DE605616C - Gasturbine mit umlaufendem Treibgaserzeuger - Google Patents

Gasturbine mit umlaufendem Treibgaserzeuger

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DE605616C
DE605616C DER83611D DER0083611D DE605616C DE 605616 C DE605616 C DE 605616C DE R83611 D DER83611 D DE R83611D DE R0083611 D DER0083611 D DE R0083611D DE 605616 C DE605616 C DE 605616C
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/06Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the working fluid being generated in an internal-combustion gas generated of the positive-displacement type having essentially no mechanical power output

Description

  • Gasturbine reit umlaufendem Treibgaserzeuger Die Erfindung betrifft eine Gasturbine mit einer im Innern des Turbinenrades gleichachsig angeordneten, als Treibgaserzeuger dienenden mehrzylindrigen Brennkraftkolbenmaschine in Gestalt eines Läufers, der sämtliche Verbrennungszylinder und die zugehörigen Kolben in sich einschließt und an seinem Umfang Ausflußdüsen für das Treibgas trägt.
  • Bei einer bekannten Gasturbine dieser Art wird die Energie der Verbrennungsgase zunächst dazu benutzt, die Kolben in den Verbrennungszylindern des Treibgaserzeugers auswärts zu treiben und dadurch mittels Kurvenbahnen, in die die Kolbenzapfen eingreifen, die Maschine anzutreiben, und hierauf wird nur der Rest der in den Verbrennungsgasen enthaltenen Energie in der den Läufer umgebenden Turbinenschaufelung ausgenutzt.
  • Andererseits sind kreisende Kolbenkraftmaschinen bekannt, die ihre gesamte Kraftleistung auf die Welle des Läufers abgeben, wobei das feststehende, den Läufer umgebende Gehäuse für die Ableitung der vollständig entspannten Abgase und für die Zufuhr frischen Gemisches dient. Bei solchen reinen Kolbenkraftmaschinen wurden auch bereits federbelastete, paarweise durch Schwinghebel miteinander gekuppelte Kolben verwendet.
  • Ferner wurde bereits für Verpufturigsturbinen vorgeschlagen, das brennbare Gemisch in Zylindern, deren Ein- und Auslaß durch Ventil oder Drehschieber gesteuert wird und in denen federbelastete Kolben hin und her schwingen können, zu entzünden und die Verbrennungsenergie vorübergehend in den federbelasteten Kolben aufzuspeichern, um einen gleichmäßigeren Triebdruck zu Crzielen. Das gesamte Arbeitsspiel vollzieht sich hierbei aber in zwei aufeinanderfolgenden Kolbenhüben.
  • Es ist ferner bekannt, mehrere eine Verpuffungsturbine speisende Treibgaszylinder umlaufen zu lassen und derart miteinander zu verbinden, daß beim Verbrennungshub eines Zylinders das hinter dem Kolben befindliche Frischgas verdichtet und in den nächstfolgenden Zylinder befördert wird, wobei die Kolbenbelastungsfedern die Kolben in jene Stellung zurückbringen, in der der Eintritt von Frischgas in die von der Kolbenrückseite abgegrenzte Zylinderseite zugelassen ist. Auch hier arbeiten die Treibgaszylinder im Zweitakt.
  • Ferner sind Gasturbinen mit einer mehrzylindrigen, als Treibgaserzeuger dienenden Brennkraftkolbenmaschine bekanntgeworden, deren Zylinder im Viertakt in der Weise arbeiten, daß von vier an eine schwinende Scheibe angeschlossenen. Zylindern je' zwei um zwei Takte gegeneinander versetzt arb-,iten, wobei einer Verbrennung in dem einen Zylinder ein Ansaugen in dem anderen entspricht. Die Frischladung wird hier unter Druck zugeführt, und es erfolgt in den Zylindem nur eine Nachverdichtung. Im Anschluß an die Zufuhr der verdichteten frischen Luftladung wird von dem öffnen der Schlitze, die bei dieser Bauart in der Zylinderwandung vorgesehen sind, bis zu ihrem Abschluß verdichtete Luft durch die Zylinder zur Kühlung der Turbine in diese übergeleitet, und erst dann setzt die Nachverdichtung in dem letzten Teile des zweiten Hubes ein. Es handelt sich also auch bei dieser Bauart nicht um ein vollständiges und regelrechtes Viertaktverfahren mit je einem vollen Hub für die Verbrennung und Dehnung der Ladung, für das Ausschieben der Treibgase, für die Zufuhr (das Ansaugen) der frischen Ladung und für ihre Verdichtung.
  • Dieser regelrechte Viertakt wird nach der Erfindung im wesentlichen dadurch verwirklicht, daß die Treibgaszylinder zu je zweien im Läufer in der Weise angeordnet sind, daß zwei Kolben durch einen federbelasteten, um die Turbinenachse frei schwingenden doppelarmigen Hebel miteinander gekuppelt sind und daß die Zylinder bei der Drehung des Läufers mit Frischgasöffnungen, Zündstellen und Ausflußstellen in der feststehenden Läuferbahn derart in und außer Verbindung treten, daß beide Zylinder nach einem vollständigen, regelrechten Viertaktverfahren, aber um zwei Takte gegeneinander versetzt arbeiten, und zwar in der Weise, daß ein Zylinder beim Vorbeigehen des Läufers an einer Zufuhröffnung mit frischem Gemisch gefüllt und naeh der Entzündung der verdichteten Ladung an einer Zündstelle während des Verbrennungstaktes verschlossen bleibt, so daß die Verbrennungsenergie vollständig zur Verschiebung der beiden miteinander gekuppelten Kolben verwendet und in den Belastungsfedern aufgespeichert wird, die nach der weiteren Drehung des Läufers bis zu einer Ausflußöffnung das Treibgas mittels des einen Kolbens aus dem Zylinder dem Turbinenrad zuschiebt und gleichzeitig die frische Ladung im zweiten Zylinder verdichten hilft.
  • Das regelrechte Viertaktverfahren in Verbindung mit einer weit getriebenen Expansion (die Zylinder sollen mindestens während des Verbrennungsvorganges verschlossen bleiben, so daß die Energie der Verbrennungsgase ausschließlich zur Verschiebung der Kolben und Anspannung der Federn verwendet wird) bedeutet eine vollkommene Ausnutzung der Energie des Treibstoffes und bewirkt, daß die Turbinenschaufelung übermäßigen Temperaturen nicht ausgesetzt wird.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Abb. r zeigt eine Gasturbine zum Antrieb einer Luftschraube im Querschnitt, Abb. -- im Längsschnitt, Abb. 3 den die Treibgaszylinder enthaltenenLäufer in schaubildlicher Darstellung und verkleinertem Maßstab. Abb. 4. zeigt eine Einzelheit in schaubildlicher Darstellung.
  • Es bedeuten Al, AZ Kanäle in den Zylinderköpfen bzw. in dem die Zylinder Z1, Z2 und die Arbeitskolben KI, K2 in sich einschließenden Läufer L (Abt. z und 3). Sie gehen an der Mantelfläche des Läufers in die Treibgasdüsen über, und sie besitzen an einer oder beiden Stirnflächen des Läufers Öffnungen für die Frischgaszufuhr. B, B1, B2 sind Zündstellen in dem feststehenden-Läufergehäuse, dem Ständer G. I% Dl, D2 sind die Frischgasöffnungen im Ständer Ca. S1, S2 sind die Frischgasleitungen. St, St, und St. sind Durchflußöffnungen im Ständer G für die Überleitung des Treibgases von den Ausflußdüsen zu den Schaufeln des Turbinenrades 1'. U1, U2 sind die äußeren Pleuelstangenbolzen an den zu den Kolben K1, K2 gehörenden Pleuelstange. V1, V2 sind angeschmiedete oder angegossene Fortsätze eines Schwinghebels W, der die beiden Pleuelstangen verbindet und um die Hauptwelle H frei schwingt. F1, F2 sind Federn zur vorübergehenden Aufspeicherung der Verbrennungsenergie und zum Zurückführen der Kolben. H ist, wie erwähnt, die Hauptwelle, auf der das Turbinenrad befestigt ist. I ist der Deckel des Ständers G. P ist eine Brennstoffeinspritzpumpe, die an einer Saugöffnung D angeordnet ist. R ist ein Fächerrad für die Luftkühlung, das gleichzeitig zur Verbindung des Schaufelkranzes mit der Turbinenradnabe dient und durch Öffnungen an der Stirnseite des Ständers und des Läufers Kühlluft bläst, die an entsprechenden Löchern an der anderen Seite wieder austritt. Y ist eine nabenartige Verlängerung des Läufers L konzentrisch zur Hauptwelle H. Auf ihr ist ein Ketten- oder Zahnrad zum Antrieb des Zündmagneten M angeordnet. Y ist eine auf der Welle H befestigte Luftschraube.
  • Die Wirkungsweise der Gasturbine gemäß der Erfindung ist die folgende: Zur Inbetriebsetzung wird der Läufer L zunächst in eine solche Stelle gebracht, daß eine Seitenöffnung eines Zylinderkopfes mit jener Saugöffnung D im Ständer G zur Deckung kommt, an der die BrennstoffpumpeP angeordnet ist. Wird mittels dieser eine gewisse Menge eines leichter entzündlichen Brennstoffes als für den Dauerbetrieb verwendet eingebracht, der auch ohne Vorverdichtung eine für das Anlassen genügende Kraft entwickelt, so ist es nur erforderlich, von Hand den Läufer so weit zu drehen, daß die seitliche Öffnung des Kanals A an der Zündstelle B vorbeiläuft und daß die Ausflußdüse den Schlitz St in der Mantelfläche des Ständers G erreicht, durch den die an der Zündstelle B entzündeten Gase entweichen und das Turbinenrad T beaufschlagen, das nunmehr die Weiterdrehung und den Übergang zum Dauerbetrieb bewirkt.
  • Unter der Einwirkung der explodierenden Gase ist inzwischen der Kolben K, auswärts getrieben worden und hat dabei den mit ihm durch den Schwinghebel W gekuppelten Kolben K2 auswärts gezogen, so daß in dem zugehörenden Zylinder Z2, wenn er mit der Seitenöffnung eine der FrischgasöffnungenD des Ständers G überschleift, ein Unterdruck besteht, wodurch dieser Zylinder normales Gemisch ansaugt.
  • Beim Auswärtsgang der Kolben K, und K. werden die Federn F, F2 gespannt, die sich einerseits an den Läufer L (nahe den Zylinderköpfen), andererseits an die Ansätze Ire, V. des Schwinghebels W stützen. Sobald der erste Zylinder Z1 mit seiner Ausflußdüse den Schlitz St im Ständer erreicht hat und die im Zylinder befindlichen Gase durch diesen Schlitz entweichen, treiben die Federn F die Kolben wieder einwärts, wodurch aus dem ersten Zylinder die verbrannten Gase zwecks Kraftabgabe auf das Turbinenrad ausgestoßen und im zweiten Zylinder die vorher angesaugten frischen Gase verdichtet werden, da dieser in diesem Stadiuin allseits verschlossen ist. Bei der durch das Andrehen oder schon z. B. durch den Impuls der ersten Explosion auf das Turbinenrad bewirkten Weiterdrehung des Läufers L, der mit dem Rad auf irgendeine Weise, z. B. durch ein auf der verlängerten Nabe und der Welle H angeordnetes Untersetzungsgetriebe gekuppelt oder auch unabhängig, etwa elektromechanisch angetrieben sein kann, überläuft nun die seitliche Öffnung des zweiten Zylinderkopfes eine Zündstelle, so daß sich der Vorgang der Verbrennung in diesem Zylinder bei gleichzeitiger Bildung des Unterdrucks für das Ansaugen des ersten Zylinders unter Spannung beider Federn mit darauffolgendem Auspuffen der verbrannten Gase aus dem zweiten Zvlinder bei gleichzeitiger Entspannung der Federn und Verdichtung des Frischgases in dem ersten Zylinder, wie oben beschrieben, ohne besondere Steuerorgane abspielt und der normale Betrieb beginnt. Die Brennkraftinaschine steuert sich also das zur Bereitung der das Turbinenrad beaufschlagenden Gase erforderliche Kolbenspiel selbst dadurch, daß der die Zylinder Z und Kolben K enthaltende Läufer L an den Ansaugstellen D, Zündstellen B und Auspuffschlitzen St des Ständers G sich vorbeidreht.
  • Das Anlassen ,der Brennkraftmaschine kann auch auf andere Art ohne Verwendung eines leicht entzündlichen Hilfsbrennstoffes erfolgen. Ein in der Stirnfläche des Ständers G geführter axial verschieblicher Bolzen C (Abb. 2 und 4) wird gegen die Wirkung einer Rückzugsfeder O durch einen Schlitz des Läufers L in dessen Inneres gedrückt, wo sein Ende in Eingriff mit dem Ende eines verlängerten Kolbenbolzens U gelangt, der die Pleuelstange des einen Kolbens mit dem Schwinghebel W verbindet (Abb.2). Hierdurch wird der Schwinghebel W mit dem Kolben K in bezug auf den Ständer G festgestellt, so daß sich beim Drehen des Läufers L die Kolben in den Zylindern des Läufers L bewegen müssen, wodurch ein Unterdruck in den Zylindern entsteht. Diese Bewegung ist aber nur in solchem Ausmaß erforderlich, daß einer der Zylinderköpfe mit seiner Seitenöffnung gerade an einer Ansaugöffnung D des Ständers G vorbeiläuft, damit er aus dieser sich mit Frischgas füllt. Beim Weiterdrehen des Läufers L stößt eine an diesem vorgesehene Schrägfläche O (Abb. 3 und 4) auf eine Schrägfläche E am Bolzen C (Abb. 2 und 4) und wirft diesen daher nach außen, so daß der Pleuelstangenbolzen U, der mit ihm in Eingriff. war, nunmehr freigegeben wird, die Kolben unter dem Einfluß der Federn sich einwärts bewegen und das Gemisch des mit angesaugtem Gas geladenen Zylinders verdichtet wird. Überschleift nun der LäuferL eine Zündstelle B, so erfolgt die erste Verpuffung, an die sich, wie oben beschrieben, der Dauerlauf anschließt.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Gasturbine mit einer im Innern des Turbinenrades gleichachsig angeordneten, als Treibgäserzeuger dienenden mehrzylindrigen Brennkraftkolbenmaschine in Gestalt eines Läufers, der sämtliche Verbrennungszylinder und die zugehörigen Kolben in sich einschließt und an seinem Umfang Ausflußdüsen für das Treibgas trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder zu je zweien in der Weise einander zugeordnet sind, daß zwei Kolben (K und K;) durch einen federbelasteten, um die Turbinenachse frei schwingenden doppelarmigen Hebel (W) miteinander gekuppelt sind und daß die Zylinder bei der Drehung des Läufers mit Frischgasöflnungen (D), Zündstellen (B) und Ausflußöffnungen (St) in dem feststehenden Läufergehäuse (Ständer G) derart in und außer Verbindung treten, daß beide Zylinder nach einem vollständigen, regelrechten Viertaktverfahren, aber um zwei Takte gegeneinander versetzt arbeiten, und zwar in der Weise, daß ein Zylinder beim Vorbeigehen des Läufers an einer Zufuhröffnung mit frischem Gemisch gefüllt und nach der Entzündung der verdichteten Ladung an einer Zündstelle (B) während des Verbrennungstaktes verschlossen bleibt, so daß die Verbrenxiungsenergie ausschließlich zur Verschiebung der beiden miteinander gekuppelten Kolben (K und K1) verwendet und in den Belastungsfedern (F und F1) aufgespeichert wird, die nach der weiteren Drehung des Läufers bis zu einer Ausfiußöffnung (St) das Treibgas mittels des einen Kolbens aus dem Zylinder dem Turbinenrad zuschieben und gleichzeitig die frische Ladung im anderen Zylinder verdichten helfen.
DER83611D 1931-12-16 1931-12-16 Gasturbine mit umlaufendem Treibgaserzeuger Expired DE605616C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004058928A1 (de) * 2004-12-07 2005-12-08 Miggisch, Alois Konzentrierter Turbinen Antriebsmotor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004058928A1 (de) * 2004-12-07 2005-12-08 Miggisch, Alois Konzentrierter Turbinen Antriebsmotor
DE102004058928B4 (de) * 2004-12-07 2006-12-14 Miggisch, Alois Konzentrierter Turbinen Antriebsmotor

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