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Gasturbine mit pendelnder Hilfsflüssigkeit Bei Gastürbinen mit pendelnder
Hilfsflüssigkeit, bei welchen die Hilfsflüssigkeit während der Energieabgabe an
die Welle in der Form zusammenarbeitender Doppelkolben von unveränderlicher Gesamtmasse
unter dem Einfluß beiderseitiger Gasdrücke zwischen zwei Zellenrädern durch einen
dazwischenliegenden gemeinsamen Leitring hin und zurück pendelt, ist es insbesondere
für das Anlassen vorteilhaft, das Einschwingen der Flüssigkeit in die umlaufenden
Verbrennungsräume durch ein fertiges Betriebsmittel, wie etwa Druckluft, zu bewirken,
und es ist außerdem vorteilhaft, das Ausschwingender Flüssigkeit aus den Verbrennungsräumen
bis zu deren völliger Entleerung von Flüssigkeit auszudehnen. Nach vorliegender
Erfindung soll dieses doppelte Ziel erreicht werden.
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Dem in den Abbildungen dargestellten Beispiel ist .eine im Zweitakt
arbeitende Verpuffungsturbine zugrunde gelegt. Die Abb. i, 2 und 3 zeigen axiale
Schnitte durch die Turbine; die Abb.4 ist eine schematische Abwicklung .der Zellenräder
und des zwischen ihnen liegenden festen Leitrings; die Abb, 5 zeigt einen Querschnitt
durch die Turbine für eine Sonderart der Pendelbeweg r u ng der Hilfsflüssigkeit.
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Die hohle Turbinenwelle i trägt fliegend das Treibrad, welches aus.
den Teilen 2 und 3 besteht. Der zwischen den Teilen 2 und 3 liegende Leitring 4
ist am feststehenden Gehäuse 5 befestigt. Im Treibrad 2, 3 wirken einerseits die
treibenden Verbrennungsgase in einzelnen Radzellen 6, die gegenseitig voneinander
und auch nach außen abgeschlossen sind, anderseits wirkt ein - Druckmittel, wiel'
z. B. Druckluft, in einem für alle Radzellen gemeinsamen Ringraum 7. In der oberen
Hälfte der Abb. z ist einer der pendelnden Doppelkolben 8, 9 in Zündstellung vor
der festliegenden Zündstromzuführung 1o dargestellt, in der unteren Hälfte derselben
Abbildung liegt eine Radzelle 6 in Auspuffstellung vor der Auspufföffnung i i des
Leitrings. . Die Auspufföffnung i i ist in die Innenfläche des zylindrischen Leitrings
4 = gelegt, und das gleiche gilt, wie aus den Abb. 2 und 3 hervorgeht, auch für
die übrigen zur Durchführung eines Zweitaktverfahrens nötigen Steueröffnungen, an
denen die Verbrennungsräume 6 des Radteiles 2 vorüberstreichen. Durch Schlitze oder
Löcher z2 (Abb. z) strömt, gegebenenfalls unterstützt durch die Ejektorwirkung der
Auspuffgase, die nötige Spülluft durch die Verbrennungsräume 6 hindurch zur Auspuffleitung,
und durch die Schlitze oder Löcher 13 (Abb.3) folgt ihr der eingeblasene Brennstoff
allein oder in Mischung mit Luft, gegebenenfalls bei völligem Abschluß der Verbrennungsräume
gegenüber der Auspuffleitung.
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Durch die Anordnung der Steueröffnungen auf der Innenseite des Leitrings
4 wird erreicht, daß die Verbrennungsräume 6 des
Radteiles :2 unter
allen Umständen in Abwesenheit von Hilfsflüssigkeit gespült und geladen werden können,
denn beim Erreichen der Auspufföffnung i i, - wenn nicht schon früher, ist die pendelnde
Hilfsflüssigkeit aus dem Radteil 2 völlig ausgetreten, nachdem sie bis zuletzt mit
derjenigen im Radteil 3 in der Form von Doppelkolben zusammengearbeitet hat. Die
Spülung und Ladung der Verbrennungsräume 6 in Abwesenheit von Flüssigkeit ist von
größter Bedeutung für die Erzielung .eines trockenen Gemisches und für die sichere
Wirkung der Zündeinrichtung.
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Durch die Füllung des Ringraumes 7 im Radteil 3 mit einem fertigen
Betriebsmittel, wie Druckluft, wird erreicht, daß sich nach erfolgter Spülung und
Ladung mit Sicherheit in den beiden Radteilen :2 und 3 wiederum zusammenhängende
Doppelkolben von Hilfsflüssigkeit ausbilden, .deren Gesamtmasse während des Eindringens
der Flüssigkeit in den Radteil e unverändert bleibt, und deren Relativbewegung deshalb
eindeutig bestimmt ist, weil diese Doppelkolben während der Verdichtung des Gemisches
im Radteil z unter dem bekannten Druck der Luft im Ringraum 7 des Radteiles 3 stehen.
Die erforderliche Verdichtung des Gemisches in den Verbrennungsräumen 6 des. Radteiles
:2 ist dadurch gesichert und ein insbesondere für das Anlässen der Turbine wesentlicher
Vorteil erreicht.
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Nach ihrem Austritt -aus dem Radteil 2 umströmt die Hilfsflüssigkeit,
nunmehr mit allen Teilen allein im Radtei13 liegend, die Außenfläche desjenigen
Leitringteils, auf dessen Innenfläche die Steueröffnungen für Auspuff, Spülung und
Ladung liegen. Überschüssige, noch im Verbrennungsraum 6 befindliche Flüssigkeit
wird an .der Auspufföffnung-abgestreift und gelangt in die Auspuffleitung. Verbrennungsgase,
die in den Radteil 3 mit übertreten, sammeln sich in der Ringnut 14 auf der Außenfläche
des Leitrings 4 und treten durch die besondere Entlüftizngsöffnung 15 (Abb.3) des
Leitrings aus. Naturgemäß kann im Radteil 3 -auch eine Entlüftung der U-förmigen
Zellenräume zum Ringraum ? hin vorgesehen sein. - Der Wasserersatz geschieht entweder
durch _ die hohle Turbinenwelle oder mit Hilfe besonderer Zuführungen im Leitring.
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Die Mittellagen der Flüssigkeitsspiegel in den Radteilen 2 und 3 können,
wie in der Abb, i beispielsweise dargestellt, im Beharrungszustand der Turbine in
verschiedenen Abständen von der Welle liegen, und zwar richtet sich die etwaige
gegenseitige Überhöhung nach der Größe der Gasarbeiten in den Verbrennungsräumen
6 des Radteiles 2 und nach der jeweils eingestellten Höhe des Luftdrucks im Ringraum
7 des Radteiles 3. Beim Anlassen ,der Turbine setzt das Einschwingen der Hilfsflüssigkeit
in den Radteil :2 erst nach erfolgtem Anschluß des Ringraums 7 an einen Druckluftbehälter
mit Hilfe der Luftleitung 16 ein, wonach die Verdichtung und Zündung des in den
Verbrennungsräumen 6 gebildeten Gemisches erfolgt. Wenn dabei auch weiterhin die
Luftpressung im Radteil 3 unverändert belassen wird, so vergrößert sich durch den
Zulauf von der Welle her die Masse der pendelnden Flüssigkeit selbsttätig bis zur
Erreichung eines Gleichgewichtszustands und unter allmählicher Ausbildung einer
Spiegelüberhöhung zwischen den Radteilen 2 und 3. Diese Spiegelüberhöhung wird naturgemäß
dann am größten, wenn etwa im Ringraum 7 mit .atmosphärischem Druck gearbeitet wird.
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Radteil 3 enthält gemäß der Abb. z einen für alle seine Flüssigkeitsspiegel
gemeinsamen Druckraum 7, demzufolge das Hinundherpendeln dieser Spiegel unter Volldruck
erfolgt. In diesem einfachsten Fall ist für die Lufträume des Radteiles 3 keine
besondere Steuerung erforderlich, und die einzelnen Flüssigkeitsspiegel im Radteil
3 können deshalb sogar ineinander übergehen, wenn nur die -Zellenwände im Radteil
3 entsprechend äusgeAsgart sind. -Es ist indessen auch möglich, diese einzelnen-Lufträume
über den- Spiegeln des' Radteils 3 in bekannter Weise zu steuern, etwa so, daß sie
ganz oder teilweise als Windkessel mit veränderlichen Drücken arbeiten. -In Abb.
4 ist gezeigt, daß in der vorliegenden Turbine die Bildung von zusammenarbeitenden
Doppelkolben besteht, die während der Verdichtung und Entspannung der Gase in den
Verbrennungsräumen 6 durch aufeinanderfolgen-de Leitkanäle 17 zu unver-#
änderlicher Gesamtmasse miteinander gekuppelt sind und dabei Energie an die Welle
.abführen. Es ist jedoch bei der vorliegenden Bauart nicht unbedingt erforderlich,
daß, wie beispielsweise dargestellt, der im Radteil 2 pendelnde Flüssigkeitsteil
mit einer auf Null gesunkenen Relativgeschwindigkeit an die Innenfläche des Leitrings
4 herantritt und den einzelnen Verbrennungsraum 6 eben dann verläßt, wenn dieser
über der Auspufföffnung i i angelangt ist. Vielmehr ist es auch denkbar und bei
Belastungsänderungen der Turbine ohnehin der Fall, daß der im Radteil :2 pendelnde
Flüssigkeitsteil mit einer bestimmten Größe von Relativgeschwindigkeit die Verbrennungsräume
6 verläßt. Das gleiche gilt auch für den Wiedereintritt der Flüssigkeit- in Radteil
2; er kann mit einer anfänglichen Relativgeschwindigkeit Null erfolgen, aber auch
mit einem größeren Betrag.
In allen diesen Fällen bleibt jedoch
die Eigenart der Pendelringturbine bestehen, daß die Leitringschaufeln, deren Ein-
und Austrittskanten am Umfang durchweg um die gleichen Beträge auseinanderliegen,
zusammenarbeitende Flüssigkeitskolben von unveränderlicher Gesamtmasse kuppeln.
Die eben geschilderte Betriebsart ist in der Abb. 5 dargestellt. In diesem Fall
kann die Entlüftungsöffnung 15 an eine besondere Spülluftzuführung auf der
Außenfläche des zylindrischen Leitrings q. angeschlossen werden, um die in Radteil
3 übertretenden Verbrennungsgase zu beseitigen. Der Flüssigkeitsinhalt der Turbine
kann auch in diesem Fall vom Leitring aus eingestellt werden.
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Die völlige Entfernung der Hilfsflüssigkeit aus den umlaufenden Radzellen
von Gasturbinen ist an sich bekannt, jedoch nur bei solchen Bauarten, bei welchen
-die Hilfsflüssigkeit einen Kreislauf in der Ebene des Laufrades ausführt. Diesen
Bauarten bringt die völlige Entfernung der Hilfsflüssigkeit aus den Radzellen die
Gefahr einer Rückkehr von mitgerissenen .Auspuffgasen in die mit neuem Gemisch gefüllten
Brennkammern. Andrerseits ist die Anordnung der Steueröffnungen von umlaufenden
Brennkammern zwischen den Leitkanälen eines zylindrischen Leitrings bereits bei
Gasturbinen ohne Hilfsflüssigkeit benutzt worden; diesen Bauarten fehlt die zuverlässige
Verdichtung und Kühlung durch Hilfsflüssigkeit. Die Benutzung dieser Anordnung bei
Gasturbinen mit pendelnder Hilfsflüssigkeit gestattet es, die Kühlung der Brennräume
durch Hilfsflüssigkeit und die Trockenlegung der Brennräume vor -ihrer Spülung und
Ladung zu vereinigen mit der Vermeidung einer Rückkehr mitgerissener Auspuffgase
und mit der sicheren Verdichtung des Gemisches durch die Einwirkung eines fertigen
Betriebsmittels. Die Turbine kann mit ständiger Abführung erwärmter Flüssigkeit
oder auch mit Heißkühlung arbeiten.
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Die Leitschaufeln können zu Regelzwecken verstellt werden.
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An Stelle von Druckluft kann im Radteil 3 auch Dampf verwendet werden.
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An Stelle eines Verpuffungsvorgangs- kann auch eine Gleichdruckverbrennung
in oder vor den Gasräumen des Radteiles 2 durchgeführt werden.
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Der Erfindungsgegenstand eignet sich auch für die Benutzung von Dämpfen
irgendwelcher Herkunft und Spannung.