-
Gasturbine mit mehreren kreisförmig um eine Antriebswelle angeordneten
Zylindern, deren Flugkolben die Düse für den Austritt der Gase aus dem Zylinder
steuern Es sind bereits Gasturbinen bekannt, bei welchen mehrere Zylinder kreisförmig
um eine Antriebswelle angeordnet sind und Flugkolben enthalten, von denen jeder
den Verbrennungsraum des nächstfolgenden Zylinders mit Luft und Brennstoff beschickt.
Bei derartigen Turbinen steuert jeder Flugkolben nur die an seinem eigenen Zylinder
vorgesehene Düse für den Austritt der Gase aus dem Verbrennungsraum. Andererseits
ist es im Brennkraftturbinenban allgemein bekannt, die Düsenventile zwangsläufig
mittels Nocken zu steuern und die Düsen zu schließen, ehe der Brennstoff in die
Brennkammer eingeführt ist.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit mehreren kreisförmig
um eine Antriebswelle angeordneten Zylindern, deren Flugkolben die Austrittsdüse
für die Gase steuern. Erfindungsgemäß wird die Steuervorrichtung für die Düsen so
ausgebildet, daß jede Düse von dem Flugkolben ihres eigenen Zylinders geöffnet und
von dem Flugkolben des vorhergehenden Zylinders geschlossen wird. Das bringt den
Vorteil mit sich, daß die Schließung der Ventile zwangsläufig erfolgt, ohne daß
es notwendig ist, Nockenwellen zu verwenden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß
sich die Steuerung stets den Arbeitsspielen selbsttätig anpaßt. Die Ausführung kann
beispielsweise so getroffen sein, daß im Kopf jedes Zylinders ein Steuerkolben vorgesehen
wird; der unter der Einwirkung des in dem Zylinder angeordneten Flugkolbens steht
und über entsprechende Zwischenorgane, z. B. Hebelgestänge, Zugglieder u. dgl.;
den Schieber der Düse des nächstfolgenden Zylinders schließt und den der Düse des
eigenen Zylinders öffnet. In die Zwischenorgane werden dabei zweckmäßig Ausgleichsfedern
eingeschaltet, um bei schneller Zündfolge in den Zylindern die auf die Schieber
usw. durch den raschen Wechsel von Zug- und Druckbeanspruchungen ausgeübten Stöße
abzudämpfen.
-
Wenn sich eine mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Steuervorrichtung
ausgestattete Turbine im Ruhezustand befindet, sind auch die Düsen sämtlicher Zylinder
geöffnet. Um daher die zum Anlassen der Maschine erforderliche Verdichtung in einem
der Zylinder zu erhalten, muß eine der Düsen besonders von außen her geschlossen
werden. Man kann zu diesem Zweck die das Schließen der betreffenden Düse bewirkenden
Organe, z. B. den Steuerkolben eines der Zylinder, auf mechanischem oder elektromagnetischem
Wege bewegen. Ferner könnte man auch zum Anlassen der Turbine einen der Flugkolben
in Tätigkeit setzen. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, daß man den Kolben
der Anlaßkammer durch eine besonders vorgesehene
Leitung unter Einwirkung
von Preßluft in Bewegung setzt. Der Kolben wirkt dann arbeitsleistend auf die nächste
Brennstoffpumpe und auf die Steuerung der Abschlußorgane der-Düse des Zylinders
ein, worauf dann das Arbeitsspiel in den Zylindern beginnt.
-
Es könnte andererseits zum Anlassen der Maschine die Einrichtung so
getroffen sein, daß die Ventile der für den Anlaßzylinder vorgesehenen Brennstoffpumpe
durch schwächere Federn belastet sind als die Ventile aller übrigen Brennstoffpumpen,
so daß man mittels eines auf die Brennstoffleitung ausgeübten geringen Druckes Brennstoff
in den Anlaß7ylinder bringt und damit dort eine Verbrennung hervorrufen kann. Das
Ausschalten der Turbine kann dadurch erfolgen, daß man die Brennstoffzuführung abdrosselt
und die Turbine abbremst oder daß man das Abschlußorgan der Düse des Anlaßzylinders
auf mechanischem oder elektromagnetischem Wege festlegt.
-
Der Erfindungsgegenstand ist in der beiliegenden Zeichnung in beispielsweiser
Ausführungsform im Schnitt dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen teilweisen Schnitt
durch eine Gasturbine, Abb. 2 eine weitere Ausführungsform.
-
Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist auf der Antriebswelle
i eine Rückdruckturbine 2 angeordnet, die mit einer um die Turbine 2 angeordneten
Aufschlagturbine 3 in Wirkungsverbindung steht. Man kann die Ausführung aber auch
so treffen, daß die Aufschlagturbine im Innern der Rückdruckturbine sich befindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel soll die Rückdruckturbine 2 und die Aufschlagturbine
3 drehbar gelagert sein, wodurch die Leistung der Turbinen am besten ausgenutzt
wird. Man könnte aber andererseits entweder die Turbine 3 festlegen und die Turbine
2 sich drehen lassen oder umgekehrt die Turbine 2 ortsfest anordnen und die Turbine
3 drehbar lagern. Um die Antriebswelle i sind kreisförmig und hintereinanderliegende
Arbeitszylinder 4 vorgesehen, die so zueinander angeordnet sind, daß die Verbindungskanäle
zwischen den Arbeitszylindern möglichst kurz gehalten sind, um Wirbel oder Stauungen
der von einem zum anderen Zylinder strömenden Mittel zu vermeiden. Die Arbeitszylinder
4 enthalten jeder einen Flugkolben 5, deren Kolbenstangen 6 in den Buchsen 7 geführt
werden. Jeder Kolben 5 steht unter der Einwirkung einer Feder B. Die Buchsen 7 weisen
eine verengte Mündung g auf, in welcher die Kolbenstangen 6 möglichst dicht geführt
werden, um den Zutritt der Verbrennungsgase in das Innere des Kolbens und zu der
Feder zu verhüten. Jeder Kolben wird von gelenkig gelagerten Winkelhebeln io in
der inneren Totpunktstellung festgehalten. Der kürzere Winkelarm i i dieser Winkelhebel
steht unter der Einwirkung einer Feder 12, die an einen Hilfskolben 13 angeschlossen
ist. Die Winkelhebel io sind somit Sperrorgane für den Kolben 5, die eine Bewegung
des Kolbens 5 erst dann zulassen, wenn der Druck auf die Hilfskolben 13 so
stark geworden ist, daß die Winkelhebel io umgestellt werden und den Kolben 5 freigeben.
Auf der Vorderseite der Kolben 5 befinden sich in den Zylindern 4, 4', 4" . . .
die Verbrennungsräume 14, i4', 14" . . . Von diesen Verbrennungsräumen ist 1t der
Anlaßverbrennungsraum. Zu jedem Verbrennungsraum gehört ein Ventil 15 und ein Schieber
16, der in der Auslaßdüse 17 angeordnet ist. Die Düsen 17 werden senkrecht
oder annähernd senkrecht zum Radius der Rückdruckturbine eingestellt. Weiterhin
gehört zu jedem Verbrennungsraum eine Brennstoffpumpe 18, i8', 18" . . . Die Brennstoffpumpen
sind mit unter Federdruck stehenden Brennstoffkolben i9 und mit Ventilen 2o und
2i ausgestattet und stehen durch eine Leitung 22 mit der hohlen Antriebswelle i
in Verbindung, so daß die Zuführung des Brennstoffes zu jeder Brennstoffpumpe durch
die hohle Antriebswelle i und die Leitungen 22 erfolgt. 23 ist der Pumpenraum der
Brennstoffpumpe und 24 stellt eine Preßluftleitung dar, die zu dem Anlaßverbrennungsraum
14 führt. Zur Steuerung der Schieber 16 sind in jedem Arbeitszylinder unter Federdruck
stehende Steuerkolben 25, 25', 25" ... vorgesehen. Für den Kolben 25 ist
eine elektromagnetische Spule angeordnet, so daß der Kolben 25 auch auf elektromagnetischem
Wege entgegen der Wirkung seiner Feder bewegt werden kann. Jede Kolbenstange der
Kolben 25, 25', 25" . . . steht über einen gelenkig gelagerten Hebel 26, eine Verbindungsstange
27 und eine Feder 29 mit dem Schieber der Düse des nächstfolgenden Zylinders in
Verbindung. Die Feder 28 wirkt als Ausgleichsfeder, denn es ist zu beachten, daß
gegebenenfalls zwei Verbrennungen so schnell aufeinanderfolgen können, daß in dem
zwischen den Verbrennungen vorhandenen Zeitraum der.Flugkolben des vorhergehenden
Zylinders noch nicht in seine Anfangsstellung zurückgelangt ist, so daß auf einen
Düsenschieber sowohl eine Zug- als auch eine Druckwirkung ausgeübt werden kann.
Diese Wirkungen soll die Feder 28 ausgleichen.
-
Im Weg der Kolbenstange jedes Kolbens 25 ist ein drehbar gelagerter
Hebel 29 vorgesehen, der über eine Verbindungsstange 30, einen Winkelhebel
31 und ein Zwischenglied 32 an den Schieber 16 der Düse angeschlossen ist,
die zu dem Verbrennungsraum des
Arbeitszylinders gehört, in dem
der betreffende Kolben 25 gelagert ist.
-
Die Wirkungsweise der Maschine ist wie folgt: Zum Anlassen wird der
Kolben 25 auf elektromagnetischem Wege bewegt, so daß er über das Gestänge 26 und
27 und die Feder 28 den geöffneten Schieber 16 in die Verschlußlage bringt, so daß
der Anlaßverbrennungsraum 14 geschlossen ist. Dann wird über die Preßluftleitung
24 Preßluft in den Anlaßverbrennungsraurn 14 eingelassen. -Nachdem im Raum 14 der
genügende Preßluftdruck vorlianden ist, werden die Kolben 13 entgegen der Wirkung
ihrer Feder 12 bewegt und ziehen damit die Winkelhebel i i von dem Kolben 5 zurück,
so daß der Kolben 5 frei wird und nach außen geht.
-
Anstatt den Kolbens mittels Preßluft zu bewegen, kann die Einrichtung
auch so getroffen sein, daß die Federn der Ventile 2o und 21 derBrennstoffpumpei8
schwächer gehalten sind als die der Ventile der übrigen Brennstoffpumpen 18', 18"
. . . Man kann dann mittels eines auf die Brennstoffzuleitung ausgeübten geringen
Druckes die Ventile 2o und 21 öffnen und Brennstoff unmittelbar in den Anlaßverbrennungsraum
14 hineinbringen, worauf dann die Verbrennung des Brennstoffgemisches im Anlaßverbrennungsraum
1.4 vorgenommen und der Kolben 5 in Lauf gesetzt wird.
-
Durch den in Bewegung gesetzten Kolben 5 im Zylinder 4 wird durch
Öffnen des Ventils 15' Luft in den Verbrennungsraum 14' des nächstfolgenden Zylinders
4' eingepreßt. Etwa noch im Raum 14' vorhandene Gasreste werden herausgedrückt.
Wenn beim Lauf des Kolbens 5 der Druck der verdichteten Luft auf die Kolben i g'
und 25' einwirkt bzw. der Kolben 5 mit den Kolben ig' und 25' in Berührung kommt,
wird die Brennstoffpumpe i g' betätigt und von dem Kolben 25' der zum Raum 14' gehörende
Schieber 16' geschlossen. Durch entsprechende Länge des Kolbens 25' oder durch eine
entsprechende Einstellung der Federspannung dieses Kolbens wird erreicht, daß erst
der Kolben 25' vom Flugkolben beeinflußt wird, bevor der Flugkolben auf das Ventil
15' einwirkt. Die Brennstoffpumpen 18, 18', 18" ... arbeiten in der Weise, daß durch
Bewegen des Kolbens ig entgegen der Wirkung seiner Feder der im Pumpenraum 23 vorhandene
Brennstoff durch Öffnen des Ventils 2o in den Verbrennungsraum gelangt und daß beim
Zurückgehen des Kolbens ig in seine Ruhestellung durch Öffnen des Ventils 21 und
gleichzeitiges Schließen des Ventils 2o Brennstoff in den Pumpenraum 23 angesaugt
wird. In dem Verbrennungsraum i4' erfolgt dann die Verbrennung, und die hierdurch
erzeugten gespannten Verbrennungsgase bewegen den Kolben 5 im Zylinder .j', worauf
das Arbeitsspiel in den nachfolgenden Arbeitszylindern einsetzt und die Turbine
ununterbrochen arbeitet. Die Zündung des Brennstoffluftgemisches kann wie bei der
Dieselmaschine durch hohen Druck, dessen Erzeugung durch die Vorv erdichtung der
Luft begünstigt wird, oder auf elektrischem Wege erfolgen. Im letzteren Falle können
von den Kolben ig oder 25,:25', 25" . . . Kontakte zur Auslösung der Zündung geschlossen
werden. Bemerkt sei noch, daß die Kolben 5 durch die Federn 8 in ihre Anfangsstellung
zurückgezogen werden und daß hierbei durch ein Ventil 33 Frischluft in den betreffenden
Arbeitszylinder eingesaugt wird.
-
Zum Ausschalten der Turbine braucht in dem Arbeitsspiel nur eine Funktion
gestört zu werden, sei es das Einströmen des Betriebsmittels, insbesondere die Zuführung
des Brennstoffes, die Bewegung eines der Kolben 5 oder das Ausströmen der Gase.
Man kann auch z. B. zum Ausschalten der Maschine den Kolben 25 auf elektromagnetischem
Wege festlegen und damit den Düsenschieber 16 des zu diesem Kolben gehörenden Zylinders
4 offen halten.
-
In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, das zeigen
soll, daß beide Turbinen gleichzeitig Teile einer Dynamomaschine sein können. Die
Antriebswelle i ruht auf Lagern 34 und 35. Um die die Welle i antreibende Rückdruckturbine
2 ist die Aufschlagturbine 3 angeordnet. Auf Fortsätzen 36 der Aufschlagturbine
3 sind Polschuhe 37 vorgesehen. Mit dem Lager 34 ist ein Stator 38 fest verbunden.
Auf der anderen Seite der Turbine 2 ist ein mit der Welle i sich drehender Rotor
39 vorgesehen, über dem sich ein ortsfest angeordneter Stator 4o befindet.
-
Die Ausführung kann auch so getroffen sein, daß die Aufschlagturbine
3 mit dem Teil 40 verbunden ist, wobei der Teil 40 zusammen mit der Turbine 3 umläuft;
die Teile 36, 37 und 38 würden gegebenenfalls fortfallen.
-
Zur Regelung der Leistung der Maschine werden vorteilhaft auf der
Antriebswelle mehrere aus der Rückdruckturbine und der AufschlagturbinebestehendeTurbinensätze
nebeneinander, und zwar gegebenenfalls gegeneinander versetzt, angeordnet.