DE19535411A1 - Gasturbine, insbesondere für Modellflugzeuge - Google Patents

Description

Eine Gasturbine zum Antrieb von Flugmodellen ist aus dem DE-GM 92 03 776.3 bekannt. Die dort beschriebene Gasturbine verfügt über einen Läufer bestehend aus einem Radialver­ dichter mit Deckscheibe und einem einstufigen Axialtur­ binenrad. Sie hat eine ringförmige Brennkammer mit einer Verdampferwendel, aus welcher ein Benzin-Dieselgemisch dampfförmig aus tritt und in der Primärzone der Brenn­ kammer mit Luft vermischt und verbrannt wird. Die Leitschaufeln der Turbinenstufe sind in das Gehäuse ein­ geschweißt und haben einen Spalt zwischen der Schau­ felwurzel und einem innen liegenden Strömungskörper. Bei dieser Gasturbine verursachen unter anderem die Ver­ dampferwendeln und die ins Gehäuse eingeschweißten Tur­ binenschaufeln bei einer Serienproduktion erhebliche Kosten. Gestartet wird diese Turbine mit Propangas als Treibstoff. Nach dem Warmlaufen wird auf ein Diesel- Benzin-Gemisch umgeschaltet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dem An­ wender eine leistungsfähige, einfach zu bedienende und preis­ werte Gasturbine zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Gasturbine,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch das Verdampfersystem, und

Fig. 3 einen Schnitt durch den hinteren Leitschaufelträger mit Zentrierring und Wellentunnel.

Fig. 1 zeigt den Läufer der Gasturbine bestehend aus Welle 1, Verdichterrad 2 und Turbinenrad 3. Die Welle 1 läuft in einem Wellentunnel 4, welcher in einem Wellentunnelfuß 5 starr befestigt ist. Letzterer wird zusammen mit der Treibstoff­ zuführung 7 mit einem vorderen Leitschaufelträger 6 mit Leitschaufeln 45 verschraubt. Der Leitschaufelträger 6 ist mit dem Gehäuse 13 verschraubt. Eine ringförmige Brennkammer 44 wird gebildet durch eine Brennkammerfrontwand 8, einen Außen­ mantel 14 und einen Innenmantel 20. Über den Umfang verteilt sind in der Brennkammer 44 Treibstoffverdampfer 9 angeordnet, welche durch die Treibstoff-Zuführungen 7 versorgt werden. Aus den Treibstoffverdampfern 9 gelangt der verdampfte Treibstoff in einen Treibstoffeinblasring 10. Die Frontwand 8 ist an den Treibstoff-Zuführungen 7 oder über Distanzbolzen am Leitschau­ felträger 6 befestigt. Auf dem äußeren Durchmesser der Front­ wand 8 ist verschiebbar gelagert der Außenmantel 14. Letzterer stützt sich über mindestens drei Anschlagwinkel 11 und Federn 12 an der Frontwand 8 ab. Die Federn 12 gleichen die diffe­ rentielle Längenänderungen zwischen dem Gehäuse 13 und dem Außen­ mantel 14 aus. Im hintersten Teil des Außenmantels 14 ist der Leitschaufelträger 15 der Turbinenstufe mit Leitschaufeln 16 eingesetzt. Ein äußerer Leitschaufelanschlag 17, gegen wel­ chen der Außenmantel 14 anliegt, weist gegenüber dem Gehäuse 13 einen etwas kleineren Durchmesser auf, ebenso die Leit­ schaufeln 16 gegenüber dem sie umschließenden Brennkammer­ mantel 14, so daß sich die Leitschaufeln 16 spannungsfrei aus­ dehnen können. Die Federn 12 drücken den Leitschaufelträger 15 über den Anschlag 17 gegen einen Anschlag 18 des Gehäuses 13, so daß die Leitschaufeln 16 axial positioniert sind. Der Leit­ schaufelträger 15 berührt den Wellentunnel 4 im Bereich des Lagers 19 nicht und überträgt dementsprechend dort auch keine Wärme. Der starr mit der Frontwand 8 verbundene Brennkammer­ innenmantel 20 wird von einem Zentrierring 21 auf dem Wellen­ tunnel 4 zentriert. Der Zentrierring 21 dient gleichzeitig der Führung und Zentrierung des Leitschaufelträgers 15.

Die abnehmbare Schubdüse 22 besteht aus einem Außenmantel 23, Streben 24 und einem Strömungskörper 25 und ist mit einem Gehäuseflansch 26 verschraubt oder mit einer nach innen offenen Ringbride verbunden. Durch die so abnehmbare Schubdüse 22 er­ gibt sich die Möglichkeit, durch verschiedene Schubrohre und Schubdüsen die Gasturbine an die jeweils modellspezifischen An­ forderungen anzupassen.

Auf dem Eintrittsstutzen 27 sitzt ein O-Ring 28, welcher den abnehmbaren Ansaugtrichter 29 mit Schutzsieb 30 durch Ein­ schnappen sichert. Das Schutzsieb 30 sorgt dafür, daß bei Start oder Landung eines Modellflugzeuges aufgewirbelter Schmutz nicht in die Gasturbine eindringen kann und verhindert so Beschädigungen an Verdichter oder Turbinenrad. Um beim Startvorgang einen nicht dargestellten Elektrostarter elastisch mit der Verdichternabe koppeln zu können, ist der Ansaug­ trichter 29 abnehmbar.

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch das Verdampfersystem. Die Treibstoffzuführung 7 dient der Fixierung des Wellen­ tunnelfußes 5 durch Verschraubung mit dem vorderen Leit­ schaufelträger 6 und der Treibstoffzuführung zwischen der im Wellentunnelfuß 5 eingefrästen Ringnut 32 und dem Verdampfer­ rohr 33. In Ringnuten 31 des Tunnelfußes 5 sind O-Ringe zur radialen Abdichtung der treibstofführenden Nut 32 eingesetzt.

Das Verdampferrohr 33 wird im Betrieb durch die Flammen in der Brennkammer 44 aufgeheizt und verdampft so den durch die Treib­ stoffzuführung 7 gepumpten Kraftstoff. Im Verdampferrohr 33 liegt ein Hüllrohr 34, das einen elektrisch beheizbaren Kera­ mikheizstab 35 enthält. Der Keramikheizstab 35 dient der elektrischen Verdampfung des Kraftstoffes beim Startvorgang. Die ringförmige Rückführung des Treibstoffs zwischen dem Ver­ dampferrohr 33 und dem Hüllrohr 34 bewirkt gegenüber einem normalen Rohr eine wesentlich schnellere Aufheizung des Treib­ stoffs. Um die Leistung des Verdampfersystems bei möglichst kurzer Baulänge noch weiter steigern zu können, können in die Rohre 33 nicht dargestellte Federn eingebaut werden, welche eine Verwirbelung und damit eine bessere Aufwärmung des Treibstoffs bewirken.

Im Betrieb fördert das Verdichterrad die angesaugte Luft über die Leitschaufeln 45 in eine Gehäusekammer 46. Von dort gelangt sie durch eine Vielzahl von nicht dargestellten Öffnungen in der Frontwand 8 und/oder im Innenmantel 20 in die Brennkammer 44. Der im Verdampferrohr 33 aufgeheizte und verdampfte Treibstoff gelangt in den Treibstoffeinblasring 10, welcher durch eine Vielzahl von Bohrungen 36 den Treibstoff axial in Richtung des Luftschaufelträgers 6 in die Brennkammer einbläst. Durch eine nicht dargestellte Zündeinrichtung, z. B. eine Glüh­ kerze oder einen glühenden Draht, wird das Brennstoff-Luft­ gemisch gezündet. Die Heißgase werden über die Leitschaufeln 16 und das Turbinenrad 3 aus der Schubdüse 22 ausgestoßen.

Fig. 3 zeigt den Zentrierring 21, welcher den Leit­ schaufelträger 15 mit den Leitschaufeln 16 führt. Der Zentrierring 21 weist zur möglichst geringen Wärmeübertragung auf den Wellentunnel 4 nur drei Berührungsstellen 39 mit dem­ selben auf.

Der Außenmantel 23 der Schubdüse 22 kann am hinteren Ende einen weiteren Flansch aufweisen, an welchem ein Schubrohr angeschraubt werden kann. Dies ist z. B. bei Flugmodellen vor­ teilhaft, bei welchen die Gasturbine im Rumpf eingebaut wird. Der Außenmantel 23 der Schubdüse 22 kann auch mit dem Gehäuse 13 verschweißt sein.

Claims (10)

1. Gasturbine, insbesondere für Modellflugzeuge, umfassend ein Gehäuse (13), einen Verdichter (2), ein mit dem Verdichter (2) verbundenes Turbinenrad (3), eine zwischen Verdichter (2) und Turbinenrad (3) angeordnete Brennkammer (44), sowie ein Verdampfersystem bestehend aus mindestens einer Treib­ stoffzuführung (7), mindestens einem Treibstoffverdampfer (9) und einem Treibstoffeinblasring (10), dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Treibstoffverdampfer (9) ein elektrisch beheizbares Heizelement (35) enthält.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, wobei eine Verbindungswelle (1) zwischen dem Verdichter (2) und dem Turbinenrad (3) in ei­ nem Tunnel (4) angeordnet ist, der starr mit einem Leitschau­ felträger (6) des Verdichters (2) verbunden ist, vorzugsweise mittels der Treibstoffzuführung(en) (7).

3. Gasturbine nach Anspruch 2, wobei eine Frontwand (8) der Brennkammer (44) starr mit der Treibstoffzuführung (7) und/oder dem Leitschaufelträger (6) verbunden ist, und wobei ein Außenmantel (14) der Brennkammer (44) verschiebbar auf der Frontwand (8) gelagert und durch Federn (12) in Richtung zum Turbinenrad (3) vorbelastet ist.

4. Gasturbine nach Anspruch 3, wobei ein Leitschau­ felträger (15) der Turbine (3) im hinteren Ende des Außen­ mantels (14) eingesetzt ist und ein Anschlag (17) der Turbi­ nenleitschaufeln (16) vom hinteren Stirnende des Außenmantels (14) durch die Federn (12) gegen eine Anschlagschulter (18) des Gehäuses (13) gepreßt ist.

5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 2-4, wobei der Tunnel (4) in einem mit dem Leitschaufelträger (6) des Ver­ dichters (2) verbundenen Tunnelfuß (5) befestigt ist, der eine Ringnut (32) zur Zufuhr von Treibstoff zur Treibstoffzuführung (7) hat.

6. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der bzw. jeder Treibstoffverdampfer (9) ein in einem Verdampferrohr (33) eingesetztes Hüllrohr (34) aufweist, welches das elektrische Heizelement (35) enthält, insbesondere einen Keramikheizstab.

7. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1-6, wobei eine Schubdüse (22) lösbar mit dem Gehäuse (13) verbunden oder mit ihm verschweißt ist.

8. Gasturbine nach Anspruch 7, wobei ein Schubrohr lösbar mit der Schubdüse (22) verbunden ist.

9. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1-8, wobei eine Zündeinrichtung in Form einer Glühkerze oder eines Glühdrahtes in der Brennkammer (44) angeordnet ist.

10. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1-9, wobei dem bzw. jedem Treibstoffverdampfer (9) ausschließlich Treibstoff, ins besondere Dieselöl, ohne Verbrennungsluft zuführbar ist.