DE3012388A1 - Gasturbine - Google Patents

Description

8023-13 Bremen, den 27· März I98O

Sm/ka

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Gasturbine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit einem in einem Gehäuse angebordneten Verdichter und einer damit gekoppelten Turbine _f deren Abströmkanal eine Wirbelinjektorkammer aufweist«

Gasturbinen dieser Art werden häufig zum Aufladen von Brennkraftmaschinen eingesetzt und deswegen auch als Turbolader bezeichnet. Bei den so betriebenen Gasturbinen dienen die sonst nutzlos abgeleiteten Abgase zum Antrieb der Turbine, während der damit gekoppelte Verdichter zum Aufladen der Brennkammern mit Frischluft oder Mischgas benutzt wird. Es ist daher möglich, die Leistung derartig modifizierter Hotore beträchtlich zu steigern.

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freien Ende als Schubdüse ausgebildeten Mischrohres entsprechender Schub und Turbinengefälle erzielen. Eine Leistungsregelung kann hierbei mit Hilfe eines Regelventils durchgeführt werden, das vorzugsweise in den die Turbine mit Brenngasen von der Brennkammer versorgenden Kanal eingebaut wird. Besonders vorteilhaft ist es, eine Hochfrequenzdrehstrommaschine an die Turbine zu koppeln, welche sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist und vielfältige Einsatzraöglichkeiten bietet.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Die abgebildete Darstellung zeigt das Prinzip eines Kleintrieb— Werkes, bestehend aus einem Verdichter 1 mit einem Lufteinlauf 2 sowie einer Turbine 3 mit einem Abströmkanal 4· Konzentrisch zum Abströmkanal 4 liegt an der Turbine 3 eine gleichzeitig als Brennkammer eingesetzte Kirbelinjektorkammer 5» die sich als Ringdüse 6 über den Abströmkanal 4 fortsetzt. Ein über die Ringdüse 6 gestreiftes Mischrohr 7» dessen freies Ende als Schubdüse 8 ausgebildet ist, bildet den Abschluß des Kleintriebwerkes. Die im Verdichter 1 verdichtete Luft wird über eine Leitung 9 der Wirbelinjektorkammer 5 zugeführt, welche über eine Einspritzdüse 10 Kraftstoff eingespritzt erhält. Durch Zündung über eine nicht näher dargestellte Zündeinrichtung werden in der Wirbelinjektorkamaer 5 Brenngase erzeugt, die einerseits über die Ringdüse 6 in das Mischrohr 7 und andererseits über einen ein Regelventil 12 aufweisenden Kanal 11 zur Turbine 3 gelangen. Hierdurch wird die Turbine 3 angetrieben und, da der Verdichter 1 damit gekoppelt ist, die Zuführung von Frischluft in die Wirbelinjektorkammer 5 über die Leitung 9 gewährleistet. Die in der Turbine 3 entspannten Brenngase gelangen über den von der Ringdüse 6 umgebenen Abströmkanal 4 in das Mischrohr 7 und erzeugen mit den über die Ringdüse 6 geleiteten Brenngasen entsprechenden durch den Pfeil 13 angedeuteten Schub. Je nach Stellung des Regelventils 12 kann dabei das Kleintriebwerk in seiner Leistung ent-

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Trotz dieser unbestreitbaren Vorteile werden solche Gasturbinen nur relativ selten zur Leistungssteigerung von Motoren eingesetzt und zwar, weil die Anpassung eines Turboladers an die Forderungen eines weite Leistungsbereiche überreichenden Motors problematisch ist. Es ist zwar möglich, mit Hilfe von Ventilen und Bypass-Leitungen auf der Frischgasseite und/oder auf der Abgasseite eine Regelung vorzunehmen, aber als befriedigend gelten diese Lösungen nicht.

Neben diesen Möglichkeiten zur Leistungsbeeinflussung einer als Turbolader eingesetzten Gasturbine wurde auch schon vorgeschlagen, eine Abgas-Bypass-Leitung über eine Wirbelkammer in den Abströmkanal der Turbine münden zu lassen. Die Mündung in den Abströmkanal ist dabei als Injektordüse ausgebildet und bietet daher die Möglichkeit, auf die über die Turbine geleiteten Abgase zur Leistungsbeeinflussung einzuwirken. Wie erste Versuche bestätigen, eignet sich diese Lösung in hervorragender Weise zur Leistungssteuerung für einen Turbolader und dürfte daher Anlaß für einen vermehrten Einsatz sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine der eingangs genannten Art zu einer von einer anderen Brennkraftmaschine unabhängigen Antriebseinheit auszubauen. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die als Ringdüse in den Abströmkanal übergehende Wirbelinjektorkammer gleichzeitig als mit Frischluft vom Verdichter und Kraftstoff versorgbare Brennkammer ausgebildet ist, von der ein Teil tier Brenngase zum Antrieb über die Turbine geleitet ist.

Diese Maßnahme bietet die Möglichkeit, einen Turbolader zu einem Kleintriebwerk mit wenig Zusatzaufwand auszubauen, da die aus hochwarmfestem Material bestehende Wirbelinjektorkammer bereits vorhanden ist und ohne besondere Gestaltungsmaßnahmen als Brennkammer benutzt werden kann. Außerdem läßt sich mit der Wirbelinjektorkamraer eine für die Kraftstoffverbrennung gute Mischung erzielen und aufgrund der Injektordüse sowie eines sich anschließenden und an ihrem

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sprechend geregelt werden.

Das erfindungsgemäße Kleintriebwerk eignet sich wegen seiner Einfachheit und des damit entsprechend erzeugbaren Schubes sehr gut für den Einbau in Kleinfluggeräten, z.B. RPV-Fluggeräten (RPV » remotoly piloted vehicle). Es ist aber auch möglich, ein solches Klein— triebwerk als Antriebsmaschine für eine Wärmepumpe einzusetzen. Wie aus der Darstellung hervorgeht, ist zwischen dem Verdichter und der Turbine 3 eine Hochfrequenzdrehstrommaschine 14 vorgesehen. Diese Hochfrequenzdrehstrommaschine kann direkt auf der die Turbine 3 und den Verdichter 1 verbindenden Kelle oder über ein entsprechendes Getriebe damit gekoppelt sein. Es ist daher möglich, die Hochfrequenzdrehstrommaschine vom Kleintriebwerk antreiben zu lassen und als Generator zu betreiben oder als Motor zu betreiben und damit das Kleintriebwerk anzulassen. Im Falle des Generatorbetriebes kann hiermit ein Elektromotor direkt versorgt werden, welcher seinerseits als Antriebsmotor, z.B. für eine Wärmepumpe, eingesetzt werden kann.

Neben diesen Einsatzmöglichkeiten kann das erfindungsgemäße Kleintriebwerk auch mit einer Antriebswelle versehen werden und über ein Getriebe oder einen Drehmomentenwandler zum Antrieb entsprechender Lasten benutzt werden. Das erfindungsgemäße Kleintriebwerk, das aus einer durch eine Wirbelinjektorkammer ergänzten Gasturbine entstanden ist, zeichnet sich durch seinen einfachen Aufbau und den geringen Zusatzaufwand aus. Es dürfte daher für Einsätze geeignet sein, die bisher für Triebwerke nicht vorge-r sehen waren.

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8023-13 Bremen, den 28. März I98O

Sm/ka

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1	Verdichter
2	Lufteinlauf
3	Turbine
4	Abströmkanal
5	Wirbelinjektorkamraer
6	Ringdüse
7	Mischrohr
8	Schubdüse
9	Leitung
10	Einspritzdüse
11	Kanal
12	Regelventil
13	Pfeil
14	Hochfrequenzdrehstromnaschine

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Claims (3)

1. 8023-13 Bremen, den 28. März I98O

   Sm/ka

   Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

   Patentansprüche

   Gasturbine mit einem in einem Gehäuse angeordneten Verdichter und einer damit gekoppelten Turbine, deren Abströmkanal eine Wirbelinjektorkammer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die als Ringdüse (6) in den Abströmkanal (4) übergehende Wirbelinjektorkammer (5) gleichzeitig als mit Frischluft vom Verdichter (l) und Kraftstoff versorgbare Brennkammer ausgebildet ist, von der ein Teil der erzeugten Brenngase zum Antrieb über die Turbine (3) geleitet ist.
2. 2.) Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Brennkammer ausgebildete Wirbelinjektorkammer (5) über einen ein Regelventil (12) zur Leistungsbeeinflussung aufweisende Kanal (11) mit der Turbine (3) verbunden ist.

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3. 3.) Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß über den ron der Ringdüse (6) umgebenden Abströmkanal (4) ein Mischrohr (7) gestreift ist, dessen freies Ende als Schubdüse (δ) ausgebildet ist.

   4·) Gasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine mit der !felle der Turbine (3) gekoppelte Hochfrequenzdpehstronimaschine (l4) je nach Betriebszustand der Gasturbine als Motor oder Generator betreibbar ist.

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