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Brennkraftturbine.
Es sind Brennkraftturbinen bekannt, bei denen jede Brennkammer einen einzigen Verbrennungsraum für die gänzliche Verbrennung des Brennstoffes bildet, wodurch eine bedeutende Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Maschine gegenüber jenen Bauarten gegeben erscheint, bei welchen der Betriebsstoff nicht in einem einzigen Verbrennungsraum, sondern gradweise in mehreren aufeinanderfolgenden Räumen allmählich zur Verbrennung gebracht wird. Brennkraftturbinen, bei denen die Verbrennung in einer einzigen Brennkammer zur Gänze erfolgt, erfordern aber eine besonders ausgiebige Kühlung der eigentlichen Brennkammer. Es wurde nun zwecks Erzielung einer entsprechenden Kühlung auch schon vorgeschlagen, in den Brennkammerwänden der Brennkraftturbine Hohlräume vorzusehen, die mit einem entsprechenden Kühlmittel erfüllt sind.
Vorliegender Erfindung liegt nun insbesondere die Aufgabe zugrunde, das zur Kühlung dienende, in den Hohlräumen der Wände der Verbrennungskammer untergebrachte Mittel, beispielsweise Luft, welches Mittel sich infolge der Wärmeentziehung aus den zu kühlenden Teilen selbst erhitzt, in wirksamer Weise für den eigentlichen Arbeitsvorgang heranzuziehen und für die wirtschaftlich einwandfreie Verbrennung des Betriebsstoffes nutzbar zu machen.
Dies wird der Erfindung gemäss dadurch erreicht, dass bei der Brennkraftturbine, bei welcher jede Brennkammer einen einzigen Verbrennungsraum für die gänzliche Verbrennung des Brennstoffes bildet, die Wände der Brennkammer zur Kühlung der Brennkammer dienende Hohlräume aufweisen, die mit der Brennkammer über ein Kanalsystem verbunden sind, so dass aus den Hohlräumen Heissluft in die Brennkammer geführt werden kann.
Hiebei ist die eigentliche Brennkammer in einem drehbaren Zylinder angeordnet, welcher mit einer umlaufenden, ein-oder mehrfach gekröpften Nut ausgestattet ist, in welcher Spurstifte od. dgl. gleiten, wodurch eine Längsverschiebung des Zylinders in bestimmter, periodischer Aufeinanderfolge eintritt und der so gesteuerte Auspuff der Brennkammer über einen grösstmöglichen, sich über den ganzen Brennkammerumfang erstreckenden Auslassquerschnitt stattfindet. Dabei kann der die eigentliche Brennkammer bildende Zylinder an einer oder mehreren Stellen Verdickungen aufweisen, wodurch eine Glühwand geschaffen und damit eine zusätzliche Zündstelle gegeben ist.
Vorteilhaft erweist sich auch die Ausbildung der Rückwand des Rotors als Flügelrad od. dgl., wodurch eine Beschleunigung der Abgase der Turbine erzielt wird ; dabei ist der Rotor zwecks leichterer Herstellung des Flügelrades mehrteilig ausgebildet. Erfindungsgemäss kann ferner jeder Brennkammer eine Umkehrkammer zugeordnet sein, wodurch eine Umkehrung der Richtung der Abgase und eine Vergrösserung der direkten Heizfläche erzielt wird. Der den drehbaren Zylinder umgebende Statorteil weist Hohlräume auf, die durch Querwände unterteilt sind, welche die innere mit der äusseren Statorwand verbinden und so verlaufen, dass das in den Hohlräumen befindliche Kühlmittel in möglichst langem Wege um den Zylinder geführt wird.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch veranschaulicht, u. zw. zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Turbine ; Fig. 2 zeigt die Brennkammer im Schnitt und Fig. 3 den aufgerollten Aussenmantel derselben ; Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Brennkammer im Schnitt.
In Fig. 1 ist die Gasturbine dargestellt. Der Rotor ist aus den drei Teilen 1, 1 a, 1 b zusammengefügt und ist auf einer Welle aufgeschoben. Die Rückwand 1 b des Rotors ist ventilatorartig gefächert, d. h. die speichenartig angeordneten Dampfrohre 8 a tragen entsprechend ausgeschwenkte Flügel le, welche die Form von Propellerflügeln haben, so dass eine Art Flügelrad entsteht :
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Der hohlwandige, vom Wasser durchflossene Stator 4 ist auf der Abgasseite zu einer Umkehrkammer geschlossen ; er trägt auf der Vorderfront die im Kreise um die Welle angeordneten Brenn- kammern. M, deren Zylinder gemeinsam durch fremde Kraft oder durch Übersetzung von der Maschinenwelle aus mit stets gleicher Geschwindigkeit gedreht werden.
Die Regelung der Gangart der Maschine erfolgt durch Steigerung respektive Verminderung des Betriebsstoffdruekes.
In Fig. 2 ist eine Brennkammer im Schnitt dargestellt ; ihr Aussenmantel ist in Fig. 3 im aufgerollten Zustand gezeichnet und wurde ihm die Gleitfläche der Gehäusewand unterlegt. Der Pfeil gibt die angenommene Drehrichtung an.
Der hohlwandige Zylinder 12 wird vom Zahnrad 17 gedreht und durch Eingleiten der Spur- stifte 16 a in die Kröpfungen der am Zylinder vorgesehenen, umlaufenden Nut 16 auch periodisch längsgleitend bewegt. Der durch die Zylinderdoppelwand geschaffene Hohlraum ist beispielsweise in die Räume 23 und 24 unterteilt, welche von Pressluft erfüllt sind. Durch die Drehung des Zylinders 12 kommt seine. Wandbohrung 20 mit der Öffnung der Luftkammerwand 19 zeitweise in Deckung und gleichzeitig werden die Rohröffnungen 21 und 21 a durch die kanalartige Aussparung 22 miteinander verbunden.
Die in den Räumen 23, 24 durch die heisse Zylinderwand stark vorgewärmte Pressluft wird daher aus dem Raum 24 durch die Rohröffnung 21 über Kanal 22 und Rohr 21 a in den Innen- hohlraum 25 des leeren Zylinders vordringen und den Zylinder aufladen, wobei sie durch die aus der
Pressluftkammer 13 durch die Öffnungen 19, 20 in den Raum 23 und über den Doppelboden des Zylinders in den Raum 24 einströmende frische Pressluft ersetzt wird. In den nun mit Heissluft geladenen
Zylinder wird bei Deckung der Bohrungen 26,27 Brennstoff eingebracht, worauf durch Gleichstellung der Öffnungen 26, 28 (Fig. 3) der Zylinder fertig geladen wird. Der eingeblasene Brennstoff entflammt an den Zündmitteln 15 und 15 a und verbrennt gänzlich, wodurch der Ladedruck des Zylinders verviel- facht wird.
Nun gleiten die Spurstifte 16 a in die Nutkröpfungen ein und zwingen den Zylinder zur
Längsbewegung. Es kommen dadurch die Kanäle 29 und 32 in Deckung, so dass sich die hochgespannten heissen Zylindergase durch diese Öffnungen in die Leitdüsen 11 entladen können. In dieser Weise werden bei jeder Zylinderumdrehung-je nach Anzahl der Nutkropfungen-eine Anzahl Verpuffungen erfolgen, wodurch der Turbinenläufer gedreht wird. Die Verpuffungsgase werden im Laufwerk entspannt und durch die Umkehrkammer in ihrer Strömungsrichtung verkehrt dem Flügelrad 1 c zugeleitet, von diesem beschleunigt und in den Hohlraum des Läufers eingeführt, von wo aus die Gase durch die Nabenbohrungen 9 in das Abzugsrohr für die Abgase austreten können.
Der Eintritt der Gase aus der Umkehrkammer in den Hohlraum des Rotors ist dabei dadurch ermöglicht, dass die Läuferrückwand zwischen den speichenartig angeordneten Dampfrohren 8 a entsprechend aufgeschlitzt ist, so dass Durchlässe gegeben sind. Durch die zwischen den speichenartig angeordneten Dampfrohren gegebenen Öffnungen kann also der Dampf in das Rotorinnere gelangen. Um hiebei die Anordnung und Be- schaffenheit des Flügelrades le genau zu erkennen, kann man sich vorstellen, dass jene Teile der Rotor-
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der speichenartig angeordneten Dampfrohre erfolgt ist und wobei die Läuferrückwand jeweils in radialer Richtung in der Mitte zwischen den Rohren So. aufgeschnitten wurde.
Durch Anordnung der Hohlräume 23,24 in der Zylinderwand wird auf einfachste und billigste Weise die Ladeluft stark vorgewärmt und gleichzeitig der heisse Zylinder genügend gekühlt, so dass seine Arbeitsfähigkeit gewährleistet ist. Es ergibt sich damit der Vorteil grosser Leistungssteigerung und in Anbetracht der Zündung im Zeitpunkte der grössten Brennstoffwirbelung und gänzlicher Verbrennung des Brennstoffes in einem einzigen Raum bei steigendem Gasdruck eine hohe Wirtschaftlichkeit der Brennkammer bei einfachsten Mechanismen.
Durch den Einbau der Umkehrkammern und durch die bereits geschilderte Art der Überführung der aus der Umkehrkammer austretenden Gase in den hohlen Rotor wird auch eine bedeutende Vergrösserung der direkten Heizfläche des Dampferzeugers erzielt, wobei die Intensität der Heizung und damit auch das Produktionsvermögen des Dampferzeugers zufolge der durch das rasch laufende Flügelrad bewirkten Erhöhung der Gasgeschwindigkeit weiter gesteigert werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, dass der grosse Hohlraum des Läufers in Verbindung mit dem Flügelrad le einen guten Schalldämpfer abgibt, wodurch die Maschine ohne Verminderung der Leistungsfähigkeit nahezu lautlos arbeiten wird.
Durch einen nicht dargestellten Regler ist es möglich, dem in den Siederohren 8a erzeugten Dampf und damit auch dem Wasser der Kammer 7 eine solche Temperatur aufzuzwingen, dass den in die Turbine abströmenden Feuergasen durch die Düsenwandungen usw. nur jene gefährliche Spitzenwärme genommen wird, welche für die Turbinenschaufeln schädlich sein könnte, so dass der hohe
Wirkungsgrad der Maschine gewahrt erscheint.
Der im Rotor gewonnene hochgespannte Heissdampf wird entsprechend verwertet. Eine der
Verwertungsmöglichkeiten besteht darin, dass dieser Dampf gleichzeitig mit den Feuergasen, jedoch in eigenen Düsen, zur Beaufschlagung der Turbine verwendet und nachher, z. B. mittels Luft, zu
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Warmwasser niedergeschlagen wird. Es ergibt sich dadurch der Entfall einer eigenen Dampfkraft- maschine unter gleichzeitiger Gewinnung von vorgewärmter Luft, welche verdichtet der Luftkammer zugeführt wird ; das Kondensat wird in den Wasserkreislauf (Rohr 5, Kammer 6,7) rückbeordert.
In Fig. 4 ist eine abgeänderte Anordnung dargestellt. Auch bei dieser Ausführung wird eine wirksame Kühlung des heissen Zylinders dadurch möglich, dass derselbe nun mit seiner ganzen Mantel- fläche auf der mittels Pressluft gekühlten Kammerwand arbeitet. Wird nun auch die Pressluftkammer räumlich so unterteilt, dass die Luft einen möglichst langen Weg um den Zylinder macht, indem man sie z. B. spiralförmig um den Zylinder führt, so wird damit nebst besserer Kühlung auch der weitere
Vorteil erreicht, dass nur die jeweils wärmste Luft aus den Schlitzen in die Brennkammer ausströmen kann, wodurch die Verpuffung günstig beeinflusst wird.
Um die Verbrennung im Zylinder zu beschleunigen, kann durch Verdickung des Zylinderbodens eine Glühwand und damit ein zweites Zündmittel geschaffen werden. In Fig. 4 ist die Drehrichtung des Zylinders 31 entgegengesetzt dem Uhrzeiger gedacht. Der vom Rad 36, welch s c : rrrn VdseMebung gesichert ist, gedrehte Zylinder 31 wird von einer ein-oder mehrfach gekröpften Nut 34 umlaufen, in welcher der oder die Spurstift 35 gleiten. Bestreicht der Stift die Nutkröpfung, so gleitet der Zylinder 31 auch der Länge nach und leitet damit den Auspufftakt ein ; nach erfolgter Ausströmung wird der
Zylinder in seine Normalstellung rückgeführt.
Es kommt dann vorerst die Nabenbohrung 42 mit der Öffnung der Brennstoffzuleitung 41 und gleich nachher mit der Öffnung 43 für die Pressluft in Deckung, wodurch der Brennstoff durch das Einsatzstück 44 in den Hohlraum des Zylinders 31 eingeblasen wird und an den Zündmitteln 45, 46 entflammt. Die wegen Luftmangel unverbrannt gebliebenen
Brennstoffreste und ihre Gase werden dann nach erfolgter Längsbewegung des Zylinders und dadurch erfolgter Deckung der Ausströmsehlitze 33 mit den Kanälen 38 in die Brennkammer 40 entweichen und durch Vermischung mit der aus den gleichzeitig gleichstehenden Schlitzen 39,47 entweichenden heissen Pressluft restlos verpuffen.
Die Frischluft wird bei 37 in die Luftkammer eingeleitet und in Spiralform um den Zylinder 31 geführt, so dass nur die jeweils wärmste Luft aus der Kammer abge- blasen wird. 48 ist eine Ausgleichsöffnung, 49 die Druekolzuführung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Brennkraftturbine, bei welcher jede Brennkammer einen einzigen Verbrennungsraum für die gänzlich Verbrennung des Brennstoffes bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände der Brennkammer (10) zur Kühlung der Brennkammer dienende Hohlräume (23, 24) aufweisen, die mit der Brennkammer (10) über ein Kanalsystem (19, 20, 21, 21 a, 22) verbunden sind, so dass aus den Hohlräumen (23, 24) Heissluft in die Brennkammer (10) geführt werden kann.