DE3043412C2

DE3043412C2 - Vorrichtung zur Steuerung und Abdichtung der Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammern einer Gasturbinenanlage mit intermittierender Verbrennung

Info

Publication number: DE3043412C2
Application number: DE3043412A
Authority: DE
Inventors: Henri Plouhinec Le Meur
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-05-03
Filing date: 1980-01-10
Publication date: 1986-06-26
Also published as: JPS56500463A; GB2071768B; GB2071768A; DE3043412A1; IT8048535A0; JPS6033979B2; IT1146114B; WO1980002444A1; EP0033728A1; FR2455677B1; FR2455677A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung und Abdichtung der Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammern einer Gasturbinenanlage mit intermittierender Verbrennung, mit einem zwischen zwei jeweils miteinander fluchtende öffnungen aufweisenden gehäusefesten Platten geführten Steuerschieber, der den Durchgang zwischen den öffnungen periodisch sperrt und freigibt.

Es ist ein Gassteuerungssystem mittels eines Dreh-Schiebers bekannt (US-PS 15 52 272), der an seinem Umfang über ein Ritzel angetrieben wird und zwischen zwei Ständern läuft. Dieses System weist jedoch bauliche Nachteile auf, die Leckverluste verursachen. Der Schieber streift unmittelbar an den Ständern und sitzt eo mit seinem nabenartigen Mittelteil direkt an der Achse. Dies kann mangels eines Spieles zu unterschiedlichen Wärmedehnungen und Klemmungen führen. Wird jedoch ein gewisses Spiel eingeräumt, lassen sich Leckverluste nicht vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammern unbeeinträchtigt von Dehnung und Schrumpfung abgedichtet sind.

Die Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Öffnungen der brennkammerseitigen Platte jeweils von einem Dichtring umgeben sind, der federnd gegen den Steuerschieber gedrückt ist.

Diese abgefederten Dichtringe gewährleisten die Dichtheit der Brennkammern, indem sie jede Ausdehnung oder Schrumpfung des Steuerschiebers berücksichtigen und diesen gegen die Ringwülste drücken. Außerdem sichern die Dichtleisten die Dichtheit der Einlaß- und Auslaßöffnungen, setzen die Reibung herab und vermeiden, daß der Steuerschieber durch Gasdruck gegen den Ständer festgeschoben wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2—5.

Erreicht ist, daß sämtliche Teile der Gasverte'iler, die beweglichen sowie die gehäusefesten, alle Temperaturschwankungen mitmachen können, ohne daß die Dichtheit der Brennkammern beeinträchtigt wird, wodurch ein möglichst hoher Wirkungsgrad während des Arbeitszyklus einer Kammer erzielt wird. Hinsichtlich der beweglichen Organe der Gasverteiler besteht keine Klemmgefahr, kein sich Festfahren oder sich Festfressen aufgrund von Wärmedehnungen oder Gasdruckanstieg im Betriebszustand.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt einer mit Drehschiebern versehenen Turbine,

Fig.2 einen schematischen Querschnitt eines Drehschiebers, einer mit Dichtringen versehenen Platte und eines drehbaren Schiebers mit Kühlvorrichtung,

Fig.3 einen schematischen Längs- und Querschnitt eines Flachschiebers,

Fig.4 einen schematischen Elektro-Verteiler zur Steuerung von Elektromagneten,

Fig.5 einen schematischen Längs- und Querschnitt eines Nockens zweier Flachschieber,

Fig.6 einen schematischen Schnitt zweier miteinander gekoppelter Nocken für den Antrieb von vier Flachschiebern.

Die Explosionsturbine (Fig. 1) verfügt über eine Luftzufuhr zum Verdichter (1), der durch die Welle (3) mit der Antriebsturbine (2) verbunden ist.

Die verdichtete Lu't strömt in eine Volute (6), die mit einem Regulierungsventil (7) versehen ist.

An diese Volute (6) schließt sich ein Gasverteiler (8) an, der die mit Einspritzdüsen (14) und Zündkerzen (15) versehenen Brennkammern (9) beliefert.

An dem auslaßseitigen Ende der Brennkammern befindet sich ein Gasverteiler (10), der die Abgase zur Antriebstubine (2) sowie zur an die Welle (5) angeschlossenen Motorturbine (4) entläßt.

Ein Elektromotor (11) treibt über eine Welle (12) und Ritzel (13) die Drehschieber der Gasverteiler (8) und (10).

Der Elektromotor (11) mit veränderlicher Drehzahl bestimmt die Anzahl der Explosionsvorgänge und übernimmt auf diese Weise die Aufgabe des »Gaspedals«; er steuert gleichzeitig die Zündung und die Einspritzung des Treibstoffs.

Der Verteiler für die Beaufschlagung (8) und der Verteiler für die Entspannung (10) sind identisch und befinden sich oberhalb bzw. unterhalb der Verbrennungskammern (9).

3 4

Der Verteiler für die Beaufschlagung (8) und der Ver- sen, die beim Zusammenbau gegenüber liegen; um eine

teiler für die Entspannung (10) bestehen jeder (F i g. 2) von ihnen herum (auf der Seite der Verbrenriungskam-

aus zwei festen Platten (16) und (17), zwischen denen mer) befindet sich ein kreisförmiges Abdichtungs-Seg-

eine leicht reibende umlaufende Scheibe (18) auf einem ment (22), das auf einer kreisförmigen Feder (23) frei

Zentralring (19) gelagert ist 5 aufliegt, die denjenigen der Verteiler mit umlaufenden

Der Außenring (20) hält die Platten (16) und (17) zu- Scheiben identisch ist.

sammen. Die Scheiben (16) und (17) weisen eine oder Zwischen diesen festen Platten (32) und (33) befindet

mehrere öffnungen (21) auf, die sich beim Zusammen- sich ein Flachschieber (35), der sich leicht reibend in

bau einander gegenüber befinden. einem Käfig (36) hin- und herbewegt.

Die Menge dieser Öffnungen (21) entspricht der An- io Der Flachschieber (35) weist in seinem Zentrum an

zahl der Verbrennungskammern (9) der Turbine. derjenigen Stelle, an der die Explosion erfolgt, sowie auf

Die Dichtheit der öffnungen für die Beaufschlagung der anderen Seite, eine Aushöhlung (37) auf, die dem

und die Entspannung (2t) auf der Seite der Verbren- Durchmesser der Öffnung (34) auf der Seite der Kam-

nungskammer wird durch kreisförmige Segmente ge- mer gleicht und auf der anderen Seite größer ist, um die

währleistet (22), die auf kreisförmigen Federn (23) frei 15 Reibung auf ein Minimum zu senken,

aufliegen und auf der umlaufenden Scheibe (18) reiben. Der Flachschieber (35) bewegt sich hin und her und

Um e;ne bessere Dichtheit zu erreichen, kann das schließt oder öffnet dabei die öffnungen {34) zur Beauf-

Segment (22) in der Mitte mit einer Rille (24) ausgestat- schlagung und zur Entspannung der Kammern (9).

tet werden, die es in zwei Teile unterteilt Die hin- und herlaufende Bewegung dieser drei

Die Dichtheit auf der Seite der Beaufschlagung und 20 Flachschieber (35) erfolgt mit Hilfe .i^er Stange (38), die

der Entspannung wird durch zwei Vorsprürge (25) in durch einen Elektromagneten (39) gesteuert wird, der

Form eines kreisförmigen Segments um die Scheibe seinerseits durch einen umlaufenden Elektro-Verteiler

herum gewährleistet, was es ermöglicht, die Reibung auf (40) gesteuert wird (F i g. 4).

ein Minimum herabzusetzen. Ein beweglicher Arm versorgt die EJektromagnete

Die umlaufende Scheibe (18) ist mit einer oder mehre- 25 mit Strom (A 1 = Beaufschlagung der Verbrennungsren öffnungen ausgestattet (26), die, wenn sie sich ein- kammer 1; Di — Entspannung der Kammer 1; mal gegenüber den öffnungen (21) der festen Scheiben Ex = Explosion in Kammer 1 usw.). Wenn man zwei (16) und (17) befinden, die Beaufschlagung oder die Ent- oder drei Kammern gleichzeitig versorgen will, genügt spannung der Verbrennungskammern (9) gewährlei- es, den beweglichen Arm zu verdoppeln oder zu versten. 30 dreifachen.

Die umlaufenden Scheiben (18) sind mit Zähnen (27) Die Schmierung der Flachschieber (35) erfolgt durch

an ihrem Umfang ausgestattet, die in die Ritzel (13) zwei ölzuleitungen (41) auf jeder Seite der Dicke des

eingreifen, die gemeinsam von der Übertragungswelle Schiebers; der Ablauf erfolgt durch die Öffnung (42).

(12) und dem Elektromotor mit veränderlicher Drehzahl Die Flachschieber (35) können ebenfalls über Nocken

(11) angetrieben werden. 35 (43) (F ig. 5) gesteuert werden, die vom Motor (11) mit

Die Öffnungen (26) der umlaufenden Scheiben (18) Hufe der Achse (44) angetrieben werden,

zur Beaufschlagung und zur Entspannung sind iden- Die Besonderheit dieses Nockens (43) besteht darin,

tisch; in der Montage überschneiden sie sich leicht (ge- daß er um sein Profil herum eine Rille (45) Desitzt, in der

schraffter Teil), was das Spülen am Ende des Zyklus die Achsen (46) mit einer Rolle (47) gleiten können, die

ermöglicht. 40 auf den Flachschiebern (35) befestigt sind.

Wenn nur eine einzige Öffnung (26) vorhanden ist, Zwei Nocken (43), die durch einen gezähnten Gummiwerden die Verbrennungskammern (9) nacheinander riemen (48) miteinander verbunden sind, können vier versorgt; wenn zwei öffnungen vorhanden sind, werden Brennkammern (9) wechselweise arbeiten lassen zwei einander gegenüberliegende Verbrennungskam- (Fig.6).

mern versorgt; bei drei Öffnungen erfolgt die Versor- 45 Die Schmierung des Nockens (43) erfolgt über zwei

gung in einem Dreieck oder einem Stern, bei vier öff- ölzuf ührungen (49), eine auf jeder Seite und der Auslauf

nungen in einem Quadrat, was je nach der Anzahl der über die Öffnung (50).

Kammern vielfache Kombinationsmöglichkeiten liefert. Zum Kühlen sind die Flachschieber (35) in der Mitte

Für die Kühlung sind die umlaufenden Scheiben (18) mit Natrium beschickt und die Platten (32) und (33)

in der Mitte mit Natrium beschickt oder werden über 50 werden mit Luft und Rippen oder mit Wassergekühlt

eine Ventilation (28) mit Luft gekühlt Der thermodynamische Zyklus der Explosionsturbine

Eine aus dem Verdichter (1) stammende Lufiquelle läßt sich in 2 Takten definieren:
versorgt über den Zentralring (19) das Innere der umlaufenden Scheibe (18). Innenrippen (29) leiten die Luft I.Takt: Beaufschlagung - Kompression
an den öffnungen (26) so vorbei, daß sie am Umfang wie 55
ein umlaufender Strahl austritt. Der Verteiler für die Beaufschlagung (8) ist offen,

Die Scheiben (16) und (17) werden mit Luft und Rip- derjsnige für die Entspannung (10) ist geschlossen,

pen oder mit Wasser gekühlt; die Schmierung der Schei- Der Verdichter (1) schickt in die Volute (6) Druckluft,

ben (18) erfolgt über zwei Ölzuführungen (30) auf der die durch das Ventil (7) auf einen gegebenen Druck

Seite der Verbrennungskammer und über zwei weitere 60 geregelt wird. Diese Luft gelangt über die Öffnungen

Zuführungen (30) in den Vorsprüngen (25) auf der Seite des Verteilers für die Beaufschlagung (8) in die Verbren-

der Beaufschlagung und der Entspannung. Die An- nungskammern (9).
triebsritzel (13) werden durch Öltropfen geschmiert,

und der Ablauf erfolgt über die öffnung (31). Die Vertei- 2.Takt: Explosion - Entspannung - Spülen

ler für die Beaufschlagung (8) und für die Entspannung 65 ρ 1 ·

(10) mit Flachschieber rind die gleichen und bestehen txpiosion

(F i g. 3) aus zwei rechteckigen festen Platten (32) und Der Verteiler für die Beaufschlagung (8) schließt sich,

(33), die identisch sind und je eine Öffnung (34) aufwei- der Verteiler für die Entspannung (10) ist immer noch

geschlossen. Einspritzen des Treibstoffs durch die Einspritzdüsen (14), Zünden der Gasmischung durch die Kerzen (15), Verbrennung, Temperatur- und Druck-Anstieg.

Entspannung

Der Verteiler für die Entspannung (10) öffnet sich. Die Gase entspannen sich durch die öffnungen des Verteilers für die Entspannung (10) zur Antriebsturbine (2) des Verdichters (1) und zur Motorturbine (4), die an die Welle (5) des Getriebes angeschlossen ist.

Spülen

Der Verteiler für die Beaufschlagung (8) öffnet sich, während der Verteiler für die Entspannung (10) immer noch offen ist. Die aus dem Verdichter kommende Frischluft spult den Rest der verbrannten Gase durch die öffnungen des Verteilers für die Beaufschlagung (8) hinaus, der sich hierzu geöffnet hat. Der Verteiler für die Entspannung (10) schließt sich und der Verteiler für die Beaufschlagung (8) versorgt die Kammer (9) weiterhin mit Frischluft, und der Zyklus läuft erneut an.

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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45

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Steuerung und Abdichtung der Einlaß- und Auslaßöffnungen der Brennkammern einer Gasturbinenanlage mit intermittierender Verbrennung, mit einem zwischen zwei, jeweils miteinander fluchtende öffnungen aufweisenden gehäusefesten Platten geführten Steuerschieber, der den Durchgang zwischen den öffnungen periodisch sperrt und frei gibt, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (21,34) der brennkammerseitigen Platte (16, 32) jeweils von einem Dichtring (22) umgeben sind, der federnd gegen den Steuerschieber (18,35) gedrückt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuerschieber als scheibenförmiger Drehschieber ausgebildet ist, welcher auf einem Gehäusering radial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (18) mit seiner brennkammerfernen Seite gleitend an zwei zueinander konzentrischen ringförmigen Dichtleisten (25) anliegt, die an der brennkammerfernen Platte (17) radial innerhalb und außerhalb der öffnungen (21) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Drehschiebers (18) über den seiner Lagerung dienenden Gehäusering (19) mit Kühlluft versorgt wird, welche am Umfang des Drehschiebers (18) in einer die Drehung unterstützenden Richtung austritt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerxhiebe" als mindestens ein in einem Käfig hin- und hergehender Flachschieber (35) ausgebildet ist, der zur Verfeinerung seiner Reibungsflächen beidseitig eine Aushöhlung (37) aufweist, die in der den Durchgang sperrenden Stellung des Flachschiebers (35) im Bereich der öffnungen (34) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachschieber (35) über eine rotierende, nockenförmige Führungsbahn (45) und eine in dieser geführte, auf dem Flachschieber (35) gelagerte Rolle (47) angetrieben ist.