DE2331407C3 - Zweiwellen-Gasturbinenanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweiwellen-Gasturbir.cnanlage für Kraftfahrzeuge mit einem Gaserzeuger, der zumindest einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Verdichterturbine aufweist, mit einer Nutzlastturbine, die über ein Untersetzungsgetriebe eine Abtriebswelle antreibt und mit Hilfsaggregaten für den Gaserzeuger und das Kraftfahrzeug, wobei der Gaserzeuger etwa rechtwinklig oberhalb der etwa horizontal gelagerten Nutzlastturbine mit etwa vertikaler Mittelachse angeordnet ist.

Es ist eine Gasturbinenanlage in Zweiwellenbauart mit einem Gaserzeuger, einem Wärmetauscher und einer Nutzlastturbine bekannt (US-PS 32 07 003). Hierbei sind Hauptabtriebsmöglichkeiten an beiden Enden der Nutzlastturbine vorgesehen, die deren Einbaulänge durch ihre Kombination mit einem Planetengetriebe und einer hydraulischen Bremse über die Ausmaße der oberhalb der Nutzlastturbine angeordneten Kombination von Gaserzeuger und Wärmetau= scher hinaus ungünstig verlängern. Infolgedessen können die Hilfsaggregate für den Gaserzeuger und das Kraftfahrzeug, über deren Anordnung in der genannten Schrift keinerlei Angaben gemacht Werden, nur um die Gasturbine herum angeordnet werden, so daß sie schwer zugänglich und daher ungünstig zu warten sind. Weiterhin besteht bei Kraftfahrzeugen, insbesondere Lastkraftfahrzeugen, das Problem, daß der Querabstand zwischen den Längsträgern begrenzt ist, da bei vorgegebener Breite des Fahrzeuges ein ausreichender Einschwenkwinkel der Lenkräder möglich sein muß. Darüber hinaus besteht die Forderung, daß in einen bestimmten Winkelbereich mit der Horizontalen, ausgehend von der Standlinie der vorderen Räder, keine Bauteile der Gasturbine hineinreichen dürfen, um den für die Geländegängigkeit des Fahrzeuges freizuhaltenden Böschungswinkel nicht zu verringern.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, für eine Gasturbine mit der beschriebenen Zuordnung der Komponenten eine Anordnung der Hil^fsaggregate anzugeben, die zu einer kompakten Gestalt des Gesamtaggregates führt, wobei die Hilfsaggregate gut

^lJ und insbesondere von gleicher Stelle aus zugänglich sein sollen und diese Stelle gleichfalls Zugriff zu den weiteren zu wartenden Teilen, wie z. B. Ansaugluftfilter, bieten soll. Weiterhin soll die Gasturbine in ihrer äußeren Form und in ihren Abmessungen so ausgebildet sein, daß sie für den wahlweisen Einbau in einem Kraftfahrzeug ansteiie einer Hubkolbenbrennkraftmaschine geeignet ist.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrundeliegt, wird dadurch erfüllt, daß im Bereich der Spitze des durch den Gaserzeuger und die Nutzlastturbine gebildeten Winkels die Hilfsaggregate der Gasturbine, z. B. Starter, Brennstoffpumpe und Ölpumpe, die mit der Gaserzeugerwelle gekuppelt sind, und die Kraftfahrzeughilfsaggregate, z. B. Lichtmaschine, Kompressor und Hydraulikpumpe, die von der Abtriebswelle oder von der vorderen Zusatzabtriebswelle aus angetrieben sind, angeordnet sind. Eine Gasturbine mit derartig angeordneten Hilfsaggregaten, die sich raumsparend in das durch Gaserzeuger, Wärmetauscher und Nutzlastturbine gegebene Blockmaß einfügen, erreicht bezüglich der Einbaulänge und Einbaubreite die günstigsten Werte und gleicht sich vorteilhaft den Abmessungen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine an, da der im Winkel zwischen den Wellen freie Raum d jrch die Anordnung der Hilfsaggregate so ausgefüllt wird, daß sich ein im wesentlichen quaderförmiges Aggregat ergibt. Durch seine begrenzte Länge ist die Möglichkeit gegeben, ohne besondere Schwierigkeiten den erforderlichen Böschungswinkel frei zu halten. Darüber hinaus bietet

4J die der Erfindung entsprechende Anordnung insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit angetriebener Vorderachse den Vorteil, daß aufgrund der Kürze des unteren Gehäuses genügend Raum für die Bewegungen des Differentialgehäuses der angetriebenen Vorderachse frei bleibt. Bei einer Gasturbine, bei der der Gaserzeuger, die Nutzlastturbine und das Untersetzungsgetriebe in einem Gehäuse eingebaut sind, ist es zwecks erleichterten Austausches des hochbelasteten und daher am ehesten dem Verschleiß unterliegenden Gaserzeugers vorteilhaft, wenn der Gaserzeuger, dessen Hilfsaggregate und die Brennkammer in einem Gehäuseteil zusammengefaßt sind, das leicht abnehmbar am Nutzlastturbinengehäuseteil angeflanscht ist. Dadurch ist es möglich, den Gaserzeuger auszuwechseln, ohne

6Q daß dafür die gesamte Gasturbine ausgebaut zu werden braucht Eine gute Wartungsmöglichkeit der Hilfsaggregate der Gasturbine, z. B. Starter, Brennstoffpumpe und ölpumpe, ist dann gegeben, wenn sie neben dem Gaserzeuger auf dessen der Nutzlastturbine abgewändten Seite angeordnet und mit der Gaserzeugerwelle gekuppelt sind. Die so angeordneten Hilfsaggregate liegen nach einfachem Hochklappen einer Kühlerjalousie bzw. Hoch- oder Wegklappen einer Stoßstange des

Kraftfahrzeuges frei, so daß ein ungehinderter Zugang möglich ist. Bei Gasturbinen für Kraftfahrzeuge ist es weiterhin günstig, wenn der Gehäuseteil des Gaserzeugers oberhalb des Verdichters einen Ansaugluftsammelraum umschließt, der oberhalb der Hilfsaggregate eine von einem Luftfilter abgeschlossene Ansaugöffnung hat Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, daß der Gaserzeuger ohne weitere Zuleitungen an der günstigsten Stelle, nämlich an der etwas höher gelegenen Frontpartie des Fahrerhauses Luft ansaugen kann. Der Zugang zu den Hilfsaggregaten des Kraftfahrzeugs, z. B. Lichtmaschine, Kompressor und Hydraulikpumpe, ist dann günstig, wenn sie unterhalb der Hilfsaggregate der Gasturbine etwa in Höhe der Nutzlastturbine an deren Gehäuseteil angeflanscht und von der Abtriebswelle aus angetrieben sind. Dadurch liegen alle Hilfsaggregate, sowohl die der Gasturbine als auch die des Kraftfahrzeuges, zusammen und können in einfacher Weise gleichzeitig gewartet werden. Durch den Antrieb der Hilfsaggregate des Kraftfahrzeuges von der Abtriebsweiie aus wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt, sondern lediglich der vorhandene ausgenutzt, da das Gehäuse der Nutzlastturbine im Querschnitt rund, der Raum zwischen den Längsträgern des Fahrzeugs jedoch rechteckig ist, so daß durch seitliche Verlagerung der Antriebswelle der Hilfsaggregate nur freier Raum ausgenutzt wird. Durch die erfinderische Ausgestaltung der Gasturbine ist es weiterhin möglich, daß die Nutzlastturbinenwelle auf der der Abtriebsv/elle gegenüberliegenden Seite durch das Gehäuse hindurch verlängert und als zusätzliche Abtriebswelle ausgebildet wird. Damit stehen Abtriebswellen verschiedener Drehzahlen zur Verfügung. Durch Zwischenschaltung eines geeigneten Getriebes ist es schließlich auch möglich, daß die Hilfsaggregate für das Kraftfahrzeug von der zusätzlichen Abtriebswelle aus angetrieben werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt Es zeigt

A b b. ι einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Gasturbinenanlage,

A b b. 2 eine Frontansicht der Gasturbinenanlage gemäß Abb. 1.

In den A b b. 1 und 2 ist mit 1 ein Gaserzeuger bezeichnet, der eine Gaserzeugerwelle 2 aufweist, auf der drehfest ein Verdichter 3 und eine Verdichterturbine 4 angeordnet sind. Die Rotationsteile des Gaserzeugers sind in einem Gaserzeugergehäuse 5 eingebaut, das in seinem oberen Bereich einen Ansaugluftsammelraum 6 aufweist. Der Ansaugluftsammelraum 6 weist eine trichterförmige Mündung auf, die durch einen Ansaugfilter 7 abgeschlossen wird. Die Gaserzeugerwe'.le 2 ist obeihalb des Ansaugluftsammelraumes im Gaserzeugergehäuse 5 durch ein Festlager 8 fixiert und weist im unteren Teil des Gehäuses zwischen dem Verdichter 3 und der Verdichterturbine 4 ein Loslager 9 auf. Oberhalb des Ansaugluftsammelraumes 6 weist das Gaserzeugergehäuse 5 einen Räderkasten 10 auf, durch den von der Gaserzeugerwelle 2 aus eine Hilfswelle 11 angetrieben wird, die parallel zur Gaserzeugerweile 2 durch den. Ansaugluftsammeiraum führt und zur Vermeidung von Strörnuhgsverlüsten Von einem Gehäuserohr 12 umgeben ist, das eine strömungsgünstige Querschnittsform aufweist In Wirkungsrichtung zwischen dem Verdichter 3 und der Verdichterturbine 4 ist am Gaserzeugergehäuse 5 eine Brennkammer 26 (in A b b. 1 nicht dargestellt) angebaut, in der die verdichtete Luft in heißes Gas umgewandelt wird. Die Brennkammer 26 ist tangential zur Verdichterturbine, etwa senkrecht zur Schnittebene der A b b. 1 angeordnet Unterhalb der trichterförmigen Mündung des

ίο Ansaugluftsammelraumes 6 sind Hilfsaggregate 13 für den Gaserzeuger angeflanscht, die von der Hilfswelle 11 aus angetrieben werden. Das Gaserzeugergehäuse 5 ist über einen Flansch 14 an einem die übrigen Teile der Gasturbine tragenden Gehäuse 15 zentrisch befestigt Im Gehäuse 15 ist eine Nutzlastturbinenwelle 17, auf der eine Nutzlastturbine 16 befestigt ist, gelagert Zwischen dem Gaserzeuger 1 und der Nutzlastturbine 16 ist eine Umlenkspirale 18 angeordnet, die die Abgase des Gaserzeugers auf die Nutzlastturbine 16 leitet Auf der der Umlenkspirale gegenüber¹ senden Seite der Nutzlastturbine ίο ist ein Afaga? ^animelraurn 19 angebaut, der die entspannten Abgase zu einem Wärmetauscher 20 führt an dem, nicht dargestellt. Leitungen angeschlossen sind, über die die vom Verdichter 3 komprimierte Luft zwecks Erwärmung zum Wärmetauscher 20 geführt wird und von dort zur Brennkammer 26 gelangt An dem dem Abgassammelraum benachbarten Ende der Nutzlastturbine 17 ist ein Untersetzungsgetriebe 21 angebaut, über das die Nutzlastturbine 16 eine Abtriebswelle 22 antreibt Die Nutzlastturbinenwelle 17 ist an dem dem Untersetzungsgetriebe entgegengesetzten Ende durch das Gehäuse 15 hindurchgeführt und dort als Zusatzabtriebswelle 23 ausgebildet Die zusätzliche Abtriebswel-Ie kann natürlich auch mit einem Untersetzungsgetriebe ausgerüstet sein, um je nach Verwendungszweck die passende Drehzahl zu liefern. Parallel zur Nutzlastturbinenwelle 17 ist eine Nebenwelle 24 im Gehäuse 15 gelagert, die vom Untersetzungsgetriebe 21 aus angetrieben wird. Am vorderen Ende des Gehäuses 15 »in Bereich der Umlaufspirale sind Kraftfahrzeughilfsaggregate 25 angeflanscht, die von der Nebenwelle 24 angetrieben werden. Wie insbesondere aus A b b. 2 ersichtlich, ist die Nebenwelle zur Nutzlastturbinenwel-Ie seitlich versetzt angeordnet, so dab weder zusätzliche Bauhöhe noch zusätzliche Baubreite benötigt werden. Wie weiterhin aus A b b. 2 ersichtlich, ist der Querschnitt der gesamten Gasturbinenanlage aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Turbinenteile zueinander so ausgestaltet, daß die äußere Bauform weitgehend der Bauform einer Hubkolbenbrennkraftmaschine angeglichen ist, so daß die Gasturbine wahlweise in ein für d»«¹ Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgestaltetes Kraftfahrzeug ohne bauliche Veränderungen eingesetzt werden kann. Fb sei erwähnt daß die Kraftfahrzeughilfsaggregate 25 auch, direkt von der zusätzlichen Abtriebswelle 23 angetrieben werden können, so daß die Nebenwelle 24 entfallen kann. Wie insbesondere &us A b b. 2 ersichilich, sind alle Hilfsaggregate und zu wartenden Teile, wie der Ansaugfilter 7, dicht beieinander angeordnet, so daß von einer Stulle aus die gesamte Wäftung erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Claims (3)

ZJ Jl Patentansprüche:

1. Zweiwellen-Gasturbinenanlage für Kraftfahrzeuge, mit einem Gaserzeuger, der zumindest einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Verdichterturbine aufweist, mit einer Nutzlastturbine, die über ein Untersetzungsgetriebe eine Abtriebswelle antreibt, und mit Hilfsaggregaten für den Gaserzeuger und das Kraftfahrzeug, wobei der Gaserzeuger etwa rechtwinklig oberhalb der etwa horizontal gelagerten Nutzlastturbine mit etwa vertikaler Mittelachse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Spitze des durch den Gaserzeuger (1) und die Nutzlastturbine (16, 17) gebildeten Winkels die Hilfsaggregate (13) der Gasturbine, z. B. Starter, Brennstoffpumpe und ölpumpe, die mit der Gaserzeugerwelle (2) gekuppelt sind, und die Kraftfahrzeughilfsaggregate (25), z. B. Lichtmaschine, Kompressor und Hydraulikpumpe, die von der Abtriebswelle (22) oder von der vorderen Zusatzabtriebsweiie aus angetrieben sind, angeordnet sind.

2. Zweiwellen-Gasturbinenanlage nach Anspruch I₁ bei der der Gaserzeuger, die Nutzlastturbine und das Untersetzungsgetriebe in einem Gehäuse eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaserzeuger (1), dessen Hilfsaggregate (13) und die Brennkammer (26) in einem Gehäuseteil zusammengefaßt sind, das leicht abnehmbar am Nutzlastturbinengehäuseteil (15) angeflanscht ist

3. Zweivv ellen-Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadur-h gekennzeichnet, daß der Gehäuseteil des Gaserzeugers (1) oberhalb des Verdichters (3) einen Ansa-sluftsammelraum (6) umschließt, der oberhalb der Hilfsaggregate (13) eine von einem Ansaugfilter (7) abgeschlossene Ansaugöffnung hat.