Gasturbine, insbesondere zum Fahrzeugantrieb Die Gasturbine erscheint
infolge ihres geringen Gewichts, ihres vibrationsfreien Laufs, ihres guten Wirkungsgrades
und ihrer Eigenschaft, unter Last mit hohem Drehmoment anzulaufen, für den Antrieb
von Fahrzeugen besonders geeignet. Dabei wurde bisher eine Bauart vorgeschlagen,
bei welcher zwei Teilturbinen nacheinander von den Verbrennungsgasen durchströmt
werden; eine der Turbinen treibt dabei den. Verdichter an, die andere gibt die Nutzleistung
über ein Untersetzungsgetriebe an das Fahrzeug ab. Die Regelung erfolgt dabei durch
Änderung der Gastemperatur. Eine derartige Anordnung gestattet es, im Gegensatz
zum Kolbenmotor, unter Last anzufahren. Der Nachteil dieser Ausführung liegt darin,
daß das Maximaldrehmoment hei der Drehzahl Null der Nutzleistungsturbine nur etwa
doppelt so groß wie das Normaldrehmoment im Auslegepunkt der Turbine ist, was ohne
zusätzlichen Drehmomentenwandler (Schalt- oder hydraulisches Getriebe) für den Fahrzeugantrieb
nicht ausreichend ist, und daß Wirkungsgrad und Leistung schnell abfallen, je mehr
das momentane Verhältnis von Umfangsgeschwindigkeit zu Gasgeschwindigkeit in den
Stufen der Nutzleistungsturbine vom Bestpunkt abweicht. Da die Umfangsgeschwindigkeit
der Nutzleistungsturbine beim Fahrzeugantrieb immer in weiten Grenzen schwankt,
liegt dadurch der durchschnittliche Wirkungsgrad einer derartigen Anlage erheblich
unter dem im Bestpunkt erreichbaren
Wirkungsgrad; ebenso nimmt
die erreichbare Leistung bei abweichender Drehzahl vom Auslegepunkt schnell ab.Gas turbine, especially for vehicle propulsion The gas turbine appears
due to their low weight, their vibration-free running, their good efficiency
and their ability to start under load with high torque for the drive
particularly suitable for vehicles. So far, a design has been proposed
in which the combustion gases flow through two turbine sections one after the other
will; one of the turbines drives the. Compressor on, the other one indicates the useful power
to the vehicle via a reduction gear. The regulation is carried out by
Change in gas temperature. Such an arrangement allows, on the contrary
to the piston engine to start under load. The disadvantage of this design is that
that the maximum torque at zero speed of the power turbine is only about
twice as large as the normal torque at the design point of the turbine, which is without
additional torque converter (manual or hydraulic transmission) for the vehicle drive
is not sufficient, and that efficiency and performance drop rapidly the more
the current ratio of peripheral speed to gas speed in the
Levels of the power turbine deviates from the best point. As the peripheral speed
the power turbine in the vehicle drive always fluctuates within wide limits,
the average efficiency of such a system is therefore considerable
below the achievable in the best point
Efficiency; also takes
the achievable power with deviating speed from the design point quickly decreases.
Die nachstehend beschriebene Erfindung hat das Ziel, eine Gasturbine
zu schaffen, bei welcher bei konstanter zugeführter BrennstoffmengeWirkungsgrad
und Leistung über den größten Teil des Drehmoments konstant bleiben. Das bedeutet,
daß bei sinkender Drehzahl ßi der NTutzleistungsturbine ihr Drehmoment M etwa nach
der Gleichung
ansteigt, wobei k bei konstanter zugeführter Wärmemenge eine Konstante ist.The invention described below has the aim of creating a gas turbine in which, with a constant amount of fuel supplied, the efficiency and power remain constant over the greater part of the torque. This means that with decreasing speed ßi of the Nutzkraftsturbine its torque M approximately according to the equation increases, where k is a constant with a constant amount of heat supplied.
Dies wird folgendermaßen erreicht: Die Turbine ist als Überdruckturbine
mit zwei Läufern ausgeführt. Im Auslegepunkt drehen sich beide Läufer entgegengesetzt
zueinander mit ihrer Auslegegeschwindigkeit, die bei beiden nicht gleich groß zu
sein braucht. Sinkt nun bei konstanter zugeführter Brennstoffmenge die Fahrzeuggeschwindigkeit
ab; dann dreht sich der fest mit dein Fahrzeug verbundene Nutzleistungsläufer langsamer.
Dadurch wird die Relativgeschwindigkeit zwischen den Schaufelgittern beider Läufer
kleiner und das Drehmoment auf beide Läufer größer. Das bewirkt ein Ansteigen der
Drehzahl des Verdichterturbinenläufers und des fest mit ihm verbundenen Verdichters,
und dadurch steigen entsprechend der Verdichterkennlinie Menge und Drucke der geförderten
Luft. Dies bewirkt ein Ansteigen des Drehmoments des 1;utzleistungsiäufers, und
zwar so lange, bis die bei der kleineren Drehzahl abgegebene Leistung wieder der
ursprünglichen entspricht. Da sich bei dieser Anordnung die Relativgeschwindigkeit
der Schaufelkränze gegeneinander nur wenig ändert und strömungstechnisch richtig
konstruierte Schaufelprofile gegenüber dieser Änderung praktisch unempfindlich sind,
bleibt der Wirkungsgrad der Turbine über dem gesamten Drehzahlbereich des Fahrzeugs
annähernd konstant. Nur durch den absinkenden Verdichterwirkungsgrad, die Abweichung
von dem für die betreffende Gastemperatur günstigsten Druckverhältnis und gegebenenfalls
durch die Verschlechterung des Wärmeaustauscherwirkungsgrades tritt bei kleinen
Drehzahlen des Nutzleistungsläufers ein merkliches Absinken des Gesamtwirkungsgrades
und damit der Leistung auf. In diesem Bereich muß die Anlage aber ohnehin durch
einen Regler vor Beschädigungen durch zu hohe Verdichterdrehzahlen und zu große
Drehmomente geschützt werden.This is achieved as follows: The turbine is a positive pressure turbine
executed with two runners. Both runners rotate in opposite directions at the design point
to each other with their design speed, which is not the same for both
needs to be. The vehicle speed now drops with a constant amount of fuel supplied
away; then the power runner, which is firmly attached to your vehicle, rotates more slowly.
This increases the relative speed between the blade grids of both runners
smaller and the torque on both rotors larger. This causes the
Speed of the compressor turbine rotor and the compressor permanently connected to it,
and as a result, the amount and pressures of the conveyed increase in accordance with the compressor characteristic curve
Air. This causes an increase in the torque of the 1; utility runner, and
until the power delivered at the lower speed is restored
original corresponds. Since with this arrangement the relative speed
of the blade rings against each other changes only slightly and is correct in terms of flow
constructed blade profiles are practically insensitive to this change,
remains the efficiency of the turbine over the entire speed range of the vehicle
almost constant. Only because of the decreasing compressor efficiency, the deviation
of the most favorable pressure ratio for the gas temperature in question and, if applicable
due to the deterioration in heat exchanger efficiency occurs at small
Speeds of the power rotor cause a noticeable drop in overall efficiency
and thus the performance. In this area the system has to go through anyway
a controller from damage caused by excessively high compressor speeds and excessively high speeds
Torques are protected.
In diesen f.Tberlegungen ist nun noch nicht berücksichtigt, daß das
bei höheren Drehzahlen des Verdichterturbineirläufers angesaugte höhere Luftgewicht
auch die Verbrennung einer größeren Brennstoffmenge gestattet, ohne die zulässige
Maximaltemperatur der Turbine zu überschreiten. Nutzt man diese Möglichkeit, dann
steigt die von der Anlage abgegebene Leistung linear mit der Zunahme der Drehzahl
des Verdichterturbinenläufers an. Das bedeutet, daß bei abnehmender Fahrzeuggeschwindigkeit
die von der Turbine abgegebene Leistung stetig anwächst, ein Vorzug, den keine andere
bisher bekannte Antriebsmaschine für Fahrzeuge besitzt.In these considerations it is not yet taken into account that the
higher air weight sucked in at higher speeds of the compressor turbine rotor
the burning of a larger amount of fuel is also permitted without the permitted
Exceeding the maximum temperature of the turbine. If you use this opportunity, then
the power output by the system increases linearly with the increase in speed
of the compressor turbine rotor. This means that as the vehicle speed decreases
the power output by the turbine increases steadily, an advantage that no other
has previously known prime mover for vehicles.
Die Zeichnung zeigt schematisch eine derartige Anlage am Beispiel
einer radial von innen nach außen durchströmten Turbine.The drawing shows a schematic example of such a system
a turbine with a radial flow from the inside to the outside.
Der Turbinenläufer i sitzt auf der Hohlwelle 2, über die er seine
Leistung an das hier nicht gezeichnete Getriebe abgibt. Ihm gegenüber sitzt der
Turbinenläufer 3 auf der zum Verdichter führenden Welle 4.. Mit dem Läufer i sind
über Dehnungsstücke 5 die Schaufelkränze 6; 7 und 8, mit Läufer 3 über die Dehnungsstücke
9 die Schaufelkränze To, i i und 12 verbunden. Das Treibgas strömt durch das in
der Welle z angeordnete Schutzrohr 13 zu, durchströmt abwechselnd die Schaufelkränze
des Läufers i und des Läufers 3 und strömt dann durch das Gehäuse 14 und den Abgasstutzen
15 ab.The turbine rotor i is seated on the hollow shaft 2, via which it delivers its power to the transmission, not shown here. Opposite it sits the turbine runner 3 on the shaft 4 leading to the compressor. With the runner i, the blade rings 6; 7 and 8, the blade rings To, ii and 12 connected to rotor 3 via expansion pieces 9. The propellant gas flows through the protective tube 1 3 arranged in the shaft z, alternately flows through the blade rings of the rotor i and the rotor 3 and then flows out through the housing 14 and the exhaust port 15.