DE2311738C2 - Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerk - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

d) von der den Ausgang des Verdichters (2) mit dem Eingang der Brennkammer (6) verbindenden Druckluftleitung (3,5) eine mit einem Ventil (51) versehene Luftentnahmeleitung (50) abzweigt; und

e) eine Luftentnahme-Steuereinrichtung (42, 44, 48, 54) vorgesehen ist, bei deren Betätigung gleichzeitig die Schaltkupplung (12) gelöst, die Kupplung (22) zwischen Gaserzeugerwelle (8, 19) und Abtriebswelle (11, 20) eingerückt und das Ventil (51) geöffnet wird.

2. Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 mit einem dem Verdichter nachgeschalteten Abgaswärmetauscher, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftentnahmeleitung (56) stromabwärts des Abgaswärmetauschers (4) von der Druckluftleitung (5') abzweigt.

Ein Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerk gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 ist beispielsweise durch die US-PS 32 37 404 bekannt.

Bei diesem ist die Turbine des Gaserzeugers mit der Nutzleistungsturbine zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei Teillastbetrieb kuppelbar. Ferner soll hierdurch ein Durchgehen der Nutzleistungsturbine beim Abkuppeln der Last verhindert werden, um eine dynamische Bremsung des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.

Es gibt nun Anwendungsfälle, in denen es erwünscht ist, daß ein Gasturbinentriebwerk sowohl eine Abtriebswelle antreiben kann als auch eine beachtliche Menge von Druckluft zu liefern imstande sein soll. Dies kann beispielsweise bei von Gasturbinentriebwerken angetriebenen Fahrzeugen zum Transport von Schüttgut der Fall sein, bei denen das Entladen mittels Druckluft erfolgt. Derartige Fahrzeuge können Land- oder Wasserfahrzeuge sein.

Zum Entladen von Schüttgut hat man bisher die Abgase einer Hubkolbenmaschine verwendet oder Druckluft von einem Hilfsverdichter, der unabhängig von der Antriebsanlage des Fahrzeugs arbeitet, oder durch einen Verdichter, der von einer von den Abgasen einer Hubkolbenmaschine angetriebenen Gasturbine angetrieben wird. Beispiele dieser Art finden sich in US-PS 34 95 766, GB-PS 7 36 318 und US-PS 27 69 500. Diese Bauarten sind aufwendig.

Andererseits ist ein Gasturbinentriebwerk nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 außerstande, die für derartige Hilfszwecke erforderliche Menge von Druckluft zu liefern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein solches Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerk so weiter

ι auszugestalten, daß es wahlweise eine erhöhte Lieferung von Druckluft für Hilfszwecke, beispielsweise zum Entladen von Schüttgut, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöst.

ι Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus dem Unteranspruch.

Die erfindungsgemäße Lösung erfordert im wesentlichen keine Änderung des Gasturbinentriebwerks für seine Zwecke als Antrieb des Fahrzeugs.

j In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele von Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerken nach der Erfindung dargestellt. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerks nach der Erfindung und

F i g. 2 eine Teildarstellung einer abgewandelten Ausführungsform.

Das Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerk nach F i g. 1 weist einen Verdichter 2 auf, der atmosphärische Luft ansaugt und über eine Druckluftleitung 3 zu dem einen Zug eines Abgaswärmetauschers 4 fördert, in dem die Luft durch Wärmetausch mit den Abgasen des Triebwerks erwärmt wird. Die erwärmte verdichtete Luft fließt dann durch eine Druckluftleitung 5 zu einer Brennkammer 6, in welcher Brennstoff in der verdichteten Luft verbrannt wird. Die dort gebildeten Treibgase werden einer Turbine 7 zugeleitet, die über eine Gaserzeugerwelle 8 den Verdichter 2 antreibt. Der Verdichter, die Brennkammer und die Turbine stellen den Gaserzeuger des Gasturbinentriebwerks dar. Die Abgase der Turbine 7 werden über eine Leitung 9 einer Nutzleistungsturbine 10 zugeleitet, die eine Abtriebswelle 11 antreibt. Die Abtriebswelle 11 ist über eine Schaltkupplung 12 und ein Fahrgetriebe 14 mit einer Last 15 verbunden, beispielsweise den Antriebsrädern eines Fahrzeuges. Die Kupplung kann selbstverständlich ein Teil des Fahrgetriebes 14 sein, und das Fahrgetriebe selbst kann als handgeschaltetes oder selbsttätig schaltendes Getriebe ausgebildet sein. Die Abgase der Nutzleistungsturbine 10 fließen über die Leitung 16 durch den anderen Zug des Abgaswärmetauschers 4 und werden über eine Auslaßleitung 18 ins Freie ausgestoßen.

Der Abgaswärmetauscher 4 kann in Fortfall kommen, ist aber in derartigen Triebwerken erwünscht. Die Turbine 7 des Gaserzeugers treibt außerdem eine Welle 19 und die Nutzleistungsturbine 10 eine Welle 20 an, welche zur Leistungsübertragung über eine schematisch angedeutete Kupplung 22 miteinander verbindbar sind. Wie bekannt, arbeitet die Nntzleistungsturbine 10 normalerweise mit etwas geringerer Drehzahl als die Turbine 7 des Gaserzeugers, so daß die praktische Ausführung der Kupplung 22 die Einschaltung von Getrieben erfordert, wie dies in den erwähnten Patenten beschrieben ist.

Das Gasturbinentriebwerk wird durch eine Brennstoffregeleinrichtung 24 gesteuert, die über einen Stellhebel 26 willkürlich beeinflußbar ist, beispielsweise über ein fuß- oder handbetätigtes Stellglied. Von einer nicht dargestellten Brennstoffpumpe wird Brennstoff unter Druck der BrennstoTfregeleinrichtung 24 zugeleitet, die die gewünschte Brennstoffmenge zur Brennkammer zumißt, um die gewünschte Leistung unter Vermeiden von Überdrehzahlen, Übertemperaturen

u.dgl. zu erzielen, wie dies allgemein üblich ist. Die Zufuhr des Brennstoffs zur Brennkammer 6 erfolgt über eine Brennstoffleitung 27. Die Brennstoffregeleinrichtung 24 erhält einen Impuls für die Drehzahl der Turbine 7 des Gaserzeugers über eine Welle 28, die von der Gaserzeugerwelle 8 angetrieben ist, und einen Impuls über die Einlaßtemperatur an dieser Turbine 7, der von einem Thermoelement 30 erfaßt wird. Notfalls können auch weitere Impulse zur Brennstoffregelung herangezogen werden; dies ist jedoch im Zusammenhang j.iit der vorliegenden Erfindung ohne Interesse.

Im Ausführungsbeispiel werden die Schaltkupplung 12 und die Kupplung 22 durch Drucköl betätigt und die hierzu dienende Druckölanlage ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Eine ölpumpe 31 wird über eine Welle 32 von der Welle 19 von der Turbine 7 des Gaserzeugers angetrieben und saugt Öl aus einem Sumpf an. Die ölpumpe 31 fördert über eine Förderleitung 34 zu einer Steuereinrichtung 35 für die Kupplung 22, zu einem normalerweise geschlossenen Ventil 36 und zu einem normalerweise offenen Ventil 38. Das normalerweise offene Ventil 38 liegt vor einer Steuereinrichtung 39 für die Schaltkupplung 12, die die Druckölzufuhr zu einem Druckzylinder 40 der Schaltkupplung 12 bestimmt. Die Zufuhr von Drucköl zum Zylinder 40 veranlaßt ein Einrücken der Schaltkupplung 12 und bewirkt damit die Leistungsübertragung auf die Last. Wie bereits erwähnt, kann die Schaltkupplung 12 Teil des Fahrgetriebes 14 sein, wobei dann die Steuereinrichtung 39 in die Steueranlage des Fahrgetriebes eingegliedert ist. Selbsttätig schaltende Getriebe sehen ein Schalten in den Leerlauf vor, bei dem die Antriebsmaschine von der Last abgekuppelt ist. In abgewandelter Weise kann ein Ventil vorgesehen sein, das betätigt ein Ablassen des Drucköls aus der Kammer 40 der Schaltkupplung 12 gestattet. Das Ventil 38 kann durch einen Magneten 42 geschlossen werden, der von einer elektrischen Kraftquelle, beispielsweise einer Batterie 43, erregt wird, wenn ein willkürlich betätigbarer Schalter 44 geschlossen wird. Der Strom fließt dann über einen Leiter 46 zum Magneten 42. Bei geschlossenem Ventil 38 wird die Zufuhr von Drucköl zur Schaltkupplung 12 unterbrochen, so daß diese ausgerückt wird. Die Steuereinrichtung 39 kann für besondere Maßnahmen ausgebildet sein, jedoch kann die Schaltkupplung 12 auch in einfacher Weise von Hand ausrückbar ausgebildet werden.

Die Steuereinrichtung 35 für die Kupplung 22 arbeitet im wesentlichen wie die entsprechende Steuereinrichtung in dem Gasturbinentriebwerk nach der US-PS 32 37 404. Um Drucköl einem Druckzylinder 47 der Kupplung 22 zuzuleiten, wenn diese einzurücken ist. Das normalerweise geschlossene Ventil 36 kann durch einen Magneten 48 geöffnet werden, wenn der Magnet über den Leiter 46 von der Batterie 43 erregt wird. Das über das geöffnete Ventil 36 zugeleitete Drucköl bewirkt dann das Einrücken der Kupplung 22 unabhängig von dem Einfluß der Steuereinrichtung 35. Wird die Kupplung 22 selbsttätig eingerückt, wenn die Nutzleistungsturbine 10 Überdrehzahlen annimmt, so ist das ι Ventil 36 nicht erforderlich. Wird die Drosselklappe geöffnet und die Schaltkupplung 12 ausgerückt, so wird die Kupplung 22 eingerückt, wie dies in der US-PS 32 37 404 beschrieben ist.

Die Anlage zur Ableitung von Druckluft weist eine ι Luftentnahmeleitung 50 auf, die von der Druckluftleitung 3 zwischen dem Verdichter 2 und der Brennkammer 6 abzweigt und normalerweise durch ein Ventil 51 verschlossen ist. Die Luftentnahmeleitung 50 führt zu einer Druckluftleitung 52. Diese wird versorgt, wenn das Ventil 51 durch einen Magneten 54 geöffnet wird, der über den Leiter 46 bei geschlossenem Schalter 44 von der Batterie 43 erregt wird. Normalerweise sind steuerbare Ventile 53 im Bereich der Verbraucher der Druckluft vorgesehen.

Ein Schließen des Schalters 44 unterbricht also die Übertragung der Leistung von der Nutzleistungsturbine 10 zum Fahrgetriebe und zu den angetriebenen Fahrzeugrädern, kuppelt die Nutzleistungsturbine 10 mit der Turbine 7 des Gaserzeugers über die Kupplung 22 und öffnet das Ventil 51, um vom Verdichter 2 gelieferte Druckluft für Hilfszwecke abzuleiten. Es ist jedoch nicht notwendig, daß alle diese Schaltvorgänge von einer einzigen Betätigungseinrichtung, wie dem Schalter 44, ausgelöst werden, jedoch ist dies eine zweckmäßige und einfache Art, zum Erfolg zu kommen. Erwünscht ist es, eine Verriegelung vorzusehen, die ein öffnen des Ventils 51 verhindert, sofern die Kupplung 22 nicht ausgerückt ist.

Sind die beiden Turbinen 10 und 7 gekuppelt, so wird die Leistung der Nutzleistungsturbine durch Ausnutzung der Abgase der Turbine 7 des Gaserzeugers verfügbar, so daß der Verdichter trotz der Ableitung eines Teils der Druckluft ausreichend Lu(t zur Versorgung der Turbine 7 liefern kann. Es kann etwa ein Viertel der vom Verdichter verdichteten Luft abgeleitet werden.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist bei einem Gasturbinentriebwerk mit 280-Wellen-PS und einem Luftdurchsatz von 1,8 kg/sec bei einer Einlaßtemperatur von 925° C an der Turbine eine Ableitung von Druckluft von 1,75 kg/cm² Druck in einer Menge von 0,45 kg/sec möglich. Hierbei läuft das Gasturbinentriebwerk mit etwa 90% der Höchstdrehzahl. Das Triebwerk kann auf eine gewünschte Drehzahl über die Brennstoffregeleinrichtung 24 eingestellt werden.

F i g. 2 zeigt eine mögliche Abwandlung der erstbeschriebenen Bauform des Gasturbinentriebwerks. Wesentliche Teile des Triebwerks entsprechen den in Fig. 1 dargestellten Teilen. Unterschiedlich ist, daß die für Hilfszwecke abgeleitete Luft durch den Abgaswärmetauscher 4 erhitzt wird. Es kann erwünscht sein, ziemlich heiße Luft als Druckluft für die Hilfszwecke zur Verfugung zu haben. In diesem Falle ist die Druckluftleitung 3' vom Verdichter 2 durch den einen Zug des Abgaswärmetauschers 4 hindurchgeführt und über die Leitung 5' an die Brennkammer 6 angeschlossen. Hinter dem Abgaswärmetauscher ist eine Luftentnahmeleitung 56 angeschlossen, die über ein normalerweise geschlossenes Ventil 58 zu der Druckluftleitung 60 für heiße Luft führt. Das Ventil 58 kann durch den Magneten 54 (gemäß Fig. 1) geöffnet werden, um die Ableitung der Druckluft für Hilfszwecke einzuschalten. Jedoch ist zu bemerken, daß die vom Verdichter gelieferte Luft bereits eine nicht unbeachtliche Erwärmung aufweist, so daß diese zusätzliche Aufheizung der Druckluft im Abgaswärmetauscher 4 häufig nicht erforderlich oder sogar nicht erwünscht sein kann.

Bei beiden Bauarten kann die Steuerung vereinfacht werden, wenn die Steuereinrichtung 35 eine selbsttätige Kupplung der Nutzleistungsturbine 10 mit der Turbine 7 des Gaserzeugers bewirkt, wenn die Nutzleistungsturbine Überdrehzahlen annimmt. In diesem Falle wird das Abkuppeln der normalen Belastung von der Nutzleistungsturbine an dieser Überdrehzahlen auslösen,

wodurch das selbsttätige Einrücken der Kupplung 22 und damit die Verbindung mit der Turbine 7 des Gaserzeugers hergestellt wird.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergibt also eine vorteilhafte Arbeitsweise des Triebwerks zum Antrieb eines Fahrzeugs oder einer anderen Last oder alternativ zur Lieferung von Druckluft für andere Zwecke. Zu diesen kann das Entleeren von Tankwagen gehören, die pulverförmige oder flüssige Ladung enthalten, wie beispielsweise Zement, Flugasche, flüssigen Dünger, kleine Körner, Brennöl und heiße Destillate, Kunststoff als Schüttgut usw. Die abgeleitete Druckluft könnte auch zur Betätigung eines Luftmotors zum Antrieb für weitere Hilfsgeräte verwendet werden, beispielsweise einer Pumpe, eines Verdichters oder elektrischer Generatoren.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Kraftfahrzeug-Gasturbinentriebwerk mit

a) einem aus Verdichter, Brennkammer und den Verdichter über eine Gaserzeugerwelle antreibenden Turbine bestehenden Gaserzeuger;

b) einer freien Nutzleistungsturbine, deren Abtriebswelle über eine Schaltkupplung mit dem Fahrgetriebe des Kraftfahrzeugs verbindbar ist;

c) einer ausrückbaren Kupplung zwischen der Gaserzeugerwelle und der Abtriebswelle,