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Rückdruckgasturbine mit umlaufender Brennkammer Man hat bereits verschiedene
Ausführungsformen von Rückdruckgasturbinen mit umlaufender Brennkammer vorgeschlagen,
die aber bis jetzt noch zu keiner einwandfrei arbeitenden praktischen Verwirklichung
einer solchen Maschine geführt haben. Einzelne dieser Gasturbinen sind mit Ventilen
zur Steuerung der Zufuhr von Gas und Luft versehen. Die Verwendung dieser Einlaßventile
hat eine absatzweise stattfindende Speisung der Brennkammern zur Folge, wodurch
Stoßerscheinungen hervorgerufen werden, welche Erschütterungen und Schwingungen
der Maschine erzeugen, die insbesondere dann unzulässig sind, wenn die Turbine mit
großer Geschwindigkeit laufen soll.
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Andere bekannte Bauformen von Rückdruckgasturbinen weisen hohle, mit
einer umlaufenden Nabe verbundene Arme auf, die mit Brennstoff gespeist werden und
denen außerdem noch Luft durch seitliche, an der Brennkammer einmündende Kanäle
zugeführt wird, die in der Drehrichtung der Arme verlaufen. Bei diesen Maschinen
ist keine Gewähr für einen ununterbrochenen Gang gegeben, da die aus der Brennkammer
austretende Flamme notwendigerweise beinahe sofort infolge der plötzlichen Entspannung
des Gemisches in der umgebenden Luft wie unter dein Einfuß einer Blaswirkung zum
Erlöschen kommen wird und außerdem keine Vorsorge für eine Kühlung der Brennkammer
und für eine Luftzuführung unter einem den Druck in der Brennkammer übersteigenden
Druck getroffen ist.
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Es sind auch Gasturbinen bekannt, bei denen das Gasgemisch in eine
zuerst sich verengende und dann erweiternde gebogene Düse an deren Einschnürungsstelle
eintritt und diese mit ihrem äußeren Ende tangential zu -inem Turbinenradius gerichtete
Düse durch Rückstoß in Umdrehung versetzen soll. Bei ,fiesen Maschinen ist keine
besondere Brennkammer vorhanden, und die Zufuhr der Zusatzluft erfolgt durch die
Saugwirkung des in die Düse ausströmenden Gasgemisches und somit unter einem geringen
Druck, so daß leicht mindestens ein Teil des unter Druck stehenden Gasgemisches
durch die Einlaßöffnung der Zusatzluft entweichen kann und daher ein sicheres Arbeiten
der Maschine nicht möglich ist.
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Die Erfindung bezweckt nun, eine Rückdruckgasturbine mit umlaufender
Brennkammer zu schaffen, bei der ein ununterbrochener Gang ohne Stoßerscheinungen
gesichert und eine plötzliche Entspannung der Verbrennungsgase in der umgebenden
Luft und eine Schädliche Wirkung hoher Temperaturen der Verbrennungsgase, sowie
ein Rückschlagen
der Flamme vermieden sind. Dieses Ziel wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß in die Brennkammer durch zwei getrennte Leitungen einerseits
ein an Brennstoff überreiches und daher für sich nicht brennbares Gemisch und anderseits
verdichtete Zusatzluft je mit einem den Druck in der Kammer übersteigenden Druck
eingeführt wird, während Druckluft durch einen die Brennkammer umgebenden Kühlmantel
geleitet wird, an welchem sich eine von der Austrittsöffnung der Brennkammer an
in Richtung der ausströmenden Gase erstreckende Düse anschließt, welche sich zuerst
verengt und dann erweitert.
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Die Zeichnung zeigt die Rückdruckgasturbine nach der Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung. Abb. i ist ein senkrechter
Schnitt durch einen Teil der Maschine und Abb. 2 ein waagerechter Schnitt nach der
Geraden a-2 der Abb. i.
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Der Brennkammer C wird durch eine Leitung A ein an Brennstoff überreiches
und daher für sich nicht brennbares Gemisch und durch eine zweite Leitung B eine
zur Verbrennung dieses Gemisches hinreichende Menge verdichteter Luft zugeführt.
Die Wandung der Kammer C kann aus Metall bestehen und mit einer feuer- und hitzebeständigen
Auskleidung D versehen sein. Oberhalb der Leitungen A, B ragt in die Kammer C eine
elektrische Zündkerze E hinein, die auch durch eine andere Zündvorrichtung, z. B.
einen Glühzünder, ersetzt werden kann. Da das durch die Leitung A zutretende Gemisch
ohne die Zusatzluft aus der Leitung B nicht brennbar ist, ist ein Rückschlagen der
Flamme aus der Kammer G in die Leitung A unmöglich. Die Zuführung des Gemisches
sowohl wie der Zusatzluft in die Brennkammer erfolgt unter einem den Druck in dieser
Kammer übersteigenden Druck.
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Die Leitung B ist an ihrem Ende BI mit der Leitung K in Verbindung,
die zur Zuführung von Druckluft zu dem die Brennkammer C mit Abstand umgebenden
Mantel L dient, der nach der Austrittsöffnung 111 der Brennkammer C zu in eine zuerst
sich verengende und dann erweiternde Düse 0 übergeht, deren Einschnürungsstelle,
von der ZündkerzeE aus gesehen, hinter der Austrittsöffnung der Kammer C liegt.
Die Leitung K ist über die (Öffnung K'- an einen nicht näher dargestellten Verdichter
angeschlossen. Mehrere Leitungen A, B, K sind in radialer Richtung und die zugehörigen
Brennkammern G und Kühlmäntel L mit ihren Längsachsen in tangentialer Richtung an
einer Scheibe angebracht, deren Nabe H mittels der Kugellager J um eine feststehende
hohle Welle F drehbar ist. Die Hohl-welle F, die von einer Labyrinthdichtung G umgeben
ist, dient zur Zuführung des brennstoffreichen Gemisches zu den Leitungen A, die
mit dem Innenraum der Welle F in Verbindung stehen. Bei Flugzeugpropellern können
die Brennkammern an den Enden der Propellerflfigel befestigt und die Leitungen
A, B, K in das Innere der dann hohl auszubildenden Flügel verlegt sein.
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Wenn die Turbine durch irgendeine Anlaßv orrichtung in Gang gebracht
ist, treten verdichtete Luft und brennstoffreiches Gemisch in die Kammer C durch
die Leitungen A und B unter einem bestimmten Druck ein, der durch die Fliehkraft,
ähnlich wie bei einem Fliehkraftverdichter, hervorgerufen ist und durch eine Pumpe
verstärkt sein kann. Es folgt dann Zündung und Verbrennung, und die Verbrennungsgase
verlassen die Kammer C mit hoher Temperatur und großer Geschwindigkeit durch die
Austrittsöffnung 111. In der Düse 0 vermischen sich die Brenngase mit der Luft,
die durch die Leitung K unter Druck in den Mantel L eingeführt wird. Durch .die
Mischung der Verbrennungsgase mit Luft wird die Strömungsgeschwindigkeit derselben
verringert. Außerdem bewirkt die aus der Leitung K kommende Luft eine Kühlung der
Brennkammer, die daher keine für ihre Erhaltung gefährliche Temperatur erreichen
kann. Auch ergibt sich eine Energierückgewinnung, indem sich die Kühlluft durch
die Berührung mit der Kammer C erhitzt und in dem Mantel L entspannt. Um die Mischung
der Verbrennungsgase mit der Kühlluft zu erleichtern, können mehrere Mischkegel
N, N', N" in der Düse 0 vorgesehen sein.
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Die mit der Luft aus der Leitung K vollständig vermischten Verbrennungsgase
werden durch das sich erweiternde Ende der Düse O in die Außenluft ausgestoßen,
und der durch den ganzen Verbrennungs- und Entspannungsvorgang hervorgerufene Rückdruck
bewirkt den Antrieb der Turbine in _einem der Ausstoßrichtung entgegengesetzten
Drehsinn. Der sich erweiternde Teil der Düse 0 verhindert dabei ein zu plötzliches
Entspannen der Verbrennungsgase in der Außenluft und sichert dadurch in Verbindung
mit dem sich verengenden Teil der Düse 0, der die Bremsung der aus der Kammer C
austretenden Flamme durch den sie umgebenden Luftring schrittweise zunehmen läßt
und einem zu raschen Ausbreiten und damit einem sofortigen Erlöschen der Flamme
vorbeugt, ein ununterbrochenes Arbeiten der Turbine. Hierzu tragen anderseits auch
die Zuführung des an Brennstoff überreichen Gemisches und der zugehörigen Verbrennungsluft
unter Druck sowie die Kühlung der Brennkammer durch Druckluft bei.