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Brennkraftturbine mit frei fliegendem Kolben Es sind Brennkraftturbinen
bekannt, bei denen mehrere durch einen frei fliegenden Kolben getrennte Räume vorgesehen
sind, in denen die Gase entweder verdichtet und dann entzündet werden oder in die
sie bereits im verdichteten Zustand hineingelangen, so daß nur noch die Verbrennung
zu erfolgen braucht. Bei diesen bekannten Einrichtungen strömen die Verbrennungsgase
unter großem Druck auf die Turbinenschaufeln, doch nimmt ihre Spannung sehr schnell
ab. Dadurch ergibt sich eine- ungleichmäßige Beaufschlagung der Turbinenschaufeln.
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Die Erfindung betrifft nun eine Brennkraftturbine mit fliegendem Kolben,
der auch als Steuerorgan dient und bezweckt, die bei hoher Verdichtung verbrannten
Gase, was besonders bei Verwendung minderwertigen Brennstoffes wertvoll ist, nicht
sofort mit ihrem vollen Verbrennungsdruck auf die Turbinenschaufeln treffen zu lassen,
sondern mit einem zwar etwas niedrigeren, aber für verhältnismäßig längere Zeit
annähernd gleichbleibenden Druck. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß einerseits
die Verbrennung in einer geschlossenen Brennkammer erfolgen kann, anderseits aber
das Laufrad trotz der einzeln auftretenden Verbrennungsstöße annähernd gleichförmig
beaufschlagt wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Kolben in einem im Läufer befindlichen
Zylinder axial verschiebbar angeordnet ist, dessen auf der einen Kolbenseite befindliche
Hälfte die Brennkammer bildet und einen ventilgesteuerten Einlaß für verdichtete
Frischgase sowie am Umfange konzentrisch angeordnete, vom Kolben zu steuernde Auslaßschlitze
für die Verbrennungsgase besitzt, während die Hälfte auf der anderen Kolbenseite
einen mit Preßluft gefüllten Raum darstellt, in dem eine den Druck der Frischgase
überschreitende Spannung herrscht und der durch ein Ventil mit einer Luftspeicherkammer
in Verbindung steht. Befinden sich also Frischgase in der Brennkammer, so deckt
der Kolben die Austrittsöffnungen zu den Turbinenschaufeln ab. Sobald eine Verbrennung
erfolgt, wird der Kolben durch die sich ausdehnenden Gase zurückgeschleudert, die
hinter ihm liegende verdichtete Luft wird in eine Vorratskammer durch einen sehr
großen Öffnungsquerschnitt gedrückt, und nun können die Verbrennungsgase die Turbinenschaufeln
unmittelbar beaufschlagen. Ist der Druck in der Brennkammer etwas unter den Druck
der verdichteten Luft gesunken, so schließt sich das Ventil, welches zum Luftauslaß
dient, und nun strömt die hochverdichtete Luft durch enge öffnungen im Ventil in
den Raum hinter dem Kolben zurück. Infolgedessen kehrt dieser seine Bewegung um
und schiebt die immer noch hochgespannten Verbrennungsgase vor sich her, so daß
auch jetzt noch die Turbinenschaufeln mit Gasen hohen Druckes beaufschlagt werden.
Ist die Spannung der Verbrennungsgase weiter gesunken, so öffnen die verdichteten
Frischgase das Einlaßventil, spülen die Verbrennungsgase
aus und
füllen die Brennkammer. Die auf der anderen Kolbenseite nachströmende Druckluft
ist nun bemüht, entgegen der Spannung der Frischgase den Kolben über die Schlitze
der Turbinenschaufeln hinwegzuschieben und damit die Brennkamm--r zu schließen.
Das gelingt auch, weil nach Herstellung des Ruhezustands in dem Preßluftraum die
Spannung der Luft etwas höher ist als der Druck der verdichteten Frischgase. Es
kann nun eine neue Zündung erfolgen, und dann spielt sich der ganze Arbeitsvorgang
abermals in der oben beschriebenen Weise ab.
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In der Zeichnung ist eine derartige Brennkraftturbine in einer Ausführungsform
beispielsweise dargestellt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt, und Abb.2 zeigt einen Querschnitt durch
die Turbinenschaufeln.
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Es ist angenommen, daß es sich hier bei der zu beschreibenden Kraftmaschine
um eine Reaktionsturbine handelt. Demgemäß sind in dem feststehenden Maschinengehäuse
o die Turbinenschaufeln s gelagert, die mit den umlaufenden Schaufelnd zusammenarbeiten
und deren an sich bekannte Form sich aus der Abb. 2 ergibt. Die Schaufeln s münden
in einen Ringkanal v, der zum Auslaßstutzen w führt. Die konzentrisch angeordneten
Schaufelnd enden mit ihrer Innenseite im Mantel des Zylinders r, der durch eine
Welle mit der Riemenscheibe l in Verbindung steht, während der Arbeit der Maschine
umläuft und demgemäß die Kraft der Verbrennungsgase nach außen abgibt. In dem Zylinder
r ist der Kolben c fliegend gelagert und teilt den freien Raum des Zylinders in
eine Brennkammer g und in eine Luftkammer a. Mit der Kammer g steht durch eine das
Ventil in enthaltende Rohrleitung f der Verdichter k in Verbindung, der bemüht
ist, ständig Frischgase von gleichbleibender Spannung in den Raum g hineinzudrücken.
In den Raum g ragt ferner die Zündkerze N hinein. Der Raum a enthält an seiner dem
Kolben c abgewandten Seite ein federbelastetes Ventil p von sehr großem Öffnungsquerschnitt,
das diesen Raum gegen die Luftspeicherkammerk abschließt. Beide Räume stehen jedoch
durch feine Bohrungen u in ständiger Verbindung. Schließlich ist noch durch Anordnung
eines mit hochgespannter Luft gefüllten Behälters ia, der durch eine Rohrleitung
e mit dem Raum la in Verbindung steht, dafür gesorgt, daß ein durch etwaige
Undichtigkeiten auftretender Druckverlust selbsttätig ausgeglichen wird.
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Die Turbine arbeitet in folgender Weise: In Abb. i ist angenommen,
daß im Raum g verdichtete Frischgase vorhanden sind. Die Spannung der Preßluft im
Raum ca ist etwas größer als die Spannung der Frischgase :m Raum g, und infolgedessen
überdeckt der frei fliegende Kolben c die Austrittsschlitz der Turbinenschaufeln
d. Veranlaßt nun ein Stroinschluß an der Zündkerze ; die Verbrennung der verdichteten
Gase im Raum g, so treiben diese bei ihrer Ausdehnung den Kolben c nach rechts;
es ergibt sich im Raum a ein plötzlicher Druckanstieg, und dieser @-eianlaßt eine
Öffnung des Ventils p. Infolgedessen strömt der größte Teil der Luft nach der Speicherkammer
da ab, in welcher dadurch eine Drucksteigerung auftritt, die jedoch hinter
der Spannung der Verbrennnungsgase zurückbleibt. Die Verbrennungsgase beaufschlagen
nun mit einem etwas unter der Verbrennungsspannung liegenden Druck die Turbinenschaufeln
und drehen infolgedessen den Läufer. Ist.die Spannung der Verbrennungsgase gesunken,
so strömt durch die Kanäle 1t wieder Druckluft in den Raum a., und dieser schiebt
den Kolben c nach links, dabei einen Teil der Verbrennungsgase mit annähernd gleichbleibendem
Druck auf die Turbinenschaufeln leitend. Sobald die Spannung im Raum g unter den
Druck der verdichteten Frischgase gesunken ist, öffnet sich das Ventil in, es treten
nun Frischgase in den Raum g ein und spülen den Rest der Verbrennungsgase aus. Der
Durchfluß der verdichteten Luft durch die Kanäle u dauert noch an, und nach kurzer
Zeit übersteigt die Spannung im Raum a den Druck im Raum g, der Kolben c überschleift
die üffnungen zu den Turbinenschaufeln b, und es ist nun der eingangs beschriebene
Zustand wieder hergestellt, so daß eine neueVerbrennung einsetzen kann. Selbstverständlich
folgen sich die Arbeitsvorgänge sehr schnell, und demgemäß bleibt der Läufer der
Turbine in ständigem Umlauf. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist angenommen, daß der Läufer der Turbine innen und der feststehende Teil außen
liegt. Es steht natürlich nichts im Wege, die Anordnung auch umgekehrt zu wählen.