Verbrennungsturbine. Die üblichen Konstruktionen von Ver- brerinungsturbinen weisen eine geringe Anzahl grössererVerbrennungskammern mit verhältnis mässig kleinen Ein- und Auslassöffnungen auf, woraus sich der Nachteil ergibt, dass die Aufeinanderfolge von Explosion und Auspuff der hochgespannten Verbrennungsgase, und infolgedessen die erreichbare Tourenzahl eine sehr beschränkte ist, was wiederum auf den Wirkungsgrad eine ungünstige Rückwirkung hat.
Dieser Mangel soll behoben sein bei dem Gegenstand vorliegender Erfindung, einer Ver brennungsturbine mit einer grossen Anzahl um die Turbinenwelle fest angeordneter kleiner Verbrennungsräume mit Gasdurchtritt in axialer Richtung, deren Ein- und Auslass an nähernd so gross als ihr Durchtrittsquerschnitt sind.
Eine derartige Turbine hat in) Vergleich mit bekannten Konstruktionen den Vorteil, dass sie eine sehr hohe Umdrehungsgeschwin digkeit ermöglicht; weil die Explosion und der Auspuff der hochgesparinteri Verbrennungs gase bei den geringen Abmessungen und den im Verhältnis zu diesen grossen Ein- und Aus- lassöffnungen der Verbrennungsräume selbst verständlich viel schneller erfolgen als bei den bekannten Konstruktionen. Diese hohe Umdrehungsgeschwindigkeit bedingt einen günstigen Wirkungsgrad der Turbine.
In beiliegender Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Verbrennungsturbine gemäss vorliegender Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar ist: Fig. 1 ein Längsschnitt und teilweise auch eine Ansicht einer Verbrennungsturbine; Fig. 2 ist eine Ansicht der Steuerorgane mit Zündkerzen; Fig. 3 und 4 zeigen teilweise im Längs schnitt, teilweise in Ansicht zwei Ausführungs formen der Turbine; Fig. 5 zeigt einen Achsialschnitt durch eine weitere Ausführungsform, und Fig. 6 ist ein Schnitt dieser Ausführungs form nach A-A. in Fig. 5, wobei das Tur binengehäuse weggenommen gedacht ist.
Um die Turbinenwelle sind gemäss: Fig. 1 und 2 im Turbinengehäuse eine grössere An zahl, zum Beispiel einige hundert kleine zy lindrische Verbrennungsräume 2 axial gerich tet, in drei konzentrischen Reihen fest ange- ordnet. Der Durchmesser der Verbrennungs räume beträgt 1-2 cm. Alle diese Verbren nungsräume, deren Ein- und Auslass annähernd so gross wie ihr Durchtrittsquerschnitt sind, münden hinten in ehren Kompressionsraum 3 aus, der von einem Turbokompressor 4, dessen Rotor auf der Welle 1 befestigt ist, mit brenn barem Gasgemisch von beispielsweise etwa 4-5 Atmosphären gespeist wird. Vorn mün den die Räume 2 auf die Schaufelräder 5 der Verbrennungsturbine.
Als Steuerungsorgane dienen zwei auf der Turbinenwelle gelagerte, urimittelbar vor und hinter den Verbrennungsräumen angeordnete Schieber 6 und 7, welche irr nicht gezeich neter Weise miteinander verbunden sind und durch Zahnräder 8 ins Langsame übersetzt von der Welle 1 aus angetrieben werden. Diese Scheiben 6 und 7 öffnen und schliessen periodisch die Ein- und Auslässe der Ver brennungsräume und sind zu diesem Zweck, wie aus Fig. 2 ersichtlich, derart ausgeschnit ten, dass sie beide die Verbrennungsräume auf eitre Bogenlänge von ca.<B>1800</B> abschliessen. Bei 9 überdecken die Schieber, in axialer Richtung gesehen; einander auf eine geringe Bogenlänge, so dass an dieser Stelle die Ver brennungsräume auf beiden Seiten geschlossen sind.
Bei 10, ungefähr diametral gegenüber, sind die Verbrennungsräume eine geringe Bogenlänge auf beiden Seiten geöffnet. Der Schieber 6 trägt bei 9 drei Zündkerzen, welche auf den drei Radien, die den drei Reihen von Verbrennungsräumen entsprechen, von aussen nach innen im Sinne der Drehrichtung der Schieber gegeneinander versetzt angeordnet. Ihnen folgen im Sinne der Drehrichtung noch zwei weitere Reihen von je drei gleich ange ordneten Zündkerzen Ila und 1111.
Die Turbine 5 ist von einem Mantel 13 umschlossen, welcher teilweise mit Wasser gefüllt ist, .das auch zwischen den Verbren nungsräumen 2 zirkuliert.
Im obern, als Verdampfungsraum dienen den Teil des Mantels 13, liegen die Ablei tungen 14 für die Abgase der Verbrennungs turbine. Dieser Verdampfungsraum steht durch ein Rohr 15 mit dem Absperrventil 16 einer Dampfturbine 17, deren Rotor auf der Welle 1 montiert ist, in Verbindung; 18 ist deren Abdampföffnung.
Durch diese Ausnützung der Kühlwärme und der Wärme der Abgase zur Dampfer zeugung wird eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades erzielt. Natürlich könnte der Dampf auch auf andere Weise verwertet werden. Die Wirkungsweise der Turbine ist die folgende.
Wenn die Schieber 6, 7 sich in der Rich tung des Pfeiles 12 bewegen, so treten je weils drei Verbrennungsräume 2 den Zünd kerzen 11 gegenüber und sind auf beiden Seiten durch die Schieber 6, 7 abgeschlossen und rnit komprimiertem Gasgemisch gefüllt; so dass in diesen Verbrennungsräumen nach der Zündung eine Explosion erfolgt. Die Ver brennungsgase werden unmittelbar darauf, so bald der Schieber 7 den Auslass dieser Ver- brennungsräunie freigibt, auf die Schaufeln der Verbrennungsturbine stossen; der Einlass ist hierbei geschlossen.
Dieser Zustand bleibt während ungefähr einer halben Umdrehung der Scheiben 6, 7 bestehen, wodurch die Verbrennungsgase Ge legenheit haben, sich vollständig zu entspan nen. Dann folgt eine äusserst kurze Periode, während welcher die betreffenden Verbren nungsräume im Ausschnitt 10 der Scheiben 6, 7 auf beiden Seiten geöffnet sind, und das frisch einströmende komprimierte Gemisch aus dem Kompressionsraume 3 die noch in den Räumen befindlichen Verbrennungsgase wegspült.
Unmittelbar 'darauf werden diese Verbrennungsräume vorn abgeschlossen, hinten dagegen bleiben sie während etwa einer halben Umdrehung der Scheiben 6, 7 in offener Ver bindung mit dem Kompressionsraum 3, wo durch sie mit brennbarem (xasgemisch unter Kompressionsdruck gefüllt werden. Dann kommt wieder eine sehr kurze Zündungs periode, wenn der Teil 9 der Scheiben sich an den betreffenden Verbrennungsräumen vor überbewegt usw. Bei einer Umdrehung der Scheiben 6; 7 findet daher in jedem Verbrennungsraum eine Explosion statt.
Die Zündkerzen 1h, llv sollen die Zün dung bewerkstelligen, wenn die Kerzen 11 versagen sollten.
Selbstverständlich brauchen die Stellen, wo die Zündung und die Spülung .stattfinden, auf den Schiebern 6, 7 nicht einander dia metral gegenüber zu liegen. Auch könnten mehrere Zündstellen und eine entsprechende Anzahl Spülstellen regelmässig über die Schei ben 6, 7 verteilt, in jedem Verbrennungsraum 2 mehr als eine Explosion pro Umdrehung der Scheiben 6, 7 verursachen.
Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungs form der Verbrennungsturbine, bei welcher die Schieber 6 und 7 zwecks Regelung der Leistung mit einer von jener der Turbinen welle unabhängig regelbaren Geschwindigkeit angetrieben werden.
Auch die Verbrennungsturbine 5 gemäss Fig. 3 besitzt eine grosse Anzahl um die Welle 1 angeordneter fester Verbrennungs räume 2, welche einerseits gegenüber den Schaufelrädern, anderseits in einen Kompres sionsraum 3 ausmünden, in welchen durch ein Rohr 411 komprimiertes brennbares Gas gemisch eingeführt wird. Die Öffnungen der Verbrennungsräume 2 werden geöffnet und abgeschlossen mittelst der Schieber 6 und 7, die zusammen durch eine Büchse 19 lose auf der Welle 1 gelagert sind.
Die Büchse 19 trägt eine Riemenscheibe 20, die durch einen Riemen 21 von einer Scheibe 22 aus getrieben wird, welche unter Vermittlung eines Ge schwindigkeitswechselgetriebes 23 von einer Scheibe 24 bewegt wird. Letztere endlich wird durch einen Riemen 25 von einer Scheibe 26 auf der Turbinenwelle 2 getrieben.
Bei der beschriebenen Ausführungsform kann die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schieber 6, 7 unabhängig von der Geschwin digkeit der Welle 1 geregelt werden.
Besonders bei Explosionsturbinen für Kraft wagen kann man zum Überwinden von Stei gungen oder von sonstigen Widerständen durch Vermehrung der Explosionen die Ma- scbinenleistung erhöhen. Ebenso kann man, wenn wenig Arbeit benötigt wird, die Zahl der Explosionen vermindern, ohne dass die Maschine hierdurch weniger rationell arbeitet. Diese Anordnung ermöglicht auch eine Ge schwindigkeitsregelung des Wagens, ohne dass hierzu das übliche Geschwindigkeitswechsel getriebe zwischen Motor und Achse erforder lich wäre.
Bei der Turbine nach Fig. 4 ist 1 wie derum die Welle der Verbrennungsturbine 5. Die Verbrennungsräume 2 sind mit einem Kompressionsraum 3 verbunden, der durch ein Rohr 411 von einem Turbokompressor 4 mit komprimiertem brennbarem Cäasgemisch gespeist wird. Die Turbine 5 ist in einem Dampfbehälter eingebaut, in welchem durch die bei der Verbrennung freiwerdende Hitze hochgespannter Dampf erzeugt wird. Der Dampf fliesst durch eine Leitung 15 zu einer Dampfturbine 17, deren Rotor auf der Welle 1 angeordnet ist.
Die Schieber 6, 7 sind auch hier mittelst einer Büchse 19 lose auf der Welle 1 ge lagert. Auf der Büchse 19 ist der Rotor einer kleinen Dampfturbine 27 angeordnet, welche mit Dampf gespeist wird, der durch ein<B>Ab-</B> zweigrohr 28 der Leitung 1 5 zugeführt wird. Durch Änderung der Umdrehungsgeschwin digkeit der Turbine 27 lässt sich die Um drehungsgeschwindigkeit der Schieber 6, 7 unabhängig von derjenigen der Welle 1 regeln.
Die Steuerorgane könnten auch vorteilhaft durch eine besondere Kraftquelle mit regel barer Geschwindigkeit angetrieben werden.
Zum Zwecke einer möglichst regelmässigen Wärmeverteilung in radialer Richtung über das Schaufelrad könnten die-Verbrennungs- räume, in welchen aufeinanderfolgend Ver brennungen stattfinden, in allmählich zurreh- mendem oder abnehmendem Abstand von der Achse angeordnet sein und auf einen Ver brennungsraum mit dem grössten unmittelbar einen Verbrennungsraum mit dem kleinsten Achsenabstand öder umgekehrt folgen lassen.
Eine sehr einfache Anordnung ist in Fig. 5 und 6 gezeichnet, wo die Verbrennungsräume in exzentrisch zur Turbinenachse liegenden Kreisen angeordnet sind.
Auf der Welle 1 ist das Turbinenschaufel rad 5 montiert. Die achsial gerichteten Ver brennungsräume 2 sind in drei zueinander konzentrischen Kreisen um die Welle 1 an geordnet. hinsichtlich der Welle 1 sind jedoch diese Kreise ziemlich stark exzentrisch. Die Verbrenrrungsräume2münden einerseitsgegen- über dem Schaufelrad 5 aus, anderseits in einem ringförmigen Kompressionsraum 3 im Turbinengehäuse, welcher mit komprimiertem brennbarem Gasgemisch gefüllt gehalten wird.
Der Einlass des brennbaren Gemisches aus dem Kompressionsraum 3 in die Verbren nungsräume 2 und das Ausstossen der heissen Verbrennungsgase aus den Verbrennungsräu men 2 gegen die Schaufeln 5 wird durch zwei flache, mit Aussparungen versehene Schieber 6 und 7 geregelt, welche an einer Hohlwelle 29 befestigt sind, deren Achse mit jener der Kreise, auf welchen die Verbren nungsräume 2 gruppiert sind, zusammenfällt. Der Schieber 6 trägt die Zündkerzen 11 in vier gleichmässig auf dein Umfang verteilten (-,'Truppen. Die Steuerschieber haben dement sprechend je vier Steuerlappen.
Wird die Welle \ü9 mit den Schiebern 6 und 7 gedreht, darin kommt jeder Verbren nungsraum 2 in Verbindung mit dem Kom pressionsraum 13), während er auf der Seite des Schaufelrades noch offen ist; hierauf wird er zuerst auf der Seite des Schaufelrades, dann auf jener des Kompressionsraumes 3 geschlossen, worauf darin eine Zündung erfolgt und der Verbrennungsraum auf der Seite des Schaufelrades geöffnet wird, um die heissen Verbrennungsgase auslassen zu können.
Durch die exzentrische Stellung der Kreise, auf welchen die Verbrennungsräume 2 um die Welle 1 des Schaufelrades 5 angebracht sind, werden die durch die aufeinanderfolgen den Verbrennungsräume 2 ausgestossenen Ver brennungsgase das Schaufelrad 5 in verschie denen radialen Abständen vor) der Welle 1 treffen und der beabsichtigte, oben genannte Effekt erreicht. .