WO2000077363A1 - Verfahren zum betreiben einer turbomaschine und turbomaschine - Google Patents

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WO2000077363A1 PCT/DE2000/001857 DE0001857W WO0077363A1 WO 2000077363 A1 WO2000077363 A1 WO 2000077363A1 DE 0001857 W DE0001857 W DE 0001857W WO 0077363 A1 WO0077363 A1 WO 0077363A1
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/16—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C11/00—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations
    • F04C11/001—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations of similar working principle
    • F04C11/003—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations of similar working principle having complementary function

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a turbomachine and a device for performing the method.
  • CH 464 604 shows a method for cooling a screw-type engine, in which fresh air between a compressor and a combustion chamber is heated by means of exhaust gases in a countercurrent process.
  • the compressor is necessary to generate a pressure gradient in order to convey the fresh air through a heat exchanger.
  • the invention is therefore based on the object of developing a method and a turbomachine for carrying it out, with which the heat loss mentioned is reduced. ren leaves.
  • this object is achieved according to the invention in that fresh air is sucked in as the working medium, then continuously conveyed in the conveying direction in individual closed conveying and heating chambers which follow one another in the conveying direction and is isorally heated in the process, and then introduced into a working machine.
  • the air overpressure generated, in particular, by isochoric heating is largely reduced by power output, the air being mixed with fuel before it is introduced into the working machine and / or the air emerging from the working machine and combustion being initiated, whereupon the combustion further heated combustion gases in countercurrent, that is, directed past the conveying and heating chambers in such a way that the fresh air sucked in during their continuous conveying in the conveying direction in the conveying and heating chambers cessive isochorically warmed.
  • the above-mentioned object is achieved in terms of the device with at least two axially parallel, combable meshing screw spindles which can be driven in opposite directions but at the same rotational speed, and which are designed as hollow shafts, which together with a stator which tightly encloses the casing and is provided with thermal insulation on the outside form a largely closed air chamber which extends a threaded section and which, when the screw spindles are rotated, are displaced from an air intake in the axial conveying direction to an air inflow region of a work machine connected in a rotationally fixed manner to the screw spindles, a combustion chamber being provided in front of the air inlet and / or after the air outlet thereof which have a fuel supply and ignition device device, the exhaust gases are introduced via an exhaust pipe into the end of a shaft cavity opposite the air intake, which is designed as a countercurrent heat exchanger to the air chamber and opens into an exhaust in the area of the air intake.
  • part of the thermal energy generated by the combustion is thus converted back into pressure, which results from the isochoric heating of the working medium enclosed in air chambers.
  • Air pressure then acts in the machine, which e.g. can work in the opposite direction to the screw compressor, work, whereby the shaft rotation generated in this way, in a preferred embodiment, partly for air pre-compression at the start of the shaft, e.g. in a screw compressor.
  • the air pressure drops as far as is required in the heat exchanger to overcome the flow resistances.
  • the air temperature does not drop so quickly in accordance with the thermodynamic laws for polytropic expansion, so that the further air heating in the afterburner can take place from an already high temperature level.
  • the counterflow heat exchanger with a temperature difference of e.g. about 50 ° C - 100 ° C.
  • the temperature of the combustion gases on the countercurrent heat exchanger section is reduced to approximately the temperature of the fresh air drawn in, and the efficiency is thereby increased further.
  • the performance can be increased somewhat by introducing at least a partial fuel quantity in front of the working machine into the isochorically heated fresh air and at least partially combusting it in front of the working machine. It can further be provided that water is sucked in or injected into at least some of the delivery and heating chambers.
  • the working machine can be a turbine that can work on the same shaft with a compressor upstream of each screw spindle.
  • the fresh air drawn in can be compressed in that each screw spindle has at least one axial section with a decreasing thread pitch in the conveying direction.
  • the fresh air is conveyed according to the invention in separate conveying and heating chambers in which heating takes place.
  • a compressor to create a pressure gradient is not necessary; however, a compressor can be installed upstream in accordance with the invention in order to convey compressed fresh air.
  • the shaft cavity is used according to the invention as a counterflow heat exchanger for the air chambers, as a result of which the isochoric heating of the individual, largely closed air chambers according to the invention, which is in the axial direction to the Work machine to be transported is made possible.
  • FIG. 1 shows a turbomachine in a diagrammatic representation with a stator housing that has been partially broken open to improve clarity
  • FIG. 2 shows a vertical longitudinal section through the illustration according to FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a horizontal section through the turbomachine according to FIG. 1;
  • Figure 6 is a temperature and pressure diagram for a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a turbomachine with two axially parallel screw spindles 1 which can be meshed with one another and are driven in opposite directions but at the same rotational speed, 2, which are tightly enclosed on the jacket side by a stator 3, which is provided on the outside with thermal insulation 4 (see also FIG. 5).
  • Each screw spindle 1, 2 is preceded by a compressor 5, which is connected to it in a rotationally fixed manner, and a work machine 6, which is likewise connected in a rotationally fixed manner, is connected downstream, which is shown schematically as a turbine in the exemplary embodiment shown.
  • the conveying direction of the fresh air drawn in by the compressor 5 is indicated by an arrow 7.
  • a pre-combustion chamber 8 which is equipped with a fuel injection nozzle 9 and a spark plug 10, lies in front of the working machine 6 for the air conveyed via the screw spindles 1, 2.
  • the air outlet of the working machine 6 opens into an afterburning chamber 11, which also has a fuel injection nozzle 9 and a spark plug 10 and is connected via an exhaust pipe 12 to the adjacent end of the shaft cavity 13 of the screw spindle 1, 2, which is designed as a hollow shaft.
  • FIG. 5 shows that the two screw spindles 1, 2, together with the stator 3 which tightly encloses them, each form a largely closed air chamber 15 which extends over a threaded section 14 and which, when the screw
  • FIG. 5 shows an incline 17 in the right section of the screw spindle 1, 2 and an incline 18 which is reduced in comparison in the left section of FIG. 5.
  • each screw spindle 1, 2 is designed with respect to the air chambers 15 as a counterflow heat exchanger, which opens into an exhaust 19 in the area of the air intake connector 16.
  • Each shaft cavity 13 can be equipped with exhaust gas guide devices 20, which in the exemplary embodiment shown are guide vanes arranged on a common axis 21.
  • Fresh air which is then fed to the right end of the screw spindles 1, 2 in Figures 1, 2 and 4 after their compression.
  • the pre-compressed fresh air is fed in portions, so to speak, into the air chambers 15 advancing in the axial conveying direction 7, in which the pre-compressed fresh air is isochorically heated on its conveying path to the working machine 6 by the exhaust gases flowing through the countercurrent heat exchanger, that is to say with a constant chamber volume.
  • the exhaust gas heat is thus converted into an increase in temperature and pressure in the fresh air delivered to the machine. Partial air combustion then takes place in the pre-combustion chamber 8 provided in the exemplary embodiment.
  • the air, which is relaxed but still hot due to power output in the work machine 6, is then further heated in the afterburning chamber 11.
  • the exhaust gas guiding devices 20, indicated in the exemplary embodiment as a screw, serve to enlarge the wall surfaces via which heat is to be given off to the air chambers 15.
  • the exhaust gas guiding devices 20, for example, which have a helical design must lie firmly against the outer surface of the shaft cavity 15 with their outer lateral surface.
  • the installation can be carried out in such a way that the entire exhaust gas guide device consists of guide vanes arranged on a common axis 21 and, after supercooling, is inserted concentrically into the shaft cavity 13, where the guide vanes with their outer edges are under tension when the air guide device is heated to room temperature place on the outer surface of the shaft cavity 13.
  • FIG. 1 shows the induction 16 with the reference number 5, the compression, with the first spark plugs 10 in the conveying direction 7 the external combustion, the work cycle symbolized by the working machine 6, with the subsequent fuel injection nozzle 9 and Spark plug 10 after the internal combustion and with the reference number 19 the exhaust of the exhaust gases their temperature drop in the heat exchanger.
  • FIG. 6 shows a temperature and pressure diagram for a method according to the invention.
  • the temperature and pressure are each plotted over the usable length 1 1) 2 of the screw spindles.
  • This length 1 1) 2 is composed of the partial lengths 1 5 for the compressor 5, 1 20 for the counterflow heat exchanger and 1 6 for the working machine.
  • Q ⁇ denotes the heat obtained from the fuel, Q ⁇ the heat exchange and P the engine power, that is the power of the working machine 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Turbomaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades einer derartigen Maschine wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, angesaugte Frischluft in einzelnen abgeschlossenen, in Förderrichtung (7) aufeinanderfolgenden Förder- und Erwärmungskammern (15) isochorisch zu erwärmen und dann einer Arbeitsmaschine (6) zuzuführen, in der die Luft entspannt und hinter der die Luft nach Vermischung mit Kraftstoff verbrannt wird, wobei dann die so erzeugten Verbrennungsgase im Gegenstrom zu der Förderrichtung (7) der Förder- und Erwärmungskammern (15) an diesen so vorbeigeleitet werden, dass die angesaugte Frischluft in den genannten Kammern (15) sukzessive isochorisch erwärmt wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Turbomaschine und Turbomaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Turbomaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Bei herkömmlichen Motoren geht von der gesamten Wärmeenergie des Kraftstoffs ca. ein Drittel im Kühlwasser und ein Drittel in den Abgasen verloren. Bei einem ungekühlten Motor läßt sich die Energieausbeutung nur geringfügig von z.B. 34 % auf maximal 38,5 % steigern, aber nur unter Inkaufnahme einer Vergrößerung der Abgasverluste .
Es ist bekannt, zur teilweisen Rückgewinnung der Abgasenergie z.B. Turbolader vorzusehen, mit denen sich aber letzt- lieh nur bei Kolbenmaschinen der Liefergrad vergrößern, die Abgasenergie aber nicht vollständig nutzen läßt.
Die CH 464 604 zeigt ein Verfahren zum Kühlen einer Schraubenkraftmaschine, bei dem Frischluft zwischen einem Ver- dichter und einer Brennkammer mittels Abgasen im Gegen- stromverfahren erwärmt wird. Der Verdichter ist hierbei zur Erzeugung eines Druckgefälles notwendig, um die Frischluft durch einen Wärmetauscher zu befördern.
Die DE 94 01 804 Ul und die DD 276 512 AI zeigen Verbrennungskraftmaschinen mit zwei parallelen kammförmig ineinandergreifenden Schraubenspindeln, durch die Frischluft zu einer Brennkammer befördert und Verbrennungsgase nachfolgend einer Expansionsstufe zugeführt werden.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie zu dessen Durchführung eine Turbomaschine zu entwickeln, mit denen sich der genannte Wärmeverlust reduzie- ren läßt .
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Arbeitsmedium Frischluft an- gesaugt, dann in einzelnen abgeschlossenen, in Förderrichtung aufeinanderfolgenden Förder- und Erwärmungskammern kontinuierlich in Förderrichtung gefördert und hierbei iso- chorisch erwärmt wird, und dann in eine Arbeitsmaschine eingeleitet wird, in der der insbesondere durch die isocho- rische Erwärmung erzeugte Luftüberdruck durch Leistungsabgabe weitgehend abgebaut wird, wobei die Luft vor ihrer Einleitung in die Arbeitsmaschine und/oder die aus der Arbeitsmaschine austretende Luft mit Kraftstoff vermischt und eine Verbrennung eingeleitet wird, worauf die durch die Verbrennung weiter erhitzten Verbrennungsgase im Gegenstrom, also entgegen der Förderrichtung der Förder- und Erwärmungskammern an diesen so vorbeigeleitet werden, daß die angesaugte Frischluft bei ihrer kontinuierlichen Förderung in Förderrichtung in den Förder- und Erwärmungskammern sukzessive isochorisch erwärmt wird.
Erfindungsgemäß wird die vorstehend genannte Aufgabe vorrichtungsmäßig gelöst mit zumindest zwei achsparallelen, in entgegengesetzten Richtungen aber mit gleicher Drehgeschwindigkeit antreibbaren, kammförmig ineinandergreifenden, jeweils als Hohlwelle ausgebildeten Schraubenspindeln, die zusammen mit einem sie mantelseitig dicht umschließenden, nach außen mit einer Wärmeisolierung versehenen Stator sich jeweils über einen Gewindeabschnitt er- streckende, weitgehend abgeschlossene Luftkammern bilden, die bei Drehung der Schraubenspindeln von einem Luftansaugstutzen in axialer Förderrichtung zu einem Lufteinströmbereich einer drehfest mit den Schraubenspindeln verbundenen Arbeitsmaschine verschoben werden, vor deren Luft- eintritt und/oder nach deren Luftaustritt eine Brennkammer vorgesehen ist, die eine Kraftstoffzufuhr- und Zündeinrich- tung aufweist, wobei die Abgase über ein Abgasrohr jeweils in das dem Luftansaugstutzen gegenüberliegende Ende eines Wellenhohlraumes eingeleitet werden, der gegenüber den Luftka mern als Gegenstromwärmetauscher ausgebildet ist und im Bereich des Luftansaugstutzens in einen Auspuff mündet.
Erfindungsgemäß wird somit ein Teil der durch die Verbrennung erzeugten Wärmeenergie wieder in Druck umgewandelt, was sich aus der isochorischen Erwärmung des in Luftkammern eingeschlossenen Arbeitsmediums ergibt. Der so gewonnene
Luftdruck leistet dann in der Arbeitsmaschine, die z.B. in einem dem Schraubenkompressor umgekehrten Sinne arbeiten kann, Arbeit, wobei die dadurch erzeugte Wellendrehung in einer bevorzugten Ausfuhrungsform teilweise zur Luftvorver- dichtung am Wellenanfang, z.B. in einem Schraubenkompressor, genutzt werden kann.
Der Luftdruck sinkt nach der Expansion in der Arbeitsmaschine so weit ab, wie es in dem Wärmetauscher für die Überwindung der Strömungswiderstände erforderlich ist. Hingegen sinkt die Lufttemperatur gemäß den thermodynamischen Gesetzen für polytropische Expansion nicht so schnell ab, so daß die weitere Lufterhitzung im Nachbrenner ausgehend von einem bereits hohen Temperaturniveau erfolgen kann. Dabei kann in dem Gegenstromwärmetauscher mit einer Temperaturdifferenz von z.B. etwa 50 °C - 100 °C gearbeitet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen System entstehen in der das Sy- stem nach außen abdeckenden Isolierung nur geringe Wärmeverluste; auch die Abgasverluste lassen sich sehr niedrig halten. Das erfindungsgemäße System verlangt zwar hitzebeständige Materialien, jedoch werden diese nicht so stark beansprucht wie z.B. Schaufeln in Düsenjetturbinen. Das erfindungsgemäße System eignet sich daher insbesondere für effiziente Stromerzeuger, Auto- und Schiffsmotoren und der- gleichen .
Verfahrensmäßig ist es zweckmäßig, wenn die Temperatur der Verbrennungsgase auf der Gegenstrom-Wärmetauscherstrecke auf etwa die Temperatur der angesaugten Frischluft abgesenkt und dadurch der Wirkungsgrad weiter erhöht wird.
Die Leistung läßt sich noch dadurch etwas steigern, daß zumindest eine Kraftstoffteilmenge vor der Arbeitsmaschine in die isochorisch erwärmte Frischluft eingebracht und zumindest eine Teilverbrennung bereits vor der Arbeitsmaschine eingeleitet wird. Ferner kann vorgesehen werden, daß in zumindest einige der Förder- und Erwarmungskammern Wasser eingesaugt oder eingespritzt wird.
Die Arbeitsmaschine kann eine Turbine sein, die mit einem jeder Schraubenspindel vorgeschalteten Verdichter auf der gleichen Welle arbeiten kann. Dabei kann anstelle eines vorgeschalteten Verdichters oder aber auch zusätzlich eine Verdichtung der angesaugten Frischluft dadurch erfolgen, daß jede Schraubenspindel zumindest einen axialen Abschnitt mit in Förderrichtung abnehmender Gewindesteigung aufweist.
Anders als in der CH 464 604 wird erfindungsgemäß die Frischluft in separaten Förder- und Erwarmungskammern gefördert, in denen eine Erwärmung stattfindet. Somit ist die Verwendung eines Verdichters zur Erzeugung eines Druckgefälles nicht notwendig; ein Verdichter kann jedoch erfindungsgemäß vorgeschaltet werden, um verdichtete Frischluft zu befördern.
Anders als in der DE 94 01 804 Ul und DD 276 512 AI wird erfindungsgemäß der Wellenhohlraum als Gegenstromwärmetau- scher für die Luftkammern genutzt, wodurch die erfindungs- gemäße isochorische Erwärmung der einzelnen, weitgehend abgeschlossenen Luftkammern, die in axialer Richtung zu der Arbeitsmaschine befördert werden, ermöglicht wird.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden in Verbindung mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert .
In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende
Ausfuhrungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 in schaubildlicher Darstellung eine Turbomaschine mit einem zur Verbesserung der Übersichtlichkeit teilweise aufgebrochenen Statorgehäuse;
Figur 2 einen lotrechten Längsschnitt durch die Darstellung gemäß Figur 1;
Figur 3 einen lotrechten Querschnitt durch das linke Ende der Figur 2;
Figur 4 einen Horizontalschnitt durch die Turbomaschine gemäß Figur 1;
Figur 5 in vergrößertem Maßstab in Draufsicht eine
Prinzipskizze von zwei miteinander kämmenden Schraubenspindeln und
Figur 6 ein Temperatur- und Druckdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Turbomaschine mit zwei achsparallelen, in entgegengesetzten Richtungen aber mit gleicher Drehgeschwindigkeit antreibbaren, kammförmig ineinandergreifenden Schraubenspindeln 1, 2, die mantelseitig von einem Stator 3 dicht umschlossen sind, der nach außen mit einer Wärmeisolierung 4 versehen ist (siehe auch Figur 5).
Jeder Schraubenspindel 1, 2 ist ein drehfest mit ihr verbundener Verdichter 5 vorgeschaltet und eine ebenfalls drehfest mit ihr verbundene Arbeitsmaschine 6 nachgeschaltet, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel schematisch als Turbine dargestellt ist. Die Förderrichtung der vom Verdichter 5 angesaugten Frischluft ist durch einen Pfeil 7 gekennzeichnet.
In Förderrichtung 7 gesehen liegt vor der Arbeitsmaschine 6 für die über die Schraubenspindeln 1, 2 angeförderte Luft eine Vorbrennkammer 8, die mit einer Kraftstoff-Einspritzdüse 9 sowie einer Zündkerze 10 bestückt ist. Der Luftaustritt der Arbeitsmaschine 6 mündet in eine Nachbrennkammer 11, die ebenfalls eine Kraftstoff-Einspritzdüse 9 sowie eine Zündkerze 10 aufweist und über ein Abgasrohr 12 mit dem benachbarten Ende des Wellenhohlraumes 13 der jeweils als Hohlwelle ausgebildeten Schraubenspindel 1, 2 verbunden ist .
Figur 5 läßt erkennen, daß die beiden Schraubenspindeln 1, 2 zusammen mit dem sie dicht umschließenden Stator 3 sich jeweils über einen Gewindeabschnitt 14 erstreckende, weitgehend abgeschlossene Luftkammern 15 bilden, die bei Drehung der Schrauben-
spindein 1, 2 von einem Luftansaugstutzen 16 (siehe Figuren 1 und 3) in axialer Förderrichtung 7 zu einem nicht näher gekennzeichneten Lufteinströmbereich der drehfest mit der jeweiligen Schraubenspindel 1, 2 verbundenen Arbeitsmaschi- ne 6 verschoben werden. Soll die von den Schraubenspindeln 1, 2 geförderte Luft auf ihrem Förderweg zusätzlich zu dem vorgeschalteten Verdichter 5 verdichtet werden, kann für die Gewindeabschnitte 14 eine in Förderrichtung 7 abnehmende Steigung vorgesehen werden. Figur 5 zeigt im rechten Abschnitt der Schraubenspindel 1, 2 eine Steigung 17 und eine demgegenüber verringerte Steigung 18 im linken Abschnitt der Figur 5.
Der Wellenhohlraum 13 jeder Schraubenspindel 1, 2 ist gegenüber den Luftkammern 15 als Gegenstromwarmetauscher aus- gebildet, der im Bereich des Luftansaugstutzens 16 in einem Auspuff 19 mündet. Dabei kann jeder Wellenhohlraum 13 mit Abgasleiteinrichtungen 20 bestückt sein, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einer gemeinsamen Achse 21 angeordnete Leitschaufeln sind.
Werden über einen nicht näher dargestellten Anlasser die beiden an ihrem einen Ende mit dem Verdichter 5 und an ihrem anderen Ende mit der Arbeitsmaschine 6 bestückten Schraubenspindeln 1, 2 gegeneinander in Rotation versetzt, saugen die Verdichter 5 über den Luftansaugstutzen 16
Frischluft an, die dann nach ihrer Verdichtung dem in den Figuren 1, 2 und 4 rechten Ende der Schraubenspindeln 1, 2 zugeführt wird. Hier wird die vorverdichtete Frischluft sozusagen portionsweise nacheinander in die in axialer För- derrichtung 7 vorwandernden Luftkammern 15 eingespeist, in denen die vorverdichtete Frischluft auf ihrem Förderweg zu der Arbeitsmaschine 6 durch die den Gegenstromwarmetauscher durchströmenden Abgase isochorisch, also bei konstantem Kammervolumen erwärmt wird. Die Abgaswärme wird somit in Temperatur- und Druckerhöhung der zur Arbeitsmaschine angeförderten Frischluft umgesetzt. In der im Ausführungsbei- spiel vorgesehenen Vorbrennkammer 8 erfolgt dann eine teilweise Luftverbrennung. Die durch Leistungsabgabe in der Arbeitsmaschine 6 entspannte, aber noch heiße Luft wird dann in der Nachbrennkammer 11 noch weiter aufgeheizt. Diese aufgeheizten Abgase strömen dann von der Nachbrennkammer 11 über das Abgasrohr 12 durch den Wellenhohlraum 13 jeder Schraubenspindel 1, 2 und geben über deren innere Mantelfläche Wärme an die in den Luftkammern 15 eingeschlossene Luft ab, die dadurch in der vorstehend beschriebenen Weise isochorisch erwärmt wird. Nachdem die Temperatur der Abgase auf der Gegenstrom-Wärmetauscherstrecke auf etwa die Temperatur der angesaugten Frischluft abgesenkt wurde, treten die Abgase aus dem Auspuff 19 aus.
Auf der Gegenstrom-Wärmetauscherstrecke 120 (siehe Figur 6) dienen die im Ausführungsbeispiel als Schnecke angedeuteten Abgasleiteinrichtungen 20 zur Vergrößerung der Wandungsflächen, über die Wärme an die Luftkammern 15 abgegeben werden soll. Um eine gute Wärmeleitung zu erzielen, müssen die z.B. schneckenförmig ausgebildeten Abgasleiteinrichtungen 20 mit ihrer äußeren Mantelfläche fest an der Mantelfläche des Wellenhohlraumes 15 anliegen. Fertigungstechnisch kann der Einbau so erfolgen, daß die gesamte Abgasleiteinrichtung aus auf einer gemeinsamen Achse 21 angeordneten Leit- schaufeln besteht und nach einer Unterkühlung konzentrisch in den Wellenhohlraum 13 eingeschoben wird, wo sich dann bei Erwärmung der Luftleiteinrichtung auf Raumtemperatur die Leitschaufeln mit ihren Außenrändern unter Spannung an die Mantelfläche des Wellenhohlraumes 13 anlegen.
In Figur 4 sind für die beiden Schraubenspindeln 1, 2 Lager 22 sowie Zahnräder 23 für die Drehverbindung der beiden Schraubenspindeln angedeutet.
Hinsichtlich des Verfahrensablaufes zeigt Figur 1 mit dem Bezugszeichen 16 das Ansaugen, mit dem Bezugszeichen 5 das Verdichten, mit den in Förderrichtung 7 ersten Zündkerzen 10 die Außenverbrennung, den durch die Arbeitsmaschine 6 symbolisierten Arbeitstakt, mit der darauf folgenden Kraft- stoff-Einspritzdüse 9 und Zündkerze 10 die Innenverbrennung und mit dem Bezugszeichen 19 den Ausschub der Abgase nach deren Temperaturabsenkung im Wärmetauscher.
Figur 6 zeigt ein Temperatur- und Druckdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Dabei sind Temperatur und Druck jeweils über die nutzbare Länge 11)2 der Schraubenspindeln aufgetragen. Diese Länge 11)2 setzt sich zusammen aus den Teillängen 15 für den Verdichter 5, 120 für den Gegenstromwarmetauscher und 16 für die Arbeitsmaschine. Qκ bezeichnet die aus dem Kraftstoff gewonnene Wärme, Qτ den Wärmeaustausch und P die Motorleistung, also die Leistung der Arbeitsmaschine 6.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Betreiben einer Turbomaschine, wobei als Arbeitsmedium Frischluft angesaugt, dann in einzelnen abge- schlossenen, in Förderrichtung (7) aufeinanderfolgenden
Förder- und Erwärmungskammern (15) kontinuierlich in Förderrichtung gefördert und hierbei isochorisch erwärmt wird, und dann in eine Arbeitsmaschine (6) eingeleitet wird, in der der insbesondere durch die isochorische Erwärmung er- zeugte Luftüberdruck durch Leistungsabgabe weitgehend abgebaut wird, wobei die Luft vor ihrer Einleitung in die Arbeitsmaschine (6) und/oder die aus der Arbeitsmaschine (6) austretende Luft mit Kraftstoff vermischt und eine Verbrennung eingeleitet wird, worauf die durch die Verbrennung weiter erhitzten Verbrennungsgase im Gegenstrom, also entgegen der Förderrichtung (7) der Förder- und Erwärmungskam- ern (15) an diesen so vorbeigeleitet werden, daß die angesaugte Frischluft bei ihrer kontinuierlichen Förderung in Förderrichtung in den Förder- und Erwärmungskammern (15) sukzessive isochorisch erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbomaschine in einem gegenüber dem Umfeld weitgehend wärmeisolierten System betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die angesaugte Frischluft vor ihrer isochorischen Erwärmung verdichtet wird .
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Verbrennungsgase auf der Gegenstrom-Wärmetauscherstrecke auf etwa die Temperatur der angesaugten Frischluft abgesenkt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Kraftstoffteilmenge vor der Arbeitsmaschine (6) in die isochorisch erwärmte Frischluft eingebracht und zumindest eine Teilverbrennung bereits vor der Arbeitsmaschine (6) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einige der Förder- und Erwärmungskammern (15) Wasser eingesaugt oder eingespritzt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest zwei achsparallelen, in entgegengesetzten Richtungen aber mit gleicher Drehgeschwindigkeit antreibbaren, kammförmig ineinan- dergreifenden, jeweils als Hohlwelle ausgebildeten
Schraubenspindeln (1, 2), die zusammen mit einem sie mantelseitig dicht umschließenden, nach außen mit einer Wärmeisolierung (4) versehenen Stator (3) sich jeweils über einen Gewindeabschnitt (14) erstreckende, weitgehend abgeschlossene Luftkammern (15) bilden, die bei Drehung der Schraubenspindeln (1, 2) von einem Luftansaugstutzen (16) in axialer Förderrichtung (7) zu einem Lufteinströmbereich einer drehfest mit den Schraubenspindeln (1, 2) verbundenen Arbeitsmaschine (6) verschoben werden, vor deren Lufteintritt und/oder nach deren Luftaustritt eine Brennkammer (8, 11) vorgesehen ist, die eine Kraftstoffzufuhr- und Zündeinrichtung (9, 10) aufweist,
wobei die Abgase über ein Abgasrohr (12) jeweils in das dem Luftansaugstutzen (16) gegenüberliegende Ende eines Wellenhohlraumes (13) eingeleitet werden, der gegenüber den Luftkammern (15) als Gegenstromwarmetauscher ausgebildet ist und im Bereich des Luftansaugstutzens (16) in einen Auspuff (19) mündet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine (6) eine Turbine ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schraubenspindel (1, 2) ein Verdichter (5) vorgeschaltet ist, der mit der Arbeitsmaschine (6) auf der gleichen Welle arbeitet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeich- net, daß jede Schraubenspindel (1, 2) zumindest einen axialen Abschnitt mit in Förderrichtung (7) abnehmender Gewindesteigung (17, 18) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, daß jeder Wellenhohlraum (13) mit Abgasleiteinrichtungen (20) bestückt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleiteinrichtungen (20) schneckenförmig ausgebildet sind und mit ihrer äußeren Mantelfläche fest an der Mantelfläche des Wellenhohlraumes (13) anliegen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Arbeitsmaschine (6) für die über die Schraubenspindeln (1, 2) angeförderte Luft ein Vorbrenner (8) angeordnet ist, der eine Kraftstof zufuhr- und Zündeinrichtung (9, 10) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Gegenstromwarmetauscher (13, 20, 21) noch eine zwischen der Wärmeisolierung (4) und der Außenwandung des Stators (3) hindurchgeführte, in den genannten Auspuff (19) mündende Abgasleitung aufweist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10214535A1 (de) * 2001-12-07 2003-06-26 Oleg Tchebunin Antriebsanlage für Mini-Flugapparat mit Senkrecht-Start-Landung und entsprechende Zusammenstellung verschiedener Arten des Personal-Flugautos
DE102021001227A1 (de) 2020-03-10 2021-10-14 Oleg Tchebunin Flugzeuge mit verschiedenen Aufbauformen, Antrieben und Arten von VTOL / STOL - Plattformen
DE102010020681B4 (de) 2010-05-15 2024-03-21 Oleg Tchebunin Schraubenkraftmaschine mit vier Nebenrotoren, mittels Arbeitsdruck gesteuerter Verdichterstufe und mittels Rückkopplung zum Auspuffraum optimal gesteuerter Brennkammer

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060180459A1 (en) * 2005-02-16 2006-08-17 Carl Bielenberg Gasifier
WO2012015815A2 (en) 2010-07-27 2012-02-02 Heritage Environmental Services, Llc Induction heated screw
WO2012015812A2 (en) 2010-07-27 2012-02-02 Heritage Environmental Services, Llc Induction heated gasifier
NL2011309C2 (en) 2013-08-15 2014-09-29 Ice Ind Properties B V Process to obtain a compressed gas.
NL2011310C2 (en) * 2013-08-15 2014-09-29 Ice Ind Properties B V Fluid distributing apparatus.
WO2017008037A1 (en) * 2015-07-08 2017-01-12 Freeman Bret Fixed displacement turbine engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3693601A (en) * 1971-01-06 1972-09-26 Kenneth D Sauder Rotary engine
DE2500816A1 (de) * 1975-01-10 1976-07-15 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Antriebsvorrichtung
US3995431A (en) * 1972-08-10 1976-12-07 Schwartzman Everett H Compound brayton-cycle engine
EP0037218A1 (de) * 1980-03-31 1981-10-07 Caterpillar Tractor Co. Leistungs-Generator mit hohem thermischen Wirkungsgrad und Verfahren zum Betreiben desselben
DE9401804U1 (de) * 1994-02-03 1994-04-07 Leibe, Klaus, 69181 Leimen Verbrennungskraftmaschine
DE4426265A1 (de) * 1994-07-25 1996-02-01 Richard Landgraf Wärmekraftmaschine mit einem Kreiskolbenmotor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE276512C (de)
SE317154B (de) * 1959-01-15 1969-11-10 Svenska Rotor Maskiner Ab
US3310043A (en) * 1965-05-07 1967-03-21 Russell W Gamage Rotary external combustion engines
SE315444B (de) * 1965-05-14 1969-09-29 A Lysholm
DE2110940A1 (de) * 1970-03-11 1971-10-07 Ewitsch Amosow Pawel Ewgen Schraubenrad fuer Drehkolbenmaschinen
US4073607A (en) * 1976-07-29 1978-02-14 Ingersoll-Rand Company Gas compressor system
CH592809A5 (de) * 1976-10-15 1977-11-15 Bbc Brown Boveri & Cie
DD276512A1 (de) * 1988-10-28 1990-02-28 Eretge Hans Juergen Drehkolbenverbrennungsmotor
EP0468083B1 (de) * 1990-07-27 1995-11-15 Asea Brown Boveri Ag Verfahren zur Aufbereitung des Arbeitsgases in einer Gasturbinenanlage
DK0834018T4 (da) * 1995-06-21 2007-02-26 Sterling Ind Consult Gmbh Fremgangsmåde til köling af en flertrins skruespindelkompressor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3693601A (en) * 1971-01-06 1972-09-26 Kenneth D Sauder Rotary engine
US3995431A (en) * 1972-08-10 1976-12-07 Schwartzman Everett H Compound brayton-cycle engine
DE2500816A1 (de) * 1975-01-10 1976-07-15 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Antriebsvorrichtung
EP0037218A1 (de) * 1980-03-31 1981-10-07 Caterpillar Tractor Co. Leistungs-Generator mit hohem thermischen Wirkungsgrad und Verfahren zum Betreiben desselben
DE9401804U1 (de) * 1994-02-03 1994-04-07 Leibe, Klaus, 69181 Leimen Verbrennungskraftmaschine
DE4426265A1 (de) * 1994-07-25 1996-02-01 Richard Landgraf Wärmekraftmaschine mit einem Kreiskolbenmotor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10214535A1 (de) * 2001-12-07 2003-06-26 Oleg Tchebunin Antriebsanlage für Mini-Flugapparat mit Senkrecht-Start-Landung und entsprechende Zusammenstellung verschiedener Arten des Personal-Flugautos
DE102010020681B4 (de) 2010-05-15 2024-03-21 Oleg Tchebunin Schraubenkraftmaschine mit vier Nebenrotoren, mittels Arbeitsdruck gesteuerter Verdichterstufe und mittels Rückkopplung zum Auspuffraum optimal gesteuerter Brennkammer
DE102021001227A1 (de) 2020-03-10 2021-10-14 Oleg Tchebunin Flugzeuge mit verschiedenen Aufbauformen, Antrieben und Arten von VTOL / STOL - Plattformen

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