DE6945956U

DE6945956U - HOT AIR TURBINE

Info

Publication number: DE6945956U
Application number: DE6945956U
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Ing Schiel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-11-27
Filing date: 1969-11-27
Publication date: 1970-03-26

Description

X 9.X 9.

Heissluft-Iurbine.. Wh,. Rfchard SchMHot air turbine .. Wh ,. Rfchard SchM

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

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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 ·The invention relates to a heat engine that works as a hot air turbine. It is based on the evaluation and combination of the following findings:
1 *) The "Segnersche waterwheel", which works with reaction effects, has been well known for a very long time. Its structure and mode of operation is astonishingly simple, but it is no longer used because its performance counts as low and its efficiency as very poor. In making this assessment, it was overlooked that these disadvantages only come into play if the peripheral speed is kept low, as was customary in the past. «The pressure that can be achieved in the circulating medium and the output increase according to a higher law of tenancy in relation to the circulating speed . The power that can be gained through the blow, and thus the efficiency, is even outstandingly high and good if the outflow speed is not much higher than the very high peripheral speed if you don't use water but air as your working medium, you get astonishing • results ·

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.2 «) While the speed of rotation of a closed Hing decreases is limited at the top, a disc can be rotated faster before it is torn by centrifugal force. i ^ ine "disc of equal strength" Can withstand even higher speeds when they are in the center, near the axis of rotation, is designed according to diVcker A "stick of the same kind is much cheaper in this respect." strength ". This means that peripheral speeds can be told be well over 1uüO m / sec if ^ r is made of first-class steel . · 'Urwenaet' ciifer but door the rotating rod different materials that in, near the axis, big activity and high Spec, have weight, but outwardly become lighter, so lets the speed of circulation increases even further.

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 -3 ») Air, because it is light, is initially only slightly compressed by centrifugal force. - But this centrifugal force is obtained by very high rotational speeds this is how the compressible air comes from -

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.So with hopher centrifugal force you can feel the compressibility, and so that your specific weight, ene> orm an. One can therefore air is quickly circulated in bars of the same strength shr, compression ratios reach that of the usual piston engines, e.g. Diesel engine, far surpass it.

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 entsprichte4.) Now if air alternately in a rapidly rotating bar outside to the inside and out so it thickens and relaxed in a certain clock and counter clock when properly selected, the iJ'olge of ^ _u status changes of a heat engine 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«5x) Carrying out wähimd this compression and ώηΐSpannungsperioden while still 'poor' or decreases namely the "" poor as a flame of a burner and the cold than the heat of vaporization of W _ater one can thus erziilen cycles the ideal of outright state changes bestehenjalso from almost exact isotherms, isobars, ultraadiabats 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.. 6 *) resulting from this "ärmekraftmaschine power is in the recnt high flow velocity of the air be tw of the exhaust gas, the so water vapor is mixed _e can most easily nutzbarlgemacht by the tangential outflow at the periphery against the D eferichtung _r, -? So according to the Segner principle. If, for example, the rod has a circumferential speed of 1000 m / sec and the exhaust gases 3300 m / sec, the main power is generated by the recoil and the casts only flow at an absolute speed of 300 m / sec, i.e. no: h under the sound gas , ab. ttai can still utilize the energy through rotating blade rings or connected iffusors, or else do without the relatively small amount of residual power.

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,dassFor a more detailed explanation of the proposed machine using an example The accompanying drawing with FIGS. 1 to 3 is shown here. FIG. 1 shows a simplified horizontal schematic Section through the rotating rod of the same strength »Fig. 2 depicts one of the many possible processes of this machine in the well-known T-S diagram, drawn to scale so that

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 qcm correspond to 10 WE / ncbm. Fig.3 then indicated on the same diagram, various other circuit processes that can be performed with this machine easily _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<$t genau isothermiscli also entlang der Linie 2 bis 3 imThe air enters the very rapidly rotating rod giäjther Festig. wind speed for 2, near the axis of rotation, passes outwards to and verv ¹ * seals sict ^ inter Fliefekraftwirkung to 3, "Since you will simultaneously ser very finely atomized water under the big ffliehkraftdrucK and nebulised-added ^ evaporated us the water pipe 12, this water abruptly, absorbing about 600 WB / kg. The compression therefore takes place fa <$ t exactly isothermally, i.e. along the line 2 to 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 Wasserthe Pig. 2. From point 3 to point 4-, the additional compression takes place adiabatically but without water supply _; corresponding to the V _e rtikalen 3 to 4 of Figure "2o outside in 3tab at point 4, the air is reached then heated isobarically by dme flame from the fuel pipe 10 to point 5, in accordance with the parabolically increasing line for -) in Figo2o From 5 to 6 relaxes the very hot air in the Laval nozzle 14-0 Since the flame hits the nozzle, the relaxation takes place isothermally according to the horizontal 5 to 6 in Figo 2. Now the air flows, against the centrifugal force, towards the center to point 7, i.e. relaxed adiabatically, reaches this X so cold and with a very high vacuum, which can be clearly seen in Fig. 2. Now the air runs back from the inside to the outside, is thus compressed by the centrifugal force, up to point 8. The liifASser added in the process evaporates The high vacuum χ suddenly absorbs the heat of compression, which is why the compression is almost exactly isothermal. Now, the exhaust gas flows cold with 1 ata tangentially into F _r eie with, for example 1300 m /sec.Durrh the counter rotational speed of, for example 1000 m / sec it is the energy in large part to the rod, and then flows to the outside from about 300 m / sec. This residual energy can be dispensed with or it can be used even further in a rotating paddle wheel or a diffuser. The residual energy is calculated according to the formula: recoil energy = 2 / (1 + w / u), w = discharge speed relative to the rod, u = rotation speed of the rod. In the present case, the * ückstossarbBit would be a! S ° = 2 / (1 + 1300/1000) = 87%. Even if you do without the remaining 13%, the efficiency of this machine is still far above that of today's conventional heat engines. The fuel (GQs, or oil, or oil-coal dust mixture) runs in 9 to and read through Hohr or K ^A nal 10 for water Brennstelle.Das

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,enters at 10 and passes through 12 and 13 to the nozzles. The cycle process just described can be carried out with this hot air Easily replace the turbine with another one as shown in Fig. 3 ο η can e.g. begin without water supply, i.e. adiabatically, from 15 to 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.isothermally expand to 17, then to ödiabater expansion to 18 to 19 from here again isothermally rückverdichten.D _g with the well-known Carnot Kreisproaess is genaujyerwirklicht.

Manjkann auch von Punkt 16 bis Puhkt 20 noch «"arme zuführen und nach dieser Isobaren noch eine Adiabate 20 nach 17 dazuschalten,was denYou can also add "" poor people from point 16 to point 20 and after add an adiabatic 20 to 17 of these isobars, which is the

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 folgtImproved the efficiency of the aforementioned process. Compress Mar ^ canrlauch immediately from Minkt 15 on and at the same time add heat, M _a n thereby receives the ultraadiabats, a change of state with the exponent η - 2 χ Kappa - 1

t* !> othe -me 21 nach 22t *!> othe -me 21 after 22

.. 4 die Adiabate 2? 22 nach 18 und die isotherme itückverdichtung 18.. 4 the adiabats 2? 22 to 18 and the isothermal recompression 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 The number of possible cycle processes that can be carried out with this hot-air turbine can be expanded at will. Man, the energy can take as mechanical work as a pressurized gas decrease oThe M _a machine is very cheap, since they very quickly runs and their efficiency is the theoretically achievable quite close _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.Of course, the storage of the revolving rod has in a known manner adapted to be the case of supercritical D _r ehzahl Selbatzen- tration erfolgt.Die drag friction is reduced when a post-shuttered-ter diffuser ensures | the rod in a vacuum that turns · ■ ^ he iiraftabnahme can be done mechanically or electrically with, for example, 200 periods per sea. After turning it off with remu power, the pilot flame must be ignited for the first time in a known manner. The nozzle and pipe, which are heated from the inside, are effectively cooled by the outside air. Of course, additional cooling can be provided by a special cooling water circulation.

Claims

G 69 45 95 '·· .9 - 7302' ^/ Protection claims.

"LoHeisaluft turbine, working according to the recoil principle known from Segner's water wheel, characterized in that flow channels for air are arranged in a rotating rod (1) of the same strength in the longitudinal direction of the rod so that they are only radial towards the outside (from 2 via 3 to 4) then towards the inside again (from 4 via b to 7), then again radially towards the outside (from 7 to 8), whereby in these channels there are still inlet pipes with spray nozzles for \ ni _a sser (12, 13) and for fuel (10) are embedded.

?. Hot air turbine according to claim '!, Characterized in that the injection nozzles for the fuel close to the outer ütabenden sina arranged so that the flame therefrom in dr' ^ into ranges nozzle (14).

ο Höissluf t-turbine according to claim '!, characterized in that the injection nozzles of the water pipes (12 and 13), for the purpose of cooling the air by yerd.- mpfende ^ wet, at the inlet beginning of the channel (between. "and 3) and at the outlet At the end of the canal (between 7 '"and Ö)

■ 4-0 hot] ift-turbine-; according to claim 1 to ^, characterized in that d '^; M: -: s Ci- ^ r rotating rod (1), as is _{usually the case with Z Q} ntrifugen, is resiliently mounted, so it can adjust to its free - ■■■ axis at supercritical speed,

5. H- iss] ... t ~ Turbin ■; according to: ι f α on smells 1 to 4, thereby e new that the supplied, '.- is serine -age so big i υ, this-this ses wetter also the / sealing / poor of the air just evaporated.

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