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Abgasturbinengebläse Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasturbinengebläse,
bei dem die Laufräder einer Abgasturbine und eines axial durchströmten Verdichters
auf einer gemeinsamen Welle sitzen, ferner die Zuleitung der Abgase zur Turbine
und der zu fördernden Luftmengen zum Verdichter zwischen den genannten Maschinenteilen
erfolgt sowie die Ableitung der die Turbine verlassenden Abgase in axialer Richtung
stattfindet.
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Bei Brennkraftturbinen ähnlicher Bauart ist als Abschluß des. am freiem
Turbinenende voTgesehenen Wellenlagers eine gut abgerundete Gehäusekappe angebracht,
der aber die Wand des Ableitrohres nicht nach den Regeln eines gut wirkenden D:iffusors
angepaßt ist, obgleich die Abgase in axialer Richtung die Turbine verlassen. Ein
Diffusor fehlt auch am Verdichterauslaß, wo statt dessen ein Sp:iralgehäuse vorgesehen
ist, sofern nicht die verdichtete Luft unmittelbar der Brennkammer zugeführt wird.
Man hat hierbei zu beachten, daß die Umwandlung von Bewegungsenergie eines Gases
in Druckenergie mit gutem Wirkungsgrad nur mittels einwandfrei ausgebildeter Diffuso:ren
möglich ist. Spiralgehäuse z. B. lassen eine nennenswerte Drucksteigerung im Gasstrom
nicht erreichen, da dessen Richtung während des Verlaufes einer etwa angestrebten
Drucksteigerung nicht nennenswert geändert werden darf. Aus diesem Grund muß ein
an
eine Turbine oder einen Verdichter anzuschliießender Diffusion
axial gerichtet sein, wie es an und für eich schon vorgesehen wurde, bei Turbinen
aber nur dann, wenn, die ausströmenden Gase zur Erzielung eines raketenartigen Vortriebes
dienen sollten.
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Es ist nun erkannt worden, daß sich Vorteile besonderer Art ergeben,
wenn gemäß der Erfindung bei Abgasturbinengebläsen an die einander abgekehrten Enden
der Turbine und des Verdichters je ein axial gerichteter Diffusor angebaut wird.
Diese beiden Diffuso.ren dienen dabei dem Zweck, dank der durch sie erreichten Umwandlung
der Geschwindigkeitsenergie der Abgase und der geförderten Luftmengen in Druckenergie
nicht nur den Wirkungsgrad der gesamten ;Maschinenanlage merkbar zu verbessern,
sondern vor allem auch wesentlich höhere Durchtrittsgeschwindigkeiten der Gase und
der Luft in den Schaufelkränzen zuzulassen, als es sonst angängig wäre. Dieser Vorteil
ergibt den weiteren, daß die Durchmesser der Laufräder der Maschine und demzufolge
alle Abmessungen und das Gewicht der Maschinenanlage im Verhältnis zu der verlangten
Leistung und dem anzustrebenden Wirkungsgrad entsprechend klein gehalten werden
können. Außerdem kann die Zahl der erforderlichen Stufen in der Turbine ohne Nachteil
vergrößert und im Verdichter vermindert werden, im Vergleich mit einer Bauart, bei
der keine Drucksteigerung der Abgase oder der Luft nach dem Verlassen der letzten
Schaufelkränze eintritt. Gerade dieser zuletzt erwähnte Vorteil ist von besonderer
Bedeutung; denn die von der Turbine kommenden Abgase müssen einen bestimmten, wenn
auch nur kleinen Überdruck behalten, um die Widerstände im Ableitrohr überwinden
zu können, durch das sie ins Freie entlassen werden. Wollte man die Abgase mit diesem
Druck au.s- dem letzten Schaufelkranz der Turbine austreten lassen, so würde das
in dieser verarbeitete Gefäll so klein sein, daß es unter Umständen in einer einzigen
Stufe ausgenutzt werden könnte. In diesem Fall würde die überschüssige Strömungsenergie
der Abgase nutzlos verlorengehen. Gerade um dies zu verhindern, ist ein Diffusor
an die Turbine anzusch@ließen, der 'im Austrittsquerschnitt der letzteren einen
Unterdruck entstehen läßt, wodurch das in den Schaufelkränzen der Turbine ausnutzbare
Gefälle wesentlich vergrößert wird, während der Dhffusor dass Abströmen der Abgase
unter Steigerung ihres Druckes gegen den höheren Gegendruck ermöglicht. Dties ergibt
eine erheblich bessere Ausnutzung der in den Abgasen zugeführten Energiemengen und
fällt gerade bei den kleinen Druckgefällen, die in Abgasturbinengebläwn zu verarbeiten
sind, besonders schwer ins Gewicht. Ähnlich liegt der Fall auch in bezug auf den
von der Turbine anzutreibenden Verdichter. Der an diesen anzuschließende Diffus
or ermöglicht eis, den geforderten Enddruck der Gebläseluft zu erreichen, ohne daß
im Austrittsquerschnitt der letzten Verdichterstufe ein entsprechend den Widerständen
in der Abströmleitung höherer Druck herrschen müßte. An, der genannten Stelle kann
vielmehr der Luftdruck um so viel niedriger als der geforderte gehalten werden,
als die sich anschließende Drucksteigerung im Dliffusor beträgt. Dies erspart eire
Verdichterstufe, indem gewissermaßen die Geschwindigkeitsenergie der aus der letzten
Verdichterstufe austretenden Luftmenge im Dliffusor ausgenutzt und dadurch. der
Wirkungsgrad der Maschinenanlage merkbar verbessert wird. Die Erfindung besteht
also darin, daß an die einander abgekehrten Enden der Turbine und des Verdichters
je ein axial gerichteter Diffuser angeschlossen isst. Durch den Anbau je eines Diffusors
an die Turbine und an den Verdichter werden also die Betriebsbedingungen dieser
beiden ,Maschinen einander besser angepaßt, als es ohne die Verwendung der Diffusoren
möglich ist. Diese Wirkung der beiden Dliffusoren ist besonders dann von entscheidender
Bedeutung, wenn der Verdichter die Aufladeluft für einen leistungsstarken .Dli@elmotor
liefern soll, mit dessen Abgasen die genannte Turbine anzutreiben ist. In diesem
Fall lassen sich die Abmessungen und Gewicht der Anlagenteile weitestgehend vermindern
und die Drehzahl der umlaufenden Teile steigern, ohne daß der Wirkungsgrad der Anlage
leidet.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Abgase eines Dieselmotors werden dem Gehäuse i zugeführt, das
sie in bekannter Weisse den Schaufelkränzen der Turbine zuleitet. Mit 2 und q. sind
die Schaufelkränze der Laufräder und mit 3 ein dazwischen angeordneter Schaufelkranz
einer Leitscheibe bezeichnet.
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An das Turbinengehäuse 5 schließt sich der Diffusor 6 an, dessen innerer
Kegel 7 von dien Stützschaufeln 8 getragen wird. Durch den Dliffusor 6 wird ein
Teil der Strömungsenergie, die die Abgase beim Eintritt aus dem Laufrad q. besitzen,
in Druckenergie verwandelt. Hierdurch entsteht ein Unterdruck nach dem letzten Turbinenrad,
wodurch eine weitgehende Ausnutzung der Energie erzielt wird, die die Abgase beim
Eintritt in die Turbine 2 bis 5 besitzen.
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Die Laufräder 2. und q. sitzen auf der Welle 9, deren eines Ende in
dem Lager io abgestützt ist, das innerhalb des Diffusorkegels 7 angeordnet ist.
Das andere Ende der Welle 9 isst mit der Welle i i des Verdichters fest verbunden,
deren freies Ende von dem im E)liffu@sorkegel 112 des Verdichters vorgesehenen Lager
13 getragen wird.
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Auf der Welle ii sitzen die Laufräder 1q. und 16, zwischen denen die
Leitscheibe 15 in dem Verdiehte-gehäuse 17 angeordnet ist.
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,Die Frischluft tritt bei dem Stutzen 18 in das Einlaufgehäuse i9
ein und wird durch dieses in üblicher Weise dem Laufrad 1q. zugeführt. Nach dem
Durchgang durch den Verdichter gelangt die Luffin den Diffusor 2o, durch den die
Bewegungsenergie der geförderten Luft möglichst völlig in Druckenergie umgewandelt
wird, da sie nicht mit der beim Verlassen des Verdichters erlangten Geschwindigkeit
in die Arbeitszylinder des Dieselmotors eintreten kann und der durch den Diffusor
2o
erreichbare Druckanstieg den Wirkungsgrad des Verdichters verbessert.
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Um das Abgasturbinengebläse möglichst gedrängt bauen zu können, sind
die beiden Einlaufgehäuse i und i9 zur Zuführung der Abgase einerseits und der Frischluft
andererseits zwischen der Turbine z bis 5 und dem Verdichter 14 bis 17 angeordnet,
während die Diffusoren 6 und 2o an die Außenenden der Maschinenanlage angeschlossen
sind und die aus letzterer austretenden Abgase und Luftmengen in der Achsenrichtung
der Anlage, aber entgegengesetzt zueinander fortgeleitet werden. Die gleichzeitige
Anordnung je eines Diffusors an die Turbine und an den Verdichter wirkt sich so
aus, daß die gemeinsame Welle beider Anlagenteile schneller umläuft, als es sonst
unter im übrigen gleichen Bedingungen geschehen würde.
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Die beiden Einlaufgehäuse i und i9 sind getrennt voneinander gehalten,
um die Herstellung der Maschinenanlage zu erleichtern und einen Wärmeübergang von
den zuströmenden Abgasen auf die Frischluft tunlichst zu verhindern. Statt dessen
kann man aber auch beide Gehäuse miteinander vereinigen.