DE861034C - Gasturbine - Google Patents

Gasturbine

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DE861034C
DE861034C DEB13322A DEB0013322A DE861034C DE 861034 C DE861034 C DE 861034C DE B13322 A DEB13322 A DE B13322A DE B0013322 A DEB0013322 A DE B0013322A DE 861034 C DE861034 C DE 861034C
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DE
Germany
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gas turbine
ring
turbine according
blade
blades
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Expired
Application number
DEB13322A
Other languages
English (en)
Inventor
Karl Bunde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PAUL BUNDE
Original Assignee
PAUL BUNDE
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/12Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Description

  • Gasturbine Gegenstand der Erfindung ist eine Gasturbine. Der Erfindung gemäß besteht diese im wesentlichen aus einer drehbar gelagerten Welle, aus einer fest auf dieser Welle angeordneten Ringscheibe, welche zum mindesten auf einer ihrer beiden Seiten mindestens ein die Welle konzentrisch umgebendes Schaufelkranzpaar trägt, deren durch einen Ring voneinander getrennte und nach außen hin wiederum durch einen Ring abgeschlossene Schaufelkränze jeweils auf einer ihrer Kreishälften aus Antriebsschaufeln und auf der anderen Kreishälfte aus Absaugeschaufeln bestehen, die, von Schaufelkranz zu Schaufelkranz gesehen, gruppenweise um 18o° gegeneinander versetzt sind, aus je einer Verbrennungskammer für jeden Schaufelkranz, aus mindestens einer von der Welle her angetriebenen Ladepumpe für die Verbrennungskammern, aus von der Welle her gesteuerten Ventilen zwischen den Ladepumpen und den zugehörigen Verbrennungskammern, aus von der Welle her gesteuerten Ventilen zwischen den Verbrennungskammern und den zugehörigen Schaufelkränzen sowie aus je einem Abgasstutzen für jeden der Schaufelkränze, wobei diese Bauelemente der Turbine nach der weiteren Erfindung so zusammenwirken, daß auf je zwei Umläufe ihrer Welle in jeder der Verbrennungskammern je eine Verbrennung erfolgt, und wobei weiter die Auslässe der Verbrennungskammern so gestaltet, gegenüber den zugehörigen Schaufelkränzen so angeordnet und auf eine solche Weise ventilgesteuert sind, daß die daraus austretenden Verbrennungsgase die Antriebsschaufeln des jeweils zugehörigen Schaufelkranzes während der Dauer einess jeden zweiten Vorbeiganges beaufschlagen.
  • Gasturbinen gemäß der Erfindung laufen naturgemäß um so gleichmäßiger und erschütterungsfreier, je größer die ,Anzahl der Schaufelkranzpaare ist. Dabei genügen jedoch bereits zwei solcher Schaufelkranzpaare durchaus, um einen den meisten praktischen Erfordernissen genügenden Lauf der Turbine zu bewirken. Diese beiden Schaufelkranzpaare können erfindungsgemäß sowohl auf einer Seite der Ringscheibe als auch zu beiden Seiten derselben ihren Platz finden, wobei allerdings die Anordnung auf einer Seite eine Reihe von Vorteilen konstruktiver Art bietet. Den höchsten Ansprüchen an gleichmäßigem und erschütterungsfreiem Lauf anderseits genügen solche Gasturbinen gemäß der Erfindung, bei denen auf jeder Seite der Ringscheibe zwei Schaufelradpaare angeordnet sind.
  • In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbine gemäß der Erfindung mit je zwei Schaufelkranzpaaren auf jeder Seite der Ringscheibe dargestellt. Es veranschaulichen darin " Fig. i die teilweise in der Ebene I-I der Fig. 2 geschnittene Vorderansicht einer Gasturbine gemäß der Erfindung mit je zwei Schaufelradkränzen auf jeder Seite der auf der drehbar gelagerten Welle fest angeordneten Ringscheibe, Fig. 2 einen Querschnitt durch dieselbe Gasturbine in der Mittelebene der in der Fig. i gezeigten vorderen Ladepumpen, in der gekrümmten Mittelfläche der daran anschließenden Verbrennungskammern sowie in der gekrümmten Mittelfläche des zugehörigen Abgasauslasses, Fig. 3 die schematische Darstellung einer in ein Gehäuse eingebauten Gasturbine gemäß den Fig. i und 2, Fig.4 die schematische Darstellung einer in ein offenes Gestell eingebauten Gasturbine gemäß den Fig. i und 2 und Fig.5 das Arbeitsschema einer aus zwei Ringscheibenpaaren bestehenden Gasturbine gemäß der Erfindung.
  • Die in den Zeichnungen dargestellte Gasturbine besteht im wesentlichen aus der drehbar gelagerten Welle i, auf welcher die Ringscheibe 2 fest angeordnet ist. An die Stelle einer Ringscheibe kann dabei auch ein Speichenrad zweckdienlicher Art treten. Beiderseits der Ringscheibe 2 sind je zwei Schaufelkranzpaare, die Welle i konzentrisch umgebend, angeordnet, deren Antriebsschaufeln 3' und deren Absaugeschaufeln 3", sich gruppenweise über je eine Kreishälfte erstreckend, zwischen Ringen 4 gehalten werden, die ihrerseits wieder, soweit erforderlich, auf jede zweckdienliche Weise, wie z. B. durch Schweißnähte, miteinander verbunden sein können.
  • Innerhalb der beiderseitigen Schaufelkranzpaare sind die Ladepumpen 5"' und 5"" einerseits und die Ladepumpen 5h' und 5h" anderseits radial angeordnet, und zwar sowohl die Pumpen 5"' und 59 ' als auch die Pumpen 5h' und 5h" um 18o° gegeneinander versetzt, wie weiterhin wiederum die beiderseitigen Pumpenpaare 5"', 5." und 51,', 5h" um go° gegeneinander versetzt. Die in an sich bekannter Weise über Pleuel auf und ab bewegten Kolben 6 der Ladepumpen 5"', 5"", 5h und 51," sind in ihren Böden mit selbsttätig wirkenden Ventilen 7 versehen, welche sich während der Abwärtsbewegung derselben selbsttätig öffnen und während der Aufwärtsbewegung ebenso selbsttätig wieder schließen. Dadurch wird bewirkt, daß die Ladepumpen 5"', 50", 5h und 5a" im Verlauf je einer Drehung der Welle i Frischluft ansaugen und diese verdichten.
  • Die auf solche Weise verdichtete Frischluft tritt dabei aus den Ladepumpen in Verbrennungskammern über, von denen je zwei auf dem Kopf einer jeden Ladepumpe angeordnet sind, wie z. B. die Verbrennungskammern 84 und 82 auf Jlem Kopf der Ladepumpe 5ä und die Verbrennungskammern 83 und 81 auf dem Kopf der Ladepumpe 5,". Gesteuert wird der Übertritt der verdichteten Frischluft aus den Pumpenräumen in die jeweils zugehörigen Verbrennungskammern dabei durch von der Welle i her betätigte Ventile 9, die vorzugsweise als Schieberventile ausgebildet sind, und zwar so, daß die beiden Verbrennungskammern abwechselnd, d. h. also im Verlauf von zwei Wellenumdrehungen je einmal, aufgeladen werden.
  • In den Verbrennungskammern kann nun entweder ein in die verdichtete Luft eingespritzter Brennstoff unmittelbar verbrannt oder aber ein durch Einspritzen von Brennstoff in die Luft erzeugtes zündfähiges Gemisch in an sich bekannter Weise durch zweckdienliche Zündvorrichtungen zur Explosion gebracht werden. Das Einspritzen des Brennstoffes erfolgt dabei durch die Einspritzvorrichtungen io, deren Arbeiten ebenso wie das etwa vorhandener Zündvorrichtungen ebenfalls von der Welle i her geregelt wird.
  • Die Verbrennungskammer 81 der Ladepumpe 5v" ist dabei, von der Ringscheibe 2 her gezählt, dem ersten Schaufelkranz, die Verbrennungskammer 82 der Ladepumpe 5"' dem zweiten Schaufelkranz, die Verbrennungskammer 8s der Ladepumpe 5," dem dritten Schaufelkranz und die Verbrennungskammer 84 der Ladepumpe 5"' dem vierten Schaufelkranz zugeordnet und in entsprechender Weise die an die Ladepumpen 5h' und 5h," angeschlossenen Verbrennungskammern den vier Schaufelkränzen auf der anderen Seite der Ringscheibe 2. Zwischen den in den Einlaßwinkel der Antriebsschaufeln 3' gekrümmten Mündungen der Verbrennungskammern 81, 82, 83 und 84 sowie auch der Verbrennungskammern auf der anderen Seite der Ringscheibe 2 und den Schaufelkränzen sind die ebenfalls von der Welle i her gesteuerten Ventile ix, vorzugsweise wiederum Schieberventile, vorgesehen. Öffnet sich ein solches Ventil ii, was im Verlauf von je zwei Wellenumdrehungen für die Dauer einer halben Wellenumdrehung geschieht, so werden während dieses Zeitraums die Antriebsschaufeln 3' des jeweils zugeordneten Schaufelkranzes beaufschlagt. Danach schließt sich das Ventil ii wieder, und die verbrauchten Antriebsgase werden durch den zugeordneten Abgasstutzen 12"' oder 12, " bzw. i2h' oder i2h" ins Freie geblasen. Erfindungsgemäß werden die Abgasstutzen einer Turbinenseite um 18o° gegeneinander versetzt und die Abgasstutzenpaare der beiden einander gegenüberliegenden Seiten der Turbine um go° gegeneinander versetzt angeordnet. Vorteilhafterweise werden in diesen Abgasstutzen Leitschaufeln 13 von zweckdienlicher Krümmung angeordnet. Gasturbinen gemäß der Erfindung können konstruktive Abwandlungen der verschiedensten Art erfahren, ohne daß dadurch das Prinzip der Erfindung berührt würde. So kann es beispielsweise unter Umständen von Vorteil sein, die Ladepumpen außerhalb der Schaufelkränze anzuordnen. Das kann etwa geboten sein, wenn die Aufgabe gestellt ist, eine Turbine möglichst geringen Durchmessers zu entwerfen. ' Gasturbinen der in den Fig. i und 2 dargestellten Art können sowohl, wie es beispielsweise in der Fig. 3 gezeigt ist, in einem mit an sich bekannten Befestigungsaugen =q. versehenen, gegebenenfalls mehrteiligen Gehäuse 15 angeordnet werden. Von besonderem Vorteil aber kann es sein, derartige Gasturbinen in einfachen, aus mit Füßen 16 versehenem U-förmigem Bügel 1.7, einem in halber Höhe mit diesem verschweißten oder vernieteten waagerechten Rahmen 18 sowie ebenfalls mit Füßen 16 versehenen und an ihren freien Enden mit dem Rahmen 18 verschweißten oder vernieteten Stützen =g bestehenden Gestellen anzuordnen. Derartige einfache Gestelle sind nicht nur überaus leicht und werkstoffsparend, vielmehr bieten sie auch den Vorteil einer ganz besonders intensiven Kühlung, da die Kühlluft bei Anwendung solcher Gestelle auf keine Weise behindert ist.
  • Die Arbeitsweise einer Seite einer Gasturbine, wie sie in den Fig. i und 2 dargestellt ist, ergibt sich ohne weiteres aus dem in der Fig. 5 wiedergegebenen Arbeitsschema. Es erhellt daraus, daß allein schon eine Gasturbine gemäß der Erfindung mit zwei Schaufelkranzpaaren, d. h. also mit nur vier Schaufelkränzen, einen außerordentlich ruhigen Lauf haben muß und daß demzufolge durch das Hinzufügen zweier weiterer, in ihrer Wirkung überdies noch um go° versetzter Schaufelradpaare notwendigerweise zu einem praktisch vollkommenen Lauf führen wird, was natürlich nicht wegnimmt, daß die Zahl der Schaufelkranzpaare unter bestimmten Voraussetzungen, etwa bei Geräten von besonders großer Leistung, noch erhöht werden kann.

Claims (17)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gasturbine, gekennzeichnet durch eine auf einer drehbar gelagerten Welle fest angeordnete Ringscheibe, welche zum mindesten auf einer ihrer beiden Seiten mindestens ein die Welle konzentrisch umgebendes Schaufelkranzpaar trägt, deren durch einen Ring voneinander getrennte und nach außen hin wiederum durch einen Ring abgeschlossene Schaufelkränze auf der einen Kreishälfte aus Antriebsschaufeln und auf der anderen aus Absaugeschaufeln bestehen, die von Schaufelkranz zu Schaufelkranz gruppenweise jeweils um =8o° gegeneinander versetzt sind, durch je eine Verbrennungskammer für jeden Schaufelkranz, durch mindestens eine von der Welle her angetriebene Ladepumpe für die Verbrennungskammern, durch von der Welle her gesteuerte Ventile zwischen den Ladepumpen und den zugehörigen Verbrennungskammern, durch von der Welle her gesteuerte Ventile zwischen den Verbrennungskammern und den zugehörigen Schaufelkränzen sowie durch je einen Abgasstutzen für jeden der Schaufelkränze.
  2. 2. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf je zwei Umläufe der Welle in jeder der Verbrennungskammern je eine Verbrennung erfolgt.
  3. 3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe der Verbrennungskammern so gestaltet, gegenüber den zugehörigen Schaufelkränzen so angeordnet und auf solche Weise ventilgesteuert sind, daß die daraus austretenden Verbrennungsgase die Antriebsschaufeln derselben während der Dauer eines jeden zweiten Vorbeiganges beaufschlagen. q..
  4. Gasturbine nach Ansprüchen i bis 3, gekennzeichnet durch eine auf der Welle fest sitzende Ringscheibe, welche auf jeder ihrer beiden Seiten mindestens ein Schaufelkranzpaar trägt.
  5. 5. Gasturbine nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Ringscheibe eine gleiche Anzahl von Schaufelkranzpaaren angeordnet ist.
  6. 6. Gasturbine nach Anspruch i mit mehreren nebeneinanderliegenden Schaufelkranzpaaren auf mindestens einer Seite der Ringscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelkranzpaare jeweils durch einen Ring voneinander getrennt sind.
  7. 7. Gasturbine nach Anspruch 6 mit zwei Schaufelkranzpaaren auf mindestens einer Seite der Ringscheibe, gekennzeichnet durch zwei Ladepumpen auf jeder Seite der mit zwei Schaufelkranzpaaren versehenen Seiten der Ringscheibe, deren jede auf zwei Verbrennungskammern arbeitet. B.
  8. Gasturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den vier auf einer Seite der Ringscheibe befindlichen und den vier Schaufelkränzen der beiden Schaufelkranzpaare einzelweise zugeordneten Verbrennungskammern auf je zwei Wellenumläufe je eine Verbrennung erfolgt und die dabei erzeugten Verbrennungsgase die Antriebsschaufeln jeder der vier Schaufelkränze aufeinanderfolgend einmal beaufschlagen. g.
  9. Gasturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladepumpen innerhalb der Schaufelkranzpaare radial angeordnet sind. =o.
  10. Gasturbine nach Anspruch i mit zwei Ladepumpen auf mindestens einer Seite der Ringscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer Seite der Ringscheibe innerhalb der Schaufelkranzpaare radial angeordneten Ladepumpen um =8o° gegeneinander versetzt sind. =i.
  11. Gasturbine nach Anspruch i mit zwei radial angeordneten und um =8o° gegeneinander versetzten Ladepumpen auf jeder Seite der Ringscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ladepumpenpaare um go° gegeneinander versetzt sind.
  12. 12. Gasturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Ringscheibenseite mit zwei Ladepumpen die der einen von diesen angeschlossenen Verbrennungskammern, von der Ringscheibe her gezählt, dem ersten und dritten Schaufelkranz und die der anderen von diesen angeschlossenen beiden Verbrennungskammern dem zweiten und vierten Schaufelkranz entsprechen.
  13. 13. Gasturbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die um 18o° gegeneinander versetzten Ladepumpen zur Aufladung von je zwei Verbrennungskammern dienen, welche paarweise ebenfalls um 18o° gegeneinander versetzt sind und die mit Schaufelkränzen zusammenwirken, bei denen die Anordnung der Antriebs- und Absaugeschaufeln des ersten Schaufelkranzes der des vierten und die des zweiten Schaufelkranzes der des dritten entsprechen. 1q.
  14. Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ladepumpen mit im Kolbenkopf derselben vorgesehenen, selbsttätig wirkenden Luftventilen, die sich während des Abwärtsganges des Kolbens öffnen und während seines Aufwärtsganges schließen.
  15. 15. Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei um 18o° versetzte Auslässe für die Verbrennungsgase auf. mindestens einer Seite der auf der drehbaren Welle fest angeordneten Ringscheibe.
  16. 16. Gasturbine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseitigen Auslässe für die Verbrennungsgase sich über einen Bereich von etwa drei nebeneinanderliegenden Antriebsschaufeln erstrecken.
  17. 17. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladepumpen und gegebenenfalls auch noch die Verbrennungskammern außerhalb der Schaufelkränze angeordnet sind.
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