Maschinenanlage mit Turbogebläse mit radialdurchströmtem Laufrad. Die Erfindung bezieht sich auf eine Ma schinenanlage mit Turbogebläse mit radial- durchströmtem Laufrad und hat die Errei chung eines Gebläses dieser Gattung mit hohem Druckverhältnis, und gutem Wir- hungsgrad zum Ziel.
Der gleichzeitigen Ver- wirklichung dieser Bedingungen stellt sich die Tatsache entgegen, dass zur Erreichung eines hohen Druckverhältnisses eine grosse Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades not wendig ist,
wobei das Gas mit einer über der Schallgeschwindigkeit liegenden Absolutge- schwindigkeit aus dem Laufrad aus- und in den Diffusor eintritt. Das Einströmen mit Überschallgeschwindigkeit in den Diffusor hat aber einen sehr schlechten Diffusorwir- kungsgrad zur Folge, so dass ein hoher Ge samtwirkungsgrad ohne besondere Mittel nicht erreicht werden kann.
Bei einem Turbogebläse mit radialdurch- strömtem Laufrad, bei welchem die Absolut- ge3chwindigkeit des geförderten ,Gases am Laufradaustritt mindestens. gleich der Schall- geschwindigkeit ist, wird erfindungsgemäss ein guter Diffusorwirkungsgrad und damit ein hoher Gesamtwirkungsgrad dadurch erreicht,
dass der Diffusor um die Laufrad achse drehbar ist und nm gleichen Drehsinn wie das CTebläserad so rasch umläuft, dass das Gas gegenüber den Diffusorschaufeln eine unter der Schallgeschwindigkeit liegende Relativgeschwindigkeit aufweist, wobei das Diffusorrad vom geförderten Gas angetrieben wird.
Das Diffusorrad kann dabei über ein Übersetzungsgetriebe mit der Gebläselauf- radwelle kraftschlüssig verbunden sein, so dass zwischen beiden Rädern ein bestimmtes Drehzahlverhältnis besteht.
Bei Radialgebläsen ist es zwar an sich be kannt geworden, einen um die Laufradachse drehbaren Diffusor anzuwenden. Bei der be kannten Einrichtung wird mit diesem Mittel jedoch lediglich eine stufenlose Regelung zur Aufrechterhaltung gleichen Druckes in der Ladeleitung einer das Gebläse mit gleichblei bender Drehzahl antreibenden Höhenflug- brennkraftmasebnne erreicht. Der Gedanke,
dieses Mittel bei sehr rasch laufenden Radial gebläsen mit hohem Druckverhältnis zur Ver besserung des Wirkungsgrades herbeizuzie hen, ist durch die ältere Konstruktion jedoch nicht bekannt geworden, da dort gerade bei dem höchsten zu erreichenden Druckverhält nis das Diffusorrad stillsteht.
Die erfindungsgemässe Gestaltung von Radialgebläsen ermöglicht die Verwendung dieser konstruktiv einfacheren Gebläsegat- tung an Stelle der fabrikatorisch komplizier teren und viel Raum beanspruchenden Agial- gebläse, welche bisher fast ausschliesslich überall dort zum Einbau kamen, wo ein hoher Wirkungsgrad bei hohem Druckverhältnis er forderlich war.
Ein erfindungsgemässes Radialgebläse kann. beispielsweise in einer Gasturbinen anlage verwendet werden, welche die Über schussleistung der Gasturbine nach aussen ab- gibt. Das Gebläse wird dann durch eine Gas turbine angetrieben, der die vom Gebläse ge förderte Luft durch eine Brennkammer hin durch zuströmt.
Vorteilhaft gibt das Diffu- sorrad, das als Turbine wirkend einen Teil der in der geförderten Luft enthaltenen kine tischen Energie aufnimmt, mechanische Ener gie ab, so dass mindestens ein Teil der nutz baren Differenzleistung der Gasturbinen- Gebläsegruppe über das Diffusorrad nach aussen geführt wird.
Wenn das Diffusorrad nur einen Teil der Differenzleistung der Gasturbinen-Geblä.se- gruppe aufnimmt, so kann diese Leistung über ein Getriebe an die Gasturbinen-Gebläsewelle abgegeben werden, wobei dann die gesamte nach aussen zur Verfügung stehende Leistung an dieser Welle abgenommen wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und zwar zeigt sie schematisch einen Quer schnitt durch eine Gasturbinenanlage mit dem erfindungsgemässen Radialgebläse.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist auf der im Gehäuse 1 drehbar gelagerten Welle 2 das Gebläselaufrad d und das Gas turbinenlaufrad 4 befestigt. Dem Austritt des radialdurchströmten Gebläselaufrades 3 ge genüber liegt der Kranz der Diffusorschau- feln 5, welche am Diffusorrad 6 angeordnet sind.
Das mit hoher Drehzahl umlaufende Gebläserad 3 saugt durch den Stutzen 7 Luft an, welche an seinem Umfang mit Überschall geschwindigkeit austritt und das Diffusorrad 6 so rasch antreibt, dass die in den Diffusor strömende Luft gegenüber den Dzffusorschau- feln 5 eine unter der Schallgeschwindigkeit liegende Relativgeschwindigkeit besitzt.
Durch die Diffusorschaufeln 5 wird der Luft ein Teil ihrer kinetischen Energie entzogen, so dass sie mit einer erheblich unter .Schall- geschwindigkeit liegenden Absolutgeschwin- digkeit aus dem Schaufelkranz des Diffusor- rades austritt. Die geförderte Luft fliesst dann durch das Wärmeaustauschrohr 8 in die <RTI
ID="0002.0069"> Brennkammer 9. In diese Kammer wird durch die Düse 10 Brennstoff eingespritzt, welcher mit grossem Luftüberschuss verbrennt. Die Abgase gelangen von der Brennkammer 9 durch die Leitung 11 in die Turbineneinlauf spirale 12 und strömen von dort durch den Düsenring 13 und die Gasturbinenschaufeln 14 über den Wärmeaustauscher 15 ins Freie.
Das Diffusorrad 6 nimmt nur einen Teil der Differenzleistung der Gasturbinen- Gebläsegruppe auf. Es gibt diese Leistung über das im Gehäuse 19 gelagerte und aus den Zahnräderpaaren 20, 21 bezw. 2.2, 23 be stehende Übersetzungsgetriebe an die Gastur binen-Gebläsewelle 2 ab.
Die ganze nach aussen zur Verfügung stehende Leistung wird dabei am Flansch 24 der GaGturbinen-Gebläse- welle abgenommen.
Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung sowohl das Gebläse wie auch die Gasturbine mehrstufig ausgebildet sein.
Machine system with turbo fan with radial flow impeller. The invention relates to a machine system with a turbo fan with a radial flow-through impeller and aims to achieve a fan of this type with a high pressure ratio and a good degree of efficiency.
The simultaneous realization of these conditions is countered by the fact that a high circumferential speed of the impeller is necessary to achieve a high pressure ratio,
the gas exiting the impeller and entering the diffuser at an absolute velocity greater than the speed of sound. However, the inflow into the diffuser at supersonic speed results in a very poor diffuser efficiency, so that a high overall efficiency cannot be achieved without special means.
In the case of a turbo blower with a radial flow through the impeller, in which the absolute speed of the pumped gas at the impeller outlet is at least. equals the speed of sound, according to the invention a good diffuser efficiency and thus a high overall efficiency is achieved by
that the diffuser can be rotated around the impeller axis and rotates in the same direction of rotation as the C fan wheel so quickly that the gas has a relative speed below the speed of sound compared to the diffuser blades, the diffuser wheel being driven by the pumped gas.
The diffuser wheel can be connected to the fan impeller shaft in a non-positive manner via a transmission gear, so that a certain speed ratio exists between the two wheels.
In radial fans, it has become known per se to use a diffuser that can rotate about the impeller axis. In the case of the known device, however, this means only achieves a stepless regulation for maintaining the same pressure in the charging line of a high-altitude combustion engine level driving the fan at a constant speed. The thought,
this means at very fast running radial blowers with a high pressure ratio to improve the efficiency herbeuzie hen, however, is not known by the older design, because there the diffuser wheel stands still at the highest pressure ratio to be achieved.
The inventive design of radial blowers enables the use of this structurally simpler blower class instead of the more complex and space-consuming agial blowers, which have hitherto been installed almost exclusively wherever a high degree of efficiency at a high pressure ratio was required.
A radial fan according to the invention can. For example, they can be used in a gas turbine system that emits the excess power of the gas turbine to the outside. The fan is then driven by a gas turbine, which flows through the air conveyed by the fan through a combustion chamber.
The diffuser wheel, which acts as a turbine and absorbs part of the kinetic energy contained in the conveyed air, advantageously emits mechanical energy so that at least part of the useful differential power of the gas turbine fan group is conducted to the outside via the diffuser wheel.
If the diffuser wheel only absorbs part of the differential power of the gas turbine blower group, then this power can be delivered to the gas turbine blower shaft via a gearbox, with the entire output available to the outside being taken from this shaft.
In the drawing, the invention is illustrated using an exemplary embodiment, namely it shows schematically a cross section through a gas turbine system with the radial fan according to the invention.
In the illustrated embodiment, the fan impeller d and the gas turbine impeller 4 is attached to the shaft 2 rotatably mounted in the housing 1. Opposite the exit of the fan impeller 3 through which there is radial flow is the rim of the diffuser blades 5, which are arranged on the diffuser wheel 6.
The fan wheel 3, rotating at high speed, sucks in air through the nozzle 7, which exits at its circumference at supersonic speed and drives the diffuser wheel 6 so quickly that the air flowing into the diffuser has a relative speed below the speed of sound compared to the fan blades 5 owns.
Part of its kinetic energy is withdrawn from the air by the diffuser blades 5, so that it emerges from the blade ring of the diffuser wheel at an absolute speed that is considerably below the speed of sound. The conveyed air then flows through the heat exchange pipe 8 into the <RTI
ID = "0002.0069"> Combustion chamber 9. In this chamber, fuel is injected through the nozzle 10, which burns with a large excess of air. The exhaust gases pass from the combustion chamber 9 through the line 11 into the turbine inlet spiral 12 and from there flow through the nozzle ring 13 and the gas turbine blades 14 via the heat exchanger 15 into the open.
The diffuser wheel 6 absorbs only part of the differential power of the gas turbine fan group. There is this power on the stored in the housing 19 and from the gear pairs 20, 21 respectively. 2.2, 23 be existing transmission gear to the gas turbine fan shaft 2 from.
All of the power available to the outside is taken from flange 24 of the gas turbine fan shaft.
Of course, both the fan and the gas turbine can be designed in multiple stages within the scope of the invention.