DE419882C

DE419882C - Internal combustion turbine with auxiliary fluid

Info

Publication number: DE419882C
Application number: DEF52648D
Authority: DE
Original assignee: HERMANN FOETTINGER DR ING
Current assignee: HERMANN FOETTINGER DR ING
Priority date: 1920-09-30
Filing date: 1920-09-30
Publication date: 1925-10-12
Also published as: DK33423C; CH100554A; AT101517B

Description

Brennkrafttnrbine mit Hilfsflüssigkeit. Die Erfindung betrifft eine Brennkraftturbine, bei der eine Hilfs- oder Arbeitsflüssigkeit durch die Treibgase aus Arbeitszellen durch ein oder mehrere Turbinenräder getrieben und in andere Arbeitszellen befördert wird, in denen hierbei die Verdichtung des Treibmittels stattfindet. Die Erfindung besteht in der Anordnung eines Steuerorgans zwischen den Arbeitszylindern und dem Turbinenrad und dessen gleichachsiger Anordnung zum Läufer der Turbine. Dieser Steuerschieber kann entweder achsial oder in der Umfangsrichtung bewegt werden,=- um den Durchlaß oder Ein- und Auslaß der Flüssigkeit oder der Gase oder beider entsprechend den Arbeitsspielen regelnd zu beeinflussen. Dabei kann die Bewegung des Steuerschiebers unmittelbar oder mittelbar durch eine Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit gegenüber der Turbinenwelle ermöglichende Einrichtungen zu dem Zwecke erfolgen, die Spielzahl zu ändern. Diese Beeinflussung der Hilfsflüssigkeit kann ebensowohl bei Maschinen benutzt werden, bei denen die Flüssigkeit in denselben oder verschiedenen Kanälen des Turbinenläufers hin und her getrieben wird (Wechselstromturbine) als auch bei solchen, bei denen die Flüssigkeit stets in derselben Richtung durch die Turbinenkanäle strömt (Gleichstromturbine), insbesondere bietet diese Anordnung Vorteile bei vielzylindrigen Maschinen.Combustion turbine with auxiliary fluid. The invention relates to a Internal combustion turbine, in which an auxiliary or working fluid through the propellant gases driven from work cells by one or more turbine wheels and into other work cells is conveyed, in which the compression of the propellant takes place. the Invention consists in the arrangement of a control member between the working cylinders and the turbine wheel and its coaxial arrangement with the rotor of the turbine. This control spool can be moved either axially or in the circumferential direction, = - around the passage or inlet and outlet of the liquid or gases or both, respectively to regulate the work cycles. The movement of the control slide directly or indirectly by changing the speed of movement the turbine shaft enabling facilities for the purpose of the number of games to change. This influencing of the auxiliary liquid can just as well be done in machines be used where the liquid is in the same or different channels of the turbine rotor is driven back and forth (AC turbine) as well as at those in which the liquid always flows in the same direction through the turbine ducts flows (direct current turbine), this arrangement offers advantages in particular for multi-cylinder Machinery.

Auf der Zeichnung ist die besondere Anordnung der Brennkraftturbine in mehreren Ausführungsformen beispielsweise dargestellt. Abb. i und 2 zeigen senkrechte Schnitte einer Ausführungsform, wobei die -Schnittebenen um 9o° gegeneinander verdreht sind. Abb. 3 zeigt einen- Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Turbine. Abb.4 ist ein ähnlicher Schnitt durch eine weitere Ausführungsform und Abb. 5 und 6 zeigen im Schnitt Regelungsvorrichtungen für die Änderung des Arbeitsganges.The drawing shows the special arrangement of the internal combustion turbine shown in several embodiments, for example. Fig. I and 2 show verticals Sections of an embodiment, the cutting planes being rotated by 90 ° with respect to one another are. Fig. 3 shows a longitudinal section of a second embodiment of the turbine. Fig.4 is a similar section through a further embodiment and Fig. 5 and 6 show, in section, regulating devices for changing the operation.

Bei der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsform der Turbine sind die Arbeitszylinder in zwei Reihen angeordnet. Die eine Reihe besteht gemäß dem in Abb. z dargestellten Schnitt nach der Linie a-a der Abb. i aus den Arbeitszylindern i, 3, 5, 7, 9. Der Schnitt nach der Linie b-b der Ab-b. i ist ähnlich zu denken und würde die Zylinder 2, 4, 6, 8 und io treffen. Die Zylinderreihen sitzen auf dem Turbinengehäuse 18 und münden in dieses durch tangentiale Kanäle i i aus. Im Gehäuse 18 ist der Turbinenläufer 15, 16 drehbar angeordnet, dessen Welle 17 in Lagern i9 und 2o der Grundplatte 2i getragen wird. Der Turbinenläufer enthält die U-förmigen Kanäle 13, 14, die von einer Zylinderreihe zur andern führen.In the embodiment of the turbine shown in Fig. I and 2, the working cylinders are arranged in two rows. According to the section shown in Fig. Z along the line aa of Fig. I, one row consists of the working cylinders i, 3, 5, 7, 9. The section along the line bb of Ab-b. i should be thought similarly and would hit cylinders 2, 4, 6, 8 and io. The rows of cylinders sit on the turbine housing 18 and open into this through tangential channels ii. In the housing 18, the turbine rotor 1 5, 16 is rotatably arranged, the shaft 17 of which is supported in bearings i9 and 2o of the base plate 2i. The turbine runner contains the U-shaped channels 13, 14, which lead from one cylinder row to the other.

Gemäß der Erfindung können die Zylinder in verschiedener Weise miteinander verbunden werden, z. B. kann der Zylinder i auf die Zylinder 2 und 4 oder auf weitere Nachbarzylinder dauernd oder zeitweise geschaltet werden. Entsprechend kann der Zylinder 8 (rechte Reihe) außer auf den kurz vor der Totlage befindlichen Zylinder 7 auch durch die Verbindungskanäle 27, 28 und den ringförmigen Schieber 24 auf irgendeinen im Umlaufsinne des Läufers zurückliegenden Zylinder der rechten oder linken Reihe arbeiten. Diese letztere Maßnahme erspart die Notwendigkeit, die Flüssigkeit auf dem weiten Wege um das Laufrad herum stets nur im Wellendrehsinn i i einen folgenden Arbeitszvlinder zu führen.According to the invention, the cylinders can be connected to one another in various ways be connected, e.g. B. the cylinder i can be on the cylinders 2 and 4 or on others Neighboring cylinders are switched permanently or temporarily. Accordingly, the Cylinder 8 (right row) except for the cylinder just before the dead center 7 also through the connecting channels 27, 28 and the annular slide 24 on any one behind in the direction of rotation of the runner Cylinder of the right or left row work. This latter measure saves the need for that Liquid on the long way around the impeller always only in the direction of rotation of the shaft i i to run a following work cell.

Die Steuerung zur Erzielung dieser verschiedenen Verbindungen kann in mancherlei Weise ausgeführt werden. Bei dem in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zur Vereinfachung der sich in manchen Fällen notwendigerweise überkreuzenden Kanäle zwei ringförmige Steuerschieber 24 und 24a angewendet, von denen beispielsweise der innere (24a) gewöhnlich stillstehend gedacht ist, wohingegen der äußere (-24) durch ein beliebiges Getriebe, z.B. durch ein Zahnradgetriebe 22, 23, 25 und 26, von der Welle 17 aus mit geeigneter Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, so daß die Kanäle 27, 28 und 29 in verschiedener Beziehung zu den seitlichen Zylindermündungen und den Turbinenkanälen 13, 14 gebracht werden können. Dabei kann mit Hilfe der Kanäle 30, 31 und 32 des Schiebers 24.a eine weitere .Veränderung der Verbindung hergestellt werden, so zwar, daß die Zylinder j e nach der gewünschten Arbeitsweise die Flüssigkeit unmittelbar in die Turbinenkanäle ausstoßen oder mit Hilfe der Schieberkanäle in verschiedener Beziehung mit den Kanälen in Verbindung stehen können. Es ist unter Umständen notwendig, den inneren Schieber dauernd oder zeitweise in Drehung zu versetzen, wie dies dem Rhythmus der Arbeitshübe entspricht. In einfachen Fällen wird sich die erforderliche Steuerung auch mit einem einzigen Schieber erzielen lassen. Wenn aber die Flüssigkeit zum Teil in rückwärts gelegene Zylinder geleitet wird, und namentlich dann, wenn die beiden Reihen in unregelmäßiger und gegebenenfalls veränderter Weise zusammenarbeiten sollen, ist eine mehrfache Verzweigung erforderlich.The control to achieve these various connections can be carried out in many ways. In the embodiment shown in Fig. I and 2 are to simplify the necessarily intersecting in some cases Channels two annular spool 24 and 24a applied, one of which, for example the inner (24a) is usually thought to be stationary, whereas the outer (-24) by any gear, e.g. by a gear train 22, 23, 25 and 26, is set in rotation from the shaft 17 at a suitable speed, so that the channels 27, 28 and 29 in different relation to the lateral cylinder mouths and the turbine ducts 13, 14 can be brought. With the help of the Channels 30, 31 and 32 of the slide 24.a a further change of the connection are produced, so that the cylinder j e according to the desired mode of operation Eject the liquid directly into the turbine channels or with the help of the slide channels may be related to the channels in various ways. It's under Under certain circumstances, it is necessary to set the inner slide continuously or temporarily in rotation, how this corresponds to the rhythm of the work strokes. In simple cases this will turn out to be the required control can also be achieved with a single slide. if but the liquid is partly directed into cylinders located backwards, and especially when the two rows are irregular and possibly changed Working together in a manner requires multiple branching.

Bei der Ausführungsform der Brennkraftturbine nach Abb.3 erfolgt der Hin- und Rücklauf der Flüssigkeit zwischen den Zylindern durch verschiedene Ein- und Austrittsleitapparate und durch verschiedene Läuferkanäle, nämlich von der linken Reihe zur rechten durch 11, 13, 14, 12 und von der rechten zur linken durch i2a, i4a, 13a, i ja. Bei der Anordnung getrennter Wege können die Kanalformen besser den hydraulischen Regeln angepaßt und der Wirkungsgrad erhöht werden. Die Durchgangskanäle des Läufers, die in verschiedener Weise, entweder achsial oder radial nebeneinander ausgeführt sein können, müssen in mindestens zwei Gruppen vorhanden sein. Ferner ist für jede Zylinderreihe ein besonderer Ringschieber vorgesehen, von denen jeder mit in zwei verschiedenen Ebenen liegenden Steuerkanälen 31, 32 versehen ist, entsprechend den Aus- und Einmündungen i i, i ja, 12, i2a der beiden Zylinderreihen und den Turbinenkanälen 13, 14 und 13a, 14a. Die beiden Ringschieber können entweder getrennt oder gemeinsam von dem auf der Welle 17 des Läufers sitzenden Steuerrad 22 durch bekannte Mittel angetrieben werden, und nvar können sie je nach dem besonderen Fall in der Umfangsrichtung oder achsial bewegt werden.In the embodiment of the internal combustion turbine according to Fig. 3, the fluid flows back and forth between the cylinders through various inlet and outlet guide devices and through various rotor ducts, namely from the left row to the right through 11, 13, 14, 12 and from the right to the left through i2a, i4a, 13a, i yes. With the arrangement of separate paths, the channel shapes can be better adapted to the hydraulic rules and the efficiency can be increased. The passage channels of the rotor, which can be designed in different ways, either axially or radially next to one another, must be present in at least two groups. Furthermore, a special ring slide is provided for each cylinder row, each of which is provided with control channels 31, 32 located in two different planes, corresponding to the outlets and junctions ii, i ja, 12, i2a of the two cylinder rows and the turbine channels 13, 14 and 13a, 14a. The two ring slides can be driven either separately or jointly by the steering wheel 22 seated on the shaft 17 of the rotor by known means, and they can be moved circumferentially or axially, depending on the particular case.

An Stelle des zwangläufigen Steuerantriebes kann ein kraftschlüssiger treten, d. h. eine Übertragung der. Bewegung durch eingeschaltete nachgiebige Mittel beliebiger Art (z. B. Druckflüssigkeit, Druckluft, Elektrizität). Dies bewirkt, daß durch Zuschaltung oder Eingriff irgendeiner regelbaren oder beeinflußbaren äußeren Vorrichtung eine beliebige Änderung der Geschwindigkeit der Steuerungsglieder und damit eine Regelung der Geschwindigkeit und Stärke der Spiele erzielt werden kann.Instead of the compulsory control drive, a non-positive kick, d. H. a transfer of the. Movement by engaged compliant means of any type (e.g. hydraulic fluid, compressed air, electricity). This causes, that through the connection or intervention of any controllable or influenceable external Device any change in the speed of the control members and so that a regulation of the speed and strength of the games can be achieved.

Übrigens kann der Laufradumfang selbst zur Steuerung der Gas- und Wasserbewegung dienen, und zwar wird ein stoßfreier Gang dadurch erzielt, daß die Laufschaufeln in der Umfangsrichtung verschieden ausgeführt und den wechselnden Geschwindigkeiten (als Mittel verschiedener Belastungen bestimmt) angepaßt werden. Diese Anordnung kann bei Läufern mit einfachem Durchgang (13, 14, Abb. i) oder mehrfachem Durchgang (13, 14 und 13a, 14a, Abb.3) angewendet werden.Incidentally, the impeller circumference itself can be used to control the throttle and Serve water movement, and a smooth gait is achieved in that the The blades are designed differently in the circumferential direction and the alternating Speeds (determined as the mean of various loads) can be adjusted. This arrangement can be used for runners with a single passage (13, 14, Fig. I) or multiple Passage (13, 14 and 13a, 14a, Fig.3) can be used.

In der Ausführungsform nach Abb.4 sind die Arbeitszylinder in einer Reihe um den oberen Teil des Gehäuses 18 des Läufers 15 angeordnet. Diese Arbeitszylinder stehen mit den Kanälen 13 des Tuxbinenläufers 15 durch ihre Austrittsöffnung 41, das Leitrad i i, den Rückführungskanal 35 und ihre Eintrittsöffnung 42 in Verbindung. Durch diese Kanäle wird ein Kreislauf in Form einer Schleife gegenüber jedem einzelnen Zylinder gebildet. Infolge der Einfügung eines Steuerschiebers mit versetzten Durchlässen 31, 32 in jeden der erwähnten Kreisläufe ist nur der Auslaß oder der Einlaß jeweils geöffnet, so daß die von den expandierenden Gasen aus einem Zylinder durch die Turbinenkanäle 13 getriebene Flüssigkeit nur in einen anderen Zylinder einströmen kann, dessen Eintrittsöffnung 42 zu der betreffenden Zeit gegen den Rückführungskanal 35 offen ist. Durch geeignete Anordnung der Ventile und ihrer Steuerung ist es natürlich möglich, die Flüssigkeit in einen der Zylinder einzuführen i oder in mehrere zugleich, und zwar in irgendwelche der Reihe zu verteilen. Da der Rückführungskanal 35 die Verteilung der Flüssigkeit an verschiedenen Stellen rings um die Turbine ermöglicht, können die Zylinder in verschiedener Reihenfolge gefüllt werden.In the embodiment according to Fig.4, the working cylinders are in one Row arranged around the upper part of the housing 18 of the rotor 15. These working cylinders stand with the channels 13 of the Tuxbinenrunner 15 through their outlet opening 41, the stator i i, the return duct 35 and its inlet opening 42 in connection. Through these channels a circuit is created in the form of a loop towards each individual Cylinder formed. As a result of the insertion of a control valve with staggered passages 31, 32 in each of the circuits mentioned is only the outlet or the inlet, respectively opened so that the expanding gases from a cylinder through the turbine ducts 13 driven liquid can only flow into another cylinder, its Inlet opening 42 open to return channel 35 at the time in question is. It is natural with a suitable arrangement of the valves and their control possible to introduce the liquid into one of the cylinders or into several at the same time, namely to distribute in any of the series. As the return channel 35 allows the liquid to be distributed in different places around the turbine, the cylinders can be filled in different order.

Die Steuerschieber 31, 32 werden entweder absatzweise hin und her gedreht oder dauernd in gleicher Richtung in Drehung versetzt, und zwar in Übereinstimmung mit den Hüben, wozu jedes geeignete Getriebe dienen kann, das von dem auf der Turbinenwelle 17 fest angebrachten Zahnrad 22 bewegt werden kann. Beispielsweise läßt sich jeder Schieber mit einer Welle 58 und einer Kurbel 59 versehen, wie in Abb. i ih gestrichelten Linien dargestellt ist, während nicht dargestellte Getriebeteile die Verbindung mit dem Zahnrad herstellen und die Schieber einzeln oder gemeinsam bewegen. An Stelle von in einer konzentrischen Reihe angeordneten Einzelschiebern kann eine gemeinsame Ringschütze mit versetzten Durchlässen angewendet und durch die Turbinenwelle in Drehung versetzt werden. Diese Schütze kann im Spalt zwischen den Kanälen i i und dem Tu:rbineniäufer 15 in Abb. 2 angebracht sein, und ähnlich in Abb. .t.The control slide 31, 32 are either intermittently back and forth rotated or continuously rotated in the same direction, in accordance with the strokes, for which any suitable gear can be used, that of the one on the turbine shaft 17 fixed gear 22 can be moved. For example, everyone can Slide is provided with a shaft 58 and a crank 59, as shown in dashed lines in Fig. Ih Lines is shown, while transmission parts not shown make the connection with the gear and move the slides individually or together. Instead of of individual slides arranged in a concentric row can have a common Ring gates with staggered passages applied and through the turbine shaft in Rotation. This contactor can be in the gap between the channels i and i be attached to the turbine runner 15 in Fig. 2, and similarly in Fig.

Die Schaufeln des den Läufer 15 umschließenden Leitrades i i können in bekat-nter Weise durch Kurbelzapfen und einen in Abb. d. in gestrichelten Linien dargestellten, sie verbindenden Steuerring 57 zugleich eingestellt werden.The blades of the stator 15 enclosing the rotor i i can in a well-known manner by means of crank pins and one in Fig. d. in dashed lines shown, they connecting control ring 57 are adjusted at the same time.

Beim Arbeiten der Turbine wird die Arbeitsflüssigkeit unter dem Druck der expandierenden Gase aus einem Zylinder in tangentialer Richtung (Abb. 2) durch den Durchlaß 31 des Steuerschiebers teils unmittelbar in die Kanäle 13 des Turbinenlätrfers 15 und teils, um den Antrieb der Turbine gleichmäßiger zu gestalten, um die Zwischenwände 4.3 und 4..4 in einen Hochdruckwindkessel 37 befördert. Dieser Windkessel ist als ein mit glatten Wänden 18 versehener, mit der Turbinenwelle gleichachsiger Raum ausgeführt. Die Flüssigkeit, die durch den Einlaß 4.1 in tangentialer Richtung zuströmt und in dieser Richtung auch in den Windkessel 37 gelangt, bildet in letzterem wegen ihrer hohen Geschwindigkeit unter der Wirkung «der Fliehkraft einen Flüssigkeitsring, der einen pulsierenden Luftkern 1, von veränderlichem Durchmesser umschließt. Dieser elastische Kern erfährt abwechselnd eine Verdichtung und eine Expansion in dem Maße, wie die Flüssigkeit zu,-oder abströmt. Der Flüssigkeitsring hat die Gestalt eines Hohlzylinders, dessen zylindrischer Spiegel dauernd seinen Durchmesser ändert. Eine im wesentlichen gleiche Strömung findet nach dem Ausritt der, Flüssigkeit aus dem Läufer 15 statt, wobei die Flüssigkeit teils durch den Durchlaß 32 des Ventils unmittelbar in einen oder mehrere Zylinder gelangt, wo sie die inzwischen eingelassenen Gase verdichtet oder, soweit ein Überschu:ß vorhanden ist, der zeitweilig von den Zylindern nicht aufgenommen werden kann, bei 35 um die Zwischenwand :1 .5 in den N iederdruckwindkessel 36 von gleicher Ausführung wie der Windkessel 37 strömt und einen ähnlichen Flüssigkeitsring bildet, der einen v erdichtbaren Kern h hat.When the turbine is working, the working fluid is under the pressure of the expanding gases from a cylinder in a tangential direction (Fig. 2) through the passage 31 of the control slide partly directly into the channels 13 of the turbine rotor 15 and partly to make the drive of the turbine more uniform Conveyed to the partition walls 4.3 and 4..4 in a high pressure air vessel 37. This air chamber is designed as a space provided with smooth walls 18 and coaxial with the turbine shaft. The liquid, which flows in tangential direction through inlet 4.1 and in this direction also enters the air chamber 37, forms in the latter due to its high speed under the effect of centrifugal force a liquid ring which encloses a pulsating air core 1 of variable diameter. This elastic core experiences alternating compression and expansion as the liquid flows in or out. The liquid ring has the shape of a hollow cylinder, the cylindrical mirror of which constantly changes its diameter. Essentially the same flow takes place after the liquid leaves the runner 15, the liquid partly passing through the passage 32 of the valve directly into one or more cylinders, where it compresses the gases that have since been admitted or, if there is an excess is present, which cannot be taken up temporarily by the cylinders, at 35 around the partition: 1 .5 flows into the low-pressure air chamber 36 of the same design as the air chamber 37 and forms a similar liquid ring which has a compressible core h.

Abb. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführung des Leitschaufelkranzes, die zur Umkehrung der Drehrichtung oder Änderung, beispielsweise zur Verringerung der Geschwindigkeit dienen kann. Die Beschaufelung des Leitkranzes i i kann z. B. für den Vorwärtsgang, der Schaufelkranz 53 für den Rückwärtsgang oder langsamen Gang ausgeführt sein. Die Umsteuerung läßt sich durch Verschiebung der Kränze i i und 53 mittels der Steuerstangen 55 ausführen, wie in gestrichelten Linien angedeutet ist.Fig. 5 and 6 show another embodiment of the guide vane ring, those to reverse the direction of rotation or change, for example to reduce can serve speed. The blading of the guide ring i i can, for. B. for the forward gear, the blade ring 53 for the reverse gear or slow Gear to be executed. The reversal can be done by shifting the wreaths i i and 53 run by means of the control rods 55, as indicated in dashed lines is.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Internal combustion turbine with oscillating auxiliary fluid, characterized by the coaxial arrangement of one or more of the turbine rotor Control organs that influence the working cycles of the liquid or the gases or both. z. Internal combustion turbine according to claim i, characterized in that that with the turbine rotor coaxial control element in axial direction. is adjusted. 3. Internal combustion turbine according to claim i, characterized in that in the drive of the control member a externally controllable device is provided, which allows a change in the operation enables. q .. internal combustion turbine according to claim i, characterized in that the Drive of the control element with the interposition of a flexible means (hydraulic fluid, Compressed air, electricity or the like) for the purpose of constant control possibility, in particular the rotational speed or number of games takes place. 5. Internal combustion turbine according to claim i. characterized in that the turbine runner is capable of dissimilarly over his Extent of distributed channels controlling the return movement of the working fluid. influenced.