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Arbeitsverfahren fiir Kreiselradmaschinell und danach arbeitende Maschinen.
Das Bestreben nach Vereinfachung und Verbilligung hat auch im Brennkraftmaschinenbau zu Vorschlägen geführt, an Stelle der Kolbenmaschinen ähnlich den Dampfturbinen arbeitende Kreiselrad- maschinen, sogenannte Gasturbinen, einzuführen. Bei der Verwirklichung dieser Vorschläge ergeben sich jedoch sehr grosse Schwierigkeiten, weil es nicht möglich ist, die Verbrennungsgase ungekühlt mit der notwendigen grossen Geschwindigkeit auf den Laufradschaufeln arbeiten zu lassen, ohne dass das Material nicht in kurzer Zeit zerstört wird. Infolge der erforderlichen starken Kühlung sinkt der Wirkungsgrad der Maschine auf ein vollkommen unwirtschaftliches Mass.
Um die Kühlung der Verbrennungsgase zu umgehen, hat man, wie aus dem Aufsatze"Nasse Gas- turbinen"von Prof. Dr. Ing. G. Stauber in der Zeitschrift "Stahl und Eisen"vom 26. November 1925 zu entnehmen ist, Versuche gemacht, die Druckwirkung der Gase auf eine Hilfsflüssigkeit, z. B. Wasser. zu übertragen, die dann durch entsprechende Leitkanäle zur Arbeitsleistung auf das rotierende Laufrad geführt wird. Es wird das Gesetz, dass sich in rotierenden Zellen die schwere Flüssigkeit nach aussen drängt, ausgenutzt und der innere Teil der Laufradzellen als Raum für die Kompression und Expansion der Gase verwendet. Die infolge der Expansion der Gase aus der einen Gruppe der Zellen verdrängte Hilfsflüssigkeit arbeitet auf die andere Gruppe der Zellen und verdichtet hiebei das neue Gas-Luftgemisch.
Aus der Fig. 1 der Zeichnung ist das Hubdruckdiagramm dieser Arbeitsweise dargestellt. Die Expansion bewegt sich
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in Verbindung steht, die Kompression von Vo auf Vi bzw. von po auf PI erfolgt. Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, ändert sieh die zum Antrieb der Hilfsflüssigkeit dienende Druckdifferenz (p,-pl.) sehr stark. Sie hat zu Beginn der Expansion den grössten Wert (P2-PO)'wird mit der Zeit Null und erreicht schliesslich den negativen Wert (P3-PI)'So wie z. B. bei einer doppeltwirkenden Kolbengasmaschine die grosse Schwankung der treibenden Gaskraft von rotierenden Massen (Schwungrad) ausgeglichen werden muss, so muss hier die Masse der Hilfsflüssigkeit ausgleichend wirken.
Es sind daher grosse Flüssigkeitsmassen erforderlich, damit die Geschwindigkeiten nicht zu gross werden-was zu unmöglichen Leitkanälen führen würde-und damit eine genügende Kompression erreicht wird. Grosse Massen der Hilfsflüssigkeit erfordern grosse Laufräder und damit teure Turbinen.
Die nicht befriedigenden Resultate mit nach vorstehend beschriebenem Prinzip arbeitenden Gasturbinen sind dadurch begründet, dass trotz Verwendung grosser Flüssigkeitsmassen noch sehr hohe Geschwindigkeiten der Hilfsflüssigkeit auftreten, die grosse Verluste verursachen, und dass eine genügende Verdichtung des Gas-Luftgemisehes nicht möglich ist, weil in den beiden während eines Arbeitshubes in Verbindung stehenden Laufradzellen sich nicht nur die Gasdrücke entgegengesetzt ändern, sondern
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Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Arbeitsverfahren für Gasturbinen mit Hilfsflüssigkeit, das obige Nachteile nicht aufweist. Dieses Arbeitsverfahren bringt ausserdem auch für sonstige Kreiselradmaschinen, die bisher in normaler Ausführung nur ohne Hilfsflüssigkeit arbeitend bekannt waren, grosse Vorteile.
Der Vorgang soll an der beispielsweisen Ausführung nach den Fig. II a und II b der Zeichnung erläutert werden : 1 und 2 sind zwei gleiche, mit gleicher Tourenzahl jedoch in entgegengesetzter Dreh-
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richtung laufende Zellenräder, 3 sind feststehende, untereinander nicht gleiche Leitkanäle, L Ladeschlitze und A Auspuffschlitze. Das Ganze ist im Gehäuse 4 untergebracht. Vor der Inbetriebsetzung wird die Maschine mit einer aus der Erfahrung bekannten Menge von Hilfsflüssigkeit angefüllt und mittels einer Hilfsmaschine auf Touren gebracht.
Durch entsprechende Entlüftung der Leitkanäle füllen sich diese mit der Hilfsflüssigkeit, ausserdem bildet diese in den beiden Laufrädern und im Spalt zwischen den Leitschaufeln und den Laufradschaufeln den erforderlichen Flüssigkeitsring. Nun erfolgt durch die Ladeschlitze L die Zufuhr des Gas-Luftgemisches und Zündung dieses Gemisches an den Stellen, die in der Fig. II b bezeichnet sind. Die Zündungen des noch ungespannten Gases bedingen eine Druekerhöhung in der entsprechenden Zelle und damit eine Expansionsarbeit, die die Hilfsflüssigkeit aus dieser Zelle in die jeweils durch die Leitkanäle mit ihr in Verbindung stehenden Zellen des andern Rades treibt. Die Leitkanäle sind so ausgebildet, dass in ihnen eine Umsetzung eines Teiles der Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie erfolgt.
Eine Arbeitsübertragung auf das zweite Rad und eine Kompression des Gas-Luftgemisches sind also die Folge des Überströmens der Hilfsflüssigkeit. Die Vorkompression bedingt wiederum einen höheren Druck bei der folgenden Verbrennung und damit eine Erhöhung der Strömungsenergie, so dass die Maschine schliesslich vom Antriebe loskommt und bei Einregulierung der Hilfsflüssigkeit mittels Ablass-und Anfüllvorrichtungen auf die für die Arbeitsübertragung erforderliche Tourenzahl gebracht wird. Die anfänglich alle Zellen der beiden Räder bis zu gleicher Tiefe füllende Hilfsflüssigkeit ist nun derart
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der Zündung, das kleinste Gasvolumen J vorhanden ist.
Da die beiden Räder gleiche Tourenzahlen machen und die aus einem Rade bei Expansion austretende Hilfsflüssigkeit in das andere Rad übertreten muss, ergibt sich eine Hilfsflüssigkeitsverteilung, wie sie in der Abwicklung Fig. II b angegeben ist und damit folgendes Arbeitsverfahren : Jede Zelle eines Rades kommt in der Zeit der sich in ihr abspielenden Expansion mit einer Reihe von Zellen des andern Rades, in denen die Kompression vor sich geht, in Verbindung, u. zw. derart, dass der höchste Expansionsdruck auf den höchsten Kompressionsdruck und der niedrigste Expansionsdruck auf den niedrigsten Kompressionsdruck arbeitet. Zum Unterschiede von den bisher bekannten Arbeitsverfahren nach Fig.
I, bei denen eine Zelle während der ganzen Expansionsdauer nur mit einer der andern Zellen in Verbindung steht, ergibt sich nun ein Hub-Druckdiagramm nach Fig, II e. Das jeweils für die Arbeitsübertragung zur Verfügung stehende Druckgefälle (p,-pl,) ist nun nicht mehr den sehr grossen Schwankungen unterworfen ; es hat einen grössten Wert P2-Pi und einen kleinsten Wert In bezug auf die Richtung der Abszissenachse des Diagramms Fig. II c bewegen sich Expansion und Kompression entgegengesetzt. Es soll daher diese Arbeitsweise analog andern Vorgängen, z : B. dem Kühlverfahren, als das Gegenstromprinzip bezeichnet werden, während man das bisher bekannte und durch die Fig. I dargestellte Verfahren als das Parallelstromprinzip bezeichnen kann.
Das Diagramm nach Fig. II c bedarf noch einer Korrektur. Es stellt den idealen Fall dar, dass unendlich viele Laufradzellen und Leitkanäle vorhanden sind. Im konkreten Falle jedoch stehen zwei Zellen eine gewisse Zeit lang in Verbindung. Zu Beginn dieser Verbindung ist in der Zelle mit Expansion ein kleineres Gasvolumen bzw. ein grösseres Hilfsflüssigkeitsvolumen als in der Zelle mit Kompression vorhanden. Bei Beendigung der Verbindung ist das umgekehrte der Fall. Für zwei diesen kurzen Augenblick in Verbindung stehende Zellen geht der Vorgang nach dem bisher bekannten Gleichstromprinzip vor sich, so dass das Birkliche Gegenstromdiagramm als eine Summe von schmalen Gleichstromdiagrammen resultiert, deren Anzahl der Anzahl der Zellen und Leitkanäle entspricht. Fig. II d stellt dieses Diagramm dar.
Es ergibt die gleiche Arbeitsfläche wie das Diagramm nach Fig. II e. Für die Berechnung der Leitkanäle kann ohne weiteres das letztere Diagramm zugrunde gelegt werden, da es die Mittelwerte der Druckdifferenzen Pep angibt. Die Berechnung stellt sich auch deshalb sehr einfach, weil zwei
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zu Beginn der Kompression anderseits sind Beschleunigungen erforderlich, um die in den Zellen relativ noch in Ruhe befindlichen Geschwindigkeitsmassen in Bewegung zu bringen. Diese Beschleunigungen fallen jedoch aus der Rechnung heraus, weil sie von den gleich grossen Verzögerungen am Ende der Kompression bzw. am Ende der Expansion aufgehoben werden. In den Leitkanälen hat die Hilfsflüssigkeit zeitlich betrachtet eine ziemlich konstante Geschwindigkeit.
Sie muss nur bei irgendeiner Änderung des Betriebszustandes beschleunigt oder verzögert werden. Für den stationären normalen Gang der
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derliehen Grössen, Umfangsgeschwindigkeit des Zellenrades und Winkel der Radschaufeln, muss die eine angenommen werden. Die zweite bestimmt sich aus der Bedingung, dass die Expansion und die Kompression genau auf dem hiezu bestimmten Umfangsteil des Rades beendigt werden müssen.
Das vorstehend beschriebene als Gegenstromprinzip bezeichnete Arbeitsverfahren bietet also gegenüber den bereits bekannten und als Gleichstromprinzip bezeichneten Verfahren den Vorteil, dass die Differenz der Arbeitsdrücke (P,-pl,) sehr kleine Schwankungen aufweist und dass immer nur so viel
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Die Beschleunigungs-und Verzögerungsvorgänge in der Strömung der Hilfsflüssigkeit sind jedoch von der Grösse ihrer Masse unabhängig.
Die Arbeitsweise nach dem Gegenstromprinzip wurde zunächst dadurch erreicht, dass die Zellen zweier gleicher sich entgegengesetzt drehender Laufräder durch eine Reihe von Leitkanälen in Verbindung gebracht wurden. Diese Lösung zur Verwirklichung des Gegenstromprinzips hat den Nachteil, dass das arbeitende Drehmoment von zwei sich entgegengesetzt drehenden Wellen abzunehmen ist. Man muss deshalb versuchen, dieses neue Arbeitsverfahren in einem Zellenrade zu verwirklichen. Erlindungsgemäss wird diese Lösung durch besonders einfache Leitapparatkonstruktionen herbeigeführt.
Die Fig. III a, III b, III c und III d zeigen solche Lösungen mit einem Zellenrade. Es bedeutet wieder : 1 das Zellenrad, 2 die festen Leitkanäle, A den Auspuffschlitz, L den Ladeschlitz und Z die Stelle der Zündung. Die Ausführung nach Fig. III a ist wie folgt gekennzeichnet : Die durch die Trennungsstelle zwischen Auspuffschlitz A und Ladeschlitz L hindurchgehende Diametrale teilt die Zellen des Rades 1 in zwei Gruppen. Die Leitkanäle sind nun so angeordnet, dass Laufradzellen, die ungefähr symmetrisch zu dieser Diametralen liegen, miteinander in Verbindung stehen. Der Ladeschlitz steht mittels einer Rohrleitung mit einer Ladepumpe in Verbindung, die in Betrieb das erforderliche GasLuftgemisch zubringt. Diese Verbindungsleitung und die Ladepumpe sind in der Fig.
III (t und in den weiteren Abbildungen nicht dargestellt, da sie ohne weiteres vorstellbar sind. Auch an den Auspuffschlitz A wird ein nicht weiter dargestelltes Auspuffrohr zur geeigneten Abführung der Auspuffgase anschliessen. Vor der Inbetriebsetzung wird die Maschine mit Hilfsflüssigkeit versehen und mittels einer Hilfsmaschine in der durch Pfeil angegebenen Richtung in Drehung gebracht. Der zunächst im Zellenrade konzentrische Ring der Hilfsflüssigkeit wird wiederum bei der ersten Zündung des durch den Ladeschlitz L zugeführten Luft-Gasgemisches gestört.
Auf der Expansionsseite, d. i. aus den in der Drehrichtung von der Zündung Z bis zum Auspuff A liegenden Zellen, wird die Hilfsflüssigkeit durch die Leit- kanäle auf die Kompressionsseite, d. i. in die in der Drehrichtung zwischen dem Ladeschlitz L und der Zündung liegenden Zellen, getrieben. Es entsteht daher eine Anhäufung von Hilfsflüssigkeit in den Zellen an der Zündstelle und eine Entleerung in den Zellen an der Auspuff-und Ladestelle, also eine Verteilung der Hilfsflüssigkeit, wie sie in der Fig. III a durch den exzentrischen Ring dargestellt ist und wie sie der erforderlichen Änderung des Gasvolumens entspricht. Die Berechnung erfolgt auf die gleiche Weise wie bei der Ausführung mit zwei entgegengesetzt laufenden Zellenrädern, da auch hier, was ohne weiteres einzusehen ist, das Diagramm Fig.
II c gilt und hinsichtlich der Massenkräfte die gleichen Verhältnisse wie dort vorhanden sind.
Die Fig. III b zeigt, wie in jeder Zelle zwei Expansionshübe während einer Umdrehung hervorgebracht werden können. Diese Ausführung hat gegenüber der Ausführung nach Fig. III a den Vorteil, dass in der Zellenradebene also senkrecht zur Welle kein einseitiger Druck auftritt.
Die beiden Fig. III c und III d, die zusammengehören, zeigen, wie der Leitapparat für eine Innenbeaufsehlagung des Zellenrades angeordnet werden kann. Das Laufrad 1 bildet hier einen Aussenläufer, der noch von einem festen Gehäuse umgeben sein kann. Man kann diese Ausführung Turbine mit Innenleitapparat und die vorhergehenden Ausführungen Turbine mit Aussenleitapparat nennen. Der Innenleitapparat ergibt einen kleineren Gehäusedurchmesser und kürzere Leitkanäle als der Aussenleitapparat.
Das Gegenstromprinzip ermöglicht je nach Art des Betriebsstoffes verschiedene Kompressionen und sogar das Verfahren nach Diesel. Beim Gleichdruckverfahren wird man die Verbrennung in einem von der Turbine getrennten Raume, ähnlich dem Dampfkessel bei Dampfturbinen, vor sich gehen lassen und die zur Verbrennung erforderliche Luft mit der Gasturbine dem Verbrennungsraume zuführen.
Fig. IV stellt eine solche Turbine mit Aussenleitapparat schematisch dar. 1 ist wiederum das Zellenrad, 2 sind die Leitkanäle. In der Seitenwand sind vier Schlitze angebracht. Der Luftladesehlitz Li ist mittels einer Rohrleitung mit einer Hilfspumpe Hpl verbunden, die Spülluft und Frischluft für den Verbrennungsvorgang zuführt. Durch die Zufuhr der Frischluft wurden die bereits entspannten Verbrennunggase durch den Gasauspuffsehlitz Ag ins anschliessende Auspuffrohr und ins Freie getrieben. Weiters erfolgt durch die Spülluft eine Kühlung der Zellen. Durch den Luftauspuffschlitz Al wird von einer zweiten Hilfspumpe Hp2 Druckluft entnommen und in einen Verbrennungsraum V geführt.
Durch die Brennstoffdüse B wird ausserdem nach irgendeiner bekannten Weise der Brennstoff in den Behälter V gebracht und ebenfalls nach irgendeiner bekannten Weise, z. B. durch ein Glührohr G, zur Entzündung gebracht.
Die Verbrennungsgase treten durch eine zweite, an den Behälter V anschliessende Leitung und durch den Gasladeschlitz Lg in das Zellenrad ein. Die Verbrennungsgase arbeiten, wie das an Hand der Fig. III a
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die überschüssige Arbeit an die Welle abgegeben wird. Die beiden Hilfspumpen Hlh und Hp2 haben nur geringe Drücke zu überwinden. Sie können als Kreiselradpumpen, z. B. Wasserringpumpen, auf der Welle der Turbine ausgeführt werden.
Um die durch die Fig. II cl dargestellten Schwankungen der Druckdifferenz P.-P zu vermindern und der unendlichen Zahl von Laufradzellen und Leitkanälen näherzukommen, kann man mehrere Räder mit Leitapparaten auf einer Welle hintereinander schalten. Bei einer Turbine gemäss der Fig. IV käme dann der Luftauspuffschlitz AL in Verbindung mit dem Luftladeschlitz L, des folgenden Rades und ebenso der Gasauspuffschlitz Ag in Verbindung mit dem Gasladesehlitz des folgenden Rades.
Verlegt man die Kompressionsarbeit für die Verbrennungsluft in eine getrennte Maschine und verzichtet man auf das Durchspülen der Zellen mit Luft, so verbleibt nach dem Auspuff ein Teil des Verbrennungsgases in den Zellen, der die Aufgabe der Bildung des wachsenden Gegendruckes auf der Kompressionsseite übernimmt. Die Turbine wird dadurch wohl einfacher ; dagegen wird eine stärkere Kühlung und Erneuerung der Hilfsflüssigkeit erforderlich. Eine solche vereinfachte Turbine, dargestellt durch die Fig. V, zeigt jedoch, wie das Gegenstromprinzip die Konstruktion eines sehr einfachen Druckluftmotors oder einer sehr einfachen Dampfturbine gestattet.
Durch den Ladeschlitz L wird Frischdampf oder Druckluft vom Dampfkessel bzw. von einem Druckluftbehälter zugeführt, während die gleich grosse Gewichtsmenge des expandierten Dampfes oder der expandierten Luft durch den Auspuffschlitz A in einen Kondensator oder bzw. ins Freie tritt. Die übrige Arbeitsweise ist gleich der an Hand der Fig. IIIa geschilderten. Sowohl für die Druckluftturbine als auch für die Dampfturbine ergibt das Gegenstromprinzip Vorteile gegenüber den bisher bekannten Ausführungen. Bei den bisher bekannten Druckluftmotoren zeigt sich der Übelstand, dass sie am Auspuff vereisen. Bei einer Druelduftturbine mit Hilfsflüssigkeit und nach dem Gegenstromprinzip jedoch erfolgt eine genügende Erwärmung der Luft durch die in der Hilfsflüssigkeit enthaltene Reibungswärme.
Für die Dampfturbinen ergibt sich der Vorteil, dass bei höchsten Betriebsdrücken bei Anwendung nur eines Zellenrades kleine, für den praktischen Betrieb passende Tourenzahlen erreichbar sind. Die im Diagramm Fig. II c dargestellte Druckdifferenz (p,-p",.) kann beliebig klein gewählt werden. Die dadurch herbeigeführte Verkleinerung der Arbeitsfläche wird durch eine einfache Verbreiterung des Zellenrades und der Leitkanäle, also ohne wesentliche Verteuerung der Maschine und Erhöhung der mechanischen Verluste, ausgeglichen.
So wie bei der Gasturbine nach Fig. IV die zur Verbrennung erforderliche Druckluft von der Turbine selbst erzeugt wird, so kann man auch bei einer Dampfturbine die Förderung der zu verdampfenden Flüssigkeit, wenn diese als Hilfsflüssigkeit verwendet wird, von der Turbine selbst besorgen lassen.
Fig. VI a zeigt die Ausführung einer solchen Dampfturbine. Der Dampfladesehlitz steht in Verbindung mit dem Dampfkessel, ebenso der Auspuffschlitz für Hilfsflüssigkeit A",. Durch den Schlizt L, e wird frische Flüssigkeit mittels einer vorgeschalteten Zubringerpumpe in das Zellenrad zugeführt. Der expandierte Dampf entweicht durch den Dampfauspuffsehlitz Acl. Der Zustrom von Frischdampf durch Lcl bewirkt, dass ein Teil der Hilfsflüssigkeit durch Aw in den Dampfkessel verdrängt wird. Eine Hilfspumpe ist hier nicht erforderlich, da das Zellenrad selbst als Pumpe wirkt. Vom Eintritt La bis zum Austritt Ad expandiert der Dampf und arbeitet nach der bekannten Weise. Ein Teil des expandierten Dampfes bleibt in den Zellen zurück.
Da er während der Expansion infolge der Berührung mit der Hilfsflüssigkeit stärker als der adiabatische Expansion entsprechend abgekühlt wurde, wirkt sich dies in der darauffolgenden Kompression so aus, dass ein Teil dieses zurückgebliebenen Dampfes in den Zellen kondensiert. Es ist also nur ein bestimmter höchster Kompressionsdruck möglich. Ausserdem verringert sich durch diese Kondensation die Menge der frisch zugeführten Hilfsflüssigkeit.
Dieser Vorgang der Kondensation während der Verdichtung kann nun dazu ausgenutzt werden, dass man den aus den Zellen austretenden Dampf ausserhalb der Turbine nicht bis zur Kondensation, sondern nur soweit abkühlt, dass der ganze Dampf erst nach Wiedereintritt in die Zellen bei der darauffolgenden Kompression kondensiert. Der Kreislauf des Dampfes : Austritt aus den Zellen, Kühler und Wiedereintritt in die Zellen kann von der Turbine selbst betrieben werden, wenn der Austritt des Dampfes auf einem grösseren Durchmesser erfolgt als der Eintritt. Die Fig. VI b gibt eine solche Gesamtanordnung wieder. Der aus dem Dampfkessel DK durch den Schlitz La eintretende Frischdampf und die Pumpwirkung des Kreiselrades verdrängen einen Teil der Hilfsflüssigkeit durch den Schlitz Afin den Kessel DK, wo sie der neuerlichen Verdampfung zugeführt wird.
Der am Ende der Expansion durch den Schlitz Atl austretende Dampf durchströmt einen Kühler K, in dessen Rohrleitung R Kühlwasser strömt, und tritt durch den Schlitz L wieder in das Zellenrad ein. Während der darauffolgenden Kompression kondensiert der Dampf und die gleiche Gewichtsmenge Hilfsflüssigkeit tritt am Ende der Kompression in den Dampfkessel über.
Die in den beiden vorhergehenden Abschnitten beschriebenen Dampfturbinen nach Fig. VI (b und VI & können schliesslich als reine Kesselspeisepumpen ausgeführt werden. Bei einer solchen nur als Kesselspeisepumpe wirkenden Dampfturbine wird nur so viel Frischdampf zuzuführen sein, dass die erforderliche Menge an Speisewasser gefördert wird und dass von der Welle keine Arbeit nach aussen übertragen werden kann. Da für die Inbetriebsetzung eine Hilfsmasehine erforderlich ist, wird man diese Hilfsmaschine, z. B. einen kleinen Elektromotor, dauernd mitlaufen lassen und damit den Kraftverbrauch
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höhere Strömungsgeschwindigkeiten und auch höhere Umdrehungsgeschwindigkeiten der Maschinen.
Da jedoch gerade in dem Gegenstromverfahren beliebig niedrige Druckgefälle herbeigeführt werden können, so sind praktisch zulässige Geschwindigkeiten mit Gasen ohne weiteres erreichbar, und gerade darin liegt der grösste Vorteil des Gegenstromverfahrens gegenüber dem Gleichstromverfahren.
Für Druckluftmotoren, für Dampfturbinen und für Verbrennungsturbinen mit getrenntem Verbrennungsraum ist diese Lösung leicht zu erhalten. Die Fig. IX veranschaulicht eine solche Ausführung mit Zellenrad 1, Leitapparat 2, Ladeschlitz Lg und Auspuffstutzen Ag. Druckluft oder Frisehdampf tritt in die sich drehenden Zellen 1 durch Lg ein, expandiert bei der weiteren Drehung und verdrängt das bereits in den Zellen befindliche Hilfsgas (Luft bzw. Dampf) in die Leitkanäle 2, das auf der Kompressionsseite in die Laufradzellen wieder eintritt und nach der bekannten Weise arbeitet. Durch den Stutzen Ag entweicht ein Teil des expandierten Dampfes oder der expandierten Luft ins Freie oder bei Dampf auch in einen Kondensator.
Der zurückbleibende Teil wird auf der Kompressionsseite komprimiert und bei Lg durch Hinzutritt von neuer Druckluft oder von neuem Frischdampf auf Volldruck gebracht.
Bei Verwendung als Verbrennungsturbine mit getrenntem Verbrennungsraum erhält die Maschine nach Fig. IX noch einen Austrittsstutzen AL für Luft und einen Eintrittsschlitz S für Frischluft. AL und Lg
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der Pumpwirkung des Zellenrades Frischluft angesaugt. Um eine genügende Kühlung zu erreichen, sind der Schlitz S und der Auspuffstutzen Ag auf einen genügend grossen Umfang des Zellenrades angeordnet, damit nicht nur eine Ladung, sondern auch ein Durchspülen der Zellen mit Frischluft erfolgt.
Bei der weiteren Drehung wird diese Frischluft durch Hinzutritt weiterer Luftmengen aus dem Leitapparat komprimiert. Bei Lg treten aus dem Verbrennungsraum Verbrennungsgase ein, so dass die Luft auf volle Kompression gebracht und nach aussen gedrängt wird. Ein Teil dieser auf vollen Druck gebrachten Luft tritt durch AL in den Verbrennungsraum ein, holt sich dort durch Verbrennung des Brennstoffes Wärme, also ein weiteres Arbeitsvermögen, und tritt bei Lg wieder in die Maschine. Der im Zellenrad verbleibende Teil dient als Hilfsflüssigkeit, die auf der Expansionsseite nach und nach in die Leitkanäle und auf der Kompressionsseite nach und nach in Laufradzellen zurücktritt.
Die Lösung ist weiterhin auch dann leicht möglich, wenn die Verbrennung in den Laufradzellen erfolgen soll und wenn nach dem Dieselverfahren der Brennstoff in die komprimierte Luft eingeführt wird. Es erfolgt dann analog der Fig. IX bei S die Spülung mit Frischluft und bei Lg die Zufuhr des Brennstoffes. Eine sehr wirksame Kühlung der als Hilfsflüssigkeit dienenden Luft oder Verbrennungsgase kann in den Leitkanälen erfolgen. Man kann weiters die Teile der Zellen, die mit den heissesten Gasen in Berührung kommen, also die Verbrennungsräume, aus feuerfestem Material herstellen.
Schwieriger ist es, wenn Gas-Luftgemische vor Beginn der Kompression in die Zellen aufgenommen werden müssen. Man muss dann dafür sorgen, dass das Gas-Luftgemisch vom Ansaugen bis zum Verpuffen, also während der Kompression, im Verbrennungsraum der Zelle bleibt und dass es sich nicht mit den Hilfsgasen mischt. Prinzipiell sind solche Lösungen möglich. Ist z. B. der vergaste Brennstoff leichter als Luft, so wird man den Verbrennungsraum an der Laufradnabe anordnen und die Ladung so vornehmen, dass gegen Ende des Spülvorganges Gas zugeleitet wird. An Stelle der Steuersehlitze lassen sich, wie das auch bei andern Maschinen bekannt ist, gesteuerte Ventile verwenden.
Die bisher erläuterten Konstruktionen zeigen, wie das Gegenstromprinzip in Gasturbinen, Wasserturbinen und Pumpen, bei denen die Gase in rotierenden Zellen arbeiten, verwirklicht werden kann.
Es ist aber auch möglich, die Volumänderungen und die Verbrennung der Gase in feststehende Räume zu verlegen und diese untereinander durch ein arbeitübertragendes, besonders gebautes Laufrad nach dem Gegenstromprinzip in Verbindung zu bringen. In Fig. X a und X b sind K 8 im Kreise angeordnete stehende Zylinder, von denen zwei Arten von Leitkanälen nach dem Laufrade R führen. Die Kanäle T dienen zur Strömung von den Zylindern zum Rade, also für die Turbinenwirkung, die Kanäle P für die Strömung vom Rade zu den Zylindern, also für Pumpenwirkung. Das Laufrad R hat solche Kanäle, dass Zylinder, die zu der durch die Auspuffstelle A hindurchgehenden Diametralen ungefähr symmetrisch liegen, miteinander verbunden werden. Der Zylinder 1 hat Zündung.
Der Zylinder 8, der vor dem Zylinder 1 Zündung hatte, hat nun den höchsten Expansionsdruck und sendet die Hilfsflüssigkeit durch das Laufrad in den Zylinder 2, der damit die höchste Kompression und nach Weiterdrehung des Laufrades Zündung erhalten wird. Ebenso stehen die Zylinder 7 und 3 mit verringertem Expansionsdruck bzw. Kompressiondruck und die Zylinder 6 und 4 mit dem kleinsten Expansionsdruck bzw. Kompressionsdruck in Verbindung. Der Zylinder 5 hat Auspuff und Ladung mit Frischluft. Der Brennstoff wird bei der gezeichneten Stellung in den Zylinder 5 oder beim Dieselverfahren in den Zylinder 1 zugeführt. Entsprechend der Drehung des Laufrades ändern die Zylinder die Rollen, so dass im nächsten Augenblick der Zylinder 2 Zündung und der Zylinder 6 Auspuff bekommt.
Im Laufrad gibt die Hilfsflüssigkeit einen Teil der Energie an die Welle ab. Entsprechend den zwei Arten von Leitkanälen müssen Eintritt und Austritt der Lauf- radkanäle in verschiedenen zur Achse senkrechten Ebenen liegen. In der gezeichneten Stellung sind die Laufradeintritte durch die Leitkanäle T mit den Zylindern 6,7 und 8 und die Laufradaustritte durch die Leitkanäle P mit den Zylindern 2, 3 und 4 in Verbindung.
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Prinzipiell lässt sich diese Anordnung mit feststehenden Zylindern und mit Gegenstromarbeit auf alle Maschinen anwenden, die bei der Arbeitsweise mit rotierenden Arbeitsräumen besprochen wurden, und sowohl für tropfbare als auch für gasförmige Hilfsflüssigkeiten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Arbeitsverfahren für Kreiselradmasehinen, bei denen die Expansionsarbeit von in einer Reihe rotierender oder feststehender Zellen enthaltenen komprimierten Gasen mittels einer Hilfsflüssigkeit zum Teil an das Laufrad und zum Teil zur Vorkompression an das arbeitende Gas in den übrigen Zellen übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle während der in ihr erfolgten Expansion über eine Reihe von Leitkanälen derart nach und nach mit den übrigen Zellen, in denen das arbeitende Gas vorkomprimiert wird, in Verbindung kommt, dass jede Zelle mit Vorkompression einen geringeren Druck enthält als die vorhergehenden, dass also der höchste Expansionsdruck auf den höchsten Kompressionsdruck und der niedrigste Expansionsdruck auf den niedrigsten Kompressionsdruck arbeitet.