DE1168167B

DE1168167B - Pressure turbine with disk rotating in a housing and containing pressure channels

Info

Publication number: DE1168167B
Application number: DEN17800A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Nikes
Original assignee: ALBRECHT NIKES
Current assignee: ALBRECHT NIKES
Priority date: 1959-01-30
Filing date: 1960-01-25
Publication date: 1964-04-16

Description

Druckturbine mit in einem Gehäuse rotierender, Druckkanäle enthaltender Scheibe Gegenstand der Erfindung ist eine Kraftmaschine von der Gattung der Druckturbinen, bei der ein gasförmiges oder ein flüssiges Arbeitsmedium über eine Düse mit großer Geschwindigkeit gegen die Druckfläche eines rotierenden Druckkanals geleitet wird und an der Druckfläche ein Staudruck wirksam ist, durch den sich eine im Gehäuse der Maschine gelagerte Scheibe dreht. Damit unterscheidet sich die der Erfindung zugrunde liegende Druckturbine sowohl von den Rückdruckturbinen, bei denen der Rückdruck eines in Schaufelkanälen umgelenkten, durchströmenden Arbeitsmediums die Drehung des Läufers hervorruft, als auch von den Drehkolbenmotoren mit Zündung eines Brenngases innerhalb von Verbrennungskammern veränderlicher Größe.Pressure turbine with pressure channels rotating in a housing Disc The subject of the invention is an engine of the type of pressure turbine, in which a gaseous or a liquid working medium through a nozzle with a large Speed is directed against the pressure surface of a rotating pressure channel and a back pressure is effective on the pressure surface, through which one in the housing the disc on the machine rotates. This differs from that of the invention underlying pressure turbine from both the back pressure turbines, in which the back pressure of a working medium that is diverted in blade channels and flowing through the rotation of the rotor, as well as of the rotary piston engines with ignition of a fuel gas within combustion chambers of variable size.

Bei Rückdruckturbinen mit in Schaufelkanälen umgelenktem, strömendem Arbeitsmedium sind die Kanäle selbstverständlich stets am Ende offen, da sonst keine Strömungsgeschwindigkeit denkbar ist, die im Zusammenwirken mit der Umlenkung im Kanal für die Größe der am Laufrad wirksamen Tangentialkraft maßgebend ist.In the case of back pressure turbines, the flow is deflected in blade channels Working medium, the channels are of course always open at the end, otherwise none Flow velocity is conceivable, which in interaction with the deflection in Channel is decisive for the size of the tangential force acting on the impeller.

Bei Druckturbinen strömt hingegen das Arbeitsmedium kontinuierlich oder auch periodisch in geschlossene Druckkanäle oder von Schaufeln dargestellte Druckkammern ein, wo die Geschwindigkeitsenergie des einströmenden Mediums in Staudruck umgewandelt wird.In the case of pressure turbines, however, the working medium flows continuously or also periodically shown in closed pressure channels or by blades Pressure chambers, where the velocity energy of the inflowing medium is converted into dynamic pressure is converted.

Bei Druckturbinen ist bisher noch nicht dem Umstand Rechnung getragen worden, daß der sich aufbauende Staudruck nicht nur auf die von der Einströmung beaufschlagte Druckfläche eines Druckkanals oder einer Druckkammer wirkt, sondern auch auf die in Projektion gleich große rückwärtige Fläche des Druckkanals oder der Druckkammer, z. B. auf die Vorderfläche einer nachfolgenden Schaufel. Damit wird der die Leistungsabgabe bestimmende Druck zunehmend unwirksam, da er am Ende der Einströmung auf die rotierende Scheibe gleich große Tangentialkräfte entgegengesetzter Richtung ausübt.In the case of pressure turbines, this fact has not yet been taken into account that the dynamic pressure that builds up is not only due to that of the inflow acted upon pressure surface of a pressure channel or a pressure chamber, but also on the rear surface of the pressure channel or of the same size in projection the pressure chamber, e.g. B. on the front surface of a subsequent blade. In order to the pressure that determines the output becomes increasingly ineffective, since it ends up the flow onto the rotating disk is opposite to the same tangential forces Direction.

Ferner wurde erkannt, daß der auf die rückwärtige Fläche eines Druckkanals wirkende und eine Tangentialkraft entgegen der Drehrichtung hervorrufende Druck auch deshalb steigt, weil Restgas in dem Bereich des Druckkanals zwischen der Düsenöffnung und der rückwärtigen Fläche, also dem Kanalende, bei der Drehung der Scheibe zunehmend verdichtet wird, da der Düsenstrahl praktisch eine Sperrwand bildet. Dieser Druckanstieg ist in der Lage, die Einströmung abzureißen und zum Erliegen zu bringen, bevor die Düsenöffnung vom vorbeistreichenden, nicht ausgesparten Umfangsteil der Scheibe abgedeckt wird.It was also recognized that the on the rear surface of a pressure channel acting pressure causing a tangential force against the direction of rotation also increases because residual gas in the area of the pressure channel between the nozzle opening and the rear surface, i.e. the end of the channel, increases as the disc rotates is compressed because the jet practically forms a barrier wall. This rise in pressure is able to tear off the inflow and bring it to a standstill before the Nozzle opening from the passing, not recessed peripheral part of the disc is covered.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Druckturbine der vorerwähnten Art mit einer rotierenden Scheibe und darin ausgespartem Druckkanal oder ausgesparten Druckkanälen zu verbessern, bei der einer Düsenöffnung - in der Drehrichtung der Scheibe gesehen - eine Auslaßöffnung im Gehäuse nachgeordnet ist.The invention aims to provide a pressure turbine of the aforementioned Art with a rotating disk and a pressure channel recessed or recessed in it To improve pressure channels with a nozzle opening - in the direction of rotation of the Disc seen - an outlet opening is arranged downstream in the housing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen durch das einströmende Arbeitsmedium in einem Druckkanal erzeugten Druck während der ganzen Einströmung nur auf die Druckfläche am Kanalanfang wirken zu lassen und gleichzeitig zu vermeiden, daß der Düsenstrahl durch Druckanstieg im Kanalende vorzeitig abgerissen wird.The invention is based on the object of a through the inflowing Working medium in a pressure channel generated pressure during the entire inflow only let it act on the pressure surface at the beginning of the duct and at the same time avoid that the nozzle jet is torn off prematurely by the pressure increase in the end of the channel.

In Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß kurz vor jeder Düse -entgegen der Drehrichtung der Scheibe gesehen -eine Entlastungsöffnung vorhanden ist, über die während der Einströmung des Arbeitsmediums durch die Düse der Druckkanal auf seiner jeweiligen der Düse - entgegen der Drehrichtung der Scheibe gesehen - vorgelagerten, sich während des Drehens der Scheibe verringernden Druckkanallänge mit dem Raum außerhalb des Gehäuses verbunden ist.In solving this problem it is proposed according to the invention that shortly before each nozzle - seen against the direction of rotation of the disk - a relief opening is present over which during the inflow of the working medium through the nozzle the pressure channel on its respective nozzle - against the direction of rotation of the disc seen - upstream pressure channel length which decreases during the rotation of the disk is connected to the space outside the housing.

Es ist zwar bei einer Explosionsturbine mit Druckerzeugung im Druckkanal bekannt, .die Auslaßöffnung kurz vor einer Einlaßöffnung anzuordnen, jedoch wird durch diese Einlaßöffnung nur Spülluft eingelassen, die entgegen der Drehrichtung des die Auslaßöffnung und die Spülluftöffnung kurzzeitig verbindenden Druckkanals zum Auslaß ausströmen soll. Im Bereich der anderen Öffnung zum Einlaß von Brennstoffgemisch (Vergaserbetrieb) oder Verbrennungsluft (Dieselbetrieb) wäre das Kanalende nach -.wie vor nicht entlastet, wenn angenommen würde, daß über diese Öffnung eine geneigte Einströmung des Arbeitsmediums gegen die radiale Druckfläche des Druckkanals stattfindet. Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Entlastungsöffnung ist somit durch den Stand der Technik nicht nahegelegt.It is true in an explosion turbine with pressure generation in the pressure channel known. To arrange the outlet opening just before an inlet opening, but is only purge air admitted through this inlet opening, which is opposite to the direction of rotation of the pressure channel briefly connecting the outlet opening and the scavenging air opening should flow out to the outlet. In the area of the other opening for the inlet of the fuel mixture (Carburetor operation) or combustion air (diesel operation) would be the end of the channel -.As before, not exonerated if accepted would that about this Opening an inclined inflow of the working medium against the radial pressure surface of the pressure channel takes place. The relief opening proposed according to the invention is therefore not suggested by the prior art.

Durch die Erfindung ist es erreicht worden, jeden Druckkanal, wenn er an einer Düse vorbeistreicht und das gasförmige oder flüssige Arbeitsmedium aufnimmt, auf dem sich stetig verringernden Bereich zwischen Kanalende und Düse offenzuhalten, wodurch das Arbeitsmedium auf dem gesamten Bogenbereich des Druckkanals ungehindert einströmen kann und nunmehr gewissermaßen der Düsenstrahl eine pneumatische oder hydraulische, stehende Stützwand für den auf die Druckfläche des Kanals wirkenden Tangentialdruck bildet. Gleichzeitig fällt durch die erfindungsgemäße Entlastung des Kanalendes der leistungverzehrende Druck auf die rückwärtige radiale Fläche des Kanals fort.By the invention it has been achieved, each pressure channel if he brushes past a nozzle and picks up the gaseous or liquid working medium, to keep open in the steadily decreasing area between the end of the duct and the nozzle, whereby the working medium is unhindered on the entire arch area of the pressure channel can flow in and now as it were the nozzle jet a pneumatic or hydraulic, standing support wall for the one acting on the pressure surface of the sewer Forms tangential pressure. At the same time falls through the relief according to the invention the end of the duct is the power-consuming pressure on the rear radial surface of the canal.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Druckturbine gemäß der Erfindung für periodisch in Verbrennungskammern verbranntes Brenngas als Arbeitsmedium dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Schnitt nach der Linie A-A in F i g. 2 und F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie B-B in F i g. 1. Am Gehäuse 1 befinden sich gegenüberliegend zwei Verbrennungskammern 2, die von einem anzuschließenden Kompressor über Ventile 3 mit Gasgemisch aufgeladen werden.In the drawing, an embodiment of the pressure turbine is shown in FIG of the invention for fuel gas burned periodically in combustion chambers as a working medium shown, namely shows F i g. 1 shows a section along the line A-A in FIG. 2 and F i g. 2 shows a section along the line B-B in FIG. 1. Located on the housing 1 Opposite two combustion chambers 2, which are to be connected by one Compressor can be charged with gas mixture via valves 3.

Zwei Düsen 4 münden aus den Verbrennungskammern 2 in Drehrichtung einer Scheibe 5 in den zylindrischen Innenraum des Gehäuses 1 ein, der von der Scheibe 5 ausgefüllt ist. Die Scheibe 5 ist auf einer Welle 6 aufgekeilt, die im Gehäuse 1 gelagert ist.Two nozzles 4 open out of the combustion chambers 2 in the direction of rotation of a disk 5 into the cylindrical interior of the housing 1 , which is filled by the disk 5. The disk 5 is keyed on a shaft 6 which is mounted in the housing 1.

In der Scheibe 5 ist am äußeren Umfang ein bogenförmiger Druckkanal 7 ausgespart, dessen Länge von der Anzahl der Verbrennungskammern 5 abhängt und an dessen Kanalanfang sich eine Druckfläche 8 befindet.In the disk 5 is an arcuate pressure channel on the outer circumference 7 recessed, the length of which depends on the number of combustion chambers 5 and at the beginning of the channel there is a pressure surface 8.

Gemäß der Erfindung ist kurz vor jeder Düse 4 -entgegen der Drehrichtung der Scheibe gesehen -eine Auslaßöffnung 9 angeordnet, die gleichzeitig eine Entlastungsöffnung ist, über die der Druckkanal ? während der Einströmung des Brenngases aus jeweils einer der Düsen 4 auf seiner der Düse 4 vorgelagerten, sich während des Drehens der Scheibe 5 verringernden Länge, mit dem Raum außerhalb des Gehäuses 1 verbunden ist.According to the invention, an outlet opening 9, which is at the same time a relief opening through which the pressure channel? is connected to the space outside the housing 1 during the inflow of the fuel gas from one of the nozzles 4 in each case on its length, which is upstream of the nozzle 4 and which decreases during the rotation of the disk 5.

Der Druckkanal 7 erstreckt sich über einen größeren Bogenwinkel als der Winkel, der zwischen einer Düse 4 und der - in Drehrichtung der Scheibe gesehen - nachgeordneten Auslaßöffnung 9 liegt, wodurch die jeweils offene Düse 4 über den Druckkana17 kurzzeitig mit der nachgeordneten Auslaßöffnung 9 in offene Verbindung kommt. Wenn hierbei das Ventil 3 der Verbrennungskammer 2, in der das Brenngas gerade expandiert hat, geöffnet wird, so strömt kurzzeitig Frischgas durch die Brennkammer 2 und den Druckkanal 7, so daß die Kammer 2 ausgespült wird.The pressure channel 7 extends over a larger arc angle than the angle between a nozzle 4 and the downstream outlet opening 9 - seen in the direction of rotation of the disk - whereby the respective open nozzle 4 via the pressure channel 17 is briefly in open connection with the downstream outlet opening 9 comes. If the valve 3 of the combustion chamber 2, in which the fuel gas has just expanded, is opened, fresh gas briefly flows through the combustion chamber 2 and the pressure channel 7, so that the chamber 2 is flushed out.

Die Wirkungsweise einer Druckturbine nach den F i g. 1 und 2 ist folgende: Wenn der nicht ausgesparte Teil der Scheibe 5 eine Düsenöffnung 4 überfährt und abdeckt, wird die zugehörige Verbrennungskammer 2 über das Ladeventil 3 von einem Kompressor mit Gasgemisch aufgeladen. Nähert sich die Druckfläche 8 des Druckkanals 7 der Düse 4, so wird das Ladeventil 3 geschlossen und das Genisch durch eine Zündkerze 10 zur Entzündung gebracht. Die Brenngase strömen mit hoher Geschwindigkeit in den sich ständig vergrößernden Druckkanal?, in dem sich ein Staudruck einstellt, der von der ungehinderten Einströmung entsprechend der Volumenvergrößerung des Druckkanalanfangs aufrechterhalten wird. Dieser Druck wirkt auf die Druckfläche 8 und treibt die Scheibe 5 an.The mode of operation of a pressure turbine according to FIGS. 1 and 2 is as follows: When the unrecessed part of the disk 5 passes over a nozzle opening 4 and covers it, the associated combustion chamber 2 is charged with a gas mixture by a compressor via the charging valve 3. If the pressure surface 8 of the pressure channel 7 approaches the nozzle 4, the loading valve 3 is closed and the gas is ignited by a spark plug 10 . The fuel gases flow at high speed into the constantly increasing pressure channel? In which a dynamic pressure is established, which is maintained by the unimpeded inflow in accordance with the volume increase at the start of the pressure channel. This pressure acts on the pressure surface 8 and drives the disk 5.

Wenn der Kanalanfang 8 die nächste Auslaßöffnung 9 erreicht, treten die Brenngase unter gleichzeitigem Ablauf des bereits geschilderten Spülvorganges aus.When the beginning of the channel 8 reaches the next outlet opening 9, step the combustion gases while the flushing process already described is running at the same time the end.

Die beschriebene Ausführungsform einer Druckturbine kann wegen der bei jeder Drehlage der Scheibe 5 stets offenen Verbindung zwischen einer Düse 4 und der der Düse 4 entgegen der Drehrichtung vorgelagerten Entlastungsöffnung 9 nicht unter Last anlaufen. Erfordern die Betriebsverhältnisse aber ein Anlaufen unter Last, so kann man zwischen der Düse 4 und der Entlastungsöffnung 9 einen an sich bekannten Schieber anordnen, der in den Druckkanal ? eingesteuert wird und ein Überströmen des Arbeitsmediums zur Entlastungsöffnung 9 verhindert. Im Normalbetrieb mit hoher Drehzahl der Scheibe 5 werden die Schieber dann nicht mehr betätigt. The described embodiment of a pressure turbine cannot start up under load because the connection between a nozzle 4 and the relief opening 9 upstream of the nozzle 4 counter to the direction of rotation is always open in every rotational position of the disk 5. However, if the operating conditions require a start-up under load, a known slide can be arranged between the nozzle 4 and the relief opening 9 , which slide into the pressure channel? is controlled and an overflow of the working medium to the relief opening 9 is prevented. In normal operation at high speed of the disk 5, the slides are then no longer actuated.

Die Druckturbine kann auch mit einem flüssigen Arbeitsmedium betrieben werden.The pressure turbine can also be operated with a liquid working medium will.

Claims

Claim: Pressure turbine with a disk rotating in a housing, in the circumference of which a pressure channel is cut out or several pressure channels are cut out, in or into which a gaseous or liquid working medium via a nozzle in the direction of rotation of the disk at high speed to act on the pressure surface of the one or more pressure channels is admitted for the purpose of rotating the disc, and with one of the nozzle opening - seen in the direction of rotation of the disc - downstream outlet opening in the housing, d a - characterized in that just before each nozzle (4) - opposite to the direction of rotation Disc (5) seen - a relief opening (9) is present, through which the pressure channel (7) on its respective nozzle (4) - seen against the direction of rotation of the disc (5) during the inflow of the working medium through the nozzle (4) - Upstream pressure channel length with the space outside the housing, which decreases during the rotation of the disc (5) it (1) is connected. Considered publications: German Patent Nos. 148 451, 361560, 732 521, 737 477; Swiss patents No. 138 980, 154 290; British Patent No. 166,770; U.S. Patent No. 1653,391.