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Brennkraftturbine Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftturbine;
deren einer Hauptteil, beispielsweise das Laufrad, mit mindestens einer Ausnehmung
versehen ist, deren Vorderwandung annähernd radial steht, während der andere Hauptteil,'
z. B. das Gehäuse, welcher mit dem erstgenannten -Hauptteil zusammenarbeitet, wenigstens
eine Ausströmöffnung aufweist. Derartige Brennkraftturbinen sind an sich bekannt.
Bei den bekannten Maschinen soll die Drehung des Laufrades dadurch erfolgen, daß
die Verbrennungsgase einen Stoß auf die Laufradausnehmung ausüben. Die Ausnehmungen,
in denen die die Antriebskraft erzeugenden Verbrennungen hervorgerufen werden, treten
erst eine gewisse Zeit nach der Verbrennung mit den Ausströmöffnungen in Verbindung,
damit die dann schon entspannten Gase ausgelassen werden. Von derartigen Einrichtungen
unterscheidet sich die Erfindung dadurch, daß nicht der Stoß der Gase das Laufrad
in Umdrehung versetzen soll, sondern der Druck der Gase, welcher auf die Laufradausnehmung
dann wirkt, wenn die Gase aus der Auslaßöffnung im Gehäuse ausströmen und dabei
einerseits gegen die feste Gehäusewand drücken, andererseits sich entspannend durch
die entstandene Öffnung gegen die Laufradausnehmung drängen.
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Die Erfindung besteht darin, daß der in der Ausnehmung durch Verbrennung
erzeugte Überdruck erst in dem Augenblick hervorgerufen wird, in welchem die Ausnehmung
mit der Ausströmöffnung in Verbindung tritt. Hierdurch wird im Gegensatz zur stoßweisen
Einwirkung der Gase eine verhältnismäßig lange, eine Drehbewegung hervorrufende
Einwirkung der Gase auf das Laufrad möglich, was weiterhin eine gleichmäßigere Kraftabgabe
hervorruft. Schließlich können bei dem Erfindungsgegenstand Brennstoffgemische von
heftiger Explosionskraft verwendet werden, ohne daß die Gefahr von Brüchen vorhanden
ist, da im Augenblick der höchsten Drucksteigerung bereits Verbindung mit der Außenluft
herrscht.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt, und
zwar geben die Abb. z bis 3 eine schematische Darstellung von drei Ausführungsformen
der Erfindung im Querschnitt.
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Abb. q. zeigt den Läufer einer erfindungsgemäß gestalteten Turbine
für sich herausgezeichnet.
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Abb. 5 veranschaulicht im größeren Maßstabe eine Einzelheit der in
Abb.3 dargestellten Turbine.
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Abb. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Läufers gemäß der Erfindung.
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In den Abbildungen ist mit a ein Läufer bezeichnet, der mindestens
eine Ausnehmung b aufweist. Diese Ausnehmung ist an ihrer Vorderseite (Vorderseite
im Drehsinn der Turbine) durch eine radiale Wand begrenzt,
welche
eine scharfe Kante d aufweist. Der Läufer a ist im Innern eines Gehäuses c angeordnet,
welches die Gleitfläche für den Läufer a.:äuf -mindestens -einem Teil seines
inneren Umfanges bildet. Das Gehäuse c ist mit wenigstens einer Auslaßöffnung versehen.
Weiterhin sind an dem Gehäuse c Mittel vorgesehen, die bewirken, daß in der Ausnehmung
b in dem Augenblick, in dem zwischen der Ausnehmung und der Auslaßöffnung eine Verbindung
eintritt, ein Überdruck vorhanden ist, der von einer Verbrennung herrührt, die in
ungefähr dem gleichen Augenblick erzeugt ist, in dem die genannte Verbindung hergestellt
wird.
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Der Läufer a besteht bei den in Abb. i bis 5 dargestellten Ausführungsformen
aus einem beispielsweise aus Stahl hergestellten, zylinderförmigen Körper mit geschliffener
Oberfläche. Der Läuferkörper kann voll oder hohl ausgeführt sein und mit einer Kühlvorrichtung
versehen sein. Insbesondere kann die Kühlung durch einen Kühlmittelumlauf (Luft,
Wasser, Öl usw.) hervorgerufen werden.
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Die Form der Ausnehmung im Läufer wird zweckmäßig derart gewählt,
daß die Öffnung durch zwei Ränder, die parallel zur Läuferachse ,liegen, und zwei
weitere Ränder, die senkrecht zur Läuferachse liegen, gebildet wird. Weiterhin bilden
die Seitenwände b° (Abb. q.) Teile von Ebenen, die rechtwinklig zur Läuferachse
stehen. Die Vorderwand b00 wird durch eine radiale Ebene gebildet. Der Boden: b000
schließlich wird durch einen zylinderförmigen Teil gebildet, und zwar läuft die
Achse dieses den Boden bildenden Zylinders parallel mit der Läuferachse. Die Krümmung
des Bodens ist derart, daß er sich der Achse des Läufers nähert. Der Boden b°011
verbindet den unteren Teil der Vorderwand b00 mit dem Hinterrand des äußeren Umrisses
der Ausnehmung b.
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Das Gehäuse c, welches die Gleitfläche für den Läufer a bildet, besteht
aus einer zylindrischen hohlen Hülse aus beispielsweise Gußeisen und hat innen eine
zylindrische Bohrung, deren Durchmesser derart ist, daß der Läufer a in dieser Bohrung
ohne Spiel und dichtanliegend sich drehen kann. Selbstverständlich muß eine Schmierung
benutzt werden. -An einer Stelle des Gehäuses c ist eine Austrittsöffnung e vorgesehen,
deren Querschnitt derart beschaffen ist, daß die Verbindung zwischen der Ausnehmung
b und der Austrittsöffnung e während der Drehung des Läufers im Gehäuse sofort über
die ganze Breite der Kante eintritt, die von dem Vorderrand der Ausnehmung gebildet
wird. Der Querschnitt der Austrittsöffnung e ist zweckmäßig rechteckig, ebenso.
wie auch der Querschnitt der Ausnehmung b.
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Das Gehäuse c ist mit Mitteln versehen, durch welche es ermöglicht
wird, eine Verbrennung hervorzurufen, durch die der Überdruck erzeugt wird, der
zum Betrieb der Turbine notwendig ist. Diese Mittel können, wie in Abb. i dargestellt
ist, beispielsweise aus einem Verdichter f bestehen, der eine vom Vergaser g erzeugte
Brennstoffmischung ansaugt und diese durch eine Leitung weiterbefördert. Die Bauart
des Verdichters ist beliebig; so kann beispielsweise ein Drehkolbenverdichter, ein
Kapsel- oder Kolbengebläse Anwendung finden. Die Leitung h mündet in einer Öffnung
i, die in der Gehäusewandung vorgesehen ist und an der die Ausnehmung b vorbeistreicht.
Wenn die Ausnehmung b an der Öffnung i vorbeigleitet, füllt sich die Ausnehmung
mit Brennstoff gexnisch.
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Zur Zündung des Gemisches kann beispielsweise ein Leitungsdraht j
vorgesehen werden, der durch einen elektrischen Strom in Rotglut versetzt wird.
Dieser Leitungsdraht ist von der Masse des Gehäuses isoliert und wird zweckmäßig
in geringer Entfernung (einige Winkelgrade) von der Vorderkante der Austrittsöffnung
e angebracht. Mit Hilfe dieses Glühdrahtes - wird die- Zündung des Brennstoffgemisches
in der Ausnehmung b entweder in dem Augenblick hervorgerufen, in dem die Verbindung
zwischen der Ausnehmung b und der Öffnung e eintritt, oder die Zündung erfolgt höchstens
einige wenige Grad vor diesem Augenblick. Selbstverständlich muß die Öffnung i derart
in der Gleitfläche des Gehäuses angeordnet sein, daß die Ausnehmung b niemals gleichzeitig
einerseits gegenüber der Öffnung i und andererseits gegenüber einer zweiten Öffnung
oder dem Zündungsdraht j stehen kann.
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In Abb. z ist eine Einrichtung dargestellt, mit deren Hilfe die Verbrennungsgase
ausgespült werden können, die in der Ausnehmung b nach ihrem Vorbeigang an der Öffnung
e verblieben sind. Für diese Spülung kann ein Verdichter oder Ventilator k benutzt
werden, der einen Spülstrom durch eine Öffnung L hindurchschickt. Diese Öffnung
ist in der Gleitfläche, an der die Ausnehmung b vorbeistreicht, vorgesehen und befindet
sich in einem solchen Abstand von der Öffnung e, daß die Ausnehmung b sich gleichzeitig
gegenüber der Öffnung e und der Öffnung L befinden kann. Bei einer solchen Stellung
der Ausnehmung b wird, wie ohne weiteres klar ist, eine Spülung durch bei L eingeblasene
Luft erfolgen.
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Ferner ist es zweckmäßig, eine Einrichtung zu treffen, um eine vollständige
Füllung der
Ausnehinung b herbeizuführen. Zu diesem Zweck ist eine
Leitung m (s. Abb. 2) vorgesehen, die an einem Punkt des Verdichters f angeschlossen
ist, in dein ein Druck von beispielsweise 5 Atm. herrscht, der etwas geringer ist
als der Druck von beispielsweise 6 Atm., der in der Leitung h herrscht. Die Leitung
m mündet in eine Öffnung u, die auf demjenigen Teil der Gleitfläche vorgesehen
ist, an dem die Ausnehmung b vorbeistreicht, und deren Abstand von der Öffnung i
so gering ist, daß die Ausnehmung sich gleichzeitig gegenüber der Öffnung
i und der Öffnung n befinden kann. Wenn sich die Ausnehmung in dieser Stellung
befindet, fließt ein Strom von Brennstoffgemisch durch die Leitung h, die Öffnung
i, die Ausnehmung b, die öffnung n und - die Leitung m, so
daß .ein geschlossener Gemischstrom hergestellt und eine vollkommene Füllung der
Ausnehmung b gesichert wird.
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In Abb. 3 ist -eine abgeänderte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar wird gemäß Abb.3 die Ausnehmung mit verdichteter Luft gefüllt,
die unter einem sehr hohen Druck, beispielsweise 5o Atm., steht, und deren Temperatur
auf. beispielsweise 2oo° C erhöht ist. Zur Erzeugung dieses Luftdruckes dient ein
Verdichter o, der durch eine Öffnung p, die in der Gehäusewandung vorgesehen ist,
die warme Druckluft in die Ausnehmung preßt, sobald letztere an der Öffnung p vorbeistreicht.
Weiterhin ist gemäß Abb.3 eine Einspritzvorrichtung q für gasförmigen, pulverförmigen
oder flüssigen Brennstoff vorgesehen, die ähnlich den bekannten Einspritzvorrichtungen
bei Brennkraftmaschinen ist. Mit dieser Einspritzvorrichtung wird der Brennstoff
in die Ausnehmung b hineingespritzt, sobald die Vorderkante der Ausnehmung mit der
Vorderkante der Ausströmöffnung e zusammenfällt. Die Einspritzung selbst findet
zweckmäßig an einer Stelle der Gleitfläche statt, die der Auslaßöffnung e möglichst
benachbart liegt. Die Einspritzvorrichtung selbst kann aus einem Einspritzventil
bestehen, welches beispielsweise mit einer Einspritznadel r versehen ist. Zur Bewegung
des Ventils dient eine Welle mit Nocken s (Abb. 5), welche durch Zahntriebwerk oder
eine ähnliche Einrichtung von dem Läufer a aus in Drehung versetzt wird. Der Nocken
wirkt in . bekannter Weise auf einen Hebel ein, der seinerseits die Brennstoffnadel
bewegt. Bei der dargestellten Einrichtung wird die Nadel gerade angehoben, also
die Einspritzung herbeigeführt in dem Augenblick, in dem die Ausnehmung mit der
' Austrittsöffnung in Verbindung tritt. Die in Abb. 3 und 5 dargestellte Einrichtung
kann weiterhin noch mit einer Ausspüleinrichtung =nach Abb,. 2 verbunden werden.
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Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgegenstandes, die zeichnerisch
nicht dargestellt ist, besteht darin, daß eine von dem Gehäuse getragene Kammer
vorgesehen wird, die auf demjenigen Teil der Gehäusefläche mündet, auf dem der Läufer
gleitet. Die Mündungsöffnung ist an einem solchen Punkte gelegen, daß sich die Ausnehmung
des Läufers gleichzeitig gegenüber der genannten Mündungsöffnung und gegenüber der
Ausströmöffnung befindet. Weiterhin werden bei dieser letztgenannten Ausführungsform
Einrichtungen ähnlich den schon oben beschriebenen getroffen, um gleichzeitig in
der genannten Kammer und der Ausnehmung durch Verbrennung einen Überdruck zu erzeugen.
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Zur Klärung der Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes sei das Folgende
ausgeführt: Es ist gleichgültig, ob die Ausnehmung mit unter Druck stehendem Brennstoffgemisch
oder nur mit warmer Druckluft gefüllt ist, in die man einen gasförmigen oder pulverförmigen
Brennstoff einspritzt. Der Erfolg besteht beide Male darin, daß die Ausnehmung in
dem Augenblick, in dem ihre Vorderkante mit dem hinteren Rande der Öffnung e zusammenfällt,
der Sitz einer plötzlichen Druckerhöhung ist, die in der Nachbarschaft der Öffnung
e zur Entstehung gebracht ist. Sobald nun eine Verbindung zwischen der Ausnehmung
und der Ausströmöffnung hergestellt ist, strebt _ das Antriebsmittel, welches sich
ausdehnen will, danach, die Ränder der entstehenden Öffnung weitervoneinander zu
entfernen. Hierdurch wird ein erster Kraftantrieb auf den Läufer ausgeübt.
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Gleich darauf tritt ein örtlicher Unterdruck in der Nachbarschaft
der Vorderwand der Ausnehmung auf, und die Masse des unter Druck stehenden, in der
Ausnehmung enthaltenen Gases stürzt sich gegen diese Vorderwand und trifft auf sie
auf. Hierdurch entsteht ein zweiter Antrieb für den Läufer. Bei jedem Vörbeigang
einer Ausnehmung an eine Öffnung e tritt also eine Antriebswirkung ein. Es ist klar,
daß man durch Vermehrung der Zahl der Ausnehmungen und Austrittsöffnungen eine nahezu
ununterbrochene Antriebswirkung erhält. Zweckmäßigerweise ordnet man eine möglichst
große Zahl von Ausnehmungen hintereinander auf einem Steifen des Läuferumfanges
an und setzt dann mehrere solcher Ausnehmungsstreifen nebeneinander. Man erhält
dann einen Läufer der beispielsweise in Abb.6 dargestellten Form. Bei einem solchen
Läufer gehen. die einzelnen Ausnehmungen nacheinander
in- gleichen
Abständen an einer länglichen, für alle.. Ausnehmungen gemeinsamen Austrittsöffnung
e vorbei.
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Selbstverständlich ist - es notwendig, Schmiereinrichtungen anzubringen,
und zwar können PreBschmierungen, Schmiernuten usw. vorgesehen werden.