DE6945956U - Heissluft - turbine - Google Patents

Description

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Heissluft-Iurbine.. Wh,. Rfchard SchM

..<*........-«--.«... Stuttgart-Lederberp

I« Ro*«nbuecJi f

Die Erfindung betrifft sine Wärmekraftmaschine die als Heissluft-Turbine arbeitet.Sie beruht auf der Auswertung und Verknüpfung folgender Erkenntnisse:
1*)Das "Segnersche-Wasserrad", mit Reaktionswirkung arbeitend,ist schon seit sehr lange gut bekannt.In seinem Aufbau und Arbeitswei·· se ist es zwar verblüffend einfach,wird aber dennoch nicht mehr ver·» wendet,denn seine Leistung gilt als gering und sein Wirkungsgrad als sehr schlecht. Man hat bei dieser Beurteilung übersehen,dass diese Nachteile nur dann zur Geltung kommen,wenn die Umfangsgeschwindigkeit ,wie früher üblich,nur niedrig gehalten wird« Der damit erzielbare Druck im Umlaufmittel und die Leistung wchsen ja nach einem höheren -tVtenzgesetz bezogen auf die Umlauf geschwindigkeit. Die durch den Kückstoss gewinnbare Leistung,und damit der Wirkungsgrad,ist sogar hervorragend hoch und gut,wenn die Auström— geschwindigkeit nicht wasentlich höher als die sehr hohe Umfangsgeschwindigkeit liegt.Bringt man daß Umfangsgeschwindigkeit des Segnerrades in dip Gegend von 1000 m/sec und verwendet man als Arbeitsmittel nicht Wasser sondern Luft so kommt man zu erstaunlichen •Ergebnissen ·

2«) Währnd die Umlaufgeschwindigkeit eines geschlossenen Hinges nach oben hin begrenzt ist,kann eine Scheibe schneller gedreht werden ehe sie durch die fliehkraft zerreiss-t. i^ine "Scheibe gleicher Festigkeit" Kann noch höhere Drehzahlen aushalten,wenn sie eben in der Mitte,na#he der Drehachse entsprechend diVcker ausgebildet- ists ^och viel günstiger ist aber in dieser Hinsicht ein "Stab gleicher festigkeit". Damit lassejdsich Umfangsgeschwindigkeiten erzarlen die weit über 1uüO m/sec liegen ,wenn ^r aus erstklassigem iitahl besteht . ·' urwenaet 'ciifer aber Tür den umlaufenden Stab verschiedene Materialien ,die innen ,nahe der .achse grosse i?e tigkeit und hohes spez,Gewicht besitzen,nach aussen hin aber leichter werden,so lässt sich die Umlaufgeschwindigkeit noch weiter steigern.

3») Luft wird,weil leicht,durch die fliehkraft zunächst nur wenig komprimiert, -'teiegrent man aber diese -fliehkraft durch sehr hohe Umlaufgeschwindigkeiten so kommt bei der Luft deren komprimierbar -

keit zur GeltungoBei hopher Fliehkraft weäehst also ihre Zusammendrückbarkeit,und damit ihr speZoGewicht ,ene>orm an. Man kann darum, wird Luft in Stäben gleicher Festigkeit shr schnell umgewälzt,Verdichtungsverhältnisse erreichen,die die der üblichen Kolbenkraftmschinen,z.Bodes Dieselmotors,noch weit übertreffen.

4.) Wird nun Luft in einem schnell umlaufenden Stab abwechselnd nach aussen und innen geführt so verdichtet sie sich und entspannt in einem gewissen Takt und Gegentakt,der,wenn richtig gewählt,der iJ'olge der ^_ustandsänderungen einer wärmekraftmaschine entsprichte

5·) Führt man wähimd diesen Verdichtungs-und ώηΐSpannungsperioden gleichzeitig noch »'arme zu oder ab und zwar die ""arme als Flamme eines Brenners und die Kälte als Verdampfungswärme von W_asser so kann man damit Kreisprozesse erziilen die aus geradezu idealen Zustandsänderungen bestehenjalso aus fast genauen Isothermen ,Isobaren, Ultraadiabaten etc«

6·) Die aus dieser "ärmekraftmaschine resultierende Leistung steckt in der recnt hohen Strömungsgeschwindigkeit der Luft be zw. des Abgases ,dem ja Wasserdampf beigemischt ist_e Sie kann am einfachsten nutzbarlgemacht werden durch die tangentiale Abströmung am Umfang entgegen der D_referichtung,-?lso nach dem Segnerprinzip.Hat z.B. der Stab eine Umfangsgeschwindikeit von 1000 m/sec und die Abgase 3300 m/sec,so wird die Hauptleistung durch den Rückstoss erztilt und die Ggse strömen nur mit 300 m/sec Absolutgeschwindigkeit also no:h unter der Schallgsaize ,ab. ttai kannjdie ^cstenergie durch umlaufende Schaufelkränze oder angeschlossenem i>iffusoren noch ausnützen oder aber auf die verhältbismässig kleines X&xIiuüe Restleistung verzichten.

Zur näheren Erläuterung der vorgeschlagenen Maschine an einem Beispie lnient die beiliegende Zeichnung mit den Figuren 1 bis 3. Hierin zeigt Fig.1 einen vereinfachten horizontalen schematischen Schnitt durch den umlaufenden Stab gleicher Festigkeit» Fig,2 schildert einen der vielen möglichen Prozesse dieser Maschine im bekannten T-S-Diagramm und zwar masstäblich so gezeichnet,dass

qcm 10 WE/ncbm entsprechen. Fig.3 deutet dann,im gleichen Diagramm,verschiedene andere Kreisprozesse an, die mit dieser Maschine leicht ausgeführt werden können_o

Die Luft tritt in den sehr schnell drehenden Stab giäjther Festig. keit bei 2,nahe der Drehachse ein,läuft nach aussen zu und verv¹* dichtet sict^inter Fliefekraftwirkung bis 3«Da ihr gleichzeitig Was— ser unter dem grossen ffliehkraftdrucK sehr fein zerstäubt und vernebelt-zugesetzt wird^us dem Wasserrohr 12, verdampft dieses Wasser schlagartig,etwa 600 WB/kg aufnehmend.Die Verdichtung erfolgt darum fa<$t genau isothermiscli also entlang der Linie 2 bis 3 im

der Pig.2. Von Punkt 3 bis Punkt 4- erfolgt die #eiterverdichtung aber ohne Wasserzufuhr also adiabat_; entsprechend der V_ertikalen 3 bis 4 der Fig«2o Aussen im 3tab im Punkt 4 angelangt wird nun die Luft durch dme Flamme aus dem brennstoffrohr 10 bis Punkt 5 isobar erhitzt ,entsprechend der parabolisch ansteigenden Linie nach -) in Figo2o Von 5 nach 6 entspannt die sehr heisse Luft in der Lavaldüse 14-0Da die Flamme in die Düse hineinschlägt erfolgt die Entspannung isothermisch entsprechend der Horizontalen 5 bis 6 in Figo2.Nun strömt die Luft,entgegen der Fliehkraft,gegen die Mitte zu bis Punkt 7 entspannt also adiabatisch,erreicht dieseX also kalt und bei sehr hohem Vacuum,was aus Fig.2 gut ersichtlich ist.Nun läuft die Luft wieder von innen nach aussen zu,wird also durch die Fliehkraft verdichtet,bis zum Punkt 8. Das dabei zerstäuben* zugesetzte liifASser verdampft bei dem hohen Vacuum χ schlagartig,nimmt dabei die Verdichtungswärme auf.Die Kompression erfolgt darum fast genau isotherm. Nun strömt das Abgas kalt und mit 1 ata tangential ins F_reie mit z.B. 1300 m /sec.Durrh die Gegenumlaufgeschwindigkeit von z.B. 1000 m/sec gibt sie die Energie grossenteils an den Stab ab und strömt dann nach aussen ab mit etwa 300 m/sec. Auf diese Rest energie kan^man verzichten oder sie in einem umlaufenden Schaufelrad oder einem Diffusor noch weiter ausnützen. Die Restnergie errechnet sich grössenordnun;,smässig nach der Formel: Rückstossenergie = 2/(1 +w/u) ,w= Abiussgeschwindigkeit relativ zum Stab,u = Umlaufgeschwindigkeit des Stabes. J-m vorliegenden Falle wäre die *ückstossarbBit a!s° = 2/(1+1300/1000)= 87 %.Selbst wenn man auf ide restlichen 13 % verzichtet ist der Wirkunsggrad dieser Maschine noch weit über dem der heute üblichen Wärmekraftmaschinen. Der Brennstoff(Gqs,oder öl,oder ölkohlenstaubgemisch) läuft in 9 zu und durchlas Hohr oder den K^Anal 10 zur Brennstelle.Das Wasser

tritt bei 10 zu und läuft durch 12 und 13 zu den Düsen. Der eben beschriebene Kreisprozess lässt sich mit diesrr Heissluft Turbine leicht durch andere ersetzen wie Fig.3 zeigen soll ο η kann z.B. ohne Wassrzufuhr,also adiabat ,beginnen,von 15 bis 16,

isotherm bis 17 expandieren,dann nach ödiabater Expansion bis 18 von hier bis 19 wieder isotherm rückverdichten.D_gmit ist der bekannte Carnot-Kreisproaess genaujyerwirklicht.

Manjkann auch von Punkt 16 bis Puhkt 20 noch «"arme zuführen und nach dieser Isobaren noch eine Adiabate 20 nach 17 dazuschalten,was den

Wirkungsgrad des vorher genanten Prozesses verbessert. Mar^canrlauch gleich von Minkt 15 an verdichten und gleichzeitig Wärme zuführen,M_an erhält dadurch die Ultraadiabate,eine Zustandsänderung mit dem Exponenten η - 2 χ Kappa - 1. Damit kommt man mit gerin ster Energiezufuhr auf die hohe Temperatur von Punkt 21dann folgt

t* !> othe -me 21 nach 22

.. 4 die Adiabate 2? 22 nach 18 und die isotherme itückverdichtung 18

■Uie Anzahl der möglicheniCreissprozesse ,die^rtjit dieser Heissluftturbine ausgeführt werden kann .,lässt sich nocbjbeliebig erweitern. Mann kann auch die Energie statt als mechanische Arbeit als Druckgas abnehmen oDie M_aschine ist sehr billig,da sie ja sehr schnell läuft und ihr Wirkungsgrad kommt dem theoretisch erreichbaren recht nahe _o

Die Lagerung des umlaufenden Stabes muss natürlich in bekannter Art so ausgeführt sein dass bei überkritischer D_rehzahl Selbatzen— trierung erfolgt.Die Schleppreibung wird vermindert wenn ein nach— geschalt-ter Diffusor dafür sorgt|dass der Stab im Vacuum dreht· ■^ie iiraftabnahme kann mechanisch erfolgen oder aber auch elektrisch mit z.B. 200 Perioden pro see. Nach demAndrehen durch •''remukraft muss die Dauerflamme erstemal in eiaex· bekannten Art gezündet wwrden. Die von innen her erwärmte Düse und Leitung wird durch die Aussen«- iuft ja wirksam gekühlt.Man kann aber natürlich durch einaa besonderen üühlwasserumlauf noch für zusätzliche Kühlung sorgen.

Claims (1)

1. G 69 45 95'··.9 - 7302 ' ^/ Schutz-Ansprüche .

   "loHeisaluft-Turbine ,nach dem,vom Segnerschen Wasserrad her bekannten, Rückstoss-Prinzip arbeitend,dadurch gekennzeichnet,dass in einem umlaufienden Stab (1) gleicher F-stigkeit Strömungskanäle für Luft in der Längsrichtung des Stabes so angeordnet sind,dass sie erst radial nach aussen zu (von 2 über 3 nach 4) dann wieder nach innen zu (von 4 über b nach 7),dann wieder radial nach aussen zu (von 7 nach 8) gerichtet sind,wobei in diesen Kanälen noch Zulaufrohre mit Spritzdüsen für \ni_asser (12, 13) und für Brennstoff(10) eingebettet sind.

   ?. Heissluft-Turbine nach Anspruch '!,dadurch gekennzeichnet ,dass die Einspritzdüsen für den Brennstoff nahe an den äusseren ütabenden so angeordnet sina,dass die Flamme daraus in dr' Düsen (14) hinein^ reicht.

   ο Höissluf t-Turbine nach Anspruch '!,dadurch gekennzeichnet ,dassdie Einspritzdüsen der Wqsserrohre(12 und 13),zwecks Kühlung der Luft durch yerd.- mpfende^ Nasser,am einlaufenden Anfang des Kanals (zwischen ." und 3) uud am auslaufenden Ende des Kanals(zwischen 7 '"ind Ö) liegen

   ■4-0 Heiss] ift-Turbin-; nach Anspruch 1 bis ^,dadurch gekennzeichnet, d'^;M:-:s Ci-^r umlaufende Stab(1),wie bei Z_Qntrifugen üblich federnd ro gelagert ist,d--sa er sich bei überkritischer Drehzahl auf seine freie -■■■ nhse einstellen kann,

   5. H- iss] ... t~Turbin ■; nach : ι f α auf rüchen 1 bis 4 ,dadurch e neu,dass ie zugeführte ,'.-is serine -age so gross i υ ,dasr-die ses nasser aui'ch die /prdichtungsv/ärme der Luft gerade verdampft.

   mney an ve *.u ucu juhw—.· ■ ^-

   D*utsefc-r Pal«nlar,il, Gebroueh«nu5«er»t«lle

   ung. Richard Schiel

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