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Gasturbine Die Erfindungbetrifft eine Gasturbine mit stetiger Strömung,
bei welcher die Verdichtung und die Entspannung im Läufer selbst erfolgen, ohne
daß es erforderlich ist, das Strömungsmittel von ortsfesten Teilen in innlaufende
Teile zu überführen.
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Man hat bisher Gasturbinen mit stetiger Strömung herzustellen versucht,
indem man zur Erzielung eines hohen Wärmewirkungsrrades hohe Verdichtungen anwandte,
die nur durch Verdichter mit mehreren Stufen erhalten werden können. Die Verbrennung
erfolgte in einer besonderen Kammer, und die Entspannung fand in einer ortsfesten
Düse statt; die kinetische Energie der Gase wurde darauf in einer Gleichdruckturbine
in mechanische Energie umgewandelt.
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@N'enn dabei auch infolge der starken Verdichtung der theoretische
Wärmewirkungsgrad einer solchen Maschine hoch ist, so ist dagegen der Wirkungsgrad
des Energieumformers, welcher von der Verdichterturbinenanlage gebildet wird, außerordentlich
klein infolge .der Verluste durch Stöße, welche bei den verschiedenen Übergängen
,des Strömungsmittels von den festen auf die beweglichen Teile auftreten. Die Berechnung
zeigt, daß bei dem gegenwärtigen Stand der Technik der umlaufenden Maschinen ein
hoher thermetischer Gesamtwirkungsgrad einer solchen Anlage nicht erreicht werden
kann.
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Es ist vorgeschlagen worden, eine Gasturbine so auszubilden, daß amEnde
von umlaufenden Armen Brennkammern angeordnet sind, wobei die Zuführung des Brennstoffes
und der Verbrennungsluft durch die umlaufenden Arme selbst erfolgt. Diese bekannten
Gasturbinen bedingen jedoch die Verwendung eines Verdichters, wodurch der Wirkungsgrad
der Turbinen ungünstig beeinflußt wird, da der Verdichter selbst Energie verbraucht.
Außerdem muß bei diesen Turbinen die in dem ortsfesten Verdichter verdichtete Luft
den umlaufenden Armen zugeführt werden, woraus sich beträchtliche Abdichtungsschwierigkeiten
ergeben, und schließlich gestattet die bekannte Gasturbinenausführung nicht die
Erzielung hoher Drehzahlen und somit einer hohen Leistung, da die Arme hohe mechanische
Beanspruchungen nicht aushalten können.
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-Man hat ferner versucht, dasselbe Rad zur Verdichtung der Luft und
zur Entspannung der Gase auszunutzen. Dabei wurde jedoch die Luft in unterbrochene
Bewegung versetzt, indem entweder ein vor der Einführung in das Laufrad hergestelltes
Brennstoffgemisch
zur Explosion gebracht wurde oder indem man das
Laufrad während eines Teiles der Unidrehung zur Verdichtung und während, eines anderen
Teiles der Drehung zur Eilt.--' Spannung ausnutzte. Auf diese Weise erzeugte man
in den Schaufeln abwechselnde' Bewegungen und rief infolgedessen erhebliche Verluste
hervor, die die Ursache für den llißerfolg der Gasturbinen bisher waren.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich dagegen auf eine Wärmekraftinaschine
mit schwacher Verdichtung und folglich auch nur einem ger fingen theoretischen Wärmewirkungsgrad.
Sie ,gestattet es jedoch, einen hohen Umformungswirkungsgrad zu erzielen, da der
bisher für derartige Turbinen erforderliche Verdichter in Fortfall kommen kann und
das Strömungsmittel somit nicht von ruhenden Teilen in schnell umlaufende Teile
überführt zu werden braucht, so daß keine Abdichtungsschwierigkeiten auftreten und
die bisher durch mangelnde Abdichtung bedingten Verluste vermieden werden. Ferner
werden die unterbrochenen Bewegungen der Gase vermieden, und außerdem ermöglicht
es die Erfindung, den Querschnitt der Düsen in solcher `''eise auszubilden, daß
die Arbeitsweise sich soweit wie möglich dem theoretischen Kreisarbeitsvorgang nähert.
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Erfindungsgemäß wird die Turbine von einer Reihe beispielsweise gleichartiger
Düsen gebildet, die am Umfang eines zweckn u äßi- '# init -roßer Geschwindigkeit
uinlaufenden Rades verteilt sind und in denen das in stetigem Strom ausströmende
Arbeitsmittel nacheinander eitler Verdichtung, einer @'ärmezufuhr mit Hilfe voll
Brennern, einer 1?ntspannung und gegebenenfalls einer endgültigen Verdichtung ausgesetzt
ist, die zweckinäfiig derart bemessen wird, daß die Gase den Läufer mit einer Geschwindigkeit
verlassen, die im wesentlichen der Geschwindigkeit vor dem Eintritt in den Läufer
entspricht.
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In einigen Fällen -wird der Wärinelcreisvorgang durch Einschaltung
einer ergänzt werden könlien, wobei die Kältequelle beispielsweise von einem Kühler
oder einer kalten Oberfläche gebildet wird.
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Die Heizquelle wird von ortsfesten oder beweglichen Brennern gebildet,
die in der Zone größten Druckes angeordnet sind, wobei .der Querschnitt der Düsen
vor den Brennern divergent und hinter den Brennern (,in der Strömungsrichtung) konvergent
ausgebildet ist. Durch diese divergente Ausbildung des Düsenquersclltlittes vor
den Breilnern -wird die erforderliche Anfangsverdichtung erzielt.
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Diese Turbine kann vorteilhaft finit einer Luftschraube oder Schiffsschraube
gekuppelt werden; aber man kann sie auch als Rizckstoßantrieb benutzen, indem man
den Austrittswinkel x der Gase vergrößert. In diesem ',Falle liefert dieTurbine
außenkeineLeistung, 'ä,ber die Gase verlassen sie mit hoher Geechwindigkeit und
rufen so eine antreibende 'kückwirkung hervor.
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Zur Erleichterung des Verständnisses sind beispielsweise einige Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen Fig. i und 2 eine Turbine, bei der die
Heizquellen im Laufrad angeordnet sind, Fig.3 eine abweichende Ausführung, bei der
die Heizquellen in einem ortsfesten Teil angeordnet sind und vor den auf einem Läufer
sitzenden Schaufeln münden, Fig..I eine besondere Anordnung, welche die Verminderung
der Reibungen gestattet. Bei dem auf Fig. i und 2 dargestellten Beispiel enthält
die Turbine eine Anzahl von Düsen 3i, die nebeneinander angeordnet und zur Umlaufachse
geneigt sind. Diese Düsen befinden sich dabei am Umfang eines mit hoher Geschwindigkeit
umlaufenden Rades 32. Der Verdichter 33 kann radial in der Weise angeordnet werden,
daß der Luftzutritt vorzugsweise auf eniem Radius R1, der kleiner als R. ist (vgl.
Fig. i), erfolgt, was den Vorteil bietet, daß die Verluste herabgesetzt werden.
Die Heizquelle wird von Brennern 3.1. gebildet, die mit Brennstoff durch Kanäle
35 gespeist werden, welche an die Hohlwelle 36 angeschlossen sind. Der Brennstoff
kann in dem Heizkörper 37 verdampft «-erden, der von den Auspuffgasen umspült wird.
Die von denGasen mitgefiihrteWärme kann beispielsweise durch Heizung der Kessel
wiedergewonnen werden.
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Bei einer abweichenden, auf Fig. 3 gezeigten Ausführung kann man auch
die Brenner 38 ortsfest ausbilden und den Brennstoffdampf mit der Umfangsgeschwindigkeit
des Rades ausblasen. Der Bau des Rades wird hierbei ein wenig vereinfacht.
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Da dieseTurbinen mitgroßer Geschwindigkeit arbeiten, muß die Reibung
der unilaufenden Räder in der Luft auf den kleitistnlöglichen Wert herabgesetzt
werden.
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Gemäß einem -Merkmal der Erfindung kann man die Reibungen im Verhältnis
1 zu 4. herabsetzen, indem man, wie auf Fig. .I angedeutet, zu jeder Seite des umlaufenden
Rades 4 1 lose sich drehende Scheiben 42 anordnet. Die Drehgeschwindigkeit dieser
letzteren Scheiben beträgt etwa die Hälfte derGeschwindigkeit des Rades .I1, das
Reibungsmoment ist also tatsächlich iiu Verhältnis 1 :4 herabgesetzt, und folglich
ist auch die als Reibung verausgabte Energie entsprechend vermindert.
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Man könnte in derselben Weise auch eilte größere Anzahl loser Scheiben
anordnen.
Es sei noch darauf hingewiesen. daß bei den hier behandelten
Vorrichtungen: i. die Düsen auf dem ganzen Radumfang angeordnet sind: die Erhitzung
der Luft durch ortsfeste oder bewegliche Brenner erhalten wird und Verdichtung und
Entspannung in dem gleichen Rade stattfinden; 3. die Temperatur in der Verbrennungskammer
unter 5oo° liegt, so daß also keinerlei Kühlung vorgesehen werden muß.