DE3544184C2

DE3544184C2 -

Info

Publication number: DE3544184C2
Application number: DE19853544184
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef 3500 Kassel De Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-01-20
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1988-02-04
Also published as: DE3544184A1

Description

Gegenstand des Hauptpatentes DE 34 24 853 C2 ist eine Radial gasturbine, bei der ein Teil des Turbinenrad-Umfanges mit Ver brennungsgas und der übrige Teil mit Luft beaufschlagt, das Turbinenrad zweiflutig ausgebildet, und jede Flut derart mit Verbrennungsgas und Luft beaufschlagt ist, daß sich insgesamt eine vollumfängliche Beaufschlagung des Turbinenrades mit dem Verbrennungsgas ergibt.

Mit der britischen Patentschrift GB 7 91 917 ist eine Radial gasturbine bekanntgeworden, bei der das zweiflutige Turbinen rad von beidseitigen um die Welle angeordneten luftführenden Ringkammern umgeben ist. Letztere sind Teile des Lufteinlaufes eines in seinem inneren Teil als Radialverdichter ausgebilde ten Turbinenrades. Zwar sind auch diese Ringkammern zwischen dem Turbinengehäuse und den Stellen angeordnet, an denen der Fachmann das Vorhandensein von Lagern voraussetzt, jedoch fin det an denen keine gezielte Kühlung mit verdichteter Luft statt.

In der schweizerischen Patentschrift CH 5 56 971 ist ein Turbo lader beschrieben, in dessen Kompressor-Gehäuse am äußeren Radumfang ein ringförmiger Hohlraum mit einer Öffnung zum Kompressorrad angeordnet ist, welcher über eine Rohrleitung und mehrere Gehäusebohrungen mit Öl-Dichtungsgliedern zwecks Luftkühlung des Schmieröles an den Wellenlagern in mittel barer Verbindung steht. Die Lage des vorgenannten Hohlraumes am äußeren Umfang des Verdichterrades und seine Funktion als Auffangraum für die aus dem Verdichterrad austretende Luft feuchtigkeit schließen die Verwendung dieses ringförmigen Hohlraumes als unmittelbare Kühleinrichtung an den Wellen lagern aus.

Die deutsche Patentschrift DE 21 24 504 beschreibt nach Fig. 1 eine Gasturbine mit zwei Rotoren, nämlich einem zweiflutigen radialen Laufrad, welches einerseits als Radialverdichter und andererseits als jeweils teilweise mit Brenngas und Luft be aufschlagter Rotor ausgebildet ist, und einem nachgeordneten, nur mit Brenngas axial durchströmten Turbinenrad. Das zwei flutige radial durchströmte Laufrad ist üblicherweise mit nur einem auf der Verdichterseite angeordneten Wellenzapfen gelagert. Die betreffenden Wellenlager sind demnach auch hier keiner Überhitzungsgefahr durch das Brenngas ausgesetzt.

Die schweizerische Patentschrift CH 3 01 545 hat einen Rotor für radial durchströmte Turbomaschinen zum Gegenstand. In der Rotorscheibe ist eine zentrale Bohrung angeordnet, welcher ein hauptsächlich die Rotorscheibe und die an ihr befestigten hohlen Metallschaufeln kühlender Luftstrom zugeführt ist. Die damit erreichte Luftkühlung beschränkt sich also allein auf das Turbomaschinenrad.

Aufgabe dieser Erfindung war es, eine Leistungssteigerung der Radialgasturbine des eingangs genannten Hauptpatentes zu er zielen, was bekanntlich mit einer größeren Wärme-Zufuhr und somit größeren thermischen Belastungsfähigkeit der Turbine erreicht werden kann. Dies soll durch den Einbau eines Wärme schutz-Konstruktions-Details für die in unmittelbarer Nähe der Abgas-Ringkanäle liegenden Wellenlager erfolgen, wobei mittels verdichteter Luft ein Maximum an Wärme aus den Abgas- Ringkanälen abgeleitet und in einem nachfolgenden Wärmetauscher der Brennkammer-Luft zugeführt werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Der damit erzielbare Fortschritt besteht in der größeren Wärme-Belastbarkeit der Turbine. Die in das Turbinenrad ein geleitete Luft bewirkt eine Nachverbrennung und Kühlung des Brenngases, was eine Senkung der giftigen Gase Kohlenoxyd und Stickoxyd zur Folge hat. Insgesamt ist das Abgas der beschrie benen Radialgasturbine wesentlich kühler als bei den heute in Betrieb befindlichen Gasturbinen. Dies bedeutet eine grö ßere Umweltfreundlichkeit dieses Triebwerkes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit vier Abbildun gen im nachfolgenden beschrieben.

Zu Abb. 1

Diese Abbildung ist ein Prinzipbild und zeigt die Radialgas turbine mit ihrem zweiflutigen Radialverdichter 20 im Längs schnitt. Im Turbinengehäuse 1 ist in bekannter Weise das zwei flutige Turbinenrad 6 mit seiner beidseitigen Welle 5 in den Wellenlagern 1-5 gelagert. Das Turbinenrad 6 wird gemäß dem eingangs genannten Hauptpatent in jeder Flut sowohl vom aus der Brennkammer 13 kommenden und in den Brenngaskanal 3 ein geleiteten Brenngas, als auch von der aus dem Verdichteraus laß 20-1 kommenden und in den Luftkanal 4 eingeführten Luft durchströmt.

Zwischen den Abgas-Ringkanälen 17-1 und den Wellenlagern 1-5 sind erfindungsgemäß um die Welle 5 großvolumige Luft-Ring kanäle 1-10 angeordnet, welche einerseits durch Luft-Zulei tungen 11-1 mit dem Verdichter-Auslaß 20-1 des Verdichters 20 und andererseits, 180 Grad versetzt, mittels Luft-Ableitungen 11-2 mit dem Heißgas-Einlaß 22-1 des Wärmetauschers 22 ver bunden sind, sodaß die durch die Luft-Ringkanäle 1-10 strömen de verdichtete Luft in verstärktem Maße Brenngaswärme aus der Wand des betreffenden Abgas-Ringkanales 17-1 zum Wärmetau scher 22 ableiten kann, und somit die Wellenlager 1-5 vor Überhitzung durch Abgaswärme geschützt sind.

Die wechselnde Wärme-Beanspruchung der Turbinenradschaufeln von ca. 2000 Grad Celsius des Brenngases und ca. 125 Grad Celsius der verdichteten Luft ist vergleichbar mit derjenigen eines Kolbens im Auto-Motor eines Rennwagens, wo Spitzentem peraturen von ca. 2000 Grad Celsius mit ca. 20 Grad Celsius abwechselnd auf den Kolben einwirken, ohne daß letzterer dabei Schaden nimmt. Aus diesem Grund kann auch in dieser Gasturbine das Turbinenlaufrad aus einer Kolben-Leichtmetall-Gußlegie rung hergestellt sein.

Das nach dem eingangs genannten Hauptpatent gestaltete zwei flutige Turbinenrad 6 ermöglicht die gleiche Turbinenleistung wie bei einem voll mit Brenngas beaufschlagten Turbinenrad, weil in jeder Radflut über den halben Umfang des Turbinenra des 6 Brenngas mit seiner Höchsttemperatur auftrifft, und so mit auch die entsprechende Höchstleistung erzielt werden kann.

Zu Abb. 2

Diese Abbildung zeigt den Querschnitt C-D durch die Gastur bine auf ihrer vorderen Flutseite mit dem in dieser Lagedar stellung unten liegenden Brenngaskanal 3 und dem auf der an deren Umfangshälfte liegenden Luftkanal 4.

Zu Abb. 3

Diese Abbildung stellt den Querschnitt E-F durch die Gastur bine auf ihrer hinteren Flutseite mit dem in dieser Lagedar stellung oben liegenden Brenngaskanal 3 und dem auf der an deren Umfangshälfte liegenden Luftkanal 4 dar.

Zu Abb. 4

Diese Abbildung zeigt in größerer Darstellung die Luft-Ring kanäle 1-10 zwischen den Abgas-Ringkanälen 17-1 und den Wellenlagern 1-5.

Die Anwendung dieser Erfindung soll als Triebwerk für klei nere und mittlere Kraftfahrzeuge erfolgen.

Claims

Radialgasturbine nach DE 34 24 853 C2, bei der ein Teil des Turbinenrad-Umfanges mit Verbrennungsgas und der übrige Teil mit Luft beaufschlagt, das Turbinenrad zwei flutig ausgebildet, und jede Flut derart mit Verbrennungs gas und Luft beaufschlagt ist, daß sich insgesamt eine voll umfängliche Beaufschlagung des Turbinenrades mit dem Verbren nungsgas ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Abgas-Ringkanälen (17-1) des zweiflutigen Turbinenrades (6) und den Wellenlagern (1-5) des Turbinengehäuses (1) groß räumige Luft-Ringkanäle (1-10) angeordnet sind, welche durch Luft-Zuleitungen (11-1) mit dem Auslaß (20-1) des zweiflu tigen Verdichters (20) einerseits und, 180 Grad versetzt, mittels Luft-Ableitungen (11-2) mit dem Heißgas-Einlaß (22-1) des Wärmetauschers (22) verbunden sind, daß die unter Auf nahme von Abgaswärme durch die Luft-Ringkanäle (1-10) strömende verdichtete Luft mit dem aus den Abgas-Ringkanälen ausströmenden Abgas vermischt wird und, daß die in diesem Mischgas enthaltene Wärme über den Wärmetauscher (22) auf die vom zweiflutigen Verdichter (20) zur Brennkammer (13) geför derte Luft übertragen wird.