DE2900227A1

DE2900227A1 - Gas turbine engine with separate combustion chambers - has insulating mantle round combustion chambers to reduce heat losses

Info

Publication number: DE2900227A1
Application number: DE19792900227
Authority: DE
Inventors: Helmut Meyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-01-04
Filing date: 1979-01-04
Publication date: 1980-07-17

Abstract

A gas turbine has a turbine impeller (11) on a shaft (16) which is extended to carry a compressor. Between the compressor and the turbine there is a ring of combustion chambers (3, 6) arranged in a circle round the shaft. There is an outer casing (1) round the combustion chambers and turbine. A hollow annulus (2) is arranged round the combustion chambers within the casing. It has either a vacuum inside it or insulating material. This reduces heat losses from the combustion chambers and increases the efficiency of the engine. There is a similar insulating annulus between the combustion chambers and the shaft.

Description

Wärmekraftmaschine mit Brennkammern. Heat engine with combustion chambers.

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine mit intermittierender Verbrennung in Brennkammern und mindestens einer Zejtri.The invention relates to a fluid flow machine with intermittent Combustion in combustion chambers and at least one period.

fugalTurbinegdie nachfolgend mit Kreiselrad bezeichnet ist. Die Drehzahl der Maschine liegt im Bereich von Hubkolbenmotore.fugalTurbineg, which is referred to below as the impeller. The speed the machine is in the range of reciprocating piston engines.

Die bekannten Verbrennungskrdftr.laschinen oder Gasturbinen arbeiten mit großen Verlusten9die durch verlorene äußere Kühlung des Brennraums, teilweise ungenutzte hohe Abgastemperatur und hohe Vorverdichtung der Frischluft oder eines explosiven Gemisch entstehen. The well-known combustion engines or gas turbines work with large losses, partly due to the lost external cooling of the combustion chamber unused high exhaust gas temperature and high pre-compression of fresh air or one explosive mixture.

Bei Verwendung von heimischen Kraftstoffen oder Gemischen ist die Funktion der Kolbenmotore in Frage gestellt. When using domestic fuels or mixtures, the Function of piston engines called into question.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,den Wirkungsgrad weitgehend zu verbessern und ein besseres Abgas-Emissionsverhalten bei Strömungsmaschinen zu schaffen. The invention is based on the object of increasing the efficiency to a large extent to improve and a better exhaust gas emission behavior in turbo machines create.

Wie in Fig.1 und 2 dargestellt9wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöstsdaß in einem feststehendem Gehäuse(l) sternförmig eingearbeitete Brennkammern(3) bis(7) gegen Wärmeverluste nach außen von einer Isolierkammer(2) geschützt9unterteilt und eingeschlossen sind. As shown in Figures 1 and 2, this object is achieved according to the invention thereby solved that star-shaped incorporated into a fixed housing (l) Combustion chambers (3) to (7) against heat loss to the outside from an insulating chamber (2) are protected 9 subdivided and included.

Die keilförmigen Zinlaß-und Auslaßöffnungen der Brennkammern (3) bis (7) sind an den Stirnseiten vollständig offenODie Isolierkammer(2) an den Stirnseiten verschlossen0 Die Isolierkanimer(2) ist luftleer oder mit einem wärmedämmendem Material ausgefüllt Die an den Stirnseiten offenen Brennkammern(3) bis (7) werden auf der Einlaß seite von dem rotierendem Einlaßrad(8) und auf der Auslaßseite von dem rotierendem Kreiselrad(ll) abgedichtet und dem Verbrennungsvorgang entsprechend geöffnet oder verschlossen0 In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Brennkammern(3) und (6) dargestellt.Die Brennkammer(3) ist auf der Einlaßseite verschlossen und auf der Auslaßseite geöffnetODie Brennkammer (4) bis(7) sind auf der Einlaßseite offen und auf der AuXlaßseite verschlossen.In Fig0 2 ist die Ansicht der Strömungsmaschine ohne Deckel( 18) dargestellt. The wedge-shaped inlet and outlet openings of the combustion chambers (3) to (7) are completely open on the front sides. The insulating chamber (2) on the front sides closed0 The insulating canister (2) is evacuated or with a heat-insulating material filled in The combustion chambers (3) to (7) open at the end are placed on the Inlet side of the rotating inlet wheel (8) and on the outlet side of the rotating one Impeller (ll) sealed and opened according to the combustion process or closed0 In Fig. 1, a longitudinal section through the combustion chambers (3) and (6) is shown Combustion chamber (3) is closed on the inlet side and open on the outlet side Combustion chambers (4) to (7) are open on the inlet side and on the outlet side closed in Fig0 2 shows the view of the turbomachine without a cover (18).

Durch die Bohrung im Gehäuse(1) führt die Antriebswelle(16) auf der das Einlaßrad(8) und das Kreiselrad(11) fest verkeilt sind0 Ein nicht dargestellter Frischluftlader wird von einem Anlasser in Drehung versetzt.Die Vorkammer( 17) wird mit gekühlter Frischluft aufgefüllt.Die unter geringem Überdruck stehende gekühlte Frischluft strömt durch die Einlaßöffnung(1o) im Einlaßrad(8) in sämtliche Brennkammern(3) bis (7) ein. The drive shaft (16) leads through the hole in the housing (1) on the the inlet wheel (8) and the impeller (11) are firmly keyed The fresh air charger is set in rotation by a starter. The antechamber (17) is Filled with cooled fresh air, the cooled one under slight overpressure Fresh air flows through the inlet opening (1o) in the inlet wheel (8) into all combustion chambers (3) to (7) a.

Die kalte Frischluft strömt durch die konischen Düsen(15) und teilweise durch die Auslaßöffnung( 12) in der Stirnwand des Kreiselrad(11) in den Ausgleichsraum(13)sradial zum inneren Radkranz des Kreiselrad(11)0Die Kaltluft expandiert durch die gekrümmten Schaufelkanäle(14) am äußeren Radkranz tangential in die Endkammer(19) aus9die von dem Deckel(2o) verschlossen ist. The cold fresh air flows through the conical nozzles (15) and partially through the outlet opening (12) in the end wall of the impeller (11) into the compensation chamber (13) sradial to the inner rim of the rotor (11) 0The cold air expands through the curved Blade channels (14) on the outer wheel rim tangentially into the end chamber (19) from 9 the lid (2o) is closed.

Die aus den gekrümmten Schaufelkanälen(14) expandierende gekiiblte Frischluft bewirkt ein Drehmoment auf das Kreiselrad(11).Das areiselrad( 11 ) wird in Drehung versetzt, Nach einigen Umdrehungen des Frischluftlader und Erreichung des Betriebsdruck der gekühlten Frischluft in der Vorkammer(17) schalt sich ein nicht dargestelltes Druckluftventil ein und gibt den Weg für den flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff frei. The cooled one expanding from the curved blade channels (14) Fresh air creates a torque on the impeller (11) set in rotation, after a few revolutions of the fresh air charger and reaching the operating pressure of the cooled fresh air in the antechamber (17) turns on not shown compressed air valve and gives the way for the liquid or gaseous fuel free.

Der Kraftstoff wird in der vom Segment(9) und vom Kreiselrad(11) verschlossenen Brennkammer(3) ,die mit kalter Frischluft gefüllt ist9 eingespritzt oder eingedrückt. Das explosive Kraftstoff-Luftgemisch wird fremd geündete Die Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisch erfolgt explosionsartig in der verschlossenen Brennkammer(3) 0Während der Verbrennungsphase werden die Verbrennungsgase an der Ausdehnung gehindert.The fuel is sealed in the segment (9) and the impeller (11) Combustion chamber (3) which is filled with cold fresh air9 injected or pressed in. The explosive fuel-air mixture is ignited externally. The combustion of the fuel-air mixture takes place explosively in the closed combustion chamber (3) 0during the combustion phase the combustion gases are prevented from expanding.

Der Druck und die Temperatur der Verbrennungsgase in der geztindeten Brennkammer(3) ist entsprechend hoch0 Die gezündete und isoliert gelagerte Brennkammer(3) leitet keine Wärme nach außen ab. The pressure and temperature of the combustion gases in the ignited Combustion chamber (3) is correspondingly high 0 The ignited and insulated combustion chamber (3) does not dissipate heat to the outside.

In Fig. 2 hat die rotierende keilförmige Aufllaßöffnung(12) an der Stirnseite des Kreiselrad(11) die Brennkammern(3) bereits geöffnet.Auf der Einlaßseite ist die Brennkammer(3) vom Segment (9) im Einlaßrad(8) solange verschlossen,bis der größte Teil der Verbrennungsgase aus der gezündeten Brennkammer(3) expandiert ist. In Fig. 2, the rotating wedge-shaped discharge opening (12) on the The combustion chambers (3) are already open at the front of the impeller (11). On the inlet side the combustion chamber (3) is closed by the segment (9) in the inlet wheel (8) until most of the combustion gases from the ignited combustion chamber (3) expand is.

Die Verbrennungsgase expandieren während der Öffnungszeit durch das Kreiselrad(11) aus der Brennkammer(3) in den Ausgleichsraum (13) radial zum inneren Radkranz des rotierenden Kreiselrad(11) und vermischen sich mit den aus den konischen Düsen(15) in der Stirnwand des J(reiselrad(1l) ständig einströmenden kalten Frischluft Sämtliche Brennkammern(3) bis (7) das Kreiselrad(11),einschließlich die gekrümmten Schaufeln(14) zwischem innerem und äußerem Radkranz des Kreiselrad(11) werden von der kalten Frischluft ohne Wärmeverluste nach außen,von innen gekühltODruck und Temperatur des Gemisches aus, Verbrennungsgase und kalter Frischluft im Ausgleichsraum(13) fallen ab Das Heizgasgemisch expandiert mit kleinerem Druck durch die gekrümmten Schaufelkanäle(i4) und strömt am äußeren Radkranz tangential in die Endkammer(19).The combustion gases expand through the during the opening time Centrifugal wheel (11) from the combustion chamber (3) into the compensation chamber (13) radially to the inner Wheel rim of the rotating impeller (11) and mix with those from the conical Nozzles (15) in the front wall of the J (Reiselrad (1l) constantly flowing in cold fresh air All combustion chambers (3) to (7) the impeller (11), including the curved ones Blades (14) between the inner and outer wheel rim of the impeller (11) are of the cold fresh air without heat loss to the outside, cooled from the insideOpressure and Temperature of the mixture of combustion gases and cold fresh air in the equalization chamber (13) fall off The heating gas mixture expands with lower pressure through the curved Blade channels (i4) and flows tangentially into the end chamber (19) on the outer wheel rim.

Die Drehzahl der Strömungsmascbine wird entsprechend der HeisgasgeschwindigkeitgKrümmung der Schaufelkanäle(14) und aüßerem Hadkranzdurchmesser des Kreiselrad(1 1) niedrig, Der größte Teil der kinetischen und potentiellen Energie der Heizgase wird im Kreiselrad(11) in mechanische Energie umgewandelt. The speed of rotation of the flow machine is determined by the curvature of the hot gas speed the blade channels (14) and outer Hadkranz diameter of the impeller (1 1) low, Most of the kinetic and potential energy of the hot gases is in the impeller (11) converted into mechanical energy.

In Fig.3 und 4 sind die gekrümmten Schaufelkanäle(14) gleichmäßig zwischem innerem und aiißerem Radkranz des Kreiselrad(11) angeordnet Die nicht expandierten restlichen Verbrennungsgase in den hintereinander gezündeten Brennkammern(3) bis (7) werden von der ständig einströmenden kalten Frischluft,die aus der Vorkammer(17) durch die konischen Düsen(15) in den Aubgleichsraum(13) einströmt, ausgestoßen.Die Brennkammern(3) bis (7) sind von rückständigen Verbrennungsgasen befreitODie aufgeheitzte Frischluft leistet zusätslich mechanische Arbeit im Kreiselrad( ii) Ein Rückschlag der Verbrennungsgase durch die konischen Düsen (15) in Richtung Vorkammer(J7) ist nicht möglich In Drehrichtung gesehen wird die nächste mit kalter Frischluft aufgefüllte Brennkammer(4) vom Segment(9) des Einlaßrad(8) verschlossenODer beschriebene Vorgang wiederholt sich fortlaufend hintereinanderODie Brennkammer(4) wird gezündet Die mit geringer schwiildigkeit aus den gekrümmten Schaufelkanälen (14) in die Endkammer(l9) expandierenden Heizgase werden einem nicht dargestellten Frischluftlader zugeführt. In Figure 3 and 4, the curved vane channels (14) are uniform between the inner and outer wheel rim of the impeller (11). The non-expanded remaining combustion gases in the combustion chambers (3) to (7) are kept from the constantly flowing cold fresh air coming from the antechamber (17) flows through the conical nozzles (15) into the compensation space (13), ejected Combustion chambers (3) to (7) are freed from residual combustion gases Fresh air also does mechanical work in the impeller (ii) a kickback of the combustion gases through the conical nozzles (15) in the direction of the antechamber (J7) not possible Seen in the direction of rotation, the next one is filled with cold fresh air Combustion chamber (4) closed by segment (9) of inlet wheel (8) OR the process described repeats continuously one after the other O The combustion chamber (4) is ignited with little flakiness from the curved blade channels (14) Heating gases expanding into the end chamber (19) are fed to a fresh air charger (not shown) fed.

Claims

Claims.

1. heat engine with combustion chambers Lmci at least one centrifugal turbine, in which a liquid or gaseous fuel is injected into the combustion chambers or is pressed in, causing intermittent combustion of the explosive fuel-air mixture by spark ignition is characterized in that the in a fixed Housing star-shaped incorporated combustion chambers against lost heat dissipation The outside are protected, divided and enclosed by an insulating chamber The isolation chamber is evacuated or filled with a heat-insulating material.

2 heat engine according to claim 1 characterized9d that the at the end faces open combustion chamber on the inlet side of a rotating one Inlet wheel which is provided with a segment and an inlet opening and on the Outlet side of a rotating impeller with a wedge-shaped opening The combustion process in the combustion chambers is appropriately sealed, opened or closed will.

3. Heat engine according to claim 1 and 2, characterized in that that cooled fresh air from the antechamber via the inlet opening in the rotating The inlet wheel fills the combustion chambers via the conical nozzles in the end wall of the The impeller is constantly expanding into the compensation space and there with the combustion gas the respectively ignited combustion chamber mixed.

Here are the combustion chambers and the impeller, including the curved blades are cooled from the inside and without significant heat loss the combustion gases that have not yet expanded from the combustion chambers pass through ejected the vane channels into the end chamber.

4. Heat engine according to claim 1 to 3 characterized that a compressed air valve after reaching the operating pressure of the cooled fresh air in the antechamber and the combustion chambers, the supply line for the fuel releases,