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Druckturbine mit einer in einem Gehäuse rotierenden, Druckkanäle enthaltenden
Scheibe Zusatz zum Patent: 1168167 Gegenstand des Hauptpatentes 1168167 ist eine
Druckturbine mit einer in einem Gehäuse rotierenden Scheibe, in deren Umfang ein
Druckkanal ausgespart ist oder mehrere Druckkanäle ausgespart sind, in den oder
in die ein gasförmiges oder ein flüssiges Arbeitsmedium über eine Düse in der Drehrichtung
der Scheibe mit großer Geschwindigkeit zur Beaufschlagung der Druckfläche des einen
Druckkanals oder mehrerer Druckkanäle zwecks Drehens der Scheibe eingelassen wird,
und mit einer der Düsenöffnung - in der Drehrichtung der Scheibe gesehen - nachgeordneten
Auslaßöffnung im Gehäuse und bei der 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, wobei die Entlastungsöffnungen zugleich die Auslaßöffnungen
sind.
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Bei den im Hauptpatent offenbarten Ausführungsbeispielen einer Druckturbine
befinden sich die Düsen sowie die Entlastungs- und Auslaßöffnungen am Umfang des
Turbinengehäuses, und zwar sind die Entlastungsöffnungen kurz vor den Düsen - in
Drehrichtung der Scheibe gesehen - angeordnet. Da die Düsen und Entlastungsöffnungen
somit derselben Begrenzungsfläche der rotierenden Scheibe zugeordnet sind, können
die Entlastungsöffnungen nicht beliebig angeordnet werden, insbesondere nicht in
unmittelbarer Nähe der Düsen. Dies ist nämlich anzustreben, damit nicht ein Stück
Kanalende nach dem Passieren einer Entlastungsöffnung ohne Entlastung bleibt. Hierdurch
kann sich nämlich im Kanal ein Rückdruck aufbauen, der Leistung verzehrt.
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In Weiterbildung des dem Hauptpatent zugrunde liegenden Prinzips wird
zur Lösung der Aufgabe, die Anordnung von Entlastungsöffnungen von der Lage und
dem Platzbedarf der Düsen unabhängig zu machen, gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß die Düsen einer anderen Begrenzungsfläche der rotierenden Scheibe zugeordnet
sind als die Entlastungsöffnungen und daß der Druckkanal oder die Druckkanäle so
geformt sind, daß sie mit ihrem Kanalanfang nur zu den Düsen und mit ihren Kanalenden
nur zu den Entlastungsöffnungen hin offen sind, die dicht beieinanderliegend einen
Kranz von Öffnungen bilden. Hierdurch wird nicht nur erreicht, daß selbst im Bereich
einer Düse eine Entlastungsöffnung angeordnet werden kann, weil dieser Öffnung gemäß
der Erfindung eine düsenfreie Turbinenseite zugewiesen ist, sondern es wird auch
vermieden, daß die hintere Kanalwand ein Volumen von Arbeitsmittel vor sich her
zur Entlastungsöffnung schiebt, vielmehr liegt die hintere Kanalwand stets neben
einer der dicht beieinanderliegenden Entlastungs-und Auslaßöffnungen, an denen sie
vorbeistreicht. Es kann sich daher auch nicht der geringste Rückdruck auf der sich
beim Drehen der Scheibe verringernden Kanallänge aufbauen.
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Bei Explosionsturbinen ist es an sich bekannt, den Einlässen und Auslässen
verschiedene Seiten der rotierenden Scheibe zuzuweisen, jedoch wird hierdurch kein
ähnlicher Effekt wie beim Gegenstand der Erfindung ausgelöst, da das Arbeitsmedium
bei der Einströmung noch keine Antriebskraft bewirkt, sondern erst nach seiner Entzündung.
Das Problem, den sich verringernden Bereich einer Kanallänge vor einer Düse zu entlasten,
wird daher vom Stand der Technik nicht berührt.
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Für eine Druckturbine mit an der Umfangsfläche des Gehäuses angeordneten
Düsen und mit in an sich bekannter Weise in der Umfangsfläche der Scheibe eingearbeiteten
Druckkanälen von einer geringeren Breite als die der Scheibe besteht eine
Lösung
der gestellten Aufgabe darin, daß die Entlastungsöffnungen im Gehäuse einer Seitenfläche
zugeordnet sind und daß die Druckkanäle an ihren Kanalenden zu der den Entlastungsöffnungen
im Gehäuse zugewandten Seitenfläche hin seitlich abgekrümmt sind.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele einer Druckturbine
gemäß der Erfindung dargestellt, die nach Aufbau und Wirkungsweise im Zusammenhang
mit weiteren Erfindungsmerkmalen im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigt
F i g. 1 eine Druckturbine mit zwei Verbrennungskammern in Seitenansicht bei abgenommener
vorderer Gehäusewand, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-11 in F i g. 1, mit
vorderer Gehäusewand, F i g. 3 die vordere Seitenwand des Gehäuses, F i g. 4 eine
Druckturbine für kontinuierliche Einströmung des gasförmigen oder flüssigen Arbeitsmittels
in der Darstellung wie F i g. 1, F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in F
i g. 4, und die F i g. 6 eine Rückansicht von F i g. 1 bei um etwa 90° weitergedrehter
Scheibe zur Verdeutlichung eines Spülvorganges.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 bis 3 befinden sich
im Gehäuse 1 gegenüberliegend zwei Verbrennungskammern 2, die von einem Verdichter
über Ladeventile 3 aufgeladen werden. Düsen 4 münden aus den Verbrennungskammern
2 in Drehrichtung der Scheibe 5 in den zylindrischen Raum des Gehäuses 1. Die Scheibe
5 ist über die Welle 6 im Gehäuse gelagert. In die Umfangsfläche der Scheibe
5 ist ein Druckkanal 7 eingearbeitet, der eine geringere Breite als die Scheibe
hat. Die Länge des Druckkanals hängt von der Anzahl der Verbrennungskammern 2 ab,
weil zum Aufladen einer Verbrennungskammer eine gewisse Länge von nicht unterbrochener
Umfangsfläche der Scheibe 5 zur Verfügung stehen muß, die die Düse 4 der jeweils
aufzuladenden Verbrennungskammer abdichtet.
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Das über die Düsen 4 einströmende Brenngas trifft auf die Druckfläche
8 des Kanalanfangs und erzeugt hier einen Staudruck zum Antrieb der Scheibe
5. Das Druckkanalende 7 a läuft gemäß der Erfindung seitlich aus einer Seitenfläche
der Scheibe 5 aus, wie aus der F i g. 2 ersichtlich ist. Auf dem Radius des Kanalendes
7 a sind in der vorderen, in F i g. 1 abgenommenen Seitenwand des Gehäuses 1 Entlastungs-
bzw. Auslaßöffnungen 9 dicht beieinanderliegend in einem Kranz angeordnet. Auf diese
Weise ist das Kanalende 7a ständig und wirksam entlastet.
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Bekannterweise ist es zweckmäßig, eine Verbrennungskammer vor dem
Laden mit frischem Gemisch zu spülen. Für die an die Arbeitsweise gebundene periodische
Einströmung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß in die Umfangsfläche der Scheibe
5 im Bereich des abgekrümmten Kanalendes 7a ein Spülkanal 13 eingearbeitet ist,
über den die Verbrennungskammern 2 kurzzeitig mit Spülschlitzen 14 in offene Verbindung
kommen, die im Gehäuse 1 in der Radialebene der Mündungen der Düsen 4 und auf der
den Entlastungsöffnungen 9 gegenüberliegenden Seitenfläche des Gehäuses
1 liegen. In F i g. 6, einer Rückansicht von F i g.1, ist die Scheibe 5 um
etwa 90° in Drehrichtung vorgedreht dargestellt, so daß ein Spülkanal
13, der sich in den F i g.1 und 2 etwa in waagerechter Ebene befindet, in
den Bereich der oberen Düse 4 gelangt ist. Der Spülkanal 13 ist eine zu der einen
seitlichen Gehäusewand hin offene Aussparung im Umfang der Scheibe 5, die sich etwa
auf dem Sektor erstreckt, auf dem der Druckkanal 7 zur anderen seitlichen Gehäusewand
mit den Entlastungsöffnungen 9 hin abgebogen verläuft. Der Spülkanal 13 tritt daher
in zunehmendem Maße unter die Mündung der Düse 4, wobei zugleich bei geöffnetem
Ladeventil 3 Frischgas in den Spülkanal 13 eintritt. Da bei dieser Stellung der
Scheibe 5 der Spülkanal 13 aber auch mit dem oberen Spülschlitz 14 in Verbindung
steht, ist die obere Verbrennungskammer 2 mit der Außenluft kurzgeschlossen. Hierdurch
wird gespült. Bei weiterer Drehung der Scheibe 5 gelangt der zwischen dem Spülkanal
13 und dem Kanalanfang 8 liegende, nicht ausgesparte Umfangsteil der Scheibe 5 vor
die obere Düse 4 und unterbricht den Spülvorgang, wonach die obere Verbrennungskammer
2 aufgeladen wird.
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Nachdem das Ladeventil 3 geschlossen und das Gemisch durch eine nicht
dargestellte Zündkerze zur Entzündung gebracht ist, schließt das Brenngas über die
Düse 4 in den vorbeistreichenden Druckkanal 7 und gegen dessen Druckfläche B. Da
die sich gegenüber der Düse 4 ständig verringernde Länge des Druckkanals 7 wegen
der kranzförmig angeordneten Entlastungsöffnungen 9 vollständig entlastet ist, wird
der auf der Druckfläche 8 wirksame Staudruck nicht durch irgendwelchen Rückdruck
beeinträchtigt.
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Um Rückstände von Brenngasen an den Seitenwänden des Gehäuses 1 zu
entfernen, sind am Gehäuse 1 vorbeistreichende hintere Kanten von den in der Scheibe
5 vorhandenen Kanälen 7, 13 und 16 in Form von messerartigen Schabern 15 hinterschnitten.
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Bei dem Ausführungsbeispiel einer Druckturbine nach den F i g. 4 und
5 für kontinuierliche Einströmung eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels
entfällt der Zwang, eine nicht unterbrochene Umfangsfläche an der Scheibe 5 vorzusehen,
da ein Ladetakt nicht vorkommt. Daher können mehrere Druckkanäle 7 hintereinander
und beliebig viele Düsen 4 am Umfang des Gehäuses 1 angeordnet werden. Stets sind
die Druckkanäle zu einer Seitenwand des Gehäuses abgekrümmt und laufen mit ihren
Kanalenden 7 a an dem Kranz von Entlastungsöffnungen 9 vorbei.