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Publication number: DEH0012229MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 19. April 1952 Bekanntgemacht am 30. Mai 195CRegistration date: April 19, 1952. Advertised on May 30, 195C

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Bei Strahltriebwerken und Gasturbinenanlagen, die mit einer Zellenradschleuse ausgerüstet sind und bei denen der Vorverdichter von der Brennkammer und der Arbeitsturbine stets durch diese Zellenradschleuse getrennt ist und die Arbeitsgase vorwiegend thermisch verdichtet werden, d. h. durch Wärmezufuhr bei konstantem Volumen, muß durch künstliche Veränderung der Strömungsverhältnisse in den benachbarten Bauteilen erreicht werden, daß die Spülung und das Aufladen der Kammern des Zellenrades stattfindet. Innerhalb des Zellenrades erfolgt keine Energieumwandlung. Die Strömungsveränderungen hängen aber weitgehend von dem jeweiligen Betriebszustand des Gerätes ab.For jet engines and gas turbine systems, which are equipped with a rotary valve and which have the pre-compressor from the combustion chamber and the working turbine is always separated by this rotary valve and the working gases are predominantly thermally compressed, d. H. by supplying heat at constant volume, must go through artificial changes in the flow conditions in the neighboring components are achieved, that the flushing and charging of the chambers of the cellular wheel takes place. Within the The cellular wheel does not convert any energy. The flow changes are largely dependent on the respective operating status of the device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spülung und das Aufladen des Rades in einwandfreier Weise durchzuführen und einen großen Teil der Widerstände, die innerhalb des Brennkammerkreislaufes entstehen, auszugleichen. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß ao das Zellenrad als Gebläse derart ausgebildet ist, daß die im wesentlichen ruhend in den Erhitzungskreislauf eingebrachte Luft so weit beschleunigt wird, daß die Luft die Strömungswiderstände im Erhitzungskreislauf überwindet. Zu diesem Zweck ist das Zellenrad so ausgebildet, daß die eintretenden Stromfäden bei einem kleineren Radius als beim Austritt liegen. Es ist jedoch auch möglich, in Kanälen mit nicht reiner Axiallage tragflügelartige Einbauten vorzusehen, die dem durchströmenden Medium weiterhin Energie auf Kosten des Zellenraiddrehmoments zuführen. Die Energie-The invention is based on the task of flushing and charging the wheel in perfect condition Way to carry out and a large part of the resistances that are within the combustion chamber circuit arise to compensate. The object is achieved according to the invention in that ao the cellular wheel is designed as a fan in such a way that the air introduced essentially at rest into the heating circuit is accelerated to such an extent is that the air overcomes the flow resistance in the heating circuit. To this end the bucket wheel is designed so that the entering stream filaments at a smaller radius than lie at the exit. However, it is also possible to use an airfoil-like shape in channels with a non-pure axial position Provide built-in components that continue to put energy at the expense of the medium flowing through of the cell radial torque. The energy-

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zufuhr erfolgt also dadurch, daß das Zellenrad ähnlich einem Gebläse ausgeführt wird. Es ist demnach auch in bekannter Weise anzutreiben, d. h. kraftschlüssig entweder direkt mit der Welle der Hauptturbine oder über ein Getriebe zwecks Anpassung der Drehzahl an die Hauptturbine oder den Hauptverdichter anzuschließen. Es kann aber auch eine derartige Verbindung ganz fehlen oder auch nur zur Drehzahlangleichunig und Stabi'lisierung dienen, wenn die aus dem Zellenrad austretende Energie während des Expansionsabschnittes, d. h. während der Zeit, wo das heiße Hochdruckgas aus der Zelle ausströmt, der Austrittskanal und der Austritt aus¹ dem Zellenrad selbst so gestaltet sind, daß eine Strömungskomponente in tangentialer Richtung entsteht und damit ein Reaktionsmoment auf die Zellenradschleuse selber. Es erfolgt also die zusätzliche mechanische Energieübertragung auf das Strömungsmittel zwischen Ein- und Austritt der Brennkammer und deren Ausnutzung mit Hilfe des Zellenrades durch die Verschiedenheit seiner Ein- und Austrittsdurchmesser. supply takes place in that the cellular wheel is designed similar to a fan. It is accordingly to be driven in a known manner, ie to be connected in a non-positive manner either directly to the shaft of the main turbine or via a gear unit for the purpose of adapting the speed to the main turbine or the main compressor. However, such a connection can also be completely absent or it can only be used for speed equalization and stabilization if the energy emerging from the cellular wheel is during the expansion section, i.e. during the time when the hot high-pressure gas is flowing out of the cell, the outlet channel and the outlet from ¹ the rotary valve itself are designed so that a flow component arises in the tangential direction and thus a moment of reaction on the rotary valve itself. There is therefore the additional mechanical energy transfer to the fluid between the inlet and outlet of the combustion chamber and its utilization with the help of the star feeder due to the difference in its inlet and outlet diameters.

In der. Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigtIn the. The subject matter of the invention is shown in some exemplary embodiments in the drawing, and although shows

Abb. ι einen Längsschnitt durch ein Strahltriebwerk, ■'" ■ . .Fig. Ι a longitudinal section through a jet engine, ■ '"■..

Abb. 2 die Verbindung des .Zellenrades mit der Schubdüse im Längsschnitt,Fig. 2 shows the connection of the cellular wheel with the thrust nozzle in a longitudinal section,

Abb. 3 die Aufteilung der Gase zum Antrieb einer Turbine und zur direkten Führung in die Schubdüse,Fig. 3 the distribution of the gases for the drive a turbine and for direct guidance into the exhaust nozzle,

Abb. 4 die Ausbildung des Zellenrades bei einer direkten Führung zur Turbine,Fig. 4 the design of the cell wheel with direct guidance to the turbine,

Abb. 5 eine schaubildliche Darstellung der Zellenradkammern,Fig. 5 is a diagrammatic representation of the cellular wheel chambers,

Abb. 6 die Seitenansicht einer Kammer gemäß Abb. 5,Fig. 6 the side view of a chamber according to Fig. 5,

Abb. 7 eine weitere Ausführungsform eines schaubildlich dargestellten Zellenrades und
Abb. 8 die zugehörige Seitenansicht.
Im Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 ist ein Zweikreisstrahltriebwerk dargestellt. Vom Vorverdichter 1 erfolgt im Hauptkreis die Führung der Luft über den Hauptverdichter 2 zum Zellenrad 3. Die verdichtete Luft gelangt dann von der Kammer 4 des Zellenrades 3 in die Brennkammer 5 und wird aufgeheizt in die Kammern des Zellenrades zurückgeführt, um dann über die Turbine 9 bzw. „ durch die Kanäle 6 direkt zur Schubdüse 7 zu gelangen. Im Nebenkreis 8 wird die vorverdichtete Luft unmittelbar der Schubdüse 7 zugeführt.Fig. 7 a further embodiment of a diagrammatically shown cell wheel and
Fig. 8 the associated side view.
In the embodiment according to Fig. 1, a two-circle jet engine is shown. From the pre-compressor 1, the air is routed in the main circuit via the main compressor 2 to the cellular wheel 3. The compressed air then passes from the chamber 4 of the cellular wheel 3 into the combustion chamber 5 and is heated back into the chambers of the cellular wheel to then pass through the turbine 9 or “to get through the channels 6 directly to the thrust nozzle 7. In the secondary circuit 8, the pre-compressed air is fed directly to the thrust nozzle 7.

Durch die Verschiedenheit der Ein- und Austrittsdurchmesser des Zellenrades 3 erfolgt mecha-.. nisch eine Energieübertragung auf das Strömungsmittel und deren Ausnutzung zwischen dem Ein- und Austritt der Brennkammer.Due to the difference in the inlet and outlet diameters of the bucket wheel 3, mechanical .. an energy transfer to the fluid and its utilization between the and exit of the combustion chamber.

In der Abb. 2 ist die Verbindung des Zellenrades 3 mit den Kammern 4 und der Schubdüse im .. Längsschnitt dargestellt. Der mittlere Eintrittsdurchmesser der axialen Schleuse 4 ist kleiner als der mittlere Austrittsdurchmesser. Von den Kammern 4 gelangen die Gase zur Turbine 9 bzw. in die Brennkammer 5. -In Fig. 2 is the connection of the cell wheel 3 with the chambers 4 and the nozzle in the .. Longitudinal section shown. The mean inlet diameter of the axial lock 4 is smaller than the mean exit diameter. From the chambers 4, the gases reach the turbine 9 or into the Combustion chamber 5. -

Das gleiche gilt auch für die Abb. 3 und 4, in denen schematisch gezeigt ist, welchen Weg die einzelnen Gase, die die Austrittsöffnungen des Zellenradgehäuses 4 verlassen,, nehmen. Es wird hier gezeigt, daß einmal nur der Teil, der mit konstantem Druck die Zellenschleuse verläßt, zur Turbine 9 zurückgeführt wird, während der vorexpandierte Teil der Gasmenge über das Turbinenrad hinweggeführt wird, weil seine stark wechselnde Geschwindigkeit eine günstige Auslegung des Laufkörpers und des Leitkö.rpers der Turbine nicht zuläßt. Zum anderen ist aus der Abb. 4 zu ersehen, wie vom Zellenrad 3 aus den* Kammern 4 die Gase eine direkte Führung zur Turbine 9 aufweisen.The same applies to Figs. 3 and 4, in which it is shown schematically which way the individual Gases that leave the outlet openings of the bucket wheel housing 4, take. It is shown here that once only the part that leaves the cell lock at constant pressure goes to the turbine 9 is returned, while the pre-expanded part of the amount of gas is passed over the turbine wheel is, because its rapidly changing speed, a favorable design of the running body and the Leitkö.rpers of the turbine does not allow. On the other hand, it can be seen from Fig. 4, As from the star feeder 3 from the * chambers 4, the gases have a direct line to the turbine 9.

Die Abb. 5 zeigt eine schaubildliche Darstellung einer Zellenradschleuse mit axialem Eintritt und radialem Austritt. Die Energiezufuhr entspricht bei dieser Ausbildung im wesentlichen der vergrößerten Umfangsgeschwindigkeit der mittleren Eintrittsdurchmesser 10 zum Austrittsdurchmesser 11. . .Fig. 5 shows a diagrammatic representation of a rotary valve with an axial inlet and radial exit. In this design, the energy supply corresponds essentially to the enlarged one Circumferential speed of the mean inlet diameter 10 to the outlet diameter 11.. .

In der Abb. 6 ist dargestellt, daß bei einem axialen Eintritt in die Kammer 4 der Eintrittsradius 10 kleiner' als der Austrittsradius am radialen Austritt Ii ist, so daß die eintretenden Stromfäden .beim Austritt eine Energieänderung erfahren. · ■In Fig. 6 it is shown that with an axial entry into the chamber 4, the entry radius 10 is smaller than the exit radius at radial exit Ii is, so that the entering stream filaments .beim exit an energy change Experienced. · ■

Die Abb. 7 zeigt eine schaubildliche Darstellung einer Zellenradschleuse mit radialem Eintritt 12 und ebenfalls radialem Austritt 13. Aus der Schnittdarstellung der Abb. 8 ist ersichtlich, daß auch bei dieser Ausführungsform die Stromfäden beim Austritt 13 auf einem größeren Radius als beim Eintritt 12 liegen.Fig. 7 shows a diagrammatic representation of a rotary valve with radial inlet 12 and also radial outlet 13. From the sectional view of Fig. 8 it can be seen that also with In this embodiment, the flow filaments at exit 13 have a larger radius than at entry 12 lie.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Jet engine, which is equipped with a rotary valve and in which the working gases predominantly thermal, d. H. by supplying heat at a constant volume, compressed are, characterized in that the cellular wheel is designed as a fan in such a way that the essentially stationary air introduced into the heating circuit accelerates so far is that the air overcomes the flow resistance in the heating circuit.

2. jet engine according to claim 1, characterized characterized in that the cellular wheel is designed in such a way that the current filaments passing through at the entrance are at a smaller radius than at the exit.

3. Jet engine according to claims 1 and 2, characterized in that airfoil-like in channels with a not pure axial position Internals are provided, which continue to supply energy to the medium flowing through Supply the cost of the rotary feeder ■ torque.

1 sheet of drawings