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Strahltriebwerk Bei Strahltrieb-,verken und Gasturbinenanlagen, die
mit einer Zellenradschleuse ausgerüstet sind und bei denen der Vorverdichter von
der Brennkammer und der Arbeitsturbine stets durch diese Zellenradschleuse getrennt
ist und die Arbeitsgase vorwiegend thermisch verdichtet werden, d. h. durch Wärmezufuhr
bei konstantem Volumen, muß durch künstliche Veränderung der Strömungsverhältnisse
in den benachbarten Bauteilen erreicht werden, daß die Spülung und das Aufladen
der Kammern des Zellenrades stattfindet. Innerhalb des Zellenrades erfolgt keine
Energieumwandlung. Die Strömungsveränderungen hängen aber weitgehend von dem jeweiligen
Betriebszustand des Gerätes ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spülung und das Aufladen
des Rades in einwandfreier Weise durchzuführen und einen großen Teil der Widerstände,
die innerhalb des Brennkammerkreislaufes entstehen, auszugleichen. Die Lösung der
Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das Zellenrad als Gebläse derart ausgebildet
ist, daß die im wesentlichen ruhend in den Erhitzungskreislauf eingebrachte Luft
so weit beschleunigt wird, daß die Luft die Strömungswiderstände im Erhitzungskreislauf
überwindet. Zu diesem Zweck ist das Zellenrad so ausgebildet, daß die eintretenden
Stromfäden bei einem kleineren Radius als beim Austritt liegen. Es ist jedoch auch
möglich, in Kanälen mit nicht reiner Axiallage tragflügelartige Einbauten vorzusehen,
die dem durchströmenden Medium weiterhin Energie auf Kosten des Zellenraddrehmomnents
zuführen. Die Energiezufuhr
erfolgt also dadurch, daß das Zellenrad
ähnlich einem Gebläse ausgeführt wird. Es ist demnach auch in bekannter Weise anzutreiben,
d. h. kraftschlüssig entweder direkt mit der Welle der Hauptturbine oder über ein
Getriebe zwecks Anpassung der Drehzahl an die Hauptturbine oder den Hauptverdichter
anzuschließen. Es kann aber auch eine derartige Verbindung ganz fehlen oder auch
nur zur Drehzahlangleichung und Stabilisierung dienen, wenn die aus dem Zellenrad
austretende Energie während des Expansionsabschnittes, d. h. während der Zeit, wo
das heiße Hochdruckgas aus der Zelle ausströmt, der Austrittskanal und der Austritt
aus dem Zellenrad selbst so gestaltet sind, daß eine Strömungskomponente in tangentialer
Richtung entsteht und damit ein Reaktionsmoment auf die Zellenradschleuse selber.
Es erfolgt also die zusätzliche mechanische Energieübertragung auf das Strömungsmittel
zwischen Ein- und Austritt der Brennkammer und deren Ansnutzung mit Hilfe des Zellenrades
durch die Verschiedenheit seiner Ein- und Austrittsdurchmesser.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch ein Strahltriebwerk,
Abb. 2 die Verbindung des Zellenrades mit der Schubdüse im Längsschnitt, Abb.3 die
Aufteilung der Gase zum Antrieb einer Turbine und zur direkten Führung in die Schubdüse,
Abb. 4 die Ausbildung des Zellenrades bei einer direkten Führung zur Turbine, Abb.5
eine schaubildliche Darstellung der Zellenradkammern, Abb.6 die Seitenansicht einer
Kammer gemäß Abb.5. Abb.7 eine weitere Ausführungsform eines schaubildlich dargestellten
Zellenrades und Abb. 8 die zugehörige Seitenansicht.
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Im Ausführungsbeispiel nach Abb. i ist ein Zweikreisstrahltriebwerk
dargestellt. Vom Vorverdichter i erfolgt im Hauptkreis die Führung-der Luft über
den Hauptverdichter 2 zum Zellenrad 3. Die verdichtete Luft gelangt dann von der
Kammer 4 des Zellenrades 3 in die Brennkammer 5 und wird aufgeheizt in die Kammern
des Zellenrades zurückgeführt, um dann über die Turbine 9 bzw. durch die Kanäle
6 direkt zur Schubdüse 7 zu gelangen. Im Nebenkreis 8 wird die vorverdichtete Luft
unmittelbar der Schubdüse 7 zugeführt.
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Durch die Verschiedenheit der Ein- und Austrittsdurchmesser des Zellenrades
3 erfolgt mechanisch eine Energieübertragung auf das Strömungsmittel und deren Ausnutzung
zwischen dem Eim-und Austritt der Brennkammer: In der Abb. 2 ist die Verbindung
-des Zellenrades 3 mit den Kammern 4 und der Schubdüse im Längsschnitt dargestellt.
Der mittlere Eintrittsdurchrnesser der axialen Schleuse 4 ist kleiner als der mittlere
Austrittsdurchmesser. Von den Kammern 4 gelangen die Gase zur Turbine 9 bzw. in
die Brennkammer 5.
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Das gleiche gilt auch für die Abb. 3 und 4, in denen schematisch gezeigt
ist, welchen Weg die einzelnen Gase, die die Austrittsöffnungen des Zellenradgehäuses
4 verlassen, nehmen. Es wird hier gezeigt, daß einmal nur der Teil, der mit konstantem
Druck die Zellenschleuse verläßt, zur Turbine 9 zurückgeführt wird, während der
vorexpandierte Teil der Gasmenge über das Turbinenrad hinweggeführt wird, weil seine
stark wechselnde Geschwindigkeit eine günstige Auslegung des Laufkörpers und des
Leitkörpers der Turbine nicht zufäßt. Zum anderen ist aus der Abb.4 zu ersehen,
wie vom Zellenrad 3 aus den Kammern 4 die Gase eine direkte Führung zur Turbine
9 aufweisen.
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Die Abb. 5 zeigt eine schaubildliche Darstellung einer Zellenradschleuse
mit axialem Eintritt und radialem Austritt. Die Energiezufuhr entspricht . bei dieser
Ausbildung im wesentlichen der vergrößerten Umfangsgeschwindigkeit der mittleren
Eintrittsdurchmesser io zum Austrittsdurchmesser i i.
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In der Abb. 6 ist dargestellt, ,daß bei einem axialen Eintritt in
die Kammer 4 der Eintrittsradius io kleiner als der Austrittsradius am radialen
Austritt i i ist, so daß die eintretenden Stromfäden beim Austritt eine Energieänderung
erfahren.
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Die Abb. 7 zeigt eine schaubildliche Darstellung einer Zellenradschleuse
mit radialem Eintritt 12 und ebenfalls radialem Austritt 13. Aus der Schnittdarstellung
der Abb. 8 ist ersichtlich, daß auch bei dieser Ausführungsform die Stromfäden beim
Austritt 13 auf einem größeren Radius als beim Eintritt 12 liegen.