DE546539C - Gasturbine mit pendelnd umlaufender Hilfsfluessigkeit - Google Patents

Description

Für Gasturbinen mit pendelnd umlaufender Hilfsfliissigkeit, bei welchen die Hilfsflüssigkeit während der Energieabgabe in der Form zusammenarbeitender Doppelkolben von unveränderlicher Gesamtmasse zwischen zwei Zellenringen des Treibrades durch einen dazwischenliegenden Leitring hin und zurück pendelt, ist es gemäß dem Hauptpatent bekannt geworden, die Zellen des einen der beiden Zellenringe als Speicher arbeiten zu lassen, d. h. nur das Ausschwingen der Doppelkolben aus den Brennräumen des Verbrennungsringes durch den Druck \^ron Verbrennungsgasen zu bewirken, dagegen das Zurückschwingen aus den Speicherzellen durch dort wirkende Druckluft oder durch Flüssigkeitsüberdruck infolge Fliehkraft oder durch beide zugleich zu erzwingen. Außerdem ist es durch das Hauptpatent für Pendelringturbinen bekannt geworden, die Steueröffnungen für die umlaufenden Brennräume zwischen den von der Hilfsflüssigkeit durchströmten Kanälen eines zylindrischen Leitrings unterzubringen. Solche Doppelringgasturbinen vermögen bereits die selbsttätige Kühlung der Brennzellen mittels der strömenden Hilfsflüssigkeit und die völlige Trockenlegung der Brennräume vor der Spülung und Ladung zu verknüpfen mit der Vermeidung einer Rückkehr von mitgerissenen Auspuffgasen in die Brennräume und mit der gesicherten Verdichtung des Brenngemisches durch die aus den Speicherzellen beschleunigte Hilfsflüssigkeit.

Aber auch eine solche Bauart der Pendelringturbine ist noch nach zwei Richtungen verbesserungsbedürftig. Die Pendelgeschwindigkeit der flüssigen Doppelkolben wird nämlich bei abnehmender Gasarbeit immer kleiner, mit ihr bei unveränderter Drehzahl der Hub und die Gemischverdichtung in den Brennräumen sowie der hydraulische Wirkungsgrad zwischen dem Leitring und den beiderseitigen Laufschaufeln; d. h. der Gesamtwirkungsgrad der Turbine verschlechtert sich im Regelbereich erheblich. Außerdem fehlt dem einzelnen, aus einem Brennraum ausschwingenden flüssigen Doppelkolben beim etwaigen Versagen der Zündung die erforderliche Treibarbeit für sein völliges Übertreten in die Speicherzellen, und dadurch gehen erhebliche Teile der Flüssigkeit in den als Überlauf wirkenden Auspuffkanal, d. h. die Turbine ist in dieser Form noch zu empfindlich gegen Zündstörungen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, dargestellt in den Abb. 1 und 2, die weitere Verbesserung der im Hauptpätent beschriebenen

Turbine durch die Vermeidung der beiden vorerwähnten Mangel. Die Erfindung besteh in der Ausbildung des Speicherzellenringes zum Kapselrad mit verschiebbaren Schaufeln und mit veränderlichen Zellenräumen.

Die in nichtgezeichneten Lagern liegende Turbinenwelle ι trägt beispielsweise in Zwillingsanordnung, aber in gegenseitig selbständigen Maschinenhälften auf jeder Seite ein ίο Treibrad mit je einem Brennzellenring 2 und einem Speicherzellenring 3 beiderseits eines zwischen ihnen liegenden Leitrings 4, der mit dem Gehäuse 5 fest verbunden ist. Je ein Ring 2 und ein Ring 3 arbeiten also im Sinne des Hauptpatents als Treibrad zusammen. In jedem Speicherzellenring 3 sind Füllkörper 6 aus leichtem, selbstschmierendem Material befestigt, zwischen welchen schmale Spalte frei bleiben, in denen sich bewegliche Speicherschaufeln 7 während des Radumlaufs verschieben können. Diese Schaufeln 7 liegen durch Schleuderwirkung dauernd auf frei beweglichen Steuerringen 8, die ihrerseits im Leitring 4 bzw. im Gehäuse 5 exzentrisch zum Wellenmittel gelagert sind und exzentrisch mit umlaufen. Die Leitringe 4 werden außen und innen von zylindrischen Flächen begrenzt, von denen die inneren zum Wellenmittel, die äußeren zu den Steuerringen 8 konzentrisch sind, so daß die Brennringschaufeln 9 und die Speicherringschaufeln 7 während ihres gemeinsamen Umlaufs an die ihnen gegenüberstehenden Leitringflächen heranreichen. Zwischen den Brennringschaufeln 9 entstehen dadurch der Größe nach unveränderliche Brennräume 10, hingegen zwischen den Speicherringschaufeln 7 veränderliche Speicherräume 11, deren Größe während eines Radumlaufs zwischen einem Höchst- und einem Mindestwert schwankt.

Dem Ausführungsbeispiel ist das Arbeitsverfahren einer Zweitaktbrennkraftmaschine zugrunde gelegt. In den Leitringen 4 sind deshalb gemäß dem Hauptpatent Steueröffnungen für den Auspuff 12, für die Spülluft 13, für den Brennstoff 14 und für die Flüssigkeitszuführung 15 angeordnet, und zwar zwischen den Leitkanalgruppen 16 für die aus den Brennräumen ausschwingende und den Leitkanalgruppen 17 für die in die Brennräume zurückschwingende Flüssigkeit. Die einzelnen Leitschaufeln sind derart gestaltet, daß sie im Sinn des Patents 344 550 in den Brennzellenringen 2 und den Speicherzellenringen 3 des Treibrades zusammenarbeitende Doppelkolben von unveränderlicher Gesamtmasse entstehen lassen, die jeweils während des Einschwingens oder des Ausschwingens in gegenseitiger Kupplung durch sie verbindende Leitkanäle bleiben. Da die zylindrischen Leitringflächen im vorliegenden Beispiel exzentrisch zueinander sind, müssen die Leitschaufeln unter sich verschieden lang sein, um die vorerwähnte Aufgabe erfüllen zu können. 6g

Der Arbeitsvorgang der dargestellten Turbine ist der folgende: Wenn z. B. eine Brennkammer 10 gegenüber dem Leitring 4 in der eingetragenen Stellung α steht, erfolgt in ihr die Entflammung des Brenngemisches mit Hilfe besonderer, nicht näher dargestellter Zündvorrichtungen 18. Gleichzeitig tritt die betrachtete Brennkammer über den Leitkanal a' in Verbindung mit einer Speicherzelle a". Die sich entspannenden Gase drükken während der nachfolgenden Drehbewegung der betrachteten Brennkammer deren gesamten Flüssigkeitsinhalt bis auf einen kleinen Rest in den zugehörigen, sich dabei vergrößernden Speicherzellenraum, und dieser Vorgang endigt in der Stellung b, V. b". Der Flüssigkeitsrest, dessen Größe von dem beabsichtigten ständigen Flüssigkeitsersatz abhängt, gelangt in den Auspuff und wird von der Zuleitung 15 aus ersetzt. In den zur Zwangskupplung der flüssigen Doppelkolben nacheinander benutzten Leitkanälen herrscht dabei ständige Strömung, deren Gleichmäßigkeit um so größer ist, je kleiner die Zellenteilung am Leitradumfang gewählt wird. Das Rückschwingen der flüssigen Doppelkolben aus den Speicherzellen in die Brennzellen erfolgt in ähnlicher Zwangskupplung von zusammenarbeitendenDoppelkolben in Speicherräumen und Brennkammern zwischen den Stellungen c, c', c" und d, d', d", worauf sich der Vorgang wiederholt. Während des Ausschwingens der Flüssigkeit aus den Brennräumen wird die effektive Expansionsarbeit der Verbrennungsgase an die Welle abgegeben teils durch Strömungswirkung beim Durchgang der Flüssigkeit durch den Leitring, teils durch reine Druckwirkung in den Zellenräumen des Speicherringes; die Größenverteilung der Energieabgabe hängt dabei von den Schaufelwinkeln beiderseits des Leitrings ab. Das Einschwingen der Flüssigkeit in die Brennkammern wird durch die Verengung der Speicherzellen erzwungen.

Für die Hubbewegung der Flüssigkeit in den Brennkammern und für die Durchflußgeschwindigkeiten in den Leitkanälen ist nur noch die Raumveränderung in den Zellenräumen des Speicherringes maßgebend. Da letztere für alle Gasarbeiten im Regelbereich unverändert bleibt, bleiben auch die von der Verdichtung und Geschwindigkeit abhängigen Unterwirkungsgrade der Turbine im Regelbereich unverändert.

Die Hubbewegung der Flüssigkeit in den Brennkammern ist aber auch dann von unveränderter Größe, wenn eine Zündung versagen

sollte; eine solche kann nicht mehr zum Flüssigkeitsverlust führen. Die wichtige Voraussetzung dafür ist allerdings, daß die auf den einzelnen flüssigen Doppelkolben wirkende Fliehkraft ausreicht, um ihn beim Ausschwingen als Ganzes in die sich erweiternden Speicherzellen nachschieben zu können. Wenn dies nicht der Fall ist, muß der flüssige Doppelkolben abreißen, ähnlich wie bei den Wassersäulen in Kolbenpumpen. Deshalb muß baulich dafür gesorgt sein, daß sich die Zellenräume im Speicherring beim Ausschwingen der Flüssigkeit aus den Brennkammern nicht schneller erweitern, als die Doppelkolben in ihrem Gesamtgefüge unter der alleinigen Wirkung der Fliehkraft zu folgen vermögen.

Die in den Abbildungen dargestellte Art der Speicherschaufeln ist nur als einfachstes Beispiel gewählt; es können selbstverständ-Hch auch andere bekannte Klappen- oder Schieber formen und andere Arten der Bildung veränderlicher Speicherzellenräume verwendet werden.

Die Brennkammern können auch zur Bekämpfung der Corioliswirkung an den Flüssigkeitsspiegeln im Brennzellenrad besondere Rippen erhalten, die die Schrägstellung der Flüssigkeitsspiegel staffeln.

Die Maschine eignet sich nicht nur für das angegebene Zweitaktverfahren für Gasgemische, sondern für beliebige Brennstoffe und in sinngemäßer Umgestaltung auch für Viertaktverfahren. Sie eignet sich auch für die Benutzung anderer Treibmittel, z. B. für Dampf, Druckluft u. dgl.

Claims (4)

PATENTANSPRt)CHIi :

1. Gasturbine mit pendelnd umlaufender Hilfsflüssigkeit, bei welcher nach Patent 533 54¹ die Hilfsflüssigkeit während der Energieabgabe in der Form von zusammenarbeitenden Doppelkolben von unveränderlicher Gesamtmasse zwischen einem Brennzellenring und einem Speicherzellenring des Treibrades durch, einen dazwischenliegenden Leitring hin und zurück pendelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherzellenring mit verschiebbaren Schaufeln und mit veränderlichen Zellenräumen versehen ist und als Kapselrad wirkt.

2. Gasturbinenach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiebbaren Speicherschaufeln aus ebenen Platten bestehen, deren Aufhängung und Steuerung derart erfolgen, daß ihre Innenkanten stets an den Leitring heranreichen.

3. Gasturbinenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zellenräume des Speicherzellenringes beim Ausschwingen der flüssigen Doppelkolben aus den Brennkammern nicht schneller erweitern, als die Doppelkolben in ihrem Gesamtgefüge unter der alleinigen Wirkung der Fliehkraft zu folgen vermögen.

4. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellenräume des Speicherzellenringes die gesamte Flüssigkeitsfüllung der Brennkammern bis auf einen Rest aufnehmen, welcher in den Auspuff gelangt und ständig ersetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen