DE892401C - Beaufschlagungsregelung bei Turbinen, insbesondere Frischgas- und Abgasturbinen - Google Patents

Beaufschlagungsregelung bei Turbinen, insbesondere Frischgas- und Abgasturbinen

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DE892401C
DE892401C DEL5678D DEL0005678D DE892401C DE 892401 C DE892401 C DE 892401C DE L5678 D DEL5678 D DE L5678D DE L0005678 D DEL0005678 D DE L0005678D DE 892401 C DE892401 C DE 892401C
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DE
Germany
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turbines
propellant
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coolant
gas
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Application number
DEL5678D
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English (en)
Inventor
Karl Dr-Ing Leist
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/125Cooling of plants by partial arc admission of the working fluid or by intermittent admission of working and cooling fluid
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Beaufschlagungsregelung bei Turbinen, insbesondere Frischgas-und Abgasturbinen Es ist bekannt, daß für die Regelung von Turbinen, z. B. Frischgas- oder Abgasturbinen, die Düsenschaltregelung, d. h. die Veränderung der vom Treibmittel durchströmten Düsenfläche, besonders günstig ist, da hierbei weder durch Drosseln noch durch Abblasen, z. B. mittels eines Umgehungsventils, der Energievorrat des zur Verfügung stehenden Treibmittels verringert wird. Gleichzeitig besteht die Forderung, daß der Durchmesser von Turbinenrädern und die Länge der Schaufeln möglichst klein gehalten wird, da durch diese beiden Größen einerseits das Volumen der Maschinen und andererseits die Drehzahl derselben beeinflußt wird. In besonderem Maße spielt die Erleichterung der Turbinen auf Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen, eine Rolle. Hier ist eine möglichst weitgehende Ausnutzung der insgesamt verfügbaren Beaufschlagungsflächen eines Turbinenrades geboten.
  • Es ist bei periodisch arbeitenden Turbinen mit mehreren Verbrennungskammern schon vorgeschlagen worden, den Feuerstrahl einer Verbrennungskammer zwischen zwei Kühlstrahlen der benachbarten Kammern einzubetten. Für die den Gegenstand der Erfindung bildenden Turbinen kommt dieser Vorschlag nicht in Betracht, es kann auch bei dieser bekannten Turbine von einer Teilbeaufschlagung im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht gesprochen werden.
  • Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei Verbrennungsturbinen im normalen Betrieb einen bestimmten Bogen des Laufrades dauernd mit Kühlluft zu beaufschlagen. Eine solche Anordnung diente ausschließlich der Kühlung, konnte aber keinesfalls zur Regelung der Turbinenleistung benutzt werden. Es ist ferner schon vorgeschlagen worden, bei Abgasturbinen, die also mit einer gegebenen, dauernd gleichbleibenden Gasmenge arbeiten, zwecks Regelung einen Teil der Düsen mit Druckluft zu beaufschlagen, die normalerweise mit Gas beaufschlagt sind. Hier soll die Leistung dadurch erhöht werden, daß die Aufstau und die arbeitende Menge vergrößert werden.
  • Auf diese Weise ist nur eine begrenzte Leistungssteigerung und eine Regelung in engen Grenzen möglich.
  • Durch die Erfindung sollen nun die folgenden Aufgabengelöst werden: i. Leistungserhöhung von Frischgasturbinen durch Anpassung des Gasquerschnitts an eine zu diesem Zweck vergrößerte Gasmenge; 2. bei Abgasturbinen die Anpassung des Gasquerschnitts an die gewünschte Leistung unter Verwertung eines entsprechenden Anteils der konstanten Gasmenge des Verbrennungsmotors; teils durch Verringerung der abgeblasenen Gasmenge, teils infolge der Volumensteigerung in großen Höhen wird eine Vergrößerung des gasbeaufschlagten Querschnitts erforderlich.
  • In beiden Fällen wird die Leistung der Turbine dadurch geregelt daß der normalerweise durch das Kühlmittel beaufschlagte Bogen ganz oder zum Teil von diesem abgeschaltet und durch das Treibmittel beaufschlagt und so der gasbeaufschlagte Auerschnitt um diesen Bogen vergrößert wird.
  • Andererseits ist nun aber bei solchen Turbinen, die teilweise durch ein Kühlmittel beaufschlagt werden, der hierfür benötigte Teil der verfügbaren Düsenfläche für die Beaufschlagung durch das Treibmittel verloren. Da nun in manchen Betriebsfällen eine besonders große Düsenfläche zur Bewältigung des zum Antrieb notwendigen Treibmittels erforderlich ist, die weit über das Maß der in den anderen Betriebszuständen nötigen Größe hinausgeht, sieht die Erfindung weiterhin eine Regelungsmöglichkeit für diese Betriebsfälle derart vor, daß ein Teil des gesamten Beaufschlagungsquerschnitts z-eitwei;se durch das Treibmittel und zeitweise durch das Kühlmittel, z. B. Fahrtwindluft, beaufschlagt werden kann. Insbesondere kann hierdurch ein Teil des normalerweise von Kühlluft durchströmten Beaufschlagungsbogens zeitweise vom Treibmittel durchströmt werden, so daß der für die Kühlung übrigblzibende Beaufachlagungsbogen entsprechend verkleinert wird. Dies ist natürlich nur in solchen Fällen möglich, wo die, insbesondere bei Gasturbinen, notwendige Kühlung eine solche Verringerung des Kühlbeaufschlagungsbogens gestattet.
  • Von besonderer Bedeutung ist die Erfindung beispielsweise bei auf Flugzeugen angeordneten, zum Antrieb von Ladegebläsen dienenden Abgasturbinen. So ist z. B. in Bodennähe infolge der geringen Gasgeschwindigkeit eine besonders große Düsenfläche erforderlich. Andererseits kann jedoch, da infolge der geringen Drehzahl der Turbine die Fliehkraftbeanspruchung des Läufers viel kleiner ist als in großen Höhen und daher die Beschaufelung eine viel höhere Temperatur annehmen darf, die Kühlwirkung ohne Nachteil verringert werden. Ein anderer Fall liegt z. B. in besonders großen Höhen vor, wenn hier, wie es sich zuweilen aus den thermodynamischen Zusammenhängen des Arbeitsprozesses ergibt, besonders große Düsenquerschnitte für das Treibgas notwendig werden. Zwar sind in diesem Falle die Fliebkraftbeanspruchungen des Läufers besonders hoch, jedoch wird durch die viel stärkere Expansion des Gases die Temperatur desselben so stark gesenkt, daß die Schaufeln weniger hoch erhitzt werden als im Bodenbetrieb. Auch ist die Temperatur der Außenluft in der Regel geringer, was insbesondere bei Kühlbeaufschlagung durch den Flugwind von Vorteil ist. Aus diesem Grunde ist eine nicht so starke Kühlung notwendig und eine Verringerung des Luftbogens zulässig.
  • Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist ferner bei einer zum Antrieb eines Bodenfahrzeuges dienenden Frischgasturbine gegeben. Hier ist beim Start ein besonders hohes Drehmoment notwendig, während die Drehzahlen der Antriebsturbine noch sehr gering sind. Nimmt man z. B. ein zu 30% des Umfanges mit sehr heißem Gas beaufschlagtes Turbinenrad an, so kann durch eine Verdoppelung .des Gasbeaufschlagungsgrades auf 6o % eine Verdoppelung des Drehmomentes erzielt werden. Unte:r Umständen kann sogar eine kurzzeitige Verdreifachung des Bleaufschlagungsbogens für das Frischgas, also im erwähnten Falle auf go-% des Umfanges oder mehr zulässig sein.
  • Da sich die Einströmgehäuse für das heiße Gas und für das Kühlmittel im Betrieb vielfach in verschiedener Weise ausdehnen, werden zweckmäßig zur Vermeidung von Verziehungen beide Gehäuse voneinander getrennt. Insbesondere empfiehlt es sich, denjenigen Beaufschlagungsbogen, der während des größten Teiles des Betriebes von Gas durchströmt wird, zu einem Gehäuse zusammenzufassen und das Luftantriebsgehäuse, welches ganz oder teilweise nur kurzzeitig vom Gas durchströmt wird, hiervon zu trennen.
  • In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen die Abbildungen jeweils das Einströmgehäuse a mit den Düsen b für die Beaufschlagung der Turbine in einem OOuersch.rnitt. c ist der Einströmkanat für das Gas, d der Einströmkanal für die Luft.
  • In Abb. i ist das Einströmgehäuse in drei Sektoren A, B und C unterteilt. A ist derjenige Sektor oder Beaufschlagungsbogen, welcher ausschließlich vom Treibmittel (z. B. den Abgasen einer Breninkraftmaschine), B derjenige Sektor oder Beaufschlagungsbogen, welcher ausschließlich vom Kühlmittel (z. B. Fahrtwind öder ein anderes Kühlmittel, z. B. auch Gebläseluft) beaufschlagt wird. Der Sektor C kann entweder vom Treibmittel oder vom Kühlmittel beaufschlagt werden. Zu diesem Zweck ist zwischen .dem iEiinrströmrohr c und dem Einströmrohr d ein Verbindungsrohr e vorgesehen, welches mit dem Gehäusesektor C bei f in Verbindung steht. Innerhalb des Verbindungsrohres e ist eine in beliebiger Weise zu betätigende Umschaltklappe g vorgesehen, welche in der dargestellten Stellung einen Zutritt des Treibmittels zum Gehäusesektor C gestattet. Wird die Klappe in die Stellung-' umgestellt, so kann statt dessen das Kühlmittel aus dem Einströmkanal d in die Kammer C überströmen.
  • Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Kammern oder Gehäusesektoren B und C zu einem gemeinsamen Gehäuse a1 vereinigt und werden lediglich durch eine Trennungswand h voneinander getrennt. Das den hohen Temperaturen der Gase ausgesetzte Gehäuse a2 für die Kammer A ist dagegen vom Gehäuse a1 durch Spalte il und i2 getrennt, so daß Spannungen infolge der verschiedenen Temperaturen der Gehäuse a1 und a2 weitgehend vermieden werden.
  • Im Falle der Abb. z sind lediglich zwei Sektoren Al und Cl vorgesehen. Der Sektor Al wird wieder ausschließlich vom Treibmittel beaufschlagt, während der Sektor Cl, welcher allein zur Kühlmittelbeaufschlagung dient, gleichzeitig auch insgesamt zeitweise vom Treibmittel beaufschlagt werden kann. Eine Verbindungsleitung e1 verbindet die Einströmkanäle c und d miteinander. Eine Umschaltklappe k verhindert in der dargestellten Lage den Zutritt des Kühlmittels zur Gehäusekammer Cl, während in der Lage k' der Klappe der Zutritt vom Treibmittel zur Kammer Cl unterbunden und gleichzeitig eine Beaufschlagung des der Kammer Cl zugeordneten Düsenquerschnitts durch das Kühlmittel ermöglicht ist.
  • Im Falle der Abb. 2 sind die Kammern Al und Cl lediglich durch Zwischenwände lal und lag getrennt, doch können natürlich auch in diesem Falle durch Zwischenräume vollständig getrennte Gehäuseteile angeordnet werden.
  • Des weiteren besteht auch die Möglichkeit, den zugeschalteten Gasbogen zu unterteilen und mehrere Segmente nacheinander zuzuschalten.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Regelung von Turbinen, insbesondere Gasturbinen, bei denen ein bestimmter Beaufschlagungsbogen im normalen Betrieb andauernd durch ein Kühlmittel beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Bogen oder ein Teil desselben zeitweise durch das Kühlmittcl, z. B. Fahrtwind'luft, und zeitweise durch das Treibmittel beaufschlagt werden kann.
  2. 2. Regelung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sektoren gleichzeitig oder nacheinander von einem Strömungsmittel auf das andere umgeschaltet werden.
  3. 3. Regelung nach Anspruch i und z, gekennzeichnet durch Anwendung bei auf Flugzeugen angeordneten Turbinen, z. B. ein Ladegebläse für den Flugmotor antreibenden Abgasturbinen, beispielsweise derart, daß in Bodennähe oder in großen Höhen der Beaufschlagungsquerschnitt für das Kühlmittel zu Gunsten der Beaufschlagung durch das Treibmittel verringert wird.
  4. 4.. Regelung nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch Anwendung bei auf Bodenfahrzeugen angeordneten Turbinen, z. B. zum Antrieb von Fahrzeugen dienenden Frischgasturbinen, beispielsweise derart, daß der Querschnitt für die Beaufschlagung durch ein Treibmittel beim Start oder Beschleunigen des Fahrzeuges vergrößert wird.
  5. 5. Vorrichtung zur Regelung nach Anspruch i bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beaufschlagungsbogen für das Kühlmittel oder ein Teil desselben sowohl an die Zuleitung für das Kühlmittel als auch an die für das Treibmittel angeschlossen ist und durch eine Schaltvorrichtung jeweils eine der Zuleitungen absperrbar ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung an dem Zusammenfluß der Zuleitungen angeordnet ist und abwechselnd eine der beiden absperrt.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Düsen des normalerweise vom Treibmittel beaufschlagten Bogens in einem getrennten Einströmgehäuse liegen. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 5o4788, 23i 073; schweizerische Patentschrift Nr. 179 552.
DEL5678D 1942-07-16 1942-07-16 Beaufschlagungsregelung bei Turbinen, insbesondere Frischgas- und Abgasturbinen Expired DE892401C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1032031B (de) * 1954-01-25 1958-06-12 Rolls Royce Flugzeuggasturbine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE231073C (de) *
DE504788C (de) * 1930-08-12 Bbc Brown Boveri & Cie Einrichtung zur Regelung der Leistung von Abgaskreiselgeblaesen
CH179552A (de) * 1933-11-25 1935-09-15 Martinka Michael Einrichtung zur Kühlung des Laufrades einer Verbrennungsturbine.

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