DE1426340A1 - Pressure controlled periodic combustion device for gas turbines and jet engines - Google Patents

Pressure controlled periodic combustion device for gas turbines and jet engines

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DE1426340A1
DE1426340A1 DE19631426340 DE1426340A DE1426340A1 DE 1426340 A1 DE1426340 A1 DE 1426340A1 DE 19631426340 DE19631426340 DE 19631426340 DE 1426340 A DE1426340 A DE 1426340A DE 1426340 A1 DE1426340 A1 DE 1426340A1
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cylinder
compressor
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Christian Hoefer
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • F02B71/06Free-piston combustion gas generators per se

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

Druckgee-teuer,fie-iä#eriodisrhe Brennvorrichtung für GasttrbixLn und Strahltriebwerke Nach diesem Erfindungsvorschlag wird bei Gasturbinen. und Strahltriebwerken. im nachfolgenden als Wäri.,iekz-aft.L.:2:usc.#,i- ne bezeichnet durch periodische Verbrennung uLL kühlunb im Brennraum wie in der Anmeldung ri 48 5J'1 Iaj46fein gleicher Arbeitsprozeß voröeschla-en. Neben dieser Ge- meinsamheit der Vorgänge besteht weiter übereinstim@aung in der Zuführung von Verdichterluft zur .3rennkammer von einer Verdichterluftquelle. Die Brennvorrichtu G selbst weicht im i£ufbau ab und hat den Zweck mit geringstem Zauaufwand die Fun@ätion der Wärmegewinnung, zu erfüllen. - Zu diesem Zweck ist, wie in Figur 1 und 2 dargestellt ein Zylinder 1 vorgesehen, @,,7elcher nach der geite zur Verdiehter- luf~tquelle mit mindestens einem Ventil 2 verscüeil ist ab und nach der Seite zum Schaufelkranz der i'urbine ;eöffnet bleibt. geiter ist mindestens eine Kraftstoffeinspritz- düse 3 am Zylinder 1 befestigt. Die F igurer; 1 und 2 unter-- scheiden sich dadurch, daß nach Figur 1 die Verdichterluft das Ventil-2 aufmacht und nach Richtung der !-feile in den Zylinder 1 einströmt. Nach Figur 2 ist gezeigt, daß über die Düse - iiraftstoff eingespritziwird, welcher mittels Verbrennung eine Tempe- ratur- und Druckerhöhunb im Zylinder 1 bewirkt und das Ventil 2 schließt, Wobei nach Richtung Pfeil diu libsbimung des Treibmittels zur Turbine erfolgt. Da die Druck- und Temperatursteigerung nur -LLurzzeitig, je nach Einspritz- folbe des kraftstoffes erfolgt und sofort, nachströmend Verdicr,terluft jiact.. Figur 1 zur 1lühlung und ;3pülung des Zylin.ers 1 und des -chaufelkranzes eintritt, %irird das von Gasen umströmte Laterial nur in einem materialeereGiz- ten Temperaturmittelwert beansprucht. _Die ligur 3 zeigt ein bchemabild des möglichen Prozesses einer solchen ,i'ärmeriraftmaschine . Der Anlajvorgang kann mittels rrei3luft , iLnlai@motcren oder sonst technisch be- kannter Art erfolgen und ist deshalb nicht besonders ge- zeit,t. Im 3etrieb d_er %iaschine strömt Verdichterluft vom Kompressor T über den Uärmeaustauscher ö zum Wärmeaustaü- scher Q äc-er dus Ventil 2 @ in den Zylinder 1. Hier wird . nach 2iSur 2 mittels der Einspritzdüse 3 Biber die Linspritz- pumpe 12 t,raftstofnach Hichtun.. !-feil periodisch verar- beitet. ;aber den .@ärraeaustauscl@er @-j gelangt das Treibmit- telgäs zur Turbine 5 um hier zu entäpann#en und über den WärmeaustauscLer J auszutreten. Die Turbine treibt mittels der welle 6 den r@ompressor 4 und das Getriebe 1G/11 mit der Linspritzpumpe 12. Die FiGur 5 zeit eine Erweiterun der -drerinvorrichtung nach Figur 1 dahintehend, dal. mittels i,-olben 6 im -linder l 'eine Zusatzinnen.lompression errei;:@üt wirr. Zu diesem Zweck ist im Zylinder 'I ar- beiden @Uirnflächcn t@iinde,tens je ein Ventil 2 bzw. 3 angebracht. o-veiter sin;;L in die qoti-avleicurig zur Turbine führend Ichlitze 7 ir dem 4j- . linder 1 vorgesehen. E-Lindestens zwei Einspritzdäsen 4 und 5 sind in der Nähe des Ventile 2 und 3 angebracht: Im Inneren des Zylinders 1 ist ein freibeweglicher .Kolben 6 mit tri- chen gekennzeichneten liolbenringen untergebracht. In Zigur 5 strömt nach nichtung der Pfeile aus den Schlitzen 7 Verbrernunösgas ab und in Richtung der anderen Pfeile durch das geöffnete Ventil 3 Verdichterluft ein. Dßr .Kolben 6 wurde durch vorherig üraftstoffverbrennung an der Düse 5 mittels hohem Druck und nach Passierung der Gehlitze 7 mittels innewohnendem Schwung in die ,.5tellung nach Figur 5 gebracht-. Hier am äußeren Totpunkt hat dieser Kolben 6 bei gescnlossenelc Ventil 2 die vorher eint-eströmte Verdici:terluft hoch komprimiert, sodai-5 in diesem 'L.oiaerit die traf-ca,Loffeinspritzunß über die säst 4 erfolgen kann und beste äirkung bezüglich der @J@:.rme- und. 1)ruckbc-winriun-, als auch der riraftstoffverbreununü erzielt wird. in Figur 6 ist dargestellt l, dac der iiulberi 6 üti Tlii,tel- stellung alle vffnune.,-erl zL,ra und vom, Z@%linä@:r1 sczllie@t und in @sewegung nach Pfeil riur@mE@rir den VorGaz.i#::1 nach #'iLur 7 einleitet, tvelc#'-1er das Lleiciie darstellt, Haie in iiigur zeit dem Unterschied, dass nunmehr über die güse 5 ILraftstolf e=ingespritzt wird und über Ventil 2 Verdichteiluft denn linder 1 zuströmt. hach FiGur b wird das, l#ic.Lie wie in Figur 6 gezeigt, mit dem üntelüsehied, dab nunh-nehr der r@ol- ben 6 nach der entgegengesetzten Richtuni` Lach Pfeil be- webt wird. In Figur 4 s2..__-' die t3ezuds-eicreri 1 - 7 mit der Bezugszei- chen der Figur 5 identisch. Die Turbine j treibt r-iittels. Welle 9 den Verdichter 10. !in der ijelle j iat weiter über das Getriebe 11 und 12 die Linspritzpumpe 13 angeschlossen und fördert Äraftstoff vom nicht gezeigten Behälter nach Richtung Pfeil über Leitungen 14 zu den Einspritzdüsen 4 und 5. Figur ,9 hat von 1 - 7 die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 5 und zeigt am Kolben 6 die weiteren liolben 8 und 9, welche in Ringsperren 10 und 11 und Zylinder 1 laufen und mittels der Ventile 2 und 3 und der Schlitze 7 und 18 sowie der Klappventile 12, 13, 14, 15, 16, 17 die Gasführung vom Kompressor und_äus dem Ringkanal 19 gemäß eintretender Druckveränderungen nach Richtung der Pfeile in Figur 9 und 10 bedingen und steuern. Die zeitweilige Schließung der Schlitze 1$ und-? mittels des hin- und hergehenden ii.olberis 6 ist im Falleder Schlitze 7 zur Teilung des Brennraums und im Falle der Schlitze 18 als Widerstand zur Luftpressung erforderlich. lach Figur 1C wird aasgleiche- wie in Figur 9 gezeigt, mit dem Unterschied, daß die Kolben entbeUengesetzt . laufen, d.a statt über die Düse 4 durch die Düse 5 -Kraftstoff cii,,,es@@itzt wird und durch Druckveränderun t.en eine umgeKehr- i;c: @ietäq%un_g _deij Ventile erfolgt. Druckgee-expensive, fie-iä # eriodisrhe burning device for Guest trams and jet engines According to this proposal for the invention, gas turbines. and Jet engines. in the following as Wäri., iekz-aft.L.: 2: usc. #, i- ne denotes periodic combustion uLL coolunb in the combustion chamber as in the application ri 48 5J'1 Iaj46fein Suggest the same work process. In addition to this commonality of the processes still exists in the supply of compressor air to the combustion chamber of a source of compressor air. The firing device itself differs in structure and has the purpose with the least amount of fence effort the fun @ ation of Heat recovery, to meet. - For this purpose, as shown in FIGS. 1 and 2, a Cylinder 1 provided, @ ,, 7 holes after the geite for twisted The air source with at least one valve 2 is shut off and on the side to the blade ring of the turbine; eopened remain. at least one fuel injection nozzle 3 attached to the cylinder. 1 The figures; 1 and 2 under-- differ in that, according to Figure 1, the compressor air Open the valve-2 and in the direction of the! -file in the Cylinder 1 flows in. According to FIG. 2 it is shown that via the nozzle - iiraftstoff injected, which by means of combustion a temperature Ratur- and Druckhöhunb in the cylinder 1 and the valve 2 closes, whereby in the direction of the arrow diu libsbimung of the propellant to the turbine takes place. Since the printing and Temperature increase only -L short-term, depending on the injection- follow the fuel takes place and immediately, flowing in Verdicr, terluft jiact .. Figure 1 for cooling and flushing the Cylinder 1 and the blade ring enters,% irird that material around which gas flows only in a material-free th temperature mean value claimed. _Ligur 3 shows a diagram of the possible process such a poor machine. The start-up process can by means of rrei3luft, iLnlai @ motcren or otherwise technically known type and is therefore not particularly time, t. When the machine is in operation, compressor air flows from the machine Compressor T via the heat exchanger ö for heat exchange Scher Q äc-er dus valve 2 @ into cylinder 1. Here is. after 2iSur 2 using the injection nozzle 3 Biber the lens injection pump 12 t, fuel according to Hichtun ..! -feil periodically processed- works. ; but the. @ ärraeaustauscl @ er @ -j gets the propellant telgäs to turbine 5 to unpair here and over the Heat exchanger J to exit. The turbine drives by means of the shaft 6 the compressor 4 and the gearbox 1G / 11 with the lens injection pump 12. The FiGur 5 time an expansion of the -drerin device according to Figure 1 to the effect that. by means of i, piston 6 in the cylinder l 'achieve an additional internal compression;: @ üt confused. To this The purpose is in the cylinder 'I ar- both @ Uirnflächecn t @ iinde, tens a valve 2 or 3 attached. o-veiter sin ;; L in the qoti-avleicurig leading to the turbine I-strand 7 ir the 4j-. linder 1 provided. E-At least two injectors 4 and 5 are located near valves 2 and 3: Inside of the cylinder 1 is a freely movable piston 6 with tri- Chen marked purple rings housed. In Zigur 5, after the arrows have disappeared, combustion gas flows out of the slots 7 and compressor air flows in in the direction of the other arrows through the open valve 3. The piston 6 was brought into the position according to FIG. 5 by previous fuel combustion at the nozzle 5 by means of high pressure and, after passing through the flexible strand 7, by means of the inherent momentum. Here at the outer dead center it has Piston 6 with closed valve 2 which previously flowed in Verdici: terluft highly compressed, sodai-5 in this' L.oiaerit the met-ca, Loffeinjectionunß can be done via the säst 4 and best impression regarding the @J @ :. rme- and. 1) ruckbc-winriun-, as the fuel consumption is also achieved. Figure 6 shows that the iiulberi 6 üti Tlii, tel- position all vffnune., - erl zL, ra and vom, Z @% linä @: r1 sczllie @ t and in @ movement according to arrow riur @ mE @ rir den VorGaz.i # :: 1 to # 'iLur 7 introduces, tvelc # '- 1er that represents Lleiciie, sharks in iiigur time the difference that now over the güse 5 ILraftstolf e = is injected and then via valve 2 compression air linder 1 flows in. hach FiGur b will be, l # ic.Lie as in Figure 6 shown, with the üntelüsehied, that now the r @ ol- ben 6 in the opposite direction is weaving. In Figure 4 s2 ..__- 'the t3ezuds-eicreri 1 - 7 with the reference Chen of Figure 5 is identical. The turbine j drives by means. Shaft 9 the compressor 10.! In the ijelle j iat further over the gears 11 and 12 are connected to the lens injection pump 13 and supplies fuel from the container, not shown Direction of the arrow via lines 14 to the injection nozzles 4 and 5. FIG. 9 has the same reference numerals from 1 to 7 as in FIG Figure 5 and shows the other violins 8 and 9 on the piston 6, which run in ring locks 10 and 11 and cylinder 1 and by means of valves 2 and 3 and slots 7 and 18 as well the flap valves 12, 13, 14, 15, 16, 17 the gas guide from Compressor und_äus the annular channel 19 according to entering Pressure changes in the direction of the arrows in FIGS. 9 and 10 condition and control. The temporary closure of the Slots $ 1 and -? by means of the reciprocating ii.olberis 6 is in the case of the slots 7 for dividing the combustion chamber and in the case of the slots 18 as a resistance to air pressure necessary. According to FIG. 1C, it becomes the same as in FIG. 9 shown, with the difference that the pistons are deboned . run, because instead of the nozzle 4 through the nozzle 5 fuel cii ,,, it is @@ itzt and changes in pressure cause a reverse i; c: @ ietäq% un_g _deij valves takes place.

Claims (1)

Fatentansprüche .@ äärmekraftinaschine 1 dadurch gekennzeichnet, daß- eine Turbine einen Verdichter treibt und an diesen Tiber ein Getriebe eine Kraftstoffeinspritzpumpe angeschlossen ist, welche mindestens eine Einspritzdüse mit Kraftstoff periodisch bedient, wobei diese in eine beispielsweise zylindrische Brennkammer in zeitlichen Abständen Kraftstoff einspritzt und dabei mindestens -ein Druckventil auf der einen Jtirrlseite schließt und anströmende Verdichterluft zurückhält und auf der entgegengesetzten anderen Seite das Verbrennungsgas über einen Wärmeaustauscher in Rohren zu einer Turbine gelangt und dieselbe-antreibt, @wobei zwischen den Pau-Atr sen der z@raftstoffeinspritzung ydie Ventile neue Verdichterluft zur c3pülung und i&ühlung und Speisung in die Brennkammervorrichtung eintritt und diese Verdichterluft von eineüi von der Turbine angetriebenen Kompressor erzeugt wird. -2. hach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in diese ßrennvorricntung an beiden Stirnseiten Druckventile -eingebaut sind-, vllche auch an Zuleitungen zum Kompressor anschließen, sowie mindestens zwei Einspritzdüsen in der Nähe der Ventile Kraftstoffeinspritzung ermöglichen-und ein im Zylinder frei beweglicher mittels veränderlicriem Druck hin-und hergehender Kolben'im Zylinder eingeströmte Verdichterluft bei jeweils vom Kolben und 'Ventilen geschlossenem Zylinderraum, Verdichterluft zusätzlich verdichtet und diese nach erfolgter Kraftstoffverbrennung über Schlitze aus dem Zylinder als Treibmittel ausströmen kann, wobei nachfolgende Verdichterluftspülung und-Kühlung über gleiche Einrichtung ermöglicht ist. 3. Näch Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß um die Brennvorrichtung ein Ringkanal führt und auf der einen und dieser entgegengesetzen anderen Z'eite flauptkolben
Nebenkolben trägt, welche durch Ringsperren fähren um im jeweils weiterem Zjlinderraum Luft über Ventile ansaugen zu können, um diese nochmals vor der Zuführung in den Brennraum zu verdichten. Das Hin- und Hergehen aller &olben wird durch @ivechselseitige h.raftstoffverbrennung an den gegenüberliegenden Stirnflächen im Brennraum erreicht, wobei Schlitzöffnungen im Zylinder des Hauptkolbenraumes durch den bewegten Hauptkolben zeitweilig geschlossen werden und im Falle der Gaszuströmung-einen Widerstand zur Luftpressung darstellt und im Falle der Gasäbströmung die Teilung des Brennraumes-ermöglicht.
Fatentansprüche. @ Äärmekraftinaschine 1 dad urch in that- a turbine drives a compressor and at these Tiber a transmission, a fuel injection pump is connected, which serves at least one injection nozzle with fuel periodically, which injects in a, for example cylindrical combustion chamber at intervals of fuel, thereby At least one pressure valve on one side closes and holds back the incoming compressor air and on the opposite other side the combustion gas reaches a turbine via a heat exchanger in pipes and drives it, with new valves between the pauses in the fuel injection Compressor air for purging and cooling and feeding enters the combustion chamber device and this compressor air is generated by a compressor driven by the turbine. -2. According to claim 1, characterized in that pressure valves are built into this racing device on both end faces, possibly also connected to feed lines to the compressor, and at least two injection nozzles in the vicinity of the valves enable fuel injection and one that is freely movable in the cylinder by means of variable pressure. Compressor air flowing in from the piston and the cylinder with the cylinder chamber closed by the piston and valves, compressor air is additionally compressed and this can flow out of the cylinder as a propellant through slots after the fuel has been burned, with subsequent compressor air purging and cooling being made possible by the same device. 3. Next claim 1 and 2, characterized in that an annular channel leads around the combustion device and on one and this opposite other side of the main butt
Carrying secondary pistons, which pass through ring locks in order to be able to suck in air via valves in the further cylinder chamber in order to compress it again before it is fed into the combustion chamber. The going back and forth of all pistons is achieved by fuel combustion on the opposite end face in the combustion chamber on the opposite side, with slot openings in the cylinder of the main piston chamber being temporarily closed by the moving main piston and, in the case of gas inflow, constituting a resistance to air pressure and in the case of the Gas flow enables the division of the combustion chamber.
DE19631426340 1963-05-07 1963-05-07 Pressure controlled periodic combustion device for gas turbines and jet engines Pending DE1426340A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2739129A1 (en) * 1977-08-31 1979-03-08 Eduard Koellner Multi-fuel free-piston reaction turbine - prepares fuel externally with air surplus for preheating and compression
FR2884558A1 (en) * 2005-04-18 2006-10-20 Michel Desclaux Motor-compressor type internal combustion engine, has cylinder head assembly comprising inner cavity divided into two opposed double chambers by median partition wall, and piston freely displaced alternatively in assembly

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2739129A1 (en) * 1977-08-31 1979-03-08 Eduard Koellner Multi-fuel free-piston reaction turbine - prepares fuel externally with air surplus for preheating and compression
FR2884558A1 (en) * 2005-04-18 2006-10-20 Michel Desclaux Motor-compressor type internal combustion engine, has cylinder head assembly comprising inner cavity divided into two opposed double chambers by median partition wall, and piston freely displaced alternatively in assembly

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