DE3202358A1 - Keilring-wirbelkammer zur extremen beschleunigung der wirbelmasse - Google Patents

Description

• Patentbeschreibung
• Keilring-Wirbelkammer zur extremen Beschleunigung der Wirbelmasse.
• Zyklonare Wirbelkammern zur Beschleunigung der Wirbelmasse sind bekannt. In ihnen erfolgt im Druckgefälle nach innen bei konstan tem gleichen Zu= und Abfluß und eingeleiteter Wirbelung durch die Raumverengung nach innen eine Wirbeliassenbeschleunigung mit dem Quadrat der Annäherung zum Wirbelkern.
• In der Keilring-Wirbelkammer verengt sich der taiirbelraum nicht nur wie herkömmlich radial nach innen, sondern auch achsial in der Breit Somit wird der Wirbelraum in Keilringform gegenüber der herkömmlict Form in Richtung Wirbelkern um das Doppelte verengt. Dementsprecher muß sich gegenüber der-Norealwirbelung die Beschleunigung und hier mit die Uirbelgeschwindigkeit (und auch der Zentrifugaldruck) ver= doppeln, denn durch den zusätzlich verengten Raum muß die gesamte Einströmmenge getrieben werden, was eine extreme Beschleunigung er: zwingt.
• Die beiden KeilringWirbelkammerseitenwände haben jeweils die Form eines Kegels, deren Spitzen gegeneinanderzeigen würden, wenn sich nicht dort um den Wirbelkern herum die Wirbelausströmöffnung be= fände. Die innere Außenwand ist kreisrund, und die Wirbelmasse wirs durch diese unter Druck eingeleitet. Die Einströmrichtung ist so schräg gehalten, daß die Wirbeiströmung eingeleitet wird.
• Die extremschnellenAustrittsgeschwindigkeiten können in Gas= und Flüssigkeitsturbinen um4 was neu ist, in Impu2erbrennungsturbinen mit Vorteil genutzt werden. Wegen der Verdoppelung des zentrifuga= len Druckgefälles in der Keilring-Wirbelkammer ist diese für zen= trifugale Trennanlgen besonders gut geeignet. Ferner lassen sich durch diese Wasserturbinen bauen, die so hochtourig sind, daß zum Betrieb von Stromaggregaten keine Energie verbrauchende Übersetzunt getriebe mehr erforderlich sind.
• Die Turbinenwellen rotieren im Wirbelkern'und der Schaufelkranz (bei Gasturbinen der erste) wird von der Wirbelmasse direkt zange= trieben.
• Dis Impulsverbrennungskammer ist eine Keilring-Wirbelkammer mit Einlaßrückschlagventilenund einer Zündvorrichtung, gegebenenfalls einer Dauerglühzündung. Die Einlaßrückschlagventile können vom Wect seldruck gesteuert sein. Das heißt, der Laderdruck öffnet und der Verbrennungsdruck schließt die Ventile. Als Halbflatterventile sine sie so gestaltet, daß sie die Frischluft oder das Brenngemisch in Wirbelrichtung einleiten.
• In der ImpulsverUrènriunsskammer können alle Motor; sQo;@e genutzt werden. Flüssige Kraftstoffe können eingspritzt werden.
• Außerdem kann in größeren Impulsverbrennungskammern, z.8. im Kraft= werk, zerstäubter feiner Kdlenstaub verbrannt werden oder "kalter" Wasserdampf im Kohlelichtbogenverfahren impulsmäßig erhitzt.
• Die Luftpolsterwirbelringkammer als Vorkammer der Keilring-Wirbel= kammer hat den Zweck, den die Wirbelbildung einleitende Wasserstrahl in einen möglichst niedrigflachen Wirbelbereich einschießen zu las= sen. Der Einströmwiderstand wird hierdurch gemindert, was eine Er= höhung des Wirkungsgrades bedeutet. Die Trennwand zwischen beiden Wirbelkammern ist so großgehalten, daß die Wirbelmasse außen gera= dehoch widerstandslos überströmen kann. In den inneren Raum der Luftpolsterkammer wird Luft eingepreßt, die widerum das Wirbelwas= ser in der Luftpolsterkammer nach außen und in die Keilring-Wir= belkammer drückt. Luftblasen im Einströmwasser erübrigen eine Luft= druckleitung. Druckluftüberschuß entweicht mit der Wirbelströmung.
• Turbinen setzen nicht den Druck, sondern nur die kinetische Ener= gie in Form der Treibmassengeschwindigkeitsenergie in Turbinen= energie um. Bei gleichem Massenumsatz bringt die Masse mit der größeren Geschwindigkeit in den Turbinenschaufeln auch die größere Leistung. Extrem hohe Vors und Zwischenbeschleunigung erhöht diese.
• Leitschaufeln haben keine massenbeschleunigende Eigenschaft.Aus diesem Grund sind diese durch massenbeschleunigende Wirbelkammern zu ersetzen, was sich technisch gut machen läßt, wenigstens soweit ein Druckgefälle noch vorhanden ist. Dieses Verfahren gilt nur für Gasturbinen einschl. der Auspuff= und Impulsverbrennungsturbi= nen.
• Die Luftpolsterkammer würde in Form einer Dose genauso funktionie= ren. Sie ist nur als Ringkammer ausgebildet, damit der Innenraum frei bleibt für die Turbinenwelle, evtl. für die Turbineelbst oder für den Abfluß der Wirbelmasse.
• Die Vorteile der Keilring-Wirbelkammer, der Impulsverbrennungs= kammer und der Impulsverbrennungsturbine sowie der Luftpolster= vorkammer sind nicht von der Hand zu weisen.
• Außer einer etwas größeren Raumbeanspruchung sind keine Nachteile zu erkennen.
• Fig. X, Big. 2 Keilring-Wirbelkammer 1. Einströmöffnung in die Wirbeikammer 2. Kreisrunde Kammeraußenwand 3. Zwei seitliche Keilringammerwände 4. Wirbelkammerraum 5. Kreisrunde Öffnung für den Wirbelabfluß (Turbinenschaufelbereich) E. Turbinenuelle (bei Turbinen) 7. Zwei nach außen, längs der Turbinenwelle offene kegelstupfförmige Abflußräume fLtr die Wirbelmasse.
• Fig. 3, Fig. 4 Keilring-Uirbelkammer mit Luftpolstervorkammer für hochtourige Flüssigkeitsturbinen 1. Wirbelflüssigkeit in derKeilring-Wirbelkammer und in der Luft polstervorkammer im Fliehkraftdruckanstieg nach außen.
• 2. Einstrahlöffnung in die Luftpolstervorkammer.
• 3. Luftpolstervorkammers 4. Luftpolsterraum.
• 5. Preßluftzufuhr, falls erforderlich.
• Überströmringöffnung.
• 7. Uirbelausstrmöffnung.
• 6. Turbinenuelle.
• 9. Offener Abflußraum.
• Fig. 5 1. Laderdruckzuleitung.
• 2. Laderdruckringleitung.
• 3. Einströmöffnungen in die Brennkammer.
• 4. plattfedern, Hitzebeständig als Halbflatterventile mit Halterun 5. Wirbelverbrennungsraum.
• 6. Kraftstoffeinspritzdüse, falls erforderlich.
• 7. Zündvorrichtung.
• 8. Wirbelausströmöffnung.
• 9. Turbinenschaufelkranz, noch in die Brennkammer reichend.
• 10. Turbinenwelle.
• L e e r s e i t e

Claims (4)

1. Patenttansprücrie 1. Keilring-Wirbelkammer zur extresien Beschleunigung der Wirbelmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenwände Kegelform haben, deren Spitzen zueinander: gerichtet wären, wenn diese nicht für den Wirbelabfluß offengehal= ten werden müßten. Die mit den Seitenwänden abgedichtete Außenwand ist kreisrund, und die Einströmöffnungen an dieser sind so schrägge= stellt, daß sie die Wirbelbildung einleiten. Die Größen der Winkelgra und abweichende Formgebungen an den Winkelgeraden der Seitenwände (z.B. bei Zentrifugen-Trennanlagen) bleibt den Konstukteuren überlass Der Anspruch bleibt auf die allgemeine Breitenverengung der Wirbel= kammer - von der Außenuandung zum Wirbelkern hin - begrenzt.
2. 2. Keilring-Wirbelkammer als Impulsbrennkammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Keilring-WirbelkamrAer mit Einlaßrückschlagventilen und einer Zündvorrichtung (Dauerglühzündung ist möglich) ausgerüstet ist. Das Einlaßrückschlaguentil kann durch den Wechseldruck (Laderdruck-Ver= brennungsdruck) gesteuert werden und ist so gestaltet, daß die Ein= strömmasse die Wirbelung einleitet. Die Brennstoffzufuhr erfolgt mit der tvlasseneinströmung oder über Einspritzdüsen.
3. 3. Keilring-Wirbelkammer als Teil oder Teile der Impulsverbrennungstur= bine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die im Wirbel beschleunigten Gase - ohne vorher über energiever= brauchende Leitschaufeln geleitet werden zu müssen - den ersten Turbi nenarbeitsschaufelkranz direkt antreiben.Im Druckgefälle in der TurbinE kann vor jeden weiteren Arbeitsschaufelkranz zur erneuten Gasbeschleu nigung ventillos eine weitere Wirbelkammer zwischengestuft werden, wodurch alle Leitschaufeln entfallen.

   Der Anspruch begrenzt sich auf Impulsverbrennungsturbinen außer Aus= puffturbinen und auf die Vor= und Zwischenstufung von Keilring-Wirbel kammern für Gasturbinen allgemein, auch für Auspuffturbinen.
4. 4. Keilring-Wirbelkammer mit Luftpolstervorkammer zur Verminderung des Einströmwiderstandes bei Flüssigkeiten nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß seitlich an der Keilring-Wirbelkammer eine Eilaßringkammer ange= bracht ist, in die Treibflüssigkeit in allgemeiner Rotationsrichtung hineinschießt, um dann erst im ganzen äußeren Rinkreis in die Keil ring-tdirbelkammer überzuströmen. Die kreisrunde,beide Kammern trenner de Wandung ist so weit nach außen gezogen, daß die Treibmasse gerade noch und wirbelnderweise überströmen kann.

   Um den Strahlungswiderstand als Energieverlust beim Einschießen in die Luftpolsterringkammer zu verringern, wird während des Betriebes das Kammerinnere mit Preßluft aufgefüllt und somit die Rotations= wassertiefe im Einstrahlbereich auf ein Minimum beschränkt. Die Preßluftzufuhr erfolgt über eine Druckleitung oder durch Mitreißen von Luftblasen mit dem Flüssigkeitseinstrahl. Ein Preßluftüberschuß entweicht mit der Wirbelmasse.

   Der Anspruch ist auf die Luftpolsterwirbelkammer begrenzt.