DE860294C

DE860294C - Gasturbine mit Drehzahlbegrenzung

Info

Publication number: DE860294C
Application number: DEA12678A
Authority: DE
Inventors: Horace Sinclair Rainbow
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1950-01-25
Filing date: 1951-01-03
Publication date: 1952-12-18
Also published as: US2689528A; DE860296C; BE500182A; FR1029366A; GB682403A; GB682402A

Description

Gasturbine mit Drehzahlbegrenzung Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine von der Art, bei welcher .die Zuführung des Antriebsmediums durch einen Kranz feststehender Düsen erfolgt, die allgemein tangential zu einem innerhalb des Düsenkranzes angeordneten und mit diesem zusammenwirkenden Rotor liegen.
Das vorzugsweise Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Turbine ist der Antrieb einer Pumpe, die Brennstoff in verhältnismäßig großen Mengen den Austrittsgasen einer Gasturbine zum Zwecke der Nacherhitzung zuführen soll, wobei das Antriebsmedium der Pumpenturbine vom Kompressor der Hauptturbine verdichtete Luft sein kann.
Es ist wichtig, sicherzustellen, daß die Gasturbine unter keinen Umständen Überdrehzahlen von einer Größenordnung erreicht, bei der Schäden entstehen könnten, wie z: B: im Falle eines Aufhörens der Belastung, wenn etwa ein Brennstoffbehälter, aus dem Brennstoff (vgl. den vorhergehenden Abschnitt) gepumpt wird, geleert ist.
Die Erfindung besteht darin, daß zum Zwecke der Behebung dieser Schwierigkeit die Rotorscheite der Gasturbine so auf einer Welle angeordnet ist, daß sie bei Überschreiten ihrer festgesetzten Drehzahl durch eine auf dem Zemtrifugalprinzip beruhende Vorrichtung in axialer Richtung in eine Stellung verschoben werden, kann, in der das Antriebsmedium einen geringeren Wirkungsgrad hat.
Fig. i der Zeichnung ist ein Schnitt längs der Linie i- i in Fig.2 eines erfindungsgemäßen Türbinenpumpenaggregates; dessen Turbine einen Regler von der Art besitzt, wie er bereits anderweitig vorgeschlagen wurde.
Fig.2 zeigt einen Schnitt des Turbinenpumpenaggregates im Grundriß, wobei die obere Hälfte der Zeichnung ein Schnitt längs der Linie 211-2a und die untere Hälfte ein Schnitt längs der Linie 2b-2b der Fig. i ist; Fig.3 ist eine Perspektivansicht der Teile des auseinandergenommenen Hauptreglers.
In der veranschaulichten Ausführungsform ist der als Scheibe i i ausgebildete Rotor in senkrechter Achslage am unteren Ende einer vertikalen Welle i angeordnet, die von einem abnehmbar am Gehäuse 15 der Turbine befestigten Druck- oder Kammzapfenlager 13 getragen wird. Das.Gehäuse besteht vorteilhaft aus einem oberen, 15a, und einem unteren Hauptteil 15b, welche lösbar miteinander verbunden sind und zusammengesetzt eine Ringkammer 16 ergeben, in die das Antriebsmittel (z. B. durch den Kompressor verdichtete Luft) tangential durch einen Eintrittskanal 17 eingeführt wird. Die in radialem Sinne innere Wandung 18 der Ringkammer ist als Kranz von Düsen i9 ausgebildet, die im wesentlichen tangential zur Rotorscheibe gerichtet sowie zweckentsprechend hohlgekehlt sind und sich in der Wirbelrichtung der Luft in, der Ringkammer 16 erstrecken.
Die Rotorscheibe i i erstreckt sich an, ihrem Umfang (s. Fig. i) von. der Höhe der Düsenmündungen in Achsrichtung aufwärts und hat auf ihrem Umfang rundum schaufelzellenartige Einfräsungen 2i, auf deren Wände das durch die Düsen strömende Antriebsmittel aufprallt und den Rotor im Drehsinn der Luftwirbelrichtung in der Ringkammer (in Fig.2 im Gegenuhrzeigersinn) antreibt. Das Antriebsmittel tritt dann aus den schaufelzellenartigen Höhlungen nach oben in eine oberhalb der Ringkammer 16 befindliche und mit einem tangentialen Auslaßkanal 23 versehene Spiral- oder Schneckenkammer 22 aus.
Die Spiralkammer sowie ihr Austrittskanal sind zweckmäßigerweise in den oberen Gehäuseteil 1511 eingeformt. Dieser Oberteil kann zentrisch nach oben verlängert werden; um ein zylindrisches Gehäuse 25 für die feststehende und die umlaufende Schnecke der Pumpe zu bilden, von denen die umlaufende Schnecke 26 oberhalb der feststehenden Schnecke 27 'am oberen Ende der Rbtorwelle angebracht `ist. Das Oberende der Rotorwelle kann mittels eines innen in der hohlen, feststehenden Schnecke 27 unterhalb der umlaufenden Schnecke angeordneten Kugellugers 28 oder eines anderen Lagers gelagert werden. Jede Schnecke kann in der dargestellten Weise ein mehrgängiges Gewinde haben. Die feststehende Schnecke ist an ihrem Unterende zu einem radial ausladenden Ringflansch 3o ausgebildet, der das zylindrische Gehäuse 25 an dessen unterem Ende abschließt. Der Austrittskanal 31 der Pumpe ist tangential zum Kammerunterteil der feststehenden Schnecke angeordnet, während der Eintrittsschacht 32 zur umlaufenden Schnecke axiale Richtung hat. Das, Gehäuse 25 kann, beispielsweise in Höhe der umlaufenden Schnecke, zu einem Flansch 33 ausgebildet sein, mittels dessen es an der Unterseite eines nicht gezeigten Behälters angeschraubt werden kann, der Brennstoff oder andere auszupumpende Flüssigkeit enthält und oberhalb des zur umlaufenden Schnecke führenden Eintrittsschachtes 32 eine entsprechende 'Öffnung besitzt.
Die in radialem Sinne innere Wand der Spiralkammer 22 kann durch einen sich in Achsrichtung erstreckenden, mit dem Kreisringflansch 3o am Unterende der feststehenden Schnecke fest verbundenen Flansch 35 gebildet werden, dessen Unterkante 36 in axialer Richtung in einem Abstand von der oberen Umfangskante 37 der Turbinenscheibe i i liegt.
Zwischen der Welle 12 und dem inneren Hohlraum der feststehenden Schnecke 27 ist eine Dichtung angeordnet. Eine solche Dichtung kann einen Ring 39 aus Kohle od. dgl. aufweisen, der mittels einer biegsamen Hülse 40 von der feststehenden Schnecke getragen und beispielsweise durch eine Schraubenfeder 41 nach unten auf eine ebene, bearbeitete obere Begrenzungsfläche, die z. B. aus gehärtetem Stahl bestehen und auch verchromt sein kann, eines Kreisringflansches 42 gepreßt wird, der auf die Welle aufgekeilt ist oder mit dieser aus einem Stück besteht.
Aus Fertigungsgründen wind die innere Wandung der Ringkammer 16 vorteilhaft-erweise als getrennter Ring 18 ausgeführt und am Gehäuseunterteil 15b mittels Stiften 45 od. dgl. befestigt. Die Düsen können als ebene, schräge Schlitze in der oberen Fläche dieses Ringes ausgebildet und innen mit Teilen 46 versehen sein, die eine Kehlung oder düsenartige Einziehung ergeben und 'mittels Nieten ¢7 in ihrer-Stellung festgelegt sind. In ihrer Oberseite sind die Schlitze durch den darunterliegenden Teil des oberen Gehäuseteiles 1511 geschlossen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Rotorscheibe i i in der bei 48 angedeuteten Weise in Führungsnuten auf der Rotorwelle verschiebbar und wird mittels einer zwischen der Nabe 5o der Rotorscheibe und dem Wellenflansch 42, auf welchem der Pumpendichtungsring 39 aufliegt, angeordneten Druckfeder 49 nach unten gedrückt, so daß der Scheibenumfang in. die gezeigte Arbeitsstellung gebracht wird.' - ' ' An der Nabenunterseite liegt ein an seiner Unterseite konkaver stumpfkonischer Ring 52 an, der mit einem Kranz von Kugeln, z. B. drei Kugeln, von denen nur eine Kugel 53 in der Zeichnung dargestellt ist, zusammenwirkt, die in Schlitzen 54 eines Käfigs 55 gehalten werden, wobei sowohl der Ring 52 - als auch der Käfig längs der Führungsnuten 48 der Welle verschiebbar auf dieser angeordnet ist. Die Reaktionskräfte der Kugeln werden von einem axialen, unmittelbar oberhalb des unteren Lagers 13 auf das untere Wellenende aufgekeilten Widerlager 56 aufgenommen.
Die Kugelmassen sind so bemessen, daß bei zulässigen Rotordrehzahlen die resultierende Axialkomponente der auf den stumpfkonischen Ring wirkenden Kugelfliehkräfte nicht größer ist als die entgegengesetzte axiale Schubkraft der Hauptdruckfeder 49. Mit Erreichen höherer Rotordrehzahlen überwindet die Zentrifugalkraft der in den Schlitzen des Käfigs nach außen gedrückten Kugeln jedoch plötzlich die statische Reibung und, treibt die Kugeln nach außen. Infolge des -nun zunehmenden Umlaufradius der Kugeln wirkt auf sie eine größere Zentrifugalkraft, die den Ring 52 zusammen mit der Rotorscheibe i i schnell nach .oben drückt, wodurch augenblicklich der Wirkungsgrad des auf die schaufelzellenartigen Höhlungen am Umfang der Rotorscheibe wirkenden Druckmediums wesentlich vermindert wird. Die Rotor-.Scheibe verbleibt in dieser gehobenen Stellung, bis die Drehzahl so weit sinkt, da3 die Federkraft der Feder 49 die verminderten Kugelfliehkräfte übertrifft.
Der Käfig kann in der dargestellten Weise mit radialen Armen 58 versehen sein, die in entsprechende Ausnehmungen 59 an der Unterseite des Konusringes 52 eingreifen und den Kugeln während ihrer Zentrifugalbewegungen eine sichere Führung verleihen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbine, in der das Antriebsmedium durch einen Kranz feststehender Düsen zugeführt wird, die allgemein tangential zu einem innerhalb des Düsenkranzes angeordneten und mit diesem zusammenwirkenden Rotor liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (i i) auf einer Welle (12) so angebracht ist, daß sie mittels einer auf dem Prinzip der Zentrifugalkraft beruhenden Vorrichtung (52 bis 59) bei Überschreitung einer festgesetzten Drehzahl in axialer Richtung in eine Stellung verschoben werden kann, in welcher der Wirkungsgrad des Antriebsmediums vermindert wird.
2. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (i i) in Nuten (q.8) einer axial feststehenden Welle (12) verschieblich ist und von einer zwischen der Nabe (5o) der Rotorscheibe und einem Wellenflansch (q.2) eingespannten Druckfeder (q.9) so nach unten gedrückt wird, daß der Außenkranz (2i) der Rotorscheibe in die Arbeitsstellung gebracht wird.
3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d'aß die mittels der Zentrifugalkraft wirkende Vorrichtung aus einem Kranz von Kugeln (53) besteht; die in radialen Führungsschlitzen (5q.) eines auf der Welle (12) in Wellennuten derselben verschiebbar angeordneten Käfigs (55) liegen und zwischen einer ebenen Fläche (56) und einer konkaven Fläche (52) wirken, die beide mit der Welle umlaufen, von denen die eine Fläche (56) fest mit der Welle verbunden und die andere Fläche (52) zusammen mit der Rotorscheibe (ir) axial verschiebbar ist, wenn die' festgesetzte Drehzahl überschritten ist. q.. Gasturbine nach Anspruch 3; dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (55) radial nach außen geführte, die Führungsschlitze (5q.) ergebende Armpaare (58) besitzt, @dne in entsprechende Ausnehmungen (59) der angrenzenden Seite der konkaven Fläche (52) eingreifen.