DE4421990A1

DE4421990A1 - Druckwellenmaschine mit integrierter Verbrennung

Info

Publication number: DE4421990A1
Application number: DE19944421990
Authority: DE
Inventors: Donald Frank Walker
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 1996-01-04

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Druckwellenmaschine mit integ rierter Verbrennung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Breite des axialen Spaltes zwischen den Stirnseiten des Rotors und den Statorteilen während des Betriebes dieser Druckwellenmaschi ne.

Stand der Technik

Druckwellenmaschinen mit integrierter Verbrennung bestehen im wesentlichen aus einem Rotor, welcher sich zwischen je einem mit Eintritts- und Austrittsöffnungen versehenen Statorteil dreht und eine Anzahl von Zellen aufweist, in denen ein immer wiederkehrender Zündungs- und Verbrennungsprozeß abläuft, wobei die Verbrennung bei konstantem Volumen oder konstantem Druck erfolgen kann.

So ist z. B. aus EP 0 503 277 eine mit isochorer Verbrennung arbeitende Druckwellenmaschine bekannt, welche in einer Gas turbinenanlage zwischen Verdichter und Gasturbine angeordnet ist. Die vom Verdichter aufbereitete Luft wird stromab vom Verdichter in einem Vormischkanal mit einem Brennstoff ge mischt und anschließend der Druckwellenmaschine zugeführt. Es ist auch bekannt, den Brennstoff direkt in die Zellen des Rotors einzuspritzen. Das Brennstoff/Luft-Gemisch füllt im kontinuierlichen Verfahren die sich drehenden Rotorzellen der Druckwellenmaschine. Bei konstantem Volumen wird das in den Rotorzellen enthaltene Gemisch zur Zündung gebracht. Das so enthaltene Arbeitsgas dient dank der Beaufschlagung einer stromabwärts der Druckwellenmaschine plazierten Gasturbine.

Der Nachteil an diesem Stand der Technik besteht darin, daß aufgrund von Fertigungstoleranzen und aufgrund des nötigen Sicherheitsspieles die Leckage zwischen dem Rotor und den Seiten der beiden Statorteile relativ groß ist und in ihrer Größe von den vorhandenen jeweiligen Betriebsbedingungen (Rotortemperaturen) beeinflußt wird. Das wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad der Maschine aus.

Der Anmelderin ist eine mit isochorer Verbrennung arbeitende Druckwellenmaschine mit einem Gehäuse bekannt, bei dem das den Umfang umschließende Rotorgehäuse ein dünnwandiges tra gendes Distanzgehäuse ist, welches in geringem Wandabstand vom Rotor angeordnet ist, mit den beiden seitlichen Stator teilen verbunden ist und von einem die Wärmestrahlung reflek tierenden nichttragenden Isolationsgehäuse ummantelt ist. Die axiale Rotorlage ist durch ein Regelsystem, beispielsweise zwei Distanzgeber und eine Verstellung, so positionierbar, daß die Spaltbreite zwischen den beiden Stirnseiten des Ro tors und den daneben angeordneten Statorgehäusen in allen Be triebspunkten konstant und auf beiden Seiten gleich groß ist. Damit werden zwar einerseits die o.g. Nachteile besei tigt, andererseits ist aber die Vorrichtung auf Grund des Distanz und Isolationsgehäuses in ihren radialen Abmessungen relativ groß und die auf die Axiallager wirkenden Kräfte in folge des Gasdruckes können bei bestimmten Betriebsbedingun gen so groß sein, daß die Lager zerstört werden.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckwellenmaschine mit in tegrierter Verbrennung zu schaffen, bei der eine wirksame und genaue Kontrolle und Regelung der Abstände zwischen den Stirnseiten des Rotors und dem Stator ermöglicht und in allen Betriebspunkten konstant auf geringem Niveau gehalten werden kann, so daß ein hoher Wirkungsgrad der Maschine erreicht wird. Die auf die Lager wirkenden Kräfte sollen dabei gering und die radialen Abmessungen der gesamten Druckwellenmaschi ne möglichst klein sein.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Druckwellenmaschine ge mäß Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch erreicht, daß der Rotor beidseitig in Lagern mit geringem radialen und axialen Spiel gelagert ist, die Lager jeweils ein Statorteil tragen und in axialer Richtung führen, die beiden Statorteile in ra dialer Richtung gesehen außen über der Länge des Rotors mit Hilfe von Mitteln, welche eine Relativbewegung der beiden Statorteile in axialer Richtung ermöglichen und den Heißgas raum gegen die Atmosphäre abdichten, miteinander verbunden sind und im Verbindungsbereich der beiden Statorteile eine hydraulische Ausgleichsvorrichtung angeordnet ist, welche über eine Öffnung mit einem an sich bekannten Regelsystem verbunden ist, welches auf Veränderung des Gasdruckes in der Druckwellenmaschine mit einer Veränderung des hydraulischen Druckes reagiert.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Breite des axialen Spaltes zwischen den Stirnseiten des Rotors und den Statorteilen während des Be triebes einer Druckwellenmaschine nach Anspruch 1 dadurch er reicht, daß entweder der Druck auf die Statorteile im Gas raum oder die Kraft auf die Lager gemessen wird, das Meß signal in ein anderes Signal umgewandelt wird, welches dann einem an sich bekannten hydraulischen Regelsystem zugeleitet wird, wobei so viel hydraulischer Druck über die Öffnung in die hydraulische Ausgleichsvorrichtung zwischen den beiden Statorteilen übertragen wird, daß die dadurch erzeugten Aus gleichskräfte (R) die auf die Statorteile wirkenden Axial kräfte (P) kompensieren.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß es bei dieser Druckwellenmaschine mit relativ einfachen Mitteln gelingt, in allen Betriebspunkten die Leckage zwi schen den Seitenteilen des Rotors und den Statoren klein und konstant zu halten und damit die Verluste zu minimieren. So mit wird ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Der innerhalb der Ausgleichsvorrichtung zwischen den Statorteilen erzeugte hyd raulische Gegendruck kompensiert den Druck der Axialkräfte auf die Statorteile. Dadurch sind auch beim Auftreten sehr hoher Axialkräfte die auf die Lager wirkenden Kräfte gering, und die Lager werden auch bei extremen Betriebsbedingungen nicht zerstört.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Regelung des dynamischen hydraulischen Druckes präziser und einfacher zu handhaben ist als das dynamische hydraulische Positionieren der Statorteile. Der hydraulische Druck in der Ausgleichsvor richtung kann wesentlich höher als der Gasdruck sein, so daß die radialen Abmessungen des Stators gering sind.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die hydraulische Aus gleichsvorrichtung aus mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten hydraulischen Stellzylindern besteht, welche je weils an einem Ende mit einem Statorteil und am anderen Ende mit dem anderen Statorteil verbunden sind.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die hydraulische Aus gleichsvorrichtung aus einem sich über den Umfang des Stators erstreckenden, mit einem hydraulischen Fluid gefüllten Hohl raum besteht, wobei der Hohlraum durch die beiden Statorteile begrenzt ist, welche sich in radialer Richtung außen zumin destens über einen Teil der Länge des Rotors auf Grund ihrer verschieden geometrischen Abmessungen überlappen.

Insbesondere können die Statorteile radial außen über der Länge des Rotors hakenförmig ausgebildet sein und einen im Querschnitt rechteckigen Hohlraum bilden.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Mittel zum Verbinden der beiden Statorteile Dichtungen, vorzugsweise metallische gas gefüllte O-Ringe sind, weil damit auf einfache Weise der Hohlraum vom Gasraum bzw. der Gasraum gegen die Atmosphäre weitgehend abgedichtet ist.

Schließlich werden auch mit Vorteil als Mittel zum Verbinden der beiden Statorteile dünne, in axialer Richtung flexible und in radialer Richtung steife Membranen verwendet, welche eine 100%ige Abdichtung des Hohlraumes gewährleisten. Damit wird verhindert, daß auch nur geringste Mengen an hydrauli schem Fluid in den Gasraum gelangen.

Vorteilhaft ist, wenn zwischen den Statorteilen und den La gern im Gasraum eine Dichtung, beispielweise aus Gummi, ange ordnet ist, weil dadurch ein Eindringen von Gas in die Lager verhindert wird.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Lager jeweils so ange ordnet sind, daß sich die Mitte der Lager jeweils ungefähr in der Mitte des jeweiligen axialen Spaltes zwischen Rotor und Stator befinden, daß der Abstand zwischen der Mitte die ses axialen Spaltes und der Mitte des Steges des Rotors etwa dem Abstand zwischen Mitte des Lagers und Mitte des Steges entspricht und diese Abstände jeweils sehr viel kleiner als die Hälfte der Länge des Rotors sind. Dadurch wird, wobei als weitere Voraussetzung die Koaxialität der Lager zu nennen ist, erreicht, daß der radiale Abstand zwischen den beiden Statorteilen während des Betriebes der Druckwellenmaschine konstant bleibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung an hand einer mit isochorer Verbrennung arbeitenden Druckwellen maschine dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt der Druckwellenmaschine mit in tegrierter hydraulischer Ausgleichsvorrichtung (mit hydraulischem Fluid gefüllter Hohlraum zwischen den beiden Statorteilen) und einem System zur Regelung des axialen Spaltes zwischen Rotor und Stator unter Verwendung eines piezoelektrischen Meßgerätes zur Druckmessung auf die Statorseitenteile, wobei der Hohlraum zwischen den beiden Statorteilen mittels Dichtungen gegen den Gasraum bzw. die Atmosphäre abgedichtet ist;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch den Stator im Bereich des Hohlraumes, wobei der Hohlraum zwischen den beiden Statorteilen mittels Membranen abgedichtet ist;

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch den Stator im Bereich des Hohlraumes, wobei der Hohlraum mittels gasge fülltem O-Ring abgedichtet ist und zusätzlich Mit tel zur Einhaltung eines konstanten radialen Ab standes zwischen den Statorteilen neben der Dich tung angeordnet sind;

Fig. 4 einen Teillängsschnitt der Druckwellenmaschine mit Dehnungsmeßstreifen zur Messung der Kraft auf die Lager;

Fig. 5 einen Teillängsschnitt der Druckwellenmaschine im Lagerbereich mit angeordneter Kraftmeßdose;

Fig. 6 einen Teillängsschnitt durch den Stator der Druck wellenmaschine im radialen Bereich, wobei als hyd raulische Ausgleichsvorrichtung ein Stellzylinder angeordnet ist.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. So sind z. B. die Zu- und Abführkanäle für die Luft und das Gas in den Statorseitenteilen nicht dar gestellt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie len und der Fig. 1 bis 6 näher erläutert.

Die in Fig. 1 dargestellte Druckwellenmaschine besteht im we sentlichen aus einem Rotor 1 mit einer Länge L und mit Zellen 2, von denen in der Fig. 1 allerdings nur eine sichtbar ist. Die an den Stirnseiten des Rotors 1 angeordneten Statorteile 3a und 3b weisen hier nicht dargestellte Kanäle zur Ein- und Ausfuhr von Luft und Gas in die bzw. aus den Zellen 2 auf. Der Rotor 1 ist beidseitig in den Lagern 4a und 4b gelagert. Diese müssen ein ganz geringes axiales und radiales Spiel aufweisen, so daß z. B. Doppelkegel-Rollenlager besonders gut geeignet sind.

Die Lager 4a, 4b tragen auch die Statorteile 3a, 3b. Damit der radiale Abstand der beiden Statorteile 3a, 3b voneinander immer konstant ist, müssen die Lager 4a, 4b genau koaxial sein und dürfen nicht kippen. Sie sind so angeordnet, daß sich die Mitte der Lager 4a, 4b jeweils ungefähr in der Mitte des jeweiligen axialen Spaltes 5a, 5b zwischen Rotor 1 und statorteilen 3a, 3b befinden, daß der Abstand L1, L2 zwi schen jeweils der Mitte dieser axialen Spalte 5a, 5b und der Mitte der Stege 6a, 6b des Rotors 1 etwa dem Abstand L3, L4 zwischen der Mitte der Lager 4a, 4b und der Mitte der Stege 6a, 6b entspricht und diese Abstände L1, L2, L3, L4 jeweils sehr viel kleiner als die Hälfte der Länge L des Rotors 1 sind. Zwischen den Statorteilen 3a, 3b und den Lagern 4a, 4b sind Dichtungen 7a, 7b angeordnet, welche beispielsweise aus Gummi bestehen und verhindern, daß Heißgas aus dem Gasraum 8 in die Lager 4a, 4b gelangt.

In die Druckwellenmaschine ist erfindungsgemäß eine hydrau lische Ausgleichsvorrichtung integriert. Diese besteht in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem sich über den Umfang des Stators erstreckenden Hohlraum 9, welcher mit einem hydraulischen Fluid F gefüllt ist und über eine Öffnung 11 mit einem Regelsystem verbunden ist. Der Hohlraum 9 entsteht durch Überlappung der beiden Statorteile 3a, 3b, weil diese in radialer Richtung außen unterschiedliche geo metrische Abmessungen aufweisen. Sie sind in diesem Falle hakenförmig ausgebildet und über Mittel 10a, 10b, welche in diesem Ausführungsbeispiele Dichtungen 21a, 21b sind, mitein ander verbunden. Die Dichtungen 21a, 21b müssen eine Relativ bewegung der beiden Statorteile 3a, 3b zueinander in axialer Richtung während des Betriebes der Druckwellenmaschine ermög lichen, d. h. sie müssen eine bestimmte Elastizität aufweisen.

Der von den Statorteilen 3a, 3b und den Dichtungen 21a, 21b gebildete und sich über den gesamten Umfang der Druckwellen maschine erstreckende Hohlraum 9 ist gegen den Gasraum 8b und die Atmosphäre abgedichtet. Er hat einen vorwiegend quadrati schen oder rechteckigen Querschnitt und weist eine Öffnung 11 auf.

Über die Öffnung 11 steht der Hohlraum 9 mit einem Regelsy stem in Verbindung, welches der Kontrolle und Regelung des axiales Spaltes 5a, 5b zwischen Rotor 1 und Statorteilen 3a, 3b dient. Es besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem piezoelektrischen Meßgerät 12a, welches im Gasraum 8 am Sta torteil 3a befestigt ist, mit einem Kontrollsystem 13 verbun den ist und über ein Ventil 14, einen Tank 15 und eine Pumpe 16 über die Leitung 17 das hydraulische Fluid F aus dem Tank 15 in den Hohlraum 9 leitet. Selbstverständlich kann die Re gelung des hydraulischen Druckes und damit, wie weiter unten ausgeführt wird, die Regelung der Größe des axialen Spaltes 5a, 5b, in anderen Ausführungsbeispielen auch in anderer be kannter Art und Weise mit einem gewöhnlichen Druckkontrollsy stem erfolgen, wobei der Gasdruck direkt im Gasraum 8 gemes sen wird und als Signal die Differenz zwischen Gasdruck und atmosphärischem Druck dient.

Die Arbeitsweise einer mit isochorer Verbrennung arbeitenden Druckwellenmaschine ist bekannt und wird deshalb hier nicht in allen Einzelheiten beschrieben. Sie kann z. B. in einer Gasturbinenanlage zwischen Verdichter und Gasturbine ange ordnet sein. Die vom Verdichter aufbereitete Luft wird entwe der stromab vom Verdichter mit einem Brennstoff gemischt und anschließend der Druckwellenmaschine zugeführt oder der Brennstoff wird direkt in die sich drehenden Zellen 2 des Rotors 1 eingespritzt. Bei konstantem Volumen wird dann das in den Zellen 2 enthaltene Gemisch zur Zündung gebracht. Das so erhaltene Arbeitsgas dient der Beaufschlagung einer strom abwärts der Druckwellenmaschine angeordneten Gasturbine.

Für die Arbeitsweise der Druckwellenmaschine ist charakteri stisch, daß es während des Betriebes auf Grund des Bela stungswechsels zu einer sehr schnellen thermischen Ausdehnung des Rotors über die Länge L in axialer Richtung kommt. Das bedeutet, daß die axialen Spalte 5a, 5b ohne eine entspre chende Regelmöglichkeit im System relativ groß sein müssen und sie sich während des Betriebes in ihrer Größe auch ver ändern. Das wiederum senkt aber den Wirkungsgrad der Ma schine.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Für die Regelung der Größe des axialen Spaltes 5a, 5b ist es wichtig, daß die beiden Statorteile 3a, 3b vom Rotor 1 in axialer Richtung mittels der Lager 4a, 4b geführt werden und daß sie mitein ander über die Dichtungen 21a, 21b unter Bildung des Hohlrau mes 9 verbunden sind. Die Verbindungsstellen (Dichtungen 21a, 21b) ermöglichen eine Relativbewegung zwischen den beiden Statorteilen 3a, 3b. Der Hohlraum 9 ist gegen den Gasraum 8 und die Atmosphäre abgedichtet und enthält das hydraulische Fluid F, beispielsweise Öl oder Wasser. Selbst Luft kommt in Betracht.

Beim Betrieb der Druckwellenmaschine ohne Einsatz des hydrau lischen Fluids F würde der hohe Gasdruck im Gasraum 8 dazu führen, daß die sehr hohen Axialkräfte P auf die Statorteile 3a, 3b direkt auf die Lager 4a, 4b übertragen würden und selbst für nur kurze Zeiträume zu hoch wären, so daß die La ger 4a, 4b gesprengt würden. Die Lagerkräfte werden durch Anwendung eines Kompensationsdruckes auf das hydraulische Fluid F im Hohlraum 9, der in den Ausgleichskräften R im Hohlraum 9 resultiert, komplett weggenommen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Druck im Gasraum 8a auf das piezoelektrische Meßgerät 12a, das Drucksignal wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und in einem Kontrollsystem 13 mit dem Sollsignal verglichen. Je nachdem, wie groß der Druck und damit indirekt die Rotor temperatur bzw. der axiale Spalt 5a, 5b sind, wird über das Ventil 14 aus dem Tank 15 für das hydraulische Fluid F mit Hilfe der Pumpe 16 das hydraulische Fluid F über die Leitung 17 in den Hohlraum 9 gepumpt und ein hydraulischer Kompensa tionsdruck erzeugt, der zu den Ausgleichskräften P führt. Da mit kann die Größe des axialen Spaltes 5a, 5b sehr schnell geregelt und in allen Betriebspunkten konstant gehalten wer den. Vereinfacht dargestellt, dehnt sich beispielsweise bei einer hohen Rotortemperatur der Rotor 1 stärker aus, der Gas druck auf das piezoelektrische Meßgerät 12a wird größer und auch das zum Ventil 14 geleitete Signal wird größer. Es be wirkt eine Erhöhung des dynamischen hydraulischen Druckes. Dadurch vergrößern sich die Ausgleichskräfte R, die beiden Statorteile 3a, 3b werden in axialer Richtung relativ zuein ander auseinandergeschoben, so daß der zwischen dem auf Grund der Wärmedehnung in axialer Richtung vergrößerten Ro tor 1 und den Statorteilen 3a, 3b bestehende Spalt 5a, 5b konstant bleibt.

Der dynamische hydraulische Druck ist präziser und einfacher zu messen und zu regeln als das dynamische hydraulische Posi tionieren der Statorteile 3a, 3b. Der hydraulische Druck kann viel höher als der Gasdruck sein, was zu geringen radialen Abmessungen des Stators führt.

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann noch verän dert und effektiver gestaltet werden, wenn beispielsweise in dem Teil des Statorteiles 3b, der sich zwischen der Längssei te des Rotors 1 und dem Hohlraum 9 befindet, ein evakuierter Zwischenraum mit reflektierender Oberfläche befindet. Dadurch wird ein wirksamer Schutz des hydraulischen Fluids F im Hohl raum 9 vor zu starker Aufheizung auf Grund der hohen Tempera turen im Gasraum 8 erreicht. Selbstverständlich ist die An ordnung eines derartigen Zwischenraumes nicht auf dieses Aus führungsbeispiel beschränkt.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Teillängsschnitt durch den Stator im Bereich des Hohlraumes 9. Der Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß die beiden Statorteile 3a, 3b hier mit Hilfe von Membranen 18a, 18b verbunden sind, die gleichzeitig den Hohlraum 9 vom Gasraum 8 und der Atmosphäre abdichten. Die Membrane 18a, 18b sind flexibel in axialer Richtung, in radialer Richtung aber sehr steif, so daß der radiale Ab stand zwischen den beiden Statorteilen 3a, 3b auch bei Verän derung der Betriebsbedingungen konstant bleibt. Die Membran dicke ist nur so groß, wie es auf Grund des herrschenden Druckes notwendig ist. Der Vorteil bei der Verwendung der Membrane 18a, 18b anstelle der o.g. Dichtungen besteht darin, daß damit eine 100%ige Abdichtung erreicht wird und absolut kein hydraulisches Fluid F vom Hohlraum 9 in den Heißgasraum 8 gelangt.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Teillängsschnittes durch den Stator im Bereich des Hohlraumes 9, wobei der Hohlraum 9 mittels gasgefülltem O-Ring 19a, 19b abgedichtet ist. Zusätzlich sind neben diesen Dichtungen 19a, 19b Mittel 20 zur Einhaltung eines konstanten radialen Abstandes zwischen den Statorteilen 3a, 3b angeord net sind. Diese Mittel 20 können beispielsweise über den Um fang verteilte Finger sein, welche an ihrem Ende mit mit einer weichen Schicht versehen sind. Ein Vergleich von Fig. 1 und Fig. 2 zeigt, daß die Größe des Hohlraumes 9 durch eine andere Gestaltung der Statorteile 3a, 3b einfach verändert werden kann, wobei auch hier die radialen Abmessungen der Druckwellenmaschine gering sind.

Bei dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispielen sind im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel, bei dem ein piezoelektrisches Meßgerät 12a zur Messung des Druckes auf den Stator 3a angeordnet ist, Dehnungsmeßstreifen 12b bzw. eine Kraftmeßdose 12c zur Messung der Kraft auf das La ger 4b angeordnet.

Schließlich ist in Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die hydraulische Ausgleichsvorrichtung aus mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten hydrau lischen Stellzylindern 22 besteht, welche jeweils an einem Ende mit dem einen Statorteil 3a und am anderen Ende mit dem anderen Statorteil 3b verbunden sind. Auch hier sind selbst verständlich die o.g. Varianten der Messung der Kraft auf die Lager und der Messung des Druckes auf den Stator anwendbar.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die Leckage zwischen Rotor 1 und statorteilen 3a, 3b sehr klein und in allen Betriebspunkten, d. h. bei unterschiedlichen Ro tortemperaturen, konstant zu halten. Dadurch treten nur ge ringe Verluste auf, und der Wirkungsgrad der Maschine erhöht sich im Vergleich zum bisher bekannten Stand der Technik. Die auf die Lager wirkenden Kräfte werden kompensiert und es sind kleinere radiale Abmessungen des Stators möglich.

Bezugszeichenliste

1 Rotor
2 Zelle
3a, 3b Statorteil
4a, 4b Lager
5a, 5b axialer Spalt zwischen Rotor und Statorteil
6a, 6b Steg
7a, 7b Dichtung
8a, 8 Gasraum
9 Hohlraum
10a, 10b Mittel zum Verbinden der Statorteile
11 Öffnung
12a piezoelektrisches Meßgerät
12b Kraftmeßdose
12c Dehnungsmeßstreifen
13 Kontrollsystem
14 Ventil
15 Tank für hydraulisches Fluid
16 Pumpe
17 Leitung für hydraulisches Fluid
18a, 18b Membran
19a, 19b gasgefüllter O-Ring
20 Mittel zur Einhaltung des radialen Abstandes zwi schen den Statorteilen
21a, 21b Dichtung
22 Stellzylinder
L Länge des Rotors
L1, L2 Abstand zwischen der Mitte der axialen Spalte und der Mitte der Stege
L3, L4 Abstand zwischen der Mitte der Lager und der Mitte der Stege
F hydraulisches Fluid
P Axialkräfte
R Ausgleichskräfte.

Claims

1. Druckwellenmaschine mit integrierter Verbrennung, im we sentlichen bestehend aus einem Rotor (1) mit einer Länge (L), welcher sich zwischen je einem mit Eintritts- und Austrittsöffnungen versehenen Statorteil (3a, 3b) dreht und eine Anzahl von Zellen (2) aufweist, in denen ein immer wiederkehrender Zündungs- und Verbrennungsprozeß abläuft, wobei zwischen den Stirnseiten des Rotors (1) und den beiden Statorteilen (3a, 3b) jeweils ein axialer Spalt (5a, 5b) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Rotor (1) beidseitig in Lagern (4a, 4b) mit ge ringem radialen und axialen Spiel gelagert ist,
b) die Lager (4a, 4b) jeweils ein Statorteil (3a, 3b) tragen und in axialer Richtung führen,
c) die beiden Statorteile (3a, 3b) in radialer Richtung gesehen außen über der Länge (L) des Rotors (1) mit Hilfe von Mitteln (10a, 10b), welche eine Relativbewe gung der beiden Statorteile (3a, 3b) in axialer Richtung ermöglichen und den Heißgasraum (8) gegen die Atmosphä re abdichten, miteinander verbunden sind,
d) im Verbindungsbereich der beiden Statorteile (3a, 3b) eine hydraulische Ausgleichsvorrichtung angeordnet ist, welche über eine Öffnung (11) mit einem an sich bekann ten Regelsystem verbunden ist, das auf Veränderung des Gasdruckes in der Druckwellenmaschine mit einer Ver änderung des hydraulischen Druckes reagiert.

2. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die hydraulische Ausgleichsvorrichtung aus mehreren gleichmässig über den Umfang verteilten hydraulischen Stellzylindern (22) besteht, welche je weils an einem Ende mit dem einen Statorteil (3a) und am anderen Ende mit dem anderen Statorteil (3b) verbunden sind.

3. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die hydraulische Ausgleichsvorrichtung aus einem sich über den Umfang des Stators erstrecken den, mit einem hydraulischen Fluid (F) gefüllten Hohl raum (9) besteht, wobei der Hohlraum (9) durch die bei den Statorteile (3a, 3b) begrenzt ist, welche sich in radialer Richtung außen zumindestens über einen Teil der Länge (L) des Rotors (1) auf Grund ihrer verschieden geometrischen Abmessungen überlappen.

4. Druckwellenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Statorteile (3a, 3b) radial außen über der Länge (L) des Rotors (1) hakenförmig ausgebil det sind und einen im Querschnitt rechteckigen Hohlraum (9) bilden.

5. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel (10a, 10b) Dichtungen (21a, 21b) sind.

6. Druckwellenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dichtungen (21a, 21b) metallische gasgefüllte O-Ringe (19a, 19b) sind.

7. Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel (10a, 10b) dünne, in axialer Richtung flexible und in radialer Richtung steife Mem brane (18a, 18b) sind.

8. Druckwellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Statorteilen (3a, 3b) und den Lagern (4a, 4b) im Heißgasraum (8) Dichtungen (7a, 7a) angeordnet sind.

9. Druckwellenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (4a, 4b) jeweils so angeordnet sind, daß sich die Mitte der Lager (4a, 4b) jeweils ungefähr in der Mitte des jeweiligen axialen Spaltes (5a, 5b) zwischen Rotor (1) und Stator (3a, 3b) befinden, daß die Abstände (L1, L2) zwischen der Mitte dieses axialen Spaltes (5a, 5b) und der Mitte des Steges (6a, 6b) des Rotors (1) jeweils etwa den Abständen (L3, L4) zwischen Mitte der Lager (4a, 4b) und Mitte der Ste ge (6a, 6b) entsprechen und diese Abstände (L1, L2, L3, L4) jeweils sehr viel kleiner als die Hälfte der Länge (1) des Rotors (1) sind.

10. Verfahren zur Kontrolle und Regelung der Breite dem axialen Spaltes (5a, 5b) zwischen den Stirnseiten des Rotors (1) und den statorteilen (3a, 3b) während des Be triebes einer Druckwellenmaschine nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß entweder der Druck auf die Statorteile (3a, 3b) im Gasraum (8) oder die Kraft auf die Lager (4a, 4b) gemessen wird, das Meßsignal in ein anderes Signal umgewandelt wird, welches dann einem an sich bekannten hydraulischen Regelsystem zugeleitet wird, wobei so viel hydraulischer Druck über die Öffnung (11) in die hydraulische Ausgleichsvorrichtung zwischen den beiden statorteilen (3a, 3b) übertragen wird, daß die dadurch erzeugten Ausgleichskräfte (R) die auf die Statorteile (3a, 3b) wirkenden Axialkräfte (P) kompen sieren.