DE1109452B

DE1109452B - Back pressure internal combustion turbine

Info

Publication number: DE1109452B
Application number: DEM30520A
Authority: DE
Inventors: Henri Moulin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-05-17
Filing date: 1956-05-16
Publication date: 1961-06-22

Description

Rückdruck-Brennkraftturbine Die Erfindung betrifft eine Rückdruck-Brennkraftturbine mit zwei oder mehreren in einem drehbaren zylindrischen Scheibenkörper angeordneten und in einer Drehrichtung wirksamen Rückstoßleitungen und mit einer Einrichtung zur Drehrichtungsänderung des umlaufenden Scheibenkörpers. Die bekannten Einrichtungen zur Änderung der Drehrichtung der Rückdruck-Brennkraftturbinen erfordern umständliche, besondere Apparate mit großer Raumbeanspruchung und komplizierter Wirkungsweise.Back pressure internal combustion turbine The invention relates to a back pressure internal combustion turbine with two or more arranged in a rotatable cylindrical disk body and recoil conduits effective in one direction of rotation and with a device for changing the direction of rotation of the rotating disc body. The well-known facilities to change the direction of rotation of the back pressure internal combustion turbines require cumbersome, special apparatus with large space requirements and complicated mode of operation.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer vereinfachten Einrichtung zur Drehrichtungsänderung von Rückdruck-Brennkraftturbinen mit verbesserter Wirkungsweise und möglichst kleiner Raumbeanspruchung.The purpose of the invention is to provide a simplified device for changing the direction of rotation of back pressure internal combustion turbines with an improved mode of operation and the smallest possible space requirement.

Erreicht wird dies dadurch, daß bei einer Rückdruck-Brennkraftturbine der vorerwähnten Art die Rückstoßleitungen ebenso wie zwei oder mehrere in entgegengesetzter Drehrichtung wirksame Rückstoßleitungen zwischen einer mittleren Zuströmkammer für das gasförmige Antriebsmittel und dem Umfang des umlaufenden Scheibenkörpers paarweise diametral gegenüberstehend und gruppenweise mit entgegengesetzter Ausströmrichtung angeordnet sind und daß in diesen Rückstoßleitungen der Druckverteilung dienende exzentrische und durch auf gleicher Welle befindliche Schaufelräder angetriebene Verteilernockenscheiben sowie für die Drehrichtungsänderung des umlaufenden Scheibenkörpers dienende, durch Solenoide gesteuerte Verschlußschieber eingebaut und selbsttätig wirkend eingerichtet sind.This is achieved in that in a back pressure internal combustion turbine of the aforesaid kind the recoil conduits as well as two or more in opposite directions Direction of rotation effective recoil lines between a central inflow chamber for the gaseous drive means and the circumference of the rotating disk body in pairs diametrically opposite and in groups with opposite outflow direction are arranged and that serving in these recoil lines of pressure distribution eccentric and driven by paddle wheels on the same shaft Distributor cam disks as well as for changing the direction of rotation of the rotating disk body Serving, solenoid-controlled shutter slides built in and automatic are set up to act.

Es empfiehlt sich, die als Verteilungs- und Regelorgan dienende Verteilernockenscheibe in ihrem radial in die Rückstoßleitung hineinragenden Teil so auszubilden, daß die Rückstoßleitung in periodischer Weise plötzlich für den Gasdurchlaß geöffnet und danach langsam wieder geschlossen wird.It is advisable to use the distributor cam disk serving as a distribution and control element in their radially projecting part into the recoil conduit so that the The recoil conduit is suddenly opened for the passage of gas in a periodic manner and then slowly closes again.

Die Verteilernockenscheibe ist zweckmäßig am Umfang so ausgebildet, daß ihr den Durchflußquerschnitt der Rückstoßleitung maximal abdeckender Teil die Rückstoßleitung nicht völlig verschließt, so daß stets ein genügender Durchlaß von Treibgasen erfolgen kann, um beim Anlaufen der Turbine das Drehen des Schaufelrades oder einer ähnlichen Vorrichtung sicherzustellen.The distributor cam disk is expediently designed on the circumference in such a way that that her the flow cross-section of the recoil line maximally covering the part The recoil line is not completely closed, so that there is always a sufficient passage of Propellant gases can be carried out to keep the paddle wheel turning when the turbine starts up or a similar device.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der Rückdruck-Brennkraftturbine gemäß der Erfindung im Längsmittelschnitt, Fig. 2 die gleiche Rückdruck-Brennkraftturbine im Querschnitt nach der Linie 11-1I der Fig. 1, Fig. 3 eine Ausführungsform einer Verteilernockenscheibe und die Fig. 4 eine erläuternde graphische Darstellung. Der zylindrische Scheibenkörper 1 weist eine mittlere Zuströmkammer 2 und vier Rückstoßleitungen auf. Zwei dieser Leitungen, nämlich die Leitungen 3 und 4, haben das Bestreben, den umlaufenden Scheibenkörper 1 entgegen dem Uhrzeigersinn, in Fig. 1, anzutreiben, während die beiden anderen Leitungen 5 und 6 das Bestreben haben, eine Drehung im umgekehrten Sinn hervorzurufen.Further features and details of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment shown in the schematic drawing. 1 shows an embodiment of the back pressure internal combustion turbine according to the invention in longitudinal center section, FIG. 2 shows the same back pressure internal combustion turbine in cross section along the line 11-1I in FIG. 1, FIG. 3 shows an embodiment of a distributor cam disk and FIG. 4 an explanatory graph. The cylindrical disk body 1 has a central inflow chamber 2 and four recoil lines. Two of these lines, namely lines 3 and 4, tend to drive the rotating disk body 1 counterclockwise in FIG. 1, while the other two lines 5 and 6 tend to cause a rotation in the opposite direction.

Jede der Rückstoßleitungen 3 bis 6 hat einen radialen Leitungsteil und einen zweiten Leitungsteil, der im wesentlichen rechtwinklig zum ersten Teil verläuft und in der für die Rückstoßwirkung gewünschten Richtung angeordnet ist, und es sind demnach radiale Rückstoßleitungsteile 7, 8, 9 und 10 und rechtwinklig dazu verlaufende Rückstoßleitungen 11, 12, 13 und 14 vorhanden.Each of the recoil conduits 3 to 6 has a radial conduit part and a second conduit part which runs essentially at right angles to the first part and is arranged in the direction desired for the recoil effect, and thus there are radial recoil conduit parts 7, 8, 9 and 10 and at right angles thereto running recoil lines 11, 12, 13 and 14 are present.

In der mittleren Zuströmkammer 2 enden im Falle der Verwendung von Brenngas als Kraftstoff ein Luftkanal 15 in einer Hohlwelle 16 und ein Brennstoffkanal 17 in einer Hohlwelle 18 (Fig. 2). Kontaktringe 19 und 20 sind über elektrische Leiter mit der in den Zeichnungen nicht dargestellten Zündkerze, die in der mittleren Zuströmkammer 2 für das Anlaufen der Rückdruck-Brennkraftturbine vorhanden ist, und mit nachstehend erläuterten Solenoiden verbunden.In the middle inflow chamber 2, if fuel gas is used as fuel, an air duct 15 ends in a hollow shaft 16 and a fuel duct 17 ends in a hollow shaft 18 (FIG. 2). Contact rings 19 and 20 are connected via electrical conductors to the spark plug, not shown in the drawings, which is present in the central inflow chamber 2 for starting the back pressure internal combustion turbine, and to the solenoids explained below.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ergeben die Leitungen 5 und 6 eine Rückstoßwirkung, die in entgegengesetzter Richtung zu der Rückstoßwirkung ist, die von den Leitungen 7 und 9 erzeugt wird.As can be seen from the drawing, the lines 5 and 6 produce a recoil effect which is in the opposite direction to the recoil effect generated by the lines 7 and 9.

Durch wahlweises Einschalten und Benutzen der Leitungen 5, 6 oder 7, 9 kann auf diese Weise Vorwärts- und Rückwärtslauf erreicht werden.By optionally switching on and using lines 5, 6 or 7, 9 forward and backward running can be achieved in this way.

Ebenso kann beim Übergang von dem einen Leitungspaar auf das andere Leitungspaar dadurch eine Bremswirkung herbeigeführt werden, daß die Rückstoßleitungen 7 und 9 zur Wirkung gebracht werden.The same can be said of the transition from one pair of lines to the other Line pair thereby brought about a braking effect that the recoil lines 7 and 9 are brought into effect.

Um die verschiedenen Rückstoßleitungen wahlweise und getrennt zur Wirkung bringen zu können, sind Verschlußschieber 21 vorhanden, von denen jeder mit Hilfe eines Solenoids 22 betätigt wird, das mit dem Kontaktring 20 verbunden ist. In der Fig. 2 ist der obere Verschlußschieber 21 in der Stellung gezeigt, in der er die Leitung 7 verschließt, während der untere Verschlußschieber 21 in der Fig. 2 die Leitung 9 für den Durchlauf der Treibgase vollständig freigibt. Die Verschlußschieber 21 können jeder am Ende einer Stange angeordnet sein, die in dem zugehörigen Solenoid 22, das eine Rückholfeder 23 aufweist, gleitet. Wenn die laufende Rückdruck-Brennkraftturbine gebremst werden soll, dann werden die Solenoide so gesteuert, daß sich die geschlossenen Rückstoßleitungen öffnen und die geöffneten Rückstoßleitungen schließen.In order to be able to bring the various recoil lines into effect selectively and separately, locking slides 21 are provided, each of which is actuated with the aid of a solenoid 22 which is connected to the contact ring 20 . In FIG. 2, the upper slide valve 21 is shown in the position in which it closes the line 7, while the lower slide valve 21 in FIG. 2 completely releases the line 9 for the passage of the propellant gases. The shutter slides 21 can each be arranged at the end of a rod which slides in the associated solenoid 22, which has a return spring 23. When the running back pressure engine is to be braked, the solenoids are controlled so that the closed recoil lines open and the opened recoil lines close.

Die Bremswirkung ist um so heftiger, je mehr die Bewegung der Verschlußschieber 21 beschleunigt wird, und es kann auf diese Weise ein sehr schnelles Abbremsen der Rückdruck-Brennkraftturbine erreicht werden.The braking effect is the more violent, the more the movement of the locking slide 21 is accelerated, and in this way there can be a very rapid deceleration of the Back pressure internal combustion turbine can be achieved.

In jeder der Rückstoßleitungen 7, 8, 9 und 10 ist eine Verteilernockenscheibe 24 vorhanden, die in der Seitenansicht die in der Fig. 3 gezeigte Form hat. Der Umfang dieser Verteilernockenscheibe 24 verläuft demgemäß nach einer Kurve, die von einem kleinsten Radius bis zu einem größten Radius übergeht, wobei die Verbindung der Punkte mit kleinstem Radius und mit größtem Radius nach einer radial verlaufenden Linie 25 erfolgt. In der Fig. 3 ist auch der freie Querschnitt 26 einer derRückstoßleitungen7, 8, 9 oder 10 gezeigt. Wenn die Verteilernockenscheibe 24 nach der Fig. 3 sich im Uhrzeigersinn dreht, so ist klar ersichtlich, daß der freie Querschnitt 26 langsam bis zum annähernd völligen Verschluß verkleinert wird, um dann plötzlich wieder bis zur vollen Öffnung freigegeben zu werden, wenn die Endkante 25 der Verteilernockenscheibe 24 an dem freien Querschnitt 26 vorbeiläuft. Jede der Verteilernockenscheiben 24 ist am einen Ende einer Welle 27 befestigt, die in einem Lager 28 gelagert und geführt ist und die an ihrem anderen Ende ein Schaufelrad 29 trägt, dessen Schaufeln zumindest teilweise der Wirkung der ausströmenden Gase unterworfen sind, und zwar dadurch, daß die Schaufelräder 29 in den Rückstoßleitungen 11, 12, 13 und 14 so angeordnet sind, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist.In each of the recoil conduits 7, 8, 9 and 10 there is a distributor cam disk 24 which, in side view, has the shape shown in FIG. The circumference of this distributor cam disk 24 accordingly runs according to a curve which transitions from a smallest radius to a largest radius, the connection of the points with the smallest radius and with the largest radius taking place according to a radial line 25 . In Fig. 3, the free cross section 26 of one of the recoil conduits 7, 8, 9 or 10 is also shown. If the distributor cam disk 24 rotates clockwise according to FIG. 3, it can clearly be seen that the free cross section 26 is slowly reduced to almost complete closure, and then suddenly released again to full opening when the end edge 25 of the Distributor cam disk 24 passes the free cross section 26. Each of the distributor cam disks 24 is attached to one end of a shaft 27 which is mounted and guided in a bearing 28 and which carries at its other end an impeller 29, the blades of which are at least partially subjected to the action of the outflowing gases, in that the paddle wheels 29 are arranged in the recoil lines 11, 12, 13 and 14 as shown in FIG.

Bei dem Anlassen der Rückdruck-Brennkraftturbine und damit zum Beginn des Funktionierens der Verteilernockenscheibe 24 dürfen diese niemals die Rückstoßleitungen 7, 8, 9 und 10, also den freien Querschnitt 26, vollständig verschließen (Fig. 3), damit stets eine Mindestmenge des gasförmigen Fluidums hindurchtreten kann, um das Drehen der Schaufelräder 29 und damit das Drehen der Verteilernockenscheibe 24 einleiten zu können.When starting the back pressure internal combustion turbine and thus at the beginning of the functioning of the distributor cam disk 24 , these must never completely close the recoil lines 7, 8, 9 and 10, i.e. the free cross section 26 (Fig. 3), so that there is always a minimum amount of gaseous fluid can pass in order to initiate the rotation of the paddle wheels 29 and thus the rotation of the distributor cam disk 24 can.

Die Drehgeschwindigkeit der Verteilernockenscheibe 24 steht im Abhängigkeitsverhältnis zur Austrittsgeschwindigkeit der Gase. Die Leitungslänge der Rückstoßleitungen 11, 12, 13 und 14, gemessen von der Verteilernockenscheibe 24 bis zur Mündung, muß so lang sein wie die Länge des Gasstromes, der während einer Umdrehung der Verteilernockenscheibe durch diese Rückstoßleitungen strömt. Bei Annahme gleicher Geschwindigkeit des Gasstromes muß die mittlere Umfangslänge des Schaufelrades 29 so groß sein wie die Länge des während einer Umdrehung der Verteilernockenscheibe 24 durch die Rückstoßleitung strömenden Gasstromes.The speed of rotation of the distributor cam disk 24 is dependent on the exit speed of the gases. The line length of the recoil lines 11, 12, 13 and 14, measured from the distributor cam disk 24 to the mouth, must be as long as the length of the gas stream which flows through these recoil lines during one revolution of the distributor cam disk. Assuming the same speed of the gas flow, the mean circumferential length of the impeller 29 must be as great as the length of the gas flow flowing through the recoil line during one revolution of the distributor cam disk 24.

Bei der Betrachtung der Fig. 4, die eine Verteilernockenscheibe 24 und beispielsweise die Rückstoßleitung 3, bestehend aus dem Leitungsteil 7 und dem senkrecht dazu verlaufenden Leitungsteil 11, zeigt, ergibt sich, daß nach einer Umdrehung der Verteilernockenscheibe 24 der Gasstrom, der hindurchfließen konnte, durch den in der Fig. 4 waagerecht gestrichelten Flächenteil dargestellt werden kann, d. h., daß sich eine Änderung vollzieht, die von der kleinsten Durchflußöffnungx des Durchflußquerschnittes 26 (Fig. 3, Mindestöffnung beim Anlauf) bis zur größten Durchflußöffnung B des Durchflußquerschnittes 26 verläuft, die im Falle der Fig.4 dem Gesamtquerschnitt der Rückstoßleitung 7 entspricht.4, which shows a distributor cam disk 24 and, for example, the recoil conduit 3, consisting of the conduit part 7 and the conduit part 11 running perpendicular to it, it follows that after one revolution of the distributor cam disk 24, the gas flow that was able to flow through can be represented by the horizontally dashed surface part in Fig. 4, ie that a change takes place, which runs from the smallest flow opening x of the flow cross section 26 (Fig. 3, minimum opening at startup) to the largest flow opening B of the flow cross section 26 , which in the case of FIG. 4 corresponds to the total cross section of the recoil conduit 7.

Die gestrichelte Linie a stellt dann den mittleren Durchflußquerschnitt zwischen der kleinsten Durchflußöffnungx und der größten DurchflußöffnungB dar.The dashed line a then represents the mean flow cross section between the smallest flow opening x and the largest flow opening B.

Um am Eingang der Rückstoßleitung 11 kein Zurückstauen auftreten zu lassen, müssen demgemäß die Durchflußquerschnitte der Rückstoßleitungen 11 und 7 in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, das der Gleichung entsprechen muß, wobei S der Durchlaßquerschnitt des vor der Verteilernockenscheibe 24 liegenden Leitungsteiles, s der Durchlaßquerschnitt des hinter der Verteilernockenscheibe 24 liegenden Leitungsteiles und x der Mindestdurchlaßquerschnitt an der Verteilernockenscheibe 24 bedeutet. Wenn diese Gleichung erfüllt ist, ergibt sich kein Rückstau.In order not to allow back pressure to occur at the entrance of the recoil conduit 11 , the flow cross sections of the recoil conduits 11 and 7 must accordingly be in a certain ratio to one another, that of the equation must correspond, where S is the passage cross section of the line part located in front of the distributor cam disk 24 , s the passage cross section of the line part located behind the distributor cam disk 24 and x the minimum passage cross section on the distributor cam disk 24 . If this equation is true, there is no back pressure.

Wenn jedoch bei Nichtbeachtung der Gleichung i größer wird als k, dann kann der aus der Differenz der Teile i und k bestehende Teil i-k nicht durch die Leitung 11 abfließen, und es ergibt sich dann ein Rückstau, und zwar ebenso wie im Fall eines ständigen Ausströmens von Gasen durch die Leitungen 7 und 11 ohne Anwendung einer Verteilernockenscheibe 24.If, however, i is greater than k if equation i is not observed, then the part ik consisting of the difference between the parts i and k cannot flow out through the line 11, and a back pressure then results, just as in the case of a constant flow of gases through lines 7 and 11 without the use of a manifold cam 24.

Mittels der Verteilernockenscheibe 24 ergibt sich ein Rückstoß, der proportional dem Druck der Gase und dem Quadrat der Geschwindigkeit ist.By means of the distributor cam 24 there is a recoil which is proportional to the pressure of the gases and the square of the speed.

Die Rückdruck-Brennkraftturbine gemäß der Erfindung kann beispielsweise aus sechs Elementen hergestellt werden, d. h. zwei äußeren Endscheiben und vier Zwischenscheiben, die auf beiden Stirnflächen bearbeitet sind, wobei Schmierleitungen 33 für die Lager 28 angeordnet werden. Es können auch Kontrollklappen für die Schieber 21 vorgesehen werden, ebenso wie Öffnungen 34, welche die Kühlung des Scheibenkörpers und der Lager sicherstellen.The back pressure internal combustion turbine according to the invention can for example be made of six elements, ie two outer end disks and four intermediate disks which are machined on both end faces, with lubrication lines 33 for the bearings 28 being arranged. Control flaps can also be provided for the slide 21 , as well as openings 34 which ensure the cooling of the disk body and the bearings.

Die Rückdruck-Brennkraftturbine weist gegenüber ähnlichen Turbinen zahlreiche Vorteile auf. Sie kann unterschiedslos sowohl mit Dampf wie auch mit Verbrennungsgasen oder Preßluft usw. arbeiten, wobei nur einige Anpassungen an die jeweilige Art des verwendeten Fluidums notwendig sind.The back pressure internal combustion turbine has opposite similar turbines numerous advantages. It can be used indiscriminately with both steam and with Combustion gases or compressed air, etc. work, with only some Adjustments to the respective type of fluid used are necessary.

Gegenüber einem Ottomotor oder einem Dieselmotor ergibt sich eine beträchtliche Gewichtsersparnis, eine wesentlich vereinfachte Bauweise und ein Minimum beweglicher Teile, was selbstverständlich einen geringeren Reibungsverlust und demgemäß einen geringeren Kraftverlust ergibt. Es ergibt sich eine Drehbewegung ohne Totpunkte oder Vibrationen, die im Falle von hin- und hergehenden Bewegungen auftreten. Das Anlaufen kann sehr leicht und sehr einfach durch ein elektrisches System durchgeführt werden, und es ist keine Wasserkühlung notwendig.Compared to a gasoline engine or a diesel engine, there is one considerable weight savings, a significantly simplified construction and a minimum moving parts, which of course has a lower friction loss and accordingly results in less power loss. There is a rotary movement without dead centers or vibrations that occur in the case of reciprocating movements. That Starting up can be done very easily and very simply by an electrical system and no water cooling is necessary.

Gegenüber den normalen Gasturbinen ergibt sich eine viel höhere Leistung oder ein wesentlich geringerer Verbrauch.Compared to normal gas turbines, the output is much higher or a significantly lower consumption.

Die Umkehrung der Rückstoßwirkungen gestattet schnelles Abbremsen oder Rückwärtslauf. Die gleichen Vorteile ergeben sich gegenüber Reaktionsturbinen.The reversal of the recoil effects allows rapid braking or reverse. The same advantages result compared to reaction turbines.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Back pressure internal combustion turbine with two or more arranged in a rotatable cylindrical disk body and in one direction of rotation effective recoil lines and with a device for changing the direction of rotation of the rotating disc body, characterized in that these recoil lines as well as two or more recoil lines effective in opposite directions of rotation between a central inflow chamber (2) for the gaseous drive medium and diametrically opposed in pairs to the circumference of the rotating disc body (1) and are arranged in groups with opposite outflow direction and that eccentric and through Paddle wheels (29) located on the same shaft are driven distributor cam disks (24) and for changing the direction of rotation of the rotating disc body (1), shutter slide (21) controlled by solenoids (22) built in and automatic are set up to act.

2. Back pressure internal combustion turbine according to claim 1, characterized characterized in that the distributor cam disk serving as a distributing and regulating member (24) is designed in its part protruding radially into the recoil line so that that the recoil conduit is suddenly opened periodically for the passage of gas and then slowly closes again.

3. Back pressure internal combustion turbine according to Claim 2, characterized in that the distributor cam disk (24) on the circumference is designed so that you maximally the flow cross-section of the recoil conduit covering part does not completely close the recoil line, so that always a sufficient passage of propellant gases can take place when the turbine starts up Ensure that the paddle wheel (29) or similar device rotates.

4. back pressure internal combustion turbine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the different flow cross-sections of the recoil line preferably the equation correspond, in which S is the passage cross-section of the line part located in front of the distributor cam disc (24), s the passage cross-section of the line part located behind the distributor cam disc (24) and x the minimum passage cross-section on the distributor cam disc (24). Considered publications: German Patent Specifications Nos. 425 678, 549 77-1, 632 393, 888 334; French Patent Nos. 334 601, 411 775, 1 079 681; U.S. Patent No. 2,670,597.