DE1951134C3 - Rückdruck-Brennkraftturbine - Google Patents

Description

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temperatur, wodurch die Entstehung von Stickoxiden weitgehend unterbunden wird. Das aus Gehäusering und Dichtung bestehende Ringgehäuse ermöglicht die Zusammenführung von Frischluft und Verbremnungsflamme. An der inneren Stirnseite der Stufenkammern erfolgt die Flummenzündung, welche die Verwendung von bleifreien und giftentwicklungsarmen Treibstoffen ermöglicht, die flüssig und/oder gasförmig sein können. Auspuffseitig bildet sich ein Gemisch von Frischluft und Abgas, das ein schall- und wärmeschluckendes Gaspolster gibt und das Rotorsystem mit niedrigster Temperatur verläßt.

Wesentliche Vorteile der Erfindung beruhen darin, daß man den Rotor wahlweise ohne Antriebswelle mit freier Mitte, ohne Antriebswelle mit Außenrotorblättern, ohne Antriebswelle mit Innenrotorblättern oder in einer dieser Ausführungsform auch mit Antriebswelle ausbilden kann. So sieht die Erfindung vor, daß der Rotor ein Innenrotor sein kann, dessen Zuleitungen vom beweglichen Teil der Verteilernabe über Vergaser oder Einspritzer zu den Brennkammern führen, oder daß der Rotor ein Außenrotor sein kann, der das Ringgehäusf radial übergreift. Nach Bedarf kann der Rotor mit einer koaxial zur Vertetlernabe angeordneten Antriebswelle verbunden sein.

Es sind sehr große Baudurchmesser von beispielsweise bis über 10 m möglieh, wobei das Eigengewicht sehr gering gehalten werden kann. Die Verteilereinrichtung gestattet es, Druckluft und Treibstoff gegeneinander abgedichtet vom stehenden zum drehenden Teil der Turbine bis zur Fülleinrichtung an der Stufenbrennkammer zu führen. Dar, zur vollständigen Verbrennung nötige, günstigste Mischverhältnis kann einmalig oder veränderbar eingestellt werden. Durch harmonisch abgestimmte Regelung von Kühldruek und Fülldauer kann die Motorleistung stufenlos gesteuert werden, so daß sich Schaltgetriebe bzw. -automatik und ähnliche Einrichtungen erübrigen. Von besonderer Bedeutung ist, daß dank sehr großer Übergangsflächen der Stufenkammer das noch unverbrannte Treibstoffgemisch höher komprimiert, aber eine schlagartige Verbrennung verhindert wird; man erreicht dadurch einen sehr langen Flammenweg in der Auspuffzone, wodurch in der zugelührten Frischluft eine vollständige Nachverbrennung erzielt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung können bei einer BreDnkraftlurbinc nach der Erfindung mehrere Ringanordnungen gleicher und/oder \erschiederer Durchmesser axialer Ausdehnung ancinandcrgebaut sein. Dadurch ergibt sich eine raumsparende Bauweise mit hoher Leistungsdichte.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. A eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf eine erfindungsgemäße Brer.nkraftturbine,

Fig. B eine Schnittansicht einer mit einem AuCrenrotor versehenen Brennkraftturbine nach der Erfindung und

Fig. C eine Schnittansicht einer mit einer Antriebswelle versehenen erfindungsgemäßen Bre:nnkraftturbine.

Die in Fig. A dargestellte Rückdruck-Brennkraftturbine nach der Erfindung hat ein Ringgehäuse 1, das über eine Lagerung bzw. Führung drehbeweglich mit einem !-autring verbunden ist, an dem außen in Umfangsabstinden mehrere Brennkammern 6 angebracht sind. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind drei Brennkammern 6 vorhanden, die an zwei im Gehäusering 1 angebrachten ZündstellenS vorbeilaufen. Vom Gehäusering 1 führen Verstrebungen 4

mit Versorgungsleitungen für Druckluft, Treibgas und flüssigen Treibstoff radial nach innen. Diese Versorgungsleitungen stehen in fester Verbindung mit dem feststehenden Teil einerVerteileraabeS. Der Drehteil 15 dieser Verteilernabe führt über Versorgungsleitung 7 zum Laufring und von dort über Vergaser oder Einspritzer zu den Brennkammern 6. Letztere haben ein strömungsgünstiges Profil und sind mit der gesamten Außenfläche frei in der Umgebungsluft bewegbar, die daher eine Kühlwirkung ausübt.

In Inneren haben die Brennkammern 6 abgestufte Reaktionskammern 6', 6", 6'", welche durch radial einwärts gerichtete Vorsprünge oder Übergangsflächen 11 voneinander getrennt sind. Die innere Reak-

tionskammer 6' schließt an die Versorgungsleitung 7 aber eine Füllvorrichtung 14 an, während die Reaktionskammer 6"' am IJ .fang des Gehäuserings 1 frei mündet. Mit dem Gehäuf ;ring 1 wirkt eine an der äußeren Reaktionskammer 6'" vorgesehene Abdicht

as platte 10 zusammen. An der den Brennkammern 6 zugewandten Seite besitzt das Ringgehäuse 1 jeweils eine Umfangsöffnung 13, welche sich über eine Arbeits- und Auspuffzone 12 erstreckt. An letztere sehließt jeweils eine Füllzone 2 vor der Zündstelle 3

an.

Man erkennt, daß die von den gut gekühlten und frei liegenden Versorgungsleitungen 7 über die Füllvorrichtung 14 jeweils mit Druckluft bzw. Treibstoffgemisch versorgte Brennkammer 6 während der

DrucHuftspülung und der nachfolgenden Füllung mit vorgekühltem Gemisch von innen gekühlt wird. Dii Umfangsöffnungen 13 gestatten einen freien Gasaustausch während der Verbrennung und Spülung. Die Innenabstufung der Brennkammern 6 zu drei anein-

ander anschließenden Reaktionskammern 6\ 6", 6"' verlängert den Flammenweg in der Auspuff- und Arbeitszone 12. so daß eine Nachverbrennung des Kraftstoffen bzw. Gemisches stattfindet. Infolgedessen besteht eine große Freiheit in der Kombination verschiedenartiger Treibstoffe oder Gemische, und es können auch explosionsartig verbrennende Kraftstoffe Verwendung finden.

Bei der in F i g. A gezeichneten Ausführungsform besitzt die erfindungsgemäße Brennkrafüurbine In-

nenrotorblätter, welche die Versorgungsleitungen 7 überdecken. Der Innenraum von Gehäusering 1 und Laufring kann jedoch auch als freie Mitte ausgestaltet wo ein Außenrotor8 vorgesehen ist, in den ein sein. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt Fig. B, Schenkel des als Winkelprofil ausgebildeten Gehäuscrings 1 eingreift. Der längere senkrechte Schenkel des Gehäusering-Winkelproiils schließt die Brer.nkraftturbine nach außen ab und kann zu ihrer starren oder s;hwenkbaren Befestigung verwendet werden.

Noch eine andere Baufcrm ist in F i g. C dargestellt, wobei eine Antriebswelle9 vorhanden ist, die sich gegenüber einem Lager drehen kann, das mit dem feststehenden Teil S der Vcrteilcrnabe und über die Versorgungsleitungen bzw. Verstrebungen 4 zugleich mit dem Ringgehäuse 1 verbunden ist. Letzteres übergreift den an der Antriebswelle 9 befestigten Laufring radial.

Man ersieht, daß der luftgekühlte Ringmotor nach der Erfindung vielseitig abwandelbar ist. Mit geringer Zunahme des Eigengewichts sind sehr große Baudurchmesser möglich, die noch über 10 m hinausreichen können. Zusätzliche Variationsmöglichkeiten sind durch die Anzahl der Stufenbrennkammern 6 und die Volumen, die Anzahl der Zündstellen 3 und die Ausnutzung des Hebelarms im Bauradius gegeben. Die Regelung des Kammerfülldrucks über die Versorgungsleitungen 7 mittels der Füllvorrichtungcn 14 erspart ein besonderes Getriebe. Einzelne Ringmotor-Baueinheiten, auch mit unterschiedlichem Durchmesser, können zusammengebaut werden. Von besonderer Bedeutung ist, das alle gasförmigen und/oder flüssigen Treibstoffe sowie deren Gemische verwendet werden können, wobei anzumerken ist, daß auch Dampf zur Drehmomenterzeugung benutzt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Hohlrund-Reaktionskammern haben und abwech- Patentansprüche; selnd mit Treibstoffgemisch füllbar sowie nach dessen Zündung mit Druckluft spülbar sind,

1. Rückdruck-Brennkraftturbine mit einem Eine derartige Rückdruck-Brennkraftturbine ist in Rotor, welcher als Laufring ausgebildet, mit Zu- 5 der französischen Patentschrift 457 182 beschrieben, leitungen für Druckluft und Treibstoff versehen Danach erfolgt die Füllung dieser Brennkammern im sowie an einem mit dem feststehenden Teil einer Gegensinn zur Austrittsrichtung der Abgase, wo-Leitungs-Verteilernabe starr verbundenen Ring- durch eine gute Spülung erreicht werden soll. Die gehäuse gelagert ist und welcher am Rotorum- Anordnung ist jedoch sowohl in ihrer Konstruktion fang verteilt angeordnete, annähernd tangential io als auch in ihrem Brennstoffbedarf auC-srordentlich mündende Brennkammern aufweist, die einen aufwendig, und wenn die Brennkammern mit dem länglichen, eingeschnürten Innenraum mit Hohl- Rotor fest verbunden sind, ist für die elektrische rund-Reaktionskammern haben und abwechselnd Zündung eine Schleifring-Anordnung erforderlich, mit Treibstoffgemisch füllbar sowie nach dessen weil jede einzelne Brennkammer eine Zündkerze Zündung mit Druckluft spülbar sind, dadurch 15 trägt, so daß die Zündstelle jeweils mitbewegt wird,
gekennzeichnet, daß die Anzahl der Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Brennkammern (6) in an sich bekannter Weise Brennkraftmaschine dieser Art zu schaffen, die bei größer ist als die Zahl der feststehend angeordne- möglichst einfachem Aufbau einen wirtschaftlichen ten Füll- und ZündsteHen (2 bzw. 3), zwischen und zuverlässigen Betrieb mit verschiedenartigsten denen am Umfang des Ringgehäuses (1) jeweils ao Treibstoffen und weitgehend giftfreien Abgasen ereine eine Arbeits- und Auspuffzone (12) definie- möglicht.

rende öffnung (13) ausgebildet ist, daß die Ein- Bei einer Rückdruck-Brennkraftturbine der einschnürungen des Innenraums jeder Brennkammer gangs angegebenen Art sieht die Erfindung vor, daß (6) stufenförmig abgesetzte Übergangsflächen die Anzahl der Brennkammern in an sich bekannter (11) haben, daß jede Brennkammer (6) mit einer 25 Weise größer ist als die Zahl der feststehend anunter Feder- und/oder Fliehkraft am Ringge- geordneten Füll- und ZündsteHen, zwischen denen häuse (1) anliegenden Abdichtplatte (10) verse- am Umfang dei Ringgehäuses jeweils eine eine Arhen ist, daß die vom drehbaren Teil (15) der Ver- beits- und Auspuffzone definierende Öffnung ausgeteilernabe (5) kommenden Versorgungsleitungen bildet ist, daß die Einschnürungen des Innenraums (14) jeweils an der Stirnseite der innersten Reak- 30 jeder Brennkammer stufenförmig abgesetzte Übertionskammer (6') münden und daß die Brenn- gangsf'.achen haben, daß jede Brennkammer mit kammern (6) jeweil" mit i^urem Austrittsende an einer unter Feder- und/oder Fliehkraft am Ringgeden ZündsteHen (3) vorbeilaufen. häuse anliegenden Abdichtplatte versehen ist, daß

2. Brennkraftturbine nadi Anspruch 1, da- die vom drehbaren Teil der Verteilernabe kommendurch gekennzeichnet, daß der Rotor ein Innen- 35 den Versorgungsleitungen jeweils an der Stirnseite rotor (7) ist, dessen Zuleitungen (14) vom beweg- der innersten Reaktionskammer münden und daß die liehen Teil (15) der Verteilernabc (5) über Ver- Brennkammern jeweils mit ihrem Austriitsende an gaser oder Einspritzer zu den Brennkammern (6) den ZündsteHen vorbeilaufen.

führen (Fig. A). Zwar beschreibt bereits die USA.-Patentschrift

3. Brennkraftturbine nach Anspruch 1, da- 4° 3 145 533 eine Rückdruck-Brennkraftturbine mit in durch gekennzeichnet, daß der Rotor ein Außen- bezug auf ein Ringgehäuse rotierenden, am Rotorrotor ist, der das Ringgehäuse (1) radial über- umfang spitzwinklig bzw. annähernd tangential greift (Fig. B). mündender. Brennkammern, die abwechselnd gefüllt

4. Brennkraftturbine nach einem der An- sowie gezündet werden und deren Anzahl größer ist sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der 45 als die Zahl der Füll- und ZündsteHen. Diese Ma-Rotor (7 bzw. 8) mit einer koaxial zur Verteiler- schine ermöglicht jedoch weder eine Verbrennung nabe (5, 15) angeordneten Antriebswelle (9) des Treibstoffes im Freien noch eine vollständige verbunden ist (Fi g. C). Nachverbrennung. Die Brennkammern sind nicht

5. BrennkraftKirbine nach wenigstens einem stufenförmig abgesetzt, sondern im wesentlichen zyder Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 5o lindrisch gestaltet und mit einem konischen Überdaß mehrere Ringanordnungen gleicher und/oder gang zu einem Auspuffstutzen versehen, der in einem verschiedener Durchmesser und axialer Ausdeh- sehr kleinen Drchwinkel einer Reaktionsfläche eines nung ancinandergebaut sind. Auspuffrohres im Ringgehäuse gegenübersteht. Eine

Druckluftspülung der Brennkammern ist nicht vorge-

55 sehen. Der Rotor ist im wesentlichen als volle

Scheibe ausgebildet, also nicht als Laufring. Dies bedingt eine sehr schwere, materialaufwcndige und thermisch ungünstige Bauweise.

Demgegenüber gewährleistet die Erfindung, daß

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rück- 60 die Verbrennung des Treibstoffes in Frischluftumgs-

dreh-Brcnnkraftturbine mit einem Rotor, welcher als bung stattfindet, wobei der stufenförmig abgesetzte

Laufring ausgebildet, mit Zuleitungen für Druckluft Innenraum der Brennkammern als Explosionsbremse

und Treibstoff versehen sowie an einem mit dem wirkt und einen langen Flammenweg begünstigt,

feststehenden Teil einer Leitungs-Vcrteilcrnabc starr Die gesamte Außenfläche bewegt sich in der Kühl-

verbundencn Ringgehäuse gelagert ist und welcher 65 luft, so daß eine freie Nachverbrennung mit stets

am Rotorumfang verteilt angeordnete, annähernd ausreichender Frischluftzufuhr stattfindet und nur

tangential mündende Brennkammern aufweist, die giftfreie bzw. giftarme Abgase entstehen. Das offene

einen länglichen, eingeschnürten Innenraum mit Motorsyslem arbeitet mit kleistmöglicher Betriebs-