibt sich nach der Erfindung durch ein Getriebe aus mindestens zwei Stirnzahnrädern, die mit einem dritten Stirnzahnrad kämmen, wobei die Abtriebswelle der Gasturbine, die Abtriebswelle der Luftturbine und die Antriebswelle einer Arbeitsmaschine, z.B. eines Stromerzeugers, mit je einem Rad des Getriebes verbunden sind. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Luftturbine so gewählt werden, daß diese mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet. Außerdem kann durch die Auswahl des Übersetzungsverhältnisses eine geeignete Drehzahl für die Arbeitsmaschine festgelegt werden.

Die Zeichnung zeigt ein Beispiel des erfindungsgemäßen Gasturbinenaggregates in schematischer Darstellung. Das Gasturbinenaggregat setzt sich im wesentlichen aus einer Gasturbine 1 mit einer Entnahmestelle 2 für Druckluft, einer Luftturbine 3, einem Stromerzeuger 4 und aus einem Sammelgetriebe 5 zusammen.

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Die Gasturbine 1 ist als Einwellenturbine ausgebildet. Auf der Welle 6 ist ein Verdichter 7 mit einem Niederdruckteil 8 und einem Hochdruckteil 9 sowie eine Turbine 10 befestigt. 11 ist die Brennkammer mit der Kraftstoffeinspritz- und Zündeinrichtung. Ein Pfeil 12 deutet den Lufteintritt am Eingang des Verdichters 7 an. 13 bzw.14 sind Kanäle, die den Ausgang des Verdichters 7 mit der Brennkammer 11 bzw. die Brennkammer 11 mit dem Eingang der Turbine 10 verbinden. Von der Turbine 10 führt eine Leitung 15 zu einem Schalldämpfer 16, aus dem die Gase in Richtung des Pfeiles 17 ins Freie strömen.

Auf der Abtriebswelle 18 der Gasturbine 1 ist ein Zahnrad 19 des Sammelgetriebes 5 befestigt. Mit dem Zahnrad 19 kämmt ein Zahnrad 20, das auf der Abtriebswelle 21 der Luftturbine 3 befestigt ist. Ein weiteres Zahnrad 22, das mit dem Zahnrad 19 eine Untersetzungsetufe bildet, sitzt auf der Antriebswelle 23 des Stromerzeugers 4, der das Bordnetz mit Strom versorgt.

Von der Entnahmestelle 2 für Druckluft, die nach dem Niederdruckteil 8 des Verdichters 7 angeordnet ist, führt eine Leitung 24 in Richtung des Pfeiles 25 zu einem oder mehreren Verbrauchern. Sin Ventil 26 dient zum Einstellen des gewünschten Druckluftdurcheatzes oder zum Absperren der Leitung 24, wenn keine Druckluft benötigt wird. Von der Leitung 24 zweigt eine Leitung 27 für Druckluft zur Luftturbine 3 ab. Ein Ventil 28 dient zum öffnen oder Absperren der Leitung 27. Vom Ausgang der Luftturbine 3 geht eine Leitung 29 aus für die entspannte Luft und mündet vor dem Schalldämpfer 16 in die Leitung 15 für die Abgase.

Beim Betrieb des Gasturbinenaggregates wird bei einer bestimmten Drehzahl ständig eine gleichbleibende Menge Druckluft erzeugt und dem Verbraucher, z.B. einer Anlasseranlage oder einer Kabinenheizeinrichtung, zugeführt. Sinkt der Bedarf an Druckluft, so wird die Durch!luÄaenge mit dem Ventil 26 verringert und das Ventil 28 gleichzeitig entsprechend geöffnet. Die überschüssige Druckluft strömt durch die Leitung 27 zur Luftturbine 3

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und leistet hier Arbeit. Die Leistung der Luftturbine 3 wird Über die Abtriebswelle 21 auf das Sammelgetriebe 5 Übertragen und dadurch nutzbar gemacht. Die in der Luftturbine 3 entspannte Luft wird den Abgasen der Turbine 10 beigemischt und gelangt durch den Schalldämpfer 16 ins Freie.

Das erfindungagemäfte Oasturbinenaggregat erlaubt die volle Ausnutzung der Druckluftenergie bei allen Betriebsarten. Dabei ermöglicht die Unabhängigkeit des Oasturbinenprozesses vom Druckluftbetrieb zusätzlich einen hohen thermischen Wirkungsgrad, so da£ sich ein besonders wirtschaftliches Oasturbinenaggregat ergibt.

Der Niederdruckteil und der Hochdruckteil des Verdichters, die Gasturbine und die Luftturbine können Je nach Auslegung ein- oder mehrstufig in axialer oder auch radialer Bauart ausgeführt werden.

Im Sammelgetriebe können die einseinen Zahnräder auf verschiedene Weise angeordnet sein. So können z.B. das Qasturbinenrad und das Luftturbinenrad mit dem Generatorrad in Eingriff stehen. Zwischen den einzelnen Getriebewellen können unterschiedliehe Obersetzungen, gegebenenfalls durch Anordnen einer Zwischenstufe, verwendet werden. Bs können zusätzliche Wellen z.B. zum Antrieb einer ölpumpe, im Sammelgetriebe vorgesehen werden. Auch ist es möglich, Trennkupplungen anzuordnen, um beispielsweise bei reinem Druckluftbetrieb den Generator und die Luftturbine stilllegen zu können.

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Claims (3)

1. Ansprüche

   Gasturbinenaggregat, besonders Hilfsaggregat für Luftfahrzeuge, zur Erzeugung von mechanischer Energie und Druckluft, ^adurch gekennzeichnet, daß von einer vom Verdichter (7) der Gasturbine (1) gespeisten Druckluftleitung (24) eine absperrbare Leitung (27) zu einer Luftturbine (3) abzweigt, die ait der Abtriebswelle (18) der Gasturbine (1) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.
2. 2. Gasturbinenaggregat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen aus einem Niederdruckteil (8) und einem Hochdruckteil (9) bestehenden mehrstufigen Verdichter (7), nach dessen Niederdrückten (8) die Druckluftleitung (24) abzweigt.
3. 3. Gasturbinenaggregat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Getriebe (5) aus mindestens zwei Stirnzahnrädern (20,22), die mit einem dritten Stirnzahnrad (19) kämmen, wobei die Abtriebswelle (18) der Gasturbine (1), die Abtriebswelle (21) der Luftturbine (3) und die Antriebswelle (23) einer Arbeitsmaschine (4), z.B. eines Stromerzeugers mit je einem Rad (19,20,22) des Getriebes (5) verbunden sind.

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