DE2658251A1

DE2658251A1 - Single disc gas turbine - includes radial compressor rotor for radial turbine functions

Info

Publication number: DE2658251A1
Application number: DE19762658251
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Mayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1978-07-06

Abstract

The single disc gas turbine rotor consists of a radial compressor disc having a turnable bearing inside a round or spiral formed housing. The bearing eccentric to the housing axis also carries out the function of a radial turbine by one part of the compressor disc acting as compressor whilst at the same time the other part acts as the turbine. The operation is carried out by all the vanes located on the compressor disc which are alternatively compressor vanes when passing the compressor sector and are turbine vanes when passing the turbine sector. The heat energy is transferred from one burner positioned between the two sectors or may be supplied to one or more combustion chambers. The guide vanes are positioned in the direction of rotation on the compressor side and in the opposite direction on the turbine side.

Description

PATENTANMELDUNG : E i n 5 c h e i b e n g a s t u r b i n ePATENT APPLICATION: E i n 5 c h e i b e n g a s t u r b i n e

P a t e n t b e s c h r e- i b u n g Die gegenständliche Erfindung betrifft eine Gasturbine, bei der eine einzige, mit Schaufeln versehene Scheibe zugleich als Radialverdichter u n d Radialturbine in Tätigkeit ist.P a t e n t b e c h r e-i n g The subject invention relates to a gas turbine in which a single, bladed disc is also in operation as a radial compressor and radial turbine.

Der Zweck dieser Erfindung ist es, eine Gasturbine besonders für-kleinere Leistungen zu schaffen, welche wohl alle Vortei -le einer Gasturbine aufweist, wie z.B. geringe Geräuschent -wicklung, vibrationsfreier Lauf, leichte und einfache Handha -bung und Wartung u.s.w.-, ohne å jedoch die hohen Herstellungs -kosten von Gasturbinen üblicher Bauart zu haben. Mit der An -wendung der gegenständlichen Erfindung ist es möglich, Klein -geräte und Kleinfahrzeuge mit einer einfachen Gasturbine anzu -treiben, die billiger in der Herstellung und wesentlich leiser im Betrieb ist, als die bisher für diese Zwecke verwendeten Kolbenmotore.The purpose of this invention is to make a gas turbine especially for-smaller To create services that have all the advantages of a gas turbine, such as E.g. low noise development, vibration-free running, light and simple Handling and maintenance etc., without å but the high manufacturing costs of To have gas turbines of the usual type. With the application of the present invention it is possible to make small appliances and small vehicles with a simple gas turbine to drive, which are cheaper to manufacture and much quieter in operation than the piston engines previously used for these purposes.

Der bisherige Stand der Technik ermöglichte wohl den Bau von kleineren Gasturbinen, doch stellen sich solche in der Her -stellung wesentlich teurer als die üblichen Kolbentriebwerke und sind daher für den Antrieb von Kleingeräten, wie z.B. von Rasenmähern, Motorsägen oder sonstigen Gartengeräten unrenta -bel.The current state of the art probably made it possible to build smaller ones Gas turbines, but such are much more expensive to manufacture than the usual piston engines and are therefore suitable for driving small appliances such as E.g. from lawnmowers, chainsaws or other garden tools unpredictable.

Der gegenständlichen Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine zu schaffen, die einfach und billig ist in der Herstellung und trotzdem alle Vorteile von Gasturbinen auf -weist, so daß sie auch in kleinen Geräten und Fahrzeugen aller Art und auch in kleineren Fluggeräten eingebaut werden kann.The present invention is now based on the object of a To create a gas turbine that is simple and cheap to manufacture and yet all the advantages of gas turbines, so that they can also be used in small devices and Vehicles of all kinds and can also be installed in smaller aircraft.

Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß die Turbine nur mehr aus einer einzigen Radialverdichterscheibe besteht, die in einem Gehäuse exzentrisch zum Gehäusemittel -punkt rotiert. Dieses Radialverdichterschaufelrad funktio -niert äe Umdrehung gleichzeitig zum Teil als Verdichter und zum Teil als Radialturbine wobei es die Aufgabe sämtlicher, auf diesem Rad befestigter Schaufeln, die gerade oder gekrümmt sein können, ist, wechselweise Frischluft anzusaugen und zu verdichten, sowie auch als Radialturbinenschaufeln, vom Heiß -gas nach der Brennkammer beaufschlagt, Leistung zu erzeugen.This object is achieved according to the invention in that the turbine only consists of a single radial compressor disc, which is in a housing rotates eccentrically to the center of the housing. This centrifugal compressor impeller functions äe revolution at the same time partly as a compressor and partly as a radial turbine whereby it is the task of all, attached to this wheel Blading, which can be straight or curved, is to alternately suck in fresh air and to compress, as well as radial turbine blades, from the hot gas to the Combustion chamber charged to generate power.

Durch die wechselnde Beaufschlagung mit Heißgas und mit Frisch luft wird eine Uberhftzung der Schaufeln weitgehendst vermie -den. Es ist also auch eine Art Wärmeaustauscher in diesem Sys tem integriert, da die vom Heißgas erwärmten Schaufeln einen Teil der Aufgenommenen Wärme an die Prischluft in der Ansaug -und Verdichterzone abgeben. Eingebaute Leitschaufeln sorgen sowohl auf der Verdichter- als auch auf der Turbinenseite für eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades und können auf der Turbinenseite zur besseren Kühlung hohl ausgeführt werden.Due to the alternating application of hot gas and fresh air Overheating of the blades is largely avoided. So it is one too Type of heat exchanger integrated in this system, as they are heated by the hot gas Shovel part of the absorbed heat to the prischluft in the intake and Release compressor zone. Built-in guide vanes ensure both on the compressor as well as on the turbine side for an improvement of the overall efficiency and can be made hollow on the turbine side for better cooling.

Ein Brenner oder eine Brennkammer beliebiger Bauart befindet sich im Gehäuse zwischen der Verdichter- und der Turbinensei -te und führt durch Verbrennung eines beliebigen Treibstoffes der verdichteten Frischluft die benötigte Wärmeenergie zu.A burner or a combustion chamber of any type is located in the housing between the compressor and the turbine side and leads through combustion any fuel of the compressed fresh air the required heat energy to.

Die mit dieser Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen aus der Einfachheit dieser Turbine , deren Herstellungskosten unter denen gleichstarker Kolbenmotoren liegen und durch diesen Um -stand bedingt, kann diese Turbine in alle Kleingeräte und Kleinfahrzeuge, sowie auch in kleinere Luftfahrzeuge einge -baut werden. Der Wirkungsgrad dieser Einscheibengasturbine ist natürlich etwas geringer als jener von guten Kolbentrieb -werken, da sie jedoch jeden und auch den billigsten Treib -stoff verbrennt, ist dieser Nachteil weitgehendst auszuglei -chen. Da außerdem die Verbrennung in der Turbine durch hohen Luftüberschuß die Bildung von gesundheitsschädlichen Abgasen ausschließt, ist die Verwendung der Einscheibengasturbine nach gegenständlicher Erfindung bei den o.a. Geräten vorteil -hafter als die Verwendung der üblichen Kolbentriebwerke.The advantages that can be achieved with this invention are simplicity this turbine, whose manufacturing costs are below those of equally powerful piston engines and due to this circumstance, this turbine can be used in all small appliances and small vehicles, as well as in smaller aircraft. Of the The efficiency of this single-disk gas turbine is of course somewhat lower than that of good piston engines, since they can use any and the cheapest engine If the substance burns, this disadvantage can be largely compensated for. Since also the combustion in the turbine due to high excess air the formation of harmful substances Excludes exhaust gases, the use of the single-disk gas turbine is more objective Invention in the above devices is more advantageous than the use of conventional piston engines.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf beiliegender Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing shown schematically simplified.

FIG. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Rotationsebene der Turbine. Im Gehäuse (1) ist der Rotor (2) exzentrisch zum Gehäusemittelpunkt auf der Welle (3) befestigt, die im Ge -häuse drehbar gelagert ist. An der Rotorscheibe (2) sind die Schaufeln (4) befestigt, wobei selbstverständlich auch Scheibe und Schaufeln zusammen in einem Stück hergestellt werden können. Der bis zur Rotorscheibe (2) reichende Ab -deckstreifen (5) deckt die Schaufelzwischenräume sowohl tur -binenseitig gegen unerwünschten Frischlufteintritt als ver -dichterseitig gegen unerwünschte Ileißgaszufuhr ab und ist am Gehäuse befestigt, also nicht mi-tdrehend. (6) sind die mit dem Gehäuse fest verbundenen Leitschaufeln. (7) ist ein Blech, welches die Gehäuseaußenwand vom Heißgasstrom trennt und zur Kühlung einen Kaltluftkanal bildet. (8) ist der Abgasauslass.FIG. 1 shows a cross section through the plane of rotation of the turbine. In the housing (1) the rotor (2) is eccentric to the center of the housing on the shaft (3) attached to the housing is rotatably mounted. On the rotor disc (2) the blades (4) are attached, of course also disc and Blades can be made together in one piece. The one up to the rotor disc (2) Reaching cover strips (5) covers the spaces between the blades on both the turbine side against unwanted fresh air as against unwanted on the compressor side The exhaust gas supply is turned off and is attached to the housing, i.e. not rotating. (6) are the guide vanes firmly connected to the housing. (7) is a sheet metal which the Housing outer wall separates from the hot gas flow and forms a cold air duct for cooling. (8) is the exhaust outlet.

(9) ist der Brenner oder die Brennkammer. (10) ist die Treib -stoffzuleitung und (11) die Zündanlage. FIG. 2 zeigt einen Längsschnitt der FIG. 1. Hier ist Teil (12) die Brennerdüse, Teil (13) der Flammhalter. Die übrigen Positionsnummern ent -sprechen denen auf FIG. 1.(9) is the burner or combustion chamber. (10) is the fuel supply line and (11) the ignition system. FIG. 2 shows a longitudinal section of FIG. 1. Here is part (12) the burner nozzle, part (13) of the flame holder. The remaining item numbers ent - speak to those on FIG. 1.

F u n k t i o n s b e s c h r e i b u n g Wird durch eine beliebige Anlaßvorrichtung über die Welle (3) das Turbinenrad (2) in Pfeilrichtung in Drehung versetzt, so wird über die Laufradmitte Frischluft angesaugt und von den Schaufeln (4), soweit diese gerade die Verdichterseite passieren, nach außen geschleudert. Durch die Leitschaufeln (6) auf der Verdichterseite gelangt die Frischluft in einen, sioh er -weiternden Kanal vor dem Brenner uiid nimmt an Strömungsgeschwindigkeit ab und an Druck zu. Die verdichtete Frischluft gelangt dann in den Brenner, bzw. die Brennkammer (9), wird dort über die Treibstoffzuleitung (10) und die Düse (12) mit Treibstoff vermischt und dieses nun zündfähige Treibstoff-Luftgemisch wird von der Zündanlage beliebiger Art (11) zur Entzündung ge -bracht. Durch die Zufuhr an Wärme entsteht sowohl eine Druckals auch eine Geschwindigkeitserhöhung der strömenden Gas -maSse, die dann in einen sich verengenden Kanal der Turbinenseite eintritt und durch die turbinenseitigen Leitschaufeln auf die nun als urbinenschaufeln fungierenden Schaufeln des Verdichterlaufrades trifft und an die die ihm innewohnende Energie abgibt. Dem Laufrad wird also ein dauernder Impuls in Drehrichtung versetzt. Diese Bewegungsenergie wird dann vom Laufrad auf die Welle (3) übertragen und kann von dieser entweder direkt oder über ein beliebiges Getriebe zur Arbeitsleistung abgenommen werden. Das Abgas wird von der Fliehkraft über den Abgaskanal (8) ins Freie geschleudert. Es ist durch den hohen Anteil an Frischluft weder zu heiß, noch enthält es giftige Gasanteile, wie z.B. Kohlenmonoxyd. Eventuell noch vom Laufrad mitgenommene, kleine Heißgasmengen in die Ansaug -zone schaden dem Betrieb der Turbine durch den hohen Luftüber -schuß in keiner Weise.F u n c t i o n s b e c h r e i n g Is by any Starting device via the shaft (3) the turbine wheel (2) in the direction of the arrow in rotation offset, fresh air is sucked in through the center of the impeller and by the blades (4), as far as they just pass the compressor side, thrown outwards. The fresh air flows through the guide vanes (6) on the compressor side into a The widening channel in front of the burner uiid increases in flow velocity now and then pressure too. The compressed fresh air then enters the burner or the combustion chamber (9), is there via the fuel supply line (10) and the nozzle (12) mixed with fuel and this now ignitable fuel-air mixture is of any type of ignition system (11) caused to ignite. By feeding on Heat creates both a pressure and an increase in speed of the flowing Gas mass, which then enters a narrowing channel on the turbine side and through the turbine-side guide vanes onto the turbine blades that now function Blades of the compressor impeller meets and the energy inherent in it gives away. The impeller is thus given a permanent impulse in the direction of rotation. These Kinetic energy is then transferred from the impeller to the shaft (3) and can be used by this either directly or via any gear for work performance removed will. The exhaust gas is thrown into the open air via the exhaust gas duct (8) by centrifugal force. Due to the high proportion of fresh air, it is neither too hot nor does it contain toxic substances Gas components such as carbon monoxide. Possibly small ones that have been taken along by the balance bike Hot gas quantities in the intake zone damage the operation of the turbine due to the high No excess air in any way.

Es ist auch möglich, das Laufrad derart zu gestalten, daß auf der einen Seite der Scheibe sämtliche Schaufeln Verdichterar -beit leisten, während auf der Rückseite der Scheibe die Turbi -nenschaufeln angebracht sind, womit ebenfalls das dieser Patent -anmeldung zugrunde liegende System - Einscheibengasturbine -gewahrt bleibt.It is also possible to make the impeller such that on the one side of the disk all blades do compression work while the turbine blades are attached to the back of the disk, which also means the system on which this patent application is based - single-disk gas turbine - preserved remain.

Die vorliegende Erfindung entspricht in ihrer physikalischen Funktion vollkommen dem Prinzip der Gasturbine überhaupt.The present invention corresponds in its physical function the principle of the gas turbine in general.

Neu ist das Prinzip hingegen, alle Funktionen auf einer ein -zigen Scheibe zu vereinigen und damit herstellungsmäßig ein Triebwerk wirklich einfachster Bauweise zu ermöglichen.What is new, however, is the principle, all functions on one single To unite disc and thus manufacturing an engine really simplest To enable construction.

Claims

PATENT CLAIM: 1.)! Single-disk gas turbine, characterized in that that one, in a round, spiral or similarly shaped housing, is eccentric to the longitudinal axis rotatably mounted radial compressor disk at the same time the Ei -ner radial turbine takes over the function of the fact that part of the compressor disk as a compressor and at the same time the other part acts as a turbine, with all blades located on the compressor disc alternately when passing the Compressor sector compressor display and when passing the turbine sector, turbine display -feln are and the thermal energy of one, placed between these sectors Burner or one or more combustion chambers is fed and the Leischaufeln on the compressor side in the direction of rotation and on the turbine side in the opposite direction Direction of rotation are attached.

2.) Single disk gas turbine according to claim 1.), characterized in that that a fixed or adjustable built-in and only covering part of the circumference, in the suction part of the compressor impeller protruding, made of any material Strips or any other shaped part at the same time allow fresh air to penetrate prevents the turbo part and the penetration of hot gas into the suction part, this strip can be shaped as desired along the axis of rotation of the impeller can.

3.) Single-disk gas turbine according to claims 1.) and 2.), thereby characterized in that with a suitable shape of the housing either on guide vanes in the intake sector, or on guide vanes in the turbine sector or on the at all Installation of guide vanes can be dispensed with.

4.) Single-disk gas turbine according to claims 1.) and 2.), thereby characterized in that on one side of the impeller a 1 1 e blades compressor blades and on the back a 1 1 e blades functioned as turbine blades, whereby the main patent claim - single disk gas turbine - also in this version is preserved.

5.) Single-disk gas turbine according to claims 1.), 2.) and 4.), characterized in that all or some of the guide vanes are adjustable can be run to either a better regulating ability or a better one To achieve efficiency.

6.) Single-disk gas turbine according to claims 1.) to 5.), thereby characterized in that a mechanical output can be dispensed with and the Exhaust jet with its recoil energy is used solely for propulsion, or a Hot gas rotor or a hot gas propeller based on the principle of Segner's water wheel drives.