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Explosionsturbine Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Explosionsturbine
mit im Innern des Schaufelrades vorgesehenem Verdichter sowie regelbarer Kühlung
des Laufschaufelkranzes und außerhalb der umlaufenden Beschaufelung liegendem Verpuffungsraum.
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Bei bekannten Explosionsturbinen, bei welchen die Explosion unter
Abschluß des Gemischeinlasses stattfindet" werden Ein- und Auslaßkanal mittels Schieber
gesteuert. Die Nachteile der Schiebersteuerung mit dem zusätzlichen Übertragungsgestänge
sind insbesondere bei Explosionsturbinen hinreichend bekannt und bilden in den meisten
Fällen die Ursache von Betriebsstörungen.
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Weiter bekannte Brennkraftturbinen mit umlaufendem Treibgaserzeuger
besitzen den Nachteil, daß die unter hoher Drehzahl umlaufenden Treibgaserzeuger
stets Anlaß zu Betriebsstörungen geben. Der wesentliche und angestrebte Vorteil
einer Brennkraftturbine, die Vermeidung des bei der Kolbenkraftmaschine zwangsläufigen
Umkehrvorganges wird bei diesen Turbinen nicht erreicht. Bei tangential beaufschlagten
Brennkraftturbinen ist es nicht neu, das Laufrad innerhalb des feststehenden Arbeitskranzes
anzuordnen, welcher im Querschnitt zur Laufradachse flaschenförmig ausgebildete
Verpuffungsräume besitzt, durch deren Halsöffnung die sich bei der Verpuffung entspannenden
Gase gegen das Laufrad austreten. ES ist hierbei auch bekannt, die Turbine nach
dein Dieselverfahren arbeiten zu lassen, um einen möglichst günstigen Nutzeffekt
zu erzielen, dabei die Arbeitsräume so auszubilden und die Füllventile einerseits
und die Steuerung für den Auslaß andererseits so anzuordnen, daß die Verpuffungsrückstände
auf geradem Wege durch die Mündung des flaschenförmig ausgebildeten Verpuffungsraumes
ausgeblasen werden. Das Einspritzen des Brennstoffes in die Brennkammer wie auch
die Anordnung von Kühlkanälen sind dabei als bekannt anzusehen.
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Vom Bekannten unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand dadurch,
daß der Laufschaufelkranz mit seitlich vorstehenden
Steuermantelringflächen
ausgestattet und im Innern mit diametral liegendem Drehkolben und exzentrisch gelagertem
drehbarem Vera; dichtermantel versehen ist, dergestalt, rß@# sich sichelförmige
Verdichtungsräume ergel#,,en: denen durch gegenüberliegende Schlitze@1F@s Steuermantels
und Öffnungen des Gehäuses' Saugfrischluft zugeführt wird, die in weiterer Folge
durch den Drehkolben verdichtet, durch die Schlitze des Steuermantels in ihrer Tiefstellung
und durch Öffnungen des feststehenden Gehäuses in den in bekannter Weise außerhalb
des Läufers liegenden V erpuffungsraum gedrückt wird, wobei der Abschluß der Kanäle
wiederum durch den Steuermantel nach beendeter Verdichtung erfolgt. Der Drehkolben
durchdringt dabei den Verdichtermantel, der aus zwei eingeschliffenen Hohlzylindern
besteht, die zum Ausgleich der bei der Umdrehung auftretenden Größenunterschiede
mit versetzten, der Breite des Drehkolbens entsprechenden breiten Ausschnitten ausgestattet
sind, wobei der V erdichtermantel mit seinem tiefsten Punkt auf der Innenfläche
des Steuermantels gleitet. Zur Kühlung des Laufschaufelkranzes sind zwischen je
zwei Schaufeln schräg gestellte, an sich bekannte Kühlkanäle vorgesehen, die an
sich bekannte Ringkanäle des festen Gehäuses anschließen, wobei-zur Beschleunigung
des Kühlmittels der Laufschaufelkranz mit in die Ringkanäle vorspringenden Schaufeln
ausgestattet sein kann. Die Zuführung des Brennstoffes in die Verbrennungskammer
erfolgt in bekannter Weise nach dem Einspritzverfahren. Irgendwelche bislang vorgesehene
Steuerorgane, wie Schiebersteuerung mit zugehörigen Übertragungsmitteln, kommen
in Fortfall und somit auch die hierauf beruhenden Betriebsstörungen. Der Einlaß
erfolgt durch seitlich des Laufrades mit diesem fest verbundene Steuermantelringflächen
oder geschlitzte Stahlmäntel. Durch eine während der Verbrennung restliche Luftmenge
werden diese Steuermäntel gegen die Verbrennungswärme .geschützt. Durch die Schnelligkeit
der Verpuffung konnte diese in den Einlaß-und Auslaßüberströmkanälen nicht in den
Verpuffungsvorgang einbezogen werden. Störungen an den Steuermänteln sind praktisch
ausgeschlossen. Der Auslaß aus dem Verpuffungsraum wird von dem Laufrad unmittelhar
gesteuert. Der Vollteil des Laufrades sperrt den Überströmkanal während der Füllung
und der'Verpuffung ab. Im Augenblick der Beendigung der Verpuffung ist der Vollteil
des Laufrades an der Ausflußöffnung des Überströmkanales vorbei, und der Weg des
Kraftstoßes auf das Schaufelrad ist frei. Ohne Behinderung und Widerstände wirkt
das Arbeitsmittel auf die Luftschaufeln. Sobald sich die Explosionsspannung auf
den Laufschaufelkranz ausgewirkt hat, schließt ....der im Fortgang des Arbeitsspieles
v orge-`Irehte Vollteil des Laufrades den Über-"@st-xömkanal, so daß der Füllungs-
und Explosionsvorgang wieder beginnen kann, ohne daß eine Verdichtungsverminderung
und ein Spannungsverlust während der Verpuffung eintritt. Es ist eine unmittelbare
Steuerung ohne umständliche Hilfseinrichtungen geschaffen worden, die störungsfrei
arbeitet und einen hohen thermischen Wirkungsgrad erreicht. Die Nachteile des .bekannten
Kreiselverdichters werden durch die neue Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes
vermieden und Reibung und Verschleiß der sich bewegenden Teile auf ein kleines Maß
herabgedrückt. Der durch Lagerung im Gehäuse exzentrisch im Laufrad angeordnete
Verdichtermantel besteht aus zwei Stahlmänteln und wird durch einen mit seinen beiden
Enden am Laufrad fest verbundenen Schiebekolben durchbrochen. Durch den Verdichtermantel,
die Innenwand des Laufrades mit den beiden Steuermänteln und dem Läuferkern werden
zwei Arbeitsräume gebildet, die durch den Schiebekolben in zwei innere und zwei
äußere Räume unterteilt werden. Durch die exzentrische Lagerung ist ein Größenunterschied
der beiden durch den Schiebekolben gebildeten Hälften des Verdichtermantels bedingt.
Um ein Drehen des Schiebekolbens und des Verdichtermantels während des Arbeitsspieles
zu ermöglichen, besitzen die beiden Stahlmäntel des Verdichtermantels je zwei Ausschnitte
zum Ausgleich des Größenunterschiedes. Bei dem Arbeitsvorgang bewegt sich nur der
Verdichtermantel in sich selbst, und der Schiebekolben schiebt sich durch die Schlitze
des Verdichtermantels. Infolge dieser einfachen Arbeitsweise wird dieser Verdichter
auch bei größter Drehzahl zuverlässig und sicher arbeiten unter Ausschaltung jeglicher
Einwirkung der Fliehkraft. Durch die Schlitzsteuerung des mit dem Laufrad verbundenen
Steuermantels und durch die Anordnung des Drehkolbens mit dem Verdichtermantel werden
wesentliche Vorteile und insbesondere eine vereinfachte Bauweise der Explosionsturbine
erzielt.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i einen Querschnitt, Abb. z einen Schnitt nach Linie A-B, den
Läufer teils im Schnitt, teils in Ansicht. Die Turbine zerfällt in den Läufer, die
sich bewegenden, drehbaren Teile und in das Gehäuse, den feststehenden Teil. Das
Gehäuse a besitzt die Lager der Turbinenwelle b und den Explosionsraum c, der zweckmäßig
kugelige
Form besitzt. Er läuft verjüngt in den Kraftüberleitkanal d aus, während die Zufuhr
benötigter Verbrennungsluft durch die Einlaßkanäle e erfolgt. Durch eine Einspritzpumpe
wird der Brennstoff in bekannter Weise in den Verpuffungsraum c eingespritzt, welcher
im Augenblick der Verpuffung vollständig abgeschlossen ist. Erst nach vollendeter
Verpuffung wirkt sich die Entspannung der Gase, wie später noch ausgeführt, auf
die Schaufeln des Laufschaufelkranzes aus. Um das Ausdehnungsbestreben des Arbeitsmittels
vollständig auszunutzen, sind im Anschluß an den Kanal d Rückschlagstufen
f im Gehäuse a angeordnet, die eine restlose Ausbeutung der Verpuffungsenergie
ermöglichen. Beim Vorwärtsgehen des Läufers entweichen die Verpuffungsrückstände
durch die Auspufföffnung g des Gehäuses a ins Freie. Die Temperatur der Wandungen
des Verpuffungsrauines c, der außerhalb von den Schaufeln des Läufers verlegt ist,
kann beliebig hoch gehalten werden, wodurch eine beschleunigte Verpuffung und ausgiebige
Ausnutzung des Brennstoffes erzielt wird.
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Den Läufer bildet zunächst ein äußerer, im Gehäuse a umlaufender
Laufkranz h mit den Schaufeln i. Diese sind durch Ausbuchtungen des Laufkranzes
h geschaffen und nehmen den Kraftstoß der Explosion auf. Die Schaufeln i sind durch
seitliche Wände il des Laufkranzes li begrenzt, die den Abfluß von Energie in seitlicher
Richtung und die Einwirkung der Wärme auf das Gehäuse in gleicher Richtung verhindern.
Der Schaufelkranz h ist beiderseitig zu den Steuermantelringflächen 1? abgesetzt,
die mit gegenüberliegenden Steuerschlitzen na ausgestattet sind. Senkrecht über
diesen Schlitzen sind in ihrer oberen Stellung im Gehäuse a Öffnungen ia
zum Ansaugen von Frischluft für die Verpuffung vorgesehen. Die Steuerschlitze m
regeln einerseits die Zufuhr der Frischluft zum Verdichtungsraum und andererseits
die Überführung der verdichteten Luft durch den Überleitkanal e zum Verpuffungsraum
c. Mittels einer diametral durchgeführten Scheibe o ist der Laufschaufelkranz h
mit der Welle b fest verbunden. Durch diese Scheibe o, auch Drehkolben genannt,
wird der Innenraum des Schaufelkranzes 1a und des Steuermantels k in zwei Teile
getrennt, welche durch die Anordnung des Verdichtermantels zwei sichelförmige Räume
p, p1 bilden. Der Verdichtermantel ist aus zwei eingeschliffenen Hohlzylindern q,
q1 gebildet, die in bezug auf den Mittelpunkt des Läufers, der Welle b, exzentrisch
angeordnet sind, in entsprechenden Ausnehmungen des Gehäuses a drehbar gelagert
sind, dergestalt, daß der Verdichterinantel mit seinem tiefsten Punkt auf der Innenfläche
des Steuermantels k gleitet. Die Drehkolbenscheibe o ist durch den Verdichtermantel
q, q1 hindurchgeführt. Um den bei der Umdrehung durch den Drehkolben o und die exzentrische
Lagerung des Verdichtermantels q, q1 bedingten Größenunterschied auszugleichen,
ist jeder Zylinder q, q1 des Verdichtermantels mit versetzten, der Breite des Drehkolbens
o entsprechend breiten Ausschnitten r, r1 versehen, die den Ausgleich ermöglichen.
Durch die entgegengesetzte Anordnung dieser Ausschnitte bleibt jeder der beiden
Verdichtungsräume p, p1 abgedichtet. Kleine Undichtheiten werden durch die hohen
Umdrehungszahlen wirkungslos. Zwischen beiden Mänteln q, q1 befinden sich kleine
Ölrillen, welche die Reibungsflächen mit Öl versorgen. Dadurch, daß die geschmierten
Flächen nicht mit der Verpuffung in unmittelbare Verbindung kommen, bleibt die Schmierung
verhältnismäßig lange wirkungsvoll. Unterhalb des Verdichtermantels q, q1,
seitlich seines Berührungspunktes mit der Innenfläche des Steuermantels k, besitzt
letzterer Öffnungen s, s1 zwecks Ableitung der verdichteten Frischluft zu den Kanälen
e und zum Verpuffungsraum c.
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Zur Abkühlung des Laufschaufelkranzes h ist dieser zwischen je zwei
Schaufeln i in Längsrichtung der Welle b von einem Kanal t
durchzogen,
die an Ringkanäle t1 des Gehäuses a anschließen. Die regelbare Kühlluft oder das
Kühlwasser läuft dabei in Pfeilrichtung z um. Zur Beschleunigung des Durchflusses
des Kühlmittels können je Kanal t seitlich der Schaufeln i am Laufschaufelkranz
1i in die Ringkanäle t1 vorspringende Schaufeln it vorgesehen sein. Die Kanäle t
werden vorteilhaft in ihrer Richtung etwas schräg gestellt, so daß sich der Durchfluß
des Kühlmittels ohne größeren Energieverlust vollzieht.
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Der Arbeitsvorgang ist bei dem Ausführungsbeispiel folgender: Durch
das im Laufe des Arbeitsspieles im Verdichtungsraum p entstandene Vakuum wird die
Frischluft durch die Luftkanäle yt und die jeweils obenliegenden Einlaßschlitze
m des Steuermantels k in den Verdichtungsraum p ge-
saugt. Durch Vorwärtsgehen
des Drehkolbens o wird der Verdichtungsraum p verkleinert, die eingesaugte Frischluft
verdichtet und durch die gleichzeitig nach unten gewanderten Schlitze m des Steuermantels
k in die Öffnung s und den Überleitkan.al e zum Verpuffungsraum c gedrückt. Bei
beendeter Verdichtung schließt der Steuermantel die Öffnung s und wird .gleichzeitig
der Brennstoff in den Raum c eingespritzt, worauf die Verpuffung in dem vollständig
abgeschlossenen, außerhalb des Läufers liegenden Raume c erfolgt. Nach vollendeter
Verpuffung wirkt die
Entspannung der Gase auf die Schaufeln i des
Laufschaufelkranzes 1a. Durch die Rückschlagflächen f wird eine gute Ausnutzung
der Verpuffungsenergie ermöglicht. Die in den Schaufeln i befindlichen Verpuffungsrückstände
entweichen durch die Auspufföffnung g ins Freie. Dieser Vorgang erfolgt beim Ausführungsbeispiel
innerhalb einer Umdrehung zweimal. Die inneren Verdichtungsräume können zur zusätzlichen
Ladung benutzt werden oder nach weiterer Unterteilung von Laufschaufelkranz und
Verpuffungsraum in eigenem Arbeitsspiel wirken, so daß bei jeder Umdrehung vier
Explosionen erfolgen.