DE850254C

DE850254C - Internal combustion turbine

Info

Publication number: DE850254C
Application number: DEP41832A
Authority: DE
Inventors: Josef Schellerer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-05-06
Filing date: 1949-05-06
Publication date: 1952-09-22

Description

Brennkraftturbine Den Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Brennkraftturbinen, bei dem in ein und derselben Turbine ein durch eine Verdichtungsanlage aufbereitetes und in Brennkammern entzündetes Brenngas Turbinenräder antreibt, das im weiteren Verlauf in einem in der Turbine selbst angeordneten Verdampfer ein Gas-oder Flüssigkeitsmittel erwärmt und erhitzt, das, die Brennkammern umspülend, überhitzt wird und die Turbinenräder zusätzlich als weitere Kraftmittel antreibt.Internal combustion turbine The subject matter of the invention relates to a method for the operation of internal combustion turbines, in which a through in one and the same turbine a compression system processed and ignited in combustion chambers fuel gas turbine wheels drives, which in the further course in an evaporator arranged in the turbine itself heats and heats a gas or liquid medium that, flushing around the combustion chambers, is overheated and drives the turbine wheels as an additional fuel.

In den Umleitraum zwischen den einzelnen Druckstufen erfolgt ein Ausgleich der Brenngas-bzw. Dampftemperatur.Compensation takes place in the bypass space between the individual pressure levels the fuel gas or. Steam temperature.

Unmittelbar hinter der letzten Druckstufe der Turbine ist eine Verdampferanlage für eine Flüssigkeit oder eine Erhitzeranlage für ein Gas angeordnet, die durch die aus der Turbine abgehenden Brenngase beheizt werden, und das darin erhitzte Flüssigkeits- oder Gasmittel in einem die Brennkammern umschließenden Ringraum geführt und dort überhitzt wird zwecks zusätzlicher Kraftleistung in der Turbine.Immediately after the last pressure stage of the turbine is an evaporator system arranged for a liquid or a heating system for a gas passing through the fuel gases leaving the turbine are heated, and the heated in it Liquid or gas means guided in an annular space surrounding the combustion chambers and there it is overheated for the purpose of additional power output in the turbine.

Bei intermittierender Verdichtung wird die Zündfolge in den Brennkammern vom Gasdruck in Abhängigkeit gebracht und die Zündung derart gesteuert, daß erst bei Erreichung einer bestimmten Druckhöhe in den Brennkammern das Gasgemisch zur Entzündung gebracht wird.With intermittent compression, the ignition sequence in the combustion chambers brought the gas pressure dependent and the ignition is controlled in such a way that only when a certain pressure level is reached in the combustion chambers, the gas mixture for Inflammation is brought about.

Bei Gleichdruckverdichtung erfolgt die Entzündung der Brenngase in den Brennkammern gegebenenfalls durch Glühkerzen bei Erreichung eines bestimmten Drucks.With equal pressure compression, the combustion gases are ignited in the combustion chambers, if necessary, by glow plugs when reaching a certain level Pressure

Es sind Verfahren zum Betrieb von Brennkraftturbinen bekannt, bei welchen verdichtete Luft als Brennluft, Spülluft und Kühlluft verwendet wird. Dabei wird-die Luft durch einen Kreiselverdichter vorverdichtet und einem Kolbenverdichter zugeführt und weiter verdichtet, in dessen Zylinder sich zugleich der Verbrennungsraum befindet. Das zur Entzündung gebrachte Gasgemisch wird in einem Behälter gesammelt und aus demselben der Turbine zugeführt. Die Turbine wird bei diesen bekannten Verfahren nur mit Verbrennungsgasen beschickt.There are known methods for operating internal combustion turbines which compressed air is used as combustion air, purge air and cooling air. Included -The air is pre-compressed by a centrifugal compressor and a reciprocating compressor supplied and further compressed, in whose cylinder the combustion chamber is located at the same time is located. The ignited gas mixture is collected in a container and fed from the same to the turbine. The turbine is used in these known processes only charged with combustion gases.

Es ist auch bekannt, das Turbinenrad mit Spülluft zu kühlen. Diese wird durch die Brennkammer und durch die Turbine hindurchgeblasen.It is also known to cool the turbine wheel with scavenging air. These is blown through the combustion chamber and through the turbine.

Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird das Turbinenlaufrad abwechselnd auf seinem ganzen Umfang entweder mit hochverdichteten Verbrennungsgasen oder mit vorverdichteter Luft beaufschlagt. Hierbei wird die vorverdichtete Luft durch einen Kreiselverdichter gefördert, die dann durch einen Kolbenverdichter hochverdichtet wird.In another known method, the turbine runner is alternated either with highly compressed combustion gases or with pressurized pre-compressed air. Here, the pre-compressed air is through a Centrifugal compressor promoted, which is then highly compressed by a piston compressor will.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Gasturbinen besteht darin, daß infolge der hohen Verbrennungstemperaturen die Schaufelkanten der Turbinenlaufräder, deren Herstellung sehr teuer und kompliziert ist, sehr bald abbrennen und unbrauchbar werden. Es ist zwar aus diesem Grund schon vorgeschlagen worden, die Schaufeln der Turbinenlaufräder durch Dampf oder Luft zu kühlen, indem man stoßweise Dampf oder Wassernebel in die Brennkammern einführte. Hierdurch entstehen aber schon vor der eigentlichen Arbeitsleistung der Brenngase so große Wärmeverluste, daß der Vorteil der Gasturbine wieder aufgehoben wird. Es entstehen auch bei, diesem Verfahren, da fast alle Brennstoffe Schwefel enthalten, in Anwesenheit von Dampf bei den sehr hohen Temperaturen schwefelige Säuren, die die Eisenteile der Turbine stark angreifen.Another disadvantage of the known gas turbines is that the blade edges of the turbine runners due to the high combustion temperatures, the manufacture of which is very expensive and complicated, burns up very quickly and becomes unusable will. It has already been proposed for this reason that the blades of the Turbine impellers to be cooled by steam or air by intermittently steam or Introduced water mist into the combustion chambers. However, this creates even before the actual work performance of the fuel gases so great heat losses that the advantage the gas turbine is canceled again. This process also results in since almost all fuels contain sulfur, in the presence of steam the very high temperatures sulphurous acids, which strongly attack the iron parts of the turbine.

Bei zwei anderen bekannten Ausführungen wird in die Brenngase zwecks Rückführung der Temperatur derselben Wasserdampf eingeführt, wobei der Dampfgenerator sowie auch der Gaserzeuger und Verdichter getrennt von der Turbine angeordnet sind. Dieses Verfahren ergibt sehr ungünstige Verhältnisse hinsichtlich Bauweise und Wirkung.In two other known designs is in the fuel gases for the purpose Return the temperature of the same water vapor introduced, the steam generator as well as the gas generator and compressor are arranged separately from the turbine. This method results in very unfavorable conditions in terms of design and effect.

Es ist noch eine weitere Ausführung bekannt, bei der eine Abkühlung der Brenngase vor ihrer Expansion erfolgt, wobei ein Teil ihrer Wärme mittels besonderer Heizrippen zur Überhitzung des durch die Auspuffwärme erzeugten Frischdampfs verwendet wird. Der Frischdampf gelangt in einen die Brennkammer teilweise umgebenden Raum, wird darin durch Heizrippen überhitzt und gelangt durch besondere Düsen auf die Turbinenräder.Another embodiment is known in which cooling is performed the combustion gases take place before their expansion, with part of their heat by means of special Heating fins used to superheat the live steam generated by the exhaust heat will. The live steam reaches a room that partially surrounds the combustion chamber, is overheated in it by heating fins and reaches the Turbine wheels.

Auch diese Ausführung hat den Nachteil, daß die Erzeugung des Frischdampfs nicht in der Turbine selbst erfolgt, auch ist die Verdichteranlage und der Treibgaserzeuger nicht mit der Turbine verbunden. Die Ausführung ergibt ebenfalls hinsichtlich Bauweise und Wirkung keine günstigen Betriebsverhältnisse.This design also has the disadvantage that the generation of the live steam does not take place in the turbine itself, neither is the compressor system and the propellant gas generator not connected to the turbine. The execution also results in terms of construction and effect no favorable operating conditions.

Gasturbinen haben nur für große Leistungen Eingang gefunden, für kleinere Leistungen unter Zoo PS dagegen sind sie unwirtschaftlich, weil der thermische Wirkungsgrad infolge der großen Wärmeverluste weit unter dem der bekannten Kolbenkraftmaschinen zurückbleibt.Gas turbines have only found their way into large capacities, smaller ones On the other hand, performances below Zoo PS are uneconomical because of the thermal efficiency as a result of the large heat losses far below that of the known piston engines remains behind.

Demgegenüber schlägt die vorliegende Erfindung ganz andere Wege ein, durch die die obenerwähnten Nachteile nicht nur vermieden werden, sondern auch die Leistung der Brennkraftturbine, auch bei kleinen Größen, gegenüber den bekannten Kolbenbrennkraftmaschinen wesentlich erhöht wird.In contrast, the present invention suggests completely different ways by which the above-mentioned disadvantages are not only avoided, but also the Performance of the internal combustion turbine, even with small sizes, compared to the known Piston internal combustion engines is increased significantly.

Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß in ein und derselben Maschine ein durch eine Verdichtungsanlage und in Brennkammern aufbereitetes und entzündetes Brenngas eine Turbine antreibt, das im weiteren Verlauf ein Gas- oder Flüssigkeitsmittel erwärmt und erhitzt, das, die Brennkammern umspülend, iil)crllitzt wird und die Turbine zusätzlich als weiteres Kraftmittel antreibt.This is preferably achieved in that in one and the same machine a fuel gas prepared and ignited by a compression system and in combustion chambers drives a turbine, which in the further course heats and heats a gas or liquid medium which, as it flows around the combustion chambers, is injected and drives the turbine as an additional power source.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch die Brennkraftturbine, Abb. 2 eine Stirnansicht zu Abb. i, Abb. 3 im Längsschnitt eine andere Ausführung der Brennkraftturbine, Abb. 4 eine Stirnansicht zu Abb. 3, Abb. 5 teilweise im Längsschnitt die Anordnung eines Kreiselverdichters mit Luftzuführung zu den Brennkammern, Abb.6 eine Stirnansicht zu Abb. 5, Abb.7 im größeren Maßstab den Längsschnitt durch die Brennkammer und Düse, Abb.8 einen Querschnitt durch, die Brenngas-und Dampfdüsen, Abb. 9 den Druckverlauf in den Brennkammern bei Anordnung eines Vierzylinderverdichters mit vier Brennkammern, Abb. io dasselbe bei Anordnung eines Zweizylinderverdichters mit zwei Brennkammern, Abb. i i dasselbe bei Anordnung eines Kreiselverdichters mit zwei Brennkammern.Some exemplary embodiments are shown schematically in the drawing, namely Fig. i shows a longitudinal section through the internal combustion turbine, Fig. 2 shows a Front view of Fig. I, Fig. 3 in longitudinal section another version of the internal combustion turbine, Fig. 4 is an end view of Fig. 3, Fig. 5, partially in longitudinal section, the arrangement of a centrifugal compressor with air supply to the combustion chambers, Figure 6 is an end view to Fig. 5, Fig.7 on a larger scale the longitudinal section through the combustion chamber and Nozzle, Fig. 8 a cross-section through, the fuel gas and steam nozzles, Fig. 9 the pressure curve in the combustion chambers when a four-cylinder compressor is arranged with four combustion chambers, Fig. Io the same with an arrangement of a two-cylinder compressor with two combustion chambers, Fig. I i the same with an arrangement of a centrifugal compressor with two combustion chambers.

Auf der Turbinenwelle i (Abb. i) sitzen die Laufräder 2, 3, deren Beschaufelungen 4, 5 offen sind und an den glatten Wandungen der Umleitgehäuse 6, 7 abdichten. Letztere besitzen ebenfalls Umleitschaufeln 8, 9, die an den glatten Wandungen der Laufräder abdichten. Am äußeren Durchmesser sind feststehende Leitschaufeln i o, i i, am inneren Durchmesser Hochdruckdüsen 12 und Niederdruckdüsen 13 angeordnet. Im Raum hinter den Leitschaufeln i i ist ein Dampferzeuger 14 eingebaut, der von der Wasserpumpe 15 beschickt wird und der das Wasser vom Behälter 16 erhält. Die Heizfläche des Dampferzeugers und die Leistung der Wasserpumpe sind so zu bemessen, als die in den Abgasen enthaltene Wärme das Wasser zu verdampfen vermag. Die Abgase werden über eine Leitung 17 und Vorwärmer 18 zwecks Wärmeabgabe an das im Behälter 16 befindliche Wasser ins Freie geführt. Die im Dampferzeuger 14 entwickelten Dämpfe gelangen über die Leitung i9 in den Raum 2o (s. auch A1>1>. 7 und 8), in welchem die Brennkammern 21 liegen, so daß letztere von den Dämpfen umspült werden, die aber an den heißen Wandungen noch mehr Wärme aufnehmen, \%-ol)ei der Dampfdruck auf annähernd die gleiche Ilülie des Verbrennungsdrucks in den Düsen 12 ansteigt. Dementsprechend sind die Querschnitte der Dampfdüsen 22 (-b1. 8) zu bemessen. Die ausströmenden Gase der Düsen 12 sowie die durch die Düsen 22 strömenden Dämpfe wirken gemeinsam auf die Beschaufelung,4 des Rades 2 und werden über die Leitschaufeln io in das Umleitgehäuse 7 geführt. Der hohe Wirkungsgrad läßt siel> mir dadurch erreichen, daß die Gesamtwärme des L@raftstoffs zwei Kreisprozesse durchläuft, und zwar erstens in der Brennkammer mit Düse 12 und zweitens im Dampfraum 20 mit Düse 22.On the turbine shaft i (Fig. I) sit the impellers 2, 3, their Blades 4, 5 are open and on the smooth walls of the diversion housing 6, 7 seal. The latter also have diversion blades 8, 9, which are attached to the smooth Seal the walls of the impellers. There are stationary guide vanes on the outer diameter i o, i i, arranged on the inner diameter high pressure nozzles 12 and low pressure nozzles 13. In the space behind the guide vanes i i a steam generator 14 is installed, which is from the water pump 15 is charged and which receives the water from the container 16. the The heating surface of the steam generator and the performance of the water pump are to be dimensioned in such a way that than the heat contained in the exhaust gases can evaporate the water. The exhaust gases are via a line 17 and preheater 18 for the purpose of dissipating heat to the in the container 16 located water led into the open. The vapors developed in the steam generator 14 reach room 2o via line i9 (see also A1> 1>. 7 and 8), in which the Combustion chambers 21 are so that the latter are washed around by the vapors, but absorb even more heat on the hot walls, \% - ol) ei the vapor pressure to approximately the same amount of combustion pressure in the nozzles 12 increases. Accordingly the cross-sections of the steam nozzles 22 (-b1. 8) are to be measured. The outflowing The gases from the nozzles 12 and the vapors flowing through the nozzles 22 work together on the blading, 4 of the wheel 2 and via the guide vanes io into the Diverting housing 7 out. The high degree of efficiency can be achieved by that the total heat of the fuel goes through two cycle processes, first of all in the combustion chamber with nozzle 12 and secondly in the steam chamber 20 with nozzle 22.

Ti dem Raum 5o des Umleitgehäuses 7 findet ein \%'-.irineausgleicli zwischen Brenngas und Dampf statt. Die Druckhöhe in diesem Raum soll nicht höher als der Verdichtungsdruck sein, dementsprechend sind die Düsen 13 zu bemessen. Von den Düsen 13 wird die Beschaufelung 5 des Rades 3 beaufschlagt. Das Dampf-Gas-Gemisch gelangt filier die Leitschaufeln i i nach dem Raum 9 und gibt hier einen großen Teil seiner Wärme an die IZolir«-atidtitigen des Dampferzeugers 14 ah. Von liier aus gelangen die Abgase in die Leitung 17.In the space 5o of the bypass housing 7 there is a \% '-. Irineausgleicli between fuel gas and steam. The pressure head in this room should not be higher than the compression pressure, the nozzles 13 are to be dimensioned accordingly. from the nozzles 13 the blading 5 of the wheel 3 is acted upon. The steam-gas mixture Filier the guide vanes i i after the room 9 and gives a big one here Part of its heat to the IZolir «-atidtitigen of the steam generator 14 ah. From liier from the exhaust gases reach line 17.

Da bekanntlich Turbinenlaufräder infolge der großen Austrittsgeschwindigkeit der Gase aus den Düsen sehr hohe Umlaufgeschwindigkeiten erhalten, sind zum Antrieb von Kolbenverdichtern (Abb. i bis 4) Untersetzungsgetriebe 23 vorzuschalten. Der :ltitrieli der Verdichterkolben 24 kann durch die Turbinenwelle i erfolgen, wobei die Kurlielzalifen 20 so gegenseitig um 90° versetzt sind, daß die Kolben 24 nacheinander in der hinteren Totpunktlage eintreffen (Abb. i und 2). Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes 23 kann je nach der Leistungsabgabe und dem Veri\-enclungszweck der Turbine in bestimmten Stufen oder stufenlos in bestimmten Grenzen gewählt werden. Beim Saughub (Abb. i) wird die Luft durch den Filter 27 und Vergaser 28, welchem der Kraftstoff aus dem Behälter 29 zufließt, und durch (las Saugventil 30 in den Zylinder 31 angesaugt. Beim Verdichtungshub wird (las Luft-Gas-Gemisch durch das Ventil 32 (s. auch Abb. 7) in den birnenförmigen Raum 21 gepreßt und am Ende des Verdichtungshubs mittels Zündfunken, welche durch die Ziin(1@-orriclitting 36 erzeugt wurden, zum Verpuffen gebracht. Je nach dem Verdichtungsverhältnis, (las in den Grenzen 1 : 3 bis i :6 und je nach der Brennstoffart auch höher liegen kann, ist der Inhalt des Raums 21 zu bemessen. Das gentil 32 besitzt zwei Sitzflächen und ist in der länge so zu bemessen, daß, wenn frischesGasgemisch in den Raunl 21 eingepreßt, also der Eingang geöffnet wird, der Ausgang geschlossen ist und, sobald durch die X'erhrennung eine Drucksteigerung erfolgt, infolge seines größeren Durchmessers die Eintrittsöffnung geschlossen und der Ausgang zur Düse 12 '-ecittnet ist. Das Ventil 32 besitzt auf der Eintrittsseite kolbenartige Führungen 33, 33°, welche für den Lufteintritt Schlitze 34 freigeben. Auf der Austrittsseite sind Führungsrippen 35 angebracht (Abt>. 7). Zwischen den Führungen 33 und 33° bildet sich-nach Überdeckung der Schlitze 34 ein Luftpuffer zur Schonung des Ventils 32. Die Steuerung des Ventils erfolgt lediglich durch den Verdichtungsdruck für den Austritt und für den Eintritt durch den Verbrennungsdruck.Since, as is well known, turbine runners have very high rotational speeds as a result of the high exit speed of the gases from the nozzles, reduction gears 23 must be connected upstream to drive piston compressors (Figs. 1 to 4). The: ltitrieli the compressor piston 24 can be done by the turbine shaft i, the Kurlielzalifen 20 are mutually offset by 90 ° that the pistons 24 arrive one after the other in the rear dead center position (Fig. I and 2). The reduction ratio of the gear 23 can be selected depending on the power output and the purpose of the turbine in certain stages or continuously within certain limits. During the suction stroke (Fig. I), the air is sucked through the filter 27 and carburetor 28, to which the fuel flows from the container 29, and through (read the suction valve 30 into the cylinder 31. During the compression stroke (read the air-gas mixture the valve 32 (see also Fig. 7) is pressed into the pear-shaped space 21 and, at the end of the compression stroke, is blown up by means of ignition sparks generated by the Ziin (1 @ -orriclitting 36. Depending on the compression ratio, (read in the limits 1: 3 to 1: 6 and depending on the type of fuel can be higher, the content of the room 21. The gentil 32 has two seats and is measured in length so that when fresh gas mixture in the room 21, that is, the inlet is opened, the outlet is closed and, as soon as the pressure increases as a result of the X'erhrnung, the inlet opening is closed due to its larger diameter and the outlet to the nozzle 12 'is closed t on the inlet side piston-like guides 33, 33 °, which open slots 34 for the air inlet. Guide ribs 35 are attached to the exit side (Section>. 7). Between the guides 33 and 33 °, after the slots 34 have been covered, an air buffer is formed to protect the valve 32. The valve is only controlled by the compression pressure for the outlet and for the inlet by the combustion pressure.

Bei den in den Abb. 3 und 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen können die Verdichtungszvlinder 31 mit Kolben 24 paarweise einander gegenüberliegen oder bei Verwendung mehrerer Zvlinder sternförmig angeordnet werden. Der Antrieb der Kolben 24 kann unmittelbar über .i» 1-@it_-s:tzungsgctri@?ie, ähnlich wie bei der Aüsfül:rc@-@@, Mach Abh. i, erfolgen. Jeder Zylinder 31 besitzt eine besondere Brennkammer 21. Da aber nach A11.4 und 3 jeder Zylinder 31 ein Saugventil 30 und je ein besonderes Druckventil 37 besitzt, von welchem je eine in der Zeichnung nicht dargestellte Verbindungsleitung zu den Brennkammern 21 führt, so braucht die Zündung nicht wie bei der Ausführung nach Abb. i vom Kolbenhub in Abhängigkeit stehen, sondern kann ohne Rücksicht auf die Anzahl der Kolbenhübe von der Einspritzung abhängen. Auf jeden Fall muß aber die Zündmaschine 36 mit der Einspritzpumpe 38 zwangsläufig gekuppelt sein, damit bei jeder Einspritzung im richtigen Zeitpunkt auch die Zündung erfolgt.In the exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 3 and 4, the compression cylinders 31 with pistons 24 can be opposed to one another in pairs or, if several cylinders are used, they can be arranged in a star shape. The piston 24 can be driven directly via .i »1- @ it_-s: tzungsgctri @? Ie, similar to the execution of the rc @ - @@, Mach Abh. I. Each cylinder 31 has a special combustion chamber 21. Since, however, according to A11.4 and 3, each cylinder 31 has a suction valve 30 and a special pressure valve 37, from which a connecting line (not shown in the drawing) leads to the combustion chambers 21, the need Ignition does not depend on the piston stroke as in the version according to Fig. I, but can depend on the injection regardless of the number of piston strokes. In any case, the ignition machine 36 must necessarily be coupled to the injection pump 38 so that the ignition takes place at the correct point in time for each injection.

Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 5 und 6 ist der Luftverdichter 39 als Kreiselverdichter ausgebildet, bei welchem die Laufräder 40 unmittelbar auf der Turbinenwelle i befestigt sind. In bekannter Weise sind, um die nötige Druckhöhe zu erreichen, mehrere radiale Druckstufen 41 hintereinander anzuordnen, wobei die erste Stufe zwecks Erreichung eines besseren Wirkungsgrads eine Axialstufe sein kann.In the embodiment according to Figs. 5 and 6, the air compressor is 39 designed as a centrifugal compressor, in which the impellers 40 directly on the turbine shaft i are attached. In a known way are to the necessary pressure head to achieve a plurality of radial pressure stages 41 to be arranged one behind the other, the the first stage to be an axial stage in order to achieve better efficiency can.

Die Luft gelangt vom Verdichter 39 in den Raum 42 und von hier über die Bohrungen 43 nach den Brennkammern 21. Letztere sind durch die Schrauben 44 zugänglich gemacht und mit je einer Zündkerze 45 und Einspritzdüse 46 versehen, die durch Rohrleitungen 47, 48 mit der Einspritzpumpe 38 verbunden sind. Auf der gemeinsamen Welle 49 sind Einspritzpumpe 38, Wasserpumpe 15 und Zündmaschine 36 zwangsläufig miteinander verbunden. Die Welle 49 wird von der Turbinenwelle i angetrieben unter Zwischenschaltung eines ein- und ausrückbaren Untersetzungsgetriebes 23, dessen Untersetzungsverhältnis in bestimmten Grenzen stufenlos regelbar ist. Dieses Untersetzungsverhältnis wird beispielsweise groß gewählt, wenn ein großes Drehmoment entwickelt werden soll, wobei die Welle 49 eine geringere Drehzahl erhält und dementsprechend die EinspritzpumPe 38 weniger Kraftstoff fördert. Auf diese Weise kann Drehzahl und Drehmoment an der Turbinenwelle i den jeweiligen Erfordernissen des Betriebs angepaßt werden. Für bestimmte Verwendungszwecke kann aber auch ein nicht regelbares Untersetzungsgetriebe angeordnet werden. Die Wirkungsweise der Brennkammern 21 mit Ventil 32, der Brenngasdüsen 12 und der Dampfdüsen 22 sowie der Turbine selbst ist die gleiche wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Abb. i bis 4. Der Anstellwinkel der Brennkammer 21 zum Turbinenlaufrad 2, 4 kann senkrecht, d. h. 9o°, oder in einem kleineren Winkel als 9o° sein. Zweckmäßigerweise wird man den Anstellwinkel klein wählen, um möglichst gerade Düsen von kleiner Länge zu erhalten, wie dies in Abb. 5 dargestellt ist.The air passes from the compressor 39 into the space 42 and from here over the bores 43 after the combustion chambers 21. The latter are through the screws 44 made accessible and each provided with a spark plug 45 and injection nozzle 46, which are connected to the injection pump 38 by pipes 47, 48. On the The common shaft 49 is the injection pump 38, the water pump 15 and the ignition machine 36 inevitably linked. The shaft 49 is driven by the turbine shaft i with the interposition of an engageable and disengageable reduction gear 23, whose Reduction ratio is infinitely variable within certain limits. This reduction ratio is chosen to be large, for example, if a large torque is to be developed, wherein the shaft 49 receives a lower speed and accordingly the injection pump 38 promotes less fuel. In this way, speed and torque can be applied to the Turbine shaft i can be adapted to the respective requirements of the operation. For However, a non-adjustable reduction gear can also be used for certain purposes to be ordered. The operation of the combustion chambers 21 with valve 32, the fuel gas nozzles 12 and the steam nozzles 22 and the turbine itself is the same as in the embodiments according to Figs. i to 4. The angle of attack the combustion chamber 21 to the turbine runner 2, 4 can be perpendicular, i. H. 9o °, or in one be smaller than 9o °. Appropriately, the angle of attack is small in order to obtain as straight nozzles as possible of a short length, as shown in Fig. 5 is shown.

Die Pv-Kurven zeigen in den Schaubildern nach den Abb. 9 bis i i den Druckverlauf in den Brennkammern. Nach Abb. 9 ist beispielsweise bei einem Vierzylinderkolbenverdichter mit vier Brennkammern (Abb. i) das Untersetzungsverhältnis von der Turbinenwelle zum Kolbenverdichter gleich i : 16 gewählt. Es erfolgt also auf acht Umdrehungen der Turbinenwelle je ein Kolbenhub, also, da vier Zylinder vorhanden sind, im ganzen vier Kolbenhübe. Von A nach B erfolgt der Saughub, von B nach C der Verdichtungshub, wobei der Verdichtungshub um die Strecke von A nach C ansteigt.The Pv curves show in the diagrams according to Fig. 9 to i i the Pressure curve in the combustion chambers. According to Fig. 9, for example, is a four-cylinder piston compressor with four combustion chambers (Fig. i) the reduction ratio of the turbine shaft for the reciprocating compressor i: 16 was chosen. So it takes place on eight revolutions the turbine shaft has one piston stroke each, i.e., since there are four cylinders, in total four piston strokes. The suction stroke takes place from A to B, the compression stroke from B to C, whereby the compression stroke increases by the distance from A to C.

Je nach Wahl des Verdichtungsverhältnisses, Zylinderhubraum zu Brennkammerraum, kann dasselbe bekanntlich bis 1 : 7 sein, ohne daß Selbstzündung eintritt, wenn Luft und Gas gleichzeitig angesaugt werden. Bei der Druckhöhe C erfolgt die Zündung. Der Verbrennungsdruck würde etwa um das Fünffache in der Brennkammer 21 bis zum Punkt D ansteigen. Das Ventil 32 war aber während des Druckanstiegs schon geöffnet, so daß eine Raumvergrößerung eintritt, wodurch die Druckhöhe nur bis D ansteigt. Mit einer dieser Druckhöhe entsprechenden Austrittsgeschwindigkeit werden unter Berücksichtigung des Ventilwiderstands die Turbinenschaufeln 4 der ersten Stufe beaufschlagt. Wird man beispielsweise die Düsen 13 der zweiten Druckstufe so bemessen, daß sich bei normaler Betriebsdrehzahl der Turbine vor den Düsen 13 eine Druckhöhe gleich dem Verdichtungsdruck C einstellt, so würde das Druckgefälle in der ersten Stufe von D bis E sein. Bei dem hierbei stattfindenden Wärmeausgleich zwischen Brenngas und Wasserdampf verläuft die Expansionskurve polytropisch. Von E bis B expandiert das Gas-Dampf-Gemisch adiabatisch in der zweiten Druckstufe. In den Abb. 9, io, i i sind die Druckstufen I und 1I angedeutet. Parallel zu den Gasdüsen 12, aber getrennt davon, werden die Schaufeln 4 der Druckstufe I beaufschlagt. In der Druckstufe II dagegen strömt das Gas-Dampf-Gemisch gemeinsam durch Düsen 13 und beaufschlagt die Schaufeln 5.Depending on the choice of compression ratio, cylinder displacement to combustion chamber space, can be the same, as is known, up to 1: 7 without auto-ignition occurring, if Air and gas are sucked in at the same time. Ignition takes place at pressure height C. The combustion pressure would be about five times in the combustion chamber 21 to Increase point D. The valve 32 was already open during the pressure increase, so that an increase in space occurs, as a result of which the pressure height only rises up to D. With an exit velocity corresponding to this pressure level, under Taking into account the valve resistance, the turbine blades 4 of the first stage applied. For example, if the nozzles 13 of the second pressure stage are dimensioned that at normal operating speed of the turbine in front of the nozzles 13 there is a pressure level sets equal to the compression pressure C, the pressure gradient in the first Level from D to E. With the heat balance that takes place between the fuel gas and water vapor, the expansion curve is polytropic. Expanded from E to B. the gas-steam mixture adiabatically in the second pressure stage. In fig. 9, io, i i the pressure levels I and 1I are indicated. In parallel with the gas nozzles 12, however separately from this, the blades 4 of pressure level I are acted upon. In the pressure stage II, on the other hand, the gas-steam mixture flows together through nozzles 13 and is acted upon the blades 5.

Da die in den Abgasen enthaltene Wärmemenge im Austauschverfahren zum größten Teil an den Dampferzeuger 14 abgegeben wird und der in demselben entwickelte Dampf die durch Ableitung an den Brennkammern 21 anfallende Wärmemenge noch aufnimmt, so kann durch entsprechende Bestimmung der Düsenquerschnitte 22 (Abb.8) der Dampfdruck in gleicher Höhe des Drucks D eingestellt werden, so daß die Austrittsgeschwindigkeiten an den Düsen 12 und 22 annähernd in Übereinstimmung gebracht werden können.As the amount of heat contained in the exhaust gases in the exchange process for the most part is delivered to the steam generator 14 and developed in the same Steam still absorbs the amount of heat generated by dissipation at the combustion chambers 21, the vapor pressure can thus be determined by appropriate determination of the nozzle cross-sections 22 (Fig.8) be set at the same level of pressure D, so that the exit velocities at the nozzles 12 and 22 can be brought approximately into correspondence.

In gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben, verhalten sich die Druckverhältnisse bei den Ausführungsbeispielen nach den Abb. 3 und 5 entsprechend den Pv-Kurven nach den Schaubildern io und ii. Das Schaubild Abb. io entspricht den Zweizylinderkolbenverdichtern mit zwei Brennkammern nach Abb. 3. Der Verdichtungsdruck ist gleich 4 at. Auf vier Umdrehungen der Turbinenwelle erfolgt je eine Einspritzung, unabhängig davon kann die Kolbenhubzahl gewählt werden.The behave in the same way as described above Pressure conditions in the embodiments according to Figs. 3 and 5 accordingly the Pv curves according to diagrams io and ii. The diagram corresponds to Fig. Io the two-cylinder piston compressors with two combustion chambers according to Fig. 3. The compression pressure is equal to 4 at. One injection takes place every four revolutions of the turbine shaft, regardless of this, the number of piston strokes can be selected.

Um eine möglichst hohe Kraftabgabe an der Turbinenwelle nutzbar zu machen, ist es entscheidend, daß der Wirkungsgrad des Luftverdichters möglichst hoch liegt, mindestens 70°/0. Diese Forderung erfüllen in erster Linie die Kolbenverdichter. Würde z. B. der Wirkungsgrad des Verdichters unter 5o0/0 liegen, so würde die in den Brenngasen enthaltene Energie am Schaufelrad der Turbine den Widerstand des Verdichters höchstenfalls das Gleichgewicht halten; eine Kraftentnahme an der Turbinenwelle wäre daher nicht möglich, wenn sie überhaupt die erforderliche Drehzahl erreichen würde. Die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Ausführung der Beschaufelung für den Kreiselluftverdichter nach Abb. 5 und Turbine nach Abb. i weist große strömungstechnische Vorteile auf, ferner auch eine einfache bauliche Ausbildung hinsichtlich der Herstellung. Lauf- und Leiträder lassen sich im Gießverfahren herstellen. Allerdings wird man bei Kreiselverdichtern mit niederen Drücken, etwa bis 4 at, einen besseren Wirkungsgrad erreichen als mit höheren Drücken, und dementsprechend gestaltet sich das Verhältnis zwischen Kraftverbrauch des Luftverdichters und Turbinenleistung günstiger, so daß an der Turbinenwelle eine entsprechend größere Kraftentnahme für Nutzzwecke möglich ist. Dieses Verhältnis wird besonders durch den Wärmeaustausch der Abgase im Dampferzeuger noch wesentlich verbessert, denn die nutzlos entweichende Wärmemenge ist wesentlich geringer als bei einer Kolbenmaschine.In order to use the highest possible power output on the turbine shaft make, it is crucial that the efficiency of the air compressor is as high as possible is high, at least 70 ° / 0. This requirement is primarily met by reciprocating compressors. Would z. B. the efficiency of the compressor are below 50/0, the in the energy contained in the fuel gases on the turbine impeller the resistance of the At best keep the compressor in equilibrium; a power take-off on the turbine shaft would therefore not be possible if they even reached the required speed would. The proposed according to the invention execution of the blading for the Centrifugal air compressor according to Fig. 5 and turbine according to Fig. I has great fluidic Advantages, and also a simple structural design with regard to manufacture. Impellers and idlers can be manufactured using a casting process. However, one will with centrifugal compressors with lower pressures, up to about 4 at, a better efficiency than with higher pressures, and the ratio is designed accordingly between power consumption of the air compressor and turbine performance more favorable, so that A correspondingly larger power take-off for useful purposes is possible on the turbine shaft is. This ratio is particularly due to the heat exchange of the exhaust gases in the steam generator still significantly improved, because the amount of heat that escapes uselessly is essential less than with a piston machine.

Die Auswertung dieses Systems in einer Kolbenmaschine wäre unmöglich. Da es auch möglich ist, für die Auswertung der in den Abgasen enthaltene Wärme zur Krafterzeugung in der Maschine selbst Preßluft zu verwenden, so kann diese vom Verdichter 39 der Turbine entnommen werden, in den Raum 2o eingeführt, dort überhitzt und durch die Düsen 13 und 22 in den beiden Stufen zur Krafterzeugung dienen. Dieser Vorgang ist nicht als ein Perpetuum mobile zu betrachten, weil hierbei nur ein Teil der Verdichtungsarbeit durch Wärmeaufnahme der Luft zurückgewonnen wird.The evaluation of this system in a piston machine would be impossible. Since it is also possible to evaluate the heat contained in the exhaust gases Force generation in the machine itself to use compressed air, this can be done by the compressor 39 are removed from the turbine, introduced into space 2o, overheated there and through the nozzles 13 and 22 are used in the two stages to generate power. This process is not to be regarded as a perpetual motion machine because it is only part of the Compression work is recovered by absorbing heat from the air.

Während nun Füllungen und Verbrennungen in den Brennkammern periodisch und regelbar erfolgen und dementsprechend auch die Beschaufelung durch die Düsen 12 beaufschlagt wird, erfolgt die Beaufschlagung der Beschaufelung 4 durch die Düsen 22 gleichförmig. Bei den häufigen kurzzeitigen Änderungen des Drehmoments wirkt sich dies hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs sehr günstig aus.While now periodically filling and burning in the combustion chambers and can be regulated and, accordingly, the blading through the nozzles 12 is acted upon, the blading 4 is acted upon by the nozzles 22 uniform. With frequent short-term changes in torque this has a very favorable effect in terms of fuel consumption.

Das Anwerfen der Maschine erfolgt von Hand mittels Übersetzungsrädern oder durch elektrischen Anlasser.The machine is started by hand using transmission wheels or by electric starter.

Die Kraftentnahme für Antriebszwecke erfolgt von der Turbinenwelle i über den Abtriebs-Stummel 25, sie kann aber auch über die Welle 49 für den Antrieb der Zündvorrichtung, Wasserpumpe 15, Einspritzpumpe 38 erfolgen, welche in diesem Fall entsprechend ausgebildet werden muß.The power for drive purposes is drawn from the turbine shaft i via the output stub 25, but it can also be via the shaft 49 for the drive the ignition device, water pump 15, injection pump 38 take place, which in this Case must be trained accordingly.

Durch die erfindungsgemäße Maschine wird unter Berücksichtigung der ungünstigsten Umstände infolge des doppelten Wärmeausnutzungsprozesses ein wesentlich besserer Gesamtwirkungsgrad der Maschine erreicht.With the machine according to the invention, taking into account the most unfavorable circumstances as a result of the double heat utilization process better overall efficiency of the machine achieved.

Claims

PATENT CLAIMS: i. A method for operating internal combustion turbines, characterized in that in one and the same turbine a fuel gas prepared by a compression system and ignited in combustion chambers drives turbine wheels which, in the further course, heats and heats a gas or liquid medium in an evaporator arranged in the turbine itself , flushing around the combustion chambers, is overheated and drives the turbine wheels as an additional fuel.

2. Procedure for operating internal combustion turbines according to claim i, characterized in that an equalization of the fuel gas, Steam or gas temperature takes place.

3. Method for operating internal combustion turbines according to claim i and 2, characterized in that immediately behind the last Pressure stage in the turbine an evaporator for a liquid or a Heater system for a gas is arranged, which is drawn off by the turbine Fuel gases is heated, and the liquid or gas medium heated therein in one the annular space surrounding the combustion chambers and is overheated there for the purpose additional power output in the turbine.

4. Method of operating internal combustion turbines according to claim 1, 2 and 3, characterized in that with intermittent compression the ignition sequence in the combustion chambers is dependent on the gas pressure and the ignition is controlled in such a way that only when a certain pressure level is reached the gas mixture is ignited in the combustion chambers.

5. Procedure for Operation of internal combustion turbines according to Claim 1, 2 and 3, characterized in that that with constant pressure combustion the ignition of the combustion gases in the combustion chambers possibly by glow plugs when a certain pressure is reached.

6. Device, consisting of piston or centrifugal compressor, turbine, combustion chamber and evaporator or heater, for performing the method according to claim i to 5, characterized in that in front of the turbine impeller on all sides from the outside flushable combustion chambers (21) are arranged, the outlet openings as Nozzles (12) are formed which open into the blading (4) of the first turbine wheel (2), and the impellers (2, 3), each stage and the diversions (6, 7) between the stages with rotating (4, 5 ) and fixed blades (8, 9, io, ii) are provided and in the last stage (9) in front of the outlet opening (17) an evaporator system (14) heated by the combustion gases is installed, the vapor outlet of which is through a channel (i9) with the annular space (20) around the combustion chamber (21) is in communication.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the inlet and outlet openings of the combustion chambers (21) opened or closed by a double seat valve (32) «-erden. B. Apparatus according to claim 6 and 7, characterized in that in front of the annular space (2o) surrounding the combustion chamber (21), in which the liquid or gas medium is overheated, such steam nozzles (22) in the blades (4) of the first impeller (2) open in that each fuel gas nozzle (12) is followed by a steam nozzle (22). References: French Patent No. 931,644; E yermann and Schu 1 z, "Die Gasturbinen", Berlin igi7, pp. Io2 and 1o3.