DE838007C - Durch eine Gasturbinenanlage angetriebenes Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein durch eine Gasturbinenanlage angetriebenes Fahrzeug mit einer Gasturbine und einer Dampfturbine und einem Heizkessel für Heizzwecke, insbesondere auf ein Schienenfahrzeug. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfturbine an den Heizkessel angeschlossen und der Heizkessel mit einer eigenen Feuerung ausgerüstet und so ausgebildet und bemessen ist, daß die Dampfturbine bei Beschleunigung der Fahrt die Gasturbinenanlage zu unterstützen vermag. Zweckmäßig wird der Heizkessel als Großraumkessel ausgebildet. Zu dessen Heizung können während der Fahrt noch Sauerstoff enthaltende Abgase der Gasturbine benutzt werden, durch deren Sauerstoff Brennstoff, z. iB. ein gasförmiger, ein flüssiger oder ein staubförmiger Brennstoff, verbrannt werden kann. Es empfiehlt sich, die Dampfturbine mlit der idem Verdichter der Gasturbinenanlage treibenden Turbine zu kuppeln und den Heizkessel so auiszujbirldleri umd zu bemessen, ao daß die Gasturbinenanlage durch diese Dampfturbine auch in Betrieb gesetzt werden kann.

Eine durch eine Gasturbinenanlage angetriebene Lokomotive ist als AusführungsheiiSpiel dies Erntidungsgegenstandes in der Zeichnung vereinfacht as dargestellt.

Die Gasturbinenanlage saugt durch die Leitung 1 aus ider Atmosphäre Luft an luud verdächtet sie durch den Niederdruckverdichter 2 und den Hochdruckverdichter 3 auf den für den Betrieb jeweils

notwendigen Arbeitsdruck. Zwischen den beiden Verdichtern findet eine Kühlung der Luft in einer Kühlkammer 4 statt. Aus der Leitung 5 wird, durch das Origanio geregelt, Wasser der Zerstäubungsdüse 7 zugeführt. Durch die Erhitzung und Verdampfung des Wassers wird die Temperatur der teilweise schon verdichteten Luft vermindert. Das endgültig verdichtete Wasserdampf-Luft-Gemisch strömt durch dite LeklunglS ^!iln diie Brennkammer 9. Dieser Brennkammer wird aus der Leitung 10, durch das Organ 11 geregelt, Brennstoff zugeführt, der durch die Düse 12 in der verdichteten Luft zerstäubt wird und zur Zündung gelangt. Das Gemisch von Luft und Verbrennungsgasen strömt durch die Leitung 13 in die Hochdruckturbine 14 weiter und gelangt durch die Leitung 15 in die Niederdruckturbine 16. In dieser Turbine wird das Arbeitsmittel auf den Atmosphärendruck entspannt. Ein Teil des entspannten Arbeitsmittels strömt durch die Leitung 17 unmittelbar in die Atmosphäre und ein anderer Teil durch die Leitung 18 zur weiteren Itenutzung in einen Heizkessel 19.

Die Nutzleistungsturbine 16 treibt über ein Umkehrgetriebe 20, eine Blindwelle 21, die Kurbel 22 und das Triebgestänge 23 die Triebachsen der Lokomotive. Die Hochdruckturbine 14 treibt die beiden Verdichter ta und 3, sie ist außerdem mit einer Dampfturbine 24 gekuppelt.

Der Dampfkessel 19 wird in erster Linie zur Heizung des von der Lokomotive geschleppten Zuges verwendet. Durch die Leitung 18 wird diesem Kessel eine größere oder geringere Menge von Abgasen aus der Turbine 16 zugeführt; diese Abgase enthalten noch eine bedeutende Menge Sauerstoff, welche genügt, den aus der Leitung 25 zugeführten, durch das Organ 26 geregelten umd durch die Düse 2(71 zeristäubten Brennstoff zu verbrennen. Aus dem Feuerraum 28 strömen die Rauchgase durch die Siiederohre 29 im den Rauchfang 30 und werden hier durch einen Ventilator 31 abgesaugt und durch die Leitung 32 über Dach abgeführt. Der Dampf des Kessels wird einesteils durch die Leitung 33 und das Regelorgan 34 in die Heizleitung 35 des Zuges geführt. Andernteils strömt Dampf durch die Leitung 36 in die Dampfturbine 24 und gelangt nach Entspannung durch die Leitung 37 über Dach. Die Zufuhr von Dampf zur Turbine 24 wird durch ein Regelorgan 38 eingestellt, welches seinerseits durch einen Servomotor 39 beeinflußt wird. Der Servomotor 39 steht mit dem nicht gezeichneten Steuerapparat der Gasturbinenanlage und damit mit dem Steuerstand 40 des !Fahrzeuges in Zusammenhang.

Zum Anlassen des Fahrzeuges wird zuerst der Kessel 19 angeheizt. Zu diesem Zweck wird der Ventilator 31 in Betrieb gesetzt, so daß durch die Leitung 17 und 18 aus der Atmosphäre Frischluft angesaiugt wird, welche als Verbrennumgslluft für den durch die Düse 27 in den Brennraum eingeführten Brennstoff dient. Nachdem der Kessel auf Druck gebracht ist, wird durch das Organ 38 und die Leitung 36 der Turbine 24 Dampf zugeführt. Die Dampfturbine vermag dabei die Verdichter 2 und 3 und die Turbine 14 langsam anzutreiben. Hierbei strömt entsprechend der verminderten Drehzahl eine geringe Menge Luft durch· diie Leitung 1 aus der Atmosphäre in die Anlage. Mittels dieser Luftmenge kann eine geringe Brennstoffmenge in der Brennkammer 9 verbrannt werden. Die Verbrennungsgase beaufschlagen die Hochdruckturbine 14, und diese beschleunigt die Verdichtergruppe. Das Abschlußorgan 41 ist hierbei geschlossen und das Abschlußorgan 42 geöffnet. Die Verbrennungsgase strömen also zunächst durch die Leitung 43 ins· Freie. Nachdem durch/ die Türbinen 14 und 24 die Verdichtergruppe 2, 3 auf ihre betriebsmäßige Drehzahl beschleunigt ist, kann die Zufuhr von (Dampf zur Turbine 24 almiälhlich unterbrochen werden. Die Gasturbine 14 treibt dann die Verdichter 2 und 3 allein, während die Dampfturbine 24 nur noch leer mlirläuft. Damit d'st der regelrechte Leerlaufbetrieb der Anlage erreicht.

Soll die Lokomotive in Fahrt gesetzt werden, so wird das Abschlußorgan 41 geöffnet und das Abschlußorgan 42 geschlossen. Die Treibgase strömen dann nicht mehr durch die Leitung 43 ins Freie, sondern durch die Leitung 15 in die Niederdruckturbine 16. Diese treibt die Lokomotive in der durch das Umkehrgetriebe 20 eingestellten Fahrtrichtung.

Zur raschen Beschleunigung des Fahrzeuges kann abermals vorübergehend aus dem Kessel 19 durch die Leitung 36 der Dampfturbine 24 Dampf zugeführt werden. Hierdurch wird zunächst die Drehzähl der Verdichter 2 und 3 gesteigert, die geförderte Arbeitsmktelmenge wird entsprechend erhöht und deren Druck vergrößert. In dieser vermehrten Arbeitsmittelmenge von erhöhtem Druck kann eine größere Brennstoffmenge zur Verbrennung gebracht werden, so daß auch die Leistung der Turbinen 14 und 16 vergrößert wird. Es entsteht hierdurch eine vergrößerte Nutzleistung und gleichzeitig vermag die Verdichterturbine'14 den Betrieb der Verdichter 2 und 3 bei erhöhter Drehzahl wieder zu übernehmen, so daß die Zufuhr von Dampf zur Dampfturbine 24 wieder unterbrochen werden kann.

Bei der beschriebenen Antriebs anlage können; die Gasturbinen geschont werden, weil zur Beschleunigung der Fahrt die Brennstoffzufuhr riidht allzu rasch gesteigert werden muß. Die Dampfturbine kann während der Beschleunigungsvorgänge ganz beträchtliche Leistungen, z.B. 500 bis 1000PS, entwickeln. Auf besonders hohe Wirkungsgrade der Dampfturbine kann verzichtet werden; sie läßt sich deshalb baulich sehr gedrungen ausführen, so daß sie ein Mindestmaß an Raum beansprucht. Dadurch, daß der Heizkessel als Großraumkessel ausgebildet ist, besitzt er einen ganz beträchtlichen Energievorrat, der in einer außergewöhnlich kurzen Zeit dem Kessel entnommen werden kann. So ist es jederzeit möglich, Beschleunigungsleistungen ohne Schwierigkeit rasch aufzubringen.

Die Dampfturbine 24 könnte auch mit der Nutz; leistungsturbine 16 gekuppelt sein. Die Reserveleistung würde so unmittelbar auf die Fahrzeug-

achsen geleitet. Für den Anlaßvorgang müßte aber eime andere Hilfsmaschine her angezogen werden, welche die Verdichtergruppe 2, 3 anzutreiben hätte. Der Ventilator 31 des Dampferzeugers 19 kann beispielsweise durch einen Elektromotor angetrieben sein, der seinerseits durch eine Speicherbatterie mit elektrischer Energie versorgt wird. Ein kurzzeitiger Ausfall von Heizdampf für den Zug während eines Anlaß- oder eines Beschleunigungsvorganges macht sich nicht oder kaum bemerkbar, weil für diese kurze Zeit die Wärmereserve der vorangängig schon geheizten Fahrzeuge ausreicht, um eine nennenswerte Temperatursenkung zu verhindern.

Während Zeiten, während denen die Dampfturbine 24 nicht beaufschlagt ist, kann, wenn notwendig, zu ihrer Kühlung eine geringe Dampfmenge durch ihre Schaufelkanäle geführt werden. Es wäre auch möglich, zwischen der Dampfturbine 24 und der Gasturbine 16 eine lösbare Kupplung anzuordnen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Durch eine Gasturbinenanlage angetriebenes Fahrzeug, 'insbesondere SdMenenifahirzeug, mit einer Gasturbine und einer Dampfturbine und einem Heizkessel für Heizzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfturbine (24) .an den Heizkessel (19) anigesdidossem. und der Heizkessel mit einer eigenen Feuerung (27) ausgerüstet und so ausgebildet und bemessen ist, daß die Dampfturbine bei Beschleunigung der Fahrt die Gasturbinenanlage (14 und gegebenenfalls 16) ziu unterstützein vermag.
2. 2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkessel (19) als Großraumkessel ausgebildet ist.
3. 3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Herzkessel (19) während der Fahrt noch Sauerstoff enthaltende Abgase der Gasturbine (16) zugeführt erhält.
4. 4. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dlem noch Sauerstoff enthaltenden Abgasen, welche zum Heizen des Heizkessels (19) verwendet werden, Brennstoff verbrannt werden kann.
5. 5. Fahrzeug nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfturbine (24) mit der 'dem Verdichter (2, 3) der GasturtMinenanr lage treibenden Gasturbine (14) gekuppelt und der Heizkessel (19) so ausgebildet und bemessen ist, daß die Gasturbinenanlage durch diese Dampfturbine (24) in Betrieb gesetzt werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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