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Brennkraftturbine.
Es sind Wärmekraftmaschinen bekannt, bei denen das Drehmoment durch den Rückdruck der ausströmenden Verbrennungsgase erzeugt wird. Bei einem Teil dieser Maschinen strömen die Verbrennungsgase aus den Verbrennungskammern durch verhältnismässig enge Düsen mit grosser Geschwindigkeit ab, so dass auch zur vollkommenen Umsetzung der in den Gasen enthaltenen kinetischen Energie i entsprechend grosse Umfangsgeschwindigkeiten des Läufers angewendet werden müssen, die zu technisch nicht mehr beherrschbaren hohen Drehzahlen führen. Es wurde auch vorgeschlagen, von einer Mittelpunkt nahen Stelle ausgehende, entgegen der Drehrichtung gegen den Umfang des Läufers führende, sich stetig stark erweiternde Düsen anzuwenden, die infolge des relativ grossen Gasmasseninhaltes eine der grossen Massen entsprechend verringerte Geschwindigkeit der Gasmasse erzeugen sollen.
Die Ausbildung dieser Düsen wäre aber nicht geeignet, dieselben mit Gasgemisch teilweise zu laden, da sich dieses mit dem übrigen Düseninhalt vermischen würde. Das bereits gezündete Gasgemisch müsste daher aus besonderen Verbrennungskammern durch gesteuerte Schlitze den Düsen zugeführt werden, was wegen der Schwierigkeiten, heisse Gase zu steuern, praktisch kaum durchführbar ist. Auch würde der Gasoder Dampfaufschlag am Düsenbeginn wie in einer Lavaldüse beschleunigt werden, so dass er schon vor Erreichung der Düsenmündung eine übergrosse Geschwindigkeit erhält und Wirbelbildung gegen das Düsenende verursachen würde.
Das Wesen der Erfindung besteht gegenüber dem Bekannten darin, dass die im Läufer angeordneten Verbrennungskammern an der mittelpunktfernsten Stelle mittels eines entsprechenden Übertrittsquerschnittes in im wesentlichen in der Umfangsrichtung liegende, düsenartige Expansionsräume münden, deren Rauminhalt gleich dem durch die Verbrennung vergrösserten Brenngemisehvolumen in der Verbrennungskammer ist. Die Expansionen in einem solchen Kammersystem erfolgen wie im Zylinder eines Kolbenmotors, wobei die Volumenzunahme in der Zeiteinheit jener bei einer maximalen Kolben-
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Kolben der Maschine dar, und der Antrieb ergibt sich integral als Funktion von Druckdifferenz mal Düsenquerschnitt.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel in Fig. 1 im Querschnitt und in Fig. 2 teils in der Seitenansicht, teils im Achsschnitt nach A-B der Fig. 1 dargestellt.
Auf der feststehenden Achse 1 ist vorteilhaft mittels Kugellager der Läufer 2 drehbar gelagert.
Dieser besitzt im wesentlichen radial gestellte beutelförmige Verbrennungskammern 5, die am mittelpunktfernsten Teil mittels eines engen Übertrittsquerschnittes in entgegen der Drehrichtung sich keilförmig erweiternde Düsen 4 münden. Der Läufer besteht aus dem eigentlichen Düsen-und Verbrennungskammerkranz mit den Kühlrippen 14 und 15 und zwei seitlichen Flanschscheiben 2, zwischen denen der Düsenkranz mittels der Schrauben 29 eingespannt ist. Die Düsen besitzen einen rechteckigen oder flach ovalen Querschnitt gleicher Breite. Die Räume zwischen den Kühlrippen 14 und den Flanschscheiben 2 wirken als Exhaustorkanäle. Die entlang den Verbrennungskammern führenden Kühlrippen 15 lassen zwischen sich Schlitze 16 frei, durch die Kühlluft streichen kann.
Die Düsen werden durch einen um den Drehungsmittelpunkt zentral gekrümmten inneren und einen äusseren spiralförmig in die Umfangsrichtung übergehenden Wandteil 3 begrenzt und sind im Rauminhalt gegen den der Verbrennungskammer so bemessen, dass sie den durch die Verbrennung vergrösserten Gasinhalt der letzteren aufnehmen. Auf der Achse 1 sitzt fest eine mit entsprechenden Zuführungsräumen für Luft und Brenngemisch ausgestattete, im
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wesentlichen zylindrische Steuernabe, auf der die Innenwände 6 des Läufers, die einen Holzzylinder umgrenzen, gleiten. Durch Schlitze in der Innenwand des Läufers kommen die Verbrennungsräume 4 während der Drehung abwechselnd mit den einzelnen Kammern der Steuernabe in Verbindung.
Der Brennstoff gelangt durch eine zentrale Bohrung 24 der Achse 1 in den Mischraum 7 der Steuernabe, i dessen Mantel während ungefähr der Hälfte der Umdrehung die Einlassöffnungen zu den Verbrennungskammern 5 abdeckt. Der Brennstoffzufluss wird durch das Nadelventil 25 geregelt. Die Luft wird dem Mischraum durch den ringförmigen, mit Öffnungen versehenen Kanal 9 zugeführt. Der Mischraum 7 steht mit dem Ladekanal in Verbindung, der bei der Drehung des Läufers mit dem Schlitz in der Verbrennungskammer 5 in Übereinstimmung kommt, so dass diese bis zum engsten Querschnitt mit Brenngemisch gefüllt wird.
Am andern Ende der Achse 1 ist durch eine Bohrung das Zündkabel 22 eingeführt, das zum Verteilerring 12 führt, der in der Läuferstellung, bei der der Ladekanal 8 oben abgedeckt ist, den Kontakt mit Zündkerzen 13 herstellt, die vorteilhaft paarweise nahe der engen Übergangsstelle zwischen Verbrennungskammer 5 und Expansionsdüse 4 angeordnet sind.
Die Steuernabe umschliesst ausser den Mischraum 8 den Spülluftraum 11, der eine besondere Luftzuführung besitzt und durch den durch Exhaustorwirkung nach der Zündung und dem Ausstossen des verbrannten Gemisches Frischluft durch die Arbeitsräume geführt wird.
Die Wirkung der Einrichtung ist folgende : Durch den über den Ladekanal 8 gleitenden Einlass der Verbrennungskammer 5 wird in diese bei rascher Drehung des Läufers Brenngemisch eingesaugt.
Die Öffnungen sind so bemessen, dass die Fiillung der Verbrennungskammer bis zum engsten Teil erfolgt, bis der Mantel der Steuernabe die Verbrennungskammer abschliesst. Sodann erfolgt die Zündung.
Durch die explosionsartige Drucksteigerung in der Kammer sind die Verbrennungsgase gezwungen, in den anschliessenden Düsenraum 4 zu expandieren, welcher so bemessen ist, dass derselbe dem durch die Wärmeumsetzung erforderlichen Endvolumen entspricht. Wesentlich ist, dass dieser Expansionsraum bis zum engsten Querschnitt oberhalb des wirksamen Radius liegt, was durch die Steigung der Spiralwand 3, also gegenüber der zweiten kreisförmig verlaufenden Düsenwandung, gegeben ist ; ferner, dass die Querschnittsänderungen des Expansionsraumes jenen einer Kegeldüse, z.
B. von etwa 80 Konuswinkel, gleichkommen, während der Inhalt der Explosionskammern das restliche Volumen dieses Düsenkegels ausmacht, so dass das Verhältnis zwischen Kammerinhalt in Kubikzentimetern und engsten Düsenquerschnitt in Quadratzentimetern innerhalb der praktischen Ausführungsgrössen den Mittelwert von 20 : 1 beträgt. Der sogenannte engste Querschnitt ergibt sich demnach nur aus konstruktiven Gründen und hat nicht die Bedeutung jenes einer Lavaldüse.
Nach vollständiger Ausdehnung der Verbrennungsgase gleitet der Kammereinlass über den breiten Spülkanal 11, so dass Frischluft zwecks Reinigung der Explosionskammer und des Expansionsraumes von Abgasen eintreten kann. Nun wird durch den Ladekanal 8 abermals Gemisch zugeführt, und der Kreisprozess einer Düseneinheit wiederholt sich mit jeder Läuferumdrehung. Die Spülluft bildet zwischen den einzelnen Ladungen sowohl gegen den Expansionsraum als auch gegen den Einlass der Explosionskammern hin isolierende Luftpolster, die Frühzündungen und Rückschläge in die Vergaseranlage verhindern.
Die Kühlung des Düsenkranzes besorgen die an den Aussenseiten angebrachten, abgeschrägten Kühlrippen 14, die im Verein mit den Läuferscheiben 2 eine turbogebläseartige Kühlluftförderung hervorrufen. Ferner sind auch die Spiralwände 3 mit Längsrippen 15 versehen, denen die Kühlluft durch die Schlitze 16 zwischen den einzelnen Düsensegmenten zugeteilt wird, während die Explosionskammern mit ihren flachen Gleitsegmenten von den in der Nabe durchziehenden Luftmassen wirksam gekühlt werden.
Der ganze Turbinenläufer ist in einem schalldichten Gehäuse 17 untergebracht, welches die Verbrennungsgase und Kühlluftmassen gesammelt ableitet. Die Schalldämpfung beruht auf den doppelwandigen Gehäusemantel mit Asbestzwischenlagen 18, wobei die innere Wandverkleidung 19 aus perforierten Blechen oder grobmaschigem Drahtgeflecht besteht.
Das Anlassen der Turbine wird mittels gasförmigen Brennstoffes eingeleitet, indem derselben beim Anwerfen durch den Elektromotor selbsttätig durch den Umschalthahn 30 Ölgas zugepumpt oder Äther eingespritzt wird, worauf die Maschine sofort anspringt und auf den Betrieb mit flüssigem Brennstoff übergeht, der gleichzeitig durch eine Tropfdüse 20 regelbar zugeführt wird.
Die Übertragung der Drehung des Läufers nach aussen erfolgt durch den Zahnkranz 31 auf der Nabe des Läufers.
Zur Regelung der Füllung der Verbrennungskammern besteht eine besondere Ausbildung der Einrichtung darin, dass die eine Wand 21 des Ladekanals 8 beweglich, u. zw. als ein um die geometrische Drehachse schwenkbarer Flügel ausgebildet ist, durch dessen Verstellung die Zeit, während welcher der Einlass der Verbrennungskammer mit dem Ladekanal in Verbindung steht, verändert werden kann.
Eine Leistungsänderung durch Änderung der Zahl der Verbrennungen bei jeder Läuferumdrehung kann in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch erfolgen, dass der Achse 1 und damit der auf dieser sitzenden Steuernabe eine Drehung erteilt wird. Infolge der Relativdrehung der Steuernabe zum Läufer kann, je nachdem die Achsdrehung im gleichen Sinne mit dem Läufer oder entgegengesetzt erfolgt, die Zahl
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der Arbeitsprozesse je Läuferumdrehung vermindert bzw. erhöht werden. Zu diesem Zwecke ist beispiels- weise auf der Läufernabe ein Zahnrad 26 vorgesehen, das in das Vorgelegerad 27 eingreift, mit dem das
Zahnrad 28 fest verkeilt ist, das seinerseits in das Zahnrad 23 eingreift, das die in diesem Falle drehbar gelagerte Achse 1 dreht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Brennkraftturbine, bei der die in Verbrennungskammern erzeugten Verbrennungsgase aus um eine Achse drehbaren Expansionsdüsen zum Ausströmen gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die im Läufer angeordneten Verbrennungskammern an der mittelpunktfernsten Stelle mittels eines engen Übertrittsquerschnittes in im wesentlichen in der Umfangsrichtung liegende, sich stetig erweiternde Düsen münden, deren Rauminhalt gleich dem durch die Verbrennung vergrösserten Brenngemischvolumen in der Verbrennungskammer ist.