AT150204B - Verbrennungsturbine. - Google Patents

Description

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  Verbrennungsturbine. 



   Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsturbinen für flüssige oder gasförmige Brennstoffe mit zweckmässig in Form zylindrischer Höhlungen ausgebildeten Stosskammern im Laufrad, in welche die Brenngase hinein wirksam sind. Bei den bekannten Turbinen dieser Art ist die Mündungsöffnung der tangentialen Stosskammern im Zylindermantel des Laufrades gelegen, wodurch nicht nur eine ungenügende Abdichtung erzielbar ist, sondern auch die Anordnung des bzw. der Brennstoffverdichter sowie auch der   Ein-undAuslassorgane   für den Treibstoff lediglich unter Benutzung von Verluste herbeiführenden Leitungen   möglich   ist. 



   Den Gegenstand der Erfindung bildet nun eine Verbrennungsturbine, welche den vorgenannten Nachteilen aus dem Wege geht, indem die   Stosskammern   beiderseits der Mittelebene des Laufrades innerhalb Tangentialebenen zu letzterem, aber mit ihren Achsen zur   Mittelebene schräg   gestellt angeordnet und ihre Mündungsöffnungen in die   Stirnflächen   des Laufrades verlegt sind. Dies hat zur Folge, dass der Laufradspalt von ebenen   Passflächen   umgrenzt ist und die Kompressoren unmittelbar an die Deckel des Laufradgehäuses angebaut werden können. 



   Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise   Ausführungsform   des Erfindungsgegenstandes dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 die Verbrennungsturbine im Längsschnitt, Fig. 2 eine Seitenansicht auf das Turbinengehäuse, Fig. 3 eine schematische Übersieht über die Anordnung der Laufrad-Stosskammern und der ihnen zugeordneten Kompressoren und Fig. 4 die Stirnansicht einer Steuerscheibe für die Kom- 
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 Stosskammern 19 fallen je in die Tangentialebenen, welche im Mittelpunkt der Stosskammeröffnungen den Teilkreis berühren, sind aber innerhalb derselben-wenn man sie von der Mündungsöffnung der Stosskammern ausgehend im Sinne der Drehrichtung des Laufrades 14 betrachtet-unter einem spitzen Winkel gegen dessen Mittelebene gestellt (Fig. 1 und 3).

   In den Stosskammern 19 ist ein im Kammerboden verschiebbar gelagerter Kolben 20 untergebracht, der unter dem Einflusse einer Druckfeder 21 gegen die Mündungsöffnung der Stosskammer 19 gedrängt wird. Damit sich dort kein schädlicher Raum ergibt, ist das Stirnende des Kolbens 20 schräg abgeschnitten und schliesst bündig mit der Mündungs öffnung der Stosskammern 19 ab. Den Stosskammern 19 jeder Laufradseite sind im zugehörigen   Gehäusedeckel   15 mehrere gleichmässig angeordnete Einströmöffnungen 22 zugeordnet, über denen je der Zylinder 23 eines Kompressors auf der Aussenfläche der Deckel 15 starr befestigt ist.

   Die Kompressionszylinder   23 finden   eine weitere Stütze, indem vom Zylinderboden waagrechte Tragrahmen 24 für eine Lagerhülse 25 abstehen, welch letztere in Durchbrechungen von aufrecht mit der Sohlplatte 1 verbundenen Stützplatten 26 ruhen und der Kolbenstange 27 des Kompressorkolbens 28 ein   zusätzliches   Lager nahe ihrem freien Ende bieten.

   Da sowohl die Anzahl und Austeilung der Kompressoren   23, 28   und Einströmöffnungen 22 von derjenigen der   Stosskammem j ! 9 abweicht,   als auch die Kompressionszylinder 23 der beiden Maschinenseiten im Gegensatz zu den Stosskammern 19 koaxial liegen, gelangen während des Umlaufes des Laufrades 14 niemals mehrere Stosskammern 19 gleichzeitig vor ihre Ein- strömöffnung   22,   vielmehr erfolgt die Einströmung des Explosionsgemisches aufeinanderfolgend in eine Stosskammer 19 der einen und sodann in eine Stosskammer 19 der andern Laufradseite usw., was aus den Fig. 2 und 3 klar erkenntlich ist. Hiedurch wird aber ein möglichst gleichmässiger und stossfreier Lauf der Turbine erzielt.

   Im dargestellten Ausführungsbeispiele beträgt die Zahl der Stoss- kammern 19 drei und die der Kompressoren   28, 28   fünf auf jeder Laufradseite. Im übrigen ist jedoch die Anzahl der Stosskammern 19 und Kompressoren   23,   28 von der Grösse und Leistung der Maschine abhängig, wobei es die gewünschte Leistung auch erforderlich machen könnte, dass gleichzeitig immer zwei oder mehrere Stosskammern 19 wirksam werden. 



   Der Antrieb der Kompressoren 23, 28 erfolgt von zwei auf der Turbinenwelle 5 sitzenden Kurven- scheiben 29 aus, deren den Kompressoren   28, 28   zugewendete Stirnfläche zu einer Führungsbahn für die mit einer Führungsrolle   80   ausgestatteten Enden der Kolbenstangen 27 ausgebildet ist. Zu diesem Zwecke setzt sich die   Führungsbahn   aus mit der Anzahl der Stosskammern 19 jeder Laufradseite über- einstimmenden und gleichmässig ausgeteilten ebenen Teilen   81   und 32 zusammen, von denen die   Teile 31   über die Teile 32 um die Grösse des Hubes der Kompressorkolben 28 vorspringen und mit ihnen einerseits je durch eine schräge   Anlauffläche   33, anderseits durch eine ebensolche   Ablauffläche.   34 in Verbindung stehen.

   Damit die koaxial auf verschiedenen Maschinenseiten liegenden Kompressorkolben 28 ständig eine gegenläufige Bewegung ausführen, sind die Kolben 28 mittels einer an ihrer Kolbenstange 27   angreifendenParallelogrammführung 85 paarweise zusammengekuppelt,   wie auch die Kurvenscheiben29 um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt auf der Welle 5 befestigt sind, weshalb einem Teil   31   bzw. einer Anlauffläche 33 der einen Scheibe 29 ein Teil 32 bzw. eine   Ablauffläche   34 der andern Scheibe 29 gegenüberliegt und umgekehrt. 



   Zwecks   Abführung   der Restgase aus den Kompressorzylindern 23 weisen die Laufradscheiben 10, 13, u. zw. jeder Stosskammer 19 im geeigneten Abstand nachfolgend in das Innere des Turbinengehäuses 2 führende   Schlitzöffnungen 36 (Fig.   2) auf ; in dem Gehäuse 2 werden schliesslich die Gase bei der auch zur Kühlung des Laufrades 14 erfolgenden Berieselung mit Wasser niedergeschlagen und strömen samt dem sich entwickelnden Wasserdampf durch eine Düse 37 hindurch ab. Über die Düse 37 ist eine am Gehäuse 2 befestigte Glocke 38 gestülpt, an welche sich in der   Verlängerung   der Düse 37 ein Auspuffrohr 39 anschliesst.

   Um auch die Restgase aus den Stosskammern   19   zu entfernen, sind den einzelnen Kompressoren 23, 28 Abgasrohre 40 zugeordnet, die bei   Berücksichtigung   der Drehrichtung des Laufrades je von einer hinter den Kompressoren gelegenen Öffnung der Deckel 15 abgehen und sich in einem rund um das Gehäuse gelegten Sammelrohr 41 vereinigen, dessen Enden von beiden Seiten her unterhalb der Ausströmöffnung der Düse 37 in die Glocke   88   münden. 



   Das Ansaugen des Brennstoffes in die Kompressionszylinder 23 durch den Vergaser und ein vorgesehenes Rückschlagventil hindurch erfolgt ebenso wie die elektrische Zündung des Explosionsgemisches in bekannter Weise. Damit die Zündung immer genau in dem Zeitpunkt eintritt, in dem sich eine Stosskammer 19 vor einer Einströmöffnung 22 befindet, ist auf der Welle 5 eine im Primärstromkreis gelegene Unterbrecherscheibe 42 vorgesehen, deren Schaltlamellen in übereinstimmender Lage zu den Führungsbahnteilen 31 der Kurvenscheiben 29 und zu den Stosskammern 19 angeordnet sind. Die Unterbrecherseheibe 42 ist weiters derart eingerichtet, dass mit ihr die Herbeiführung von   Vor-und Nachzündungen ermöglicht   wird. Schalter 43 gestatten die Abstellung der Zündung in den einzelnen Kompressoren   23,   28 und somit deren Ausserwirksamsetzung. 



   Um die Kompressorzylinder 23 kann eine   Kühlschlange   44 gelegt sein. 



   Die Wirkungsweise der Maschine soll der Einfachheit halber an Hand der in Fig. 1 unten im Schnitte dargestellten Kompressoren 23, 28 erläutert werden und ist folgende : Sobald die Führungsrolle 30 der Kolbenstange 27 des linken Kompressors 23, 28 in den Bereich einer der Anlaufflächen 33 ihrer Kurvenscheibe 29 gelangt, liegt der Führungsrolle 30 des rechten Kompressors   23,   28 eine Ablauf- 

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   fläche 34 deren Kurvenscheibe 29 gegenüber, was zur Folge hat, dass im linken Kompressor die Verdichtung, im rechten Kompressor aber das Ansaugen der Verbrennungsgase in den beiden zu diesem Zeitpunkte durch die Laufradscheiben 10, 13 abgeschlossenen Kompressorzylindern 23 stattfindet. 



  Hat nun die Führungsrolle 30 des linken Kompressors 23, 28 den Teil 31 der Kurvenscheibe 29 erreicht, so setzt die Zündung in dem Augenblicke ein, als sich die Stosskammer 19 vor der Einströmöffnung 22 befindet, wodurch die expandierenden Gase in die Stosskammer 19 getrieben werden und auf das Laufrad 14 einen Impuls ausüben, welcher sich jedoch infolge des unter dem Einfluss der Pufferfeder 21 stehenden Kolbens 20 nicht in einem unvermittelt auftretenden Stoss auswirken kann. Da die Stosskammer 19 alsbald die Einströmöffnung 22 verlässt und vorerst durch den an die Stosskammermündung anliegenden Deckel 15 verschlossen wird, werden die Explosionsgase in der Stosskammer 19 zurückgehalten und üben weiterhin ihre Wirkung auf das Laufrad 14 aus.

   Inzwischen strömen bei der weiteren Drehung des Laufrades 14 die Restgase aus dem linken Kompressor 23, 28 durch die der Stosskammer 19 nachfolgende Sehlitzöffnung 36 der Scheibe 10 hindurch in das Innere des Gehäuses 2 und von dort durch die Düse 37 und das Auspuffrohr 39 ins Freie, worauf auch die Stosskammer 19 mit dem hinter dem betreffenden Kompressor 23, 28 gelegenen Abzugsrohr 40 zur Deckung kommt.

   Die ständig von den verschiedenen Kompressoren 23, 28 her aus der Düse 37 in das Auspuffrohr 39 ausgeblasenen Abgase bringen in der Glocke 38 eine Injektorwirkung hervor, derzufolge in den Abgasrohren 40 und dem Sammelrohr 41 für die Restgase der Stosskammern 19 ein das Abziehen der Gase herbeiführender Unterdruck vorherrscht. Überdies wird das Entgasen der Stosskammern 19 noch dadurch unterstützt, dass der Kolben 20 beim Absinken des Druckes in der Stosskammer 19 unter dem Einfluss seiner Feder 21 vorgetrieben wird und die Restgase ausschiebt. Während all dieser Vorgänge durcheilte die Führungsrolle 30 des linken Kompressors 23, 28 den Teil 31 seiner Kurvenscheibe 29, wogegen die mit dem Kurventeil 32 zusammenwirkende Führungsrolle 30 des rechten Kompressors 23, 28 den Kolben 28 in seiner zurückgezogenen Lage gehalten hat.

   Gleitet nun die Führungsrolle 30 des linken Kompressors 23, 28 über die Ablauffläche 34, diejenige des rechten Kompressors 23, 28 aber über die Anlauffläche 33, so tritt im linken Kompressor das Ansaugen und im rechten Kompressor die Verdichtung der Brenngase ein, worauf nunmehr die rechtsseitige Stosskammer 19 jedoch erst dann in Tätigkeit tritt, sobald sich der gleiche Vorgang in allen übrigen Stosskammern 19 abgespielt hat.

   Aus der Anzahl der Stosskammern 19 und Kompressoren 23, 28 im vorliegenden Ausführungsbeispiel ergibt sieh, dass dem Laufrad 14 pro Umdrehung dreissig Bewegungsimpulse erteilt werden, welche einen gleichmässigen Gang des Laufrades herbeiführen werden, zumal der Eintritt des Explosionsgemisches in die einzelnen Stosskammern 19 kurz aufeinanderfolgend und immer bereits zu einer Zeit erfolgt, als noch irgendeine der andern Stosskammern 19 dem Einfluss ihres Explosionsgemisches ausgesetzt ist. 



  Die bisherige Beschreibung der Wirkungsweise bezieht sich auf eine Verbrennungsturbine mit nur innerhalb eines einzigen Teilkreises gelegenen Stosskammern 19, die nach erfolgter Explosion des Brennstoffes die Restgase unmittelbar durch die Abgasleitungen 40, 41 ins Freie ausstossen. Da jedoch anzunehmen ist, dass diese Restgase noch eine beträchtliche Energie aufweisen, kann die Turbine als zwei-oder mehrstufige ausgebildet sein, indem das Laufrad 14 neben den Stosskammern 19 eine oder mehrere zusätzliche Serien von Stosskammern 45 aufweist, in welche die Restgase nach dem Verlassen der Stosskammern 19 aber vor ihrem Abgang aus der Maschine wirken.

   Diese ansonsten in gleicher Weise wie die Stosskammern 19 ausgestatteten Stosskammern 45 besitzen wegen der in den Stosskammern 19 erfolgenden teilweisen Expansion des Treibmittels grössere Ausmasse als letztere und sind auf einem andern Teilkreis oder Teilkreisen der Laufradscheibenpaare 10, 11 bzw. 12, 13 angeordnet. 



  Zwischen den Kompressoren 23, 28 und den nunmehr den je hintereinander schaltbaren Stosskammern 19, 45 gemeinsamen Abgasrohren 40 ist auf den Deekeln 15 eine Umlenkleitung 46 vorgesehen, die das Überströmen des Treibmittels von der Stosskammer 19 in die zugehörige Stosskammer 45 ermöglicht. 



  Aus den Stosskammern 19, 45 gelangen die Restgase gleichzeitig in die Abgasrohre 40 und 41 und von dort durch die Glocke 38 ins Freie. 



  In weiterer Ausbildung der Turbine könnten aber auch den Stosskammern 45 allenfalls unter Weglassung der Umlenkleitungen 46 Kompressoren 23, 28 zugeordnet sein, deren Betätigung unter einem von den mit entsprechenden Führungsbahnen 31, 32, 33, 34 ausgebildeten Kurvenscheiben 29 aus erfolgt. Je nachdem, ob die den verschiedenen Teilkreisen zugehörigen Kompressoren 23, 28 wirksam sind oder die einen oder andern ausgeschaltet werden, kann die Leistung der Maschine geändert werden. Zu diesem Zwecke kann die Führungsbahn oder Führungsbahnen 31, 32, 33, 34 der Kurvenscheiben 29 radial verschiebbar sein. 



  PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verbrennungsturbine mit zweckmässig in Form zylindrischer Höhlungen ausgebildeten Stosskammern im Laufrad, in welche die Brenngase hinein wirksam sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Stosskammern (19) beiderseits der Mittelebene des Laufrades (14) innerhalb Tangentialebenen zu letzterem, aber mit ihren Achsen zur Mittelebene schräg gestellt angeordnet sind.

Claims (1)

1. 2. Verbrennungsturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsöffnungen der Stosskammern (19) in die Stirnflächen des Laufrades (14) verlegt sind. <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 4. Verbrennungsturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Stosskammern (19) eine zweckmässig von ihrer Zahl abweichende Anzahl von Kompressoren (23, 28) zugeordnet ist, deren Steuerung in Abhängigkeit von der jeweiligen Lage der Stosskammern (19) zu den die Kompressoren (23, 28) mit den Stosskammern (19) in Verbindung bringenden Einströmöffnungen (22) erfolgt.

   5. Verbrennungsturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen (27) der Kompressoren (23, 28) der beiden Maschinenseiten dem Einflusse je einer Kurvenscheibe (29) ausgesetzt sind, welche auf der Turbinenwelle (5) befestigt sind und eine mit den Stosskammern (19) übereinstimmende sowie mit ihnen gleichliegende Anzahl von das Vorschieben der Kompressorkolben (28) durchführenden Kurvenbahnteilen (31) besitzen.

   6. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die EMI4.2 durch ein Gestänge ('35) auf gegenläufige Bewegung gekuppelt sind.

   7. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressoren (23, 28) unmittelbar auf den mit den Einströmöffnungen (22) versehenen Deckeln (15) des Turbinengehäuses (2) angebracht sind.

   8. Verbrennungsturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiderseitigen auf das Laufrad (14) eingeschliffenen Gehäusedeckel (15) mit geeigneten, ihre axiale Verschiebung zulassenden Kompensationsorganen, z. B. regelbaren Druckfedern (18), versehen sind, damit die Deckel (15) der Wärmeausdehnung des Laufrades folgen können.

   9. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Laufrad (14) hinter jeder Stosskammer (19) eine in das Turbinengehäuse (2) führende Ausströmöffnung (36) für die Restgase aus den Kompressoren (23, 28) und auf den Deckeln (15) hinter jedem Kompressor 28) eine Abgasleitung (40) für die Restgase aus den Stosskammern (19) vorgesehen sind, von denen die Abgasleitungen (40) mit Hilfe eines Sammelrohres (41) mit einer das Turbinengehäuse (2) entleerenden Auspuffdüse ('37) zou einem Injektor zusammengeschlossen sind.

   10. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 1 bis 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (14) aus im Abstand voneinander gehaltenen Scheiben (10, 11, 12, besteht, welche mit Kühlwasser berieselt sind und die Stosskammern (19) tragen.

   11. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtung jedes Kompressors (23, 28) mit einem zweckmässig von der Turbinenwelle (15) aus angetriebenen Unterbrecher, z. B. einer Lamellenscheibe (42), verbunden ist, dessen Schaltteile in einer mit den Führungsbahnteilen (31) und den Stosskammern (19) übereinstimmenden Austeilung und Lage angeordnet sind.

   12. Verbrennungsturbine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündeinrichtungen der Kompressoren (23, 28) gesondert voneinander, z. B. durch Schalter (43), ausser Tätigkeit setzbar sind.

   13. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Laufrad (14) zusätzliche Stosskammern (45) eingebaut sind, deren Speisung durch die Abgase aus den Stosskammern (19) erfolgt, um das Druckgefälle des Brennstoffes restlos auszunutzen.

   14. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 1 bis 12 bzw. 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stosskammern in verschiedenen Teilkreisen des Laufrades (14) angeordnet sind.

   15. Verbrennungsturbine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die den verschiedenen Teilkreisen angehörenden Stosskammern (19, 45) verschieden gross bemessen sind.

   16. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 4 bis 8 und 13 bzw. 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass den Stosskammern (19, 45) in zwei und mehr Teilkreisen gelegene Kompressoren (23, 28) auf jeder Maschinenseite zugeordnet sind.

   17. Verbrennungsturbine nach den Ansprüchen 5,6 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben (29) auf die innerhalb verschiedener Teilkreise liegenden Kompressoren (23, 28) wirkende Führungsbahnen aufweisen.