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Vorrichtung zum Beschleunigen eines Gaserzeugers einer mehrwelligen
Gasturbine, insbesondere Kraftfahrzeug-Gasturbine, aus dem Stand Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Beschleunigen der Welle eines eine Turbine und eine
Verdichter aufweisenden, von der Arbeitsturbine mechanisch getrennten Gaserzeugers
einer mehrwelligen Gasturbine, insbesondere Kraftfahrzeug-Gasturbine, aus dem Stand
auf zumindest ihre Freilaufdrehzahl.
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Um eine solche Gas turbine aus dem Stand auf die Beerlaufdrehzahl
zu beschleunigen, muß zunächst mit Hilfe des Verdichters des Gaserzeugers in der
Brermkammer ein Überdruck erzeugt werden, bevor - nachdem die Turbine ihre Zünddrehzahl
erreicht hat - die Brennstoffzufuhr für die Brennkammer geöffnet und das Brennstoff-LuStgemisch
in der Brennkammer gezündet wird. Nach dem Zünden des Brennstoff-Luftgemisches wird
die Turbine auf ihre Freilauf-oder Freikommdrehzahl beschleunigt, ab der die Gasturbine
allein bis zu ihrer Nenndrehzahl hochfahren kann.
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Bei Kraftfahrzeug-Gasturbinen ist es bekannt, das Beschleunigen des
Gaserzeugers aus dem Stand durch einen
elektrischen Anlasser, dessen
Ritzel über ein Getriebe mit der Welle des Gaserzeugers verbunden ist, einzuleiten
und zu unterstützen.
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Das Anlassen von Kraftfahrzeug-Gasturbinen ist jedoch wesentlich komplizierter
und aufwendiger als das Anlassen eines Otto- oder Dieselmotors. Die Gründe liegen
insbesondere in den bei Gasturbinen höheren zu beschleunigenden Nassen und in dem
ungünstigeren Drehmoment-Drehzahl-Diagramm von Anlasser und Turbine. Außerdem muß
der Gaserzeuger nach einer Fehlzündung erst wieder zum Stillstand gebracht und die
Turbine gelüftet sein, ehe das Anlasserritzel erneut in Eingriff kommen kann.
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Schließlich ist die thermische Belastung des Anlassers beim Anlassen
relativ groß, so daß nach einem mehrmaligen vergeblichen Anlaßversuch erst ein Abkühlen
des Ånlassers erfolgen muß.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
eingangs genannten Art zu schaffen, die - im Vergleich zu einem elektrischen Anlasser
- einen geringeren Aufwand erfordert, eine kürzere Zeitdauer des Anlaßvorgangs sowie
eine große Zahl von unmit-telbar hintereinanderfolgenden Anlaßversuchen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem die
Verbrennungsgase aus der Brennkammer zu dem Turbinenlaufrad der Verdichterturbine
leitenden Zwischenstück mindestens eine Düse angeordnet und mit einem eine hohe
Energie pro Volumeneinheit aufweisenden Gas, insbesondere einem Verbrennungsgas,
das der Düse über entsprechende Leitungen von einem Gasliefergerät zugeführt wird,
beaufschlagt ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch
die folgenden Vorteile aus: Geringer Aufwand; einfacher Anlaßvorgang; kürzere Zeitdauer
des Anlaßvorganges; kein Einfluß der herrschenden Umgebungstemperatur aur' das Anlassen;
Möglichkeit der Verwendung von bereits vorhandener DruckLuftquelle zum Anblasen
der Turbinenschaufeln sowie der Möglichkeit der schnellen Nachladung an einem Druckluftnetz
und der Ausschaltung einer der möglichen Geräuschquellen infolge Wegfallens der
Zahnräder der Anlaßvorrichtung.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine sich
an die Düse anschließende kleinvolumige Kammer mit einer Zündvorrichtung, einer
Brenstoffzuführung, einer Sauerstoffzuführung oder Sauerstoff enthaltenden Gaszuführung
und einer Vorrichtung zum i4ischen oder Zerstäuben des Brennstoffes mit dem Gas
vorhalldell. Durch diese Maßnahme wird insbesondere der Vorteil erreicht, daß die
Turbine und die Brennkammer schon beim Beschleunigen aus dem Stand auf die Zünddrezahl
angewärmt wird.
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auBerdem kann die Düse bzw. jede Düse als kurzzeitige Beschleunigungshilfe
beim Beschleunigen des Kraftfahrzeuges verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Düse eine Lavaldüse.
Durch diese Maßnahme wird eine gute Umsetzung der Energie des aus der Düse austretenden
Strahles in Druckenergie erzielt In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 den Gaserzeuger einer zweiwelligen
Gasturbine, teilweise im Längsmittelschnitt, teilweise schematisiert,
Fig.
2 eine Seitenansicht auf den Gas erzeuger in Richtung des Pfeiles h in Big. 1 gesehen
und Pig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2, Brennkammer jedoch weggelassen0
Der von der (nicht weiter dargestellten) Arbeits- oder Nutzleistungsturbine mechanisch
getrennte Gaserzeuger weist einen Verdichter 1, eine Turbine 2 und eine drehbare
Welle 3, auf der der Verdichter und die Turbine gemeinsam angeordnet sind, auf,
Die von dem Verdichter kommende Druckluft wird - gegebenenfalls nach Vorwärmung
in einem Wärmetauscher - einer Brennkammer 4, die von bekannter Ausbildung und Wirkungsweise
ist, zugeleitet.
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In dem die Brennkammer 4 mit der Turbine 2 verbindenden, als Spirale
ausgebildeten Zwischenstück 5 ist eine Düse 6 angeordnet. Als Düse 6 können die
bekannten Düsen verwendet werden; bevorzugt wird jedoch eine sog. Lavaldüse, also
eine Düse, die sich bis zu einem Querschnitt verengt und dann erweitert. Selbstverständlich
können auch mehrere Düsen vorgesehen sein.
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Die Düse 6 wird von einem, eine hohe Energie/Volumeneinheit aufweisende
Gas beaufschlagt, das ihr von einem bordeigenen oder bordfremden Gasliefergerät
über Beitungen zugeführt wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das die hohe Energie/Volumeneinheit
aufweisende Gas ein Verbrennungsgas, das in einer an die Düse 6 sich anschließenden
kleinvolumigen Kammer 7 durch Mischen oder Zerstäuben - je nach dem, ob der Brennstoff
gasförmig oder flüssig ist - erzeugt und über eine in die Kammer hineinragende Zündkerze
8 einer Zündvorrichtung gezündet wird. Die Zufuhr des Brennstoffes zur Kammer 7
erfolgt über die Leitung 9, in die ein eine Offen- und eine Geschlossenstellung
ermöglichendes
Ventil 10 geschaltet ist, von einem nicht weiter dargestellten Brennstofftank am
Kraftfahrzeug.
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Zur Zerstäubung des flüssigen Brennstoffes und zur Herstellung des
erforderlichen, zündfähigen Brennstoff-Buftgemisches ist die Kammer 7 - und damit
auch die Düse 6 - über eine Leistung 11 mit einem Druckluftbehälter 12 verbunden.
Wird der Brennstoff nicht mit Druckluft sondern mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen
Gas - außer Zuluft - gemischt, dann ist an Stelle des Druckluftbehälters ein entsprechender
Gasbehälter, der entweder am Fahrzeug fest installiert oder als transportable Einheit
außerhalb des Fahrzeuges erst beim nlassen angeschlossen wird, vorgesehen, In die
den Druckluftbehälter 12 bzw. Gasbehälter mi t, der Kammer 7 verbindende Leistung
11 ist ein eine Offen- und Geschlossenstellung ermöglichendes Ventil 1Da und ein
(nur in Richtung zur Kammer 7 sich öffnendes) Rückschlagventil 13b eingeschaltet.
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Wird dem Brennstoff Druckluft zumischt, dann wird als Druckluftbehälter
12 zweckmäßig der am Kraftfahrzeug bereits vorhandene Bremsluftbehälter verwendet.
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Die als Lavaldüse ausgebildete Düse 6 endet kurz vor den Laufschaufeln
der Turbine 2 und ist zweckmäßig in einem solchen Winkel zu den Lauf'schaufeln angeordnet,
daß sich über den beim Anlassen durchlaufenden großen Drehzahlbereich ein guter
mittlerer Wirkungsgrad bezüglich der Umsetzung der Energie des aus der Düse austretenden
Gasstrahles in Druckenergie in dem Laufrad der Turbine 2 ergibt.
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Soll die Gasturbine angelassen werden, dann werden die
Ventile
13a und 10 geöffnet und das sich bildende Brennstoff-luftgemisch in der Kammer 7
gezündet. Der aus der Düse 6 austretende Gasstrahl bewirkt - da er auf die Laufschaufeln
der Verdichterturbine gerichtet ist -ein Anlaufen der Gas turbine zunächst bis zur
automatischen Zündung des Brennstoff-Luftgemisches in der Brennkammer 4 und anschließend
bis zu einer Drehzahl (Leerlaufdrehzahl), die etwas über der Freilaufdrehzahl liegt.
Erst dann wird die Gas- und Druckluftzufuhr zur Kammer 7 abgeschaltet.
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Durch eine entsprechende Schaltung kann die Düse 6 auch als kurzzeitige
Hilfe beim Beschleunigen des Kraftfahrzeuges benutzt werden.