DE854287C

DE854287C - Verbrennungsturbine fuer Fahrzeugantrieb

Info

Publication number: DE854287C
Application number: DEB5630D
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Ing Melzer
Original assignee: BROWN
Current assignee: BROWN
Priority date: 1941-03-13
Filing date: 1941-03-13
Publication date: 1952-11-04

Description

Verbrennungsturbine für Fahrzeugantrieb Die Leistung, die nötig ist, um ein Flugzeug von gegebenem Gewicht am Boden zu beschleunigen und vom Boden wegzuheben, ist bekanntlich größer als die normale Marschleistung für das Flugzeug. Die Ladefähigkeit eines Flugzeugs ist daher heute dadurch begrenzt, daß zum Start nur eine begrenzte Leistung zur Verfügung steht. Es wurde bereits vorgeschlagen, für Flugzeuge Starthilfen zu verwenden, die entweder nach Art eines Raketenantriebs arbeiten oder in Verbrennungsmotoren bestehen, die nach dem Start vom Flugzeug losgelöst und abgeworfen werden. Wenn nur bezweckt wird, die Tragfähigkeit des Flugzeugs durch eine solche Starthilfe voll auszunutzen, wird eine relativ kleine zusätzliche Leistung benötigt. Wenn aber solche Starthilfen dazu benutzt werden, um sehr schwere Flugzeuge ohne besondere Startbahn oder auf viel kürzerer Startbahn abzuheben, werden Leistungen erforderlich, die ein Mehrfaches der normalen Flugzeugleistung betragen. Ein geeigneter Vorspannmotor soll sich deshalb in großen Einheiten von mindestens zo ooo PS klein, leicht und schnittig bauen lassen. Er soll einfach im Betrieb und unempfindlich gegen Stöße sein. Der heute gebräuchliche Verbrennungsmotor kommt dieser Verwendung wenig entgegen. Der Erfindung entsprechend wird eine Verbrennungsturbine als Fahr- und Flugzeugantrieb benutzt, bei der die benötigte Verbrennungsluft ganz oder zum Teil in flüssigem Zustand mitgeführt wird. Es ist zwar bereits bekannt, auch für Flugzeuge Verbrennungsturbinen zu verwenden. Dabei wurde jedoch bisher vor der Brennkammer, wie üblich, ein Verdichter vorgesehen, der den größten Teil der Leistung der Gasturbine beansprucht und mindestens das gleiche Gewicht hat wie die Gasturbine selbst.
Demgegenüber wird durch die vorliegende Erfindung die Gasturbine gewichts- und leistungsmäßig von der Belastung durch den Verdichter befreit und gibt nur Nutzleistung ab. Die Anlage gemäß der Erfindung hat auch den Vorteil, daß die für die Bereitstellung der Verbrennungsluft nötige Energie in stationären Anlagen am Boden aufgebracht werden kann. Denn flüssige Luft läßt sich aus Abfallenergie (bei Nacht, Hochwasser, Flut oder Sonnenschein in tropischen Sonnenkraftwerken) in beliebigen Mengen herstellen, lagern und transportieren. Sie stellt also eine bisher unbenutzte Art von Energiespeicher dar.
Man hat nun schon vorgeschlagen, raketenartige Antriebselemente als Starthilfe für Flugzeuge zu verwenden, und man hat ferner vorgeschlagen, Gasraketen mit flüssigem Betriebsstoff und flüssiger Luft zu betreiben. Derartige Raketenantriebe haben aber gerade bei den geringen Startgeschwindigkeiten einen sehr schlechten Wirkungsgrad, und außerdem ist ihre Antriebskraft nach den vorliegenden Erfahrungen sehr schwer zu regeln. Dagegen verarbeitet nach der vorliegenden Erfindung die als schnell laufende Antriebsmaschine bestens geeignete Gasturbine Brennstoff und Verbrennungsluft mit bestem Wirkungsgrad und guter Regelfähigkeit.
Durch den Betrieb mit flüssiger Luft gemäß der Erfindung wird die Verbrennungsturbine auch von den niedrigen Drücken befreit, mit denen man sie bisher mit Rücksicht auf den Leistungsbedarf für die Verdichtung und die Temperaturerhöhung hierbei betrieben hat. Man hat vielmehr völlig freie Wahl für den Brennkammerdruck und wird ihn so hoch wählen, daß die mitgeführte Luft eine möglichst große Arbeit verrichten kann. Dabei wird man zweckmäßig der Verbrennungsluft so viel Brennstoff stufenweise zuführen, daß in den letzten Stufen ein möglichst geringer Luftüberschuß vorhanden ist und dadurch Luft und Brennstoff möglichst vollkommen ausgenutzt werden. Da beide flüssig sind, lassen sie sich bequem dosieren, d. h. der Brennkammer in der Zeiteinheit in der gewünschten Menge zuführen. Ferner kann die flüssige Luft zur Kühlung besonders temperaturbeanspruchter Teile (Welle, Schaufeln) herangezogen werden, und die Verdampfungswärme der flüssigen Luft kann auf diese Weise zu einer Heraufsetzung der zulässigen Gastemperatur benutzt werden, die sich günstig auf den Wirkungsgrad der Gesamtanlage auswirkt.
Die Brennluft kann aber auch ohne großen Aufwand von den Abgasen vorgewärmt und verdampft werden. Auch ohne diese Vorwärmung werden sich aber höhere Wirkungsgrade als bisher erreichen lassen. Bei dieser Bewertung sind natürlich Verluste bei der Herstellung der flüssigen Luft nicht berücksichtigt; diese treten ja nicht bei Betrieb der Gasturbine, sondern dort auf, wo sie weder einen Ballast bedeuten noch für die Kostenbilanz ins Gewicht fallen. Bei Betrieb mit Benzol und Verbrennung ohne Luftüberschuß und bei einem Wirkungsgrad von 5o °/o ergibt sich folgender Bedarf: 2,2 kg Benzol und 29 kg je iooo PS und Minute, d. h. die Zulast durch Brennstoff und Luft ist rund 1,9 kg/PSh.
Die Belastung durch die Verbrennungsluft ist also bei kurzzeitigem Betrieb durchaus erträglich und wird sich bei großen Leistungen durch Verbesserung des Wirkungsgrades noch drücken lassen. Da die Gasturbine in Sekunden vom Führersitz aus gestartet werden kann und sofort die volle Leistung hergibt, wird i Minute Betriebszeit voraussichtlich vollauf genügen, um das Flugzeug sicher vom Boden wegzubringen. Um das zu erwartende Leistungsgewicht an Hand der bisher ausgeführten Gasturbinen abzuschätzen, muß man berücksichtigen, daß durch Verwendung von flüssiger Luft die Gasturbine von dem Kompressor befreit wird, der mindestens -70 °;o der Turbinenleistung absorbierte, so daß höchstens 30 °/o der Turbinenleistung verfügbar waren, während jetzt die ganze Turbinenleistung zur Verfügung steht. Bei gleichem Gewicht leistet die Turbine also jetzt das Drei- bis Vierfache. Der Kompressor, der schwerer war als die Turbine, entfällt vollkommen. Die bisher sehr voluminöse Brennkammer läßt sich bei hohen Drücken stark reduzieren. Es bleibt davon höchstens eine kleine Vorkammer vor den Eintrittsdüsen übrig, in die ein Teil des Brennstoffs und die vorerwärmte Luft eingespritzt, nämlich gerade so viel Brennstoff, um auf die höchstzulässige Temperatur vor der Turbine zu kommen, während der Rest an Brennstoff stufenweise entsprechend der stufenweisen Expansion zugesetzt werden kann.
Bei einem Flugzeugantrieb mit flüssiger Luft gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Leistungsgewicht geringer, als es bisher bei Explosionsmotoren erreicht wurde.
Die Turbine ist zweckmäßig für größte Umdrehungsgeschwindigkeiten zu entwerfen, wobei ihre Drehzahl durch ein Getriebe auf die Drehzahl der Luftschraube herabgesetzt werden kann. Bei der Verwendung der Verbrennungsturbine als Starthilfe für Flugzeuge wird die Turbine in bekannter Weise nach erfolgtem Start, sobald der Luftvorrat- ausgeht bzw. kurz zuvor, ausgeklinkt und fällt an einem Fallschirm zu Boden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verbrennungsturbine, insbesondere als Fahr-oder Flugzeugantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die benötigte Verbrennungsluft ganz oder zum Teil in stark komprimiertem oder flüssigem Zustand vorrätig gehalten und mitgeführt wird.
2. Verbrennungsturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft vor dem Eintritt in die Brennkammer zur Kühlung der hoher Temperatur ausgesetzten Konstruktionsteile benutzt wird.
3. Verbrennungsturbine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Luft durch heiße Abgase vorgewärmt wird, so daß mindestens die Verbrennungswärme der flüssigen Luft durch Abgase gedeckt wird.
4. Verbrennungsturbine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff und die flüssige Luft durch eine kontinuierlich wirkende Pumpe gefördert und in die Brennkammer eingespritzt werden, und daß hier durch gleichzeitig die Verbrennung geregelt wird.