DE860296C

DE860296C - Gasturbinen-Pumpenaggregat

Info

Publication number: DE860296C
Application number: DEA12679A
Authority: DE
Inventors: Horace Sinclair Rainbow
Original assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Current assignee: Armstrong Siddeley Motors Ltd
Priority date: 1950-01-25
Filing date: 1951-01-03
Publication date: 1952-12-18
Also published as: GB682402A; FR1029366A; US2689528A; BE500182A; GB682403A; DE860294C

Description

Gasturbinen-Pumpenaggregat Die Erfindung bezieht sich auf eine von einer Gasturbine angetriebene Pumpe und insbesondere auf solche Einrichtungen, durch die verhältnismäßig große Brennstoffmengen den Austrittsgasen einer Gasturbine zum Zwecke der Nacherhitzung zugeführt werden, wobei durch den Kompressor der Maschine verdichtlete Ruft das Antriebsmedium für die Turbine des Aggregates sein kann.
Die Erfindung will hauptsächlich eine einfache und widerstandsfähige Bauart solcher Aggregate schaffen. Die. Erfindung besteht darin, daß die Turbine einen Kranz feststehender Düsen besitzt, die allgemein tangential zu einem innerhalb :des Düsenkranzes angeordneten und mit diesem zusammenwirkenden Rotor angeordnet sind, und die Pumpe dein Schraub enpumpentyp angehört und eine vom Rotor angetriebene `Schraube oder Schnecke aufweist, die mit ihrem einen Endle gegen das Ende einer mit ihr züsamm-enwirkenden feststehenden Schnecke von entgegengesetztem Steigungssinn anliegt.
'Fig. r -der Zeichnung ist ein Schnitt längs der Linie r-r in Fg. 2 eines erfindungsgemäßen Turbinen-Pumpenaggregates, dessen Turbine einen Regler von der Art besitzt, daß- bei Überschreiten einer bestimmten !Dmehzahl durch Fliehkraft die Wirkung der Turbinenläufer zur Änderung der Beaufschlagung axial verschoben wird.
Fig. a zeigt einen Schnitt des Turbinen-Pumpenaggregates im Grundriiß; wohei die abere Hälfte der Zeichnung ein Schnitt längs der Linie 211-2a und die untere Hälfte ein Schnitt längs der Linie 26-2b der Fig. i ist.
Fig.3 ist eine Perspektivansicht der Teile des auseinandergenommenen Hauptreglers der Turbine. In derveranschaulichtenAusführungsform ist der als Scheibe i i ausgebildete Rotor in senkrechter Achslage am unteren Ende einer vertikalen Welle r2 angeordnet, die von .einem abnehmbar am Gehäuse 15 der Turbine befestigten Druck- oder Kammzapfenlager 13 getragen wird. Das Gehäuse besteht vorteilhaft aus einem oberen, z511, und einem unteren Hauptteil I56, -welche lösbar miteinander verbunden sind und zusammengesetzt eine Ringkammer 16 ergeben, in die die Antriehsmittel, z. B. durch den Kompressor einer Gasturbine verdichtete Luft, tangential durch .einen Eintrittskanal 17 eingeführt wird. Die in radialem Sinne innere Wandung 18 der Ringkammer ist als Kranz von Düsen i9. ausgebildet, die im wesentlichen tangential zur Rotorsc'heibe gerichtet sowie zweckentsprechend hohlgekehlt sind und sich in der Wirbelrichtung der Luft -in der Ringkammer 16 erstrecken.
Die Rotorscheibe i i erstreckt sich an ihrem Umfang (s. Fig. i) von der Höhe der Düsenmündungen in Achsrichtung aufwärts und hat auf ihrem Umfang rundum sc'haufelzellenartige Einfräsungen 21, auf deren Wände das durch die Düsen strömende Antriebsmittel aufprallt und den Rotor im Drehsinn der Luftwirbelrichtung in der Ringkammer (in Fik.2 im Gegenu'hrzeigersinn) antreibt. Das -Antriebsmittel tritt dann aus den schaufelzellenartigen Höhlungen nach oben in eine oberhalb der Ringkammer 16 befindliche und' mit einem tan,gentialen Auslaßkanal 23 versehene Spiral- oder Schneckenkammer 22 aus.
Die Spiralkammer sowie ihr Austrittskanal sind zweckmäßigerweise in den oberen Gehäuseteil 151 eingeformt. 'Dieser Oberteil kann zentrisch nach oben verlängert werden, um ein zylindrisches Gehäuse 25 für die feststehende und die umlaufende Schnecke der Pumpe zu bilden, von denen die umlaufende Schnecke 26 oberhalb der feststehenden Schnecke 27 am oberen Ende der Roto rwelle, angebracht ist. Das Oberende der Rotorwelle kann mittels eines innen in der hohlen feststehenden Schnecke 27 unterhalb der umlaufenden Schnecke angeordneten Kugellagers 28 oder .eines anderen Lagers gelagert werden. Jede Schnecke kann iny der' dargestellten Weise ein mehrgängiges Gewinde haben.
Die feststehende Schnecke ist an ihrem Unterende zu einem radial ausladenden Ringflansch 30 ausgebildet, der das zylindrische Gehäuse 25 an dessen unterem Ende abschießt. Der Austrittskanal 3 i der Pumpe ist tangential zum Kammerunterteil der feststehenden Schnecke angeordnet, während der Eintrittsschacht 32 zur umlaufenden Schnecke axiale Richtung hat. Das Gehäuse 25 kann beispielsweise 4n Höhe der umlaufenden Schnecke zu einem Flansch 33 ausgebildet sein, mittels dessen es an .der Unterseite eines nicht gezeigten Behälters angeschraubt werden kann, der Brennstoff oder andere auszupumpende Flüssigkeit enthält- und oberhalb des zur umlaufenden Schnecke führenden Eintrittsschachtes 32 eine entsprechende Öffnung besitzt.
Die im radialen Sinne innere Wand der Spiralkammer 22 kann durch einen sich in Achsrichtung erstreckenden, mit dem Kreisringflansch 3o am Unterende der feststehenden Schnecke fest verbundenen Flansch 35 gebildet werden, dessen Unterkante 36 in axialer Richtung in einem Abstand von der oberen Umfangskante 37 der Turbinenscheibe i i liegt.
Zwischen der Welle 12 und dem inneren Hohlraum der feststehenden Schnecke 27 ist eine Dichtung angeordnet. Eine solche Dichtung kann einen Ring 39 aus Kohle od. dgl. aufweisen, der mittels einer biegsamen Hülse 4o von der feststehenden Schnecke getragen und beispielsweise durch eine Schraubenfeder-41 nach unten auf eine ebene bearbeitete obere Begrenzungsfläche, die z. B. aus gehärtetem Stahl bestehen und auch verchromt sein kann, eines Kreisringflansches 42 gepreßt wird, der auf die Welle aufgekeilt ist oder mit dieser aus einem Stück besteht.
Aus Fertigungsgründen wird die innere Wandung der Ringkammer 16 vorteilhafterweise als getrennter Ring 18 ausgeführt und am Gehäuseunterteil 15b mittels Stiften 45 od. dgl. befestigt. Die Düsen können als ebene, schräge Schlitze in der oberen Fläche dieses Ringes ausgebildet und innen mit Teilen 46 versehen sein, die eine Kehlung oder .düsenartige Einziehung ergeben und .mittels Niete 47 in: ihrer Stellung festgelegt sind. In ihrer Oberseite sind die Schlitze durch den darunterliegenden Teil des oberen Gehäuseteiles i511 geschlossen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Rotorscheibe i i in der bei 48 angedeuteten Weise in Führungsnuten auf der Rotorwelle. verschiebbar und wird mittels einer zwischen der Nabe 5o der Rotorscheibe - und dem Wellenflansch 42, auf welchem der Pumpenverdichtungs.ring 39 aufliegt, angeordneten Druckfeder 49 nach unten gedrückt, so daß der Scheibenumfang in die gezeigte Arbeitsstellung gebracht wird. .
An der Nabenunterseite liegt ein an seiner Unterseite konkaver stumpfkonischer Ring 52 an, der mit einem Kranz von Kugeln, z. B. drei Kugeln, von denen nur eine Kugel 53 in der Zeichnung dargestellt ist, zwsammenwirkt, die in Schlitzen 54 eines Käfigs 55 gehalten werden, wobei sowohl der Ring 52 als, auch der Käfig längs der Führungsnuten 4$ der Welle verschiebbar auf dieser angeordnet ist. Die Reaktionskräfte der Kugeln werden von einem axialen, unmittelbar oberhalb des unteren Lagers 13 auf das untere Wellenende aufgekeilten Widerlager 56 'aufgenommen.
Die Kugelmassen, sind so bemessen, daß bei zulässigen Rotordrehzahlen die resultierende Axialkomponente der auf deil stumpfkonischen Ring 52 wirkenden Kugelfliehkräfte nicht größer ist als die entgegengesetzte axiale Schubkraft der Hauptdruckfeder 49. Mit Erreichen höherer Rotordrehzahlen überwindet die Zentrifugalkraft der in den Schlitzen 54. des Käfigs nach außen gedrückten Kugeln jedoch plötzlich die statische Reibung und treibt die Kugeln nach außen. Infolge des nun zunehmenden Umlaufradius der Kugeln wirkt auf sie eine größere Zentrifugalkraft, die den Ring 52 zusammen mit der Rotorscheibe i i schnell nach oben drückt, wodurch augenblicklich dezWirkung,s= grad des auf die schaufelzellenartigen Höhlungen am Umfang der Rotorscheibe wirkenden Druckmediums wesentlich vermindert Wird. Die Rotorscheibe verbleibt in dieser gehobenen Stellung, bis die Drehzahl so weit sinkt, daß die Federkraft der Feder 49 die verminderten Kugelflithkräfte übertrifft.
Der Käfig kann in der dargestellten Weise mit radialen Armen 58 versehen sein, die in entsprechende Ausnehmungen 59 an der Unterseite des .Konusringes 52 eingreifen und den Kugeln während ihrer Zentrifugalbewegungeneine sichere Führung verleihen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Gas,turbinen-Pvrnpenaggregdt, :dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine .einen Kranz feststehender Düsen (i9) aufweist, die allgemein tangential zu einem innerhalb des Düsenkranzes angeordneten und mit diesem zusammenwirkenden Rotor (i i) liegen, und daß dii-e zur Anwendung gelangende Pumpe eine vom Rotor angetriebene Schnecke (26) aufweist, die mit ihrem einen Ende gegen das Ende einer mit ihr zusammenwirkenden feststehenden Schnecke (27) von entgegengesetztem Steigungssinn anliegt:
2. Turbinen-Pump@enaggregat nach An-, sprüch i, dadurch gekennzeichnet, da.ß der Rotor an seinem Umfang mit schaufelzellenartigen Höhlungen (2i) versehen ist, die für axial gerichteten Austritt des Antriebsmediums in eine Spiralkammer (22) eingerichtet sind.
3. Turbinen-Pumpenaggregat nachAnspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, da,ß das Aggregatgehäuse aus zwei lösbar miteinander verbundenen Hauptteilen (i5a und 15 b) besteht, die zusammen eine Ringkammer. (i6) ergeben, in welcher dass Turbinenantriebsmedium tangential eingeführt wird (i7); wobei die in radialem Sinn innere Wandung der Ringkammer durch den Kranz der feststehenden Düsen (i9) gebildet wird, welche in -der Wirbelrichtung der Luft in der Ringkammer verlaufen.
4.Turbinen-Pumpenaggregat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Gehäuseteile (i5a) in seinem mittleren Bereich in axialerRicehtung verlängert ist, um ein zylindrisches Pumpengehäuse (25) für `die umlaufende und für die feststehende Punnpenschnecke (27) zu bilden, wobei die letztere zwischen dem Rotar (i i) und der umlaufenden Schnecke (26) angeordnet ist.
5.Turbinen-Putnp.enaggregat nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß das innere Ende der feststehenden S'c'hnecke (27) zu einem radialen Kreisringflansch (30) ausgebildet isst, der das zylindrische Gehäuse (25) an seinem inneren Ende abschließt.
6. Turbimen-Pump-enaggregat nach Ansprüchen 2 und 5, du-durch gekennzeichnet, daß die im radialen Sinne innere Wandung der Spiralkammer (22) durch einen sich in Axialrichtung erstreckenden Flansch (35) gebildet wird, der mit dem radialen Kreisringflansch (3o) des Innenendes der feststehenden Schnecke (27) fest verbunden ist.
7. Turbinen-Pumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor an seinem der Pumpe zugewandten Ende im Innern der feststehenden Schnecke (27) gelagert ist (28): B. Turbinen-Pumpenaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor und ,der feststehenden Schnecke eine Dichtung angeordnet ist, welche einen Ring (39) aus Kohle ad. dgl. aufweist, der elastisch (4o) von der feststehenden Schnecke (27) ,gehalten und gegen eine bearbeitete ebene Oberfläche, z. B. aus gehärtetem Stahl; der verchromt sein kann, eines radialen, vom Rotor getragenen Flansches (q.2) angedrückt wird (qa):