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Gasturbine mit pendelnder Flüssigkeit.
Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, bei der die Energie gespannter Gase auf eine Flüssigkeit übertragen und weiter mit Hilfe eines Schaufelsystems in die mechanische Energie einer umlaufenden Welle umgewandelt wird. Bei einer solchen Turbine werden zu beiden Seiten eines stillstehenden Leitrades, das in Kanäle unterteilt ist, zwei in gleiche Zellen
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radzellen sich ausdehnenden Gase beschleunigt und in schwingender Bewegung abwechselnd aus einem Laufrade in das andere durch die Kanäle des Leitrades hindurch hin und her geschoben. Beim Durchgang durch das Leitrad gibt die Flüssigkeit Ihre Energie an dieses ab und durch den Rückdruck werden die Laufräder In Rotation versetzt.
Das feststehende Leitrad leitet die Flüssigkeit so über, dass eine bestimmte Zelle des einen Laufrades während eines Pendelhubes (Füll-oder Entleerungsvorgang) immer mit der gleichen Zelle des andern Laufrades zusammenarbeitet. Dabei sind die Durchflusskanäle in dem stillstehenden Leitrad so geformt,
dass sie die Bedingungen zur stossfreien Überleitung der Flüssigkeit trotz nach Grosse und Richtung wechselnder Geschwindigkeit erfüllen. Die Form der Leitradkanäle ändert sich also längs des Leitradumfanges.
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dass in jedem Augenblick die Zahl der in der einen Richtung pendelnden Flissigkeitskolben gleich der in der ändern Richtung pendelnden ist und die in jedem der beiden zusammenarbeitenden Laufräder enthaltene gesamte Flüssigkeitsmasse dauernd dieselbe bleibt.
Der Strömungszustand der einzelnen Wasserkolben ist längs des Umfanges des Leitrades von Punkt zu Punkt ein andrer, bleibt aber an einem bestimmten Punkte des Leitradumfanges dauernd derselbe, d. h. die Geschwindigkeit bleibt nach Grösse und Richtung konstant, weil jede Laufradzelle an diesem Punkte genau mit demselben Schwingungszustand ankommt, mit dem ihn die vorhergehende Zelle verlassen hat.
Die hin und her schwingende Bewegung der Flüssigkeit wird durch Gasexplosionen auf- recht erhalten, die an den dem Leitrad ahgewandten Enden der Laufradzellen stattfiden. An diesen Stellen sind die Laufradzellen mit Einlassöffnungen für das Gasgemisch und für
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Zündens und Ausdehnens erfolgt in allen Zellen nacheinander in der Weise, dass in jeder Zelle ein bestimmter, Arbeitszustand immer dann eintritt, wenn die Zelle an einem ganz
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so eingestellt werden, dass jede Zelle beim Durchgang durch die oberste Lage gezündet wird. In den Zellen des zugeordneten Rades finden die Vorgänge in gleicher Weise statt, aber am Umfang so ver-
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Die Fig. 1 zeigt eine solche Turbine bisheriger Bauart.
In der Figur bedeuten 1 und 2 die beiden Laufräder, 3 das dazwischen liegende feste Leitrad. Die beiden Laufräder sitzen nebeneinander auf der gleichen Welle, mit der sie sich also in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit drehen. Die in den Laufrädern durch im wesentlichen in axialen Ebenen verlaufenden Zwischenwände gebildeten Zellen sind an ihrem, dem Leitrad abgewandten Ende mit Einlassöffnungen 4 für die Spülluft und das Gasgemisch versehen, aus denen auch die Abgase abströmen. Zur Zuführung der Spülluft und des Gasgemisches dient auf jeder Sehe ein Steuerring 5, der zusammen mit dem Leitrad stillsteht. Er enthält mehrere getrennte Räume für die Zuführung der Spülluft und des Gasgemisches.
Die Auslässe 6, 7 aus diesen Räumen sind so angeordnet, dass aus ihnen die Spülluft oder die Gase im richtigen Zeitpunkt in die vorbeilaufenden Einlassöffnungen 4 der Laufradzellen strömen können. Die aus den Öffnungen 4 austretenden Abgase werden durch Öffnungen 8 durch den feststehenden Steuerring hindurch geleitet.
Weiter trägt jede Laufradzelle eine Zündkerze 9, auf die beim Vorbeigang vor dem Zündstift 10 der zündende Funke überspringt. Dem Zündstift wird der Strom durch das Kabel 11 zugeleitet. Die die Laufräder tragende Welle 12 liegt in den beiden Lagern 13.
Das feststehende Leitrad 3 ruht zusammen mit dem Steuerring 5 auf den Füssen 14. Durch die Stützung des feststehenden Leitringes von aussen sind bei 15, 16 sowie bei 17 Spalte unvermeidlich. Die in diesen Spalten entstehenden Verluste sind im Verhältnis zur Gesamtleistung besonders hoch. weil die Flüssigkeit an diesen gewöhnlich am weitesten aussen liegenden Stellen den höchsten Energieinhalt hat. Es sind konstruktive Massnahmen zur Ab-
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und die Spaltverluste doch nicht ganz unterdrücken.
Gemäss der Erfindung werden die Spaltverluste vollständig dadurch vermieden, dass das feststehende Leitrad innerhalb der Laufräder gelagert wird und diese am äusseren Umfang miteinander verbunden werden. Nach Fig. 2, die ein Ausführungsbeispiel darstellt. bestehen jetzt nur noch die Spalte 18 und 19, die gegen den Innenraum offen sind. In diesem Innen-
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druck entsprechen. Diejenigen Laufradkanäle, in denen der Druck gerade grösser ist als dieser Spaltdruck. werden durch die Spalte 18 oder 19 etwas Flüssigkeit nach diesem Ring entsenden, während diejenigen, in denen der Druck gerade kleiner ist. Wasser entnehmen. wobei sich von selbst ein Gleichgewichtszustand einstellt.
Dieser Umstand kann in bequemer Weise dazu benutzt werden, den mittleren Spaltdruck und damit die von diesem Spaltdruek abhängige Füllung der Laufradzellen zu regeln.
Führt man die Flüssigkeit, wie in Fig.-) beispielsweise gezeichnet ist. durch eine hohle Welle in den Ringraum, so ist die Füllung in den Laufradzellen. d. h. die Lage des Flüssigkeits- spiegels abhängig von der Füllung im Ringraum. Zur Einhaltung bestimmter Lagen des Flüssigkeitsspiegels in den Zellen genügt es also, wenn für eine zuverlässige Einhaltung des Spiegels, im Ringraum gesorgt wird. Dies erreicht man durch einen Schwimmer im Ringraum, der bei Überfüllung ein Auslassorgan, bei Flüssigkeitsmangel ein Einlassorgan öffnet und so selbsttätig einen Gleichgewichtsspiegel einstellt.
In Fig. 2 bedeutet 20 die Bohrung in der Welle zur Flüssigkeitszufuhr, 21 den
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Nach Fig. 2 sitzt das Leitrad 3 mittels der Nabe 26 auf der stillstehenden Welle 27, die in den Lagern 28 ruht. Auf die stillstehende Welle 2'7 stützt sich der umlaufende Teil
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In Fig. 3 wird der umlaufende Teil 1, 2 von zwei Wellenstummeln 33 und 34 getragen. die in den Lagern 35 und 36 ruhen. Durch die Bohrung der Welle 34 ist die feststehende Welle 37 geführt, die das Leitrad 3 trägt. Sie ruht im Lager 38 ; ihr freies Ende ist im Lager 36 gegen axiale Verschiebung befestigt.
Nach Fig. 4 sitzt der umlaufende Teil 1, 2 der Turbine fliegend auf der Welle 39, die im Lager 40 läuft. Das Leitrad 3 wird von der Welle 41 getragen, die im Lager 42 liegt.
Sie ist so stark ausgebildet, dass sich der umlaufende Teil an der Durchdringungsstelle mit einem Lager 43 auf sie abstützen kann. Eine weitere Führung der Leitradwelle ist bei beiden Lagerungsarten noch auf der andern Laufradseite durch Lager 44 möglich.
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Durch die Innenlagerung des Leitrades kann man ohne. Schwierigkeiten das Leitrad mitrotieren lassen, u. zw. mit einer Drehzahl, dass die Geschwindigkeitsverhältnisse für die Energieumsetzung im Leitring am günstigsten werden. Die Verhältnisse sind nur vom Drehzahlunter-
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wodurch die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt wurde. Nach der Erfindung ist hiefür aus hydraulischen Gründen die Einhaltung einer oberen Grenze nicht mehr notwendig.
Das Leitrad kann über irgendein bekanntes Getriebe angetrieben werden. Selbstverständlich muss die Steuerung der Dehnungszellen in einem dem Drehzahlunterschied zwischen Leit- und Laufrad entsprechenden Takte erfolgen. weshalb sie am zweckmässigsten in irgend- einer Weise vom Leitrad selbst abgeleitet wird.
Die Fig. 5 und 6 stellen zwei Ausführungsformen mit verschiedener Steuerung dar. Bei beiden Ausführungsformen sitzt das Leitrad 3 mit der Nabe, 3C auf der Welle 27. die drehbar in den beiden Lagern 28 liegt. Angetrieben wird sie mittels des auf ihr befestigten Zahn-
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und 30 drehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 besitzen die Laufradzellen an ihrem dem Leitrad abgewandten Ende die beiden Ventile 46 und 47, durch die sie mit den beiden, mit dem Laufradlager verbundenen Ringkanälen 48 und 49 in Verbindung stehen. Diese Ringkanäle bewegen sich vor feststehenden, im Lagerkörper 28 sitzenden Räumen 50, 51 und 52 vorbei. Die Berührungsflächen der voreinander vorbeilaufenden Räume sind durch geeignete Mittel abgedichtet.
Den Räumen 51, 5. 2 wird Spülluft oder Gasgemisch durch die Rohre. 53.
54 zugeführt ; aus dem na um 50 werden die verbrauchten Gase durch das Rohr 55 abgeleitet. Zur Steuerung der Ventile 46 und-li'sitzen auf der LeitradwelJe 27 zwei Nockenscheiben 56 und 57, die so ausgebildet sind. dass die Betätigung der Ventile im richtigen Augenblick erfolgt. Zur Regelung der Maschine sind die beiden Nockenscheiben als Walzen ausgebildet und können mittels des Stellzeuges 58 auf der Welle verschoben werden, so dass je nach ihrer Stellung ein andrer Querschnitt der Walzen auf die Ventile wirkt.
Die in den'Laufradzellen sitzenden Zündkerzen 9 erhalten beim Vorbeilaufen vor dem auf der Welle 27 sitzenden Zündstift 10 den Zündstrom. Zur Zuführung des Stromes zum Zündstift dient ein auf der Welle : 37 sitzendpr Schleifring 67.
Die Fig. 6 zeigt an Stelle der Ventilsteuerung eine Ausführung mit Schlitzsteuerung.
Die Schlitze 4 in den Laufradzellen laufen vor den Öimungen C, 7 der Räume 59 und 8 des Raumes 60 vorbei, die mit der Leitradwelle 27 umlaufen. Dem Räume 59 wird das Gasgemisch durch das Rohr 61 und die Bohrung 62 zugeführt. Aus dem Ringraum 60 strömen die Abgase durch das Rohr 63 ah. Die Zündkerze 9 sitzt ebenfalls an dem die Räume 59 und 60 enthaltenden Wellenteil und zündet die Gase beim Vorbeilaufen jeder Zelle.
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Raume können wieder durch von Schwimmern gesteuerte Ventile, wie in Fig. 2. geöffnet und geschlossen werden.
In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein. die von der Turbine erzeugte mechanische Arbeit nicht am Laufrad, sondern an dem mit geringerer Drehzahl umlaufenden Leitrad oder an beiden Rädern zugleich abzunehmen. In jedem Falle bestimmt das Getriebe zwischen Leitund Laufrad den Drehmomentausgleic.
Durch die Innenlagerung des Leitrades gibt der freie äussere Umfang des Laufrades in einfachster Weise Gelegenheit zur Ableitung der erzeugten Energie. Die Fig. 7.8 und 9 zeigen. wie Band-, Ketten- oder Seiltriebe, Zahnräder oder Stromerzeuger mit dem Laufrad unmittelbar vereinigt werden können. Die Umiangskraft winl dabei auf kürzestem Wege von der Schauflung als Erzeugungsstelle nach aussen abgeleitet. Die Notwendigkeit, den Kraftverhraucher an eine umlaufende Welle anschliessen zu müssen, fällt fort.
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