DE1276967B - Klein-Gasturbinentriebwerk - Google Patents
Klein-GasturbinentriebwerkInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/38—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising rotary fuel injection means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
-
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
- F02C3/08—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising at least one radial stage
- F02C3/085—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor the compressor comprising at least one radial stage the turbine being of the radial-flow type (radial-radial)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
F 02 c
Deutsche Kl.: 46f-12
Nummer: 1276 967
Aktenzeichen: P 12 76 967.4-13 (V 29679)
Anmeldetag: 6. November 1965
Auslegetag: 5. September 1968
Klein-Gasturbinentriebwerk
Die Erfindung betrifft ein Klein-Gasturbinentriebwerk (kurz »Kleingasturbine«) mit sogenannter »rotierender
Kraftstoffeinspritzung«, bestehend aus einem zweifach gelagerten Rotor mit einem Radialverdichter
und einer Radialturbine sowie einer »zwischen« diesen angeordneten Ringbrennkammer.
Unter dem sich auf die Anordnung der Ringbrennkammer beziehenden Ausdruck »zwischen« ist zu
verstehen, daß der innere Durchmesser der Ringbrennkammer kleiner ist als der Außendurchmesser
der Rotorflügel, derart, daß die Ringbrennkammer im Bereich des axialen Abstandes von Verdichter
und Turbine zumindest teilweise untergebracht ist.
Die Erfindung hat keinen Bezug auf solche Gasturbinentriebwerke, bei welchem das Merkami »Radialverdichter«
bzw. »Radialturbine« nicht verwirklicht ist und statt dessen ein Axialverdichter und/oder eine
Axialturbine vorhanden sind.
Kleingasturbinen der eingangs genannten Bauart sind mehrfach bekannt. So ist z. B. eine Kleingasturbine
mit Radialverdichter und Radialturbine und dazwischenliegender Brennkammer derart aufgebaut,
daß der gesamte Verdichter-Turbinen-Rotor fliegend gelagert und außerdem aus einer Vielzahl von Einzelteilen
zusammengesetzt ist, die mit einem Zuganker verspannt sind. Aus dieser Art der Lagerung ergibt
sich ein ungünstiges Verhalten des Rotors im Bereich der biegekritischen Drehzahl, da der fliegend gelagerte
Teil im kritischen Bereich große Amplituden aufweist. Diese Tatsache ist von Bedeutung für das
Radialspiel der Turbine und damit für ihren Gesamtwirkungsgrad. Gleichzeitig wird damit die Lebensdauer
der Lager entscheidend beeinflußt. Der Aufbau des Rotors bedingt infolge der Vielzahl der Einzelteile
neben einem großen Montageaufwand eine relativ geringe Steifigkeit. Diese ist in gleicher Weise
maßgebend für das kritische Drehzahlverhalten.
Eine weitere Kleingasturbine der genannten Art ist derart aufgebaut, daß bei einer fliegend gelagerten
Turbine der Turbinenrotor mit der Turbinenwelle durch einen Zuganker verspannt ist. Die Zusammensetzung
des Rotors sowie die Anordnung der Lager geben demnach wiederum ungünstige Voraussetzungen
für das Drehzahlverhalten des gesamten Rotors im kritischen Bereich.
Schließlich ist es auch bekannt, bei einer Kleingasturbine einen Rücken an Rücken angeordneten Verdichter-Turbinen-Rotor
aus einem Stück herzustellen und diesen Rotor verdichtereintrittsseitig und turbinenaustrittsseitig
zu lagern. Hierbei liegt aber eine vollkommen andere Konzeption des Aufbaues der
Turbine vor, da in diesem Fall — wie eingangs anAnmelder:
VEB Strömungsmaschinen, Pirna, Sonnenstein
Als Erfinder benannt:
Heinz Schüler, Pirna-Copitz
Heinz Schüler, Pirna-Copitz
gedeutet — die Brennkammer nicht »zwischen« der Turbine und dem Verdichter liegt. Es entsteht ein
vollkommen anderer Strömungsdurchlauf, wobei auch die Kraftstoffeinspritzung wesentlich schwieriger
zu beherrschen ist. Demnach kann der Rotoraufbau und die Lagerung vor einer derartigen Kleingasturbine
auf die eingangs beschriebene Kleingasturbine nicht ohne weiteres übertragen werden.
Die bekannten Kleingasturbinen der genannten Bauart sind in ihrem Aufbau derart gestaltet, daß
infolge des Rotoraufbaues in Verbindung mit der Rotorlagerung ein ungüstiges Verhalten im kritischen
Drehzählbereich mit allen seinen nachteiligen Folgen sowie eine relativ aufwendige Konstruktion zu verzeichnen
ist.
Der Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung einer Kleingasturbine der genannten Bauart mit
einem einfachen Aufbau und einem guten kritischen Drehzahlverhalten der rotierenden Teile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch zweckmäßigen Rotoraufbau in Verbindung mit entsprechender
Rotorlagerung die Steifheit und Masse des Rotors so zu beeinflussen, daß die erste biegekritische
Drehzahl möglichst weit unter der Betriebsdrehzahl und die erste Oberschwingung mehr als 30%
über der Betriebsdrehzahl liegt und dabei gleichzeitig die Forderung nach einem minimalen Montageaufwand
erfüllt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß erstens die Lager in an sich bekannter Weise
Verdichtereintritts- und turbinenaustrittsseitig angeordnet sind, daß zweitens die Rotorwelle lediglich
zwischen Radialverdichter und Radialturbine eine »unlösbare« Verbindungsstelle aufweist, und daß
drittens der Turbinenrotor mit dem Lagerzapfen für das Turbinenlager und einem Anschlußzapfen für die
Rotorwelle aus einem Stück besteht. Die Erfindung besteht nicht in den genannten Einzelmerkmalen,
oder nur deren zwei, als solchen, wohl aber in der Vereinigung der drei Merkmale bei einer Kleingasturbine
der eingangs genannten Bauart. Der Aus-
809 599/128
druck »unlösbar« (siehe auch Patentanspruch 1) bedeutet, daß eine Lösung der Verbindungsstelle nicht
ohne weiteres möglich oder vorgesehen ist, wobei es wesentliche Eigenschaft der unlösbaren Verbindungsstelle
ist, starr und innig zu sein und diesbezüglich einer einstückigen Wellenausführung nicht nachzustehen.
Durch diesen Aufbau des Rotors und seine Lagerung ist ein sehr steifer Rotor entstanden, der geringen
Montageaufwand erfordert und fertigungsmäßig relativ einfach herstellbar ist. Infolge nur einer
Trennstelle, die zwischen Verdichter- und Turbinenrotor liegt und demzufolge als unlösbare Verbindung,
d. h. ohne die üblichen Flanschverbindungen an den Rotoren, ausgeführt wird, ist der Rotor sehr steif. Er
zeigt mit seinem Aufbau und seiner Lagerung ein sehr gutes Verhalten im kritischen Drehzahlbereich. Der
gesamte Rotor läuft sehr ruhig, so daß die Lebensdauer der Lager wesentlich erhöht wird. Außerdem
kann das Laufspiel der Turbine, das einen maßgebenden Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad des Triebwerks
ausübt, relativ klein gehalten werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Rotorwelle und der Anschlußzapfen des Turbinenrotors
durch eine Schrumpfverbindung zusammengefügt. Eine solche unlösbare Verbindung ist
relativ einfach herstellbar und sehr steif, so daß jegliche Elastizität von dem Rotor ferngehalten wird.
Außer der Schrumpfverbindung ist noch ein Verschweißen von Rotorwelle und Anschlußzapfen der
Radialturbine ausführbar.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die Abbildung zeigt eine schematisch in Längsschnitt dargestellte Kleingasturbine mit einem aus
einem Radialverdichter 1, einer Welle 2 und einer Radialturbine 3 bestehenden Rotor. Er ist mit einem
Verdichterlager 4 und einem Turbinenlager 5 zweifach gelagert, wobei das Verdichterlager 4 verdichtereintrittsseitig
und das Turbinenlager 5 turbinenaustrittsseitig angeordnet ist.
Axial zwischen dem Radialverdichter und der Radialturbine 1, 3 befindet sich eine Ringbrennkammer
6 mit einer rotierenden Kraftstoffeinspritzeinrichtung 7. Der Radialverdichter 1 ist von einem Verdichtergehäuse
S und die Ringbrennkammer 6 von einem äußeren Gehäuse 9 umgeben. Die Radialturbine
3 wird von einem Turbinengehäuse 10 begrenzt.
Der Radialverdichter 1 befindet sich auf der Rotorwelle 2 und ist mit ihr fest verspannt. Die Radialturbine
3 besitzt einen. Lagerzapfen 11 und einen Anschlußzapfen 12. Ihr Rotor besteht mit dem Lagerzapfen
11 und dem Anschlußzapfen 12 aus einem Stück. Zwischen der Rotorwelle 2 und dem Anschlußzapf
en 12 ist an einer Verbindungsstelle 13 eine Schrumpfverbindung vorgesehen.
Dieser Aufbau eines aus Radialverdichter 1 und Radialturbine 3 bestehenden zweifach gelagerten
Rotors mit nur einer unlösbaren Trennstelle ohne fliegende Lagerung und ohne allgemein übliche
Flanschanschlüsse ergibt einen biegekritisch leicht zu beherrschenden Rotor, der in der Fertigung und
Montage wenig aufwendig ist.
Claims (2)
1. Klein-Gasturbinenwerk mit sogenannter »rotierender Kraftstoffeinspritzung«, bestehend
aus einem zweifach gelagerten Rotor mit einem Radialverdichter und einer Radialturbine sowie
einer zwischen diesen angeordneten Ringbrennkammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (4, 5) in an sich bekannter Weise
Verdichtereintritts- und turbinenaustrittsseitig angeordnet sind und die Rotorwelle (2) lediglich
zwischen Radialverdichter^) und Radialturbine (3) eine unlösbare Verbindungsstelle (13) aufweist,
wobei der Turbinenrotor mit dem Lagerzapfen (11) für das Turbinenlager (5) und einem
Anschlußzapfen (12) für die Rotorwelle (2) aus einem Stück besteht.
2. Gasturbinentriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorwelle (2) und
der Anschlußzapfen (12) der Radialturbine (3) durch Schrumpfverbindung zusammengefügt sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1276 261;
britische Patentschrift Nr. 694 414;
USA.-Patentschrift Nr. 2 694 291.
Französische Patentschrift Nr. 1276 261;
britische Patentschrift Nr. 694 414;
USA.-Patentschrift Nr. 2 694 291.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 599/128 8.68 © Bundesdruckerei Berlin
Priority Applications (3)
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GB54895/65A GB1127456A (en) | 1965-11-06 | 1965-12-28 | Improvements in or relating to gas turbine engines |
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Publications (1)
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DE1276967B true DE1276967B (de) | 1968-09-05 |
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ID=10472386
Family Applications (1)
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DEV29679A Pending DE1276967B (de) | 1965-11-06 | 1965-11-06 | Klein-Gasturbinentriebwerk |
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DE (1) | DE1276967B (de) |
FR (1) | FR1484643A (de) |
GB (1) | GB1127456A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4034560A (en) * | 1972-01-03 | 1977-07-12 | Eaton Corporation | Centrifugal flow gas turbine engine with annular combustor |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11067096B2 (en) | 2014-03-11 | 2021-07-20 | Nuovo Pignone Srl | Turbomachine assembly |
Citations (3)
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---|---|---|---|---|
GB694414A (en) * | 1952-02-01 | 1953-07-22 | Continental Aviat & Eng Corp | Improvements in or relating to internal combustion gas turbine engines |
US2694291A (en) * | 1948-02-07 | 1954-11-16 | Henning C Rosengart | Rotor and combustion chamber arrangement for gas turbines |
FR1276261A (fr) * | 1959-12-24 | 1961-11-17 | Saurer Ag Adolph | Turbine à gaz |
-
1965
- 1965-11-06 DE DEV29679A patent/DE1276967B/de active Pending
- 1965-12-13 FR FR41949A patent/FR1484643A/fr not_active Expired
- 1965-12-28 GB GB54895/65A patent/GB1127456A/en not_active Expired
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US2694291A (en) * | 1948-02-07 | 1954-11-16 | Henning C Rosengart | Rotor and combustion chamber arrangement for gas turbines |
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US4086760A (en) * | 1972-01-03 | 1978-05-02 | Eaton Corporation | Gas turbine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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GB1127456A (en) | 1968-09-18 |
FR1484643A (fr) | 1967-09-20 |
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