DE2330095A1

DE2330095A1 - HOUSING WITH LID FOR A GAS TURBINE, IN PARTICULAR FOR MOTOR VEHICLES

Info

Publication number: DE2330095A1
Application number: DE2330095A
Authority: DE
Inventors: Thomas R Stockton
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1972-06-19
Filing date: 1973-06-13
Publication date: 1974-01-03
Also published as: GB1375816A; US3791138A; JPS4950312A; CA977166A

Description

PATENTANWALT DIPL. ING. HANS-PETER GAUGER PATENT ADVOCATE DIPL. ING. HANS-PETER GAUGER

P.A. DIPL. INC. HANS-PETER CAUCER · β MÖNCHEN 81 ■ EFFNERSTR. 43P.A. DIPL. INC. HANS-PETER CAUCER · β MÖNCHEN 81 ■ EFFNERSTR. 43

8 MÖNCHEN β! EFFNERSTRASSE 43 TELEFO N ΟβΗ / 9βΟ8 MONKS β! EFFNERSTRASSE 43 TELEFO N ΟβΗ / 9βΟ

TELEGRAMMADRESSE) CAUPAT MÖNCHENTELEGRAM ADDRESS) CAUPAT MÖNCHEN

IHR ZEICHEN:
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MEIN ZEICHEN: GFK-2635 MY REF.:MY CHARACTER: GFK-2635 MY REF .:

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13. Juni 1973June 13, 1973

Lawyer File: GFK-2635

PORD-WMlKEAErIENGJgSELLSCHAPT, 5 KÖLN-DEUTZ, OTTOPIATZ 2PORD-WMlKEAErIENGJgSELLSCHAPT, 5 COLOGNE-DEUTZ, OTTOPIATZ 2

Gehäuse mit Deckel für eine Gasturbine, insbesondere fürHousing with cover for a gas turbine, especially for

Kraf t fahrzeuge.Power vehicles.

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit angeflanschten Deckel für eine Gasturbine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem durch innere Trennwände gegeneinander abgeteilte Hoehdruek-Einströmkammern^ und Niederdruek-Ausströmkammern vorliegen, die untereinander über einen dem Wärmeaustausch sswischen den ausströmenden Verbrennungsgasen und der einströmenden Frischluft dienenden rotierenden Regeneratorkern in Verbindung stehen.The invention relates to a housing with a flanged cover for a gas turbine, in particular for motor vehicles, in which Hoehdruek inflow chambers are separated from one another by inner partitions and low-pressure discharge chambers are present, which among each other via a heat exchange sswischen the outflowing Combustion gases and the incoming fresh air serving rotating regenerator core are in connection.

Bei den bis jetzt für Kraftfahrzeuge gebauten Gasturbinen sind die Hochdruck- und Niederdruckkammern teilweise in dem die Nutzleistungsturbine und die Antriebsturbine für den Frischluft-Verdichter aufnehmenden Gehäuse und teilweise in dem denIn the gas turbines built up to now for motor vehicles, the high-pressure and low-pressure chambers are partially in the Power turbine and the drive turbine for the fresh air compressor receiving housing and partially in the

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Regeneratorkern nach oben abdeckenden Deckel ausgebildet. Gehäuse und Deckel sind vergleichsweise schwere Gußteile, deren Gieösen oft recht schwierig ist und die meistens eine komplexe Nachbearbeitung erfordern« Die Nachbearbeitung ist insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Bereitstellung korrekter Strömungsquerschnitte wichtig. Außer diesen fertigungstechnischen Nachteilen besitzen die bekannten Gasturbinen respektive ihr Gehäuse und der daran angeflanschte Deckel den Nachteil, daß insbesondere der in dem Deckel liegende Teil der Hoohdruckkammer relativ schwierig abzudichten ist gegen den entsprechenden Teil der Niederdruckkammer, in welche die hochverdichtete Frischluft nicht überströmen soll. Ein weiterer Nachteil ist noch in der vergleichsweise großen Bauhöhe zu erblicken, die eben hauptsächlich dadurch verursacht ist, daß die Druckkammern auch im Deekel ausgebildet sind.Regenerator core formed upwardly covering lid. Housing and cover are comparatively heavy cast parts, their pouring eyes is often quite difficult and which usually require complex post-processing «The post-processing is particularly under the aspect of providing correct flow cross-sections important. In addition to these disadvantages in terms of manufacturing technology, the known gas turbines and their housings respectively have them and the lid flanged to it has the disadvantage that in particular the part of the high pressure chamber located in the lid is relatively is difficult to seal against the corresponding part of the low pressure chamber, into which the highly compressed fresh air should not flow over. Another disadvantage is still in the comparative large construction height, which is mainly caused by the fact that the pressure chambers also in the Deekel are trained.

Aus diesen Hinweisen kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hergeleitet werden. Diese bestand darin, nach einer einfacheren Herstellungsmöglichkeit solcher Turbinengehäuse mit angeflanschtem Deckel zu suchen, wobei ein besonderes Augenmerk auf eine Verkleinerungsmöglichkeit der Bauhöhe gerichtet wurde.The object of the present invention can be derived from these indications. This consisted of looking for a simpler one To look for the possibility of producing such turbine housings with a flanged cover, paying special attention to one Reduction of the height was directed.

Diese Aufgabe ist nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Niederdruckkamraer über die in einer Gehäuseeinfassung ausgebildete Regeneratoröffnung und eine in dem Gehäusedeckel ausgebildete Durchströmkammer an die aus einer weiteren Gehäusekammer ausmündende Auslaßöffnung für die Verbrennungsabgase angeschlossen ist, wobei der in deren Strömungsweg liegende Bereich des in der Gehäuseeinfassung angeordneten ilegeneratorkerns randseitig an der äußeren Stirnfläche von einer die Regeneratoröffnung simsartig umgrenzenden Dichtungskante und an der inneren Stirnfläche von einer damit zusammenwirkenden Dichtungsschulter überdeckt ist.This object is achieved according to the present invention in that the low-pressure cameras are in a housing enclosure formed regenerator opening and a throughflow chamber formed in the housing cover to that of a further housing chamber Outgoing outlet opening for the combustion exhaust gases is connected, the area lying in the flow path thereof of the generator core arranged in the housing enclosure on the edge of the outer face of one of the regenerator opening Sims-like bounding sealing edge and on the inner face of a cooperating sealing shoulder is covered.

Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, unter Bereitstellung einer äußerst einfachen und dennoch sehr wirksamen, ein Überströmen der Frischluft in die Niederdruckkammer verhinderndenAccording to the invention, provision is accordingly made an extremely simple, yet very effective, one that prevents fresh air from flowing into the low-pressure chamber

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Dichtung die Niederdruckkammer nur in dem Gehäuse auszubilden. Dadurch entfällt das Erfordernis für eine Herstellung auch des Deckels als Gußteil, so daß die Herstellungskosten niedriger gehalten werden können. Sofern gem. der bevorzugten Ausbildung der Erfindung auch für die Frischluft im Gehäusedeokel nur eine Durchströmkammer ausgebildet wird, ist es dann weiterhin möglich, den Gehäusedeckel als einen vergleichsweise flachen und dünnwandigen Konstruktionsteil auszubilden, d.h. der Gehäusedeckel kann dann ohne weiteres ein bloßer, aus Blech ausgestanzter Foretell sein, wodurch im Vergleich zu den bekannten Ausführungen eine wesentlich reduzierte Bauhöhe für die Gasturbine erhalten wird.Seal the low-pressure chamber only in the housing. This also eliminates the need to manufacture the Lid as a casting, so that the manufacturing costs are kept lower can be. If, according to the preferred embodiment of the invention, only one for the fresh air in the housing doorbell Through-flow chamber is formed, it is then still possible to design the housing cover as a comparatively flat and thin-walled structural part, i.e. the housing cover can then without further ado a mere Foretell punched out of sheet metal, which in comparison to the known designs a significantly reduced overall height for the gas turbine is obtained.

Weitere zweckmäßige und vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Ansprüchen erfaßt. Sine augenblicklich bevorzugte AusfUhrungsform ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigttFurther expedient and advantageous developments of the invention are covered in the related claims. Sine instantly preferred embodiment is shown schematically in the drawing and is described in more detail below. It shows

Fig. 1 in perspektivischer und auseinandergezogener Darstellung das Gehäuse und dessen Deckel sowie die an letzteres zu befestigende Querrippe,Fig. 1 in a perspective and exploded view of the housing and its cover and the latter too fastening cross rib,

Fig. 2 einen durch die Drehachse des Regeneratorkern gelegten Querschnitt durch den oberen Gehäuseteil mit daran angeflanschtem Deckel und2 shows a cross-section through the upper housing part, with the part flanged to it, taken through the axis of rotation of the regenerator core Cover and

Fig. 3 in etwas größerem Maßstab einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2.FIG. 3 shows, on a somewhat larger scale, a section along the line 3-3 in FIG. 2.

Das Gehäuse 10 besitzt eine Einlaßöffnung 12 für die Frischluft und eine Auslaßöffnung lh für die Verbrennungsgas. Im Genaueehohlraum sind Innenwände 16 und 18 ausgebildet, die teilweise eine Kammer begrenzen, in welche die aus der Brennkammer ausgeströmten Verbrennungsgase eingeströmt werden. Die mittels eines an die Gehäusewand 22 angeflanschten ZentrifugalVerdichters verdichtete Frischluft wird in eine durch die Innenwand 16 gegen die Ausströmkammer der Verbrennungsgase abgetrennte Diffusorkammer 20 eingeströmt.The housing 10 has an inlet opening 12 for the fresh air and an outlet opening lh for the combustion gas. In the exact cavity, inner walls 16 and 18 are formed, which partially delimit a chamber into which the combustion gases that have flowed out of the combustion chamber flow. The fresh air compressed by means of a centrifugal compressor flanged to the housing wall 22 flows into a diffuser chamber 20 separated by the inner wall 16 from the outflow chamber of the combustion gases.

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Der von den Innenwänden ±6 und 18 umgrenzte Baum wird durch eine Trennwand 28 in zwei Kammern unterteilt, von welchen die der Innenwand 16 zugeordnete Kammer im Strömungsweg der Frischluft und die der Innenwand 18 zugeordnete Kammer im Strömungsweg der Verbrennungsgase liegt. An der Trennwand 28 ist die Drehachse 32 eines dem Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen und der Frischluft dienenden Eegeneratorkerns 30 fixiert, welcher in bekannter Weise achsparallele Druckströmkanäle aufweist und aus einem den Wärmeaustausch begünstigenden Material besteht. Die innere Stirnfläche dieses Regeneratorkern 30 überdeckt randseitig die oberen, in derselben Ebene liegenden Stirnflächen 3^ und 36 der beiden Innenwände l6 und 18, während die obere, gleichfalls in derselben Ebene liegende Stirnfläche 38 der Trennwand 28 entlang einer betreffenden Durchmesserlinie des Eegeneratorkerns verläuft. Auf die Stirnflächen 3%, 36 und 38 aufgelegt ist eine Dichtung 40, 42, so daß dadurch die untere Stirnfläche des Regeneratorkerns bezüglich der anschließenden Druckkammern abgedichtet wird.The tree surrounded by the inner walls ± 6 and 18 is divided by a partition 28 into two chambers, of which the chamber assigned to the inner wall 16 is in the flow path of the fresh air and the chamber assigned to the inner wall 18 is in the flow path of the combustion gases. The axis of rotation 32 of a generator core 30 serving the heat exchange between the combustion gases and the fresh air is fixed to the partition wall 28, which in a known manner has axially parallel pressure flow channels and consists of a material that promotes heat exchange. The inner end face of this regenerator core 30 covers the edge side of the upper, in the same plane end faces 3 ^ and 36 of the two inner walls 16 and 18, while the upper, also in the same plane, end face 38 of the partition wall 28 runs along a relevant diameter line of the generator core. A seal 40, 42 is placed on the end faces 3%, 36 and 38, so that the lower end face of the regenerator core is thereby sealed off with respect to the adjoining pressure chambers.

Der Regeneratorkern 30 ist innerhalb einer Gehäuseeinfassung 44 angeordnet, die sich folglich nach oben über die Stirnflächen 34, 36 und 38 der Wände l6, 18 und 28 erhebt. An dieser Gehäuseeinfassung 44 ist eine etwa C-förmige Dichtungskante 46 ausgebildet, welche den den ausströmenden Verbrennungsgasen ausgesetzten Bereich des Regeneratorkerns an seiner äußeren Stirnfläche randseitig überdeckt. Qe folglich simsartig ausgebildete Dichtungskante 46 besitzt eine innere Dichtungsfläche für eine etwa D-förmige Dichtung 48, welche die Wirkung der Dichtung 40, 42 in diesem, im Strömungsweg der Verbrennungsgase liegenden Bereich des Regeneratorkerns 30 an dessen äußerer Stirnfläche ergänzt. Der gerade Abschnitt dieser etwa D-förmigen Dichtung 48 wirkt mit einer Dichtungsfläche 58 zusammen, die in derselben Ebene liegt wie die Dichtungsfläche der Dichtungskante 46 und die an einer den Gehäusedeckel 60 versteifenden Querrippe 68 ausgebildet ist. Die Enden dieser oberhalb der Trennwand 28 liegenden und mit dem Gehäusedeckel 60 mittels Bolzen 72 ver-The regenerator core 30 is arranged within a housing enclosure 44, which consequently extends upwards over the end faces 34, 36 and 38 of the walls 16, 18 and 28 rises. At this housing surround 44 an approximately C-shaped sealing edge 46 is formed, which are exposed to the exhausting combustion gases Area of the regenerator core covered on the edge side on its outer end face. Qe consequently trained like a sims Sealing edge 46 has an inner sealing surface for an approximately D-shaped seal 48, which the effect of the seal 40, 42 in this lying in the flow path of the combustion gases Area of the regenerator core 30 added to its outer end face. The straight section of this roughly D-shaped seal 48 cooperates with a sealing surface 58 in the same Like the sealing surface of the sealing edge 46 and the transverse rib stiffening the housing cover 60, it is level 68 is formed. The ends of these above the partition 28 and connected to the housing cover 60 by means of bolts 72

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schraubten Querrippe 63 fassen in tascbenförmige Aussparungen 52 und 56 der oberen Stirnfläche 54 des Gehäuses iO ein, an welche der Deckel 60 unter Zwischenfügung einer Flachdichtung 66 angeflanscht wird.screwed transverse rib 63 grasp in pocket-shaped recesses 52 and 56 of the upper end face 54 of the housing iO a, on which the cover 60 is flanged on with a flat gasket 66 in between.

Der Deckel 60 ist ein vergleichsweise flacher, aus Blech ausgestanzter Formteil, an welchem eine im Strömungsweg der Frischluft zwischen den Diffusorkammer 20 und der duroh die Wände 16 und 28 begrenzten Hochdruckkammer liegende Durchströmkammer 62 ausgebildet ist. Weiterhin ist an dem Deckel 60 eine im Strömungsweg der Verbrennungsgase zwischen der durch die Wände 18 und 28 begrenzten Niederdruckkammer und einer weiteren Gehäusekammer 26, an welche die Auslaßöffnung 14 angeschlossen ist, liegende Durchströmkamner 64 ausgebildet. Der Gehäusedekel und die an ihm befestigte Querrippe besitzen noch eine Durchstecköffnung für den mit der Trennwand 28 verschraubten Lagerzapfen 70 für den Regeneratorkern 30, der durch ein koaxial angeordnetes und mit einem Antriebsritzel in Eingriff stehendes Hohl rad 74 in Drehung versetzbar ist.The cover 60 is a comparatively flat one that is punched out of sheet metal Molded part on which one in the flow path of the fresh air between the diffuser chamber 20 and the wall 16 and flow-through chamber 62 located in a limited high-pressure chamber is trained. Furthermore, on the cover 60 there is one in the flow path of the combustion gases between that through the walls 18 and 28 limited low pressure chamber and a further housing chamber 26, to which the outlet opening 14 is connected, lying throughflow chamber 64 is formed. The case cover and the transverse rib attached to it still have a through opening for the bearing pin screwed to the partition wall 28 70 for the regenerator core 30, the hollow wheel through a coaxially arranged and with a drive pinion in engagement 74 can be set in rotation.

Im Betrieb der Gasturbine geben die mit einer Temperatur von etwa 790 C aus der Nutzleistungsturbine ausströmenden Verbrennungsgase ihre Wärme an den drehenden Regeneratorkern 30 ab, so daß sich ihre Temperatur auf etwa 275°C erniedrigt. Andererseits strömt die Frischluft dem Regeneratorkern mit einer Temperatur von etwa 230⁰C zu, so daß sich durch diese unterschiedliche Teahperaturbeaufsehlagung Verwindungen des Regeneratorkerns ergeben können. Kommt es zu solchen Verwindungen des Regeneratorkerns, so werden diese sofort aufgefangen einerseits von der simsartigen Dichtungskante 46 der Gehäuseeinfassung 44 und der Querrippe 68 des Gehäusedeckels 60 und andererseits von den damit zusammenwirkenden Dichtungsschultern, die durch die oberen Stirnflächen 34, 36 und 38 der Gehäuseinnenwände 16, 18 und 28 gebildet sind. Folglich ist immer dafür gesorgt, daß die unter hohem Druck den Regeneratorkern 30 durchströmende Frischluft nicht überströmen kann zu den den Regeneratorkern unter niederem Druck durchströmenden Verbrennungsgasen· Weil weiterhin durch dieWhen the gas turbine is in operation, the combustion gases flowing out of the power turbine at a temperature of about 790 ° C. give off their heat to the rotating regenerator core 30, so that their temperature drops to about 275 ° C. On the other hand, the fresh air flows to the regenerator having a temperature of about 230 ⁰ C, so that can result from these different Teahperaturbeaufsehlagung distortions of the regenerator core. If such twisting of the regenerator core occurs, these are immediately absorbed on the one hand by the cornice-like sealing edge 46 of the housing surround 44 and the transverse rib 68 of the housing cover 60 and, on the other hand, by the sealing shoulders interacting with it, which are formed by the upper end faces 34, 36 and 38 of the housing inner walls 16 , 18 and 28 are formed. Consequently, it is always ensured that the fresh air flowing through the regenerator core 30 under high pressure cannot flow over to the combustion gases flowing through the regenerator core under low pressure

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Querrippe 58 der im Hochdruekbereich liegende Teil der Flaehdichtung 66 gegen den im Niederdruclcbereich liegenden Teil isoliert ist, werden für die Verschraubung des Gehäusedeckels mit dem Gehäuse weniger Bolzen als bei den bekannten Gehäuseausführungen benötigt, gegenüber welchen auch der Vorteil einer kleinen Bauhöhe und einer konstruktiven Einfachheit des Gehäusedeckels vorliegt.Cross rib 58 that part of the face seal lying in the high pressure area 66 is isolated from the part lying in the low pressure area, are used for screwing the housing cover with the housing requires fewer bolts than with the known housing designs, compared to which the advantage of a small one Overall height and a structural simplicity of the housing cover is present.

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Claims

A a s ρ r Uc Ii e

Housing with flanged cover for a gas turbine, in particular for motor vehicles, in which by internal partitions High-pressure inflow chambers and low-pressure outflow chambers separated from one another are present, which among each other via a heat exchange between the outflowing combustion gases and the rotating regenerator core serving the inflowing fresh air, characterized in that, that the low pressure chamber is in a housing enclosure (44) formed generator opening and a through-flow chamber (64) formed in the housing cover (24) the outlet opening (14) for the combustion gases opening out of a further housing chamber (26) is connected, wherein the area of the regenerator core (30) arranged in the housing enclosure, which is in the flow path thereof, at the edge of the outer end face of a sealing edge (46) which delimits the regenerator opening like a ledge and on the inner end face is overefct by a cooperating sealing shoulder (36, 38).

2. Housing according to claim 1, characterized in that that the exposed to the combustion gases in the low pressure range Part of a flat seal (66) underlying the housing cover (60) against the part of this flat seal located in the high pressure area is isolated *

3. Housing according to claims i and 2, characterized in that in the housing cover (6o) a further, in the flow path of the fresh air between a diffuser inflow chamber (20) and the inflow side of the regenerator core (30) lying through-flow comer (62) is formed.

4. Housing according to at least one of claims i to 3, characterized in that the housing cover (6o) is a is a comparatively flat and thin-walled structural part, which has a stiffening transverse rib (68) which is aligned to the partition (28) between the low pressure chamber and the High pressure chamber is arranged and the one with respect to the outer

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Front surface of the regenerator core (30) in the same plane as the ledge-like sealing edge (46) has sealing surface (58).

5. Housing according to claim 4, characterized in that the ends of the transverse rib (68) in pocket-shaped recesses (52, 56) as the flange for the housing cover (60) border serving end face (54) of the housing.

6. Housing according to claim 4 or 5 »characterized in that that the housing cover (6o) is a molded part punched out of sheet metal to which the transverse rib (68) is attached.

7. Housing according to at least claim 1, characterized in that the sealing shoulder on the inner End face of the regenerator core (30) through the upper end face (36, 38) of the walls delimiting the low-pressure chamber (18, 28) is formed.

8. Housing according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the ledge-like sealing edge (46) of the housing surround (44) and the transverse rib (58) of the Housing cover (60) with an approximately D-shaped seal (48) underneath and the sealing shoulder (36, 38) with a likewise approximately D-shaped seal (40, 42) are covered.

9. Housing according to at least claims 7 and 8, characterized that the upper end faces (34, 38) of the walls (l6, 28) delimiting the high pressure chamber in the same Like the upper end faces (36, 38) of the walls (18, 28) delimiting the low-pressure chamber and of a plane lie with respect to the inner face of the kegenerator core (30) effective seal (40) are covered.

10. Housing according to at least claims 8 and 9, characterized in that g that those concerning the inner forehead—

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surface of the regenerator core (30) effective seals are designed as a one-piece seal (^ 0.42).

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