DE1126682B

DE1126682B - Gasturbinentriebwerk

Info

Publication number: DE1126682B
Application number: DEP15121A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Hryniszak
Original assignee: CA Parsons and Co Ltd
Current assignee: CA Parsons and Co Ltd
Priority date: 1954-11-08
Filing date: 1955-11-07
Publication date: 1962-03-29
Also published as: GB817591A; GB811393A; US2955424A; US3103100A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gasturbinentriebwerk zum Vortrieb von Fahrzeugen.

Es ist bekannt, daß gewisse Eigenschaften einer Gasturbinenanlage, wie z. B. ihr Drehmomentverhalten, verbessert werden können, wenn man zwei Türbinen verwendet, die mechanisch unabhängig voneinander sind, wobei die eine Turbine einen Kompressor antreibt, während die andere Turbine die Leistung abgibt, die außerhalb der Turbinenanlage gebraucht wird. ίο

Die Nachteile der Verwendung zweier Turbinen sind wohlbekannt. In den meisten Fällen muß man die Laufräder der Turbinen fliegend anordnen, wodurch die Anzahl der Stufen auf zwei beschränkt wird. Damit werden auch die Höchstwerte von Temperatur und Druck und infolgedessen der Wirkungsgrad beschränkt. Dadurch erfährt aber nicht nur die Leistung eine Einschränkung, sondern es ergibt sich auch noch der zusätzliche Nachteil, daß infolge der fliegenden Anordnung der beiden Läufer Schwingungen hervorgerufen werden, welche den zulässigen Mindestspalt zwischen Düse und Schaufelspitzen, bzw. zwischen Läufer und Gehäuse begrenzen, was wiederum zu verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgraden führt. Auch die Konstruktion der Lager wird beeinträchtigt.

Wird die Gasturbine zum Antrieb von Lokomotiven, Straßenfahrzeugen u. dgl. verwendet, dann ergibt sich aus der Verwendung zweier Turbinen ein gutes positives Drehmomentverhalten. Der Nachteil einer solchen Turbinenanordnung ist indessen das Fehlen eines negativen Drehmoments beim Bremsen des Fahrzeuges. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist eine sehr verwickelte Anordnung einschließlich Zahnradgetrieben und Kupplungen erforderlich, um die beiden Turbinen während des Bremsens mechanisch miteinander kuppeln zu können.

Es sind auch Gasturbinentriebwerke bekannt, bei welchen der Verdichter in zwei Verdichtereinheiten aufgeteilt ist, von welchen die eine mit der Turbinenwelle starr verbunden ist und die andere über ein einfaches Zahnradgetriebe angetrieben wird. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die beiden Verdichter immer mit einem festen Drehzahlverhältnis zueinander umlaufen und dadurch ein Angleichen an verschiedene Belastungen während des Betriebes nicht möglich ist.

Bei einer anderen bekannten Gasturbinenanlage werden beide Verdichter über ein Differentialgetriebe angetrieben. Hierbei treten innerhalb des Differentialgetriebes unvermeidbar beträchtliche Verluste auf und außerdem müssen die Drehzahlen der beiden unabhängigen Verdichter mittels komplizierter Einrichtun-

Anmelder:

C. A. Parsons & Company Limited,

Newcastle-upon-Tyne, Northumberland

(Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. H. Huß, Patentanwalt,
Garmisch-Partenkirchen, Rathausstr. 14

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 8. November 1954

und 21. Oktober 1955 (Nr. 32 228)

Waldemar Hryniszak, Newcastle-upon-Tyne,

Northumberland (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

gen den jeweiligen Betriebsverhältnissen angepaßt werden.

Schließlich wurde auch noch vorgeschlagen, bei einer Gasturbinenanlage einen Verdichter direkt mit der Turbinenwelle zu kuppeln und den anderen über ein Differentialgetriebe anzutreiben, von welchem auch die Abtriebswelle angetrieben wird. Hierbei ist eine Einrichtung vorgesehen, die ein Überholen der Verdichterwelle mit Differentialantrieb durch die Turbinenwelle verhindert. Der Zweck dieser Einrichtung ist, die Getriebeverluste im Dauerbetrieb zu verringern, da von einer bestimmten Drehzahl der Turbinenwelle aufwärts diese mit der Welle des vorher über das Differentialgetriebe angetriebenen Verdichters direkt gekoppelt wird, so daß das Differentialgetriebe von dieser Drehzahl an aufwärts als reines Übersetzungsgetriebe arbeitet.

Die Erfindung geht von der bekannten Anordnung aus, bei welcher zwei Verdichter vorgesehen sind, von welchen einer direkt mit der Turbinenwelle gekoppelt ist, während ein zweiter über ein Differential- oder Planetengetriebe angetrieben wird, durch welches auch die Abtriebsleistung übertragen wird. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der direkt mit der Turbinenwelle gekoppelte Verdichter bei normaler Belastung die gesamte oder zum mindesten den Hauptteil

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Claims

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der Verdichtungsarbeit leistet, wobei seine Umfangs- tels einer Welle C₁, welche den Läufern der Turbine b geschwindigkeit wesentlich höher ist als die des von und des Kompressors c gemeinsam ist und in einem dem Getriebe angetriebenen Verdichters. Hierdurch Ritzel d des Planetengetriebes α endet. Die Planetenergibt sich eine Gasturbinenanlage mit einem mit der räder e des Planetengetriebes sind mittels eines Ste-Turbinenwelle stark gekoppelten Hauptverdichter und 5 ges / mit der Abtriebswelle des Gasturbinen-Aggregats einem bei normaler Belastung mit ganz geringer Dreh- verbunden. Das Sonnenrad g des Getriebes α ist in der zahl leer umlaufenden Hilfsverdichter. Der große Vor- dargestellten Form direkt mit dem Niederdruck-Komteil dieser Anordnung liegt darin, daß durch den leer- pressor h verbunden. Das Gasturbinenaggregat kann laufenden Hilfsverdichter bei normaler Belastung nur durch einen Anlaßmotor /, welcher über ein Ritzel / sehr geringe Verluste entstehen, während andererseits io das Sonnenrad g antreibt, angelassen werden,
bei absinkender Drehzahl der Abtriebswelle der Hilfs- In der Fig. 2 treibt die Turbine b den Niederdruckverdichter sehr schnell auf eine hohe Umfangsge- Kompressor Zz₁ "an. Die gemeinsame Welle C₁ der beischwindigkeit kommt, die wesentlich über der des den Läufer endet wiederum in einem Ritzel U₁ eines Hauptverdichters liegen kann, wodurch das Dreh- Planetengetriebes a_v Die Planetenräder e_x drehen moment der Turbine sehr schnell auf ein Mehrfaches 15 ihren Steg J₁ und damit die Abtriebswelle. Das Sondes Drehmomentes bei Normallast gesteigert werden nenrad ^₁ dieser ersten Stufe des Planetengetriebes ist kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der durch ein Ritzel J₁ mit einem weiteren Satz von Pia-Erfindung ist der Hilfsverdichter als Hochdruckver- netenrädern k verbunden, welch letztere ihrerseits mit dichter ausgebildet, da dieser eine wesentlich gerin- deren Steg I und damit mit dem Hochdruck-Komgere Masse aufweist, als der in diesem Falle als Haupt- 20 pressor C₂ verbunden sind. Die Planetenräder k kämverdichter arbeitende Niederdruckverdichter und da- men auch mit einem zweiten Sonnenrad m.
her besonders leicht auf eine hohe Umfangsgeschwin- Beide Figuren zeigen auch den Anschluß einer digkeit beschleunigt werden kann. Außerdem ergibt Brennkammer n.

diese Anordnung eine sehr kompakte Bauweise des Bei dem zweistufigen Planetengetriebe der Fig. 2

gesamten Aggregates. 25 kann man auch Bremsen oder lösbare Kupplungen

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung oder sonstige Mittel ο verwenden, die dem Sonnenist der Hilfsverdichter mit der Turbinenwelle über rad m zugeordnet sind, um den Hochdruck-Kompresein doppeltes Planetengetriebe gekoppelt. Hierdurch sor C₂ mit verschiedener Drehzahl antreiben zu könergibt sich eine sehr gute Anpassungsmöglichkeit der nen. In diesem Falle kann sich das Sonnenrad m frei Turbinendrehzahl an verschiedene Drehzahlen der 30 drehen, wird aber durch Anlegen der Bremse ο an der Abtriebswelle, indem eines oder mehrere der um- Drehung verhindert.

laufenden Glieder des Planetengetriebes abgebremst Beide Kompressoren können entweder vom Axialoder blockiert werden, insbesondere ist es auf diese typ oder vom Radialtyp sein; es kann aber auch der Weise möglich, die Turbine bei verschiedenen Dreh- eine ein Axialkompressor und der andere ein Radialzahlen der Abtriebswelle immer in der Nähe ihrer 35 kompressor sein. In vielen Fällen wird es ratsam sein, günstigsten Drehzahl laufen zu lassen, was eine wesent- das Druckverhältnis des indirekt angetriebenen Komliche Brennstoffersparnis zur Folge hat. Außerdem ist pressors kleiner zu wählen als das des direkt angees auf diese Weise auch möglich, eine starre Verbin- triebenen Kompressors.

dung des Hilfsverdichters mit der Turbinenwelle zu Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Gastur-

erzielen, so daß das Triebwerk wie ein Triebwerk ohne 40 binentriebwerks zum Vortrieb von Fahrzeugen fällt

geteilte Verdichter arbeitet. die Hauptkompressionsarbeit dem von der Turbine

Von den schematischen Zeichnungen stellt die direkt angetriebenen Kompressor zu, während die

Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfin- Drehzahl des indirekt angetriebenen Kompressors

dung dar, wobei ein Hochdruckkompressor für ein verhältnismäßig niedrig ist.

elastisches Fluidum direkt von einer Gasturbine an- 45 Unter normalen Betriebsverhältnissen arbeitet da-

getrieben wird, während ein Niederdruckkompressor her die Anlage praktisch wie ein Aggregat mit einem

von der Gasturbine indirekt über ein Planetengetriebe einzigen, direkt mit der Gasturbine gekuppelten Kom-

angetrieben wird. pressor.

Die Fig. 2 stellt eine Ausführungsform der vor- Bei zunehmender Belastung der Abtriebswelle,

liegenden Erfindung dar, bei welcher eine Gasturbine 50 z. B. bei de/"^wärtsfahrt auf einer Steigung, nehmet

einen Niederdruckkompressor für ein elastisches die Drehzahl und das Druckverhältnis des indirekt -: \A

Fluidum direkt antreibt, während ein Hochdruckkom- angetriebenen Kompressors und damit auch die Lei-^-^

pressor von der Turbine über ein Planetengetriebe stung der ganzen Anlage zu.

angetrieben wird. Zum Bremsen wird die Brennstoffzufuhr unterbun-

Bei Durchführung der vorliegenden Erfindung ge- 55 den oder doch erheblich gedrosselt, so daß die Kommäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird pressoren zum Abbremsen der Turbine beitragen,
ein Hochdruckkompressor von der Turbine direkt angetrieben, während ein Niederdruckkompressor von PATENTANSPRÜCHE·
der Turbine indirekt über ein Planeten-Differential-Getriebe, als Ganzes mit α bezeichnet, angetrieben 60 1. Gasturbinentriebwerk für Fahrzeuge, bei dem wird. die Turbine mit der Antriebswelle eines Differen-

Unter Planeten-Differential-Getriebe ist ein Ge- tialgetriebes verbunden ist, dessen eine Abtriebstriebe zu verstehen, welches eine Antriebswelle und welle einen Verdichter antreibt und dessen andere zwei Abtriebswellen hat, wobei sich die beiden Ab- Abtriebswelle Nutzleistung nach außen abgibt, triebswellen mit verschiedenen Drehzahlen drehen 65 dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter können, jedoch so, daß, wenn die Drehzahl der einen Weise ein nachgeschalteter Verdichter (c) bzw. Welle abnimmt, die der anderen Welle ansteigt. Eine ein vorgeschalteter Verdichter (A₁) mit der Tur-Turbine b treibt einen Hochdruckkompressor c mit- bine fest verbunden ist und daß bei normaler

Nutzlast dieser Verdichter (c) bzw. (A₁) den Hauptanteil der Verdichtungsarbeit leistet und seine Umfangsgeschwindigkeit dabei wesentlich höher ist als die Umfangsgeschwindigkeit des über das Getriebe (α) bzw. (O₁) angetriebenen Verdichters (h bzw. C₂).
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialgetriebe ein Doppelplanetengetriebe ist, wobei ein Verdichter mit einem Planetenräder tragenden Steg gekoppelt ist, welche Räder mit einem ersten Sonnenrad und einem Ritzel kämmen, wobei das Ritzel mit einem zweiten Sonnenrad starr verbunden ist, das in Eingriff steht mit weiteren Planetenrädern, die ihrerseits mit einem auf der Turbinenwelle angeordneten Ritzel kämmen und auf einem Steg sitzen, der mit der Abtriebswelle verbunden ist.
3. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise Mittel vorgesehen sind, um die Drehung eines der beiden Sonnenräder zu verhindern oder abzubremsen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Patent Nr. 1049 159;
schweizerische Patentschrift Nr. 269 975;
französische Patentschrift Nr. 962573;
britische Patentschrift Nr. 610 939;
USA.-Patentschrift Nr. 2 613 749.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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