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Brennkrafttnrbine mit Hilfsflüssigkeit. Die Erfindung betrifft eine
Brennkraftturbine, bei der eine Hilfs- oder Arbeitsflüssigkeit durch die Treibgase
aus Arbeitszellen durch ein oder mehrere Turbinenräder getrieben und in andere Arbeitszellen
befördert wird, in denen hierbei die Verdichtung des Treibmittels stattfindet. Die
Erfindung besteht in der Anordnung eines Steuerorgans zwischen den Arbeitszylindern
und dem Turbinenrad und dessen gleichachsiger Anordnung zum Läufer der Turbine.
Dieser Steuerschieber kann entweder achsial oder in der Umfangsrichtung bewegt werden,=-
um den Durchlaß oder Ein- und Auslaß der Flüssigkeit oder der Gase oder beider entsprechend
den Arbeitsspielen regelnd zu beeinflussen. Dabei kann die Bewegung des Steuerschiebers
unmittelbar oder mittelbar durch eine Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit gegenüber
der Turbinenwelle ermöglichende Einrichtungen zu dem Zwecke erfolgen, die Spielzahl
zu ändern. Diese Beeinflussung der Hilfsflüssigkeit kann ebensowohl bei Maschinen
benutzt werden, bei denen die Flüssigkeit in denselben oder verschiedenen Kanälen
des Turbinenläufers hin und her getrieben wird (Wechselstromturbine) als auch bei
solchen, bei denen die Flüssigkeit stets in derselben Richtung durch die Turbinenkanäle
strömt (Gleichstromturbine), insbesondere bietet diese Anordnung Vorteile bei vielzylindrigen
Maschinen.
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Auf der Zeichnung ist die besondere Anordnung der Brennkraftturbine
in mehreren Ausführungsformen beispielsweise dargestellt. Abb. i und 2 zeigen senkrechte
Schnitte einer Ausführungsform, wobei die -Schnittebenen um 9o° gegeneinander verdreht
sind. Abb. 3 zeigt einen- Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform der Turbine.
Abb.4 ist ein ähnlicher Schnitt durch eine weitere Ausführungsform und Abb. 5 und
6 zeigen im Schnitt Regelungsvorrichtungen für die Änderung des Arbeitsganges.
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Bei der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsform der Turbine
sind die Arbeitszylinder in zwei Reihen angeordnet. Die eine Reihe besteht gemäß
dem in Abb. z dargestellten Schnitt nach der Linie a-a der Abb. i aus den Arbeitszylindern
i, 3, 5, 7, 9. Der Schnitt nach der Linie b-b der Ab-b. i ist ähnlich zu denken
und würde die Zylinder 2, 4, 6, 8 und io treffen. Die Zylinderreihen sitzen auf
dem Turbinengehäuse 18 und münden in dieses durch tangentiale Kanäle i i aus. Im
Gehäuse 18 ist der Turbinenläufer 15,
16 drehbar angeordnet, dessen Welle
17 in Lagern i9 und 2o der Grundplatte 2i getragen wird. Der Turbinenläufer enthält
die U-förmigen Kanäle 13, 14, die von einer Zylinderreihe zur andern führen.
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Gemäß der Erfindung können die Zylinder in verschiedener Weise miteinander
verbunden werden, z. B. kann der Zylinder i auf die Zylinder 2 und 4 oder auf weitere
Nachbarzylinder dauernd oder zeitweise geschaltet werden. Entsprechend kann der
Zylinder 8 (rechte Reihe) außer auf den kurz vor der Totlage befindlichen Zylinder
7 auch durch die Verbindungskanäle 27, 28 und den ringförmigen Schieber 24 auf irgendeinen
im Umlaufsinne des Läufers zurückliegenden
Zylinder der rechten
oder linken Reihe arbeiten. Diese letztere Maßnahme erspart die Notwendigkeit, die
Flüssigkeit auf dem weiten Wege um das Laufrad herum stets nur im Wellendrehsinn
i i einen folgenden Arbeitszvlinder zu führen.
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Die Steuerung zur Erzielung dieser verschiedenen Verbindungen kann
in mancherlei Weise ausgeführt werden. Bei dem in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zur Vereinfachung der sich in manchen Fällen notwendigerweise überkreuzenden
Kanäle zwei ringförmige Steuerschieber 24 und 24a angewendet, von denen beispielsweise
der innere (24a) gewöhnlich stillstehend gedacht ist, wohingegen der äußere (-24)
durch ein beliebiges Getriebe, z.B. durch ein Zahnradgetriebe 22, 23, 25 und 26,
von der Welle 17 aus mit geeigneter Geschwindigkeit in Drehung versetzt wird, so
daß die Kanäle 27, 28 und 29 in verschiedener Beziehung zu den seitlichen Zylindermündungen
und den Turbinenkanälen 13, 14 gebracht werden können. Dabei kann mit Hilfe der
Kanäle 30, 31 und 32 des Schiebers 24.a eine weitere .Veränderung der Verbindung
hergestellt werden, so zwar, daß die Zylinder j e nach der gewünschten Arbeitsweise
die Flüssigkeit unmittelbar in die Turbinenkanäle ausstoßen oder mit Hilfe der Schieberkanäle
in verschiedener Beziehung mit den Kanälen in Verbindung stehen können. Es ist unter
Umständen notwendig, den inneren Schieber dauernd oder zeitweise in Drehung zu versetzen,
wie dies dem Rhythmus der Arbeitshübe entspricht. In einfachen Fällen wird sich
die erforderliche Steuerung auch mit einem einzigen Schieber erzielen lassen. Wenn
aber die Flüssigkeit zum Teil in rückwärts gelegene Zylinder geleitet wird, und
namentlich dann, wenn die beiden Reihen in unregelmäßiger und gegebenenfalls veränderter
Weise zusammenarbeiten sollen, ist eine mehrfache Verzweigung erforderlich.
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Bei der Ausführungsform der Brennkraftturbine nach Abb.3 erfolgt der
Hin- und Rücklauf der Flüssigkeit zwischen den Zylindern durch verschiedene Ein-
und Austrittsleitapparate und durch verschiedene Läuferkanäle, nämlich von der linken
Reihe zur rechten durch 11, 13, 14, 12 und von der rechten zur linken durch i2a,
i4a, 13a, i ja. Bei der Anordnung getrennter Wege können die Kanalformen besser
den hydraulischen Regeln angepaßt und der Wirkungsgrad erhöht werden. Die Durchgangskanäle
des Läufers, die in verschiedener Weise, entweder achsial oder radial nebeneinander
ausgeführt sein können, müssen in mindestens zwei Gruppen vorhanden sein. Ferner
ist für jede Zylinderreihe ein besonderer Ringschieber vorgesehen, von denen jeder
mit in zwei verschiedenen Ebenen liegenden Steuerkanälen 31, 32 versehen ist, entsprechend
den Aus- und Einmündungen i i, i ja, 12, i2a der beiden Zylinderreihen und
den Turbinenkanälen 13, 14 und 13a, 14a. Die beiden Ringschieber können entweder
getrennt oder gemeinsam von dem auf der Welle 17 des Läufers sitzenden Steuerrad
22 durch bekannte Mittel angetrieben werden, und nvar können sie je nach dem besonderen
Fall in der Umfangsrichtung oder achsial bewegt werden.
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An Stelle des zwangläufigen Steuerantriebes kann ein kraftschlüssiger
treten, d. h. eine Übertragung der. Bewegung durch eingeschaltete nachgiebige Mittel
beliebiger Art (z. B. Druckflüssigkeit, Druckluft, Elektrizität). Dies bewirkt,
daß durch Zuschaltung oder Eingriff irgendeiner regelbaren oder beeinflußbaren äußeren
Vorrichtung eine beliebige Änderung der Geschwindigkeit der Steuerungsglieder und
damit eine Regelung der Geschwindigkeit und Stärke der Spiele erzielt werden kann.
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Übrigens kann der Laufradumfang selbst zur Steuerung der Gas- und
Wasserbewegung dienen, und zwar wird ein stoßfreier Gang dadurch erzielt, daß die
Laufschaufeln in der Umfangsrichtung verschieden ausgeführt und den wechselnden
Geschwindigkeiten (als Mittel verschiedener Belastungen bestimmt) angepaßt werden.
Diese Anordnung kann bei Läufern mit einfachem Durchgang (13, 14, Abb. i) oder mehrfachem
Durchgang (13, 14 und 13a, 14a, Abb.3) angewendet werden.
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In der Ausführungsform nach Abb.4 sind die Arbeitszylinder in einer
Reihe um den oberen Teil des Gehäuses 18 des Läufers 15 angeordnet. Diese Arbeitszylinder
stehen mit den Kanälen 13 des Tuxbinenläufers 15 durch ihre Austrittsöffnung 41,
das Leitrad i i, den Rückführungskanal 35 und ihre Eintrittsöffnung 42 in Verbindung.
Durch diese Kanäle wird ein Kreislauf in Form einer Schleife gegenüber jedem einzelnen
Zylinder gebildet. Infolge der Einfügung eines Steuerschiebers mit versetzten Durchlässen
31, 32 in jeden der erwähnten Kreisläufe ist nur der Auslaß oder der Einlaß jeweils
geöffnet, so daß die von den expandierenden Gasen aus einem Zylinder durch die Turbinenkanäle
13 getriebene Flüssigkeit nur in einen anderen Zylinder einströmen kann, dessen
Eintrittsöffnung 42 zu der betreffenden Zeit gegen den Rückführungskanal 35 offen
ist. Durch geeignete Anordnung der Ventile und ihrer Steuerung ist es natürlich
möglich, die Flüssigkeit in einen der Zylinder einzuführen i oder in mehrere zugleich,
und zwar in irgendwelche der Reihe zu verteilen. Da der Rückführungskanal
35
die Verteilung der Flüssigkeit an verschiedenen Stellen rings um die Turbine ermöglicht,
können die Zylinder in verschiedener Reihenfolge gefüllt werden.
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Die Steuerschieber 31, 32 werden entweder absatzweise hin und her
gedreht oder dauernd in gleicher Richtung in Drehung versetzt, und zwar in Übereinstimmung
mit den Hüben, wozu jedes geeignete Getriebe dienen kann, das von dem auf der Turbinenwelle
17 fest angebrachten Zahnrad 22 bewegt werden kann. Beispielsweise läßt sich jeder
Schieber mit einer Welle 58 und einer Kurbel 59 versehen, wie in Abb. i ih gestrichelten
Linien dargestellt ist, während nicht dargestellte Getriebeteile die Verbindung
mit dem Zahnrad herstellen und die Schieber einzeln oder gemeinsam bewegen. An Stelle
von in einer konzentrischen Reihe angeordneten Einzelschiebern kann eine gemeinsame
Ringschütze mit versetzten Durchlässen angewendet und durch die Turbinenwelle in
Drehung versetzt werden. Diese Schütze kann im Spalt zwischen den Kanälen i i und
dem Tu:rbineniäufer 15 in Abb. 2 angebracht sein, und ähnlich in Abb. .t.
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Die Schaufeln des den Läufer 15 umschließenden Leitrades i i können
in bekat-nter Weise durch Kurbelzapfen und einen in Abb. d. in gestrichelten Linien
dargestellten, sie verbindenden Steuerring 57 zugleich eingestellt werden.
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Beim Arbeiten der Turbine wird die Arbeitsflüssigkeit unter dem Druck
der expandierenden Gase aus einem Zylinder in tangentialer Richtung (Abb. 2) durch
den Durchlaß 31 des Steuerschiebers teils unmittelbar in die Kanäle 13 des Turbinenlätrfers
15 und teils, um den Antrieb der Turbine gleichmäßiger zu gestalten, um die Zwischenwände
4.3 und 4..4 in einen Hochdruckwindkessel 37 befördert. Dieser Windkessel ist als
ein mit glatten Wänden 18 versehener, mit der Turbinenwelle gleichachsiger Raum
ausgeführt. Die Flüssigkeit, die durch den Einlaß 4.1 in tangentialer Richtung zuströmt
und in dieser Richtung auch in den Windkessel 37 gelangt, bildet in letzterem wegen
ihrer hohen Geschwindigkeit unter der Wirkung «der Fliehkraft einen Flüssigkeitsring,
der einen pulsierenden Luftkern 1, von veränderlichem Durchmesser umschließt.
Dieser elastische Kern erfährt abwechselnd eine Verdichtung und eine Expansion in
dem Maße, wie die Flüssigkeit zu,-oder abströmt. Der Flüssigkeitsring hat die Gestalt
eines Hohlzylinders, dessen zylindrischer Spiegel dauernd seinen Durchmesser ändert.
Eine im wesentlichen gleiche Strömung findet nach dem Ausritt der, Flüssigkeit aus
dem Läufer 15 statt, wobei die Flüssigkeit teils durch den Durchlaß 32 des Ventils
unmittelbar in einen oder mehrere Zylinder gelangt, wo sie die inzwischen eingelassenen
Gase verdichtet oder, soweit ein Überschu:ß vorhanden ist, der zeitweilig von den
Zylindern nicht aufgenommen werden kann, bei 35 um die Zwischenwand :1 .5 in den
N iederdruckwindkessel 36 von gleicher Ausführung wie der Windkessel 37 strömt und
einen ähnlichen Flüssigkeitsring bildet, der einen v erdichtbaren Kern h hat.
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Abb. 5 und 6 zeigen eine andere Ausführung des Leitschaufelkranzes,
die zur Umkehrung der Drehrichtung oder Änderung, beispielsweise zur Verringerung
der Geschwindigkeit dienen kann. Die Beschaufelung des Leitkranzes i i kann z. B.
für den Vorwärtsgang, der Schaufelkranz 53 für den Rückwärtsgang oder langsamen
Gang ausgeführt sein. Die Umsteuerung läßt sich durch Verschiebung der Kränze i
i und 53 mittels der Steuerstangen 55 ausführen, wie in gestrichelten Linien angedeutet
ist.