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Mehrstufige Brennkraftturbine in Zweiflußbauart für Betrieb mit zerstäubten
oder gasförmigen Treibstoffen Vorliegende Erfindung bezweckt die Verwendung billiger,
hochwertiger Treibstoffe, bei hohem thermischem Wirkungsgrad, zur wirtschaftlichen
Kiafterzeugung in Brennkraftturbinen, die durch einfache Bauart, geringes Gewicht
und ruhigen Gang, bei großer Betriebssicherheit die Kolbenkraftinaschinen übertreffen
und sich durch hohe Drehzahl zum unmittelbaren Antrieb besonders eignen.
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Bei den bekannten Kolbenkraftmaschinen treten im Verdichtungs- und
Arbeitstakt starke Stöße auf, die hohe mechanische Beanspruchung, besonders der
Gehäuse, Lager und Fundamente, zur Folge haben. Bei den ununterbrochen beaufschlagten
Zweiflußbrennkraftturbinen werden diese Nachteile vermieden.
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Saug-, Verdichtungs- und Ausschubtakte der Kolbenmaschinen sind Kraftverzehrer;
sie verschlechtern den mechanischen Wirkungsgrad und ergeben ungleichmäßigen Lauf.
Diese Verlus , die sich in Wärme umsetzen, verringern daher die Leistung.
Bei Brennkraftturbinen in Zweiflußbauart tritt infolge ununterbrochener Beaufschlagung,
wie auch bei anderen Turbinen, ein ruhiger, gleichmäßiger Lauf mit gutem mechanischem
Wirkungsgrad und daher geringem Brennstoffverbrauch ein.
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Der unausgeglichene Gang der Kolbenmaschine bedingt große Schwungmassen
zur Erzielung eines brauchbar-en Gleichförmiggrades; durch den gleichmäßig-en Lauf
der Brennkraftturbinen sind besondere Schwungmassen nicht erforderlich.
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Zwecks Vereinfachung der Bauart besteht die Erfindung darin, daß in
einem zwischen den beiden im Zweifluß beaufschlagten Turbinenteüen vorgesehenen
feststehenden Ringkörper Brennkammern angeordnet sind, deren zum Auslaß der Treibgase
dienenden öffnüngen in axialer Richtung auf beiden Seiten des Ringkörpers und deren
radial nach innen gerichtete, der Luftzuführung dienende Öffnung durch mit 'dem
Läufer umlaufende Turbinenteile, z. B. WeUenaussparungen oder Abschlußscheiben der
Brennkammern, gesteuert werden, während radial von außen in die mit Einlaßdüsen
versehenen Zündvorkammern, in denen die Verbrennung eingeleitet wird, Brennstoffventil-e
mit Zerstäubungsdüse münden.
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Die Abmessungen und Gewichte der Brennkraftturbine sind gering.
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Die nachstehend beschriebene Brennkraftturbine mit Druckluftzufuhr für Ladung
und Spülung und selbsttätiger Erhitzung der Verbrennungsluft mit der gesteuerten
Brennkammerladung und Gasentspannung gewährleistet, mit den bei den Gaskraftmaschinen,
z. B. Dieselmötoren, bewährten - bekannten Hilfsvorrichtungen, wie Brennstoffpumpe,
Gasmischventile,
Luftverdichter, Leistungsregler und elektrischer
Anwurf- und Zündvorrichtung, ausgerÜstet, volle Betriebssicherhelit bei einfacher
und leichter Bauart.
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Beschreibung der Brennkraftturbine in Z-weiflußbauart Die Zeichnung
veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel.
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In Abb. i ist die Turbine in Längsrichtung dargestellt, der obere
Teil im Schnitt bei offener Brennkaninier, untere Hälfte z.T. im Schnitt, z.T. in
Ansicht.
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Abb. 2 zeigt im oberen Teil einen Querschnitt der Turbine, links durch
die Turbinenkammer nach SchnittA-B, rechts durch die geschlossene ' Brennkammer
nach SchnittC-D, irn unteren Teil eine Ansicht der Turbine.
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Die Abb.3 bis 5 zeig-en Turbinenteile in großem Maßstab dargestellt,
und zwar Abb. 3
Turbinenmitte (Längsschnitt) mit herausgezogenem Laufrad,
oben mit geöffneter, unten mit geschlossener Brennkammer. Abb. 4 veranschaulicht,
aufgerollt dargestellt, den Brennkamnierquerschnitt mit anschließender erster Laufradstufe
nach SchnittE-F. Abb. 5
zeigt in der linken Hälfte oben eine Ansicht des Laufrades,
unten des Brennkammerringes, in der recht-en Hälfte oben einen Querschnitt durch
die Beschaufelung nach Schnitt 1-1(, unten einen Querschnitt durch die Beschaufelung
nach ScbnittO-H.
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Die Brennkraftturbine in Zweiflußbauart besteht im wesentlichen aus
folgenden Teilen: Wassergekühltein Gehäusea mit Lagern, hohler Welleb mit Druckluftkanälen
bl, b.,
zwei #ymnietrischen Läufernd mit Brennkarnmerabschluß
1 und i, wassergekühltem Läufermantelk mit Brennkammerringm und
Ab-
gaskammern s.
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Das zweiteilige -wassergekühlte Gehäuse a besitzt Bedienungsöffnungen
für Brennstoffventile und Zünd- oder Glühkerzen.
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Die Welle b ist bis Mantelende hohl gebohrt und hat Kaltdruckluftausströmöffnungen
b, für Verbrennungsluft, die in beideli H.ohlräumen e des Läuferkörpers
d niünden, und b. für Kühl- und Spülluft, die über Kühlzeilent in
den Abgaszellens enden und zur I,'-ühlung. der Welle - b und Abgaskammern
s und zur Spülung letzterer dienen. Ferner besitzt die hohle Welleb in Turbinenmitte
Aussparungenc für' Verbrennungsluftzuleitung zu den Brennkarnmernit.
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Die einzelnen in Zweiflußbauart syrnn-ietrisch angeordneten Läuferkörperd
sind auf der Welle b befestigt und enthalten im Innern Hohlräumee, die in
der Turbinenmitte durch Heißdruckluftkanält f mit den Wellenaussparungenc
verbunden sind. Durch diese wiXd die_ Verbrennungsluft zu.--den Brennkaminexn;i
durch radiale, kegelige Kanäleo geleitet.
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Ferner sind die Hohlräumee in den Läufer-:#örpernd mit den Treibgaskaiiäl#-n
in der #,"e."chaufelung durch kleine, der Spülluft die-..,P##de Kanäle
g verbunden.
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-Die in den Hohlräumene durch die innere Turbinenwärine hocherhitzte
Druckluft strömt in die Brennkammern it über Wellenaussparung c und Luftkanal o
aus beiden Hälften der Turbine, wobei die Luftzufuhr durch die umlaufende Wellenaussparung
c und feststehende öffnung des Brennkammerringes m gesteuert wird, der lagerartig
die -Welle eng unischließt.
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Diese Drennkammerluftzuführungskanäle o
sind durch ffie Stellung
der Welle zum Brennkammeriing während der Verbrennung geschlossen, zur neuen Ladung
mit heißer Ver-Prennungsluft dagegen geöffnet.
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Zur überleitung der Treibgase von einer auf die andere Laufradstufe
können spiralförmige Auissparungen 1 im Mantel k und Schlitzöfffnung
h im Läuferkörper d dienen, während die äußeren Zellen der Läufer in Abgasringens
offen münden.
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Die Beschaufelung der in der Turbinenmitte gelegenen ersten Druckstufe
der Zweiflußbrennkammerturbine steuert denTreibgasaustritt aus den Brennkammerii
entweder durch zentrisch in den Brennkammerringw eingreifende Endscheiben mit Durchlaßschlitzen
j (Abb.3 unten) oder nach Abb.4 unmittelbar durch entsprechende Form der Turbinenbeschaufelung
i. Beide schließen drehschieberartig die Brennkammern bei Ladung mit Heißluft ab
und öffnen sie nach erfolgter Zündung zur krafterzeugenden Entspannung der Treibgase.
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Die Läuferkörperd der Brennkraftturbine sind von einem,_ am Gehäuse
a befestigten zweiteiligen, mit Kühlkanälen verschenen Mantelk umgeben, der mittels
Stopfbüchsen gegen die Welle abgedichtet ist. Der Mantel wird zur weiteren Kühlung
von Wasser um# flossen.
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Der Mantelk trägt in seiner Mitte einen sch,eibenförmigen, am Mantel
befestigten Brennkörperringni mit Zündvorkammern p.
Radial von außen führen
in diese die mit Einspritzdüsen versehenen Brennstoffveiitileq und, für elektrische
Zündung, Zünd- oder Glühkerzen, währ, ' end Düsenp die Vorkammern, in denen
die -Verbrennung eingeleitet wird, mit den Brennkammernn radial verbinden.
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Die radialen, nach innen führenden Heißdruckluftzuführungsöffnungen
o münden an der Welle und werden von den Aussparungen c der Welle gesteuert,
d. h. mit den Heißdrucklufthohlräumene über Austrittskanälei
verbunden
oder von ihnen getrennt-, je nach #tellung,##r Aussparungc zur Brennkammereintrittsöffnung.o.
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Die Brennkammern t# besitzen in axialer Richtung schlitzaffize Gasauslaß6ffnungen
til auf b.#iden. Seiten--- des Ringkörpers (Abb. 4) Z ' überleitung der Treibgase
in die Laufradur beschaufelung, Im Brennkammerring m sind, -wie oben gesagt., die
schieberartigen Endflächen der ersten Druckstufe i und i zentrisch anschließen.d
und abdichtend geführt. Synimetrisch angeordnete spiralförmige Aussparungen
1 im Mantelk dienen bei Entspannung, der Gase zur Überleitung derselben von
tiner zur anderen Druckstufe der Laufräder.
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An den Enden trägt der Mantelk je eine ringförmige Abgaskammers,
welche die Ab-
gase in, die Sammelräume a leiten. An. diesen sigd die
Austrittsstutzen v und - Auspuffröhre angeschlossen.
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Die äußeren Läuferkörper d enthalten offene Schlitze, -welche
die Abgase in die Kammern s : leiten. - Mittels kalter D ruckluft
aus Wellenbohrung b, werden, wie, oben - gesagt, die Abgaskammern
dauernd gespült und gekühlt, wobei die eingebauten Kühlkammernt die unzulässige
Erwärmung des den Lagern nahe liegenden Wellenstückes verhindern.
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Durch den freien Raum z wischen Gehäuse a und Mantel-k -kann zwecks
energischer - Kühlung der Turbine und der Lagger Kühlwass#er geleitet werden;
in diesem Fälle kann die vorgesehene Kühlung des Gehäuses a durch Kanäle fortfallen;
es bleibt jedoch die Kühlung des Mantels durch die Kanäle bestehen. Arbeitsvorgang
der Brennkraftturbine Außer den in den Zeichnungen enthaltenen Teilen der Turbine
(Einspritzventile und Glüh-oder Zündkerzen) gehören folgende bekannte Zubehörteile
zur Turbine-Ein kleiner, mit der Welle gekuppelter Verdichter zur Erzeugung der
erforderlichen. Druckluft, ein Fliehkraftregler für die Regelung der Drehzahl, eine
Brennstoffpumpe für flüssige Brennstoffe oder ein Gas-emischventil zz für gasförmige
Treibstoffe.
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Der Regler regelt die Brennstoffmengen oder das Gasgemisch entsprechend
der Belastung.
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Außerdem benötigt die Turbine die bekannte elektrische- Anwurfeinrichtung
(z. B. Anlasser).
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Sämtliche Vorrichtungen werden in bekannter Weise von der Welle angetrieben
und gesteuert.
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Von den ständig in die hohle Welle eingepreßten Druckluftmengen eat-weicht.
ein kleiner Teil durch Bohrun en,#2 in die Kühl-9 Zellen t der Abg#Lse..und kühlt
-hier die Lager-, und Abgaszellen.s und spült letztere. Der größte Teil der Preßluft
strömt - durch die Öffnurigen,b, in die beiden Hohlräumee- dey Laufradnabe
und. wird hier-hoch-erhitzt durch die innere Abwärme -der Läufer, kühlt aber gleichzeitig
die Welle -und verhindert unzulässige Temperaturensteigerungen -derselben. Ein kleiner
Teil dieser Heißdruckluft entweicht durch die Bohrungeng in die Be#_ schaufelung
und spült diese von Abgasen aus, während der-Rest als -Verbrennungsluft beijerseitig
über die Wellenaussparung-c durch die voii der Welle b gesteuerten radialen,
Kanäle o in die Brennkammerli it tritt.
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Die Brennkamm-ernn werden durch die eng anschließenden, abgedichteten
drehschieberartigen Endscheibeni oder Flächen! der inrieren Laufradstufe beiderseitig
völlig abgeschlossen oder geöffnet, je nach Stellung der unilaufenden Turbinenteile.
Sie werden also selbsttätig derart gesteuert, daß bei -geöffhe ten Heißdrucl -luftkanäleno
-während der Bren:nstoffeinspritzung und Zündang die Austrittsschlitze, ii, der
'Brennkammern akial geschlossen sind, aber nach erfolgter Zündung zur krafterzeugenden
Entspannung der Gase geöffnet werden, wobei die Heißdruckluftkanäle o, gesteuert
- durch die umlaufende Welleb, geschlossen sind.
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Während die Brennkammeraustrittsschlitze ii, durch die Drehschieber
j und i geschlossen sind, wird kurz nach deren Ladung mit Heißdruckluft feinzerstäubter
Brennstoff aus der Ventildüse q in die Zündvorkammern p unter Druck
eingespritzt und gleichzeitig durch die heiße Druckluft oder mit Hilfe der
Glüh- oder Zündkerzen zur Entflammung gebracht.
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Bei Betrieb der Turbine mit gasförmigen Brennstoffen tritt an die
Stelle des Brennstoffzerstäuberventilsq ein Gasventil, das das unter Druck stehende,
im Mischventil mit Verbrennungsluft vermischte Gas des Gaserzeugers in die Zändkammer
preßt, wo es mittels Zündkerzen oder zweckmäßiger Glühk#erzen zur Entflammung gebracht
wird. Das Mischventil wird durch den Fliehkraftregler in bekannter Weise gesteuert.
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Der in den Vorkammern p entzündet-Brennstoff tritt unter erheblicher
Drucksteigerung durch Düsen in die Brennkammern n und -wirkt nach öffnung derselben
beiderseitig durch die gesteuerten drehschieberartigen Abschlüsse t und
i auf die Beschaufelung der Laufräder durch Entspannung der Gase, unter Druckabfall
Arbeit leistend, worauf die zum Teil entspannten Gase-durch die Aussparungl des
Mantelsk in die zweiten Druckstufen zur Arbeitsleistung geleitet wer-,den" wodurch
die Gase die Beschaufelung beaufschlagen
und durch Schlitzöffnungen
k
zur dritten Kammer übertreten.
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Der gleiche Vorgang, stets mit weiterer EntspanDung der Gase verbunden,
wiederholt sich in der dritten und vierten Druckstufe, worauf die Gase mit geringem
überdruck in die Abgask#untner s und Sammelkammer u eintreten und diese -durch die
Austrittsrohrstutzen il verlassen.
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Die IngAngsetzung der kalten Turbine erfolgt mittels Anwurfmotor,
wobei die ersten Zündungen durch bekannte Zündvorrichtungen eingeleitet werden.
Die Leistungsregelung der Turbine kann auch durch Ab- und Zuschalten von
Einspritzdüsenq erfolgen.