DE2628326A1 - Antriebsmaschine, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Cn sο 11ΠΟ1

UG Ger.No. 5397M

(1?44/06a)

Antriebsmaschine, insbesondere für Kra ft fahrζ e Ug e

¹ Die Erfindung betrifft eine Antriebsmaschine, insbesondere für j j . ι

' Kraftfahrzeuge wie Ackerschlepper in Form einer einwelligen Gas-! ! turbine, bei der entlang einer zentralen Achse axial hintereinander ein Verdichter, vorzugsweise ein einstufiger Radialverdich-
! ter mit radialer Abströmung und eine mit diesem, insbesondere
! direkt, gekuppelte, radial von außen angeströmte Turbinenstufen ■

I I

ι mit axialer Abströmung angeordnet sind.

j Es sind Turbinen-Antriebsmaschinen für kleinere Leistungen zum , ^; Einsatz.bei Antrieb von Pumpen, Kraftfahrzeugen oder dergl. bei karint (vergl. kanadische Patentschriften 506 159, 506 105, ι j 548 809). Bei diesen sind mehrstufige Verdichter- und/oder mehr-j ! stufige Turbinen vorgesehen. In einem Falle ist ein Rekuperator , ' unmittelbar axial hinter der Turbine angeordnet, wobei die re- j lativ kühlen Hochdruckgase den Rekuperator radial von außen nach , innen durchströmen, während die relativ heißen Niederdruckgaso
^: in radialer Gegenströmung durch einen anderen Abschnitt deö
; Rekuperators fließen, der gegenüber dem ersten Abschnitt axial
nach rückwärts versetzt ist. Der Wärmetausch erfolgt unter Verwendung einer Flüssigkeit, z.B. eines flüssigen Metalls, das
durch den Rekuperator zirkuliert wird.

! Diese bekannten Maschinen sind relativ aufwendig und nehmen bei j

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geringem Wirkungsgrad sehr viel Raum ein, so daß sie sich wenig
f
■ für den Einbau in Kraftfahrzeuge, insbesondere in den Rahmen

herkömmlicher Ackerschlepper eignen. Außerdem ergeben sich ret lativ komplizierte Strömungswege mit hohem 3 tröniungiiwiderstand

¹ und relativ starken Wärmeverlusten.

! Es ist Aufgabe diese Nachteile zu vermeiden, und eino Antriebs- ; . maschine der näher bezeichneten Art zu schaffen, die bei beconj ders einfachem und übersichtlichem Aufbau kurze und gerade Gtrö-^! ; mungswege für die verschiedenen Gase bietet und bei sehr geringen j Abmessungen einen hohen Wirkungsgrad zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Wärme-

j tauscher etwa in axialer Fluchtung mit dem Verdichter in der Wei-, se strömungsmäß mit dem Verdichter verbunden ist, daß die durch j j den Verdichter komprimierten Gase durch einen Abschnitt des War- ·

' i

l metauschers in einer ersten Richtung und die Abgase der Turbine _;

t * i

] durch einen zweiten Abschnitt des Wärmetauschers in der entgegen-

gesetzten Richtung strömen, wobei die komprimierten Gase vorzugs_T weise in der allgemeinen axialen Durchströmrichtung der Turbine
^: den Wärmetauscher durchströmen. .Es hat sich dabei als zweckmäßigl erwiesen, wenn in axialer Fluchtung mit dem Austritt der Turbi- i nenstufe ein Abgasdiffusor so angeordnet ist,, daß der stromab- ^:

: wärts angeordnete Wärmetauscher von den aus dem Diffusor austre- ι

' ■ t

^; tenden Abgasen in einer der allgemeinen axialen Durchströmrich- '

; tung der Turbine entgegengesetzten Richtung durchströmbar ist.

i - - ι

Eine besonders einfache und raumsparende Anordnung ergibt sich, ,

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wenn der Wärmetauscher als ringförmiger Regenerator ausgebildet
ist. Er kann dabei als drehbarer Regenerator annähernd koaxial '
mit der zentralen Achse und zwar auf der dem Verdichter abgewandten Seite der Turbinenstufe angeordnet soin.

J Die Anordnung eignet sich besonders für eine einwellige Qastur- j

· j

'. bine. Hierbei handelt es sich um eine Turbine, bei der die Tur-

< binenstufe auf einer Wolle montiert ist und den Verdichter vor-

■

zugsweise direkt und mit gleicher Drehzahl antreibt. Hierbei ! kommt es wesentlich auf die Führung der Strömung der Gase an, um! Strömungsverluste und Wärmeverluste zu vermeiden. Mit der neuen j Anordnung werden diesbezüglich besonders optimale Verhältnisse
erzielt, wobei insbesondere die Abmessungen außerordentlich ge- · ring sind, so daß sich die Antriebsmaschine zum Einbau in das j normale Chassis von Fahrzeugen, insbesondere von Ackerschleppern!

eignet. i

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Die Erfindung wird"nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht von der rechten Seite her einer Einwelien-Gasturbinenmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Antriebsmaschine nach Fig. 1, wobei der Schnitt im wesentlichen entlang einer senkrechten Ebene durch die zentrale Achse gelegt ist, während einzelne Abschnitte in die Zeichenebene zur Verdeutlichung gedreht sind,

Fig. 3 eine rückwärtige Stirnansicht des Grundkörpers des Gehäuses der Maschine nach Fig. 1,

Fig. ¹I einen Schnitt durch die Maschine nach Fig. 1 mit Schnitt entlang der Schnittlinie ¹I-M der Fig. 2,

Fig. 5 eine vordere S^irnansicht des Hauptkörpers des Gehäuses der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 6 eine rückwärtige Ansicht des Lufteinlaßgehäuses der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 7 eine Draufsicht, teilweise weggebrochen, eines unter hohem Druck arbeitenden Diffusors, der bei der Maschine nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. 8 einen Schnitt durch den Diffusor nach Fig. 7, wobei der Schnitt entlang der Schnittlinie 8-8 gelegt ist,

Fig. 9 eine rückwärtige Stirnansicht eines zur Abstützung der Lager dienenden Gehäuses der Maschine nach Fig. 1,

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Fig. 10 einen Schnitt durch das Gehäuse nach Fig. 9, wobei der Schnitt entlang der Schnittlinie 10-10 gelegt ist,

Fig. 11 eine vordere Stirnansicht des Lagergehäuses nach Fig. 9,

Fig. 12 eine rückwärtige Stirnansicht eines Regeneratorgehäuses der Maschine nach Fig. 1,

Fig. 13 eine rückwärtige Stirnansicht eines RegeneratordeckeIs, der bei der Maschine nach Fig. 1 verwendet wird,

Fig. Ik einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Gasturbinenantriebsmaschine gemäß der Erfindung, wobei der Schnitt entlang einer senkrechten Ebene durch die zentrale Achse gelegt ist, und

Fig. 15 einen Schnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Gasturbinenantriebsmaschine nach der Erfindung, wobei der Schnitt ebenfalls im wesentlichen entlang einer senkrechten Ebene durch die zentrale Achse geführt ist.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist die Einwellen-Gasturbinenantriebsmaschine 10 gemäß der Erfindung im wesentlichen konzentrisch um eine zentrale Achse 12 angeordnet. Die Maschine 10 entwickelt annähernd 250 PS und ist dazu bestimmt, auf dem Rahmen von 22 Zoll Breite eines üblichen landwirtschaftlichen Ackerschleppers montiert zu werden. Ein Getriebekasten Ik ist am rückwärtigen Ende der Maschine 10 angeordnet und trägt zusätzliche Einrichtungen, wie einen elektrischen Startmotor 16, einen ölfilter 18 und ein übliches Kraftstoffsteuersystem 20. Das vordere Ende des Getriebskastens Ik ist mit dem rückwärtigen Ende

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des Hauptkörpers des Gehäuses 22 verbunden, der dreieckförmige Lufteinlaßöffnungen 24 aufweist. Ein Spiralgehäuse 26 und eine Brennkammer 28 sind am vorderen Ende des Hauptkörpers des Gehäuses 22 angeordnet. Die Brennkammer 28 ist innerhalb eines Behälters 29 (vgl. Fig. 3) auf der rechten Seite außen an der Maschine angeordnet, und zwar allgemein an der zylindrischen Umfangsfläche des Hauptgehäuses 22. Ein Regeneratorgehäuse 32, das einen aus keramischen Scheiben zusammengesetzten Regenerator 34 konzentrisch um die zentrale Achse 12 unterstützt, weist ein allgemein zylindrisches Äußeres auf, das im wesentlichen an das vordere Ende des Hauptgehäuses 22 angepaßt ist. Ein Regeneratordeckel 36 paßt auf das vordere Ende des Regeneratorgehäuses 32, um das vordere Ende der Maschine abzuschließen und einen Auslaß 38 für die Verbrennungsgase zu bilden.

Das Atmosphärengas gelangt in die Maschine 10 durch die Lufteinlaßöffnungen 24 und fließt dann durch einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Einlaßkanal 40 in ein Einlaßgehäuse 42, wobei die Luftleitbleche oder -leitschaufeln 44 passiert werden, die den Gasen eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente geben. Die auf diese Weise gerichteten Gase gelangen zu einer Verdichtereinrichtung 46. Die verdichteten Gase verlassen die Verdichtereinrichtung 46 mit einer radial nach außen und tangential gerichteten Geschwindigkeitskomponente, welche in einem dem Hochdruckverdichter zugeordneten Diffusor 48 bezüglich ihrer kinetischen Energie in einen statischen Druck umgewandelt werden. Nachdem die

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verdichteten Gase den Verdichterdiffusor 48 in allgemein radialer Richtung verlassen haben, werden sie in axialer Richtung nach vorn geleitet und in einem Sammelraum 50 gesammelt, der sich um die Maschine 10 zwischen der Verdichtereinrichtung 46 und einer Turbineneinrichtung 52 erstreckt. Der Sammelraum 50 wird zwischen einer äußeren zylindrischen Umfangswand 5¹I des Hauptgehäuses 22 und einer inneren Wand 56 des Hauptgehäuses 22 begrenzt, welche sich axial nach vorn entlang dem unteren Bereich der Maschine 10 erstreckt, um einen Hochdruckkanal 58 zwischen der zylindrischen Außenwand 54 und dem sich axial nach vorn erstreckenden Abschnitt der inneren Wand 56 zu begrenzen. Jenseits des Hauptgehäuses 22 setzt sich der Hochdruckkanal 58 axial nach vorn entlang dem unteren Bereich der Maschine 10 fort. In diesem Bereich wird der Kanal zwischen eitter äußeren zylindrischen Wand 60 des Regeneratorgehäuses 32, welche an die äußere Wand 54 angepaßt ist, und einer Trennwand 62 des Regeneratorgehäuses 32 begrenzt, die sich entlang dem unteren Abschnitt der Maschine 10 im radialen Abstand von der äußeren Wand 60 zwischen dem Regenerator 34 und der Innenwand 56 erstreckt.

Die untere Hälfte 64 des Regeneratordeckels 36, die allgemein der halb zylindrischen Form der unteren Hälfte des Regenerators 34 entspricht, liegt an einer D-förmigen Abdichtung 66 an, die sich horizontal quer über die Stirnseite des Regenerators 34 unmittelbar unterhalb des Nabenabschnittes 68 sowie in Umfangsrichtung über die obere Hälfte des Regenerators 34 auf der vorderen Stirn-

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seite erstreckt. Ein nach rückwärts vorspringender Flansch 70 erstreckt sich um den Umfang des Regenerators 3¹J und ist an den Verlauf der zylindrischen Außenwand 60 angepaßt und liefert eine Verbindung zwischen dem Hochdruckkanal 58 und der vorderen ebenen Fläche der unteren Hälfte des Regenerators 34. Auf der Rückseite des Regenerators 3¹* ist eine 0-förmige Dichtung 72 angeordnet, welche einen horizontal verlaufenden Querabschnitt aufweist, der sich gegenüber dem Querabschnitt der D-förmigen Dichtung 66 erstreckt. Die 0-förmige Dichtung 72 weist außerdem einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abdichtungsabschnitt auf, der um den gesamten Umfang des Regenerators 3¹J verläuft, und zwar auf dessen Rückseite. Die Dichtungen 66 urid 72 dienen "dazu, den Scheibenregenerator 3¹* unter Druck zu halten, indem der übergang der Hochdruckgase zu dem abgedichteten äußeren zylindrischen Umfang 7^ und dem unteren Abschnitt des Regenerators 3^ eingeschränkt wird. Die Hochdruckgase können axial nach rückwärts durch die untere Hälfte des Regenerators strömen und Wärme aufnehmen, die von den Abgasen auf den Regenerator übertragen worden sind. Die auf diese Weise erhitzten Gase werden dann durch eine innere Wand 76 zu der Brennkammer 28 geleitet. Die innere Wand erstreckt sich entlang dem horizontalen Querabschnitt der Dichtung 72, um an der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Trennwand anzugreifen und somit einen Kanal 78 für heiße und unter hohem Druck stehende Gase zu bilden, durch die diese Gase axial nach rückwärts entlang dem unteren Umfang der Maschine 10 geleitet werden, und zwar zwischen dem Hochdruckkanal 58 und einer Auslaß-

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kammer 80 für Abgase.

Eine GassammeIkammer 82 nimmt die erhitzten und unter hohem Druck stehenden Gase von dem Kanal 78 auf und verteilt diese um den Umfang der Turbineneinrichtung 52. Die Brennkammer 28 ist tangential in bezug auf das Spiralgehäuse 26 angeordnet und nimmt die erhitzten und unter hohem Druck stehenden Gase von der Kammer 82 zusammen mit Kraftstoff von dem Kraftstoffsteuersystem 20 auf. Die Brennkammer 28 erhitzt die Gase bevor diese um die Turbineneinrichtung 52 durch das Spiralgehäuse 26 verteilt werden und bevor die Gase, radial nach innen an Düsenschaufeln QH vorbeigeleitet werden, von denen aus die Gase auf die Turbineneinrichtung 52 mit vorbestimmter Drallgeschwindigkeit auftreffen. Nach Verlassen der Turbineneinrichtung 52 in axial nach vorn weisender Richtung gelangen die Abgase durch einen radial orientierten Abgasdiffuser 86, der einen Teil der kinetischen Energie der Abgase wiedergewinnt, um die Ausgangsseite der Turbineneinrichtung 52 unter dem Druck in der Austrittskammer 80 zu halten. Wenn die Abgase den radialen Diffuser 86 verlassen, werden sie in der Abgaskammer 80 gesammelt, die zwischen dem oberen Abschnitt der äußeren Umfangswand 60 und der Innenwand 76 begrenzt wird. Von der Abgaskammer 80 gelangen die Abgase axial nach vorn durch die obere Hälfte des Regenerators 3^, um diesen aufzuheizen, worauf sie durch den Abgasauslaß 38 zur Atmosphäre hin abgeführt werden.

Eine anfängliche Geschwindigkeitsreduzierung wird durch ein

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Planetenradgetriebe 90 erreicht, das innerhalb des Getriebekastens I¹J angeordnet ist. Dieses umfaßt ein Sonnenrad 92, das drei in gleichen Umfangs ab ständen angeordnete Planetenräder 9¹I antreibt, von denen nur ein Planetenrad 9*1 in Fig. 2 gezeigt ist. Die drei Planetenräder 94 treiben ihrerseits einen Zahnring 96 an, der über die genutete Welle 98 eine Abtriebskraft liefert. Das Planetenradsystem 90 liefert eine Geschwindigkeitsreduzierung von annähernd 69.000 U/Min, auf 11.000 U/Min, am Zahnring 96 und der Welle 98.

Ein zusätzliches Getriebe 102 ist antriebsmäßig an den Zahnring 96 angekoppelt und überträgt das Drehmoment durch ein Reduziergetriebepaar 10*1 auf ein Antriebsgetriebe IO6 für eine Hauptstromölpumpe IO8 und die Kraftstoffsteuereinrichtung 20. Das Kraftstoffsteuersystem 20 kann in üblicher Weise ausgebildet sein und steuert die Maschinengeschwindigkeit von einer Welle 110 aus, die durch das Antriebsrad IO6 der ölpumpe angetrieben wird, um die Zuführung von Kraftstoff zu der Brennkammer 28 in Abhängigkeit von der Maschinengeschwindigkeit, der Temperatur der Abgase und äußeren Steuersignalen zu überwachen. Ein zweites Reduziergetriebepaar 112 kuppelt das zusätzliche Getrieberad 102 an ein Antriebsrad 11*1 des üblichen elektrischen Startermotors l6.

Die ölpumpe IO8 speist ein mit positivem Druck arbeitendes Schmiersystem mit öl, das in einem Sumpf II6 gesammelt wird. In dem Hauptrotorbereich II8 der Maschine werden relativ hohe Tempera-

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türen angetroffen. Es ist daher wünschenswert, ein synthetisches Schmieröl zu verwenden, obwohl auch andere Schmierstoffe zugelassen sein können. Das unter hohem Druck stehende Schmiermittel wird nach Verlassen der Auslaßöffnung 119 der ölpumpe 108 durch ein Röhrchen 122 (von dem ein zentraler Abschnitt zur Verdeutlichung weggelassen ist) zu dem geschlossenen Ende einer Bohrung 128 geleitet, die eine Welle des Reduziergetriebepaares 104 aufnimmt. Das Schmiermittel, das zwischen der Bohrung und der Welle entweicht, gelangt unter Schwerkraft wieder zu dem Sumpf 116. Der größere Anteil des Schmiermittels gelangt weiter durch Röhrchen 124 zu Lagern 126, welche den Zahnring 96 unterstützen. Außerdem wird unter Druck stehendes Schmiermittel durch Röhrchen 128 zu dem geschlossenen Ende einer Bohrung 130 geleitet, die eine Welle des zweiten Reduziergetriebepaares 112 zur Schmierung der Welle aufnimmt. Ein Röhrchen 132 leitet überschüssiges öl aus der Bohrung 130 zu einem ölfilter l8, der das öl durch einen Auslaß 134 an den ölsumpf II6 durch Schwerkraft zurückleitet. Das Röhrchen 132 leitet auch unter hohem Druck stehendes öl zu dem Röhrchen 136, das seinerseits eine Schmierverbindung mit den Stützlagern 138 für das Antriebsrad 114 des Startermotors liefert. Innen angeordnete ölkanäle (die nicht gezeigt sind) lassen das öl von den Lagern I38 des Startermotors zu einem ölröhrchen 140 gelangen, das das öl einer Stützlagereinrichtung 142 für eine Innenwelle zuleitet.

Ein Teil des Schmiermittels, das zu den Lagern 126 des Zahnringes

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geleitet wird, gelangt durch sich radial erstreckende Bohrungen 146 in die zentrale Nabe des Zehnringes 96 zu einer zentralen
axialen Bohrung 147 im Zahnring oder Zahnkranz 96. Diese Bohrung liefert eine Verbindung zwischen den radialen Bohrungen 146 und einer zentralen Bohrung 148 in der Innenwelle 144. Zwischen der Innenwelle 144 und dem Zahnkranz 96 ist ein Spiel vorgesehen, so daß das Schmiermittel die Lagerflächen zwischen diesen beiden
Elementen erreicht, welche mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in gegenläufigen Richtungen rotieren. Das öl gelangt durch die
zentrale Bohrung 148 zu einer zentralen Bohrung I50 einer Hauptrotorwelle 152, die durch eine flexible Nut /Feder-Verbindung mit der Innenwelle 144 gekuppelt und um die zentrale Achse 12 rotierbar montiert ist. Die Hauptrotorwelle 152 unterstützt die Verdichtereinrichtung 46 und die Turbineneinrichtung 52 freitragend jeweils auf einer Seite des Lagers I56 für die Hauptrotorwelle. Radial verlaufende Bohrungen l4l in der Hauptrotorwelle 152 leiten das Schmiermittel von der zentralen Bohrung 15O in das Hauptlager I56. Nach Passieren des Hauptlagers sammelt sich das öl im Sumpfbereich 16O unterhalb des Hauptlagers I56 und gelangt durch Innenbohrungen (die nicht gezeigt sind) in einem Hochdruckdiffusor 58 zu einem Kanal 162, der das Schmiermittel zum ölsumpf II6 zurückleitet. Wenn das Schmiermittel den Diffusor 48 passiert,
wird Hitze von dem Diffusor 48 auf das öl übertragen, so daß ein außenliegendes Röhrchen zur Verbindung des Sumpfes I60 mit dem
Sumpf 116 statt Kanälen durch den Diffusor 48 bevorzugt werden
sollte. In einem vollständig getrennten Schmiermittelkühlsystem

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(nicht gezeigt) wird das Schmiermittel durch eine außenliegende ölpumpe vom Sumpf 116 durch einen ölkühler und zurück zum Sumpf 116 gepumpt. Dieser ölkühlkreis kann in üblicher Weise ausgebildet sein und ist nicht Teil dieser Erfindung. Er dient lediglich dazu, das öl auf einer tolerierbaren Temperatur zu halten.

Aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeiten der Innenwelle lhh und der Hauptrotorwelle 152 wird dem Schmiermittel eine sehr hohe kinetische Energie erteilt, wenn es durch die zentralen Bohrungen 1^8 und 150 strömt. Diese hohe kinetische Energie führt zu ölströmungsgeschwindigkeiten, die nur schwierig zu kontrollieren sind. Äußere ölverbindungen zu den Stützlagern 1Ί2 für die Innenwelle und den Stützlagern I56 für die Hauptwelle sind daher an-, stelle von ölkanälen durch die Wellenbohrungen 1*18,150 anzustreben.

Zusätzlich zu dem Getriebekasten I^ sind die hauptstrukturellen und Stützmerkmale sowie die Form der Maschine 10 bestimmt durch fünf Gehäuseteile, von denen ein jeder ein einstückiges Element ist. Ein Hauptgehäuseteil 22, der in Einzelheiten in den Fig. 3, ¹J und 5 gezeigt ist, bestimmt den äußeren Mantel der Maschine im Bereich der Verdichtereinrichtung k6 und der Turbineneinrichtung 52. Unmittelbar vor den dreieckförmigen Lufteinlaßöffnungen 24 weist das Hauptgehäuse 22 eine äußere zylindrische Wand 5h und eine Innenwand 56 auf, zwischen denen sich in Vorwärtsrichtung ein Kanal 58 erstreckt, der das unter hohem Druck stehende Arbeitsgas

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von dem Hochdruckdiffusor 48 zum Generator 34 leitet. Der Raum zwischen der Verdichtereinrichtung 46 und der Turbinenrotoreinrichtung 52 wird dazu benutzt, um eine Sammelkammer 50 zu begrenzen, in der Hochdruckgase von dem Hochdruckdiffusor 48 vom gesamten Umfang der Maschine gesammelt und dem unteren Bereich der Maschine 10 zugeleitet werden, wo die Gase axial durch den Kanal 58 nach vorn geleitet werden können. Diese Anordnung vermindert die Verluste, indem eine großvolumige Kammer I60 geschaffen wird, welche es gestattet, daß die Gase in Umfangsrichtung mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten und Verlusten bewegt werden, während die Anordnung des Kanals 58, der sich nach vorn in axialer Richtung zwischen der äußeren Wand 54 und der inneren Wand 56 erstreckt, einen großvolumigen Durchgang in Richtung auf den Regenerator 3^ ermöglicht, ohne daß dadurch nennenswert die Maschinenbreite vergrößert wird.

Das Hauptgehäuse 22 endet am rückwärtigen Ende in einen radialgerichteten Umfangsflansch 164, der mittels Bolzen an einem sich ebenfalls radial erstreckenden Umfangsflansch I66 des Einlaßgehäuses 42 zwecks Anschluß an den Getriebekasten 1*4 verbunden ist.

Das Lufteinlaßgitter I68 erstreckt sich axial nach vorn von dem rückwärtigen Flansch 164 entlang eines allgemein zylindrischen Umfanges und liegt an der zylindrischen-Außenwand 54 ^an· Zwischen dieser äußeren Wand 54 und der Innenwand 56 ist ein Kanal 170 ge-

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bildet, der sich über den ganzen Umfang des Hochdruckdiffusors HS erstreckt. Der Kanal oder Durchgang 170 nimmt die verdichteten Gase in radialer Strömungsrichtung auf und lenkt die Gase axial nach vorn in Richtung auf die Sammelkammer 50 um, die als Verteiler dient, um die Gase dem unteren Bereich des Hauptgehäuses 22 zuzuführen. Hier werden die Gase in axialer Richtung auf den Regenerator ~$k durch den Hochdruckkanal 58 geleitet. Für die Kammer 50 ist vorteilhafterweise der zur Verfügung stehende Raum zwischen der Verdichtereinrichtung H6 und der Turbineneinrichtung 52 ausgenutzt, um das in Umfangsrichtung verlaufende Volumen für die Hochdruckgase zu vergrößern und dadurch die Verluste zu verringern,

Wie man am besten aus Fig. H ersehen kann, ist das Spiralgehäuse so angeordnet, daß es die Turbirieneinr-ichtung 52 umgibt. Die Verbrennungskammer 28 erstreckt sich tangential von der rechten Seite des Spiralgehäuses 26 aus. Das Gehäuse 29, das einstückig mit dem Hauptgehäuse 22 verbunden ist, erstreckt sich von der rechten Seite des- Hauptgehäuses aus, um eine zylindrische Ausnehmung 17*1 zu bilden, in der ein üblicher perforierter Brenner 28 angeordnet ist. Eine Kraftstoffdüseneinrichtung 178 ist mit der Kraftstoffinjektionseinrichtung verbunden, um Kraftstoff durch den Boden der zylindrischen Verbrennungskammer 2 8 einzuspritzen, wobei eine Zündeinrichtung 30 im kurzen Abstand oberhalb der Einspritzeinrichtung 178 angeordnet ist. Der Zünder 30 dient lediglich zum Starten, während die Verbrennung kontinuierlich und .selbsterhaltend während der normalen Betriebsweise der Maschine stattfindet.

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Erhitzte und unter hohem Druck stehende Gase fließen vom Regenerator 3¹J axial nach rückwärts durch den Kanal 78 in die Kammer 82, von der sie in die zylindrische Ausnehmung 17¹J eintreten. Die Druckluft tritt durch die Bohrungen in der Brennkammer 28 in diese ein und wird dort weiter bis auf eine Temperatur von etwa 982⁰C durch das Verbrennen des Kraftstoffes erhitzt. Die erhitzten Gase werden durch den Auslaß I80 der Brennkammer 28 in ein Volumen ausgestoßen, das innerhalb eines Spiralgehäuses 184 gebildet wird. Das Spiralgehäuse I8H und das eingeschlossene Volumen l82 erstrecken sich in Umfangsrichtung um eine Turbinenabdeckung I86 und um Leitbleche 8¹I, welche Düsen bilden, um die Gase von hoher Temperatur von dem Schneckengehäuse auf die Turbineneinrichtung 52 radial nach innen zu leiten, und zwar mit einer wesentlichen tangentialen ,Geschwindigkeitskomponente.

Wie aus den Fig. 2 und 6 hervorgeht, ist das Lufteinlaßgehäuse H2 am rückwärtigen Abschnitt der Maschine zwischen dem Getriebekasten I¹I und der Verdichtereinrichtung 56 innerhalb des Hauptgehäuses 22 angeordnet. Das Einlaßgehäuse k2 weist eine allgemein scheibenförmige rückwärtige Wand I88 auf, die sich zwischen einer Nabe I90 nahe der zentralen Achse 12 und dem Flansch I66 am äußeren Umfang des Lufteinlaßgehäuses 42 erstreckt. Die Wand I88 ist auf der rückwärtigen Seite im allgemeinen flach und konzentrisch zur zentralen Achse 12, bildet jedoch auf der vorderen Seite I92 die eine Seite eines Lufteinlaßkanals HO. Nachdem die vordere Seite sich radial nach innen über eine kurze Strecke vom

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Flansch l66 weg erstreckt, folgt sie einer glatten oder stetigen Kurve,entlang der sich die Seite in axialer Richtung nach vorn wendet, um eine Umfangsfläche zu bilden, welche im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Nabe am Einlaß der Verdichtereinrichtung 46 aufweist. Mehrere lextflächenförmige Stege 154 sind um die zentrale Achse 12 verteilt angeordnet und erstrecken sich axial nach vorwärts von der Vorderseite 192 der Wand 188 aus, um ein im Querschnitt L-förmiges Element 196 abzustützen. Dieses erstreckt sich in Umfangsrichtung um die zentrale Achse 12 und bildet eine radial verlaufende rückwärtige Wand 198 und eine äußere Umfangswand 200 für den ringförmigen ölkanal l62. Die rückwärtige Seite der Wand I98 erstreckt sich radial nach innen und folgt dann einer stetigen oder glatten Kurve in axialer Richtung, um an die Verdichterabdeckung 238 anzuschließen. Ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Flansch 202 umgibt die vordere Kante der äußeren Wand 200. Der Flansch schließt an den Hochdruckdiffusor 58 und an die äußere Wand 54 des Hauptgehäuses 22 an, um das L-förmige Element I66 am vorderen Ende weiter abzustützen. Ein Rohr 204 mit einer kreisförmigen öffnung 206 nahe dem Boden des Einlaßgehäuses 42 dient zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem ölkanal 162 und dem ölsumpf II6.

Das ölrohr l40 ist als einstückiger Teil der Wand I88 ausgebildet und leitet unter Druck stehendes öl von einer Verbindung 258 nahe dem rückwärtigen Flansch I66 zu einer Bohrung 260, die sich axial durch die Nabe I90 erstreckt. Nahe der Rückseite weist die Boh-

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rung 260 einen erweiterten Abschnitt 262 auf, in den das Stützlager 142 für die Innenwelle aufgenommen wird. Eine öffnung 264 erstreckt sich von der erweiterten Bohrung 262 zur Rückseite der Wand l88, um aus dem Lager 142 austretendes öl abzuleiten. Drei Bohrungen 266 sind um die zentrale Bohrung 260 in gleichen Abständen angeordnet, und zwar in der Nähe der Nabe 190. Sie erstrecken sich in axialer Richtung nach vorn durch die Wand 188 und nehmen die zentralen Wellen der Planetenräder 94 auf. Drei Sacklöcher 267 sind in Umfangsrichtung in Abständen zwischen den Bohrungen 266 angeordnet, um Befestigungsbolzen zum Anschrauben der Stützeinrichtung 268 für das Planetenradgetrxebe an der Rückseite der Wand 188 vorzusehen. Das Lufteinlaßgehäuse 42 dient somit auch zur Unterstützung des Planetenradsystems 90 sowie zur Führung der in die Verdichtereinrichtung 46 eintretenden Luft.

Wie aus den Fig. 2, 7 und 8 hervorgeht, ist der ringförmige und Kanäle aufweisende Diffusor 48 konzentrisch um den äußeren Umfang der Verdichtereinrichtung 46 angeordnet, um die aus dieser austretenden Gase hoher Energie aufzunehmen. Der Diffusor 48 weist mehrere gleiche und in gleichen Abständen angeordnete Kanäle auf, die sich von der Innenumfangsfläche 226 von einem Durchmesser von etwa 15>3 cm bis zu der Außenumfangsfläche 228 mit einem Durchmesser von etwa 30,5 cm erstrecken. Mehrere axialverlaufende Bolzenbohrungen 230 sind um den Diffusor 48 nahe der äußeren Umfangs fläche 228 verteilt und dienen zur Aufnahme von Bolzen 232

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zur Befestigung des Diffusors 4 8 zwischen radialverlaufenden Flanschen 234 des Hauptlagergehäuses 236 bzw. 202 des Einlaßgehäuses 42. Eine Verdichterabdeckung 238, die an dem Lufteinlaß- ^: gehäuse 236 befestigt ist, erstreckt sich entlang des äußeren Umfanges der Verdichtereinrichtung 46 zwischen den Einlaßleitblechen 44 und dem Diffusor 48, um die Einlaßluftströmung nahe den Verdichterschaufeln zu halten. Mehrere axialverlaufende öffnungen 237 sind um den Diffusor 48 nahe der Umfangsflache 228 angeordnet, um das öl von dem Hauptlagersumpfbereich I60 zum ölkanal 162 zu leiten. Die Kanäle 237 sind in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, -und-zwar so,, daß sie die-etwa-radial verlauf enden Kanäle 224 vermeiden.

Wie insbesondere durch den Kanal 240 veranschaulicht ist, weist jeder Kanal 224 einen kreisförmigen Querschnitt, bezogen auf eine in Längsrichtung des Kanals verlaufende zentrale Achse 242, auf. Die Achse 242 verläuft tangential zur inneren Umfangsfläche 226 und trifft auf diese im Bereich des tangentialen Berührungspunktes 244, Zwischen dem tangentialen Berührungspunkt 244 und einer Ebene 246, die von diesem Punkt auf der Lär\_^gsachse 242 einen Abstand von etwa 4,1 cm aufweist, ist ein Einlaßabschnitt 248 von zylindrischer Form und einem Durchmesser von 0,71 cm vorgesehen. Zwischen einer Ebene 250, die von dem tagentialen Berührungspunkt 244 einen Abstand von etwa 5,7 cm aufweist, und der Ebene 246 ist ein konischer Diffusorbereich 252 vorgesehen, der einen gesamten Divergenzwinkel von 3° einschließt. Ein dritter Abschnitt

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255 des Kanals 2^0 erstreckt sich zwischen der Ebene 250 und einer Auslaßebene 256, die entlang der Längsachse 2*J2 des Kanals von dem tangentinalen Punkt 2¹I¹I einen Abstand von etwa 13,9 cm aufweist. Der Abschnitt 255 ist konisch mit einem Gesamtöffnungswinkel von 6 .

Gemäß den Fig. 2,9,10 und 11 ist das Hauptlagergehäuse 236 innerhalb des Hauptgehäuses22 unmittelbar hinter der Turbinenrotoreinrichtung 52 angeordnet und durch einen nach rückwärts weisenden radialen Flansch 23¹J und mit Hilfe von Bolzen 232 an dem Hochdruckdiffus or *ί8 und dem. Einlaßgehäuse h2 befestigt, Das Lagergehäuse 236 weist eine äußere halbkugeIschalenförmige Mantelfläche 270 auf, die einstückig mit dem Flansch 23^ verbunden ist und nach rückwärts offen" ist. Mehrere stegförmige Elemente 272 bis 277 erstrecken sich von dem halbkugelschalenformigen Mantel 270 radial nach innen, um eine im wesentlichen zylindrische zur Unterstützung des Lagers dienende Nabe 28O zu halten, die gegenüber der zentralen Achse 12 konzentrisch angeordnet ist. Die Nabe 280 nimmt das Hauptlager I56 auf, welches die Hauptunterstützung für die Hauptrotorwelle 152 bildet.

Ein zentraler kreisförmiger Flansch 288 erstreckt sich radial nach rückwärts über einen kurzen Abstand über den äußeren Flansch 23^ hinaus. Der Flansch 288 ist einstückig mit den Rippen oder Stegen 272 bis 277 ausgebildet. Er weist eine äußere kreisförmige Umfangsfläche 290 auf, die an dem inneren Umfang 226 des Hoch-

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druckdiffusors 48 über einen kurzen axialen Abstand angreift, um eine genaue Fluchtung und Konzentrizität des Diffusors in bezug auf die zentrale Achse und die Verdichtereinrichtung 46 sicherzustellen. Die Innenfläche 292 des Flansches 288 ist geringfügig ■ größer als die Nabe 280, um jeden Konflikt mit der Hauptwelle 152 oder beim Einsetzen des Hauptlagers 156 zu vermeiden. Eine ringförmige Vertiefung oder Ausnehmung 29¹J in einer nach rückwärts weisenden Fläche 296 des Flansches 288 stellt eine Verbindung über den ganzen Umfang des Flansches 2 88 mit einer sich axial erstreckenden Bohrung 298 her, die sich von der Ausnehmung 29¹I durch die Rippe oder Speiche 272 sowie durch das vordere Ende des halbkugelförmigen Mantels 236 erstreckt, und zwar in einem kurzen Abstand oberhalb der Nabe 280. Die axiale Bohrung 298 trägt dazu bei, die axialen Kräfte auf die Verdichtereinrichtung 46, die Turbineneinrichtung 52 und die Hauptwelle 152 dadurch zu vermindern, daß der Druck zwischen den Bereichen unmittelbar hinter der Turbineneinrichtung 52 und unmittelbar vor der Verdichtereinrichtung 46 ausgeglichen wird.

Ein Lagergehäusering 300 erstreckt sich in Umfangsrichtung um den halbkugelförmigen Mantel 270 des Lagergehäuses 236 unmittelbar hinter der Turbinenrotoreinrichtung 52. Der Lagergehäusering 300 ist an Vorsprüngen 302 an dem Mantel 270 durch in Umfangsrichtung verteilte radialverlaufende kraft Schluss ige. Stifte 304 befestigt. Ein allgemein konischer Hitzeschild 3O6 erstreckt sich vom Lagergehäusering 300 nach hinten zum Flansch 234, wo der

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Schild durch Bolzen 232 befestigt ist. Ein sich in Umfangsrichtung erstreckender rückseitiger Flansch 310 ist zwischen dem Lagergehäusering 300 und einer düsenartigen Einrichtung 312 befestigt, welche die Leitfläche 84 unterstützt. Der Flansch 310 bildet einen Abschnitt einer rückwärtigen Wand, die sich in Umfangsrichtung um die Rückseite der Turbineneinrichtung 52 erstreckt und sich radial zwischen der Düsen- oder Leitflächenanordnung 312 und einer Nabe 31** der Turbineneinrichtung 52 in einer axialen Stellung ausdehnt, die unmittelbar hinter den Turbinenschaufeln 316 angeordnet ist. Hierdurch wird das Entweichen von Maschinengasen in einer Richtung begrenzt, die von der axialen Richtung nach vorn aus der Turbineneinrichtung 52 abweicht. Eine innere Stützplatte 318 ist an dem Flansch 310 befestigt und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Turbinennabe 314 unmittelbar hinter den Schaufeln 316, um die rückwärtige Wand hinter dem Rotor zu vervollständigen. Ein weiterer Schutz von der hohen Temperatur des Rotorbereiches ist durch eintfallgemein scheibenförmigen Hitzeschild 320 bestimmt, der hinter der Turbineneinrichtung 52 zwischen dem Flansch 310 und dem inneren Flansch 318 und dem Lagergehäuse 236 angeordnet ist, um das Hauptlagergehäuse 236 zu schützen. Eine Labyrinthdichtung 322 dient zum Abdichten des Hauptlagergehäuses 236 um die Nabe 315 des Turbinenrotors, um das Lagerschmiermittel in diesem Bereich zu halten.

Die Lextflächenexnrichtung 312 liefert einen Raum von fester axialer Länge, durch den die heißen Gase passieren müssen, wenn

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sie das Spiralgehäuse 26 verlassen, um auf die Turbinenrotoreinrichtung 52 zu treffen. In Umfangsrichtung in Abständen um die Leiteinrichtung 212 sind mehrere Leitbleche 8¹I gemäß Fig. H angeordnet, und zwar so, daß sie den Gasströmungsbereich begrenzen J und den heißen Arbeitsgasen eine im wesentlichen tangentiale Ge- ί schwindigkeit verleihen, bevor sie auf die Turbinenrotoreinrich- : tung 52 treffen. !

Wie die Fig. 2 zeigt, umfaßt die Turbinenrotoreinrichtung 52, die von üblicher Konstruktion sein kann, einen Turbinenabschnitt 330 und einen-Ab le it ab schnitt 332, der axial .oder-stromabwärts von dem Turbinenabschnitt 3J$0 auf einem axial vorspringenden schmalen Zylinder 33*1 montiert ist, der integral mit der Nabe des Turbinenabschnittes 330 ausgebildet ist. Der Turbinenabschnitt 330 erstreckt sich frei tragend von der Hauptrotorwelle 152 nach vorn, Ein zylindrischer Nabenabschnitt 336, der einstückig mit der Nabe des Turbinenabschnittes 330 ausgebildet ist, erstreckt sich axial nach hinten, und zwar konzentrisch zur zentralen Achse, und weist einen zylindrischen Kanal 338 auf, der sich darin axial nach vorn erstreckt. Dieser Kanal ist ebenfalls konzentrisch zur zentralen Achse 12 und weist einen mittleren Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Nabenabschnittes 336, auf. Der zylindrische Kanal 338 nimmt die Hauptrotorwelle 152 auf, die allgemein rohrförmig am axial vorderen Ende ausgebildet ist. Die Welle ist mit der Turbinenrotoreinrichtung 52 durch Elektronenstrahlschweißung verbunden. Am axial ^:

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rückwärtigen Ende greift die Welle 152 an einem Nabenabschnitt eines Verdichterrotors 342 an, und zwar mit Festsitz, um die Verdichterrotoreinrichtung 46 an der Hauptwelle 152 zu befestigen. Die Verdichtereinrichtung 46 kann allgemein von üblicher Konstruktion sein und umfaßt im dargestellten Beispiel einen Laufradabschnitt 342 und einen Einlauf ab schnitt 344, der mit Festsitz an einem zylindrischen Rohr 346 befestigt ist. Dieses ragt axial nach rückwärts von der Nabe des Laufradabschnittes 342.

Wie aus den Fig. 2 und 12 hervorgeht, ist das Regeneratorgehäuse 32 ein allgemein zylindrisches Element mit einer äußeren zylindrischen Wand 60, die sich von der äußeren zylindrischen Wand 54 des Hauptgehäuses 22 axial nach vorn erstreckt, um an dem Regeneratordeckel 36 entlang des nach vorn weisenden radial verlaufenden ringförmigen Flansches 348 anzugreifen. Eine Zwischenwand 62 erstreckt sich axial von der Wand 56 des Hauptgehäuses 22 nach vorn, und zwar im radialen Abstand innerhalb von der Wand 60 entlang dem unteren Drittel des Umfanges des Regeneratorgehäuses 32, um den Kanal 58 zwischen der Wand 60 und der Wand 62 zu bestimmen, Ein Flansch 350 am vorderen Ende der Zwischenwand 62 unterstützt einen halbkreisförmigen Abschnitt der Dichtung 72, die am Umfang des Regenerators 34 auf der axial nach hinten weisenden Seite bis zu einem Querstück 352 angreift. Dieses Querstück des Regeneratorgehäuses 32 ist einstückig mit der inneren Wand 76 ausgebildet und trägt einen Querabschnitt der Abdichtung 72, die mit dem Regenerator 34 in einer Stellung kurz unterhalb der Nabe 68 an-

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greift. Von dem Querabschnitt 352 erstreckt sich ein halbkreisförmiger Abschnitt 32¹J der Innenwand 76 radial nach außen und krümmt sich dann axial nach hinten, um an den konischen Abschnitt 326 der Innenwand 76 anzugreifen. Unterhalb des Querabschnittes 352 greift der konische Abschnitt 326 an dem halbkreisförmxgen Abschnitt 32¹I an, während oberhalb des Querabschnittes 352 der konische Abschnitt 326 an der äußeren Wand 60 angreift und einstückig mit dieser ausgebildet ist. Der konische Abschnitt 326 erstreckt sich axial nach hinten und radial nach innen, um an der äußeren Umfangsfläche der Turbinenabdeckung 186 anzugreifen und die Abgase, welche die Turbinenanordnung 52 verlassen, zusammenzuhalten und in die Abgaskammer 80 zu leiten. Eine radialverlaufende Abdichtung 353 ist zwischen einem zylindrischen und sich axial nach rückwärts erstreckenden Abschnitt des konischen Bereiches 326 und der Umfangsfläche der Abdeckung 186 vorgesehen, um die Hochdruckkammer 282 gegenüber der niederen Druck aufweisenden Abgaskammer 80 abzudichten.

Der radiale Abgasdiffuser 86 ist in bezug auf die zentrale Achse 12 konzentrisch und nahe des konischen Wandabschnittes 326 angeordnet. Ein allgemein kanalförmiger rückwärtiger Wandabschnitt 36O weist einen axial nach rückwärts laufenden zylindrischen, eingeschnürten Abschnitt 362 auf, der sich sanft in einen konischen Diffusorabschnitt 36¹I erstreckt. Der eingeschnürte Abschnitt 362 weist eine lichte Weite von etwa 12,6 cm auf, während der konfeche Diffusorabschnitt 36H einen gesamten öffnungswinkel von

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12k° einschließt. Der rückwärtige Wandabschnitt 36O ist durch einen Plansch 366 an Grt und Stelle befestigt, der sich geringfügig radial nach außen erstreckt und über eine Rippe oder Kante 388 schnappartig greift, die sich um den inneren Umfang eines dazu passenden verengten Abschnittes eines konischen Wandbereiches 326 des Regeneratorgehäuses 32 erstreckt. Zwei im gegenseitigen Abstand angeordnete Rippen oder Stege 368,369 erstrecken sich um den inneren Umfang des konischen Abschnittes 326 an Stellungen axial vor und radial außerhalb der Rippe oder des Steges 362, und zwar in stützender Anlage mit dem konischen Diffusorabschnitt 364 der rückwärtigen Wand 36O. Dieser schnappartige Eingriff gestattet es, daß der rückwärtige Wandabschnitt 36O fest, aber, entnehmbar an dem Regeneratorgehäuse 32 befestigbar ist, ohne daß Bolzen oder Schrauben notwendig sind, die in der Umgebung der Abgase korrodieren können oder als Ergebnis der Temperaturänderungen und Maschinenvibrationen sich lockern könnten.

Ein vorderer Wandabschnitt 370 des Diffusors 86 ist an der rückwärtigen Wand 36O mittels mehrerer U-förmiger Stützglieder 372 befestigt, welche mit einer ersten Seite 37** am Umfang des rückwärtigen Wandabschnittes 36O angeschweißt sind, während die entgegengesetzte Seite 376 an dem vorderen Wandabschnitt 370 angeschweißt ist. Zwischen diesen beiden Seiten erstreckt sich eine Verbindungsseite 373„ Die letztere liegt jeweils in einer Ebene, die sich durch die zsiiirals Äeass „1 erstreckt. Die Abgasge-

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schwindigkeit am äußeren Umfang des Diffusors, um den die U-förmigen Stützglieder 372 im wesentlichen in gleichen Abständen verteilt sind, ist ausreichend niedrig, so daß die Verbindungsseiten 378 nicht als Leitbleche dienen. Sie haben im wesentlichen keinen Effekt auf das Strömungsmuster der Abgase. Vom äußeren Umfang, an dem die U-förmigen Stützglieder 372 angeschweißt sind, erstreckt sich der vordere Wandabschnitt 370 entlang eines konischen Abschnittes 38O und von dort axial nach rückwärts und radial nach innen, und zwar allgemein in angepaßter Beziehung zu dem konischen Di ffusorab schnitt 364 der rückwärtigen Wand 36O bis annähernd auf den Radius des verengten Abschnittes 362. Von dort krümmt sich der Teil sanft in einen zentralen, schalenförmigen , Abschnitt 382, der nahe dem vorderen Ende des Turbinenrotorabschnittes 52 liegt. Ein scheibenförmiges Stützelement 384 mit einem Radius von annähernd 20 cm ist an dem konischen Diffusorabschnitt 38O an einer Stelle angeschweißt, die geringfügig radial außerhalb des Überganges des schalenförmigen Abschnittes 382 liegt, um Vibrationen und Lärmentwicklung zu vermindern. Da der konische Diffusorabschnitt 380 einen gesamten öffnungswinkel von nur 120 einschließt, liegt eine geringe Divergenz zwischen dem konischen Diffusörabschnitt 36¹I und dem konischen Diffusorabschnitt 38O vor, und zwar in einer Richtung senkrecht zu dem konischen Diffusörabschnitt 364. An einer Stelle nahe der Engestelle 362 besitzen die konischen Abschnitte 364 und 38O einen minimalen Abstand von annähernd 2 cm, welcher Abstand bis auf 2,54 cm nahe dem äußeren Umfang anwächst, wobei die Abmessungen

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jeweils in Richtung senkrecht zu dem konischen Abschnitt 364 gemessen sind.

Wenn Abgase die Turbinenrotoreinrichtung 52 verlassen, unterliegen sie einer Diffusion, wenn sie zwischen den konischen Diffusorabschnitten 364 und 38O hindurchströmen. Durch das Fehlen von jeglichen Leitflächen in der Nachbarschaft der Turbinenrotoreinrichtung 52 in Verbindung mit der allmählichen Diffusion, die durch den radialverlaufenden Abgasdiffusor 86 erzeugt wird, erhält man einen Anstieg des statischen Druckes entlang des Strömungsweges der Abgase durch den Diffusor 86, wobei die Energie aus dem Abgasdrall und der meridionalen Geschwindigkeit -wiedergewonnen wird. Da der Abgasdruck innerhalb der Abgaskammer 80 nur sehr geringfügig oberhalb des Atmosphärendruckes liegt und da ein Druckanstieg durch den Diffusor 86 erfolgt, ist der statische Druck am Auslaß der Turbinenrotoreinrichtung 52 geringfügig unterhalb des Atmosphärendruckes. Dadurch wird der effektive Druckabfall über die Turbinenrotoreinrichtung 52 vergrößert. Im Gegensatz zu axialen Abgasdiffusoren, die notwendigerweise sehr lang sein müssen,· um eine effektive Wiedergewinnung der Geschwindigkeitskomponenten der Abgase zu erhalten, ist der radiale Abgasdiffusor 86 relativ kurz und vergrößert die Gesamtlänge der Turbinenmaschine 10 nur geringfügig, ohne die Breite oder die Höhe der Maschine überhaupt zu vergrößern. Außerdem ist der radiale Diffusor 86 wesentlich effektiver, um die kinetische Drallenergie in statischen Druck zu verwandeln.

§09853/0384

Wie aus den Fig. 2 und 13 hervorgeht, weist der Regeneratordeckel 36 einen nach rückwärts weisenden Umfangsflansch 70 auf, der mit dem vorwärts weisenden Flansch 3^8 der äußeren Umfangswand 60 des Regeneratorgehäuses 32 zusammenwirkt und verschraubt ist. Eine allgemein halbkreisförmige Wand 36O erstreckt sich zwischen dem unteren Abschnitt des Flansches 70 und einem horizontalen Querstab 392, um die Hochdruckgase in dem unteren Abschnitt des Regenerators 3¹* unterhalb der Querstange oder des Querabschnittes 392 einzuschließen. Die flexible D-förmige Dichtung 66 erstreckt sich über den Querabschnitt 392 und entlang dem oberen Umfang des Flansches 70, um die Hochdruckgase von dem oberen Austrittsabschnitt des Regenerators J>k abzudichten. Ein Schaft 39¹* ist einstückig mit dem Querteil 392 und mit dem oberen Abschnitt des Flansches 70 ausgebildet, um die Abgase, welche durch den Generator J>H in axialer Richtung nach vorn gelangen, nach oben in den Auslaß 38 abzulenken.

Eine ebene Fläche 396 dient zur Aufnahme eines Regeneratormotors 398 und weist eine zentrale Bohrung HOO auf, durch die eine Motorwelle 402 greift und antriebsmäßig mit dem Regenerator 3^ von dessen zentraler Nabe aus in Verbindung steht. Während der Motor 398 in jeder geeigneten Weise ausgestaltet sein kann, z.B. als Elektromotor oder sogar als mechanisches Verbindungsgetriebe zu der Haupt rotorwelle 152, ist üblicherweise der Motor 398^aIs Hydraulikmotor ausgebildet, wenn die Maschine bei einem üblichen Ackerschlepper eingesetzt wird, bei dem normalerweise hydrau-

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lische Treibmittel zur Verfugung stehen.

Diese Anordnung hat mehrere Vorteile vom Standpunkt der Effektivität des Maschinengetriebes. Die Abgase von großem Volumen und hoher Temperatur werden auf diese Weise über einen optimal direkten Weg mit den größten Querschnitten axial vorwärts durch den Regenerator 8¹» geleitet, um in die Atmosphäre zu gelangen. Nach Verlassen des Regenerators3^ werden die erhitzten Hochdruckgase durch den Kanal 78 geleitet, wo ein weiterer Wärmetausch zwischen den erhitzten Gasen und den Abgasen über die Wände 76 stattfinden kann. Dieser Temperaturaustausch steigert nicht nur weiterhin die Energie der Hochdruckgase, sondern hat auch die Neigung, die " thermischen Verluste der Abgase zu vermindern, bevor diese durch den Regenerator J>k strömen. Die relativ kühlen Hochdruckgase gelangen entlang dem Kanal 78 durch den Kanal 58 am äußeren Umfang der Maschine 10, während sie sich axial nach vorn zum vorderen Ende des Regenerators J>k bewegen. Mit den kühlsten Gasen zur Außenseite gewandt werden die Wärmeverluste gegenüber der Atmosphäre entlang dieser Kanäle verringert. Die Maschinenanordnung gestattet außerdem relativ kurze Strömungswege für alle Arbeitsgase. Davon abgesehen sind es die Hochdruckgase von niedrigerer Temperatur und von geringerem Volumen, die den größeren Weg im Vergleich zu den Abgasen durchströmen. Die Kanäle oder Leitungen zum Führen dieser Gase können somit in ihrer Größe klein gehalten werden, da die Viskosität der Gase bei niedrigeren Temperaturen kleiner ist. Auf diese Weise werden Verluste ebenfalls verrin-

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gert, wenn die Gase zum Regenerator 34 hin und von diesem weg transportiert werden. Außerdem gestattet diese Anordnung den Austritt der Abgase in die Atmosphäre an eu'ner Stelle, die axial im Abstand vom Einlaß der Maschine 10 ist, um das Aufheizen der Einlaßluft durch die Abgase möglichst niedrig zu halten. Eine solche Aufheizung ist abträglich für die Maschinenausgangsleistung, die ansteigt, wenn die Einlaßlufttemperatur abnimmt.

Unter Standardtestbedingungen erzeugt die einwellige Gasturbinenmaschine 10 eine korrigierte Leistung von 2 38 PS und weist einen bremsspezifischen Kraftstoffverbrauch (BSFC) von 200 g pro PS χ St. auf, wobei die Maschine mit einer Drehzahl von 67.152 U/Min, arbeitet. Die Luft tritt in die Maschine durch die dreieckförmigen Einlaßöffnungen 24 unter einem Druck von 1,0 kg/cm ein, und zwar bei einer Temperatur von 15 C und einer Strömungsleistung von etwa 1.068 g pro Sek. Die Kombination der Verdichtereinheit 46, welche einen Außendurchmesser von etwa 15 cm aufweist, mit dem Hochdruckdiffusor 48 liefert ein Verhältnis zwischen dem Gesamtdruck zum statischen Druck von 6,2 : 1, wobei die Gase vom Hochdruckdiffusor 48 in Kanäle 170 und 50 mit einem Druck von 6,42 kg/cm und mit einer Temperatur von 264°C abgeleitet werden. Die Hochdruckgase werden in axialer Richtung nach vorn nahe dem Umfang der Maschine 10 auf der unteren Seite der Maschine durch Kanal 50 zur vorderen Seite des Regenerators 34 geleitet. Während sie axial nach hinten durch die untere Hälfte des Regenerators 34 strömen, erfahren die Arbeitsgase einen geringen Druckabfall

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von annähernd 0,02 kg/cm , der erforderlich ist, um die Gase durch den Regenerator zu treiben. Beim Durchgang durch den Regenerator J>k wird die Hitze von den Abgasen auf die Hochdruckgase übertragen, so daß diese den Regenerator 34 mit einer Temperatur von annähernd 48O°C verlassen.

Nach dem Austritt aus dem Regenerator 34 gelangen die Gase entlang der Unterseite der Maschine durch den Kanal 78, der sich zwischen den Abgasen und den unerhitzten Hochdruckgasen im Kanal 58 erstreckt, und zwar an dem radialen Abgasdiffusor 86 vorbei in die Nähe der Verbrennungseinrichtung 26. Wenn die Hochdruckgase durch den Regenerator 3** gelangen, erfahren sie einen Abdichtungsverlust von annähernd 2,2 % der Massenströmung sowie einen Übertragungsverlust, d.h. einen .Verlust' an Gas, das in den Kanälen des Regenerators 3¹I verbleibt, wenn dieser von dem unteren Hochdruckbereich in den oberen Niederdruckbereich der Abgaszone rotiert, von annähernd einem weiteren %. Die erhitzten Hochdruckgase treten daher in den Brenner 26 mit einer Massenströmungsleistung von annähernd 1,034 g pro Sek. ein.

Die Brennereinrichtung 26 weist einen Wirkungsgrad von annähernd 99 % auf. Die Arbeitsgase verlassen die Brennereinrichtung mit

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einem Gesamtdruck von 6,20 kg/cm und bei einer Temperatur von 982⁰C (die Druckangaben sind Angaben in absolutem Druck).

Die Turbinenrotoreinrichtung 52 weist einen Außendurchmesser von

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19,8 cm auf und nimmt eine Massenströmungsleistung an Arbeitsgas von 1.O¹Jo g pro Sek. bei einem gesamtadiabatischen Wirkungsgrad von 0,90 auf.

Die Arbeitsgase verlassen die Turbinenrotoreinrichtung 52 mit

2 einem Gesamtdruck von annähernd 1,12 kg/cm absolut und einer Temperatur von 677 C. Sie gelangen durch den radialen Ab gas diffusor 86, in dem der statische Druck geringfügig auf einen

Wert von 1,086 kg/cm ansteigt. Wenn die Abgase axial nach vorn durch die obere Hälfte des Regenerators 3¹J strömen, erfahren sie

2 einen Druckabfall von annähernd 0,06 kg/cm und gelangen zur

2 Atmosphäre unter dem Standarddruck von 1 kg/cm absolut.

Beim Durchgang durch den Regenerator 3^ -wird die Temperatur der Abgase von annähernd 55O°C auf annähernd 333,8°C gesenkt. Der Regeneratormotor 398 benötigt annähernd 1/2 PS, während das Getriebe Ik und das Hauptrotorlager 156 annähernd 6,2 PS unter den angegebenen Bedingungen verbrauchen.

Bei einer alternativen Anordnung, die in Fig. I¹J gezeigt ist, weist eine einwellige Gasturbinenmaschine 5 gemäß der Erfindung eine Hauptrotorwelle 502 auf, die konzentrisch zur zentralen Achse 50h angeordnet ist. Eine Verdichtereinrichtung 506 ist konzentrisch an der Hauptwelle 502 etwa in der axialen Mitte der Maschine angeordnet. Eine Turbineneinrichtung 508 wird frei aus-

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kragend am vorderen axialen Ende der Hauptwelle 502 unterstützt. Ein vorderes Hauptlager 5^0 ist zwischen dem Verdichter 506 und der Turbineneinrichtung 508 angeordnet, während ein rückwärtiges Hauptlager 512 axial hinter dem Verdichter 506 vorgesehen ist_s um die Hauptwelle 502 su unterstützen_s und zwar mit größerer Stabilität, als dies durch das alleinige Hauptlager 156 der Gasturbine 10 möglich ist, Eine kurze Welle lh verbindet das rückwärtige Ende der Hauptwelle 502 mit einem Planetenradreduziergetriebe 516.

Die Eintrittsluft gelangt durch einen Lufteinlaß 518 zu dem radialen Verdichter 506. Wenn die Einlaßgase den Verdichter 506 radial verlassen, gelangen sie durch einen ringförmigen, mit Kanälen versehenen Hochdruckdiffusor 520 zu einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Sammelkammer 522. Diese steht mit einem Kanal 524 in Verbindung, der sich entlang dem unteren Bereich der Maschine 500 nahe dem äußeren Umfang erstreckt bis zu der vorderen Fläche der unteren Hälfte eines Regenerators 526, der um eine Regeneratorachse 528 rotiert, die parallel und annähernd, jedoch nicht genau, in Fluchtung mit der zentralen Achse 504 angeordnet ist. Die Hochdruckgase gelangen dann axial rückwärts durch die untere Hälfte des Regenerators 526 zu einem Kanal 530, der die Gase axial nach rückwärts entlang dem unteren Bereich der Maschine 500 leitet, -und zwar zwischen dem Kanal 524 und einer Austrittskammer 532. Die Gase gelangen zu einer Brennereinrichtung, die nicht gezeigt ist und die an dem Spiralgehäuse 534 befestigt ist. Die Gase werden in der Brennereinrichtung erhitzt und über ein Spiral-

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gehäuse 53^ durch eine Leitblecheinrichtung 536 verteilt, um radial nach innen auf den Turbinenrotor 508 zu treffen. Die Austrittsgase oder Abgase treten aus dem Turbinenrotor 508 in Richtung axial nach vorn aus und gelangen durch einen radial ausgerichteten Abgasdiffusor 538 zu der Auslaßkammer 532, die mit der oberen Hälfte des Regenerators 526 auf dessen axialer Rückseite in Verbindung steht. Von der Austrittskammer 532 gelangen die Abgase in axialer Strömung nach vorn durch die obere Hälfte des Regenerators 526 in die Atmosphäre.

Während die Maschine 500 die gleichen vorteilhaften Merkmale sowie das Strömungsmuster der Maschine 10 des vorhergehenden Beispiels beibehält, weist die Maschine 500 etwas einfachere Stützeinrichtungtaauf. Ein Einlaßgehäuse 5¹JO an der Rückseite der Maschine 500 nimmt die Einlaßgase auf und verteilt diese in Umfangsrichtung um den Einlaß des radialen Verdichters 506. Das Einlaßgehäuse 5¹IO stützt außerdem das Planetenradreduziergetriebe 516 und das rückwärtige Hauptlager 512. Ein Hauptgehäuse 5**2 ist mit dem vorderen Ende des Einlaßgehäuses 5**0 verbunden und unterstützt das vordere Hauptlager 510. Das Hauptgehäuse 5^2 weist eine allgemein zylindrische äußere Wand 5^ und eine halbkreisförmige Trennwand 5^6 auf, welche den Kanal 52¹I nahe der Außenwand 5^ ¹J begrenzt.

Ein Regeneratorgehäuse 5^8 ist zwischen dem Hauptgehäuse 5^2 und dem Regenerator 526 angeordnet. Das Gehäuse 5^8 weist eine zylin-

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drische Außenwand auf, die an die Außenwand 5¹I¹I anschließt, sowie eine Trennwand 552, die an die Trennwand 5H6 entlang dem unteren Bereich der Maschine 500 anschließt, sowie eine Innenwand 55¹I, die sich entlang eines horizontalen Querteils 556 unmittelbar unterhalb einer Nabe 558 des Regenerators 526 erstreckt. Von dort dehnt sich die Wand radial nach unten in halbkreisförmiger Gestalt in Richtung auf einen konischen Abschnitt 56O aus, der einstückig mit der äußeren zylindrischen Wand 550 oberhalb des Querteils 556 ausgebildet ist. Die Wand 55*1 trennt die Austrittskammer 532 von dem Kanal 530. Ein Radialdiffusor 538 ist an der Innenseite des konischen Wandabschnittes 56O angeordnet.

Ein Regeneratordeckel 562 weist eine zylindrische Außenwand auf, die mit dem vorderen Ende "der zylindrischen Wand 550 zusammenwirkt, sowie einen halbkreisförmigen Deckelabschnitt 566, der sich horizontal quer über die vordere Seite des Regeherators 526 unterhalb der Nabe 558 erstreckt sowie radial nach unten, um am Umfang der zylindrischen Außenwand 56¹I anzugreifen und die Hochdruckgase im Bereich der vorderen Seite der unteren Hälfte des Regenerators 526 einzuschließen. Ein Regeneratormotor 568 treibt die Nabe 558 des Regenerators 526 an.

Bei der^alternativen Ausführungsform, wie sie in Fig.15 gezeigt ist, ist eine Einwellen-Gasturbinenmaschine 6OO mit einem Verdichter 602, einer Turbine 60*1 und einem torroidalen Regenerator 606 aufeinanderfolgend entlang einer zentralen Achse 608 angeord-

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net, um welche Achse die Teile rotieren. Der Verdichter 602 und die Turbine 60*J sind auf einer einzigen Welle 610 angeordnet, die drehbar um die zentrale Achse 6O8 durch Lager 612, 61²I und 6l6 unterstützt ist. Die zentrale Welle 6lÖ ist mit einem entsprechenden Rduziergetriebe 620 gekuppelt, um eine Ausgangswelle ebenso wie Zubehöreinrichtungen, wie einen Starter 62*1, eine Kraftstoffsteuereinrichtung 626 und einen Wechselstromerzeuger, anzutreiben.

Wie durch Pfeile angedeutet ist, gelangt die Luft radial nach innen durch Lufteinlaßöffnungen 63O, welche die Maschine 600 umgeben, in Richtung auf den Verdichter 602 mit radialem Austritt. Die Frischluft gelangt in den Verdichter 602 und strömt in allgemein axialer Richtung nach vorn "und wird durch den Verdichter radial nach außen zu einem Hochdruckdiffusor 632 geleitet, der den Umfang des Verdichters 602 auf der Auslaßseite umgibt. Eine Sammelkammer 63^, die den äußeren Umfang des Hochdruckdiffusors 632 umgibt und von dem die Hochdruckgase ausgestoßen werden, sammelt die Hochdruckgase vom Umfang der Maschine und leitet diese zu der unteren Hälfte der Maschine, und zwar in axialer Richtung nach vorn zu dem torroidalen Regenerator 606.

Die Hochdruckgase gelangen von der Sammelkammer 63^ in allgemein axialer Richtung nach vorn durch die untere Hälfte des Regenerators 606, um Wärme aufzunehmen, die von den Maschinenabgasen abgegeben worden ist. Nach Passieren des Regenerators 606 sammelt

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eine zweite Kammer 636 die erhitzten Hochdruckgase von der unteren Hälfte des Regenerators 606 und verteilt die erhitzten Gase erneut über den Umfang der Turbine 604 und einen konischen Abgasdiffusor 638, der mitten durch den torroidalen Regenerator 606 und innerhalb der erhitzten Hochdruckgase verläuft. Die Sammelkammer 636 führt die erhitzten Hochdruckgase axial nach rückwärts zwischen dem inneren Umfang des torroidalen Regenerators 606 und einer etwas kleineren äußeren Umfangsfläche des konischen Abgasdiffusors 638 zu einem Spiralgehäuse und der Brennereinrichtung 640.

Nachdem die Hochdruckgase weiter durch Kraftstoffzuführung in^- der Spiralgehäuse- und Brennereinrichtung 640 erhitzt worden sind, gelangen sie radial nach innen zwischen Leitbleche 642, um sich in der Turbine 604 auszudehnen und diese anzutreiben. Die Abgase verlassen die Turbine 6O4 in axialer Richtung nach vorn zu dem konischen Abgasdiffusor 638 hin, der die Abgase axial nach vorn durch die Mitte des Regenerators 6O6 leitet. Danach werden die Abgase zur oberen Hälfte des Regenerators 6O6 geführt, den sie axial nach rückwärts passieren. Beim Durchgang durch den Regenerator 606 wird den Gasen Hitze entzogen, um die Hochdruckgase aufzuheizen und die Abgase abzukühlen. Die abgekühlten Abgase werden in einem Sammler 644 gesammelt und durch den Abgasauslaß 646 ins Freie an der Oberseite der Maschine 6OO abgeleitet.

Die Maschine 6OO gibt somit eine alternative Anordnung einer Ein-

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wellen-Gasturbinenmaschine wieder, welche einen Rekuperator axial in Fluchtung mit einer zentralen Achse und auf der dem Verdichter abgewandten Seite der Turbine aufweist. Die Maschine 600 unterscheidet sich von den Maschinen nach Fig. 2 und I¹J hauptsächlich dadurch, daß die Maschine 600 einen torroidalen Regenerator anstelle eines Scheibenregenerators sowie einen konischen Diffusor anstelle eines radialen Abgasdiffusors verwendet. Die Gasströmungsrichtungen durch den Regenerator sind umgekehrt, wobei die Hochdruckgase in axialer Richtung nach vorn durch die untere Hälfte des Regenerators 606 und die Abgase von niedrigerem Druck axial nach hinten durch die obere Hälfte des Regenerators 606 in Richtung auf die Turbine 60¹I und den Kompressor 602 strömen. Der torroidale Regenerator 6O6 ist in üblicher Weise unterstützt und rotierend angetrieben vom äußeren Umfang her, im Gegensatz zu dem nabenförmigen Antrieb des scheibenförmigen Regenerators.

Ansprüche

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Claims (8)

1. Ansprüche

   / 1. Antriebsmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wie Ackerschlepper in Form einer einwelligen Gasturbine, bei der entlang einer zentralen Achse axial hintereinander ein Verdichter, vorzugsweise ein einstufiger Radialverdichter mit radialer Abströmung und eine mit diesem insbesondere direkt gekuppelten radial Von außen angeströmten Turbinenstufe mit axialer Abströmung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß ein Wärmetauscher (606) etwa in axialer Fluchtung mit dem Verdichter (630) in der Weise strömungsmäßig mit dem Verdichter verbunden ist, daß die durch den Verdichter komprimierten Gase durch einen Abschnitt des Wärmetauschers in einer ersten Richtung und die Abgase der Turbinenstufe (642) durch einen zweiten Abschnitt des Wärmetauschers in der entgegengesetzten Richtung strömen.
2. 2. Antriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i c h η e t , daß die komprimierten Gase in der allgemeinen

   - axialen Durchströmrichtung der Turbine den Wärmetauscher (606) durchströmen.
3. 3. Antriebsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet , daß in axialer Fluchtung mit dem Austritt der Turbinenstufe (642) ein Abgasdiffusor (638) so angeordnet ist, daß der stromabwärts.angeordnete Wärmetauscher (606) von den aus dem Diffusor austretenden Abgasen in einer der allgemeinen axialen Durchströmrichtung der Turbine (600) entgegen-

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   gesetzter Richtung durchströmbar ist.
4. 4. Antriebsmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die durch den Verdichter (6 30) komprimierten Gase in Vorwärtsströmung durch einen unteren Bereich des ringförmigen und etwa um die zentrale Achse (608) drehbar angeordneten Regenerator (606) strömen und dann durch die zentrale Öffnung des Regenerators geführt und dann in Gegenströmung durch einen oberen Bereich des Regenerators (606) geleitet werden.
5. 5. Antriebsmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Wärmetauscher (606) in Form eines drehbaren Regenerators annähernd koaxial mit der zentralen Achse (608) auf der dem Verdichter abgewandten Seite

   der Turbinenstufe (642) angeordnet ist.
6. 6. Antriebsmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß in der zentralen Öffnung des Regenerators ein Ringkanal (636) zwischen dem ringförmigen Regenerator (606) und dem konischen Abgasdiffusor (638) für die den Abgasen entgegenströmenden komprimierten Gase vorgesehen ist.
7. 7. Antriebsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein konischer Abgasdiffusor (638) die zentrale Öffnung des Regenerators (606) durchgreift.
8. 8. Antriebsmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge-

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   kennzeichnet , daß in der zentralen öffnung des Regenerators ein Ringkanal (636) für die gegenströmenden komprimierten Gase vorgesehen ist.

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