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Die
Erfindung betrifft ein pulsierendes Gasturbinentriebwerk, das eine
Reihe kreisförmig angeordneter Kanäle mit der
Möglichkeit einer Überdeckung seitens der Stirnseiten
durch eine spezielle Einrichtung aufweist, die periodisch oder stetig
an ein Brennstoff-, Luft- oder Brennstoff-Luft-Gemisch und an ein
Zünd- und Lenkungssystem anschließbar ist.
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Die
Erfindung kann auf dem Gebiet des Maschinenbaus, insbesondere für
Motoren verschiedener Bestimmung, eingesetzt werden.
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Es
ist ein kombiniertes detonierendes pulsierendes Gasturbinentriebwerk
bekannt, das einen Kompressor, eine zur Gasturbine ausgehende Verbrennungskammer,
einen dahinter in die Laufrichtung der Verbrennungsprodukte eingestellten
Saugmischer und ein zusätzliches pulsierendes Triebwerk zur
Schubverstärkung des kombi nierten Triebwerks aufweist [EWG-Patent
No.
EP 1 138 922 A1 Bekanntmachung
am 04.10.2001 Bulletin 2001/40].
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Der
Nachteil eines solchen Triebwerks ist eine Komplexität
der Konstruktion und eine niedrige Sicherheit und ein niedriger
Wirkungsgrad.
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Es
ist auch eine Gasturbinenbrennkammer bekannt, die aus einem Gehäuse
mit einem in ihm eingestellten Flammrohr in Form eines Drehschiebers
besteht und die mit einem Fenster zum Arbeitsstoffeintritt und -austritt
sowie einen Kanaleingabeteil und -ausgabeteil versehen ist. Die
Austrittskanalachse ist bezüglich eines Schieberdrehpunkts
verlagert, im Fenster ist eine Düse aufgestellt und im
Ausgabeteil ist noch ein Kanal angeordnet. [
RU 2196906 , 05.07.2000 Bek. Am 20.01.2003]
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Der
Nachteil einer solchen Konstruktion ist ein niedriger Wirkungsgrad
und ein komplizierter Vorgang bei der Brennstoffgemischverdichtung.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Vereinfachung der Konstruktion,
eine Erhöhung der Sicherheit und des Wirkungsgrads zu erreichen.
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Die
gestellte Aufgabe wir durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Diese
technische Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem
pulsierenden Gasturbinentriebwerk mit einer Reihe kreisförmig
verlagerter Kanäle mit der Möglichkeit einer Überdeckung
seitens der Stirnseiten durch eine spezielle Einrichtung, die Kanäle
periodisch oder stetig an ein Brennstoff-, Luft- oder Brennstoff-Luft-Gemisch
und ein Zünd-, Lenkungssystemen angeschlossen sind. Das
Triebwerk weist ein ventiliertes oder hermetisches Gehäuse auf,
in dem ein drehbarer Einbaublock mit mindestens zwei Kanälen
angeordnet ist, die eine röhrenartige Verbrennungskammer
darstellen, wobei die Kanäle axial oder radial, oder axial-radial,
oder radial-axial verlagert sind.
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Von
einer Seite stößt locker mindestens ein Leitapparat
als Scheibe in axialer Richtung und als Zylinder in radialer Richtung
an die Kanalstirnseiten mit düsenartigen Auslassöffnungen
an. Jeder Leitapparat hat mindestens drei Öffnungen, die
von einer Seite aus den Auslassöffnungen austreten. Von
der anderen Seite ist eine erste Öffnung in Drehrichtung des
Kanalblocks als Düse ausgebildet, die zu den Auslassöffnungen
hin verläuft. In der Drehrichtung des Kanalblocks ist dann
eine zweite Öffnung als erste Abzweigung und als Düse
ausgebildet, deren Achse von den Auslassöffnungen der Kanäle
ausgeht und entgegengesetzt zu ihrer Drehung gerichtet ist. Eine
dritte Öffnung in Drehrichtung des Kanalblocks ist als
zweite Abzweigung und auch als Düse ausgebildet, deren
Achse von den Auslassöffnungen der Kanäle und
entgegengesetzt zu ihrer Drehung gerichtet ist. Die Geometrie der
Düsen kann dabei zusammenlaufend, ausweitend und direkt
sein. Die Scheibe oder der Zylinder des Leitapparats ist so ausgeführt,
dass ein Öffnungszwischenraum in der Scheibe oder im Zylinder
während der Drehung des Kanalblocks die Auslassöffnung
eines Kanals völlig oder teilweise überdeckt,
wobei die erste Abzweigung des Leitapparats mit der ersten düsenförmigen Öffnung
des Leitapparats über eine Rohrleitung oder über
eine mit einem Reduzierventil ausgerüstete Rohrleitung
mit der zweiten Abzweigung in Form eines Ejektor verbunden ist.
Der Ejektor ist seinerseits mit einer Düse eine Zusatzgasturbine
oder eines Strahltriebwerks verbunden. Die Einlassöffnungen der
Kanäle der Verbrennungskammern sind periodisch z. B. durch
einen Stirnverteiler überdeckt, in dem Kraftstoffeinspritzdüsen,
Zündkerzen, Eintrittsöffnungen für Luft
oder Brennstoff-Luft-Gemisch, z. B. Detonationsinitiatoren, eingebaut
sind.
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Außerdem
bilden im Gasturbinentriebwerk die Einlassöffnungen von
einer Seite der Auslassöffnungen aus ein Flügelrad
einer Axial- oder Radialturbine deren Schaufeln entgegengesetzt
zu ihrer Drehung gerichtet sind.
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Die Öffnungen,
als zweite oder auch als erste Abzweigung im Leitapparat haben mindestens eine
Statorschaufel, die von der Seite der Auslassöffnungen
der Kanäle aus noch eine Auslassöffnung oder Düse
bildet.
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Der
Zwischenraum bei der Scheibe oder beim Zylinder im Leitapparat überdeckt
während der Drehung des Kanalblocks vor der zu den Auslassöffnungen
der Kanäle geführten Düse einige Auslassöffnungen
der Kanäle oder die Flügelradsdüsen.
Seitens der Einlassöffnungen der überdeckten Kanäle sind
dabei mindestens zwei Öffnungen zu einem Einlass aufgebaut,
wobei die erste Öffnung in Drehung des Kanalblocks eine
Reihe von Rückschlagventilen besitzt und mit der Atmosphäre
verbunden ist. Die zweite Öffnung ist an einem Lader oder
beispielsweise an einem Verdichter angeschlossen.
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Die
Auslassöffnungen der Kanäle der Verbrennungskammern
oder der Flügelradsdüsen besitzen eine durch noch
eine Schaufel gebildete Zusatzdüse, die an der Öffnungs-
oder Düsenkante in ihrer Drehrichtung ausgebildet ist.
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Im
Leitapparat sind in Drehrichtung des Kanalblocks erst die erste
Abzweigung, dann die zweite Abzweigung, die zu den Düsen
der Zusatzgasturbine oder des Strahltriebwerks führt und
dann eine Düse ausgeführt, die zur Seite der Auslassöffnungen
der Kanäle gerichtet und mit der ersten Abzweigung verbunden
ist.
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Die
um eine Welle ausgeführten Kanäle der Verbrennungskammer
sind unbeweglich und ein an ihnen locker anschließender
Leitapparat und beispielsweise ein Stirnverteiler ist mit der Möglichkeit einer
Drehung ausgeführt, wobei Kraftstoffeinspritzdüsen,
Zündkerzen und Detonationsinitiatoren direkt in die Kanäle
der Verbrennungskammern eingebaut sind.
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Eine
rohrförmige Verbrennungskammer besitzt die Möglichkeit
einer Eigenrotation und die Verbrennungskammer hat eine Auslassöffnung
in Form einer Düse, die tangential zur Drehachse angebaut ist.
Die Düse kann sich periodisch mit den Öffnungen des
Leitapparats vereinigen. Die erste Abzweigung und die auf die Düse
der Verbrennungskammer gelenkte Düse des Leitapparats sind über
einen zwischen ihnen gelagerten Pufferbehälter verbunden.
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Das
Gasturbinentriebwerk besitzt eine Verbrennungskammer oder einen
Block aus einer Reihe von drehbaren Verbrennungskammern, wobei der Leitapparat
mindestens vier Öffnungen hat. Die vierte Öffnung
ist nach der zweiten Abzweigung angeordnet und hat eine Einlassleitung
erst für Luft und dann für das Brennstoff-Luft-Gemisch
und läuft periodisch zu den Auslassöffnungen der
Kanäle der Verbrennungskammern hin, die gleichzeitig auch
Einlassöffnungen sind. Zündkerzen, Kraftstoffeinspritzdüsen und
z. B. Detonationsinitiatoren befinden sich direkt in der Verbrennungskammerwand
oder z. B. im Stirnverteiler.
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Die
Auslassöffnungen der Verbrennungskammern und z. B. der
Stirnverteiler sind mit einem Luftsammler verbunden, der zu den
radialen schaufelförmigen Abschnitten der Verbrennungskammern führt.
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Die
Außenwände der rohrförmigen Kanäle besitzen
Lüfterschaufeln.
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Die
Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 in
Vorderansicht und ein Schnitt eines pulsierenden Gasturbinentriebwerks
mit drehbaren axialen Kanälen von Verbrennungskammern,
deren Düsen ein Radial-Flügelrad bilden,
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2 als
ausführliches Schema in Seitensicht und ein Schnitt eines
pulsierenden Gasturbinentriebwerks mit den drehbaren axialen Kanälen von
Verbrennungskammern,
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3 als
ausführliches Schema in Seitensicht und ein Schnitt eines
pulsierenden Gasturbinentriebwerks mit einem unbeweglichen Block
von axialen Kanälen von Verbrennungskammer und
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4 ein
pulsierendes Gasturbinentriebwerk mit einer Einzelverbrennungskammer,
mit einem Luftsammler und mit einer vierten Einlassöffnung
im Leitapparat.
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Das
pulsierende Gasturbinentriebwerk besitzt ein ventiliertes oder hermetisches
Gehäuse 1, ein in ihm angeordneten Kanalblock 2 von
Verbrennungskammern 3 mit Einlassöffnungen 4 und
Auslassöffnungen 5, gebildet z. B. durch ein Flügelrad 6 mit Düsen 7,
wie 1 und 2 zeigen.
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Außerdem
besitzt es einen Leitapparat 8 mit einer Öffnung
in Form einer Düse 9, die zu den Auslassöffnungen 5 der
Kanäle hin verläuft, eine Öffnung als
eine erste Abzweigung 10 und eine zweite Abzweigung 11,
Verbindungsleitungen 12, einen Ejektor 13, einen
Stirnverteiler 14, Kraftstoffeinspritzdüsen 15,
Zündkerzen 16, eine Eintrittsöffnung
für Luft, eine Eintrittsöffnung 17 für
ein Brennstoff-Luft-Gemisch, Rückschlagventile 19,
Schaufeln 20 des Flügelrads 6, ein Reduzierventil 21,
eine Düse 22 einer Einzelverbrennungskammer 3 und
einen Luftsammler 23, eine vierte Auslassöffnung 24 des
Leitapparats 8 und Leitschaufeln 25.
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Das
pulsierende Gasturbinentriebwerk arbeitet auf folgende Weise:
Bei
der Drehung des Kanalblocks 2, z. B. mittels eines Starters,
tritt in eine der Verbrennungskammern 3 Luft ein, dann
wird Treibstoff aus den Spritzdüsen 15 eingespritzt.
Das dabei gebildete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird durch eine Zündkerze 16 entzündet.
Die Verbrennungsprodukte verbreitern sich und strömen zu
den Auslassöffnungen 5 oder zu den Düsen 7 des
Flügelrads 6 hin, treiben hier auseinander und
drehen das Flügelrad 6. Über die erste
Abzweigung 10, den Leitapparat 8 und die Verbindungsleitung 12 treten
sie in die Düse 9 des Leitapparats 8 ein
wo sie wieder auseinander treiben und in die Auslassöffnungen 5 oder
auf die Schaufeln 20 des Flügelrads 6 treten
und dieses drehen lassen. Dann treten sie in die nachfolgende Verbrennungskammer 3 unter
Verdichtung der hier befindenden Luft oder des Brennstoff-Luft-Gemisches
ein. Während der weiteren Drehung des Kanalblocks 2 vereinigt
sich die Einlassöffnung 4 dieser Verbrennungskammer 3 mit
den Spritzdüsen 15 in dem Verteiler 14 und
in die Verbrennungskammer 3 tritt Treibstoff ein, der sich
an der hohen Temperatur der verdichteten Luft oder durch eine Zündkerze 16 entzündet,
Verbrennungsprodukte verbreiten sich und der Zyklus wiederholt sich.
Durch den Verteiler 14 kann in die Verbrennungskammern 3 zuerst
Luft und dann gasförmiger Brennstoff oder Brennstoff-Luft-Gemisch
eintreten. Mittels des Verteilers 14 kann die Luft zuerst
durch die Eintrittsöffnung 17 in die Verbrennungskammern 3 mit
einer Verdünnung in der Verbrennungskammer 3 eintreten.
Die Verdünnung wird durch Rückschlagventile 19 in
der Eintrittsöffnung 17 des Verteilers 14 erzeugt.
Danach wird in die Verbrennungskammer 3 Druckluft (oder
Brennstoff-Luft-Gemisch) über einen Verdichter mittels
einer Öffnung 18 getrieben, wodurch in der Verbrennungskammer 3 ein
Vordruck entsteht. Dabei steigt der Füllungsgrad der Verbrennungskammer 3 mit
frischem Gemisch an. Bei Detonationstriebwerken in den Verbrennungskammern 3 ist
ein Klopfbrennen wegen der hohen Temperaturen und des Verdichtungsdrucks
möglich. Dies kann z. B. durch das Reduzierventil 21 und
einen speziellen Detonationsinitiator reguliert werden.
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Die
erste und die zweite düsenförmige Abzweigung,
deren Achsen den Auslassöffnungen der Kanäle 2 entgegengesetzt
zu ihrer Drehung gerichtet sind, bilden ein zusätzliches
Drehmoment des Kanalblocks 2. Wenn der Kanalblock 2 unbeweglich
ist und der Leitapparat 8 und beispielsweise ein Stirnverteiler 14 mit
der Möglichkeit einer Drehung ausgeführt sind,
so lässt die Strahlrückwirkung in den Düsen
des Leitapparats 8 und des Flügelrads 6 diese
drehen. Falls ein Gasturbinentriebwerk nur eine Verbrennungskammer 3 hat,
wird Luft- oder Brennstoff-Luft-Gemisch-Druck durch einen Luftsammler 23 geleitet,
der sich während der Drehung der Verbrennungskammer 3 periodisch
mit einer Düse 22 vereinigt und während
des Arbeitstaktes einen Teil der in sie aus der Düse 22 eintretenden
Verbrennungsprodukte sammelt und während des Verdichtungstaktes
einen Teil der Verbrennungsprodukte in die Verbrennungskammer 3 abgibt.
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Hat
der Leitapparat 8 mehr als drei, z. B. vier Öffnungen,
dient die vierte Öffnung 24 für den Einlauf der
Luft oder der Brennstoff-Luft-Gemisches in die Verbrennungskammer 3.
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Die
zusätzliche Leitschaufel in der ersten und in der zweiten
Abzweigung 10 und 11 des Leitapparats 8 (und
auch im Zwischenschaufelraum des Flügelrads) wird für
die Zuordnung des Stroms der ausdehnenden Verbrennungsprodukte,
für die Verstärkung des Ausstoßes der
Verbrennungsprodukte und der Spülluft aus der Verbrennungskammer 3 und auch
für die Kraftübertragung des Strahls auf das Flügelrad 6 bestimmt.
Falls das Gehäuse 1 hermetisch ist, entsteht hier
ein Hochdruck durch Überströmungen in den Spielen
zwischen dem Kanalblock 2, der Verbrennungskammer 3 und
dem Leitapparat 8. Die Verbrennungsprodukte werden z. B. über
die Spiele zwischen dem Kanalblock 2 und dem Stirnverteiler 14 bei
einem Verdünnungsmoment in der Verbrennungskammer 3 ausgetrieben.
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Nach
einer zweiten Variante (4) arbeitet das Gasturbinentriebwerk
auf früher beschriebene Weise und unterscheidet sich nur
dadurch, dass die Verbrennungsprodukte in radialer Richtung verlaufen.
Das bedingt ein höheres Drehmoment, eine bessere Belüftung
der Verbrennungskammern 3 durch das als Verdichter arbeitende
radiale Flügelrad 6 während der Spülung.
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Zwecks
der Kompaktheit des Gasturbinentriebwerks können die Verbrennungskammern
entgegengesetzt zum Lufteinlauf (auf den Zeichnungen nicht gezeichnet)
ausgebildet werden und über den Stirnverteiler 14 auf
den zum Ventilator gerichteten Luftsammler 23 hinausgehen.
Der Ventilator ist mittels radialer Rohre von den Verbrennungskammern 3 mit
auf diesen Rohren befestigten Schaufeln gebildet, die die Luft in
den Luftsammler 23 und auch z. B. den ventilierten Innenraum
des Gehäuses 1 fördern. Infolge der niedrigeren
Drehgeschwindigkeit kann der Kanalblock 2 der Verbrennungskammern 3 über auf
den Wänden der Verbrennungskammern 3 befestigte
Flügel z. B. eines Ventilators, z. B. bei den Luftstrahltriebwerken,
verfügen.
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Diese
Erfindung gestattet, leistungsfähige, kompakte und betriebssichere
Kraftfahrzeug- und Flugzeugtriebwerke mit der Anwendung vom Klopfbrennen,
mit einem hohen Wirkungsgrad und mit hoher spezifischer Leistung
aufzubauen.
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Zusammenfassung
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Die
Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk, das eine Reihe kreisförmig
angeordneter Kanäle mit der Möglichkeit einer Überdeckung
seitens der Stirnseiten durch eine spezielle Einrichtung aufweist,
die periodisch oder stetig an ein Brennstoff-, Luft- oder Brennstoff-Luft-Gemisch
und an ein Zünd- und Lenkungssystem anschließbar
ist. Damit die Konstruktion vereinfacht und der Wirkungsgrad und die
Sicherheit des Gasturbinentriebwerks erhöht wird, sieht
die Erfindung vor, dass es ein ventiliertes oder hermetisches Gehäuse
aufweist, in dem ein drehbarer Kanalblock mit mindestens zwei Kanälen angeordnet
ist, die röhrenartige Verbrennungskammern darstellen, dass
die Kanäle axial oder radial oder axial-radial oder radial-axial
angeordnet sind, dass von einer Seite mindestens ein Leitapparat
als Scheibe in axialer Richtung und als Zylinder in radialer Richtung
locker an die Kanalstirnseiten mit düsenartigen Auslassöffnungen
stößt, dass jeder Leitapparat mindestens drei Öffnungen
aufweist, die von einer Seite aus zu den Auslassöffnungen
ein auslaufen, dass von der anderen Seite die erste Öffnung
in Drehrichtung des Kanalblocks als eine Düse ausgebildet
ist, die zu den Auslassöffnungen hin gerichtet ist, dass
in Drehrichtung des Kanalblocks die zweite Öffnung als
erste Abzweigung und als Düse ausgebildet ist, deren Achse
von den Auslassöffnungen des Kanalblocks und entgegengesetzt
zu ihrer Drehung gerichtet ist, dass die dritte Öffnung
in Drehrichtung des Kanalblocks als zweite Abzweigung auch als Düse
ausgebildet ist, deren Achse zu den Auslassöffnungen des
Kanalblocks und entgegengesetzt zu ihrer Drehung gerichtet ist,
dass die Geometrie der Düsen dabei zusammenlaufend, ausweitend
und direkt so ausgebildet sind, dass ein Öffnungszwischenraum
in der Scheibe oder dem Zylinder während der Drehung des
Kanalblocks die Auslassöffnung eines Kanals völlig
oder teilweise überdeckt, dass dabei die erste Abzweigung
des Leitapparats mit der ersten düsenförmigen Öffnung
des Leitapparats über eine Rohrleitung oder über
eine mit einem Reduzierventil ausgerüstete Rohrleitung
mit der zweiten Abzweigung in Form eines Ejektors verbunden ist,
dass der Ejektor seinerseits mit einer Düse einer Zusatzturbine
oder eines Strahltriebwerks verbunden ist und dass die Einlassöffnungen
der Kanäle der Verbrennungskammern periodisch, z. B. durch
einen Stirnverteiler, überdeckt sind, in den Kraftstoffeinspritzdüsen,
Zündkerzen, Eintrittsöffnungen für Luft-
oder Brennstoff-Luftgemisch, z. B. Detonationsinitiatoren, eingebaut
sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1138922
A1 [0003]
- - RU 2196906 [0005]