DE821734C

DE821734C - Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung von Gasturbinen

Info

Publication number: DE821734C
Application number: DEP431D
Authority: DE
Inventors: Leonard Glover; David Roy Trowbridge
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1948-10-01
Filing date: 1949-12-13
Publication date: 1951-11-19
Also published as: GB665916A; US2584555A

Description

Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung von Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Drehzahlbegrenzung von Gasturbinen mit wenigstens zwei in entgegengesetzten Richtungen umlaufenden Rotoren, wie sie als Anwurfturbinen Verwendung finden.
Es hat sich gezeigt, daß es bei Zwillingsrotoren der genannten Art möglich ist, die Winkelstellung der Schaufeln und die relativen Geschwindigkeiten jedes Rades so einzustellen, daß die Geschwindigkeit der Rotoren bei einer Entlastung der Turbine bis zu einem vorherbestimmten Wert ansteigt, indem die den Rotor der ersten Stufe verlassenden Gase die Rückseiten der Rotorschaufeln der zweiten Stufe beaufschlagen und so einewachsende$mmswirkung ausüben, welche die Höchstgeschwindigkeit der Rotoren auf einen beliebigen Wert beschränkt.
Gemäß der Erfindung werden demnach bei einer Anwurfturbine mit wenigstens zwei in entgegengesetzter Richtung umlaufenden, mit gegenüberliegenden Stirnseiten auf der gleichen Achse angeordneten Turbinenrädern die Schaufeln wenigstens eines Turbinenrades mit einem Winkel gestaltet, bei dem man eine Begrenzung der Drehzahlen auf einen bestimmten Höchstwert erhält. Ein mit den Rädern in Arbeitsverbindung stehendes Getriebe sorgt dafür, daß die von den Turbinenrädern in entgegengesetzten Richtungen abgegebenen Drehmomente in ein in einer Richtung. verlaufendes Gesamtmoment umgeformt werden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Winkelstellung der Schaufeln auf beiden Rotoren auf einen optimalen Wert gebracht werden kann, so daß die Turbine eine vorherbestimmte Höchstdrehzahl selbst dann nicht überschreitet, wenn die Belastung fortfällt.
Dieser Umstand ist sehr wertvoll, da einer der Nachteile mit Kordit betriebener Turbinen in der Gefahr besteht, daß der Turbinenrotor durchgeht und zerplatzt, wenn die Belastung in Fortfall kommt, bevor die Brennzeit der Patrone beendet ist.
Das Getriebe kann aus einer Mehrzahl von Getrieberadsätzen bestehen, die auf einem geeigneten Träger angeordnet sind und mit getrennten Ritzeln auf den konzentrischen Wellen der Rotoren im Eingriff stehen, wobei die Radsätze die Drehmomente der beiden gegenläufigen Rotoren auf eine gemeinsame Welle übertragen.
Zur Erzielung der gewünschten Wirkung kann es erforderlich sein, Getriebeverhältnisse. Schaufelformen und Schaufelwinkel so zu wählen, daß die Turbine ihre Höchstleistung bei einer Geschwindigkeit entwickelt, die etwas unterhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt, welch letztere sich ihrerseits genügend unterhalb der Höchstdrehzahl des Turbinenrotors befinden soll, die sich aus der erforderlichen Sicherheit gegen Bruch ergibt.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes zeigt die Zeichnung, und zwar ist Fig. i ein schematisches Diagramm des Gasflusses durch die gegenläufigen Turbinenschaufeln bei Höchstleistung, Fig. 2 ein ähnliches Diagramm wie Fig. i, das die Betriebsbedingungen bei höheren Geschwindigkeiten zeigt, und Fig.3 eine schaubildliche Ansicht einer vollständigen Anwurfturbine, bei welcher einige Teile der Klarheit wegen weggebrochen sind.
Von den schematischen Diagrammen zeigt Fig. i, daß bei der Höchstleistung ein glatter und stoßfreier Gaseintritt in beide Stufen stattfindet. Bei Erhöhung der Geschwindigkeit tritt beim Eintritt in die erste Stufe ein Stoß auf, und in der zweiten Stufe wird diese Wirkung auf die Schaufeln des zweiten Turbinenrades infolge der doppelten relativen Schaufelgeschwindigkeit verstärkt, so daß der Stoß beim Gaseintritt in diese Stufe für den Geschwindigkeitsanstieg viel entscheidender ist.

Aus dem die Arbeitsbedingungen bei höheren Geschwindigkeiten zeigenden Diagramm nach Fig. 2 ist ohne weiteres ersichtlich, daß das Gas beim Eintritt in die zweite Stufe tatsächlich auf die Rückseite der Schaufeln einwirkt, so daß auf den Rotor der zweiten Stufe eine Bremswirkung ausgeübt wird. Da nun die beiden Turbinenräder miteinander in Getriebeverbindung stehen, wirkt sich diese Bremsung auch auf das erste Turbinenrad aus, wodurch zusammen mit der Wirbelbildung eine Ge-

schwindigkeitsbegrenzung der beiden Turbinen-

räder erzielt wird.

Die folgenden Werte zeigen beispielsweise die

Änderung der Gasgeschwindigkeiten und -rich-

tungen bei anwachsender Geschwindigkeit der Tur-

binenräder.

1i = Geschwindigkeit des die Düse verlassenden

Gases,

h,i = relative Geschwindigkeit des in die erste

Stufe eintretenden Gases,

h,2 = relative Geschwindigkeit des die erste Stufe

verlassenden Gases,

V2 = wirkliche Geschwindigkeit des die erste Stufe

verlassenden Gases,

h3 = wirkliche Geschwindigkeit des in die zweite

Stufe eintretenden Gases,

V,3 = relative Geschwindigkeit des in die zweite

Stufe eintretenden Gases,

V,4 = relative Geschwindigkeit des die zweite Stufe

verlassenden Gases,

Y4 = wirkliche Geschwindigkeit des die zweite

Stufe verlassenden Gases.

Gemäß Fig. 3 sind Turbinenräder r bzw. 2, die

der ersten bzw. der zweiten Stufe angehören, mit

gegenüberliegenden Stirnseiten in einem Gehäuse 3

angeordnet. Die Schaufeln dieser Räder haben einen

solchen Winkel, daß bei einer beliebig zu wählenden

Geschwindigkeit eine Regelwirkung eintritt. Mit

dem Turbinenrad i der ersten Stufe ist eine Voll-

welle 4 verbunden, die durch die Mitte des Tur-

binenrades 2 hindurchgeht und an dem äußeren

Ende mit einem Ritzel 5 versehen ist. Eine die Voll-

welle 4 umgebende Hohlwelle 6 ist mit einem Ende

mit dein Turbinenrad 2 der zweiten Stufe verbunden

und trägt am gegeiiül>erliegenden Ende ein Ritzel 7.

Auf drei in einem nur teilweise gezeigten Getriebe-

gehäuse 9 gelagerten Wellen 8 ist je ein Getriebe-

rad io aufgekeilt, und die Getrieberäder io kämmen

mit dem Ritzel 7 auf der Hohlwelle 6. Auf dem an-

deren Ende jeder Welle 8 ist weiterhin ein Ritzel ii

befestigt, das einen Zahnkranz 12 mittels des von

dem Turbinenrad 2 der zweiten Stufe gelieferten

Drehmomentes antreibt.

Drei weitere Wellen 13, von denen nur eine ge-

zeigt ist, sind, zwischen den Wellen fi liegend, eben-

falls in dem Getriebegehäuse 9 angeordnet, und sie

tragen je ein Getrieberad 14. Die Getrieberäder 14

kämmen mit dem Ritzel 5 auf dem einen Ende der

mittleren Vollwelle 4. Jede der Wellen 13 trägt

außerdem ein zweites Getrieberad 15. Die Getriebe-

räder 15 stehen mit je einem Zwischengetrieberad

16 im Eingriff, wodurch das Drehmoment, welches

das der ersten Stufe angehörende Turbinenrad i

liefert, in entgegengesetzter Richtung ebenfalls auf

die Wellen 8 übertragen wird. Die Getrieberäder 15

und 16 dienen also als Umkehrgetriebe.

Der Zahnkranz 12 trägt in seiner Mitte eine mit

Keilen 18 versehene gemeinsame Welle 17, durch

die das Summendrehmoment in einer Richtung über-

trägen werden kann.

Beim Betrieb der Turbinen werden die Gase

durch eine Anzahl von Düsen 19, von denen nur eine

dargestellt ist, auf die Schaufeln des Turbinen-

rades i der ersten Stufe geleitet. Sie strömen alsdann durch die Schaufeln des Rades :2 der zweiten Stufe und gelangen daraufhin ins Freie. Durch die zugeführten Gase werden die beiden Schaufelräder in entgegengesetzten Richtungen angetrieben, und die Summe der von den Rädern i und 2 gelieferten Drehmomente wird durch das Getriebe in einer Richtung wirkend auf die Welle 17 übertragen.

Die Schaufeln sind so ausgebildet und geformt, daß die Turbinenräder i und 2 mit vorherbestimmter Geschwindigkeit umlaufen. Höhere Geschwindigkeiten können nicht auftreten und zwar wegen der obenerwähnten Bremswirkung auf das Rad 2 der zweiten Stufe.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Anwurfgasturbine mit wenigstens zwei stirnseitig gegenüberliegenden konaxialen, gegenläufigen Turbinenrädern, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln wenigstens eines Turbinenrades einen solchen Winkel haben, daß oberhalb einer vorherbestimmten Drehzahl eine Geschwindigkeitsbegrenzung eintritt und daß durch eine mit den Turbinenrädern verbundene Getriebeanordnung die von den Turbinenrädern gelieferten entgegengesetzten Drehmomente in ein in einer Richtung verlaufendes Summendrehmoment umgewandelt werden.
2. Anwurfgasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenräder mit der Getriebeanordnung durch konzentrische Wellen verbunden sind.
3. Anwurfgasturbine nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umformung der von den Turbinenrädern gelieferten Drehmomente in ein Summendrehmoment gleicher Richtung eine Mehrzahl von Getrieberadsätzen mit den konzentrischen Wellen verbunden ist.
4. Anwurfgasturbine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Getriebeanordnung eine das in einer Richtung verlaufende Summendrehmoment empfangende gemeinsame Welle in Verbindung steht.
5. Amvurfgasturbine nach Anspruch i und 2 mit einem auf dem Ende jeder konzentrischen Welle sitzenden Ritzel, einem Getriebegehäuse, drei in diesem angeordneten Getriebewellen mit je einem Getrieberad, das mit dem Ritzel auf der äußeren konzentrischen Welle kämmt, je einem auf dem anderen Ende der Getriebewellen sitzenden Ritzel und einem mit diesen Ritzeln kämmenden Zahnkranz, drei weiteren, zwischen den ersten in dem Getriebegehäuse befindlichen Getriebewellen, je einem auf den weiteren Getriebewellen angeordneten und mit dem Ritzel auf der inneren konzentrischen Welle kämmenden Getrieberad, einem zweiten Getrieberad auf den weiteren Getriebewellen, das mit je einem auf die ersten Getriebewellen aufgekeilten Zwischengetrieberad im Eingriff steht und zusammen mit diesem für eine Umkehrung des von den zweiten auf die ersten Getriebewellen übertragenen Drehmomentes sorgt und einer gemeinsamen gegebenenfalls mit Keilen versehenen Antriebswelle, die mit dem Zahnkranz in Verbindung steht, so daß die in einer Richtung wirkende Summe der von beiden gegenläufigen Turbinenrädern abgegebenen Drehmomente auf die gemeinsame Antriebswelle übertragen wird.