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Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine,
bei welcher strömende und verdichtete Luft durch Verbrennung eines Teiles derselben
in einem Brennraum (Brennkammer, Arbeitszylinder) unmittelbar und der andere Teil
der Luft mittelbar durch Wärmeaustausch durch den ersten Teil der Luft erwärmt wird
und bei welcher das Arbeitsvermögen der Luft mindestens zum Teil in einer Gasturbine
in mechanische Arbeit umgesetzt wird.
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Bei Brennkraftmaschinen der genannten Art ist es bekannt, das durch
unmittelbare Verbrennung erzeugte Treibmittel bzw. die Abgase der Brennkraftmaschine
mit dem mittelbar erwärmten Teil der Luft zu vermischen und mit diesem Luft-Brenngas-Gemisch
die Abgasturbine zu beaufschlagen.
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Auch ist bereits vorgeschlagen, ein und dieselbe Beschaufelung einer
Gasturbine, deren Schaufeln mehrere Zonen verschiedener Profile aufweisen, getrennt
von dem heißen Luft-Brenngas-Gemisch und einem besonderen Kühlluftstrom zu beaufschlagen.
Eine derartige Einrichtung hat jedoch lediglich den Zweck, eine übermäßige Wärmebeanspruchung
des Schaufelwerkstoffes zu verhindern und den Wärmefluß nach dem Schaufelfuß hin
einzudämmen.
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Die bekannte Herstellung eines Gemisches aufs heißen Brenn- bzw. Abgasen
mit der durch Wärnveaustausch erhitzten Luft und
darauffolgender
Beaufschlagung der nachgeschalteten -:\.bgasttzrbine hat den Nachteil, daß bei der
Vermischung Wirbelbildungen und damit Verluste an Strömungsenergie auftreffen.
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Gemäß der Erfindung werden diese nachteiligen Querströmungen und Wirbelbildungen
dadurch vermieden, daß ein und dieselbe Beschaufelung der Gasturbine von zwei oder
mehreren Treibmittelströmen (Heißluft, Brenngase) in gleicher Strömungsrichtung
getrennt beaufschlagt wird. Dabei besteht in weiterer Ausbildung der Erfindung-
die Beschaufelung des Leitapparates aus zwei oder mehreren konzentrisch übereinanderliegenden
und aneinander anschließenden benachbarten Schaufelkränzen, durch welche zwei oder
mehrere Treibmittelströme in gleicher Richtung hindurchströmen, und die Beschaufelung
des Laufrades aus zwei oder mehreren konzentrisch übereinanderliegenden und aneinander
anschließenden Schaufelkränzen, welche durch zwei oder mehrere in gleicher Richtung
fließende Treibmittelströme beaufschlagt werden. Die Schaufeln des Leitapparates
oder des Laufrades oder beider sind einteilig und weisen zwei oder mehrere den Treibmittelströmen
entsprechende Zonen auf.
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Bei Brennkraftmaschinen, deren Leitapparat aus zwei oder mehreren
Düsengruppen besteht, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die
Austrittswinkel der Düsen des Leitapparates so gewählt sind, daß sämtliche Treibmittelströme
(Heißluft, Brenngas) in ein und dieselbe ein einheitliches Schaufelprofil aufweisende
Beschaufelung des Laufrades in gleiche Richtung stoßfrei einströmen und es leistungsabgebend
beaufschlagen.
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Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht in einer wesentlichen
Verbesserung des Wirkungsgrades des Triebwerkes.
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Es ist zwar bekannt, die Eintrittszone des Leitapparates einer Abgasturbine
durch eine Trennwand in zwei konzentrische Kränze zu unterteilen. Diese Trennwand
ist jedoch nicht bis zum Düsenaustritt des Leitapparates geführt, sondern hört bereits
an der engsten Stelle des Düsenquerschnittes auf, derart, daß dieeigentlicheAustrittszone
des Leitapparates nicht mehr unterteilt ist, sondern einen einheitlichen, für beide
Gasströme gemeinsamen Austrittsdüsenkranz bildet. Es ist ferner bekannt, den für
zwei aus einer und derselben Kolbenbrennkraftmaschine stammenden Abgasteilströme
bestimmten gemeinsamen Austrittsdüsenkranz der eben genannten Art so auszubilden,
daß die gemeinsamen Gasstromfäden derart umgelenkt werden, daß sie in die Richtung
des gewählten Eintrittswinkels gelangen. Für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung
sind jedoch diese bekannten Ausführungsformen nicht zu gebrauchen, da es hier darauf
ankommt, zwei oder mehrere Gasströme, die in ihrem physikalischen Zustand (Druck,
Temperatur, Geschwindigkeit) voneinander verschieden sind, durch einen einzigen
Leitapparat so zu lenken, daß bei keinem der Treibmittelströme Eintritts- und Wirbelungsverluste
auftreten.
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Inder Zeichnung sind Ausführungsbei spiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Abb. i eine Kolbenbrennkraftmaschine mit anschließender Gasturbine, Abb.
2 die Brennkammer und das der Brennkammer angeschlossene Leit- und Laufrad einer
Gasturbine, Abb.3 einen Ausschnitt aus einer Gasturbine mit als Wärmeaustauscher
ausgebildeten Brennkammern.
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Gemäß Abb. i wird der Zvlinder i einer holbenbrennkraftmaschine. die
nach dem Zweitaktverfahren arbeitet, mittels Druckluft gekühlt. Die Druckluft nimmt
beim Umströmen des Arbeitszylinders i Wärme auf und vergrößert damit ihr Arbeitsvermögen.
'Zach teilweiser Entspannung in dem Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine strömen
die Brenngase durch die Auslaßöftnung 3 in den Leitapparat .4a der Gasturbine. Ebenso
strömt die erhitzte Druckluft über den Raum 6 in den Teil 4b des Leitapparates.
Die beiden Gasströme werden in den Teilen ..a, .0 des Leitapparates a getrennt voneinander
entspannt und beaufschlagen sodann ebenfalls getrennt das zweikränzige Laufrad 7
der Gasturbine. Die aus dem Teil qb des Leitapparates ausströmende heiße Luft beaufschlagt
hierbei den Teil 7b der Laufradbeschaufelung, die Brenngase beaufschlagen den Teil
711 der Beschaufelung des Laufrades 7. Die Schaufelteile 7b haben hierbei in bekannter
Weise eine dein Zustand der Heißluft entsprechende Form und Lage; ebenso sind die
Teile 7a der Laufradschaufeln entsprechend dem Zustand der sie beaufschlagenden
Brenngase geformt und gelegen.
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Gemäß Abb. a strömt verdichtete Luft zum Teil in die Brennkammer 8
einer Gasturbine und wird in dieser Brennkammer durch Verbrennung unmittelbar erwärmt.
Ein anderer Teil der verdichteten Luft umströmt die Brennkammer 8 in einer Leitung
9 und wird mittelbar durch die in der Brennkammer 8 befindlichen Brenngase durch
Wärmeaustausch erwärmt. Die heißen Brenngase entspannen sich in dem Teil roll des
Leitapparates io, während sich die Heißluft in den Teilen iob des Leitapparates
entspannt. Die Düsen des Leitapparates sind so geformt und vor allein so gerichtet,
daß sowohl die Heißluft als auch
die heißen Brenngase ein und dieselbe
Beschaufelung II des Laufrades 12 der Gasturbine stoßfrei beaufschlagen können.
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Gemäß Abb. 3 werden die Brennkammern 13 mit Ausströmdüsen 13" versehen,
die unter einem Winkel a1 gegen die Umfangsrichtung des Laufrades geneigt sind,
so daß der Gasstrom aus den Düsen 13a in die Beschaufelung 14 stoßfrei eintreten
kann. Die Brennkammern 13 sind als Wärmeaustauscher ausgebildet, so daß die sie
umspülende Druckluft erwärmt wird. Sie besitzt nach dieser Erwärmung im allgemeinen
einen anderen Zustand als die Brenngase, und sie entspannt sich in den Düsen
13 b, die zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Düsen i3a angeordnet und
unter einem Winkel a2 gegen die Umfangsrichtung des Laufrades 14 geneigt sind. Der
Winkel a2 wird nach gleichen Gesichtspunkten wie der Winkel a1 so gewählt, daß die
heiße Druckluft, nachdem sie sich ganz oder teilweise entspannt hat, stoßfrei in
die ein einheitliches Schaufelprofil aufweisende Beschaufelung des Laufrades 14
eintritt.
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Es ist selbstverständlich möglich, nach ähnlichen Gesichtspunkten
eine von Dampf verschiedenen Zustandes zu beaufschlagende Dampfturbine aufzubauen.
Die gleichen Ausführungsmöglichkeiten ergeben sich bei Gasturbinen, deren überschüssige
Abwärme zur Bildung von Dampf Verwendung findet, der in einer Turbine zusätzliche
Leistung abgeben soll.