DE426009C - Brennkraftturbine mit Hilfsfluessigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Brennkraftturbinen mit Hilfsflüssigkeit, bei welchen durch die kinetische Energie eines aus einer Düse austretenden Wasserstrahls, die erzeugt wird durch die Explosion und Dehnung eines Treibmittels, eine Freistrahlturbine angetrieben wird. Die Erfindung besteht in der Vereinigung von je zwei Brennkammern derart, daß die zum Ein- und Auslassen des Wassers dienenden Organe je einer Brennkammer im Wechsel durch die Explosion und Dehnung eines Treibmittels in der anderen Brennkammer und gleichzeitig auch die Ein- und Auslaßorgane der Brennkammer, in der die Explosion eingetreten ist, gesteuert werden.

Die Erfindung zeichnet sich gegenüber den bekannten Einrichtungen insbesondere durch ihre Einfachheit aus. Es sind beispielsweise Maschinen solcher Art mit Steuerungen schon versehen worden, die für jeden Zylinder mechanisch betätigt werden. Bei solchen Maschinen ist daher eine große Anzahl von Steuerungsteilen notwendig; es entstehen daher sehr leicht Störungen.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι die Turbine im Schnitt,

Abb. 2 eine Ausführungsform derselben in Ansicht,

Abb. 3 im Grundriß.

Die Turbine besteht aus einer Freistrahlturbine i, einer Wasserpumpe 2, einem Niederdruckgemischgebläse 3 und aus einer oder mehreren Zwillingsgruppen von Brennkammern 4 und 4¹. Die Wirkungsweise der Turbine ist folgende:

Durch die Pumpe 2, die zweckmäßig von einem von der Triebachse 5 getrennt angeordneten Motor angetrieben wird, wird das von der Turbine 1 abgeflossene Wasser, das in einem mit

einer Nachfüllöffnung 6 versehenen Gehäuse 7 an dessen Boden sich ansammelt, durch ein Steigrohr 8 und durch das Wassereinlaßventil 9 in diejenige der beiden Kammern 4 und 4¹ eingebracht, welche vorher durch das Gebläse 3 ausgespült wurde und mit Frischgas gefüllt ist. Das Auslaßventil 10, dessen Feder 11 so bemessen ist, daß sie gerade dem Verdichtungsdruck standhält, wird durch das Öffnen des Wassereinlaßventils 9, das einen um 12 drehbaren Doppelhebel 13 betätigt, von der Verriegelung in der Offenstellung frei und schließt sich durch den Federdruck. Das durch die Pumpe 2 durch das offene Ventil 9 einströmende χ 5 Wasser verdichtet nunmehr das vorgelagerte Gasgemisch, welches entweder durch eine Zündkerze 14 oder besser durch Selbstzündung bei entsprechend hoher Verdichtung zur Explosion gebracht wird. Die plötzliche Drucksteigerung wirft nunmehr das Wassereinlaßventil 9 zu und öffnet gleichzeitig das nur auf den Verdichtungsdruck eingestellte Auslaßventil 10, welches in dieser Lage gleichzeitig durch die vom Ventil 9 gesteuerte Verriegelung 13 in der Offenlage unabhängig vom Druck in der Verbrennungskammer gesichert ist. Die Expansion der Verbrennungsgase treiben nunmehr das ganze in der Brennkammer befindliche Wasser mit entsprechender Geschwindigkeit durch die Düse 15 nach außen, wobei der austretende Wasserstrahl unmittelbar auf die Schaufeln des Freistrahlrades ι einwirkt und dieses dadurch antreibt. Da das Auslaßventil 10 durch den Verriegelungshebel 13 in der Offenstellung gehalten bleibt, strömen die bis zu einem gewissen Grad entspannten Verbrennungsgase nach, die bei ihrem Austritt das noch im Zylinder befindliche Wasser mitreißen, und wirken gleichfalls auf das Schaufelrad der Hochdruckturbine. Es wird also die den Auspuffgasen noch innewohnende Energie in nutzbare Arbeit umgesetzt. Sofern die Entspannung der Auspuffgase unter den Druck des mit geringem Überdruck wirkenden Verdichters 3 gesunken ist, öffnet sich das auf diesen Überdruck mit der Feder 16 einstellbare Einlaßventil 17, wodurch die mittels des Verdichters eingebrachte Frischluft die Abgase vor sich herschiebt und den Zylinder spült. Ein in den Verdichter einmündendes Gebläse ™> füllt die Kammer 4 nach dem Schließen des Auslaßventils 10 mit frischem Gas, worauf sich das Spiel in dieser Kammer wiederholt.

Das Schließen des Auslaßventils 10 und gleichzeitige Einströmen des Wassers wird dadurch bewirkt, daß die beiden Wassereinlaßventile 9 und 9 ¹ zwangläufig durch eine Stange derart miteinander gekuppelt sind, daß beim Schließen des einen Ventils das andere geöffnet wird. Da inzwischen in der Kammer 4¹ die Explosion erfolgte und sonach das Ventil 9¹ geschlossen wurde, wird hierdurch das Ventil 9 geöffnet, die Verriegelung 13 für das Auslaßventil 10 entriegelt und letzteres sonach durch die Wirkung der Feder 11 in die Schließstellung gebracht. In der Zeichnung ist hierbei die eine Düse 15, die ebenso wie die Düse 15 ¹ auf das freie Strahlrad 1 einwirkt, in die Ebene des anderen Zylinders hineingedreht gedacht und stellt hierbei 19 den Brennstoffbehälter für die Brennkraftturbine, 20 den Vergaser hierzu dar, während die Pfeile 21 den Lufteintritt zum Gebläse 3 und Vergaser 20 versinnbildlichen. Die Temperatur des Wassers während des Arbeitsvorgangs wird in solcher für die Kühlung zulässigen Höhe gehalten, bei welcher das Wasser bereits Dampf abscheidet. Hierdurch wird das Gasgemisch während der Verdichtung mit Wasserdampf angereichert.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Ausnutzung der zugeführten Wärme. Die Kühlungsverhältnisse sind günstig, da sowohl die Brennkammer als auch das Schaufelrad der Turbine nur ganz kurze Zeit den heißen Gasen ausgesetzt sind und die übrige Zeit vom Wasser bespült werden. Es kann daher zur Erzielung 8g eines besseren thermischen Wirkungsgrades die Wassertemperatur ziemlich hoch gehalten werden. Die Gas- und Wassergeschwindigkeiten werden verhältnismäßig gering sein, so daß die Reibungsarbeiten und damit die Verluste klein bleiben. Die Auspuffgase wirken auf das Turbinenrad, wodurch eine Dämpfung des Auspuffgeräusches erreicht wird.

Die Umlaufzahl des Schaufelrades 1 kann so gehalten werden, daß ein Vorgelage für die gebräuchlichsten Antriebsfälle entfallen kann. Die Regelung der Anlage kann auf mehrfache Art in einfacher Weise durchgeführt werden. Die Wasserpumpe 2, welche die Verdichtungsarbeit zu leisten hat, sowie das Gasgebläse 3 können unmittelbar auf der Turbinenwelle 5 sitzen. Zur Erzielung einer guten Regelung ist es jedoch vorteilhaft, diese Hilfsmaschinen durch einen gemeinsamen Elektromotor 22 anzutreiben und ist eine Ausführungsform der Anlage in Abb. 2 und 3 in Auf- und Grundriß dargestellt. Hierbei ist die Wasserpumpe 2 unmittelbar mit dem Elektromotor 22 gekuppelt, während das Gasgebläse 3 zur Erzielung kleinerer Abmessungen erst unter Zwischenschaltung von Übersetzungsrädern 23 an den Motor angeschlossen ist, wodurch eine Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors für das Gebläse erzielt wird. Der Elektromotor 22 wird beispielsweise von einer Akkumulatorenbatterie, welche gleichzeitig auch anderen Zwecken dienen kann (z. B. Beleuchtung bei Kraftfahrzeugen), gespeist und dient zugleich zum Anwerfen der Anlage.

Die Regelung kann durch Drosseln des Gasgemisches sowie durch Verengung des Düsenquerschnittes mit Hilfe von Nadeln nach der bei Peltonrädern üblichen Art erfolgen.

Bei der in der Abb. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform mit getrenntem und von der Turbine unabhängigem Antrieb der Wasserpumpe und des Gebläses ist es durch Regelung der Umlaufzahl des Elektromotors 22 möglich, nur durch diese eine feine Regelung zu erzielen, da durch Veränderung der Wasser- oder Gasmenge der Arbeitsvorgang in den Zylindern und somit die Umdrehungszahl der Turbine bei sonst gleichbleibenden Verhältnissen verzögert oder beschleunigt wird. Außerdem fließt durch Erweiterung des für normales Drehmoment eingestellten Düsenquerschnittes das Wasser bei gleichbleibender Geschwindigkeit schneller aus der Düse ab, wodurch das Schaufelrad 1 in der Zeiteinheit mehr Wasser erhält, wobei naturgemäß die Drehzahl der Wasserpumpe 2 und des Gasgebläses 3 entsprechend dem höheren Bedarf erhöht werden muß und sonach das Drehmoment der Turbine gesteigert werden kann. Es kann sonach bei gleichbleibender Drehzahl der Turbine durch Erhöhung der Umdrehungszahl der Hilfsmaschinen unter gleichzeitiger Erweiterung der Düsenquerschnitte eine Dreh-

momenterhöhung und somit eine Überlastungsfähigkeit erzielt werden, wodurch selbst bei Maschinen mit stark wechselnder Belastung (z. B. Kraftfahrzeuge) ein mechanisches Wechselgetriebe entfällt oder nur in zweistufiger Art

ausgebildet zu werden braucht. Eine Änderung des Drehmomentes ist überdies in einfacher Art durch Änderung des Pümpendruckes möglich, da die dadurch bedingte veränderliche Verdichtung eine Leistungsveränderung zur Folge hat.

Eine weitere Möglichkeit der Regelung und Drehmomentensteigerung besteht bei Anordnung mehrerer Gruppen von Zwillingsbrennkammern, welche gemeinsam auf das Turbinenrad wirken, darin, daß einzelne Doppelkammern bei entsprechender Regelung der Umlaufszahl der Hilfsmaschinen zu- oder abgeschaltet werden.
Es können in Abänderung des dargestellten Ausführungsbeispiels am Zylinder vor den Düsen 15 eigene Einspritzröhrchen vorgesehen sein, durch welche Wasser in die austretenden Verbrennungsgase eingespritzt wird. Überdies kann die Form der Düse 15, 15^x sowie die Feder 11 dem Ventilhub derart angepaßt sein, daß der Ventilteller 10 zur Abflachung der Spitzen des Diagramms nach der Explosion sich an der der Verschlußöffnung gegenüberliegenden Wand der

- Düse derart nähert, daß der Austrittsquerschnitt so stark verengt ist, daß nur ganz geringe Wassermengen unmittelbar nach der Explosion ausströmen können, um solcherart den hohen Explosionsdruck längere Zeit auf den Wasserkolben wirken zu lassen, worauf bei sinkendem Druck der Ventilteller langsam zurückkehrt und in der in Abb. 1 gezeichneten verriegelten Stellung erst anlangt, wenn schon die letzten Flüssigkeitsmengen mit Auspuffgasen gemischt zum Austritt gelangen. Hierdurch wird der Flüssigkeitsdruck auf die Schaufeln während einer Expansionsdauer gleichmäßiger gestaltet. An Stelle des Gasgebläses 3 kann auch ein Luftgebläse Verwendung finden, wobei der Brennstoff nach Art des Dieselverfahrens in die hochverdichtete Luft eingespritzt wird.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Brennkraftturbine, bei der durch die kinetische Energie eines aus einer Düse austretenden Wasserstrahls, erzeugt durch die Explosion und Dehnung eines Brennstoffes, eine Freistrahlturbine angetrieben wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung von je zwei Brennkammern, derart, daß die zum Ein- und Auslassen des Wassers dienenden Organe je einer Brennkammer im Wechsel durch die Explosion und Dehnung eines Treibmittels in der anderen Brennkammer und gleichzeitig auch die Ein- und Auslaßorgane in der Brennkammer, in der die Explosion eingetreten ist, gesteuert werden.

2. Turbine nach Anspruch 1, dadurch ge- - kennzeichnet, daß die für das Einlassen des Wassers in den Brennkammern vorgesehenen Ventile derart miteinander gekuppelt sind, daß durch das Schließen des Ventils in der einen Kammer das Ventil der anderen Kammer geöffnet wird.

3. Turbine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwangläufige Einrichtung zum Offenhalten des durch die Explosionsdrücke sich öffnenden Auslaßventils vorgesehen ist, zu dem Zweck, um das Ausströmen der Verbrennungsgase und eines Teiles der Spülluft zu ermöglichen.

4. Turbine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schließ- und Öffnungsbewegung der Ventile zum Einlassen des Wassers in die Brennkammern die zum Offenhalten der Auslaßventile dienende Einrichtung verstellt wird.

5. Turbine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einführen des Wassers in je zwei miteinander verbundene no Brennkammern eine gemeinsame Leitung dient.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.