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Verpuffungsturbine mit geschlossener Brennkammer Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Verpuftungsturl» nen mit geschlossener Brennkaininer und mit überwiegend
tangential beaufschlagtein. am Umfange mit Zellen versehenen Laufrad, (las sich
in einem mit Gegenzellen versehenen feststehenden Kranze dreht und dem die Verbrennungskammer
unmittelbar vorgebaut ist. Gegenstand der Erfindung ist eine Turbine dieser Art,
die für alle gängigen Bremistofte verwendbar ist und dennoch in jedem Falle einen
sehr hohen Wirkungsgrad gewährleistet. Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes
ist darin zu sehen, daß er notfalls auch mit unwesentlichen zusätzlichen -Mitteln
als Dampfturbine verwendbar ist.
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Ihrem Wesen nach kennzeichnet sich die neue Turbine dadurch. daß die
zweckmäl:)i#rerweise gleichachsig gegenübergestellten Zellen von Läufer-und Leitkranz
entsprechend dem zeitlich kurzen E=xplosionsdrucke der Verbrennungskammer auf einen
Bruchteil des Umfanges zusammengerückt sind und der Verbrennungskammer ein Verdichter
vorgebaut ist, der das Verbrennungsgemisch (Kraftstoff und Luft) unter starker Verdichtung
in die Kammer überführt, aus der es bei der Zündung den dicht nebeneinandergerückten
Zellen und Gegenzellen zugeführt wird. Dadurch ist eine nahezu restlose Energieausnutzung
bei fast geräuschloser =;tlsströinung- der Abgase erreicht, die an einer der E:inströrnung
etwa diametral gegenüberliegenden Gehäusestelle erfolgen kann. Die Zusammenrückung
der Zellen auf einen verhältnismäßig kleinen Bruchteil des Umfanges von Läufer-
und Leitkranz ermöglicht deren sichere Abdichtung gegeneinander bei wirksamster
Schmierung. In der Hauptsache aber gewährleistet diese: Zusammenrücken der Zellen
bei Turbinen mit in mehreren Ebenen nebeneinander angeordneten Zellenkränzen deren
Versetzung gegeneinander in jedem gewünschten Winkel, also z. 13. so, daß die Zellen
aller Ebenen entweder gleichzeitig oder einzeln oder
gruppenweise
nacheinander arbeiten, oder so, daß die Zellen einer Ebene oder mehrerer Ebenen
vorübergehend oder dauernd ausgeschaltet werden können.
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Eine lediglich als Beispiel anzusehende Ausführung der Erfindung ist
in der Zeichnung in den Fig. i und 2 in senkrechtem Querschnitt und waagerechtem
Achsenschnitt durch eine Turbine mit beispielsweise vier Zellenreihen auf dem Läufer
schematisch dargestellt. Die Fig.3 zeigt dazu im senkrechten Teilschnitt einen Verdichter
und seinen Antrieb.
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In einem zylindrischen Gehäuse 6, das zweckmäßigerweise aus zwei oder
mehr miteinander verschraubbaren Teilen besteht, ist auf einer Achse i vermittels
Armkreuz 26 o. dgl. eine Läufertrommel 2 gelagert, die am Umfange mit Zellen 3 besetzt
ist. Zwischen Gehäusemantel 6 und Läufertrommel 2 ist ein feststehender Zylinder
4 eingeschaltet, der an seiner Innenfläche den Zellen 3 gleichachsige und wesensgleich
geformte Gegenzellen 5 trägt. An das Gehäuse 6 ist die mit der nötigen Armatur,
wie Zündkerze i9 und Einlaßventil 2o, ausgestattete Verbrennungskammer 13 angebaut,
z. B. mit ihm abnehmbar durch Schrauben verbunden. Von dieser Kammer 13 führt zu
den Zellen 3 ein kurzer Kanal (Düse 7) mit Beaufschlagungsrichtung mit überwiegend
tangentialer Komponente zum Laufrad 2.
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Erfindungsgemäß sind die Zellen 3 und 5 von Läufer 2 und Leitkranz
4 auf einen Bruchteil des Umfanges ihrer zylinderförmigen Träger zusammengerückt,
und der Verbrennungskammer 13 ist ein Verdichter vorgebaut, der das zugeführte oder
eingesaugte Brennstoff-Luft-Gemisch unter starker Verdichtung in die Kammer überführt,
aus der es im Augenblick der Zündung in die dicht aneinandergerückten Zellen übertritt.
Der gesamte Druckabfall ergibt sich aus dem Expansionsverhältnis, d. h. dem Verhältnis
des Rauminhaltes der Brennkammer 13 zur Summe der Rauminhalte von Brennkammer 13
plus aller Zellen 3 plus aller Gegenzellen 5. Und der Wirkungsgrad der Maschine
ist begrenzt erstens durch das Expansionsverhältnis und zweitens durch das Verhältnis
der tangentialen zur radialen Komponente der Beaufschlagungsrichtung. Im gezeichneten
Beispiel bedecken die Zellen 3 und 5 nur etwa den halben Umfang ihrer Träger 2 und
4, die auf dem übrigen Teil des Umfanges glatte Berührungsflächen aufweisen, die
für die Abdichtung beider gegeneinander besonders vorteilhaft sind. Die Zellen 3
des Läufers 2 sind, wie Fig.2 andeutet, in beispielsweise vier Ebenen nebeneinander
angeordnet und von Ebene zu Ebene in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzt,
so daß sie zeitlich verschieden wirken. Dementsprechend sind auch vier Verdichter
mit je einer Verbrennungskammer 13 vorgesehen, die ebenfalls zeitlich verschieden
wirken und deren Gestalt und .lnordnung namentlich in Fig. i angedeutet ist. Danach
besteht jeder Verdichter mit zugehöriger \'erbrellnungskammer 13 aus einem stehenden
zylindrischen Gehäuse 16, in dessen Unterteil durch eine Zwischenwand mit Rückschlagventil
2o die Verbrennungskammer 13 abgeteilt ist und in dessen mit gesteuertem Einlaß
17 für den Brennstoff und Luft versehenen Oberteil ein Verdichterkolben io gleitet.
Dieser Kolben stützt sich auf einer Schraubenfeder 12 ab, die beim Verdichten, wenn
der Kolben io z. B. durch einen Hubnocken 14 in den Zylinder 16 hineingepreßt wird,
zusammengedrückt wird, wie das Fig. 3 in einem Falle andeutet. Nach dem Abgleiten
des Hubnockens 14 von seinem Kolben oder Kolbenansatz (Rolle 18) schnellt die zusammengedrückte
Feder 12 den Kolben io in seine Hochlage zurück, wobei er neues Brennstoff-Luft-Gemisch
durch das entsprechend gesteuerte Ventil 17 einsaugt. Die Gehäuse 16 aller vier
Verdichter können, wie das Fig. 2 zeigt, einen Block bilden, der mit dem Turbinengehäuse
6 aus einem Stück bestehen oder, noch besser, mit ihm verschraubt sein kann. Die
Steuerung aller Ventile 17 kann durch eine gemeinsame Welle 27 erfolgen, die z.
B. .von der Nockenwelle 15 aller Nocken 14 bewegt wird.
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Wie Fig. 2 andeutet, ist jede Verbrennungskammer 13 durch einen eigenen
Düsenkanal 7 mit der zugehörigen Zellengruppe 3 des Läufers 2 verbunden, und die
Zellengruppen sind von Stufe zu Stufe um etwa 9o° gegeneinander in Umfangsrichtung
versetzt. Demgemäß müssen auch die Nocken 14 auf ihrer Antriebswelle 15 versetzt
sein, wie das Fig.3 andeutet. Um nach Bedarf die eine oder andere Stufe aus- und
einschalten zu können, um beispielsweise die Leistung der Turbine zu verändern,
können Mittel vorgesehen sein, durch die z. B die Nocken 14 von ihrer Welle 15 abgeschaltet
oder' die Kolben io in ihrer Tieflage festgehalten werden. Hierzu genügen beispielsweise
Keile oder Riegel, die von Hand oder vermittels Hebelgestänge verschoben werden.
Zum Antreiben der Nockenwelle 15 von der Turbinenwelle i aus mit dem erforderlichen
Übersetzungsverhältnis kann jedes geeignete Mittel dienen, z. B. ein Stirnzahnradgetriebe
23, 24, 25, das auch die Bewegung auf die Ventilwelle 27 übertragen könnte.
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Nach Fig. i sind der Leitkranz 4 und der Sockel des Gehäuses 6 ausgespart,
und in diese zu einem Ölbad ausgebildete Aussparung 28 ist eine Filz-oder Bürstenwalze
29 eingelagert, die mit ihrem unteren Teil in das Ölbad eintaucht und mit dem Oberteil
den Läufer 3 berührt, von dem sie in Umdrehung versetzt wird. Auf diese Weise ist
für eine gründliche sichere Schmierung des Läufers 2 in dem Leitkranz 4 gesorgt.
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In dem Gehäuse 6, das mit einem gemeinsamen Auslaß 9 für alle vier
Zellengruppen und deren zugehörige Auspüffe 8 versehen sein kann, werden zweckmäßigerweise
Hohlräume 22 für Kühlzwecke ausgespart, wie das Fig. i andeutet.