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Gasturbine, insbesondere für den Antrieb von Straßenfahrzeugen Die
Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine, die insbesondere für den Antrieb von
Straßenkraftfahrzeugen bestimmt und so ausgebildet ist, daß sie in dem Raum untergebracht
werden kann, der bei Straßenfahrzeugen gewöhnlich für die Antriebsanlage vorgesehen
ist. Die neue Gasturbine ist also bei zweckentsprechender Lage ihrer verschiedenen
Bauteile von gedrängter Bauart und von leichtem Gewicht.
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Mau hat bereits vorgeschlagen, Gasturbinen mit zwei voneinander unabhängigen
Rotorteilen, von denen der eine zum Antrieb des Verdichters dient, während der andere
die Nutzleistung liefert, an ihrem Austrittsende mit einem Gehäuse zu verbinden,
das die Strömungsrichtung der Verbrennungsprodukte umkehrt und diese der koaxial
turn Verdichter angeordneten Axialturbine zuleitet. Die Erfindung besteht nun bei
einer solchen Anlage darin, daß der zweite Rotorteil der Turbine über eine Hohlwelle,
die die Welle umschließt, durch welche der Läufer des Verdichters von dem ersten
Turbinenrotorteil angetrieben wird, ein L'ntersetzungsgetriebe antreibt, das zwischen
Verdichter und dem diesem zugewandten Turbinenende angeordnet ist und die seitlich
von den Turbinenwellen liegende Abtriebswelle antreibt. Vorzugsweise ist der erste
den Läufer des Verdichters antreibende Rotorteil der Turbine mehrstufig ausgebildet.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Fig. i zeigt die Umrißlinien eines Kraftwagens, der mit einer Antriebsgasturbinenanlage
nach der Erfindung ausgestattet ist;
Fig.2 ist eine Seitenansicht
der erfindungsgemäßen Antriebsanlage; Fig. 3 und 4 sind in vergrößertem Maßstab
und in teilweiser Ansicht Schnitte durch die Turbine und den Verdichter, wobei die
strichpunktierte Linie 3-4 beiden Figuren gemeinsam ist; Fig. 5 ist in abgebrochener
Darstellung ein Grundriß einer abgeänderten Ausführungsform der neuen Antriebsanlage
mit einem Wärmeatistatisc-her; Fig. 6 und 7 sind 'hierzu in Teildarstellung Ansichten
in Richtung der Pfeile 6 und 7 in Fig. 5; Fig. 8 ist ein Schnitt im wesentlichen
nach der Linie 8-8 in Fig. 5; Fig.9 zeigt den Grundriß einer weiteren Abä nderungsform
der Erfindung, und Fig. io ist eine Seitenansicht hierzu.
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In Fig. i ist (las Antriebsaggregat 6 am Vorderende des Fahrzeuges
untergebracht. Es steht über eine Cbertragungsanordnung 7, die beispielsweise aus
einer Kupplung und einem Wendegetriebe bestehen kann, und eine Treibwelle
io mit irgendeinem üblichen Differentialgetriebe 9 in Verbindung, über das die Hinterräder
i i angetrieben werden.
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Entsprechend den Fig.2 bis d. findet ein zweistufiger Verdichter 12
Verwendung, der mit einem Verdichtungsverhältnis von beispielsweise 5:i arbeitet.
Er besitzt zwei Zentrifugalschaufelräder 13,
14, die auf einer Welle
15 befestigt sind. Die Welle ist bei 16, 17 in dem feststehenden Gehäuse
18 gelagert. Die Ansaugöffnung i9 für den Verdichter erstreckt sich zweckmäßig rings
über den ganzen Umfang. Durch einen Ansaugstutzen 20 ist diese Eintrittsöffnung
mit der Vorderseite des Fahrzeuges an der Stelle verbunden, die sonst gewöhnlich
vom Kühler eines wassergekühlten Verbrennungsmotores eingenommen wird.
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Nachdem die verdichtete Luft ein Diffusorritiggehäuse 23 für die zweite
Verdichtungsstufe passiert hat, tritt sie von der Oberseite dieses Gehäuses zu (lern
benachbarten Eintrittsende einer einzigen Brennkammer 24 über, die im oberen Bereich
des :\titriel)saggregates und in Längsrichtung desselben angeordnet ist. Die Brennkammer
kann, wie gezeigt, v(xi vorn nach hinten leicht abwärts geneigt sein, wobei die
Brennkammer und ihre Zu- und Ableitungen innerhalb der Gesamtlänge des Antriebsaggregates
untergebracht sind.
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Das _\ustrittsende 26 der Brennkammer ist durch ein Knierohr 27 mit
einem Schneckengehäuse 28 verbunden, das sich an der Rückseite des Antriebsaggregates
befindet. In diesem Gehäuse wird die Strömungsrichtung der Brenngase und der zugesetzten
@'erdiipnungsluft umgekehrt. Dieses Geniisch wird dann durch Leitschaufeln 29 an
der Vorderseite des Schneckengehäuses, die in einem geringeren radialen Abstand
von der Verdic'hterachse liegen als das Austrittsende 26 der Brennkammer, in das
feststehende Gehäuse 30 einer Turbine überführt, das drei Turbinenräder in
koaxialer Anordnung mit dem Verdichter umschließt. Die ersten beiden dieser Turbinenräder,
d.li. die leiden hinteren, 32 und 33, sitzen auf der Welle 34, die bis zur Verdichterwelle
1,5 nach vorn geführt ist und die Verdichterläufer antreibt. Das dritte Turbinenrad
35 liefert die Antriebsleistung für das Fährzeug. Über eine Höhlwelle 36, die sich
um die den Verdichter antreibende Welle 34 herum nach vorn erstreckt, treibt dieses
Rad ein Untersetzungsgetriebe, das neben dem Diffusorgehäuse 23 der zweiten Verdichterstufe
angeordnet ist und hauptsächlich an der Seite der _\chse der Antriebsanlage liegt,
die von der Brennkammer abgekehrt ist. Das Untersetzungsgetriebe, dessen nach hinten
gerichtete Antriebswelle 37 mit der Treibwellenanordnung io verbunden ist, besteht
aus einem Ritzel38 auf der Welle 36, das ein auf einer Vorgelegewelle sitzendes
Zahnrad 39 antreibt. Dieses ist mit einem Ritzel 40 fest verbunden, das ein auf
der Welle 37 befestigtes Zahnrad 41 antreibt.
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Die Auspuffgase aus der Turbine treten in eine ringförmige, nach vorn
gerichtete und sich erweiternde Leitung 44, die in einem Schneckengehäuse 45 mit
doppeltem Auslaß endet. Die beiden diesen Auslaß bildenden Rohrschenkel 46 führen
auf jeder Steite des Antriebsaggregates zunächst abwärts und dann rückwärts und
sind mit den Auspuffrohren 47 verbunden, welche sich zunächst im wesentlichen parallel
zu der Abtriebswelle 37 nach hinten erstrecken.
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Auf diese Weise wird es möglich, das Untersetzungsgetriebe in einem
Gehäuse 49 auf der Rückseite des Verdichters unterzubringen. Dieses Gehäuse liegt
in ausreichendem Abstand von der hohen Temperatur des Turbinensystems und besitzt
geeignete Lager für die Wellen 34 und 36 sowie die erforderlichen Lager für das
Untersetzutigsgetriebe, während eine nach hinten gerichtete Verlängerung 5o des
Gehäuses die Abtriebswelle stützt.
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In der Nachbarschaft des Gehäuses 49 können andere Hilfseinrichtungen
untergebracht werden, beispielsweise ein Regler, eine Brennstoffpumpe und eine COlptimpe,
wie bei 5 i angedeutet ist. Der Antrieb dieser Teile kann in geeigneter Weise aus
dem Innern des Gehäuses 4c) abgeleitet werden, wie bei 52 angedeutet. Der Anlassermotor
53 kann rechtwinklig zur Verdichterantriebswelle 34 an ihrem rückwärtigen Ende angeordnet
werden, so daß beim Anlassen das die Antriebsleistung liefernde Turbinenrad 35 nicht
mitgedreht wird.
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Wie man sieht, ermöglicht die beschriebene Anordnung eine niedrige
Lagerung der Antriebswelle für die Hinterachse und auch eine zufriedenstellende
Anordnung der Auspuffeinrichtung, welche nach der Rückseite des Fahrzeuges geführt
werden kann, wie es im heutigen Kraftwagenbau üblich ist. Die Baulänge der Antriebsanlage
über alles kann verhältnismäßig kurz gehalten werden, so daß eine gedrängte übersichtliche
Bauart von verhältnismäßig niedrigem Gewicht entsteht.
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Die Fig. S bis 8 veranschaulichen eine abgeänderte Ausführungsform.
bei welcher das Tur-1» nenantriebsaggregat selbst im wesentlichen das gleiche ist
wie in den Fig. i his 4, ins1iesnndere'hinsichtlich
des Verdichters
und der Turbine. Die Teile 12, 23, 28, 30 und 44 bleiben die gleichen
wie bei der Ausführungsform der Fig. i bis 4. In den Fig. 5 1»s 8 «wird jedoch die
aus dem Schneckengehäuse 23 des Verdichters austretende Gasmenge durch ein Leitungsstück
56 zu einer Luftkammer 57 geführt, die unter dem linken Ende (Fig. 5) eines Wärmeatistattsclters
58 liegt. Die Kammer 57 reicht bis zu der mittleren Teilwand 59 dieses Wärmeaustauscbers.
Der Wärmeaustauscher ist durch eine Anzahl Leitkanäle 6o. 6o unterteilt, die sich
in kleinem :abstand voneinander in horizontaler Richtung quer durch den Wärmeaustauscher
erstrecken. Diese Teile lassen zwischen sich parallelwandige 1)urchtrittsquerschnitte,
die auf der linken Seite des Wärcneaustausclters (Fig. 5 und 8) mit 61, 61 bezeichnet
sind und durch die an dieser Seite die vom `'erdichter gelieferte verdichtete Luft
aus dem Gelläuse 57 nach oben in eine Sammelkammer 62 strömt, die über die ganze
Länge des Wärmeaustauschers 58 an seiner Oberseite angeordnet ist. In gleicher Weise
strömt die verdichtete Luft auf der rechten Seite des Wärmeaustauschers (Fig. 5
und 8) durch die parallelliegenden Strömungsquerschnitte 63, 63. die auf dieser
Seite durch die Teile 6o gebildet sind, abwärts und tritt dann in das Einlaßende
65 einer Brennkammer 2.I° ein, die in diesem Schneckengehäuse 28 mündet, aus dem
die Brenngase der Turbine zuströmen. Die Auspuffgase aus der Turbine strömen durch
ein Leitungsstück 46" in eine Sammelkammer 66, die auf der angrenzenden Seite des
Wärmeaustauschers 58 über seine ganze Länge angeordnet ist.. An diese Sammelkammer
66 sind die benachbarten Enden sämtlicher Leitkanäle 6o angeschlossen, die die Auspuffgase
in horizontaler Richtung durchströmen und dadurch die verdichtete Luft auf ihrem
Weg vom Verdichter zur Brennkammer 24a vorerfiitzen. Die Pfeile 68 in Fig. 5 deuten
zum Teil den Weg der Luft vom Verdichter zur Brennkammer an, während die Pfeile
69 den Strömungsweg der Auspuffgase veranschaulichen.
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Bei einer solchen Bauweise ist es zweckmäßig, auf gegenüberliegenden
Seiten der Anlage zwei Brennkammern 24a und ebenso zwei Wärmeaustauscheranzuordnen.
Die Bauart der Fig. 9 und io unterscheidet sich von der der Fig. 2 bis 4 in der
Hauptsache dadurch, daß nur ein einstufiger Verdichter 12a Verwendung findet und
zwei Brennkammern 24 zu beiden Seiten des Aggregates 6 angeordnet sind, von denen
jede mit dem Schneckengehäuse 28 verbunden ist. Die Austrittsenden beider Brennkammern
sind mit dem zur Umkehr der Strömungsrichtung dienenden Schneckengehäuse 28 verbunden.
Weiterhin besitzt bei dieser Ausfü'hrungform das Auspuffschneckengehäuse 45 der
Turbine einen einzigen nach oben gerichteten Auslaßstutzen 46°, an den eine geeignete
Auspuffleitung angeschlossen werden kann.