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Verpuffungsturbine. Die Erfindung betrifft eine Explosionsturbine,
bei welcher die Ladung einer Kammer durch die Explosionsgase einer anderen Kammer
verdichtet wird, und bei der die Kammern durch einen Steuerring gesteuert werden.
Um möglichst hohe Verdichtung zu erreichen, werden gemäß der Erfindung die Kammern
nur mit Druckluft geladen werden, während die Gasladung durch die Explosionsgase
der anderen Kammer hineinverdichtet wird. Durch den Gaskanal, der das Gas zubringt,
werden auch die zur Verdichtung dienenden Feuergase nachgeschickt, um die Zündung
der anderen Kammer herbeizuführen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen (Abb.
i bis Abb. 6) dargestellt.
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Abb. i stellt einen Querschnitt dar, der das Zusammenwirken aller
Teile erkennen läßt, während Abb. 2 bis 6 Achsschnitte veranschaulichen, aus denen
die besonderen Merkmale der wichtigsten Einzelteile zu ersehen sind.
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In den Zeichnungen bedeuten A das Turbinenlaufrad, das die zwei Laufschaufelkränze
A,. und A2 trägt, die für radiale Beaufschlagung eingerichtet sind. B sind die Explosionskammern,
die kranzartig das ganze Gehäuse umgeben. Von diesen sind die Kammern BI bis Bjv
während des Verlaufes verschiedener' Vorgänge dargestellt. C ist der Steuerring,
der konzentrisch zum Laufrad A gelagert ist, entgegengesetzt zu diesem umläuft und
verschiedenartige Steuerorgane an mehreren Stellen seines Umfanges trägt. Die Verbindung
zwischen den Kammern B und dem Steuerring C stellen die Düsen D her. Diese werden
durch den ringförmigen Ansatz P des Steuerringes C in die gleichartigen Hälften
D,. und DZ geteilt, denen die gleichfalls doppelseitig vorhandenen Kanäle E, bis
E3 entsprechen.
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Zur Erläuterung der weiter unten beschriebenen Arbeitsvorgänge sind
in der Abb. i dargestellt: Kammer B, abgeschlossen, in Ruhe, Kammer Bli kurz nach
der Expansion des explodierten Gemisches, Kammer Bjli bei der Explosion, Kammer
Biv bei der Verdichtung.
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Die Kammer BI ist mit Druckluft angefüllt und wird durch den Steuerring
C abgeschlossen, so daß die in ihr- befindliche Druckluft in Ruhe verbleibt. In
der Kammer BI, befinden sich Feuergasreste, die zwar hoch erhitzt sind, aber ein
zu geringes Druckgefälle besitzen, als daß sie arbeitverrichtend verwandt werden
könnten. Dieser Feuergasrest tritt, wie Abb. 5 zeigt, in die Kanäle E4 ein, die
den Düsen D,. und DZ entsprechen. Von hier aus wird das restliche Feuergas in den
Kanal EG zusammengeführt. Es eilt dann in diesem Kanal E" der zwischen den Kanälen
E, und E2 nach vorn führt, der Bewegung des Steuerringes C voraus. Kanal Es gabelt
sich an seinem vordern Ende, wie in Abb. q. dargestellt, in die zwei seitlichen
Kanäle Es, durch die der Feuergasrest in die Düsenmündungen D, und DZ der Kammer
Biv eintritt,
wodurch Verdichtung der Luft in den Düsen bewirkt
wird.
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Kammer B,11 ist im Augenblick der Explosion gezeichnet. Infolge der
ununterbrochenen Bewegung des ,Steuerringes C befinden sich jetzt die Kanäle El
unter den Düsenmündungen Dl und DZ der Kammer BI,t; Abb. 2 zeigt einen Querschnitt
durch diese Stellung. Die infolge der Explosion hoch verdichteten Feuergase expandieren
in den Düsen D, und D2, strömen durch die Kanäle E,, beaufschlagen das Laufrad A,
werden durch die Kanäle E3 umgelenkt, beaufschlagen das Laufrad A zum zweiten Male,
treten durch den Kanal G in die Öffnung H ein und werden von hier aus, wie Abb.
6 zeigt, in einen ringförmigen Abgaskanal abgeführt. Entsprechend der Dauer der
Expansion ist neben den Kanälen E, noch eine weitere Gruppe von Kanälen E2 vorgesehen.
Die einzelnen Kanäle entsprechen in ihrer Lage und in ihrer Form den jeweils in
ihnen auftretenden Gasgeschwindigkeiten.
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Der erste Teil der Feuergase, der bei Beginn der Explosion abströmt,
hat ebenso w-ieder Feuergasrest, der nach der Explosion in der Kammer verbleibt,
ein zu geringes Druckgefälle, als daß Arbeitsabgabe vorteilhaft wäre. Um diesen
Teil abzufangen, sind vor den Kanälen E, die Umleitkanäle J angeordnet, die aus
Abb. 3 im Querschnitt ersichtlich sind. Diese Kanäle J nehmen bei jeder Explosion
den ersten Teil der Feuergase auf und führen diese den Behältern K zu. In den letzteren
wird dieser Feuergasteil unter geringer Drucksteigerung aufbewahrt und dann, wenn
bei weiterer Bewegung des Steuerringes C die Kanäle E, mit den Mündungen der Behälter
K in Verbindung kommen, den Kanälen E, zugeführt. Hierdurch wird das Auftreten von
Unterdruck nach dem Durchgang der Arbeitsgase in den Kanälen E, verhindert.
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Ein Teil der bei der Explosion in der Kammer B,11 entstehenden Feuergase
tritt, wie aus Abb. i ersichtlich, unmittelbar in die Öffnung 0, des im ringförmigen
Ansatz P befindlichen Gaskanals 0 ein. Diese Öffnung 0" am äußeren Umfang von P
gelegen, kommt auf dem Weg zwischen je zwei Kammern mit den Düsen 11I, LI und L»
in Verbindung, wie in Abb.3 gestrichelt dargestellt. Dagegen entspricht der Austrittsöffnung
0, des Gaskanals 0, die, wie Abb. .I zeigt, in seitlichen Schlitzen am Ansatz
P endet, die Abströmöffnung N; letztere ist durch kurze Rohrverbindungen mit einem
das ganze Gehäuse umgebenden Ringkanal verbunden. Gleichfalls aus Ringleitungen
werden die Düsen M und I_ mit Brenngas und Druckluft versorgt. Während die Offnüng
0, des Gaskanals 0 an jeder dieser Düsengruppen vorbeikommt, wird durch einen
Luftstrom aus L, der Gaskanal 0 von Abgasresten gereinigt, im Anschluß hieran durch
einen kräftigen Gasstrom aus Gasdüse M mit Brenngas angefüllt, und schließlich lädt
die Luftdüse LI, zu der Gasfüllung eine kleine Luftmenge hinzu. Hierdurch wird am
Anfang des Gaskanals 0 in dem der Öffnung 0,, benachbarten Teil ein explosibles
Gemisch gebildet. Während dieser Vorgänge ist die Öffnung 0= mit der Abströmöffnung
:1' in Verbindung, so daß ein merklicher Gegendruck bei diesen Gasbewegungen unmöglich
ist. In- der in Abb. i gezeichneten Stellung des Gaskanals 0 ist dieser mit Gas
gefüllt. In die Öffnung 0,. haben Feuergase der in der Kammer B,11 erfolgten Explosion
hineingeschlagen. Diese entzünden die kleine Gemischmenge bei 0, und drängen, unterstützt
durch die bei dieser Entzündung entstehenden Feuergase, den ganzen Kanalinhalt unter
starker Verdichtung in die Kammer BfV hinein. Dieser Vorgang ist in Abb. 6 dargestellt.
---Die Öffnung 0, mündet, wie schon weiter oben erwähnt, in seitlichen Schlitzen,
durch die der Hauptteil des Gases strömt. Ein kleiner Teil wird durch kleine Bohrungen
in der Abdeckung von 0, der Mitte der Kammer zugeführt, um auch hier gut explosibles
Gemisch zu bilden. Das aus dem Gaskanal 0 verdrängte Gas bildet beim Ausströmen
durch die Schlitze von 0: ebene Flächen, die sich gewissermaßen abschließend über
die Öffnungen der Kammer Bjp nach den Düsen D, und D= zu legen. Abb.6 läßt erkennen,
in welcher Weise diese Vorgänge erfolgen. Zugleich wird infolge heftiger Wirbelung
ein gut explosibles Gemisch in der ganzen Kammer gebildet. Mit dem Einströmen des
Gases ist eine erhebliche Verdichtung des Kammerinhaltes verbunden, während gleichzeitig
die Luft in den Düsen durch Abgase verdichtet wird, wie weiter oben dargelegt.
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Ist das ganze Brenngas aus dem Gaskanal 0 eingeströmt, dann treten
auf demselben Weg die dem Gas unmittelbar folgenden Feuergase in die Kammer ein.
Auch für diesen Vorgang gilt Abb. 6. Die Feuergase entzünden infolge ihrer hohen
Temperatur das soeben gebildete turbulente Gemisch auf breiter Fläche. Im gleichen
"Leitpunkt wird die das Vorausströmen hindernde Wirkung des eintretenden Gases aufgehoben,
so daß sofort der ganze Durchgangsquerschnitt nach den Düsen zu ohne jede Drosselung
freigegeben wird. Die kräftige Zündung .auf breiter Fläche bewirkt schnellste und
kräftigste Explosion des ganzen Kammerinhaltes, die sofortige Freigabe der Ausströmöffnungen
ermöglicht die augenblickliche Expansion der Feuergase.
Die eben
beschriebenen Vorgänge wiederholen sich von Kammer zu Kammer. Die Verbrennung umläuft
mit der Geschwindigkeit des Steuerringes C den ganzen Kammerkranz. Entsprechend
der Länge der erforderlichen Kühlpausen können mehr oder weniger Verbrennungen,
die gleichzeitig umlaufen, zur Anwendung kommen. Deren Zahl muß dann die Zahl der
im Steuerring C erforderlichen Kanäle 0, E, H und J entsprechen.
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Die Spülung und Kühlung der Kammern B wird bewirkt durch die Luftdüse
0. Dieser wird die Druckluft aus einem Ringkanal zugeführt. Die Abb. 5 zeigt einen
Querschnitt durch Luftdüse 0, und Abb. i läßt erkennen, daß diese unmittelbar dem
Gaskanal 0 folgt. Sofort nach der Explosion tritt daher durch L uftdi;se 0 die Luft
in einem geschlossenen Strahl in die Kammer B ein, durchsetzt die Kammer, teilt
sich am Kammerkopf, strömt die Wandungen entlang und verdrängt die Feuergasreste
durch die Düsen D,. und D_ hindurch. Die Menge der zugeführten Luft wird. durch
entsprechende Querschnittsbemessung derartig geregelt, daß nach diesem Vorgang die
Kammer mit völlig reiner Luft gefüllt ist, die als Verbrennungsluft für die nächste
Verbrennung in ihr verbleibt.
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Der Steuerring C wird bei Betriebsbeginn von außen in Bewegung gesetzt
und im Betrieb durch die Druck- und Rückdruckwirkung der Feuergase in den Kanälen
E in Rotation erhalten. Seine Umdrehungszahl wird durch einen Regler den Arbeitsbedingungen
der Maschine angepaßt. Gas und Luft ist für die Inbetriebsetzung Vorratsbehältern
unter geringem Druck zu entnehmen. Im Betrieb «-erden diese Gase durch Verdichter
angeliefert, zu deren Antrieb die Ausnutzung der Abgaswärme genügen dürfte.
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Zur Einleitung der Zündung bei Betriebsbeginn sind - nicht dargestellte
- elektrisch betriebene Zündkerzen üblicher Art erforderlich. Die Stromzuleitungen
zu diesen stehen während des Betriebes mit Schaltern in Verbindung, die durch Kontrollapparate
betätigt werden. Letztere sind an einigen wenigen Kammern angebracht und überwachen
den normalen Druckverlauf, um bei Störungen sofort die elektrische Zündung einzuschalten.
Da die Gas- und Luftladung sowie die Bildung eines kleinen Gemisches unabhängig
von den Explosionen erfolgt, genügt die Einschaltung der elektrischen Zündung zur
Wiederherstellung des normalen Betriebszustandes. Die Regelung der Maschine erfolgt
durch Veränderung der Drehzahl des Steuerringes, wodurch dem Laufrad, das mit unveränderlicher
Geschwindigkeit umläuft, mehr oder weniger Arbeitsgas zugeführt wird. Gleichzeitig
hiermit erfolgt entsprechende Erhöhung oder Verminderung des Gas- und Luftdrucks,
damit größere oder geringere Gas- und Luftzufuhr bei unveränderter Zeitdauer dieser
Gasbewegungen ermöglicht wird. Eine Regelung in weiten Grenzen ist durch Ein-oder
Ausschaltung ganzer Arbeitssegmente möglich, wodurch die Zahl der gleichzeitig umlaufenden
Verbrennungen verändert und damit die Abgabe von Arbeitsgas an das Laufrad stärksten
Belastungsschwankungen angepaßt werden kann.