Verbrennungsturbine. Die üblichen Konstruktionen von Ver- brerinungsturbinen weisen eine geringe Anzahl grössererVerbrennungskammern mit verhältnis mässig kleinen Ein- und Auslassöffnungen auf, woraus sich der Nachteil ergibt, dass die Aufeinanderfolge von Explosion und Auspuff der hochgespannten Verbrennungsgase, und infolgedessen die erreichbare Tourenzahl eine sehr beschränkte ist, was wiederum auf den Wirkungsgrad eine ungünstige Rückwirkung hat.
Dieser Mangel soll behoben sein bei dem Gegenstand vorliegender Erfindung, einer Ver brennungsturbine mit einer grossen Anzahl um die Turbinenwelle fest angeordneter kleiner Verbrennungsräume mit Gasdurchtritt in axialer Richtung, deren Ein- und Auslass an nähernd so gross als ihr Durchtrittsquerschnitt sind.
Eine derartige Turbine hat in) Vergleich mit bekannten Konstruktionen den Vorteil, dass sie eine sehr hohe Umdrehungsgeschwin digkeit ermöglicht; weil die Explosion und der Auspuff der hochgesparinteri Verbrennungs gase bei den geringen Abmessungen und den im Verhältnis zu diesen grossen Ein- und Aus- lassöffnungen der Verbrennungsräume selbst verständlich viel schneller erfolgen als bei den bekannten Konstruktionen. Diese hohe Umdrehungsgeschwindigkeit bedingt einen günstigen Wirkungsgrad der Turbine.
In beiliegender Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Verbrennungsturbine gemäss vorliegender Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar ist: Fig. 1 ein Längsschnitt und teilweise auch eine Ansicht einer Verbrennungsturbine; Fig. 2 ist eine Ansicht der Steuerorgane mit Zündkerzen; Fig. 3 und 4 zeigen teilweise im Längs schnitt, teilweise in Ansicht zwei Ausführungs formen der Turbine; Fig. 5 zeigt einen Achsialschnitt durch eine weitere Ausführungsform, und Fig. 6 ist ein Schnitt dieser Ausführungs form nach A-A. in Fig. 5, wobei das Tur binengehäuse weggenommen gedacht ist.
Um die Turbinenwelle sind gemäss: Fig. 1 und 2 im Turbinengehäuse eine grössere An zahl, zum Beispiel einige hundert kleine zy lindrische Verbrennungsräume 2 axial gerich tet, in drei konzentrischen Reihen fest ange- ordnet. Der Durchmesser der Verbrennungs räume beträgt 1-2 cm. Alle diese Verbren nungsräume, deren Ein- und Auslass annähernd so gross wie ihr Durchtrittsquerschnitt sind, münden hinten in ehren Kompressionsraum 3 aus, der von einem Turbokompressor 4, dessen Rotor auf der Welle 1 befestigt ist, mit brenn barem Gasgemisch von beispielsweise etwa 4-5 Atmosphären gespeist wird. Vorn mün den die Räume 2 auf die Schaufelräder 5 der Verbrennungsturbine.
Als Steuerungsorgane dienen zwei auf der Turbinenwelle gelagerte, urimittelbar vor und hinter den Verbrennungsräumen angeordnete Schieber 6 und 7, welche irr nicht gezeich neter Weise miteinander verbunden sind und durch Zahnräder 8 ins Langsame übersetzt von der Welle 1 aus angetrieben werden. Diese Scheiben 6 und 7 öffnen und schliessen periodisch die Ein- und Auslässe der Ver brennungsräume und sind zu diesem Zweck, wie aus Fig. 2 ersichtlich, derart ausgeschnit ten, dass sie beide die Verbrennungsräume auf eitre Bogenlänge von ca.<B>1800</B> abschliessen. Bei 9 überdecken die Schieber, in axialer Richtung gesehen; einander auf eine geringe Bogenlänge, so dass an dieser Stelle die Ver brennungsräume auf beiden Seiten geschlossen sind.
Bei 10, ungefähr diametral gegenüber, sind die Verbrennungsräume eine geringe Bogenlänge auf beiden Seiten geöffnet. Der Schieber 6 trägt bei 9 drei Zündkerzen, welche auf den drei Radien, die den drei Reihen von Verbrennungsräumen entsprechen, von aussen nach innen im Sinne der Drehrichtung der Schieber gegeneinander versetzt angeordnet. Ihnen folgen im Sinne der Drehrichtung noch zwei weitere Reihen von je drei gleich ange ordneten Zündkerzen Ila und 1111.
Die Turbine 5 ist von einem Mantel 13 umschlossen, welcher teilweise mit Wasser gefüllt ist, .das auch zwischen den Verbren nungsräumen 2 zirkuliert.
Im obern, als Verdampfungsraum dienen den Teil des Mantels 13, liegen die Ablei tungen 14 für die Abgase der Verbrennungs turbine. Dieser Verdampfungsraum steht durch ein Rohr 15 mit dem Absperrventil 16 einer Dampfturbine 17, deren Rotor auf der Welle 1 montiert ist, in Verbindung; 18 ist deren Abdampföffnung.
Durch diese Ausnützung der Kühlwärme und der Wärme der Abgase zur Dampfer zeugung wird eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades erzielt. Natürlich könnte der Dampf auch auf andere Weise verwertet werden. Die Wirkungsweise der Turbine ist die folgende.
Wenn die Schieber 6, 7 sich in der Rich tung des Pfeiles 12 bewegen, so treten je weils drei Verbrennungsräume 2 den Zünd kerzen 11 gegenüber und sind auf beiden Seiten durch die Schieber 6, 7 abgeschlossen und rnit komprimiertem Gasgemisch gefüllt; so dass in diesen Verbrennungsräumen nach der Zündung eine Explosion erfolgt. Die Ver brennungsgase werden unmittelbar darauf, so bald der Schieber 7 den Auslass dieser Ver- brennungsräunie freigibt, auf die Schaufeln der Verbrennungsturbine stossen; der Einlass ist hierbei geschlossen.
Dieser Zustand bleibt während ungefähr einer halben Umdrehung der Scheiben 6, 7 bestehen, wodurch die Verbrennungsgase Ge legenheit haben, sich vollständig zu entspan nen. Dann folgt eine äusserst kurze Periode, während welcher die betreffenden Verbren nungsräume im Ausschnitt 10 der Scheiben 6, 7 auf beiden Seiten geöffnet sind, und das frisch einströmende komprimierte Gemisch aus dem Kompressionsraume 3 die noch in den Räumen befindlichen Verbrennungsgase wegspült.
Unmittelbar 'darauf werden diese Verbrennungsräume vorn abgeschlossen, hinten dagegen bleiben sie während etwa einer halben Umdrehung der Scheiben 6, 7 in offener Ver bindung mit dem Kompressionsraum 3, wo durch sie mit brennbarem (xasgemisch unter Kompressionsdruck gefüllt werden. Dann kommt wieder eine sehr kurze Zündungs periode, wenn der Teil 9 der Scheiben sich an den betreffenden Verbrennungsräumen vor überbewegt usw. Bei einer Umdrehung der Scheiben 6; 7 findet daher in jedem Verbrennungsraum eine Explosion statt.
Die Zündkerzen 1h, llv sollen die Zün dung bewerkstelligen, wenn die Kerzen 11 versagen sollten.
Selbstverständlich brauchen die Stellen, wo die Zündung und die Spülung .stattfinden, auf den Schiebern 6, 7 nicht einander dia metral gegenüber zu liegen. Auch könnten mehrere Zündstellen und eine entsprechende Anzahl Spülstellen regelmässig über die Schei ben 6, 7 verteilt, in jedem Verbrennungsraum 2 mehr als eine Explosion pro Umdrehung der Scheiben 6, 7 verursachen.
Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungs form der Verbrennungsturbine, bei welcher die Schieber 6 und 7 zwecks Regelung der Leistung mit einer von jener der Turbinen welle unabhängig regelbaren Geschwindigkeit angetrieben werden.
Auch die Verbrennungsturbine 5 gemäss Fig. 3 besitzt eine grosse Anzahl um die Welle 1 angeordneter fester Verbrennungs räume 2, welche einerseits gegenüber den Schaufelrädern, anderseits in einen Kompres sionsraum 3 ausmünden, in welchen durch ein Rohr 411 komprimiertes brennbares Gas gemisch eingeführt wird. Die Öffnungen der Verbrennungsräume 2 werden geöffnet und abgeschlossen mittelst der Schieber 6 und 7, die zusammen durch eine Büchse 19 lose auf der Welle 1 gelagert sind.
Die Büchse 19 trägt eine Riemenscheibe 20, die durch einen Riemen 21 von einer Scheibe 22 aus getrieben wird, welche unter Vermittlung eines Ge schwindigkeitswechselgetriebes 23 von einer Scheibe 24 bewegt wird. Letztere endlich wird durch einen Riemen 25 von einer Scheibe 26 auf der Turbinenwelle 2 getrieben.
Bei der beschriebenen Ausführungsform kann die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schieber 6, 7 unabhängig von der Geschwin digkeit der Welle 1 geregelt werden.
Besonders bei Explosionsturbinen für Kraft wagen kann man zum Überwinden von Stei gungen oder von sonstigen Widerständen durch Vermehrung der Explosionen die Ma- scbinenleistung erhöhen. Ebenso kann man, wenn wenig Arbeit benötigt wird, die Zahl der Explosionen vermindern, ohne dass die Maschine hierdurch weniger rationell arbeitet. Diese Anordnung ermöglicht auch eine Ge schwindigkeitsregelung des Wagens, ohne dass hierzu das übliche Geschwindigkeitswechsel getriebe zwischen Motor und Achse erforder lich wäre.
Bei der Turbine nach Fig. 4 ist 1 wie derum die Welle der Verbrennungsturbine 5. Die Verbrennungsräume 2 sind mit einem Kompressionsraum 3 verbunden, der durch ein Rohr 411 von einem Turbokompressor 4 mit komprimiertem brennbarem Cäasgemisch gespeist wird. Die Turbine 5 ist in einem Dampfbehälter eingebaut, in welchem durch die bei der Verbrennung freiwerdende Hitze hochgespannter Dampf erzeugt wird. Der Dampf fliesst durch eine Leitung 15 zu einer Dampfturbine 17, deren Rotor auf der Welle 1 angeordnet ist.
Die Schieber 6, 7 sind auch hier mittelst einer Büchse 19 lose auf der Welle 1 ge lagert. Auf der Büchse 19 ist der Rotor einer kleinen Dampfturbine 27 angeordnet, welche mit Dampf gespeist wird, der durch ein<B>Ab-</B> zweigrohr 28 der Leitung 1 5 zugeführt wird. Durch Änderung der Umdrehungsgeschwin digkeit der Turbine 27 lässt sich die Um drehungsgeschwindigkeit der Schieber 6, 7 unabhängig von derjenigen der Welle 1 regeln.
Die Steuerorgane könnten auch vorteilhaft durch eine besondere Kraftquelle mit regel barer Geschwindigkeit angetrieben werden.
Zum Zwecke einer möglichst regelmässigen Wärmeverteilung in radialer Richtung über das Schaufelrad könnten die-Verbrennungs- räume, in welchen aufeinanderfolgend Ver brennungen stattfinden, in allmählich zurreh- mendem oder abnehmendem Abstand von der Achse angeordnet sein und auf einen Ver brennungsraum mit dem grössten unmittelbar einen Verbrennungsraum mit dem kleinsten Achsenabstand öder umgekehrt folgen lassen.
Eine sehr einfache Anordnung ist in Fig. 5 und 6 gezeichnet, wo die Verbrennungsräume in exzentrisch zur Turbinenachse liegenden Kreisen angeordnet sind.
Auf der Welle 1 ist das Turbinenschaufel rad 5 montiert. Die achsial gerichteten Ver brennungsräume 2 sind in drei zueinander konzentrischen Kreisen um die Welle 1 an geordnet. hinsichtlich der Welle 1 sind jedoch diese Kreise ziemlich stark exzentrisch. Die Verbrenrrungsräume2münden einerseitsgegen- über dem Schaufelrad 5 aus, anderseits in einem ringförmigen Kompressionsraum 3 im Turbinengehäuse, welcher mit komprimiertem brennbarem Gasgemisch gefüllt gehalten wird.
Der Einlass des brennbaren Gemisches aus dem Kompressionsraum 3 in die Verbren nungsräume 2 und das Ausstossen der heissen Verbrennungsgase aus den Verbrennungsräu men 2 gegen die Schaufeln 5 wird durch zwei flache, mit Aussparungen versehene Schieber 6 und 7 geregelt, welche an einer Hohlwelle 29 befestigt sind, deren Achse mit jener der Kreise, auf welchen die Verbren nungsräume 2 gruppiert sind, zusammenfällt. Der Schieber 6 trägt die Zündkerzen 11 in vier gleichmässig auf dein Umfang verteilten (-,'Truppen. Die Steuerschieber haben dement sprechend je vier Steuerlappen.
Wird die Welle \ü9 mit den Schiebern 6 und 7 gedreht, darin kommt jeder Verbren nungsraum 2 in Verbindung mit dem Kom pressionsraum 13), während er auf der Seite des Schaufelrades noch offen ist; hierauf wird er zuerst auf der Seite des Schaufelrades, dann auf jener des Kompressionsraumes 3 geschlossen, worauf darin eine Zündung erfolgt und der Verbrennungsraum auf der Seite des Schaufelrades geöffnet wird, um die heissen Verbrennungsgase auslassen zu können.
Durch die exzentrische Stellung der Kreise, auf welchen die Verbrennungsräume 2 um die Welle 1 des Schaufelrades 5 angebracht sind, werden die durch die aufeinanderfolgen den Verbrennungsräume 2 ausgestossenen Ver brennungsgase das Schaufelrad 5 in verschie denen radialen Abständen vor) der Welle 1 treffen und der beabsichtigte, oben genannte Effekt erreicht. .
Combustion turbine. The usual constructions of combustion turbines have a small number of larger combustion chambers with relatively small inlet and outlet openings, which results in the disadvantage that the sequence of explosion and exhaust of the high-pressure combustion gases, and consequently the achievable number of revolutions, is very limited, which again has an unfavorable effect on the efficiency.
This deficiency should be remedied in the subject matter of the present invention, a combustion turbine with a large number of small combustion chambers fixed around the turbine shaft with gas passage in the axial direction, the inlet and outlet of which are approximately as large as their passage cross-section.
Such a turbine has in) comparison with known constructions the advantage that it enables a very high speed of rotation; because, given the small dimensions and the large inlet and outlet openings of the combustion chambers in relation to these large inlet and outlet openings, the explosion and the exhaust of the highly saved combustion gases naturally occur much faster than with the known constructions. This high speed of rotation makes the turbine extremely efficient.
In the accompanying drawing, several embodiments of the combustion turbine according to the present invention are shown, for example, namely: FIG. 1 is a longitudinal section and partly also a view of a combustion turbine; Figure 2 is a view of the controls with spark plugs; 3 and 4 show partially in longitudinal section, partially in view of two execution forms of the turbine; Fig. 5 shows an axial section through a further embodiment, and Fig. 6 is a section of this embodiment form according to A-A. in Fig. 5, the Tur binengehäuse is thought removed.
According to: FIGS. 1 and 2, a large number, for example a few hundred small cylindrical combustion chambers 2, are arranged in three concentric rows around the turbine shaft. The diameter of the combustion chambers is 1-2 cm. All of these combustion chambers, the inlet and outlet of which are approximately as large as their passage cross-section, open out at the rear into a compression chamber 3, which is supplied by a turbo compressor 4, the rotor of which is attached to the shaft 1, with a combustible gas mixture of, for example, about 4- 5 atmospheres is fed. At the front the spaces 2 open onto the impellers 5 of the combustion turbine.
Two slides 6 and 7, which are mounted on the turbine shaft and are located in front of and behind the combustion chambers, are connected to each other and are driven from the shaft 1 by gearwheels 8 in slow motion. These disks 6 and 7 periodically open and close the inlets and outlets of the combustion chambers and, for this purpose, as can be seen from FIG. 2, are cut out in such a way that they both open the combustion chambers over an arc length of approximately 1800 / B> complete. At 9 overlap the slide, seen in the axial direction; each other to a short arc length, so that the combustion chambers are closed on both sides at this point.
At 10, approximately diametrically opposite, the combustion chambers are open a short arc length on both sides. The slide 6 carries three spark plugs at 9, which are arranged offset from one another on the three radii that correspond to the three rows of combustion chambers from the outside to the inside in the sense of the direction of rotation of the slide. In terms of the direction of rotation, they are followed by two more rows of three identically arranged spark plugs Ila and 1111.
The turbine 5 is enclosed by a jacket 13, which is partially filled with water, .das also circulates between the combustion chambers 2.
In the upper part of the shell 13 serve as an evaporation chamber, the Ablei lines 14 are for the exhaust gases from the combustion turbine. This evaporation chamber is connected by a pipe 15 to the shut-off valve 16 of a steam turbine 17, the rotor of which is mounted on the shaft 1; 18 is their exhaust port.
This utilization of the cooling heat and the heat of the exhaust gases to generate steam, a significant increase in efficiency is achieved. Of course, the steam could also be used in other ways. The operation of the turbine is as follows.
When the slide 6, 7 move in the direction of arrow 12, three combustion chambers 2 each face the ignition plugs 11 and are closed on both sides by the slide 6, 7 and filled with a compressed gas mixture; so that an explosion occurs in these combustion chambers after ignition. Immediately thereafter, as soon as the slide 7 releases the outlet of this combustion chamber, the combustion gases will hit the blades of the combustion turbine; the entrance is closed.
This state remains for about half a revolution of the disks 6, 7, whereby the combustion gases Ge have the opportunity to relax completely. Then follows an extremely short period during which the combustion chambers in question in the section 10 of the discs 6, 7 are open on both sides, and the freshly flowing compressed mixture from the compression chamber 3 flushes away the combustion gases still in the rooms.
Immediately thereafter, these combustion chambers are closed at the front, while at the rear they remain in open connection with the compression chamber 3 for about half a turn of the disks 6, 7, where they are filled with a combustible gas mixture under compression pressure. Then there is another very short one Ignition period when the part 9 of the disks moves over in front of the relevant combustion chambers, etc. When the disks 6; 7 rotate, an explosion therefore takes place in each combustion chamber.
The spark plugs 1h, llv are supposed to effect the ignition if the plugs 11 should fail.
Needless to say, the places where the ignition and the flushing .stattfind, do not need to be diametrically opposite one another on the slides 6, 7. Also, several ignition points and a corresponding number of flushing points regularly distributed over the disks 6, 7, could cause more than one explosion per revolution of the disks 6, 7 in each combustion chamber 2.
Fig. 3 shows another embodiment of the combustion turbine, in which the slide 6 and 7 are driven for the purpose of regulating the power at a speed that can be controlled independently of that of the turbine shaft.
The combustion turbine 5 according to FIG. 3 also has a large number of fixed combustion chambers 2 arranged around the shaft 1, which open on the one hand opposite the impellers, on the other hand into a compression chamber 3, into which compressed combustible gas mixture is introduced through a pipe 411. The openings of the combustion chambers 2 are opened and closed by means of the slides 6 and 7, which together are loosely supported on the shaft 1 by a sleeve 19.
The sleeve 19 carries a pulley 20 which is driven by a belt 21 from a pulley 22, which is moved by a pulley 24 through the mediation of a speed change gear 23 Ge. The latter is finally driven by a belt 25 from a pulley 26 on the turbine shaft 2.
In the embodiment described, the speed of rotation of the slide 6, 7 can be regulated independently of the speed of the shaft 1.
Particularly in the case of explosion turbines for motor vehicles, the machine output can be increased by increasing the number of explosions in order to overcome inclines or other resistances. Likewise, if little work is required, the number of explosions can be reduced without the machine working less efficiently. This arrangement also enables the speed of the car to be controlled without the need for the usual speed change gear between the motor and the axle.
In the turbine according to FIG. 4, 1 is in turn the shaft of the combustion turbine 5. The combustion chambers 2 are connected to a compression chamber 3 which is fed through a pipe 411 from a turbo compressor 4 with compressed, combustible Caas mixture. The turbine 5 is installed in a steam tank, in which high-pressure steam is generated by the heat released during combustion. The steam flows through a line 15 to a steam turbine 17, the rotor of which is arranged on the shaft 1.
The slide 6, 7 are also here by means of a sleeve 19 loosely on the shaft 1 ge superimposed. The rotor of a small steam turbine 27 is arranged on the sleeve 19, which is fed with steam which is fed to the line 15 through a branch pipe 28. By changing the speed of rotation of the turbine 27, the speed of rotation of the slide 6, 7 can be regulated independently of that of the shaft 1.
The controls could also be advantageously driven by a special power source with controllable speed.
For the purpose of the most regular heat distribution possible in the radial direction over the impeller, the combustion chambers, in which consecutive burns take place, could be arranged at a gradually increasing or decreasing distance from the axis and on a combustion chamber with the largest directly a combustion chamber with the smallest axis distance or vice versa.
A very simple arrangement is shown in FIGS. 5 and 6, where the combustion chambers are arranged in circles eccentric to the turbine axis.
On the shaft 1, the turbine blade wheel 5 is mounted. The axially directed Ver combustion chambers 2 are arranged in three concentric circles around the shaft 1. however, with respect to shaft 1, these circles are rather highly eccentric. The combustion chambers 2 open on the one hand opposite the impeller 5, on the other hand in an annular compression chamber 3 in the turbine housing, which is kept filled with a compressed, combustible gas mixture.
The inlet of the combustible mixture from the compression chamber 3 into the combustion chambers 2 and the expulsion of the hot combustion gases from the combustion chambers 2 against the blades 5 is regulated by two flat, recessed slides 6 and 7, which are attached to a hollow shaft 29 whose axis coincides with that of the circles on which the combustion chambers 2 are grouped. The slide 6 carries the spark plugs 11 in four evenly distributed over your circumference (-, 'troops. The control slide accordingly have four control tabs each.
If the shaft \ ü9 is rotated with the slides 6 and 7, each combustion chamber 2 comes in connection with the compression chamber 13), while it is still open on the side of the paddle wheel; it is then closed first on the side of the paddle wheel, then on that of the compression chamber 3, whereupon ignition takes place therein and the combustion chamber on the side of the paddle wheel is opened in order to be able to let out the hot combustion gases.
Due to the eccentric position of the circles on which the combustion chambers 2 are attached to the shaft 1 of the impeller 5, the combustion gases emitted by the successive combustion chambers 2 will hit the impeller 5 at various radial distances before) the shaft 1 and the intended , above effect achieved. .