DE921840C - Verpuffungsturbine mit Kuehleinrichtung - Google Patents

Description

• Verpuffungsturbine mit Kühleinrichtung Die Erfindung betrifft eine Verpuffungsturbine mit geschlossenen Brennkammern und mit einer Mehrzahl von Laufrädern und dazwischenliegenden feststehenden Leitschaufeln, die vor allem für den Antrieb von Fahrzeugen bestimmt ist, aber bei Verwendung eines den Fahrwind ersetzenden Ventilators auch als ortsfeste Turbine verwendbar ist.
• Bei Turbinen der genannten Art ergeben sich für die Kühlung der Schaufeln Schwierigkeiten, weil durch die Kühlluft innere Verpuffungsdrücke überwunden werden müssen und weil die Frischluft nicht ausreichend an die wesentlichen zu kühlenden Stellen herangeführt werden kann.
• Bei der erfindungsgemäßen Verpuffungsturbine wird eine gute Frischluftkühlung an diesen besonders wichtigen, taktmäßig bestimmten Stellen von bei jeder Umdrehung mehrere Arbeitstakte ausführenden Laufrädern, und zwar für die Schaufeln eines jeden Laufrades besonders, erreicht, ohne daß von der Kühlluft innere Verpuffungsdrücke zu überwinden wären, und zwar dadurch, daß ein in der Drehrichtung hinter jeder Brennkammer längs des Turbinengehäuses verlaufender Frischluftkühlkanal vorgesehen ist, welcher zu jedem der Laufräder einen Abzweigkanal aufweist, so daß die unkomprimierte Fahrwindluft unmittelbar mit den Treibschaufeln ih Berührung tritt.
• Weitere zweckmäßig zur Anwendung kommende :Merkmale dieser Verpuffungsturbine ergeben sich aus den Ansprüchen.
• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Verpuffungsturbine dargestellt sowie verschiedene Einzelheiten und Arbeitsdiagramme dieser Ausführungsbeispiele, und zwar zeigt Fig. i einen schematischen senkrechten Mittelschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Verpuffungsturbine mit nur einer Brenn- bzw. Verpuffungskammer mit vier Laufrädern, Fi.g.2 einen Querschnitt durch dasselbe Ausführungsbeispiel nach Linie II-II der Fig. i, Fig.3 das Arbeitsdiagramm des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. i und 2, Fig. q. eine Vorderansicht auf ein Leitsegment mit Einrichtung zur Luftkühlung als Nebenkühlung, Fig. 5 schematisch einen kreisförmig verlaufenden Sammelkanal für die warme Kühlpreßluft mit angeschlossenem Nach- bzw. Endverdichter, Fig.6, 7 und 8 in schematischer Darstellung folgende in der Turbine hintereinander angeordnete Teile: Deckel, Laufrad und Leitringraum einer Turbine mit sechs Verpuffungskammern, Fig. 9 das Arbeitsdiagramm einer solchen Turbine, Fig. io, ii und 12 verschiedene Kühlarten, und zwar Fig. io mit Austritt nach außen unmittelbar aus dem Laufrad, Fig. i i mit Austritt nach außen hinter dem Laufrad und Fig. i2 mit Austritt durch Laufrad und Leitsegment usw., Fig. 13 eine Abwicklung des halben. Umfanges einer Turbine mit drei Laufrädern und sechs Verpuffungskammern.
• Wie aus dem mittleren Längsschnitt gemäß Fig. i durch das Ausführungsbeispiel mit nur einer Verpuffungskammer hervorgeht, besteht die Turbine in üblicher Weise aus dem Gehäuse g und der darin gleichmittig angeordneten Welle w, auf welcher die Laufräder a befestigt sind. Zwischen den einzelnen Laufrädern befinden sich einzelne Leitsegmente 1, welche in der Umfangsrichtung entsprechend dem Durchtritt der Verbrennungsgase in der Achsrichtung der Turbine versetzt gegeneinander angeordnet sind. Zwischen den einzelnen Leitsegmenten 1 befinden sich in den Leitzonen freie Räume k, die als Kühlkanäle dienen. In diese Kühlkanäle bzw. Kühlzonen k1 münden Abzweigkanäle lal des Hauptkühlkanals lz, welcher längs des Turbinengehäuses g verläuft. Zum Zwecke der Ermöglichung einer Anpassung des jeweiligen Kühlungsgrades an die jeweiligen erforderlichen Verhältnisse können die Eintrittsöffnungen dieser Abzweigkanäle lt' mit verstellbaren Auffangschächten h2 versehen sein. Zwecks Erzielung einer Kühlungsmöglichkeit der Laufräder von beiden Seiten werden die Abzweigkanäle hl auch nach dem vorhergehenden Laufrad a hin mit einem Austrittskanal la3 versehen, wie in Fig. i in der zweiten und dritten Leitzone dargestellt.
• An den vorderen Deckelteil f des Turbinengehäuses ist die Verpuffungskammer v angeschlossen. In diese mündet über eine Steuerung t für den Kühlluftzutritt der Nebenkühlkanal n, in welchen vorgewärmte Frischluft aus den Laufradzonen eintritt.
• Am hinteren Ende der Turbine befindet sich der Mischraum i, in welchen durch den Prischluftdurchtritt d unmittelbar Frischluft aus dem Hauptkühlkanal h eintreten kann. Hinter diesem Mischraum i läuft auf der Turbinenwelle w das Absaugegebläse b mit den Mischflügeln nz um. Den hinteren Abschluß des Turbinengehäuses bildet der hintere Deckelteil, in welchem sich der Auspuffkanal z befindet.
• In dem Querschnitt gemäß Fig. 2 sind die Turbinenwelle, das erste Laufrad a, die Laufradschaufeln, die Verpuffungskammer v sowie der Nebenkühlkanal iz sichtbar. Außerdem sind in dieser Figur angegeben die Verpuffungszone v1, die erste Spülzone s1, die Hauptkühlzone k1 und die zweite Spülzone s2. In Fig. 3, welche das Arbeitsdiagramm dieser Turbine mit nur einer Verpuffungskammer darstellt, sind die einzelnen; Zonen besonders dargestellt. Die Pfeillinie links unten der Fig. 3 bezeichnet die Zone, in welcher das aus der ersten Stufe austretende Gas umgelenkt wird für den Eintritt in die zweite Stufe, also in das zweite Laufrad.
• Wie aus Fig. q., welche eine Ansicht auf .die Breitseite eines einzelnen Leitsegmentes zeigt, ersichtlich ist, erstreckt sich das dargestellte Leitsegment über einen Umfang von etwa 9o°. Auf der Innenseite ist das Leitsegment l mit den Leitschaufeln 11 versehen. Auf der Außenseite ist es mittels eines Ansatzes verbunden mit dem Nebenkühlkanal yz. Am Fuße des Ansatzstutzens befindet sich das Rückschlagventil r, welches bezweckt, daß die Verpuffungsgase die Kühlluft nicht nach außen zurückdrücken können, da das Rückschlagventil nach innen öffnet.
• Wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann um das Turbinengehäuse g ein Kühlluft- bzw. Spülluftsammelkanal s angeordnet werden, an welchen der Verdichter c angeschlossen ist, welcher eine Nachverdichtung der Spülluft vornimmt und diese der Verpuffungskammer v zuleitet. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Turbine mit drei Spülkanälen, da das Gehäuse g dreimal unterbrochen ist zwecks Freilassung von drei Spülkanälen.
• Die in Fig. 6 bis 8 dargestellten Teile, nämlich Deckel f, Laufrad a und Leitringraum, entstammen einem weiteren Ausführungsbeispiel mit sechs Verbrennungskammern v. Aus Fig. 6 ist die Lage der einzelnen. Abzweigkanäle hl für die Zuführung der Hauptkühlluft ersichtlich. Fig. 7 zeigt die nur teilweise Abdeckung der Leiträder durch Teile des Gehäuses g, wobei die Abdeckung im wesentlichen nur außerhalb der Verpuffungszonen v1 erfolgt, während die Spülzonen s1, s2, s3 usf. nach außen hin offen sind. Will man einen erhöhten Kraftanteil für Nebenmaschinen abzapfen, so empfiehlt es sich, diese Abdeckungen g bereits vor Beendigung der Verpuffungszonen aufhören zu lassen, wie in Fig. 7 gestrichelt angedeutet.
• Wie aus -Fig.8 ersichtlich, folgen in den Leitzonen in der Umlaufrichtung der Laufräder a folgende Zonen aufeinander: Die von, den Leitsegmenten 1 ausgefüllten Leitzonen und die freien Kühlzonen, in welche die Kühlsegmente k hineinragen, darauf wieder ein Leitsegment und darauf wieder ein freier Kühlschacht. In den Fig. io bis 12 sind verschiedene Arten von Einrichtungen zur verschiedenen Führung der Kühlluft dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. io befindet sich hinter dem Laufrad a eine Scheidewand q, so daß die Kühlluft bzw. Spülluft radial nach außen in den Spülluftsammelkanal herausgeschleudert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. i i ist die Zone des Laufrades a außen durch einen Gehäuseteil g abgedeckt, jedoch hinter dem Laufrad a gleich der Spülluftsammelkanal s angesetzt, so daß die Spülluft waagerecht durch die Laufschaufeln hindurchtritt und erst hinter dem Laufrad a nach außen tritt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 durchstreicht die Spülluft die Laufschaufeln in waagerechter Richtung und durchstreicht danach auch die Leitschaufeln in waagerechter Richtung.
• Aus der Abwicklung des halben Umfanges eines Ausführungsbeispiels einer Turbine mit drei Laufrädern und sechs Verpuffungskammern gemäß Fig. 13 ist noch einmal die Arbeitsweise der Verpuffungsturbine ersichtlich sowie außerdem der Weg, den, die Treibgase durch die einzelnen Laufräder und Leitzonen nehmen. Insbesondere ist aus dieser Darstellung auch ersichtlich, in welcher Weise sich die einzelnen Verpuffungszonen v1 teilweise mit den einzelnen Kühlzonen k1 überschneiden und in welcher Weise sich die einzelnen Leitsegmente l und Kühlkanäle k gegeneinander schraubenförmig versetzt in den einzelnen Zonen befinden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verpuffungsturbine mit geschlossenen Brennkammern und einer Mehrzahl von Laufrädern und dazwischenliegenden feststehenden Leitschaufeln, insbesondere für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch einen in der Drehrichtung hinter jeder Brennkammer (v) längs des Turbinengehäuses (g) verlaufenden Frischluftkühlkanal (h), welcher zu jedem der Laufräder (a) einen Abzweigkanal (hl) aufweist (Feg. i) und durch die Kühlluft bea.ufschlagt wird.
2. 2. Verpuffungsturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ringräumen zwischen den Laufrädern (a.) in der Umlaufrichtung Leitschaufelsegmente (l) mit schaufellosen Kühlzonen (k1) abwechseln, wobei die abwechselnden Leitsegmente (L) und Kühlzonen (k1) zwischen den einzelnen Laufrädern (a) im Maße des schwach schraubenförmigen Durchtrittes der Verpuffungsgase gegeneinander versetzt angeordnet sind (Feg. i). 3. @'erpuffungsturbine nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf jede Verpuffungszone (v1) eine Spülzone (s1) als übergang zur Kühlzone (k1) folgt (Feg. 3). q.. Verpuffungsturbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jede Kühlzone (k1) eine Spülzone (s2) als Übergang zur Verpuffungszone (v1) folgt (Feg. 3). 5. Verpuffunigsturbine nach Anspruch i oder folgenden, gekennzeichnet durch einen radial in Richtung auf die Turbinenwelle (w) eingeführten zweiten Nebenkühlkanal (n), der ebenfalls durch die Kühlluft bea.ufschlagt wird (Feg. i und q.). 6. Verpuffungsturbine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein zwischen Fahrwindeintritt (n) und Leitschaufeln (h) angeordnetes nach außen schließendes Rückschlagventil (y, Fig. q.). 7. Verpuffungsturbine nach Anspruch i oder folgenden, gekennzeichnet durch eine hinter dem letzten Laufrad angeordnete Mischkammer (i, Fig. i). B. 'Verpuffungsturbine nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein hinter der Mischkammer (i) angeordnetes, mit Mischflügeln (m) versehenes Absaugegebläse (b, Fig. i). o. Verpuffungsturbine nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch das Fehlen einer äußeren Abdeckung (g) über den Spülzonen (s1, s2) der Laufräder (a), so daß dort die warme Kühlluft nach außen herausgeschleudert wird und dort für beliebige Zwecke abgenommen werden kann (Feg. 1, 2 und 5). io. Verpuffungsturbine nach Anspruch i oder folgenden, mit einer Mehrzahl von Verpuffungskammern, dadurch gekennzeichnet, daß auf jede Verpuff ungszone (v1) nur eine außen abgedeckte Kühlzone (k1) und nur eine außen reicht abgedeckte Spülzone (s1) bis zur nächsten Verpuffungszone (v1) folgt (Feg. 6 bis 9). i i. Verpuffungsturbine nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitsegmente (L) innerhalb des Leitringes derart angeordnet sind, daß sie etwas in die Verpuffungskühlzone (v1, k1) hineinragen Fig. 3, 8 und 12). 12. Verpuffungsturbine nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in den heißeren, vorderen Stufen innerhalb des Leitringes zwischen je zwei Leitsegmenten (L) ein Kühlkanal (k, hl) für das nächste Laufrad (a) angeordnet ist, dagegen in den späteren Stufen gegebenenfalls weniger (Fig.8). 13. Verpuffungsturbine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den hinteren Stufen die Leitsegmente (L) auf Kosten der geringeren Breite der Kühlkanäle (k, hl) breiter ausgebildet sind. 1q.. Verpuffungsturbine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch außerhalb der Austrittsstellen der warmen Kühlluft vorzugsweise in der Längsrichtung verlaufende Sammelkanäle (s), die die Spülluft vorzugsweise unmittelbar der bzw. den Verbrennungskammern (v) zuführen. 15. Verpuffungsturbine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch außerhalb der Austrittsstellen der warmen Kühlluft vorzugsweise ringförmige Spülluftsammelkanäle (s), die die Spülluft vorzugsweise einem Verdichter (c) zuführen (Feg. 5), 16. Verpuffungsturbine nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Steuerung (t), welche den Eintritt zur Verpuffungskammer (v) nur öffnet, wenn der Druck in derselben kleiner ist als im Sammelkanal (s, Fig. i). i7. Verpuffungsturbine nach Anspruch i oder folgenden, gekennzeichnet durch eine hinter dem Laufrad (a) angeordnete Wand (q) arg den Stellen fehlender äußerer Abdeckung (g) des Laufrades (Fig.io). 18. Verpuffungsturbine nach Anspruch i oder folgenden, gekennzeichnet durch einen hinter dem Laufrad ansetzenden Kühlluftsammelkanal (s, Fig. i i) . i9. Verpuffungsturbine nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitsegment (l) als Kühlsegment ausgebildet ist (Fig. 4). 2o. Verpuffungsturbine nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine unmittelbare Verbindung (d) zwischen dem Hauptkühlkanal (k) und dem Mischraum (i) für den unmittelbaren Eintritt von Kühlluft (Fig. i). 2i. Verpuffungsturbine nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (g) bereits vor Beendigung der Verpuffungszone (v1) aufhört (Fig.7). 2s. Verpuffungsturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnungen der Abzweigkanäle (h1) mit verstellbaren Auffangschächten (lag) versehen sind (Fig. i). 23. Verpuffungsturbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigkanäle (h1) auch nach dem vorhergehenden Laufrad (a) hin mit ein- em Austrittskanal (lag) versehen sind (Fig. i).