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Gasturbine Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, bei der die Brennkraftgase
in Kolbenverdichtern, die auf beiden Seiten des Laufrades oder Läufers angeordnet
sind, verdichtet werden, wobei der Takt der Verdichtungen in einer Vielzahl einer
Umdrehung des Laufrades erfolgt. Demzufolge. werden die Kolbenverdichter nicht von
Kurbeln der Laufradwelle gesteuert, wie dies bei anderen Bauarten vorgesehen ist.
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Die Gasturbine nach der Erfindung besteht aus folgenden wesentlichen
Bestandteilen.
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Zum Erzeugen der Brennkraftgase, die auf das Laufrad zur Wirkung gebracht
werden, sind zwei Kolbenverdichter vorgesehen. Diese haben wie bei jeder Verbrennungskraftmaschine
die Aufgabe, den Betriebsstoff anzusaugen, zu verdichten und zur Entzündung zu bringen.
Die Auf- und Abwärtsbewegung ihrer Kolben erfolgt mittels Zahnradgetriebe von der
Welle des Laufrades aus, das auch die Steuerung der Ventile der Kolbenverdichter
vermittelt. Zu Beginn der Abwärtsbewegung jedes Kolbens wird das zugehörige Auspuffventil
geschlossen und das Ventil zum Ansaugen des Brennstoffes geöffnet (Ansaugehub).
Bei der Aufwärtsbewegung (Verdichtungshub) wird das Ansaugeventil geschlossen und
die Füllung des Zylinders durch den Kolben verdichtet. Im höchsten Stande des Kolbens
tritt die Zündung ein und die öffnung des Auspuffventils. Die.unter Explosionsdruck
stehenden Brennkraftgase werden dann durch das geöffnete Auslaßventi] unmittelbar
auf das Laufrad zur Wirkung gebracht.
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Das Laufrad, das auf der die Kraft abgebenden Welle befestigt ist,
besitzt an seinem Umfang ähnlich einem Turbinenrade eine größere Anzahl Beaufschlagungsflächen
auf seinen -beiden Seiten, auf welche die aus
den Kolbenverdichtern
unter hohem Druck austretenden Brennkraftgase einwirken. Dementsprechend ist auf
jeder Seite des Laufrades ein Kolbenverdichter angeordnet. Infolge der Entspannung
der Brennkraftgase wird das Laufrad in Drehung versetzt. Haben die explodierten
Gase an den Beaufschlagungsflächen nach erfolgter größter Ausdehnung ihre Kraft
auf das Laufrad abgegeben, so können sie allmählich an den frei werdenden Ausnehmungen
der Beaufschlagungen entweichen.
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Das Neue der Erfindung liegt darin, daß bei einem Antrieb der Verdichter
mittels,-Zahnrad getriebe das angesaugte und verdichtete Gasgemisch bei der inneren
Totpunktlage der Kolben gezündet wird und die hochgespannten Brennkraftgase das
Laufrad beaufschlagen.
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Es ist zwar eine Gasturbine bekannt, die gleichfalls mit Kolbenverdichter
arbeitet, jedoch ist dort nur ein Verdichter vorgesehen, und dieser drückt das angesaugte
Gasgemisch unter Druck in eine Brennkammer, in der die Zündung erfolgt. Hierbei
besteht also zwischen dem Verdichter und der Explosionskammer ein schädlicher Raum,
der nach der Erfindung vermieden wird, indem die im Verdichter zusammengedrückten,
im Höchstpunkt entzündeten Brennkraftgase unmittelbar auf die Beaufschlagungsi3ächen
des Laufrades einwirken. Einen weiteren Nachteil zeigt 'die bekannte Explosionsturbine
insofern, als das offene Ende der Brennkammer im Augenblick der Zündung mit einer
der vorgesehenen vier Druckkammern des Laufrades zusammentreffen muß. Demnach ist
die Steuerung am Takt dieses Zusammentreffens gebunden, mit dem das Rückschlagventil
der Brennkammer eingestellt werden und die Zündung erfolgen muß.
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Bei der Erfindung hat die Stellung der einzelnen Beaufschlagungsilächen
des Laufrades zu den Öffnungen der Austrittsventile der beiden Verdichter im Augenblick
der Zündung keine grundlegende Bedeutung, da die Beaufschlagungsflächen dicht aufeinanderfolgen
und von den ausgestoßenen Gasen mit voller Kraft getroffen werden. Infolgedessen-
ist auch eine Regelung der Leistungssteigerung möglich, die eine leichte Anpassung
an eine Belastungsänderung ermöglicht.
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Als weiterer Vorteil der Gasturbine nach der Erfindung ist hervorzuheben
die leichte Bauart durch kleine Kolbenverdichter, deren höhere Leistung durch ihre
größere Antriebsgeschwindigkeit im Verhältnis zum Laufrad erreicht wird, wobei eine
besondere Brennkammer für diese nicht erforderlich ist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll an Hand der Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel beschrieben werden, wobei noch auf weitere Merkmale der
Erfindung eingegangen werden soll.
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Fig. i zeigt die Gasturbine in Seitenansicht in teilweisem Schnitt,
F43. 2 einen Aüfrlß im Schnitt II-11 der Fig. i zur Kennzeichnung der Anordnung
der Kolbenverdichter zu beiden Seiten des Laufrades.
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Der Läufer oder das Laufrad i ist auf einer Welle 2 gelagert. Zu seinen
beiden Seiten sind die Kolbenverdichter 3, .4 angebracht, die einen Zylinder 5,
einen Kolben 6, ein Einlaßventil ;, ein Auslaßventil 8, eine Zündeinrichtung 9 und
die Ausströmdüse i o besitzen. Die Steuerung des Kolbenverdichters erfolgt durch
ein Zahnradgetriebe 2o, bestehend aus dem auf der Laufradwelle 2 sitzenden Triebrad
12, dem Steuerrad 13 für das Kurbelgetriebe des Kolbens 6 und den Steuerrädern 1
4. und 15 für die Ventile. Bei der Ausbildung des Steuergetriebes für die Kolbenverdichter
ist darauf Wert gelegt, daß gegenüber der Umlaufgeschwindigkeit des Laufrades i
ein wesentlich höherer Verdichtungstakt erhalten wird und daß bei einer schnellen
Folge der Verdichtungsstöße deren Verhältnis zur Beschauflungsteilung des Laufrades
unabhängig ist, um einen günstigen Gleichförmigkeitsgrad zu erhalten.
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Auf der Welle des Zahnrades 14 sitzt zur Steuerung des Einlaßventils
7 ein breiter N okken i ß, der den Ventilkörper so lange offenhält, bis der
Kolben 6 das volle Volumen angesaugt hat. Bei i i ist die Brennstoffzuleitung angedeutet.
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Zum Zahnrad 15 des Auslaßventils 18 gehört ein schmaler Nocken i g,
der das Auslaßventil offenhält, sobald der Kolben 6 in der höchsten Drucklage steht
und die Zündung erfolgt ist. Nach dem Öffnen tritt das Gasgemisch aus dem Verdichtungsraum
des Zylinders unter hohem Explosionsdruck aus der Düse i o aus und wird auf die
Beschaufelung des Laufrades i geleitet.
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Die Getriebe der beiden Verdichter sind nach der Erfindung versetzt
angeordnet, so daß beide Kolbenverdichter mit versetzten Hubzeiten arbeiten. Das
Laufrad i hat entsprechend der Anordnung der Kolbenverdichter 3, 4. zu beiden Seiten
gemäß der Erf ndung eine doppelseitige Beaufschlagung erhalten, bestehend in den
nebeneinanderliegenden Beaufschlagungs$ächen 16, 17, die durch eine feste Wand 21
voneinander getrennt sind.
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Das Laufrad ist von einem Gehäuse dicht abgeschlossen, so daß die
Verbrennungsgase erst nach Abgabe ihres vollen Druckes am Auspuff 22 entweichen.
Die Zylinder der Kolbenverdichter 3, 4 und das Laufrad können
zur
Kühlung von einem Wassermantel umgeben werden.
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Zur Regelung der Gasturbine kann der eine Kolbenverdichter abgeschaltet
werden, wenn entsprechend einer geringeren Belastung weniger Kraft gebraucht wird.
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Für größere Leistungen können mehrere Kolbenverdichter paarweise in
der gleichen Weise, wie bei dem einen Paar beschrieben, an der Gasturbine angebracht
werden.