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Ga,sturbinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf Gasturbinenanlagen,
welche nach dem Verpuffungsverfahren in zwei Druckstufen arbeiten. Die erste Stufe
wird durch eine Impulsturbine gebildet, welche die kinetische Energie der Gasstöße
ausnutzt, während die durch die Impulsturbine hindurchgegangenen Gase eine die zweite
Druckstufe bildende, mit konstantem Einlaßdruck arbeitende Turbine beaufschlagen,
in welcher der Rest der Energie der Gase ausgenutzt wird.
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Bei einer bekannten Turbinenanlage dieser Art werden gewöhnliche Brennkammern,
die an ihrem Einlaß mit einem mechanischen Ventil und mit einer Zündkerze versehen
sind, dadurch in pulsierendem Betrieb arbeiten gelassen, daß ein elektrischer Lichtbogen
jedesmal dann erzeugt wird, wenn das in der Brennkammer befindliche Luft-Brennstoff-Gemisch
entflammt werden soll.
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Bei einer anderen bekanntenTurbinenanlage werden intermittierend arbeitende
Brennkammern verwendet, deren Ausstöße in einen Sammelraum von großem Volumen geführt
werden, in welchem der pulsierende Zustand des Gasstromes aufgehoben wird, so daß
ein kontinuierlicher Gasstrom entsteht, der eine mit konstantem Einlaßdruck arbeitende
Turbine beaufschlagt. Bei dieser Anlage geht ein großer Teil der kinetischen Energie,
welche die Gase bei ihrem Austritt aus der intermittierend arbeitenden Brennkammer
nach jeder Verpuffung besitzen, in dem Umwandlungsraum von großem Volumen verloren.
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Schließlich ist eine Turbinenanlage bekannt, bei welcher eine intermittierend
arbeitende Brennkammer vorgesehen ist, die ein mechanisches Ventil zum Einlassen
von komprimierter Luft aufweist. Die aus der Brennkammer austretenden pulsierenden
Gasstöße werden in einem Diffusor geführt, der vor der Turbine angeordnet ist, welche
auf diese Weise mit einem im wesentlichen konstanten Eindaßdruck arbeitet. Auch
bei dieser Anlage geht ein erheblicher Teil der kinetischen Energie des aus der
Brennkammer austretenden pulsierenden Gasstromes verloren.
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Gemäß der Erfindung sind bei einer nach dem Verpuffungsverfahren in
zwei Druckstufen arbeitenden Gasturbinenanlage mehrere parallel geschaltete, mit
pulsierender Verbrennung arbeitende und sich selbsttätig im pulsierenden Betrieb
erhaltende Brennkammern vorgesehen, welche durch frei geöffnete, keine beweglichen
Ventile besitzende Rückströmdrosselrohre unmittelbar mit der Druckseite des Luftverdichters
in Verbindung stehen.
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Die Verwendung von Rückströmdrosseln bei intermittierend arbeitenden
Brennkammern ist an sich bekannt. Bei der Anlage gemäß der Erfindung, bei welcher
mehrere parallel geschaltete, intermittierend arbeitende Brennkammern zwischen dem
Luftverdichter und der Impulsturbine vorhanden sind, liefern jedoch die Rückströmdrosseln
einen neuen und überraschenden technischen Effekt, der sich aus den nachstehenden
grundsätzlichen Betrachtungen ergibt.
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Wenn man versucht, mehrere pulsierend arbeitende Brennkammern, die
mit mechanischen Ventilen versehen sind, in paralleler Anordnung zu gruppieren,
dann stößt man auf Schwierigkeiten, wenn die Kammern dicht nebeneinander angeordnet
werden, wozu man beispielsweise bei einem Luftfahrzeug gezwungen ist, um das auf
das Luftfahrzeug ausgeübte Drehmoment auf einen kleinsten Wert herabzusetzen. Es
ist gefunden worden, daß, wenn es auch möglich ist, die pulsierenden Brennkammern
in Betrieb zu setzen, eine oder mehrere dieser Brennkammern bereits nach wenigen
Sekunden von selbst außer Betrieb fallen.
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Diese Erscheinung kann durch den Umstand erklärt werden, daß die selbsttätig
arbeitenden mechanischen Ventile eine elastische Rückstellvorrichtung aufweisen,
deren Kraft dem Ventil eine bevorzugte Arbeitsfrequenz aufdrückt, welche die akustische
Eigenfrequenz der pulsierend arbeitenden Brennkammer mehr oder weniger verändert.
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Es ist schwierig, pulsierend arbeitende Brennkammern mit mechanischen
Ventilen so herzustellen,
daß sie genau mit der gleichen Frequenz
arbeiten, und die Nebeneinanderanordnung mehrerer pulsierend arbeitender Brennkammern
verschiedener Frequenzen führt zu Erscheinungen, die für die Stabilität des Betriebes
schädlich sind.
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Andererseits wird die Betriebsfrequenz einer pulsierend arbeitenden
Brennhammer durch Änderungen in den Bedingungen am Einlaß und am Auslaß beeinflußt.
Es spielen nicht nur der Druck und die Temperatur eine wichtige Rolle, sondern auch
die Form und das Volumen der Räume und Rohre für die strömenden Gase, und zwar auf
Grund des Auftretens akustischer Erscheinungen.
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Die mechanischen Ventile vermögen sich wegen ihrer bestimmten Frequenz
den auftretenden Betriebszuständen nicht anzupassen. Beispielsweise kann daher eine
pulsierende Brennkammer nicht mehr arbeiten, wenn sie mit einem Gehäuse umgeben
wird oder wenn sie durch einen Auspuffkreis verlängert wird.
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Die gemäß der Erfindung verwendeten Rückströmdrosseln, die an der
Einlaßseite dauernd offen sind, treten in den verschiedenen Betriebsphasen in dem
günstigsten Augenblick in Wirkung und passen sich so selbsttätig den Bedingungen
an, welche durch die benachbarten Brennkammern geschaffen werden. Wenn beispielsweise
eine der Brennkammern in ihrer Ansaugphase in dem Augenblick arbeitet, in welchem
sämtliche benachbarten Brennkammern in der Auspuffphase arbeiten, in welcher ein
Unterdruck hervorgerufen wird, wird die Füllung der betrachteten Brennkammer verzögert
und die Rückkehr der gleichen Erscheinung in dem nachfolgenden Arbeitskreis-lauf
verhindert. Ein mechanisches Ventil wird dagegen durch seine Rückstellfeder früher
geschlossen und sucht bei dem folgenden Gasstoß die Erscheinung zu vergrößern.
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Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß, wenn mehrere pulsierend arbeitende
Brennkammern mit Rückströmdrosseln in Parallelschaltung gruppiert werden, diese
Brennkammern sich in ihrer Arbeitsphase automatisch zu verschieben suchen, und es
wird dadurch eine Kontinuität der auf die Turbine ausgeübten Impulse erhalten, ohne
daß eine Verteilereinrichtung erforderlich ist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 ist ein schematischer axialer Schnitt durch ein für ein Luftfahrzeug
bestimmtes Propellerturbinentriebwerk, das gemäß der Erfindung ausgebildet ist;
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 ist ein Diagramm,
welches die Änderungen des Druckes in den Verbrennungskammern als Funktion der Zeit
wiedergibt; Fig. 4 und 5 sind schematische, in Abwicklung dargestellte Ansichten
der sich an die Verbrennungskammern anschließenden Düsen und des Verteilers der
Antriebsturbine.
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Die Luft wird durch eine Verteilungsleitung 1 eingesaugt, welche die
kinetische Energie der Luft, die sie infolge der Geschwindigkeit im Fall eines Flugzeuges
besitzt, wiederzugewinnen gestattet. Die Luft wird dann in einem Verdichter 2 komprimiert,
der in dem dargestellten Beispiel ein Fliehkraftverdichter ist, aber auch ein Axial-
oder Schraubenverdichter sein kann. Am Ausgang des Verdichters wird die Druckluft
in einem ringförmigen Raum 3 gesammelt, aus dem mit pulsierender Verbrennung arbeitende
Verbrennungskammern 4 gespeist `verden, die in einem Gehäuse um die Welle der Maschine
angeordnet sind. Auf Grund eines Kranzes von Leitschaufeln 21, die um Achsen 21a
drehbar sind und auf der Ansaugseite des Verdichters liegen, ist es möglich, dessen
Druckverhältnisse und Abgabemengen zu regeln. - Diese Anordnung ermöglicht den immer
heiklen Durchgang durch die Pumpzone beim Anlassen der Maschine. Außerdem ermöglichen
Leitschaufeln 21 die Erzielung eines vermindernden Betriebes der Turbine unter Beibehaltung
einer erhöhten Wirksamkeit des Verdichters. Sie gestalten demnach die Maschine außerordentlich
elastisch.
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Aus dem ringförmigen Raum 3 gelangt die Druckluft in jede Verbrennungskammer
4 durch ein Einlaßrohr 6, das frei geöffnet, aber so ausgebildet ist, daß ein geringer
Widerstand in Richtung der Speisung der Kammer 4 und ein erhöhter Widerstand in
umgekehrter Richtung erhalten wird, so daß dieses Rohr 6 eine Art aerodynamisches
Ventil bildet. Es sind verschiedene Ausführungsformen von Rohren dieser Art bekannt.
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An dem dem Einlaßrohr 6 gegenüberliegenden Ende ist jede Kammer 4
mit einem Auspuffrohr versehen, an das sich eine Entspannungsdüse 5 anschließt.
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Jede der mit pulsierender Verbrennung arbeitenden Kammern 4 wirkt
wie die Kammer eines Pulso-Staustrahltriebwerkes. Die Kammern 4 werden im Laufe
ihres Arbeitens kontinuierlich mit einem geeigneten, gegebenenfalls mit der Luft
gemischten Brennstoff, wie Benzin, Petroleum, Brennöl, Kohlenstaub usw., gespeist.
Dieser Brennstoff gelangt in jede der Kammern durch ein Rohr 411, dem es durch eine
nicht dargestellte Pumpe zugeführt wird. Die Kammern sind unter sich durch Rohre
22 verbunden. Die erste Zündung kann mittels einer Zündkerze erfolgen, und die nachfolgenden
Zündungen im Laufe des Arbeitens gehen von selbst vor sich, und zwar auf Grund der
Verbrennungsfahnen der vorhergehenden Zündung. Die aufeinanderfolgenden Verbrennungen
oder Explosionen stellen sich von selbst auf die Frequenz des Schallrohres ein,
welches jede der Kammern bildet. Bei jeder Verbrennung, die bei konstantem Volumen
erfolgt, steigt der Druck in der Kammer, und die verbrannten Gase dringen in die
Düse 5 ein. Sie können durch das Einlaßrohr 6 auf Grund der besonderen Ausbildung
dieses Rohres nicht oder wenigstens nicht in einem nennenswerten Ausmaß entweichen.
Gegen Ende jeder Verbrennung läßt die Entspannungswelle schließlich in der Kammer
einen Unterdruck zurück. Dieser Unterdruck begünstigt den Einlaß von Druckluft aus
dem Sammelraum 3 in die Kammer durch das Rohr 6, worauf die nächste Verbrennung
erfolgt, usf.
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Der Kreislauf ist in dem Diagramm gemäß Fig.3 wiedergegeben, in welchem
auf den Ordinaten die aufeinanderfolgenden Werte des Druckes in jeder Verbrennungskammer
und auf den Abszissen die Zeiten aufgetragen sind. P ist der Druck auf der Ausgangsseite
des Verdichters 2, d. h. der Druck, mit dem die Kammern gespeist werden, und P,
ist der Atmosphärendruck. T ist die Periode des Kreislaufes. Die Teile der Kurve
oberhalb der waagerechten Linie P stellen die Zunahme des Druckes von P auf P, im
Augenblick derVerbrennung und dann seineAbnahme von P1 auf P in Abhängigkeit von
dem Ausstoß der Gase dar. Jeder dieser Teile erstreckt sich ungefähr über ein Drittel
der Periode. Die Teile der Kurve unterhalb von P entsprechen dem Unterdruck, welcher
in jeder Kammer auf den Ausstoß der verbrannten Gase folgt und welcher zur nächsten
Füllung ausgenutzt wird.
Das Volumen des Raumes 3 muß genügend groß
sein, damit in dem Fall, in welchem alle Kammern 4 gleichzeitig Luft einsaugen,
in diesem Raum kein Druckabfall entsteht oder, wenn ein solcher Druckabfall eintritt,
dieser außerordentlich gering bleibt. Die sich an das Endrohr jeder Verbrennungskammer
anschließende Düse 5 hat solche Abmessungen, daß die verl)rannten Gase, die bei
der unter konstantem Volumen erfolgenden Verbrennung erzeugt werden, in Geschwindigkeit
versetzt werden, wobei diese Gase von ihrem größten Wert P1 bis auf einen Wert entspannt
werden, der gleich dem Druck P auf der Druckseite des -\'erdichters ist. Mit anderen
Worten, die Düsen 5 setzen in kinetische Energie nur die Druckenergie um, die dem
Gasstoß, d. h. dem Teil jedes Kreislaufes entspricht, der in Fig.3 schraffiert dargestellt
ist.
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Hinter den Düsen 5 befindet sich ein Leitapparat 7, welcher den Gasen
den günstigsten Eintrittswinkel in die Laufschaufelung 8 des Rades 8a einer Impulsturbine
erteilt. Auf der Ausgangsseite dieser Laufschaufelung, wo die Gase theoretisch ihre
ganze kinetische Energie abgegeben haben, werden die Gase in einem ringförmigen
Raum 9 gesammelt, in welchem die Druckhöhe die gleiche ist wie diejenige im Raum
3 am Verdichterausgang und welcher, wie bereits erwähnt, mit diesem Ausgang in Verbindung
steht. Die potentielle Energie dieser Gase bei der Temperatur, die sie besitzen,
wird dann in einer mit konstantem Gesamteingangsdruck arbeitenden Turbine ausgenutzt,
die ein oder mehrere Räder 10 umfassen kann. Die Räder 8a und 10 können miteinander
gekuppelt sein, um gemeinsam den Verdichter 2 und gegebenenfalls ein die Nutzleistung
aufnehmendes Organ anzutreiben. In der Zeichnung ist als Beispiel der Fall wiedergegeben,
in welchem die Welle 16 des Verdichters 2, der selbst von den Turbinen angetrieben
wird, verlängert ist und über ein Reduktionsgetriebe 17 eine Luftschraubenwelle
1711 antreibt im Fall eines Flugzeug-Turboantriebes.
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Die Impulsturbine 8 hat notwendigerweise einen großen Durchmesser.
Da die Gase am Eingang dieser Turbine eine hohe Temperatur haben, ist ihre spezifische
Masse verhältnismäßig gering, und da die Einlaßgeschwindigkeit in die Turbine von
der Geschwindigkeit am Ausgang der Entspannungsdüse 5 jeder Verbrennungskammer 4
bestimmt wird, macht der Querschnitt des Durchgangs durch die Lauf schaufelung Schaufeln
von großer Höhe erforderlich. Um eine Turbine hoher Leistung beibehalten zu können,
benötigen die Schaufeln von großer Höhe eine Scheibe von großem Durchmesser, deren
mittlere tangentiale Geschwindigkeit nichtdestoweniger auf einem zulässigen Wert
bleiben muß. Es ergibt sich daraus eine Umlaufgeschwindigkeit, die wesentlich geringer
ist als diejenige anderer Turbinen. Die mechanische Kupplung der Turbinen mit dem
gleichen kraftaufnehmenden Organ, wie dem Verdichter 2, macht zur Drehzahlerhöhung
ein Übersetzungsgetriebe 15 erforderlich, welches die Winkelgeschwindigkeiten der
Turbinen anzugleichen gestattet. Die Welle 16 des Verdichters 2 kann unmittelbar
mit der Welle 16a der Turbinen 10 verbunden sein, während die die Welle 16 umgebende
Hohlwelle 16b der Impulsturbine 8 mit der Welle 16 über das Übersetzungsgetriebe
15 verbunden ist.
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Da in dem pulsierenden Verbrennungsbetrieb, der sich in jeder der
Kammern 4 aufrechterhält, die Dauer des Gasausstoßes nur etwa ein Drittel der Periode
ausmacht, sind die auf hoher Temperatur befindlichen Verbrennungsgase mit den Schaufeln
8 der Impulsturbine nur während dieses Drittels der Zeit in Berührung. Mit anderen
Worten, die Zeit; die den Turbinenschaufeln zum Abgeben der Wärme zur Verfügung
steht, ist zweimal so groß wie die Zeit, während welcher die Wärme zugeführt wird.
Es ist somit ersichtlich, daß auf der Eingangsseite der Impulsturbine Gastemperaturen
zulässig sind, die beträchtlich höher liegen als diejenigen, die man im allgemeinen
in bekannten Gleichdruckgasturbinen zuläßt. Aus diesem Grunde kann man in den meisten
Fällen die Impulsturbine arbeiten lassen, ohne daß eine Kühlung der Verbrennungsgase
durch Verdünnen mit Frischluft vor ihrem Eintritt in die Schaufelung 8 dieser Turbine
nötig ist.
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Das in der Zeichnung wiedergegebene Beispiel bezieht sich auf den
Fall, in welchem eine Verdünnung am Ausgang der Verbrennungskammern mit Hilfe von
Öffnungen 18 vorgenommen wird, die mit einem Kanal 12 in Verbindung stehen, welchem
aus dem Sammelraum 3 kommende Verdichterluft zugeführt wird. Wie aus der Zeichnung
ersichtlich, ist dieser Kanal 12 zwischen den Kammern und einem die Kammern umgebenden
Mantel angeordnet, wodurch gleichzeitig die Kühlung der Wandung der Kammern ermöglicht
wird.
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Die Verdünnung ist auf jeden Fall begrenzt, was einen Vorteil bedeutet,
weil der Energieaustausch zwischen Verbrennungsgasen und Verdünnungsluft nicht gleich
dem Wert 1 ist. Energieverluste sind unvermeidlich, und dieseVerluste sind um so
geringer, je kleiner die Menge an Verdünnungsluft ist.
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In Fig. 1 ist angenommen, daß die Kammern 4, ihre Auspuffrohre und
die Düsen 5 mit ihren Achsen parallel zur Hauptachse der Maschine liegen; in Wirklichkeit
verlaufen diese Achsen schräg, wie dies die Abwicklung gemäß Fig. 4 zeigt, in welcher
außerdem angenommen ist, daß sich die Schaufeln des Leitapparates 7 in eine ringförmige
Kammer 7a öffnen, in die alle Düsen 5 münden.
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Fig. 5 zeigt eine Abänderung dieser Anordnung, bei welcher jede Düse
bis an das Turbinenrad verlängert ist und mehrere Leitschaufeln 7 einschließt. Die
erstgenannte Ausführungsform eignet sich für den Fall, in welchem alle Verbrennungskammern
in Phase sind, während die zweite Ausführungsform insbesondere für den Fall geeignet
ist, in welchem die Verbrennungskammern außer Phase arbeiten.
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In den Fig. 4 und 5 ist überdies durch die Pfeile F und F1 die zweifache
Art des Eintritts der Verdünnungsluft durch die ringförmigen Öffnungen 18 angedeutet.
Zuerst wird Luft infolge der Saugwirkung durch den Gasstrahl des Ausstoßes eingezogen,
wie dies der Pfeil F wiedergibt. Danach wird im Augenblick des Entstehens des auf
den Ausstoß folgenden Unterdruckes in der Verbrennungskammer Luft in diese Kammer
eingesaugt, wie dies der Pfeil Fr wiedergibt.
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Die Düsen 5 und der Leitapparat 7 könnten, anstatt getrennte Organe
zu bilden, auch miteinander vereinigt sein, wobei dann die Kanäle des Leitapparates
7 eine entsprechende Form haben, um die Energie der Druckwellen in den Kammern in
kinetische Energie umzuwandeln.
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Die Schaufeln der Impulsturbine 8, die vorzugsweise aus feuerfestem
Blech bestehen, können durch einen inneren Luftumlauf gekühlt werden. Die Kühlluft
wird beispielsweise der Verdünnungsluft entnommen und zwischen die Schaufeln durch
Öffnungen 20, 2011 geführt, die in der Radscheibe 8a vorgesehen
sind.
Hierzu stellen Öffnungen 23 die Verbindung des Kanals 12 mit einer Kammer 25 her,
welche die Öffnungen 20 speist, die von der vorderen Fläche der Scheibe ausgehen.
Eine Kammer 26, welche die von der hinteren Fläche der Scheibe ausgehenden Öffnungen
2011 speist, steht mit dem Luftzuführkanal 12 durch ein oder mehrere Rohre 24 in
Verbindung, die den Sammelraum 9 durchsetzen.
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Die aus der Impulsturbine 8 austretenden Gase, die ihre pulsierende
Eigenart vollkommen verloren haben, werden in dem Raum 9 gesammelt. Ihre mittlere
Temperatur stellt sich auf einen Wert ein, der etwas unter ihrer Temperatur am Ende
der Verbrennung in den Kammern 4 liegt, der aber für die Gleichdruckturbinen 10
zu hoch ist. Eine Verdünnung dieser Gase mit aus dem Verdichter kommender Luft erfolgt
durch Öffnungen 11, welche den Kanal 12 mit dem Sammelraum 9 verbinden.
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Hinter den Turbinen 10 gelangen die verbrannten Gase bei 14 nach außen.
Bei einer für ein Flugzeug bestimmten Maschine, wie sie als Beispiel in der Zeichnung
wiedergegeben ist, wird der Rest der Energie der Gase dadurch ausgenutzt, daß sie
in einer Düse 13 entspannt werden, wodurch ein zusätzlicher Vorschub erhalten wird.
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Die Zubehörteile der Turbine mit pulsierend arbeitenden Verbrennungskammern
sind die gleichen wie die bekannter Gasturbinen.
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Das Anlassen der Maschine kann auf sehr einfache Weise durch denselben
Vorgang erfolgen, wie er bei Pulso-Staustrahltriebwerken verwendet wird. Es genügt,
einen Strahl komprimierter Luft in eine der Verbrennungskammern 4 einzuführen, während
der Brennstoff mittels einer Hilfspumpe eingeführt wird. Die Zündung in dieser Kammer
oder gleichzeitig in zwei sich gegenüberliegenden Kammern kann mit Hilfe einer Zündkerze
bewirkt werden, und wenn die pulsierende Verbrennung beginnt, wird die Impulsturbine
8 durch die aus der Verbrennungskammer austretenden Ausstöße heißer Gase beaufschlagt.
Die Drehung der Turbine 8 bewirkt dann einen Antrieb des Verdichters und der anderen
Turbinen. Dann werden alle Verbrennungskammern mit Luft durch den Verdichter und
mit Brennstoff durch die nicht dargestellte Pumpe gespeist, wobei die Zündung der
Kammern von der ersten Kammer aus durch die Verbindungsrohre 22 erfolgt. Die auf
die Impulsturbine 8 ausgeübte Kraft erhöht sich rasch, die Drehzahl der Impulsturbine
nimmt zu, die Gleichdruckturbinen 10 liefern ihrerseits Kraft, und die Maschine
ist angelassen. Man unterbricht dann die Zufuhr von Luft und Brennstoff zu der bzw.
zu den beiden zum Anlassen verwendeten Kammern. Im Gegensatz zu bekannten Maschinen
ist für den Anlaßvorgang kein überdimensionierter Anlasser mehr erforderlich, der
mit der Turbine bis zu einem erhöhten Betriebszustand zusammenarbeitet, welcher
der Ankuppl.ung der Turbine entspricht.
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Die Kanäle der Impulsturbine setzen der Gasströmung in umgekehrter
Richtung einen hohen Widerstand entgegen, was für das Anlassen des Triebwerkes günstig
ist. Tatsächlich kann, wenn leim Anlassen eine Verbrennungskammer allein auf die
Turbine arbeitet, kein Rückstrom verbrannter Gase durch die Turbine hindurch zur
Rückseite einer anderen Kammer eintreten. Diese Tatsache erklärt, daß das Anlassen
der Turbine mit nur einer im Betrieb befindlichen Verbrennungskammer möglich ist;
sie erklärt aber auch, daß es für dieTurbine nicht erforderlich ist, daß sich alle
Verbrennungskammern in Phasenübereinstimmung befinden und daß ihre Kupplung vollständig
indifferent ist.
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Es können ein oder mehrere Turbinenräder mit Wellen gekuppelt werden,
die unabhängig von der Welle des Luftverdichters sind und die verschiedene kraftaufnehmende
Organe antreiben. So könnte z. B. die Impulsturbine 8 nur den Luftverdichter antreiben,
während die Turbinen 10 die Luftschraube antreiben könnten. Dieser Fall trifft z.
B. auch auf Anlagen für elektrische Zentralen oder auf Antriebsanlagen für Schiffe,
Lokomotiven oder andere Fahrzeuge zu. Die Turbine 8, welche gegebenenfalls mit einem
der Turbinenräder 10 kombiniert sein kann, würde dann den Luftverdichter antreiben,
während ein oder mehrere mechanisch unabhängige Räder 10 einen elektrischen Generator,
die Schrauben eines Schiffes oder die Räder einer Lokomotive oder eines anderen
Fahrzeuges antreiben würden.
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Im Fall eines Turbinenstrahltriebwerkes wird ein mehr oder weniger
großer Teil der Energie, die in den Gasen enthalten ist, welche in der Impulsturbine
8 gearbeitet haben, oder auch diese Energie im ganzen dazu verwendet, die Gase in
der Ausstoßdüse auf Geschwindigkeit zu bringen. In diesem Fall kann die Gleichdruckturbine
10 nur ein Rad aufweisen oder sogar fortfallen.
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Andererseits ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der
Erfindung nur eine teilweise Entspannung, die der Druckwelle des Gasausstoßes entspricht,
zwischen den Verbrennungskammern 4 und der Turbine 8 vorgesehen, während der Rest
der Entspannung später stattfindet.
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Diese Ausführungsformen, bei welchen der Druck hinter der Impulsturbine
8 gleich dem Verdichtungsdruck P des Verdichters ist, sind jedoch nicht die einzig
möglichen.
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Beispielsweise kann die Turbine 8 auch so ausgebildet werden, daß
sie mit einer gewissen Entspannung der Gase unterhalb des Druckes P arbeitet, und
zwar entweder im Leitapparat 7, dessen Kanäle dann konvergieren, statt einen konstanten
Querschnitt zu haben, oder, was vorzuziehen ist, in den Laufschaufelkanälen, wobei
die Turbine im letzteren Fall mit einem gewissen Reaktionsgrad arbeitet. In diesem
Fall ist der Druck am Eingang in die Düsen der Turbinen 10 .niedriger als der Verdichtungsdruck
des Verdichters. Die Verdünnungsluft, die mit .den Gasen vor deren Eintritt in die
Turbinen 10 gemischt wird und durch die Öffnungen 11 eintritt, wird dann nicht am
Ausgang des Verdichters, sondern einer geeigneten Zwischendruckstufe des Verdichters
durch Kanäle entnommen, die von den die Luft zu den Öffnungen 18 führenden Kanälen
12 getrennt sind. Es kann aber auch die Verdünnungsluft, die am Ausgang des Verdichters
abgenommen wird, im ganzen mit den Gasen gemischt werden, und zwar zwischen deren
Austritt aus den Düsen 5 und deren Eintritt in den Verteiler 7 der Impulsturbine
8, wobei die Öffnungen 18 zu diesem Zweck in geeigneter Weise dimensioniert sind.
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Die Erfindung gestattet die Schaffung von Gasturbinentriebwerken,
die wesentliche thermodynamische Vorteile gegenüber bekannten Gasturbin2ntriebwerken
besitzen. Drehmoment und Leistung sind um 20 bis 30 1/Q größer. Dieser Gewinn findet
sich auch in dem Vorschub und dem spezifischen Brennstoffverbrauch im Fall eines
Turbinenstrahltriebwerkes wieder. Im Vergleich mit den spezifischen Verbrauchswerten
der besten Kolbenmotoren sind die spezifischen Verbrauchswerte des Flugzeug-Turboantriebes
mit pulsierend arbeitenden Verbrennungskammern nicht
mehr übermäßig
hoch. Man kann in der Tat sagen, da.ß die -letzteren die ersteren um nicht mehr
als 15 bis 20% übersteigen, während der Turboantrieb gegenüber dem Kolbenmotorantrieb
den Vorteil eines geringeren Stirnwiderstandes und eines geringeren Leistungsgewichtes
(50 bis 60% kleiner als beim Kolbenmotor und 40% kleiner als bei dem bekannten Gast.urbinenmotor)
aufweist.
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Die bekannte Holzwarth-Gasturbine arbeitet durch Ausnutzung der Gasausstöße,
die aus aufeinanderfolgenden Explosionen herrühren. In dieser Turbine sind jedoch
die Explosionskammern analog den Zylindern eines Kolbenmotors ausgebildet, d. h.,
sie weisen Einl,aßve:ntile und Auslaßventile auf, die zwischen die Kammern und den
Verteiler der Turbine geschaltet sind. Wenn die Auslaßventile mit selbsttätiger
Öffnung unter der Wirkung der Druckwelle und mit Schließung durch Federn während
des Füllens der Kammern arbeiten, werden die E,i,nlaßventile von der Turbinenwelle
aus gesteuert. Außerdem wird die Zündung wie bei Kolbenmotoren im Dauerbetrieb durch
eine Zündkerze und eine elektrische Hochspannungsquelle mit einem Stromverteiler
herbeigeführt, der mechanisch synchron mit der Steuerung der Einlaßventile angetrieben
wind.
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Der oben beschriebene Turbinenantrieb arbeitet in ganz anderer Weise,
da in den Verbrennungskammern 4 die Frequenz der aufeinanderfolgenden Verbrennungen
sich selbsttätig auf die Frequenz des Schallrohres einregelt, das von jeder der
Kammern dargestellt wird, und dies gestattet, jede Einrichtung zu vermeiden, die
die Ventile betätigt oder Zündfunken in einer durch die Drehzahl geregelten Folge
erzeugt. Überdies findet bei der Halzwarth-Maschine in der der Turbine vorgeschalteten
Düse eine vollständige Entspannung statt.