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Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungskraftmaschine, die mit beliebigen in einer zentralen
Verbrennungsvorrichtung erzeugten Verbrennungsgasen betrieben werden kann. Als Brennstoffe zur Erzeugung der Verbrennungsgase sollen dabei feinkörnige feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe Verwendung finden können. Die Strömungskraftmaschine selbst soll einen konstruktiv einfachen Aufbau aufweisen und daher ohne grossen Aufwand herstellbar sein. Auch strebt die Erfindung eine einfache Regelung der Strömungskraftmaschine sowie die Erreichung eines hohen Wirkungsgrades an.
Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemässen Strömungskraftmaschine besteht darin, dass deren Rotor an seiner einen Stirnseite eine radial beaufschlagte, elliptisch gekrümmte Beschaufelung und an seinem Umfang eine axial beaufschlagte, elliptisch gekrümmte Beschaufelung trägt, wobei zwischen den beiden Beschaufelungen ein Leitschaufelsystem mit einem den Rotor umschliessenden Statorgehäuse verbunden ist und dass die
Strömungsquerschnitte zwischen der Beschaufelung an der Stirnseite des Rotors durch axial verstellbare
Strömungsregulatoren und die Strömungsquerschnitte zwischen der Beschaufelung auf dem zylindrischen Mantel des Rotors durch radial verstellbare Strömungsregulatoren veränderbar sind.
Dabei ist ferner vorgesehen, dass eine
Brennkammer entweder im Statorgehäuse koaxial zum Rotor an dessen beschaufelter Stirnseite liegend oder ausserhalb des Statorgehäuses angeordnet ist und dass in die Brennkammer ein Brenner mündet zwecks Bildung von Verbrennungsgasen aus beliebigen Brennstoffen als Strömungsmedien.
Die Erfindung erstreckt sich ferner darauf, dass die an der Stirnseite des Rotors angeordnete, radial beaufschlagte Beschaufelung aus sich über die ganze Stirnseite des Rotors erstreckenden Schaufeln und zwischen diesen angeordneten, vom Umfang des Rotors ausgehenden kürzeren Schaufeln besteht, wobei zwischen den einzelnen Schaufeln flächengleiche Ringsektoren gebildet werden und die Strömungsregulatoren einen gleichen
Querschnitt aufweisen.
Die an der Stirnseite des Rotors angeordneten Schaufeln sind dabei erfindungsgemäss innen tangential zum Brennkammerstutzen und aussen radial liegend ausgebildet und nach Viertelellipsen gekrümmt, deren radial liegende Halbachsen gleich dem radialen Abstand des Brennkammerstutzens und des
Leitschaufelsystems sind und deren andere Halbachsen gleich sind der Seitenlänge desjenigen regelmässigen
Vielecks, das durch die äusseren Enden der Schaufeln als Eckpunkte gelegt ist. Ein weiteres Merkmal der radial beaufschlagten Beschaufelung liegt darin, dass sie auf zur Rotorachse konzentrischen Ringen befestigt ist, wobei der am weitesten innen liegende Ring mit der Brennkammer verbunden ist und die Schaufeln als Träger für die weiter aussen liegenden Ringe ausgebildet sind.
Im Rahmen der Erfindung ist die axial beaufschlagte, auf dem Umfang des Rotors angeordnete
Beschaufelung nach Viertelellipsen gekrümmt, deren einen Halbachsen gleich der Länge des Rotors und deren andern Halbachsen bei abgewickeltem Rotormantel gleich dem Umfang des Rotors sind, wobei der stärker gekrümmte Teil der Beschaufelung an jenem Ende des Rotors liegt, dessen Stirnseite die radial beaufschlagte
Beschaufelung trägt.
Das Leitschaufelsystem, welches zwischen der radial beaufschlagten Beschaufelung und der axial beaufschlagten Beschaufelung angeordnet ist, besitzt die gleiche Anzahl Leitschaufeln wie die axial und die radial beaufschlagte Beschaufelung und diese Leitschaufeln sind zweifach gekrümmt, u. zw. aus der radialen in die axiale und hierauf in die Umfangsrichtung des Rotors.
Die Erfindung sieht ferner vor, dass zur Betätigung der Strömungsregulatoren ein Schiebergestänge mittels Gleitringen auf der Rotorwelle verschiebbar gelagert ist, wobei die Gleitringe mittels Greifern, die durch Gleitschlitze in der hohl ausgebildeten Rotorwelle geführt sind, mit einer nicht umlaufenden, verschiebbaren Steuerstange verbunden sind und dass das Schiebergestänge über Winkeltriebe, z. B. Zahnräder und Zahnstangen einerseits mit den Strömungsregulatoren für die axial beaufschlagte Beschaufelung und anderseits über einen an einem der Gleitringe befestigten Steuerschieber und Führungsgestänge mit den Strömungsregulatoren für die radial beaufschlagte Beschaufelung gekuppelt ist.
Dabei sind die Strömungsregulatoren für die axial beaufschlagte Beschaufelung aus einander dachziegelartig übergreifenden, an den Rändern abgeschrägten Platten zusammengesetzt, wobei die durch die Beschaufelung begrenzten Strömungsquerschnitte zueinander parallele Erzeugende aufweisen.
Zur Erzeugung von Verbrennungsgasen sieht die Erfindung vor, dass in eine in die Brennkammer führende Brennstoffzuleitung mehrere durch Ventile oder Klappen jede für sich abschliessbare Brennstoffzuleitungen münden, die an unterschiedliche Brennstoffaufbereitungsanlagen angeschlossen sind. Dabei ist dem Brenner zur Aufbereitung fester feinkörniger Brennstoffe eine Wirbelungskammer vorgeschaltet, in der wenigstens ein Strömungsregler abgedichtet verschiebbar geführt ist, zu dessen Betätigung einerseits von einem Drehzahlregler, anderseits von einer Brennstoff-Drosselklappe ein Gestänge vorgesehen ist. Dabei ist dem Brenner mittels eines die Brennstoffzuleitung umschliessenden Rohrstutzens Verbrennungsluft zuführbar.
Schliesslich sieht die Erfindung vor, dass ein gemeinsamer Windkessel mit unabhängig voneinander regelbaren Leitungen zur Lieferung von Förderluft, Verwirbelungsluft, Verbrennungsluft, Überschussluft u. dgl. vorgesehen ist.
Die erfindungsgemässe Strömungskraftmaschine ist mit unterschiedlichsten Verbrennungsgasen zu betreiben, die in einfacher Weise aufbereitet werden können. Die Strömungsenergie der Verbrennungsgase kann mit der erfindungsgemäss vorgesehenen Beschaufelung in konstruktiv einfacher Weise in mechanische Energie umgesetzt
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werden. Die Verluste sind gering und die erfindungsgemässe Strömungskraftmaschine kann daher mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden. Durch die Anordnung der erfindungsgemässen Strömungsregulatoren ist eine einfache Regelung der abgegebenen Leistung der Strömungskraftmaschine von einer zentralen Bedienung aus möglich, ohne dass es einer sonst bei Turbinen üblichen Verdrehung von Beschaufelungen bedarf.
Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, welche eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungsgemässen Strömungskraftmaschine schematisch veranschaulicht. Es zeigt : Fig. 1 einen Axialschnitt durch die erfindungsgemässe Strömungskraftmaschine, Fig. 2 einen Schnitt nach II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 eine Abwicklung des Mantels des Rotors zur Veranschaulichung der Krümmung der axial beaufschlagten Beschaufelung, Fig. 5 eine Einzelheit der Versorgung der Strömungskraftmaschine mit unterschiedlichen Verbrennungsgasen und Fig. 6 eine Einzelheit im Schnitt zur Aufbereitung von Verbrennungsgasen.
Der Rotor der erfindungsgemässen Strömungskraftmaschine weist Skelettbauweise auf und er besteht aus äusseren Stützringen --1--, die im Querschnitt ein I-Profil aufweisen und die über Radialträger--2--mit Stützringen --3-- verbunden sind, die gleichfalls I-Profil besitzen und die über innere Radialträger--4--mit zentralen Ringen --5-- gleichfalls I-förmigen Querschnittes verbunden sind. Die Zentralringe--5--sind mit einer Hohlwelle--22--der Strömungskraftmaschine verbunden. Die inneren Radialträger--4--sind zur Lagerung von Zahnrädern --6-- ausgebildet, welche Bestandteile von Strömungsregulatoren sind.
Die äusseren Stützringe--l--sind durch Axialträger--7--mit I-förmigen Querschnitt untereinander verbunden, die das Rotorskelett vervollständigen.
An der einen Stirnseite des Rotors sind Halteringe --8-- als Träger für eine radial beaufschlagte Beschaufelung angeordnet. Die radial beaufschlagte Beschaufelung setzt sich aus über die ganze Stirnseite des Rotors sich erstreckenden Schaufeln--9--und von dem Umfang des Rotors ausgehenden kürzeren Schaufeln - 10 und 11--zusammen, wobei zwischen den einzelnen Schaufeln flächengleiche Ringsektoren gebildet werden. Die Schaufeln --9-- sind dabei nach Viertelellipsen gekrümmt.
Die eine Halbachse dieser Ellipsen ist dabei gleich dem radialen Abstand eines Brennkammerstutzens--38--von einem Leitschaufelsystem - -46--, die andere Halbachse wird bestimmt durch die Seitenlänge eines durch die äusseren Enden der Schaufeln--9--gelegten regelmässigen Vieleckes.
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werden durch die Stützringe--l und 3--, welche am stirnseitigen Ende des Rotors liegen, getragen und sie sind ausserdem durch die als tragende Elemente ausgebildeten Schaufeln --9-- untereinander verbunden.
Der Rotor der Strömungskraftmaschine wird von einem leicht konischen Statorgehäuse--14-- umschlossen. Zwischen dem Statorgehäuse --14-- und dem Rotor befindet sich in dem Raum--36--die axial beaufschlagte Beschaufelung, die aus nach Viertelellipsen im Sinne der Fig. 4 gekrümmten Schaufeln - besteht, welche an den Axialträgern--7--befestigt sind. Die Viertelellipsen, nach welchen die
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zusammengesetzt, um ihre Betätigung zu vereinfachen. Zur radialen Verstellung der Strömungsregulatoren --16-- sind gezahnte Führungsstangen --17-- vorgesehen, welche in die Zahnräder --6-- eingreifen. Zur Führung der Zahnstangen--17--und Lagerung weiterer Zahnräder --6-- sind mit dem Rotorskelett Streben--35--verbunden.
Die Zahnräder --6-- selbst werden durch ein Schiebergestänge--33-- verdreht, welches mittels Montagestützen --34-- mit Gleitringen --32-- verbunden und auf der Rotorwelle - verschiebbar geführt ist. Die Gleitringe-32-tragen Greifer-30-, die durch Gleitschlitze --31-- in der hohl ausgebildeten Rotorwelle --22-- nach innen geführt sind und dort mit einer nicht mitumlaufenden, verschiebbaren Steuerstange --28-- über eine Scheibe--29--verbunden sind. Diese
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gekuppelt sind. Mit der Steuerstange --28-- können somit beide Strömungsregulatoren, d. h. sowohl die für die axial beaufschlagte Beschaufelung als auch die für die radial beaufschlagte Beschaufelung bestimmten Strömungsregulatoren betätigt werden.
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zentrales Lager --21-- für die hohle Rotorwelle--22--aufnimmt.
Oberhalb des Lagers--21--ist ein Lager --23-- für eine Abtriebswelle--24--angeordnet, auf der ein Zahnrad--25--befestigt ist, das mit
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Das zwischen der radial beaufschlagten Beschaufelung--9 bis 11--und der axial beaufschlagten Beschaufelung --15-- angeordnete Leitschaufelsystem --46-- ist zweifach gekrümmt u. zw. aus der radialen Richtung an der Stirnseite des Rotors in eine axiale Richtung zum Rotor und hierauf in die Umfangsrichtung des Rotors. Das Leitschaufelsystem --46-- weist dabei die gleiche Schaufelanzahl auf wie die radial und die axial beaufschlagten Beschaufelungen. Das Leitschaufelsystem --46-- ist mit dem Statorgehäuse--14-- verbunden.
Auf der die radial beaufschlagte Beschaufelung--9 bis 11--tragenden Seite der Strömungskraftmaschine weist das Statorgehäuse-14-einen zentralen Ansatz --37-- auf, in welchem der Brennkammerstutzen--38--gelagert ist. Der Brennkammerstutzen--38--weist Öffnungen auf, durch die
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nicht näher dargestelltes Ventil vorgesehen ist.
Zu dem Brenner --40-- führt eine in Fig. 5 dargestellte Brennstoffleitung--48--, die vorne mit einer Brennerdüse--49-zur Zündung mit einer Glühkerze-53-versehen ist. Die Brennerdüse-49-ist von
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-52-- Überschussluft--56-- für flüssige Brennstoffe, die eine Sperrklappe --57-- zur Abschaltung bei Nichtverwendung aufweist und schliesslich ein Ansaugstutzen--58--für gasförmige Brennstoffe mit einem Regelventil --59-- und einer Sperrklappe--60--. In der Brennstoffleitung --48-- ist schliesslich noch eine Sperrklappe--61-- vorgesehen, die eine Abschaltung bei Nichtanwendung von festen Brennstoffen ermöglicht.
Zur optimalen Verbrennung beliebiger entsprechend aufbereiteter Brennstoffe durch den Brenner--40--und zur Anpassung der Verbrennungstemperatur an die Betriebsbedingungen der Strömungskraftmaschine wird Betriebsluft für vier verschiedene Funktionen über einen nicht weiter dargestellten Windkessel mit einem Gebläse geliefert, u. zw. eine Förderluft zur Förderung von feinkörnig verteilten festen Brennstoffen, wie Kohlenstaub, Sägemehl u. dgl., ferner eine Verbrennungsluft, eine Überschussluft und schliesslich eine Zusatzluft.
Zur Verwirbelung feinkörniger Brennstoffe mit Luft ist eine Verwirbelungskammer-65-der Brennstoffleitung--48-vorgeschaltet. Die Verwirbelungskammer--65--besitzt ein Gehäuse--62--, das unten einen Zuleitungskanal--63--für durch eine Leitung --64-- zugeführte feinkörnige Brennstoffe aufweist. Durch eine Leitung--66--wird Förderluft zugeführt und mit den verwirbelten Brennstoffen durch die Ausmündung --68-- abgeführt. Zur Regelung dient ein Strömungsregulator --67--, der durch eine gasdicht durch das Gehäuse--62-- eingeführte gezahnte Führungsstange --69-- über ein Zahnrad--70--und eine Steuerstange--71-betätigbar ist.
Die dargestellten und beschriebenen Einzelheiten der Strömungskraftmaschine dienen nur zur Erläuterung des Wesens der Erfindung, ohne diese auf Einzelheiten zu beschränken.