DE2027221A1

DE2027221A1 - Gasturbine, insbesondere für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE2027221A1
Application number: DE19702027221
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 7141 Neckarrems; Grieb Hubert Dipl.-Ing. 7000-Stuttgart; Tiefenbacher Eberhard Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Bruder
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1970-06-03
Filing date: 1970-06-03
Publication date: 1971-12-09
Also published as: FR2100719A1; US3747334A; GB1345885A; FR2100719B1

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 8471/4

Stuttgart-Untertürkheim 26.Mai 1970

EPT.Dr.W/mk

Betr.: Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

Gasturbine, insbesondere für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, insbesondere für Fahrzeuge, mit einem ND-Verdichter, einem HD-Verdichter, einem Wärmetauscher, einer Brennkammer, einer Verdichterturbine und einer Arbeitsturbine mit zugehörigem Untersetzungsgetriebe.

Bei den bekannten Gasturbinen sind alle genannten Aggregate in einer Richtung hintereinander axial angeordnet. Diese Gasturbinen weisen daher einen großen Raumbedarf auf, so daß ihr Einbau in Fahrzeuge schon aus diesem Grund Schwierigkeiten bereitet. Außerdem ist es mit Schwierigkeiten verbunden, alle Aggregate exakt zueinander auszurichten und für alle Teile eine gute Zentrierung vorzusehen. Auch die Schmierung, die an vielen weit auseinanderliegenden Stellen vorgenommen werden muß, bereitet erhebliche Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Gasturbine der eingangs genannten Art zu schaffen, die eich vor allen Dingen durch eine sehr kompakte

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Bauform auszeichnet₉ so daß sie eich besonders für Fahrzeuge eignet.

Die Erfindung besteht darin_s daß die Aggregate zumindest in ' zwei, vorzugsweise mit parallelen Achsen nebeneinander liegende Abschnitte aufgeteilt sind, und der Wärmetauscher derart angeordnet ist, daß das oder die Zuführungsrohre parallel zu den Achsen der Abschnitte liegen,, während die Matrizen sich annähernd parallel zu der Ebene erstrecken,, die durch die Achsen der AggKgate bestimmt Aird» Hierdurch wird eine äußerst kompakte Gasturbine geschaffen, bei der auch der Wärmetauscher keine unnötige Vergrößerung des Bauvolumens bedingt.

Es kann bei bestimmten Ausführung sform en vorteilhaft sein_s /<enn das oder die Zuführungsrohre in der Mitte oberhalb der Aggregate angeordnet sind und die Matrizen die Aggregate dachförmig überdecken. Hierbei kann der Vorteil verwirklicht werden, daß die von der Arbeitsturbine bzw« der Verdichterturbine abgegebene! Abgase nach oben abströmen können. Eine besonders günstige Ausführungsform der Erfindung erhält man jedoch, wenn auf jeder Seite der übereinander angeordneten Aggregate ein Zuführungsrohr mit einer Matrize angeordnet ist, die über an der Stirnseite des Triebwerkes angeordnete Leitungen miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform lassen sich die kürzest möglichen Kanäle von und zu dem Wärmetauscher verwirklichen, so daß die Wärmeverluste äußerst gering gehalten werden können. Besonders vorteilhaft ist es» wenn die Zuführungsrohre annähernd in halber Höhe liegen und nach oben und unten gerichtete Matrizen aufweisen»

In baulich vorteilhafter Waise können die Auslässe der in Serie und parallel schaltbaren Verdichterturbine und Arbeitstür-

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Dine üoer seitliche Zuführungskanäle an den Yiuri&e tauscher cngejchlouGen sein, aie sich über die gesamte Hohe unö Breite aer Matrizen erstrecken. Hierdurch können die hei-er» nObase dem wärmetauscher auf sehr kurzem weg zugeführt werden, so daß kaum nennensiverte «Vurmeveriuste entstehen.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die brennkammer auf einer .Achse mit der Veruichterturbine und der Arbeitsturbine in et..a z.vi-•öchen den Zuführungsrohren des Wärmetauschers angeordnet und beidseitig angeströmt ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen aus mehreren Teilschnitten zusammengesetzten Querschnitt des Wärmetauschers einer erfindungsgemäßen Gasturbine und

Fig. 2 einen schrägen Längsschnitt durch den Wärmetauscher und durch einen T-eil der Turbinenaggregate der Fig. i_r entlan. der Linie II-II.

Die in der Zeichnung dargestellte Gasturbine besteht aus einem axialen Niederdruck-Verdichter 1, einem'radialen Hochdruck-Verdichter 2, einem Wärmetauscher 3» einer Brennkammer 4, einer Verdichterturbine 5 und einer Arbeitsturbine 6, an die ein nicht dargestelltesUntersetzungsgetriebe angescülocsen ist. 3ei aieser Gasturbine sind die beiden Verdichter 1 und L auf einer _&erneinsamen Achse 7 angeordnet, v.ährend die Brennkammer 4, die Verdichterturbine 5 und die Arbeitsturbine 6 auf einer zweiten darunterliegenden Achse 8 angeordnet sind. AuSer der Verminderung

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von Herstellungs-, Bearbeitungs- und Montagesch/.-i'erigkeiten ergibt yich der Vorteil einer äußerst kompakten Baugrüße der Gasturbine. Um diese Baugröße nicht durch den erforderlichen Wärmetauscher 3 vergrößern zu müssen» ist der Wärmetauscher derart angeordnet, daß die beiden Zuführungsrohre 9 parallel zu den Achsen der Aggregate liegen, während die Matrizen TO etwa annähernd parallel zu der Ebene liegen, die von den Achsen 7 und 3 der Aggregate gebildet wird. Hierdurch überragt der Wärmetauscher 3 die von den Turboeleraenten bestimmte Kontur der Gasturbine nur in einer Richtung, nämlich in der Breite. In Fig. 1 P ist in dem linken unteren Viertel der Schnitt A-A gemäß I¹Ig. 2 durch deti Auslaß 11 der Arbeitsturbine 6 dargestellt, der seitlich an den Wärmetauscher 3 über einen Zuführungskanal 12 angeschlossen ist, welcher sich über die gesamte Höhe und Breite der beiden übereinander angeordneten Matrizen 10 erstreckt. Rechts unten ist in Fig. 1 der Schnitt B-B der Fig. 2 durch den Auslaß 13 der Verdichterturbine dargestellt, der bei Parallelschaltung der Gasturbine in den gleichen Zuführungskanal 12 zu dem Wärmetauscher 3 mündet.

Links oben zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch den Auslaß 14 des Hochdruck-Verdichters 2 der Gasturbine, dessen Spiralgehäuse fc über ein Rohr 15 mit dem Zuführungsrohr 9 des Wärmetauschers 3 verbunden ist. Dabei ist für die beidseitig in etwa halber Höhe angeordneten Zuführungsrohre jeweils ein von dem Spiralgehäuse abzweigendes Rohr 15 vorgesehen,

Rechts oben stellt Fig. 1 einen Schnitt durch den Auslaß de3 axialen Niederdruck-Verdichters 1 dar, dessen Austrittskanäle 16 ebenfalls zu den beiden Zuführungsrohren 9 geführt sind.

Der Längsschnitt nach Fig. 2 zeigt, wie dicht die Matrizen 10

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und die Zuführungsrohre 9 seitlich an der Verdichterturbine 5 und der Arbeitsturbine 6 angeordnet sind und welche kurzen Zuführungawege der heißen Abgase nur erforderlich sind. Wie i'ig. 2 weiter zeigt, ist der Verdichterturbine 5 eine Brennkammer 4 vorgeschaltet, die auf der gleichen Achse 8 wie die Verdichterturbine 5 und Arbeitsturbine 6 angeordnet ist. Der Brennkammer 4 wird die Luft von den beiden Zuführungsrohren 17» die annähernd in gleicher Höhe liegen, von zwei Seiten aus zugeführt.

In Fig. 2 ist noch ein Schaltelement 18 zu erkennen, das die Verdichterturbine 5 und die Arbeitsturbine 6 parallel oder in Serie schalten kann. Im Parallelbetrieb ist die Verdichterturbine 5 gegenüber der Arbeitsturbine 6 abgetrennt, während ihr Auslaßkanal 13 geöffnet ist, so daß sie das Abgas unmittelbar an den Wärmetauscher 3 abgibt. Gleichzeitig ist die Arbeitsturbine 6 über das Schaltelement 18 mit einem Nebeneinlauf 19 der Brennkammer 4 verbunden, so daß auch die Arbeitsturbine 6 unmittelbar von dem Gas aus der Brennkammer 4 angeströmt wird.

In der dargestellten Stellung des Schaltelementes 18 ist die Serienschaltung von VerdichtertuÄine 5 und Arbeitsturbine 6 vorgesehen. Dies bedeutet, daß der Nebeneinlauf 19 geschlossen ist und das aus der Brennkammer 4 ausströmende Gas zunächst die Verdichterturbine 5» dann die Arbeitsturbine 6 durchströmt und schließlich dem Wärmetauscher 3 zugeführt wird. Außer dem Nebeneinlauf 19 ist auch der Auslaßkanal 13 der Verdichterturbine 5 verschlossen.

Anstelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten Anordnung des Wärmetauschers kann auch vorgesehen werden, die Zuführungsrohre 9 in der Mitte oberhalb der Turbinenaggregate anzuordnen und die Matrizen 10 die Turbinenaggregate dachförmig überdecken zu las-

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sen. Auch diese Ausführungaform erlaubt eine raumsparende Bauweise.

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Patent- und Schutzansprüche

My Gasturbine, insbesondere für Fahrzeuge mit einem Niederdruck-Verdichter, einem Hochdruck-Verdichter, einem Wärmetauscher, einer Brennkammer, einer Verdichterturbine und einer Arbeitsturbine mit zugehörigem Untersetzungsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, daß die Aggregate zumindest in zwei vorzugsweise mit parallelen Achsen (7, 8) nebeneinanderliegende Abschnitte aufgeteilt sind und der Wärmetauscher (3) derart angeordnet ist, daß das oder die Zuführungsrohre (9) parallel zu den Achsen (7_t 8.) der Abschnitte liegen, während die Matrizen (io) sich annähernd prallel zu der Ebene erstrecken, die durch die Achsen (7, 8) der Aggregate bestimmt wird.
2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Zuführungsrohre (9) in der Mitte oberhalb der Aggregate angeordnet sind und die Matrizen (10) die Aggregate dachförmig Überdecken.
3. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der übereinander angeordneten Aggregate ein Zu- führungsrohr (9) mit einer Matrize (to) angeordnet ist, die über an der Stirnseite des Triebwerkes angeordnete Leitungen miteinander verbunden sind.
4. Gasturbine nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsrohre (9) annähernd in halber Höhe liegen und nach oben und unten gerichtete Matrizen (1O) aufweisen.

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5. Gasturbine nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe (11, 13) der in Serie und parallel schaltbaren Verdichterturbine (5) und Arbeitsturbine (6) über seitliche Zuführkanäle (12) an den Wärmetauscher (3) angeschlossen sind, die sich über die gesamte Höhe und Breite der Matrizen (10) erstrecken.
6. Wärmetauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (4) auf ei-

k ner Achse mit der Verdichterturbine (5) und der Arbeitsturbine (6) und in etwa zwischen den Zuführung sr ohr en (9) des Wärmetauschers (3) angeordnet und beidseitig angeströmt ist.
7. V/arme tauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Zuführkanäle (12) einen Anschluß an den Auslaß (13) der Verdichterturbine (5) und an den Auslaß (11) der Arbeiteturbine (6) aufweisen.

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