DE1947392C

DE1947392C - Small gas turbine

Info

Publication number: DE1947392C
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr.-techn.; Hagemeister Klaus Dipl.-Ing.; Hüller Josef; 8000 München Hagen
Original assignee: Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München
Publication date: 1971-11-04

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kleingastur- leistungsturbine in die entsprechenden Aggregate bine insbesondere für Fahrzeuge mit einem aus Ver- integriert sind. Bei diesem Kleingasturbinentriebwerk dichter und Verdichterturbine bestehenden Gas- handelt es sich aber nicht um ein solches, das aus erzeuger, einer Nutzleistungsturbine mit angeschlos- einzelnen kompletten Baugruppen aufgebaut ist, die senem Getriebe und Regenerativwärmetauschern, 5 aus einem Traggehäuse herausnehmbar sind. Vielwobei Gaserzeuger und Nutzleistungsturbine als mehr handelt es sich dabei um ein sehr komplex aufkomplette, betriebsfähige Baugruppen in ein Trag- gebautes Triebwerk mit vielen einzeln angebrachten gehäuse eingesetzt sind. Bauteilen.The invention relates to a small gas turbine in the corresponding units bine are integrated in particular for vehicles with a combination. With this small gas turbine engine dense and compressor turbine existing gas - but it is not one that is made of generator, a power turbine with connected individual complete assemblies is built, the senem gear and regenerative heat exchangers, 5 can be removed from a support housing. Much whereby Gas generator and power turbine as more, it is a very complex and complete, Operational assemblies in a support-built engine with many individually attached housings are used. Components.

Es ist eine Gasturbinenanlage mit einem Kompres- Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufsor, einer Brennkammer und mindestens einer Tür- ίο gäbe zugrunde, die oben dargelegten Nachteile ins-It is a gas turbine plant with a compressor The present invention is now the Aufsor, a combustion chamber and at least one door- ίο would be based on the disadvantages set out above in particular

bine bekannt, bei der Kompressor und Turbine in besondere im Hinblick auf die leichte Austauschbar-bine known, with the compressor and turbine in particular with regard to the easy interchangeability

Form kompletter, betriebsfähiger Baugruppen in ein keit einzelner Baugruppen bei bisher bekanntenForm of complete, operational assemblies in a speed of individual assemblies with previously known

als rotationssymmetrische Hülle ausgebildetes Trag- Lösungen von Kleingasturbinentriebwerken zu ver-designed as a rotationally symmetrical shell to provide support solutions for small gas turbine engines

gehäuse eingeschoben sind. Die bekannte Anordnung meiden und darüber hinaus ein Gasturbinentriebwerkhousing are inserted. Avoid the known arrangement and also a gas turbine engine

will eine Rationalisierung der Herstellung von Gas- 15 der eingangs genannten Gattung zu schaffen, daswants to rationalize the production of gas 15 of the type mentioned above, that

turbinenanlagen erreichen, indem sie die Möglichkeit Einsparungen an Baugewicht und HerstellungskostenTurbine systems achieve this by offering the possibility of savings in construction weight and manufacturing costs

schafft, verschiedenartige Einheiten wahlweise mit- gegenüber bekannten Anordnungen erbringt,creates, provides different types of units optionally with - compared to known arrangements,

einander zu kombinieren. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäßto combine each other. According to the invention, this object is achieved

Die bekannte Anordnung hat vor allem zwei vorgeschlagen, daß das Traggehäuse eines gattungs-The known arrangement has mainly proposed two that the support housing of a generic

Nachteile; erstens sind die Baugruppen Gaserzeuger ao gemäßen Triebwerkes eine einstückige Gußkonstruk-Disadvantage; Firstly, the gas generator assemblies of the engine are a one-piece cast construction

und Nutzleistungsturbine allein nicht unter Einbau- tion ist, die im wesentlichen aus zwei vertikal undand power turbine alone is not under installation, which essentially consists of two vertical and

bedingungen betriebsfähig, da die Gasführung (Gas- parallel mit Abstand angeordneten, die Form vonconditions operational because the gas flow (gas arranged in parallel at a distance, the shape of

spirale) von der Brennkammer zur Verdichtertur- Kreisscheiben aufweisenden Wärmetauschergehäusenspiral) from the combustion chamber to the heat exchanger housings, which have circular disks

bine und die Abgasspirale der Nutzleistungsturbine besteht, die stegarrfg durch einen Gehäuseteil für diebine and the exhaust gas spiral of the power turbine consists, the stegarrfg through a housing part for the

nicht an den betreffenden Baugruppen, sondern am 35 Gaserzeugerbaugruppe zu einem auf mindestens einernot on the relevant assemblies, but on the gas generator assembly to one on at least one

Traggehäuse angeschlossen sind. Nach einem Ausbau Seite offenen U-förmigen Traggehäuse verbundenSupport housing are connected. After an expansion side open U-shaped support housing connected

der Baugruppen Gaserzeuger oder Nutzleistungstur- sind.of the assemblies are gas generators or useful power tur- ners.

bine aus dem Tiuggehäuse müssen dieselben erst mit Hauptvorteile eines solcherart ausgeführten Trag-bine from the Tiug housing must first have the main advantages of such a carrying

Ersatzgasspiralen versehen we^rden, um außerhalb gehäuses sind leichte Montierbarkeit der BaugruppenProvided substitute gas spirals ^r we the to outside the housing are ease of assembly of the modules

des Traggehüuses betrieben zu werden. Der zweite 30 durch günstige Lage der Trennebenen bei gleichzeiti-of the supporting housing to be operated. The second 30 due to the favorable position of the parting lines with simultaneous

Nachteil der bekannten Anordnu g liegt darin, daß ger guter Malerialausnutzung und guten Festigkeits-The disadvantage of the known arrangement is that ger good use of paint and good strength

durch die Trennung der Gasspiralen (Frischgas- und eigenschaften. Außerdem läßt diese Bauform desdue to the separation of the gas spirals (fresh gas and properties. In addition, this design of the

Abgasspirale) von den Baugruppen Gaserzeuger und Traggehäuses für Gaserzeuger und Nutzleistungstur-Exhaust gas spiral) from the assemblies gas generator and support housing for gas generator and power tur-

Nutzleistungsturbine eine Vielzahl von Gleitdichtun- bine Befestigungspunkte am Gehäuse zu, die aufPower turbine a large number of sliding seal attachment points on the housing, which on

gen zwischen den Baugruppen Gaserzeuger bzw. 35 großen Durchmessern liegen, was gute Zentrierungconditions lie between the gas generator assemblies or 35 large diameters, which means good centering

Nutzleistungsturbine und dem Traggehäuse vorge- der beiden Baugruppen möglien macht. SchließlichPower turbine and the support housing in front of the two assemblies makes possible. In the end

sehen sein müssen. Diese Dichtungen sind teuer in liegt ein weiterer Vorteil darin, daß die Baugruppenmust be seen. These seals are expensive in that another advantage lies in the fact that the assemblies

der Herstellung und auf Grund ihrer großen Durch- auch im eingebauten Zustand von außen noch be-of manufacture and, due to their large through-hole, from the outside even when installed

messer nicht immer zuverlässig, so daß die Gefahr grenzt zugänglich sind, so daß kleinere Wartungs-knives are not always reliable, so that the danger is marginally accessible, so that minor maintenance

von Leckverlusten besteht. 40 arbeiten oder Überprüfungen auch im eingebautenthere is leakage. 40 work or reviews even in the built-in

Bei einer anderen bekannten Kleingasturbine, bei Zustand vorgenommen werden können,
der Gaserzeuger und Nutzleistungsturbine in Form In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung solkomplcttcr Baugruppen in ein Traggehäuse eingesetzt len die bis zu den im Traggehäuse angeordneten sind, hat dieses Gehäuse etwa die Form eines drei- Wärmetauschern führenden Abgaskanäle der Nutzkantigen geschlossenen Prismas, an dessen drei Sei- 45 leistungsturbine an der Baugruppe Nutzleistungsturtcnflächcn jeweils ein Wärmetauscher angeordnet ist. binc befestigt sein. Auf Grund dieser Maßnahme Dadurch sind die c nzclncn Baugruppen des Trieb- und der erfindungsgemäßen Gehäuseform ergibt sich wc-rkes im eingebauten Zustand vollkommen unzu- Jer Vorteil, daß im Heißgasbereich des Triebwerkes gänglich. Ein anderer Nachteil dieser bekannten nur eine einzige zentrale Steckverbindung mit einer Konstruktion ist das Fehlen einer geschlossenen Ab- 5° Gleitdichtung vorgesehen ist und daß nach Ausbau gasspirale, so daß zwischen Nutzleistungsturbine und der Baugruppe Nutzleistungsturbine aus dem Trag-Wärmetauschcr ein großer Heißgasraum entsteht, gehäuse diese ohne jegliche Veränderung z. B. auf der großflächige Isolationen mit langen Dichtkanten einem Prüfstand betrieben werden kann,
erfordert. Hierdurch ergibt sich erhöhter Material- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung solumi Hcrstcllungsaufwand. 55 len die Befestigungspunkte für die Baugruppe Gas-In another known small gas turbine, the state can be made
the gas generator and power turbine in the form In an advantageous embodiment of the invention solkomplcttcr assemblies inserted in a support housing up to those arranged in the support housing, this housing has approximately the shape of a three-heat exchanger leading exhaust ducts of the useful-edged closed prism, on whose three sides 45 power turbine on the module Nutzleistungsturtcnfläcn each a heat exchanger is arranged. binc be attached. As a result of this measure, the c nzclncn assemblies of the drive and the housing form according to the invention are completely unavailable when installed. This has the advantage of being accessible in the hot gas area of the drive. Another disadvantage of this known only one central plug connection with a construction is the lack of a closed 5 ° sliding seal and that after expansion gas spiral, so that a large hot gas space is created between the power turbine and the power turbine assembly from the support heat exchanger, housing this without any change z. B. on the large-area insulation with long sealing edges a test bench can be operated,
requires. This results in increased material production costs. 55 len the fastening points for the gas

Schlicßlich ist eine Klcingasturbinc bekanntgewor- erzeuger auf einem Zentrierflansch des TraggehäusesFinally, a Klcingasturbinc is known to be generators on a centering flange of the support housing

den, die ein Gehäuse aufweist, das im wesentlichen angeordnet sein, dessen Durchmesser näherungs-which has a housing which is essentially arranged, the diameter of which is approximate

aus zwei vertikal und parallel mit Abstand angeord- weise dem der Wärmetauscher gleich ist und der inof two vertically and parallel arranged at a distance from which the heat exchanger is the same and the one in

neten zylindrischen Wärmclauschergchäusen besteht, der Basisebene des Steges des U-förmigen Trag-Neten cylindrical heat clauses, the base plane of the web of the U-shaped support

cJic durch ein Gehäuseteil verbunden sind in dem ⁶° gehäuses liegt.cJic are connected by a housing part in which the ⁶ ° housing is located.

Gaserzeuger und Nutzlcislungsturbinc eingebaut sind. Zur Befestigung der Baugruppe Nutzleistungstur-Hei dieser Konstruktion ist es nicht möglich, die bine dienen Anschläge, die am Umfang der Wärme-Λμμα'ΐ'ίΐΙϋ Ntitzleistungsturbinc und Gaserzeuger als tauschergehäuse angebracht sind. Auf Grund der so komplette Baugruppen aus dem Gehäuse auszu- gewählten Befestigungspunkte erfährt das Tragbauen. 65 gehäuse cine Erhöhung seiner Steifigkeit, da durchGas generator and Nutzlcislungsturbinc are built. For fastening the assembly group Nutzleistungstur-Hei With this construction it is not possible to use the bine stops on the circumference of the heat Λμμα'ΐ'ίΐΙϋ Ntitzkraftsturbinc and gas generator are attached as exchanger housing. Because of the so Complete assemblies from the housing selected fastening points are subjected to the supporting structure. 65 housing increases its rigidity as a result

Darüber hiniiiis ist noch eine mehrwclligc Klein- die Nutzleistungsturbine die ofTcnc U-Form des Gc-In addition, there is also a multi-purpose small- the power turbine, the ofTcnc U-shape of the Gc-

gasturb'iMc bekannt, bei der die Frischgasspirale des häuses zu einem geschlossenen Rechteck erpiinztgasturb'iMc, in which the fresh gas spiral of the house pinches to form a closed rectangle

r'oclidruekteih und die Frischgasspirale der Nutz- wird. Darüber hinaus kann durch die so gewähltenr'oclidruekteih and the fresh gas spiral becomes the useful one. In addition, by the so chosen

Befestigungspunkte auf eine Zentrierung der Baugruppen Oaserzeuger und Nutzleistungsturbine an ihrer Stolistelle in der Mitte des Traggehäuses verzichtet werden, was mit einer Einsparung an mechanischer Bearbeitung des Traggehäuses verbunden ist.Attachment points on a centering of the assemblies of the oas generator and power turbine their stolistelle in the middle of the support housing can be dispensed with, resulting in a saving in mechanical Processing of the support housing is connected.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das c-rfindungsgemäße Gasturbinentriebwerk dadurch, daß ein zwischen Gaserzeuger und Nutzleistungiturbine angeordneter verstellbarer Leitapparat als komplette Baugruppe ausgeführt ist, die nach oben oder unten aus dem Traggehäuse herausziehbar ist. Da verstellbare Leitapparate von Turbinen mit zu den anfälligsten Baugruppen gehören, erlangt diese Ausgestaltung ganz besondere Bedeutung für den praktischen Betrieb einer Fahrzeuggasturbine. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des Leitapparates eine Rute Zugänglichkeit für di-n Verstellmechanismus und gleichzeitige Kühlung durch Außenluft erreicht. Weitere Merkmale und Ausgestaltungen des erfindungsgeniäßen Gasturbinentriebwerkes sollen an Hand der Zeichnungen erklärt werden.The gas turbine engine according to the invention experiences a particularly advantageous embodiment in that that an adjustable nozzle arranged between the gas generator and the power turbine is designed as a complete assembly that can be pulled up or down from the support housing is. Since adjustable vanes of turbines are one of the most vulnerable assemblies, attained this configuration is of particular importance for the practical operation of a vehicle gas turbine. In particular, the inventive arrangement of the diffuser provides a rod accessibility for di-n adjustment mechanism and simultaneous cooling reached by outside air. Further features and configurations of the gas turbine engine according to the invention should be explained on the basis of the drawings.

I ii den Zeichnungen zeigtI ii the drawings shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gasturbinentriebwerk,F i g. 1 shows a longitudinal section through an inventive Gas turbine engine,

F i g. 2 das Traggehäuse des Gasturbinentriebwerkes von oben, bei ausgebauten Triebwerksbaugruppen, F i g. 2 the support housing of the gas turbine engine from above, with engine assemblies removed,

F i g. 3 das Gehäuse entsprechend Ansicht III inF i g. 3 the housing according to view III in

F i g. 2F i g. 2

Das Traggehäuse 1 des Gasturbinentriebwerkes ist als Gußkonstruktion ausgeführt und besteht im wesentlichen aus zwei vertikal und parallel im Abstand »fl« angeordneten kreisförmigen Wärmelauschergehänsen 12 und 13. Die Gehäuseteile 12 und 13 sind durch einen stegartigen Gehäuseteil 14 verbunden, det den Zentrierflansch 15 für die Gaserzeugerbaugruppe 2 und den Befestigungsflansch 16 für den verstellbaren Leitapparat 4 enthält, der auch als Dichtungsflansch 17 für die Gaserzeugerbaugruppe ausgebildet ist. Mit 18 sind die im Traggehäuse angeordneten Verdichterluftführungen bezeichnet. Im unleren mittleren Bereich des stegartigen Gehäuseteils 4 ist ein Flansch 19 angeordnet, der zur Aufnahme der D-cnnkammer dient. Am Umfang der beiden kreisförmigen Wärmetauschergehäuseteile 12, 13 !»ind jeweils zwei Anschläge 8 angeordnet, die zur Befestigung der Baugruppe Nutzleistungsturbine 3 am Traggehäuse 1 dienen.The support housing 1 of the gas turbine engine is designed as a cast construction and consists of essentially of two circular heat exchanger housings arranged vertically and in parallel at a distance of »fl« 12 and 13. The housing parts 12 and 13 are connected by a web-like housing part 14, det the centering flange 15 for the gas generator assembly 2 and the mounting flange 16 for the adjustable diffuser 4, the is also designed as a sealing flange 17 for the gas generator assembly. At 18 they are in the support housing arranged compressor air ducts called. In the lower middle area of the web-like Housing part 4 has a flange 19 which is used to accommodate the D-cnnkammer. At the extent of the two circular heat exchanger housing parts 12, 13! »ind each two stops 8 are arranged, the serve to attach the power turbine assembly 3 to the support housing 1.

Die Gaserzeugerbaugruppe 2 besteht aus einem Gehäuse 21 in dem der Gaserzeugerläufer 22 mit Verdichtet- und Turbinenlaufrad 22«, 22b gelagert ist. An den Ringkanal 23 des Gehäuses 21, der den Leitschaufelkranz 24 für die Verdichterturbine 22 b trägt, ist die von der Brennkammer zur Turbine führende Gasspirale 20 fest angeschlossen. Die Abdichtung erfolgt zwischen Dichtungsflansch 17 und Ringkanal 23. Eine Wärmeisolierschicht 25 dient zur Abschirmung des Verdichters gegen die Heißgasspirale 20.The gas generator assembly 2 consists of a housing 21 in which the gas generator rotor 22 with the compressor and turbine impeller 22 ″, 22b is mounted. The annular channel 23 of the housing 21, which carries the guide vane 24 b for the compressor turbine 22, the leading of the combustion chamber to the turbine gas spiral is connected firmly 20th The seal takes place between the sealing flange 17 and the annular channel 23. A heat insulating layer 25 is used to shield the compressor from the hot gas spiral 20.

Stromabwärts d:s Ringkanals 23 des Gaserzeugers 2 schließt sich ein verstellbarer Leitapparat am Befestigungsflansch 16 an. An der Stnßstcilc des Leitapparates 4 imJ der Nutzleistungsturbine 3 ist ein elastischer Balg 33 zur Abdichtung der beiden Baugruppen angeordnet. Nach Lösung der Befesti-Diinosclcmcntf 41 und 42 ist der Leitapparat 4 als Baugruppe nach unten aus dem Traggehäuse 1 h. .·- ausziehbar.Downstream of the ring channel 23 of the gas generator 2, an adjustable diffuser is attached to the fastening flange 16. An elastic bellows 33 for sealing the two assemblies is arranged on the stub of the diffuser 4 in the power turbine 3. After solving the fastening Diinosclcmcntf 41 and 42, the diffuser 4 as an assembly is down from the support housing 1 h. .·- Extendable.

Die Baugruppe Nutzleistungsturbine 3 besteht im gezeichneten Ausführungsbeispicl aus einer Turbinengruppe 3fl, an die mittels eines Flansches Ji eine Gctriebegruppe 3 6 angeschlossen ist. Die detriebegruppe36 trägt vier Befesligimgsarme 32, die dem Anschluß der Baugruppe Nutzleistungsturbine an die Anschläge 8 des Traggehäuses 1 dienen. ImIn the exemplary embodiment shown, the power turbine assembly 3 consists of a turbine group 3fl, to which by means of a flange Ji a transmission group 3 6 is connected. The drive group36 carries four Befesligimgsarme 32, the connection of the power turbine assembly serve on the stops 8 of the support housing 1. in the

vjehäuse3rt ist der Rotor 34 der Nutzleistungsturbine gelagert, der an einem Ende das Turbinenrad 34a und am anderen Ende ein Ritzel 34 b trägt. Mit dem Gehäuse 3a fest verbunden sind die spiralenförmigen Abgasführungen 35, von denen sich jeweils eine zu einem halbkreisförmigen Flansch 36 erweitert, der mittels Befestigungselemente!! 36« an der Innenfläche 6 der Wärmetauschergehäuse 12, 13 befestigt ist. Im Gehäuse 3 b is» die Antriebswelle 37 gelagert, die ein mit dem Riizel 346 kämmendes Zahnrad 38 trägt. Die Baugruppe Nutzleistungsturbine 3 kann auch ohne Trennung in zwei Gchäuscteile3a, 2b einteilig ausgeführt sein.vjehäuse3rt the rotor 34 is mounted on the power turbine, the b carries at one end the turbine wheel 34a and at the other end a pinion 34th The spiral exhaust gas ducts 35 are firmly connected to the housing 3a, one of which each expands to form a semicircular flange 36, which is secured by means of fastening elements !! 36 ″ is attached to the inner surface 6 of the heat exchanger housing 12, 13. In the housing 3 is "b, the drive shaft 37 mounted, which carries a gear meshing with the gear 346 Riizel 38th The power turbine assembly 3 can also be made in one piece without being separated into two housing parts 3a, 2b.

Claims

Patent claims:

1. Small gas turbine, especially for vehicles with a compressor and compressor turbine existing gas generator, a power turbine with connected gear and regenerative heat exchangers, with gas generator and power turbine as complete, operational assemblies are inserted into a support housing, characterized in that the support housing (1) is a one-piece Is a cast construction consisting essentially of two vertically and parallel spaced apart, the shape of circular disks having heat exchanger housings (12, 13), which web-like through a housing part (14) for the gas generator assembly (2) to at least one one side of open U-shaped support housing (1) are connected.

2. Small gas turbine according to claim 1, characterized in that the up to the in the support housing (1) arranged heat exchangers leading exhaust ducts (35) of the power turbine (34) are attached to the power turbine assembly (3).

3. Small gas turbine according to claims 1 and 2, characterized in that the assembly Gas generator (2) on a centering flange (15), the diameter of which is approx which the heat exchanger is the same and which is in the Edsiscbenc of the web of the U-shape, is attached.

4. Klcingasturbinc according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that that the power turbine assembly (3) on the side opposite the gas generator (2) by means of two on the circumference of each circular heat-metal noise (12, 13) Stops (8) are flanged to the support housing (11.

5. Kicinpasttifbine after one or more of claims 1 to 4, characterized in that the gas generator (2) and power turbine assemblies (3) at their joint in the middle of the

Engine are sealed against the environment with an elastic bellows (33).

6. Small gas turbine according to one or more of the preceding claims, characterized in that that between the gas generator (2) and the power turbine (3) an adjustable diffuser (4) is arranged, which is designed as a complete assembly and up or down the support housing (1) can be pulled out.

7. Small gas turbine according to one or more of claims 2 to 6, characterized in that that the gas ducts (18) from the compressor to the heat exchangers are designed as a double spiral are, and in each case one outlet opens to a heat exchanger. is

8. Small gas turbine according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that that the combustion chamber can be inserted into the support housing from the outside.

9. Small gas turbine according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that that the support housing (1) on the gas generator side, the air ducts (18) from the compressor of the gas generator (2) to the heat exchangers.

10. Small gas turbine according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that that the support housing (1) carries an insulating layer (25) inside and / or outside, which dissipates heat reduced to the outside by the housing (1).

1 sheet of drawings

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