DE926396C

DE926396C - Gas turbine with intermittently repeated, automatic ignition by shock wave

Info

Publication number: DE926396C
Application number: DESCH9294A
Authority: DE
Inventors: Paul Dipl-Ing Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-04-13
Filing date: 1952-04-13
Publication date: 1955-04-18

Description

Gasturbine mit absatzweiser wiederholter, selbsttätiger Zündung durch Stoßwelle Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbine mit absatzweise wiederholter, selbsttätiger Zündung von Treibgemisch durch Stoßwelle in einem langgestreckten Brennraum und mit zusätzlich .eingeführter, gegenüber dem Verbrennungsgas kälterer Luft. Bei Gasturbinen mit der bekannten Zündung durch Wärmeleitung, die oft durch Verwirbelung des Treibgemisches unterstützt wird, liegen Zündgeschwindigkeiten von einigen Metern in de, Sekunde vor. Die Verwendung zusätzlicher Luft, die von dem Verbrennungsgas verdichtet werden soll, führt dabei zu Vermischungen der Luft mit dem Brenngas, weil die Druckentwicklung bei der Verbrennung des Gemisches verhältnismäßig lange Zeiträume erfordert. Dabei entstehen ungeregelte Strömungen, deren Geschwindigkeiten kleiner sind als die Schallgeschwindigkeit in der Luft, woraus sich Vermischungen von Luft und Brenngas zwangläufig ergeben. Bei Verbrennungen von Gemisch mit Zündgeschwindigkeiten von nur einigen Metern in der Sekunde ist es in Gegenwart zusätzlicher Luft auch nicht möglich, eine technisch wirksame Gleichraumverbrennung zu erreichen. Die verhältnismäßig langsam fortschreitende Teilverbrennung in dem Gemisch führt vielmehr unverzüglich zu einer Ausdehnung des verbrannten Gemischteils. Mit bekannten Gasturbinen dieser Art, die mit zusätzlich eingeführter, kälterer Luft arbeiten, ist .demnach keine wirkungsvolle Verbesserung durch die zusätzliche Luft zu erreichen. Die Anordnung eines gesonderten, von zusätzlicher Luft abgeschlossenen Brennraumes führt zu technisch unvorteilhaften und umfangreichen Bauweisen, insbesondere wegen der Wärmewirkung der Verbrennungsgase auf die Äbschlußorgane des Brennraumes. Somit weisen die bekannten Konstruktionen wesentliche Nachteile auf, die teils in hohem baulichem Aufwand und teils in zu geringen Wirkungsgraden bestehen.Gas turbine with intermittent repeated, automatic ignition by Shock wave The invention relates to a gas turbine with intermittently repeated, automatic ignition of propellant mixture by shock wave in an elongated Combustion chamber and with an additionally introduced, colder than the combustion gas Air. In gas turbines with the known ignition by conduction, which is often through Whirling of the propellant mixture is supported, ignition speeds of a few meters in de, seconds ahead. The use of additional air drawn from the Combustion gas is to be compressed, leads to mixing of the air with it the fuel gas, because the pressure development during the combustion of the mixture is proportionate requires long periods of time. This creates unregulated currents, their speeds are less than the speed of sound in the air, which leads to mixing of air and fuel gas inevitably result. When the mixture is burned at ignition speeds of only a few meters per second it is also in the presence of additional air not possible to achieve a technically effective constant space combustion. The proportionate Slowly progressing partial combustion in the mixture rather leads immediately to an expansion of the burned part of the mixture. With acquaintances Gas turbines of this type, which work with additionally introduced, colder air, is no effective improvement can be achieved with the additional air. The order a separate combustion chamber closed off by additional air leads to technical unfavorable and extensive construction methods, especially because of the thermal effect the combustion gases on the closure organs of the combustion chamber. Thus, the known Constructions have significant disadvantages, some of them in high construction costs and partly consist of insufficient degrees of effectiveness.

Der Nachteil einer umfangreichen Bauweise wird vermieden, und zugleich wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht, indem in bekannter Weise zusätzlich eingeführte kältere Luft dem- Auslaß des Brennraumes zwischen den Verpuffungen der Brenngase in einem Beschleunigungsraum absatzweise kolbenartig vorgelagert wird. Die wesentlichen Bauteile der Turbine werden durch die zwischenzeitliche Wirkung kälterer Luftmassen gegen zu- große Erwärmung geschützt, und aus der angenäherten Gleichraumverbrennung bei Stoßwellenzündung ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad.The disadvantage of an extensive construction is avoided, and at the same time a high degree of efficiency is achieved by additionally introducing in a known manner colder air to the outlet of the combustion chamber between the deflagrations of the combustion gases is intermittently upstream in the manner of a piston in an acceleration space. The essential Components of the turbine are damaged by the interim effects of colder air masses Protected against excessive heating, and from the approximate constant-space combustion shock wave ignition results in a high degree of efficiency.

Eine betriebssichere Abstimmung der Pulsatiönen in dem Brennraum und dem Beschleunigungsraum für die Zusatzluft wird gemäß der Erfindung in der Weise erreicht, daß der Einlaß des Beschleunigungsraumes für die Zusatzluft von dem Auslaß des Brennraumes so weit entfernt angeordnet ist, daß dieser Teil des Beschleunigungsraumes eine Eigenschwingung der darin befindlichen Luft mit annähernd der Frequenz des Brennraumes ergibt. Eine genaue Abstimmung auf die Frequenz des Brennraumes ist in den Fällen gegeben, in denen die Brenngasschwingungen harmonisch verlaufen. Praktische Versuche mit Brennräumen verschiedener Konstruktionen und mit verschiedenartiger Gemischbildung haben gezeigt, daß ungefähr harmonische Schwingungen der Brenngase sich nur in besonderen Fällen einstellen, diese Schwingungen im allgemeinen aber nicht harmonisch verlaufen. Deshalb können die Frequenzen im allgemeiner, nicht exakt gleiche Werte erhalten, weil dann der Betrieb nicht auf die technisch günstigste und sicherste, Art abgestimmt sein würde. In jedem Fall ist aber eine weitgehende Annäherung der Luftschwingung an die Frequenz der Brenngase erforderlich.A reliable coordination of the pulsations in the combustion chamber and the acceleration space for the additional air is according to the invention in the manner achieves that the inlet of the acceleration space for the additional air from the outlet of the combustion chamber is arranged so far away that this part of the acceleration chamber a natural oscillation of the air in it with approximately the frequency of the Combustion chamber results. An exact match to the frequency of the combustion chamber is given in cases in which the fuel gas oscillations are harmonious. Practical Tests with combustion chambers of different constructions and with different ones Mixture formation have shown that approximately harmonic oscillations of the fuel gases occur only in special cases, but these oscillations in general do not run harmoniously. Therefore the frequencies in general cannot get exactly the same values because then the operation is not on the technically most favorable and safest, kind would be tuned. In any case, it is a far-reaching one It is necessary to bring the air oscillation closer to the frequency of the fuel gases.

Die Zündung durch eine Stoßwelle verläuft bei kaltem Gemisch von atmosphärischem Druck mit einigen hundert Metern Geschwindigkeit in der Sekunde. Diese Zündgeschwindigkeit liegt somit in der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit des Gemisches. Mit einer derartigen Zündung wird deshalb auch in offenen Räumen eine Verbrennung erzielt, die einer Gleichraumverbrennung weitgehend angenähert ist. Eine zündende Stoßwelle ist zudem bei offenem Brennraum durch eine vorhergegangene Verbrennung selbsttätig zu erzeugen, wenn die dazu notwendigen bekannten Konstruktionsbedingungen eingehalten werden. Der Vorgang der. Ausbildung einer Stoßwelle in einem -offenen Brennraum besteht vorwiegend in gasdynamischen Erscheinungen, er erfordert somit keine mechanisch bewegten Teile einer Einrichtung. Daraus folgt, daß eine derartig Zündung ohne weitere Mittel in schneller Folge erzielbar ist. Bei einer schnellen Folge von Verbrennungen ist die Bildung einer annähernd stetigen Strömung, wie sie für den Gasturbinenbetrieb erwünscht ist, ohne größeren, Aufwand- und ohne wesentliche Energieverluste möglich. Es liegt deshalb eine besondere Eignung derartiger Verbrennungen für den Gasturbinenbetrieb vor.Ignition by a shock wave takes place in a cold mixture of atmospheric Print at a speed of a few hundred meters per second. This ignition rate is thus in the order of magnitude of the speed of sound of the mixture. With a ignition of this kind therefore results in combustion even in open spaces, which is largely approximated to constant-space combustion. An igniting shock wave is also automatic when the combustion chamber is open due to previous combustion to be generated if the necessary known construction conditions are met will. The process of. Formation of a shock wave in an open combustion chamber consists mainly of gas dynamic phenomena, so it does not require any mechanical moving parts of a facility. It follows that such an ignition without further Means can be achieved in quick succession. In the case of a rapid succession of burns is the formation of an almost constant flow, as it is for gas turbine operation is desirable without major effort and without significant energy losses. There is therefore a particular suitability of such combustions for gas turbine operation before.

Ferner folgt aus der hohen Zündgeschwindigkeit eine hohe Ausnutzung eines Brennraumes, der somit wesentlich kleiner ausgeführt werden kann als ein Raum, in welchem die Zündung durch Wärmeleitung und Verwirbelung bewirkt wird, wie z. B. bei Brennkraftkolbenmaschinen und Brennkammern von Gasturbinen. Der unvermeidbare Wärmeabfluß durch die Wandung ist bei einem kleinen Brennraum geringer als bei einem größeren Raum, womit sich ein erhöhter thermischer Wirkungsgrad ergibt. Die durch Stoßwellenzündung bewirkte Gleich raumverbrennung gibt außerdem die Möglichkeit, vorgelagerte Luft mit gutem Wirkungsgrad zu ver dichten und zu beschleunigen. Dies folgt aus dem schnellen Druckanstieg der Verbrennungsgase, welcher in kurzer Zeit in der Berührungsschicht von Gas und Luft zur Ausbildung einer Verd,ichtwng:swelle mit Drucksprung führt. Diese Welle pflanzt sich schneller als mit Schallgeschwindigkeit in der Luft fort. Da Vermischungen Unterschallgeschwindigkeit erfordern, so kann sich eine nennenswerte Vermischung von Gas und Luft nicht einstellen, vielmehr wird die vorgelagerte Luft im wesent lichen in ihrer Gesamtheit wie durch einen Kolben verdichtet und beschleunigt. Dies erfolgt mit hohem Wirkungsgrad. Bei andersartigen Zündungen von Gemisch tritt eine derartige Wirkung nicht ein, weil dabei der Druckanstieg des Gases nicht schnell genug erfolgt. Von Bedeutung für einen Turbinenbetrieb ist auch die Betriebssicherheit der Stoßwellenzündung und ihre Unabhängigkeit von be sonderen Hilfseinrichtungen. Schließlich ist es für einen Turbinenbetrieb wesentlich, daß die Zündung durch Stoßwelle keine Empfindlichkeit gegen unter schiedliche Brennstoffe aufweist. Treibgas, flüssige Kraftstoffe und Kohlenstaub werden in gleicher Weise verarbeitet.Furthermore, a high degree of utilization results from the high ignition speed a combustion chamber, which can therefore be made much smaller than a room, in which the ignition is effected by conduction and turbulence, such as e.g. B. in internal combustion piston engines and combustion chambers of gas turbines. The inevitable Heat flow through the wall is less with a small combustion chamber than with one larger space, which results in increased thermal efficiency. By Equal space combustion caused by shock wave ignition also gives the possibility of to compress and accelerate upstream air with good efficiency. this follows from the rapid rise in pressure of the combustion gases, which occurs in a short time in the contact layer between gas and air to form a compression wave leads with a jump in pressure. This wave grows faster than the speed of sound in the air. Since mixing requires subsonic speed, so can A significant mixing of gas and air does not occur, rather it will the upstream air essentially in its entirety as if through a piston condensed and accelerated. This is done with a high degree of efficiency. With different Ignitions of the mixture do not have such an effect because of the increase in pressure of the gas is not occurring quickly enough. Is of importance for a turbine operation also the operational reliability of shock wave ignition and its independence from be special auxiliary facilities. After all, it is essential for turbine operation to that ignition by shock waves is not sensitive to different fuels having. Propellant gas, liquid fuels and coal dust are produced in the same way processed.

Die Eigenschaften einer selbsttätigen Zündung durch Stoßwelle zeigen somit überraschend günstige Wirkungen bei einem Turbinenbetrieb, welcher außer der Verbrennungsluft noch zusätzlich eingeführte Luft verwendet, die dem Auslas des Btennraumes absatzweise vorgelagert wird.Show the properties of automatic shock wave ignition thus surprisingly beneficial effects in a turbine operation, which in addition to the Combustion air is also used, which is introduced into the outlet of the Btennraumes is preceded in sections.

Das an sich bekannte Verfahren einer absatzweisen und kolbenartigen Beschleunigung von zusätzlicher Luft, das insbesondere für Flugzeugstrahlantriebe, welche die Gas- und Luftmassen unmittelbar ins Freie ausstoßen und geringe mechanische Beanspruchung erfahren, vorgeschlagen worden ist, besitzt somit bei der Anwendung auf Gasturbinen besondere Vorteile, welche es ermöglichen, neue Bauformen. von Gasturbinen auszuführen, die thermodynamisch und bautechnisch günstigere ?Merkmale aufweisen, als die bekannten Gasturbinen.The per se known method of intermittent and piston-like Acceleration of additional air, especially for aircraft jet propulsion, which the gas and air masses emit directly into the open and low mechanical Stress experienced, has been proposed, thus possesses in the application special advantages on gas turbines, which make it possible to develop new designs. of gas turbines to execute the thermodynamically and structurally more favorable? features have than the known gas turbines.

Die Abb. i und 2 zeigen beispielsweise eine Ausführungsform der Gasturbine.Figures i and 2 show, for example, an embodiment of the gas turbine.

Abb. i gibt einen Längsschnitt und Abb. 2 einen Ouerschnitt in der Ebene A-A der Abb. i wieder.Fig. I gives a longitudinal section and Fig. 2 a cross section in the Level A-A of Fig. I again.

In der Abb. i ist durch Strömungspfeile der Weg der Luft beziehungsweise des Gases durch die Turbine angedeutet. Die Luft tritt durch den Einlaß des Verdichterrades i ein, strömt durch den Leitapparat 2 und wird sodann dem zweiten Verdichterrad 3 zugeführt. Ferner durchströmt die Luft den Leitapparat q. und gelangt durch Öffnungen 5 der Wand 6 in die Kammer 7. Das Gehäuse der Verdichterräder i und 3 wird durch die Wand 6 und den Deckel 8 gebildet, die Abdichtung zwischen den Rädern bewirken die Zwischenwände 9 und iö, die mit dem Deckel 8 durch Schrauben verbunden sind. Die Kammer 7 wird durch die Wände 6 und i i sowie den Ring 12 gebildet. In der Kammer 7 sind zwei langgestreckte Brenn- und Lufträume untergebracht, von denen kreisförmige Querschnitte in Abb. i sichtbar sind. Innerhalb des Rings 12 und zwischen den Wänden 6 und i i befindet sich der Sammelraum 13, in welchen die Gas- und Luftmassen einströmen. Aus dem Raum 13 treten diese Massen in die Beschaufelung der vierstufigenAxialturbine, deren Leitschaufelringe 14 bis 17 mit dem Gehäuse 18 und deren Laufschaufelringe ig bis 22 mit dem Rotor 23 verbunden sind. Das Gehäuse 18 ist mit einem Flansch versehen und mit der Wand i i verschraubt. Die Verdichterräder i und 3 sind mit der Welle 24 verkeilt. Die Welle 24 hat die Lager 25 und 26, wobei das Gehäuse des Lagers 25 durch Rippen 27 mit der Wand 8 verbunden ist. An dem außenliegenden Ende der Welle 24 ist eine Wellenkupplung 28 zur Weiterleitung der Turbinen-Leistung angeordnet. An dem innenliegenden Ende der Welle 24 befindet sich innerhalb des Gehäuserings, welcher das Lager 26 hält, eine Wellenkupplung 2o gegenüber der Kupplung 3o an der Welle31 des Turbinenrades. Diese Kupplungen verbinden beide Wellen. Der Rotor 23 ist mit der Welle 31 verkeilt, und die Welle ist durch die Lager 32 und 33 gehalten. Das Lager 33 ist in einem durch kippen 3:I mit dem Gehäuse 18 verbundenen Ring untergebracht.In Fig. I, the path of the air is indicated by flow arrows, respectively of the gas indicated by the turbine. The air passes through the inlet of the compressor wheel i, flows through the diffuser 2 and then becomes the second compressor wheel 3 supplied. The air also flows through the diffuser q. and gets through openings 5 of the wall 6 into the chamber 7. The housing of the compressor wheels i and 3 is through the wall 6 and the cover 8 are formed, causing the seal between the wheels the partitions 9 and 10, which are connected to the cover 8 by screws. The chamber 7 is formed by the walls 6 and i i and the ring 12. In the chamber 7 two elongated combustion and air spaces are housed, of which circular Cross sections are visible in Fig. I. Inside the ring 12 and between the walls 6 and i i is the collecting space 13 into which the gas and air masses flow. These masses enter the blading of the four-stage axial turbine from space 13, their guide vane rings 14 to 17 with the housing 18 and their rotor vane rings ig to 22 are connected to the rotor 23. The housing 18 has a flange provided and screwed to the wall i i. The compressor wheels i and 3 are with the shaft 24 is keyed. The shaft 24 has the bearings 25 and 26, the housing of the Bearing 25 is connected to wall 8 by ribs 27. At the far end of the shaft 24 is a shaft coupling 28 for forwarding the turbine power arranged. At the inboard end of the shaft 24 is located within the Housing ring, which holds the bearing 26, a shaft coupling 2o opposite the coupling 3o on the shaft31 of the turbine wheel. These couplings connect both shafts. Of the Rotor 23 is keyed to shaft 31, and the shaft is supported by bearings 32 and 33 held. The bearing 33 is connected to the housing 18 by tilting 3: I Ring housed.

Abb. 2 zeigt in der Ebene A-A der Abb. i die Außenbegrenzung des Raumes 7 durch die Wand i i, und mehr innerhalb liegend ,den Ring 12. Durch den Ring 12 dringen die beiden rohrförmigen Räume 35, die jeder für sich mit einem rohrförmigen Brennraum 36 in Verbindung-stehen. Am Anfang jedes Brennraumes 36 befindet sich ein Klappenventil 37, welches die Einströmung zuläßt, aber ein Rückströmen von Gas bei der Verpuffung verhindert oder doch wenigstens weitgehend unterdrückt. Ebenso befinden sich Ventile 38 für die zusätzliche Luft am Anfang der Lufträume 35. Das Treibgas und die beschleunigte Luft strömen absatzweise in den Raum 13. Bei dieser Strömung im Raum 13 findet bei ausgeglichenem Druck der beiden Strö-. mungsbestandteile ein Ausgleich der Pulsationsbewegung und der Temperaturen statt, so daß nur unerhebliche Schwankungen um einen Mittelwert verbleiben. Dieser Ausgleich kann auch durch be sondere Einbauten für die Stromführung unter. stützt werden. Die im Raum 13 kreisende Strömung tritt nach der einen Seite in die Beschaufelung der Turbine über, die in Abb.2 durch die Ansicht auf den Leitschaufelring 14 erkennbar ist.Fig. 2 shows in the plane A-A of Fig. I the outer boundary of the room 7 through the wall i i, and more within it, the ring 12. Through the ring 12 penetrate the two tubular spaces 35, each with a tubular Combustion chamber 36-connected. At the beginning of each combustion chamber 36 is located a flap valve 37 which allows inflow but backflow of gas prevented or at least largely suppressed during deflagration. as well there are valves 38 for the additional air at the beginning of the air spaces 35. Das Propellant gas and the accelerated air flow intermittently into room 13 Flow in space 13 takes place when the pressure of the two streams is balanced. components a compensation of the pulsation movement and the temperatures takes place, so that only insignificant Fluctuations around a mean value remain. This compensation can also be achieved through be special fixtures for the power supply under. be supported. The one circling in room 13 One side of the flow passes into the blades of the turbine, which in Fig.2 can be seen through the view of the guide vane ring 14.

Um die periodischen Verbrennungen in den Brennräumen 36 einzuleiten, sind die Räume mit Zündkerzen 39 versehen. Die Einführung von Brennstoff geschieht durch die Düsen 40, die von den Brennstoffleitungen 41 gespeist werden. Zum Anlassen der Turbine kann z. B. zugleich mit der anfänglichen Einführung von Brennstoff auch Verbrennungsluft in einer Menge in jedes der Rohre 36 eingeblasen werden, die eine wenigstens teilweise Füllung jedes Rdhres@36 mit Gem:i.schergibt, worauf die Zündung betätigt wird, oder aber die Verdichter werden zusammen mit dem Turbinenrotor in Drehung versetzt, so daß eine Luftströmung in den Rohren 36 entsteht, in die sodann Brennstoff gegeben und gezündet wird. Nach einmaliger Zündung durch die Kerze 39 oder auch durch eine andere Wärmequelle vollziehen sich die weiteren Zündungen selbsttätig.In order to initiate the periodic combustion in the combustion chambers 36, the spaces are provided with spark plugs 39. The introduction of fuel happens through the nozzles 40 fed by the fuel lines 41. For starting the turbine can e.g. B. at the same time with the initial introduction of fuel too Combustion air can be blown into each of the tubes 36 in an amount, the one at least partial filling of each thread @ 36 with Gem: i shears, whereupon the ignition is actuated, or the compressors are operated together with the turbine rotor in Rotation offset, so that an air flow arises in the tubes 36, in which then Fuel is given and ignited. After a single ignition by the candle 39 or by another heat source, the further ignitions take place automatically.

Im periodischen Betrieb ergibt sich während der Verpuffung von Treibgemisch in dem einen der Rohre 36 eine Vorwärtsbeschleunigung der Luft in dem Teil des Raumes 35, der in Richtung der Strömung vom Auslaß des Rohres 36 an verläuft. Die in dem rückwärtigen Teil des Rohres 35 befindliche Luft, bis zum Ventil 38 reichend, kommt währenddessen zur Ruhe und wird darüber hinaus zum Ventil 38 hin beschleunigt und verdichtet. Wenn sodann der Druck der Verbrennungsgase am Austritt des Rohres 36 abgefallen ist, findet das Ein.-strömen frischer Verbrennungsluft in Rohr 36 und eine Ausdehnung der Luft im Rohr 35 statt. Die Ausströmung am Ende des Rohres 35 führt bald dazu, daß sich auch die Luft ausdehnt, die sich in dem Teil des Rohres 35 befindet, der zwischen dem Auslaß des Rohres 36 und dem Ventil 38 liegt. Daran anschließend erfolgt eine Nachströmung frisches Luft durch das sich öffnende Ventil 38 hindurch infolge der Trägheit der Luftströmung in Rohr 35. Damit ergibt sich eine vollständige oder teilweise Neufüllung des Rohres 35 mit frischer zusätzlicher Luft. Der Raum 35 für die Zusatzluft ist gemäß der Erfindung teilweise hinter dem Auslaß des Brennraumes 36 angeordnet, wobei in diesem Teil der Einlaß für die Zusatzluft von dem Auslaß des $rennraumes 36 so weit entfernt angeordnet ist, daß er eine Eigenschwingung der darin befindlichen Luft mit annähernd der Frequenz des Brennraumes 36 ergibt.In periodic operation, during the deflagration of the propellant mixture in one of the tubes 36, there is a forward acceleration of the air in that part of the space 35 which runs in the direction of the flow from the outlet of the tube 36. The air located in the rear part of the tube 35, reaching as far as the valve 38, comes to rest during this time and is also accelerated and compressed towards the valve 38. When the pressure of the combustion gases at the outlet of the pipe 36 has then fallen, fresh combustion air flows into the pipe 36 and the air in the pipe 35 expands. The outflow at the end of the tube 35 soon leads to the fact that the air which is located in the part of the tube 35 which lies between the outlet of the tube 36 and the valve 38 also expands. This is followed by a post-flow of fresh air through the opening valve 38 as a result of the inertia of the air flow in the pipe 35. This results in a complete or partial refilling of the pipe 35 with fresh additional air. The space 35 for the additional air is arranged according to the invention partially behind the outlet of the combustion chamber 36, in this part the inlet for the additional air is arranged so far away from the outlet of the rennraumes 36 that it carries a natural oscillation of the air therein approximately the frequency of the combustion chamber 36 results.

Um eine erwünscht große Menge an zusätzlicher Luft zu erhalten ist es vorteilhaft, den Querschnitt des Raumes für die Zusatzluft größer auszuführen als den Querschnitt des Brennraumes in seinem für die Pulsationsschwingung wesentlichen Teil. Bei zylindrischen Röhren mit gleichbleibendem Durchmesser ist dies die Gesamtlänge.In order to obtain a desirably large amount of additional air it is advantageous to make the cross-section of the room for the additional air larger than the cross section of the combustion chamber in its essential for the pulsation oscillation Part. at cylindrical tubes of constant diameter this is the total length.

Durch die Beschleunigung zusätzlicher Luft wird die Geschwindigkeit der Strömung herabgesetzt. Damit ist die Möglichkeit gegeben, auch dieRelativgeschwindigkeit der strömenden Gase gegen die Beschaufelung der Turbine klein zu halten, ohne daß eine zu große Stufenzahl für die Turbine gewählt werden muß. . Bei geringen Relativgeschwindigkeiten besteht keine erhebliche Wirkung von kleinen, festen Bestandteilen der Strömung auf die Beschaufelung. Deshalb können auch feste Brennstoffe, die in der Regel Aschebestandteile enthalten, ohne Nachteil für die Beschaufelung verwendet werden, wodurch ein besonderer technischer Vorteil erreicht wird. Dabei ist es ohne weiteres gegeben, gröbere Ascheteilchen in den strömenden Gasen vor ihrem Eintritt in die Beschaufelung durch kr$isende Bewegung des Gasstroms auszuscheiden.By accelerating additional air, the speed increases the current decreased. This enables the relative speed to keep the flowing gases against the blades of the turbine small without too large a number of stages must be selected for the turbine. . At low relative speeds there is no significant effect of small, solid particles in the flow on the blading. This is why solid fuels, which are usually ash components, can also be used can be used without any disadvantage for the blading, creating a special technical advantage is achieved. There is no problem with coarser ash particles in the flowing gases before their entry into the blading by means of corroding Excrete movement of the gas flow.

Für die Beaufschlagung eines Turbinenrades ist es technisch vorteilhaft, das strömende Mittel unter konstantem Druck und mit gleichem spezifischem Gewicht zuzuführen. Dies ergibt sich in manchen Fällen ohne- weiteres infolge der hohen Frequenz der Pulsationen und ihres Ausgleichs indem Raum, der für die Stromführung ohnehin erforderlich ist. Um eine in jedem Fall ausreichende Gleichmäßigkeit der Strömung hinsichtlich Druck und Geschwindigkeit zu erreichen, ist die Anordnung eines besonderen Ausgleichraumes 13 zwischen dem Auslaß des Raumes für die Beschleunigung der Zusatzluft 35 und -der Turbinenbeschaufalung, z B. dem Leitring 14, vorteilhaft. Ein derartiger Ausgleichraum führt ferner zu einem praktisch vollständigen Ausgleich der Temperaturen der Strömungsbestandteile. Dieser ergibt sich teilweise durch Wärmestrahlung und teilweise durch Mischung der Bestandteile. Da die Bestandteile der Strömung im wesentlichen gleiche Geschwindigkeiten und Drücke aufweisen, vollzieht sich der Ausgleich ohne nennenswerten Energieverlust, im Gegensatz zu den Vermischungen bei Ejektoren. Der Förderung einer gleichmäßigen Strömung dient ferner die in den Abb. z und: .2 .dargestellte Anordnung. des Raumes für die Zusatzluft, weil dabei in den Zeiten zwischen den Verpuffungen der Brenngase eine Luftausströmung aus dem Raum zwischen dem Auslaß des. Rohres 36 und dem Ventil 38 %stattfindet, die ausgleichend wirkt. Sodann ergibt die dargestellte Anordnung einen weiteren Ausgleich infolge des Betriebes von zwei gleichartigen Brenn-und Lufträumen. Es stellt sich dabei eine Ver= Setzung der Pulsationen beider Aggregate um 180 Winkelgrade ein, wie aus Betriebsversuchen parallel liegender Verbrennungsrohre zu schließen ist. i1: dem Ausgleichraum 13 ergibt sich somit eine Periodizität der Strömung, die eine doppelt so hohe Frequenz hat wie eines der Verbrennungsrohre. Da ein wesentlicher Teil der -Gesamtenergie` in Druckenergie aus der Gleichraumverbrennung in den Röhren 36 vorliegt, besteht eine Energie der Strömung, deren Schwankung nur einen Teilbetrag der Gesamtenergie ausmacht. Um eine geschlossene Bauart einer Turbine zu erhalten und den unerwünschten Abfluß von Wärme tunlichst zu-vermeiden, ist es vorteilhaft, den langgestreckten Brennraum und den Raum für die zusätzlichen Luftmassen wenigstens teilweise bogenförmig gewunden auszuführen. Dadurch wird eine Verringerung der die Turbine umschließenden Fläche und zugleich. eine bauliche Anordnung von geringerer Ausdehnung erzielt.In order to act on a turbine wheel, it is technically advantageous to supply the flowing medium under constant pressure and with the same specific weight. In some cases, this is a straightforward result of the high frequency of the pulsations and their compensation in the space that is already required for conducting the current. In order to achieve sufficient uniformity of the flow in terms of pressure and speed in any case, the arrangement of a special compensation space 13 between the outlet of the space for the acceleration of the additional air 35 and the turbine casing, e.g. the guide ring 14, is advantageous. Such a compensation space also leads to a practically complete compensation of the temperatures of the flow components. This results partly from thermal radiation and partly from mixing the components. Since the components of the flow have essentially the same speeds and pressures, the compensation takes place without any significant loss of energy, in contrast to the mixing in ejectors. The arrangement shown in Figs. Z and: .2 also serves to promote an even flow. of the space for the additional air, because in the times between the deflagration of the combustion gases an air outflow from the space between the outlet of the pipe 36 and the valve 38% takes place, which has a balancing effect. The arrangement shown then provides a further compensation as a result of the operation of two combustion and air spaces of the same type. This results in a displacement of the pulsations of both units by 180 degrees, as can be deduced from operational tests with combustion tubes lying parallel to one another. i1: the compensation space 13 thus results in a periodicity of the flow which has a frequency twice as high as that of one of the combustion tubes. Since a substantial part of the "total energy" is in pressure energy from the combustion in the same space in the tubes 36, there is an energy in the flow, the fluctuation of which makes up only part of the total energy. In order to obtain a closed design of a turbine and to avoid the undesired outflow of heat as much as possible, it is advantageous to make the elongated combustion chamber and the space for the additional air masses at least partially curved. This reduces the area surrounding the turbine and at the same time. a structural arrangement of smaller dimensions is achieved.

Um ferner die thermische Beanspruchung der Baustoffe gering zu halten und zugleich strömungstechnisch günstige bauliche Verhältnisse der Turbine zu erzielen, ist es vorteilhaft, die Gewichtsmenge der zusätzlich eingeführten Luft größer zu machen als die Gewichtsmenge des Treibgemisches.In order to keep the thermal stress on the building materials low and at the same time to achieve structural conditions of the turbine that are favorable in terms of flow technology, it is advantageous to increase the weight of the additionally introduced air make than the amount by weight of the propellant mixture.

Die Einführung zusätzlicher Luft kann in einigen Fällen dadurch verbessert werden, daß diese vor ihrer Einführung auf erhöhten Druck gebracht wird. Dies kann schwingungstechnisch durch Koppelung einer schwingenden Luftsäule oder durch einen Verdichter mit stetiger Förderung von Luft bewirkt werden. Vorteilhaft ist es ferner, die Verhrenriungsluft (oder das Verbrennungsgemisch) und die Zusatzluft vor ihrer Einführung in ihre Räume durch die Energie des Turbinenrades auf erhöhten Druck zu bringen. Dadurch, daß das gesamteDruckniveau erhöht wird, ergibt sich außer einer Verringerung des baulichen Aufwandes für den Brenn--und> Zusatzluftraum eine Steigerung der Intensität des Verbrennungsvorganges und eine Erhöhung des Wirkungsgrades. Durch diese Maßnahme kann außerdem die Intensität der zündenden Stoßwelle gesteigert und damit die Gleichraumverbrennung begünstigt werden.In some cases this can improve the introduction of additional air that this is brought to increased pressure before its introduction. This can vibrationally by coupling a vibrating column of air or by a Compressor can be effected with constant conveyance of air. It is also advantageous the Verhrenriungsluft (or the combustion mixture) and the additional air before their Introduction to their rooms by the energy of the turbine wheel at increased pressure bring to. By increasing the overall pressure level, there is but one Reduction of the structural effort for the combustion and> additional air space an increase the intensity of the combustion process and an increase in efficiency. By this measure can also increase the intensity of the igniting shock wave and so that the combustion in the same space is favored.

Eine besonders vereinfachte Konstruktion wird erreicht, wenn die Verbren nungs- und Zusatzlufträume ganz oder teilweise an dem Turbinenrad angeordnet sind. Eine derartige Anordnung ergibt sich beispielsweise nach Abb. a, wenn dort die Lage der Rohre 35 und 36 vertauscht wird. Die Ventile 37 würden dann auf kleinerem Radius, und die Auslaßquerschnitte der Rohre 35 auf größerem Radius liegen, und diese Rohre würden den Rotor der Turbine, wenigstens teilweise, bilden. Die- verbleibende Energie der ausströmenden Massen kann dann nach bekannten Ausführungen mittels Beschaufelungen zur Unterstützung der Drehenergie des Rotors verwendet werden. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß dieDruck -energie der strömenden Massen unmittelbar als Drehenergie verwendet wird.A particularly simplified construction is achieved when the burn tion and additional air spaces are wholly or partially arranged on the turbine wheel. Such an arrangement is obtained, for example, according to Fig. A, if there the position the tubes 35 and 36 is interchanged. The valves 37 would then be on a smaller radius, and the outlet cross-sections of the tubes 35 are on a larger radius, and these tubes would form the rotor of the turbine, at least in part. The remaining energy the outflowing masses can then, according to known designs, by means of blades can be used to support the rotational energy of the rotor. A particular advantage This version consists in that the pressure energy of the flowing masses directly is used as rotational energy.

Die aus der Turbine ausströmenden Gase enthalten eine Wärmemenge, die zur Steigerung des Wirkungsgrades. der Turbine benutzt werden kann. Demnach ist es vorteilhaft, die Abgase der Turbine durch Wärmeaustauscher zu führen, in denen die Übertragung eines Teils dieser Wärme auf die einzuführende Luft erfolgt.The gases flowing out of the turbine contain an amount of heat those to increase the efficiency. the turbine can be used. Therefore it is advantageous to lead the exhaust gases from the turbine through heat exchangers, in which transfer part of this heat to the air to be introduced.

Andererseits kann die aus der Turbine ausströmende Energie der Gase auch einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Dies ist beispielsweise gegeben, wenn es sich um. die Erzeugung von Reaktionskraft handelt, die zum Antrieb eines Flugzeugs od. dgl. dienen soll. In derartigen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Energie des Turbinenrades im wesentlichen nur zum Antrieb eines Verdichters für die benötigte Luft und die verbleibende Energie der Gase zum Erzeugen von Reaktionskraft benutzt wird.On the other hand, the energy of the gases flowing out of the turbine can also be used for other purposes. This is the case, for example, when it comes to. the generation of reaction force is required to drive a Aircraft or the like should serve. In such cases it is advantageous if the energy of the turbine wheel essentially only to drive a compressor for the required Air and the remaining energy of the gases are used to generate reaction force will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Gas turbine with intermittently repeated, automatic Ignition of propellant mixture by shock wave in an elongated combustion chamber and with additionally introduced air that is colder than the combustion gas, which is the Outlet of the combustion chamber between the deflagrations of the combustion gases in an acceleration chamber, is intermittently upstream in the manner of a piston, characterized in that the inlet the acceleration chamber (35) for the additional air from the outlet of the combustion chamber (36) is arranged so far away that this part of the acceleration space (35) a natural oscillation of the air in it with approximately the frequency of the combustion chamber results.

2. Gas turbine according to claim i, characterized in that the cross section of the acceleration space (35) for the additional air is greater than the cross section of the combustion chamber (36).

3. Gas turbine according to claim i or 2, characterized in that the propellant mixture consists of. Air and ash-containing fuel is formed. q .. Gas turbine according to claim i to 3, characterized in that the combustion chamber (36) and the space for the additional air masses (35) are at least partially curved in an arcuate manner. 5. Gas turbine according to claim i to q., Characterized in that the amount by weight of the additionally introduced air is greater than the amount by weight of the propellant mixture. 6. Gas turbine according to claim i to 5, characterized in that the exhaust gases from the turbine are passed through heat exchangers for the transfer of heat to at least part of the introduced air. References: French Patent No. 966 308; USA. Pat. No. 2 5 i7 822nd