DE1088765B

DE1088765B - Gas or steam turbine with propellant gas jet directed in a helical shape

Info

Publication number: DE1088765B
Application number: DEK32577A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Waldemar Kulikoff
Original assignee: WALDEMAR KULIKOFF DIPL ING
Current assignee: WALDEMAR KULIKOFF DIPL ING
Priority date: 1957-07-30
Filing date: 1957-07-30
Publication date: 1960-09-08

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Gas- oder Dampfturbine mit in Schraubenlinienform gelenktem Treibgasstrahl.The invention relates to a gas or steam turbine with a propellant gas jet directed in a helical shape.

Die bekannten Turbinen dieser Art haben entweder Führungsmittel mit einer Strömungslenkenden Schraubenfläche, wobei gegeneinander verschiebbare Führungselemente zur Erzeugung vollbeaufschlagter Ringströmungen angeordnet sind, oder es werden Turbinenläufer mit spiraligen, einem Flachgewinde ähnlichen Rückdrucktreibgaskanälen verwendet. Ferner ist eine Gasturbine bekannt, bei der eine zwangläufige Durehleitung des Gasstrahles durch einen allseits geschlossenen schraubenförmigen Kanal stattfindet. Bei allen diesen Bauarten wird das Druckmittel in schraubenförmig verlaufenden Hohlräumen zwangläufig geführt. Das hat den Nachteil, daß, wenn die Querschnitte und die Steigungszunahme der schraubenförmig verlaufenden Hohlräume den Expansionsverhältnissen des Druckmittels nicht sehr genau entspricht, Energieverluste eintreten.The known turbines of this type either have guide means with a flow-directing helical surface, with mutually displaceable guide elements for generating fully loaded Annular flows are arranged, or there are turbine rotors with spiral, a flat thread similar back pressure propellant channels are used. Furthermore, a gas turbine is known in which an inevitable Durehleitung of the gas jet takes place through a screw-shaped channel closed on all sides. In all of these types of construction, the pressure medium is inevitable in helical cavities guided. This has the disadvantage that when the cross-sections and the pitch increase in the helical running cavities does not correspond very exactly to the expansion ratios of the pressure medium, Energy losses occur.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der Treibgasstrahl in einen zylindrischen oder torusf örmigen Expansionsraum durch mindestens eine ortsfeste, annähernd tangential zur inneren Wand des Expansionsraumes gerichtete und gegen die Tangente geneigte Leitdüse eingeführt wird, wobei dieser Strahl sich frei mit durch die Expansion zunehmender Steigung entlang der inneren Wand des Expansionsraumes fortbewegt und einen mit strömungsdruckaufnehmenden Flächen versehenen Rotor stufenlos antreibt. Der sich hier in Schraubenlinienform völlig frei entwickelnde Treibgasstrahl, dessen Steigung sich mit zunehmender Expansion ebenfalls völlig frei vergrößert, gestattet also im Gegensatz zu den bisherigen Bauarten mit zwangläufiger Umführung in Spirallinienform die verlustlose Nutzbarmachung der ihm innewohnenden Energie.This disadvantage is avoided according to the invention in that the propellant gas jet in a cylindrical or toroidal expansion space through at least one stationary, approximately tangential to the inner one The wall of the expansion space directed and inclined against the tangent guide nozzle is introduced, this beam moves freely along the inner wall of the with increasing slope due to the expansion Expansion chamber and a rotor provided with flow pressure-absorbing surfaces continuously drives. The propellant gas jet, which develops completely freely here in helical form, its Incline also increases completely freely with increasing expansion, so in contrast to the previous designs with inevitable bypassing in spiral line form the lossless utilization the energy inherent in it.

Der zylindrische Expansionsraum kann dabei auf seiner Achse drehbeweglich gelagert sein und selbst den Rotor bilden, während in den torusförtnigen Expansionsraum ein drehbeweglich gelagerter, gesonderter Rotor eingebaut ist.The cylindrical expansion space can be rotatably mounted on its axis and itself form the rotor, while in the toroidal expansion space a rotatably mounted, separate one Rotor is installed.

Die besondere Ausbildung der am Rotor vorgesehenen strömungs druckaufnehmenden Flächen, die Rotoranordnung, die Anordnung der Leitdüsen, die durch Regelorgane im Querschnitt veränderlich sein können und bei symmetrisch um die Mittelachse erfolgtem Einbau die Rotordrehung entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ermöglichen, sind weitere Merkmale der Erfindung.The special design of the flow pressure-absorbing surfaces provided on the rotor, which Rotor arrangement, the arrangement of the guide nozzles, which can be changed in cross-section by means of control elements and if the installation is symmetrical about the central axis, the rotor can either rotate clockwise or counterclockwise are further features of the invention.

Gegenüber den üblichen Schaufeln-bedeuten die erfindungsgemäß den Strömungsdruck aufnehmenden Flächen des Rotors eine wesentliche Vereinfachung. Ihre eigentliche Aufgabe besteht im Gegensatz zu den üblichen Schaufeln nur darin, den an sich theoretisch Gas- oder DampfturbineCompared to the usual blades, the mean according to the invention the flow pressure absorbing surfaces of the rotor a significant simplification. In contrast to the usual shovels, their actual task is only to do the theoretically in itself Gas or steam turbine

mit in Schraubenlinienform gelenktemwith helical steered

TreibgasstrahlPropellant jet

Anmelder:Applicant:

Dipl.-Ing. Waldemar Kulikoff,
Falkenstein (Taunus), Am Eilerhang 1Dipl.-Ing. Waldemar Kulikoff,
Falkenstein (Taunus), Am Eilerhang 1

Dipl.-Ing. Waldemar Kulikoff, Falkenstein (Taunus),
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Waldemar Kulikoff, Falkenstein (Taunus),
has been named as the inventor

möglichen Rotor mit glatter Oberfläche auf eine praktisch tragbare Länge zu verkürzen.possible to shorten the rotor with a smooth surface to a practically manageable length.

Bei der torusförmigen Ausbildung des Expansionsraumes ergibt sich gegenüber dem Bekannten der Vorteil, daß hierdurch die Drehzahl ungefähr der Drehzahl von Kolbenmaschinen gleich wird. Dadurch werden in Fällen gewünschter niedriger Drehzahlen Untersetzungsgetriebe überflüssig.In the case of the toroidal design of the expansion space, the result is compared to the familiar The advantage of this is that the speed is approximately the same as the speed of piston engines. Through this Reduction gears are superfluous in cases where lower speeds are required.

Die Drehrichtung kann ferner bei laufender Maschine durch einfache Düsenumschaltung stoßfrei geändert werden, so daß bei Verwendung der erfindungsgemäßen Turbine in Fahrzeugen die übliche Kupplung und das übliche Wechselgetriebe entfallen. Überdies ist hier die Möglichkeit gegeben, mit dem Treibgasstrahl zu bremsen, indem man ihn entgegen der Drehrichtung des Rotors wirken läßt. Der Bremsstrahl kann sich hier auch auf die Kompressorluft beschränken, deren Energie bei schwacher und mittlerer Bremsung ausreicht. Bei starker Bremsung wird dem Druckstrahl Brennstoff zugesetzt.The direction of rotation can also be changed smoothly while the machine is running by simply switching the nozzle so that when using the turbine according to the invention in vehicles, the usual clutch and the usual change gear is omitted. There is also the option of using the propellant gas jet to brake by letting it act against the direction of rotation of the rotor. The brake jet can also be limited to the compressor air, whose energy is weak and medium Braking is sufficient. When braking hard, fuel is added to the pressure jet.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungs- und Anwendungsbeispielen dargestellt.In the drawing, the subject matter of the invention is shown in several exemplary embodiments and application examples shown.

Fig. 1 zeigt den Strömungsverlauf in einem Expansionsraum von Zylinderform,Fig. 1 shows the flow course in an expansion space of cylindrical shape,

Fig. 2 den Strömungsverlauf in einem torusförmigen Expansionsraum,2 shows the flow profile in a toroidal expansion space,

Fig. 3 einen zylindrischen Expansionsraum mit Rotor, ortsfestem Gehäuse und Leitdüse,3 shows a cylindrical expansion space with rotor, stationary housing and guide nozzle,

Fig. 4 einen Rotor mit parallelen Führungsringen,4 shows a rotor with parallel guide rings,

Fig. 5 einen Rotor mit schraubenlinienförmig angeordneten Führungsringen,5 shows a rotor with helically arranged guide rings,

Fig. 6 Führungsringe mit Querlamellen,Fig. 6 guide rings with transverse blades,

Fig. 7 Führungsringe mit Rund- und Halbrundstäben, Fig. 7 guide rings with round and half-round rods,

009 590/116009 590/116

Fig. 8 zickzackförmige Führungsringe,Fig. 8 zigzag-shaped guide rings,

Fig·. 9 eine erfindungsgemäße Turbine mit zwei Leitdüsen, die seitlich am Gehäusedeckel angeordnet sind, im Querschnitt,Fig. 9 shows a turbine according to the invention with two guide nozzles which are arranged on the side of the housing cover are, in cross section,

Fig. 10 das gleiche wie '. die Fig. 9, jedoch im Längsschnitt,Fig. 10 is the same as '. Fig. 9, but in longitudinal section,

■ Fig. 11 die Anordnung von zwei regelbaren Leitdüsen und der Brennkammer im Querschnitt,■ Fig. 11 shows the arrangement of two adjustable guide nozzles and the combustion chamber in cross section,

Fig. 12 das gleiche wie die Fig. 11, jedoch im Längsschnitt,Fig. 12 is the same as Fig. 11, but in longitudinal section,

Fig. 13 eine Klein-Gasturbine mit zylindrischem Rotor und Kolbenkompressor,13 shows a small gas turbine with a cylindrical Rotor and piston compressor,

Fig. 14 eine größere Gasturbine für Straßenfahrzeuge mit zwei zylindrischen Rotoren, einem Kolbenkompressor, Zwischenkupplung und Zwischengetriebe,14 shows a larger gas turbine for road vehicles with two cylindrical rotors, a piston compressor, Intermediate coupling and intermediate gear,

Fig. 15 eine Gasturbine mit zwei gleichachsig angeordneten zylindrischen Rotoren und einem Radialkompressor, 15 shows a gas turbine with two coaxially arranged cylindrical rotors and a radial compressor,

Fig. 16 eine Gasturbine für Wasserfahrzeuge und Flugzeuge mit einem Radialkompressor und zwei zylindrischen Rotoren,16 shows a gas turbine for watercraft and aircraft with one radial compressor and two cylindrical rotors,

Fig. 17 den Längsschnitt durch einen torusförmigen Expansionsraum,17 shows the longitudinal section through a toroidal expansion space,

Fig. 18 den Querschnitt durch den Expansionsraum gemäß der Fig. 17,18 shows the cross section through the expansion space according to FIG. 17,

Fig. 19 den Querschnitt durch einen torusförmigen Expansionsraum mit anders ausgebildetem Rotor und19 shows the cross section through a toroidal expansion space with a differently designed rotor and FIG

Fig. 20 den Querschnitt durch einen zwischen zwei torusförmigen Expansionsräumen gelagerten Rotor.20 shows the cross section through a rotor mounted between two toroidal expansion spaces.

In einem dünnwandigen Zylinder 1, der auf einer Achse 2 drehbeweglich gelagert ist, ist eine Leitdüse 3 so angeordnet, daß ihre Achse 4 annähernd tangential -und möglichst nahe zur inneren Wandfläche des Zylinders 1 verläuft und unter dem Winkel α gegen die Tangente geneigt ist. Der aus der Leitdüse 3 ausströmende Treibgasstrahl 7 nimmt seinen Weg in der Pfeilrichtung gemäß der in den Fig. 1 und 2 gestrichelt eingezeichneten Schraubenlinie 6, wobei er durch die Fliehkraft an die innere Zylinderwand gepreßt wird. Er bewegt sich mit zunehmender Steigung 5 entlang der Achse 2, wobei die Zunahme der Steigung vom Zylinderdurchmesser, der Druckhöhe, der relativen Gasgeschwindigkeit und der Länge des Treibgasstrahles 7 abhängig ist.In a thin-walled cylinder 1, which is rotatably mounted on an axis 2, a guide nozzle 3 is arranged so that its axis 4 is approximately tangential and as close as possible to the inner wall surface of the cylinder 1 and is inclined at the angle α to the tangent. The propellant gas jet 7 flowing out of the guide nozzle 3 takes its path in the direction of the arrow according to the helical line 6 drawn in dashed lines in FIGS. 1 and 2, whereby it is pressed against the inner cylinder wall by the centrifugal force. It moves along the axis 2 with an increasing slope 5, the increase in the slope being dependent on the cylinder diameter, the pressure height, the relative gas velocity and the length of the propellant gas jet 7.

Die Reibung, die zwischen der ZyMnderwand und dem Treibgasstrahl 7 entsteht, wird den Zylinder 1 mitnehmen und um die Achse 2 drehen.The friction that arises between the cylinder wall and the propellant gas jet 7 will take the cylinder 1 with it and rotate about the axis 2.

Je weiter sich der Treibgasstrahl 7 im Zylinder 1 fortbewegt, desto mehr verliert er infolge der Reibung an Energie, um sich zum Schluß, ohne sich um die Achse 2 zu drehen, entlang dieser Achse zu bewegen. The further the propellant gas jet 7 moves in the cylinder 1, the more it loses due to the friction of energy to finally move along this axis without rotating about axis 2.

Das kann aber nur eintreten, wenn der Zylinder sehr lang ist. Wird die innere Fläche des Zylinders jedoch mit Einrichtungen versehen, die die Strömungsdruckkraft aufnehmen und auf den Zylinder übertragen, so kann seine Länge ganz klein werden. Solche Einrichtungen sind anschließend ausführlich beschrieben. Aus der Fig. 1 ist zu ersehen, daß die Drehbewegung des Treibgasstrahles 7 um die Achse 2 des Zylinders 1 diesen mitnimmt und ihn um seine Achse umlaufen läßt.But this can only happen if the cylinder is very long. Becomes the inner surface of the cylinder but provided with devices that absorb the flow pressure force and transmit it to the cylinder, so its length can become very small. Such facilities are described in detail below. From Fig. 1 it can be seen that the rotary movement of the propellant gas jet 7 about the axis 2 of the cylinder 1 takes it along and lets it revolve around its axis.

Der Zylinder 1 wird also zum Rotor der Gasturbine. Die Drehung des Treibgasstrahles 7 und des Rotors (Zylinder 1) erfolgen hier in derselben Richtung und um dieselbe Achse.The cylinder 1 thus becomes the rotor of the gas turbine. The rotation of the propellant gas jet 7 and the rotor (Cylinder 1) take place here in the same direction and around the same axis.

Die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors (Zylinder 1) wird hier entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Gases eine hohe.The speed of rotation of the rotor (cylinder 1) is here according to the flow speed of the gas a high.

Für niedrigere Umlaufgeschwindigkeiten wird dagegen die in der Fig. 2 schematisch dargestellte Bauart angewendet, bei der an Stelle des um seine Achse rotierenden Zylinders 1 ein als Torus ausgebildeter Expansionsraum 8 Verwendung findet. In dem Expansionsraum 8, läuft der um die Querachse gelagerte Rotor um.For lower rotational speeds, however, the type shown schematically in FIG. 2 is used applied, in the place of the cylinder 1 rotating about its axis, a torus designed as a torus Expansion space 8 is used. In the expansion space 8, the one mounted around the transverse axis runs Rotor around.

Der Expansionsraum 8 hat die Form eines Torus vom Radius r und der Stärke d. The expansion space 8 has the shape of a torus of radius r and thickness d.

In der Wand des Expansionsraumes 8 ist eine Bohrung 10 vorhanden, durch die eine Leitdüse 13 annähernd tangential zur inneren Fläche und unter einem Winkel α zur Achse A-B in den Expansionsraum 8 hineinragt. Links von der Leitdüse 13 kann eine Trennwand 11 angeordnet sein.In the wall of the expansion space 8 there is a bore 10 through which a guide nozzle 13 protrudes approximately tangentially to the inner surface and at an angle α to the axis AB into the expansion space 8. A partition 11 can be arranged to the left of the guide nozzle 13.

Aus der Leitdüse 13 kommt ein Treibgasstrahl 12, der durch die Fliehkraft an die blankgeschliffene Innenwand des Expansionsraumes 8 gepreßt wird und sich entlang der Mittellinie 9 und um dieselbe herum schraubenlinig mit wachsender Steigung bis zur Austrittsöffnung 14 bewegt, durch die er in die Atmosphäre ausströmt.From the guide nozzle 13 comes a jet of propellant gas 12, which by the centrifugal force on the polished inner wall of the expansion space 8 is pressed and extends along the center line 9 and around the same moved helically with increasing slope up to the outlet opening 14, through which it into the atmosphere emanates.

Auf diese Weise entsteht eine zweite Drehbewegung des sich entlang der Mittellinie 9 in Schraubenform bewegenden Treibgasstrahles um den Mittelas punkt 0. Im Mittelpunkt 0 ist senkrecht zur Zeichnungsebene eine in der Zeichnung nicht gezeigte Welle drehbeweglich angeordnet. Auf dieser sitzt ein schaufelartiger Rotor, dessen strömungsdruckaufnehmende Flächen derart in den Expansionsraum 8 ragen, daß durch den rotierenden Treibgasstrom ein Drehmoment um den Mittelpunkt 0 hervorgerufen und der Rotor in Drehung versetzt wird.In this way, there is a second rotational movement of the helical along the center line 9 moving propellant jet around the center point 0. The center point 0 is perpendicular to the plane of the drawing a shaft not shown in the drawing is rotatably arranged. A shovel-like one sits on top of it Rotor, the flow pressure-absorbing surfaces of which protrude into the expansion space 8 in such a way that caused by the rotating propellant gas a torque around the center 0 and the rotor in Rotation is offset.

Aus der Zeichnung ist zu ersehen, daß der Treibgasstrahl in dem Expansionsraum 8 einen Schraubenweg beschreibt, der bedeutend länger ist als die einen Kreis mit dem Radius r bildende Mittellinie 9. Deshalb ist die Winkelgeschwindigkeit des Rotors bei gleicher Geschwindigkeit des Treibgasstrahles hier kleiner als bei dem Rotor nach der Fig. 1.From the drawing it can be seen that the propellant gas jet in the expansion space 8 describes a helical path which is significantly longer than the center line 9 forming a circle with the radius r Rotor according to FIG. 1.

Dadurch wird erreicht, daß trotz großer Treibgasgeschwindigkeit die Drehgeschwindigkeit des Rotors so niedrig gehalten werden kann, daß ein Untersetzungsgetriebe überflüssig wird.This ensures that, despite the high propellant gas speed, the rotational speed of the rotor can be kept so low that a reduction gear is unnecessary.

In den Fig. 3 bis 16 sind Einrichtungen für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Betriebsart entsprechend der schematischen Darstellung nach der Fig. 1 gezeigt.In FIGS. 3 to 16, devices for carrying out the method according to the invention are shown in FIG Operating mode corresponding to the schematic representation of FIG. 1 is shown.

In der Fig. 3 ist ein Rotor im Querschnitt gezeigt. Der umlaufende Zylinder des Rotors 15 ist an seiner inneren Wand mit einer strömungsdruckaufnehmenden Einrichtung 16 versehen. In der Mitte ist mit geringer Exzentrizität ein ortsfestes zylindrisches Gehäuse 17 angeordnet. Im Oberteil dieses Gehäuses 17 befindet sich die Treibgaszuleitung 18 mit der tangential gerichteten Leitdüse 19. Das Treibgas strömt unter bestimmtem Überdruck durch die Leitdüse 19 mit großer Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile 20 und kommt mit der inneren Wand des Rotors 15 in Berührung. Auf der Rotorwand ist die Einrichtung 16 zur Aufnahme des Treibgasstrahles angebracht, die eine turbulente oder störende Gasbewegung verhindert und die Strömungsenergie auf den Rotor 15 überträgt, so daß ein Drehmoment entsteht, das eine Drehbewe-' gung gemäß dem Pfeil 21 erzeugt. Das zylindrische Gehäuse 17 ist ein Mehrzweckteil. Es trägt die Leitdüsen 19, begrenzt mit seiner Außenwand den Expansionsraum in Richtung zur Drehachse, nimmt die Gaszuleitungen, Düsenregelvorrichtungen und Brennkammern auf und dient außerdem zur Ableitung der entspannten Gase.In Fig. 3, a rotor is shown in cross section. The rotating cylinder of the rotor 15 is on his inner wall provided with a device 16 that receives flow pressure. In the middle is lower Eccentricity a stationary cylindrical housing 17 is arranged. In the upper part of this housing 17 the propellant gas supply line 18 is located with the tangentially directed guide nozzle 19. The propellant gas flows under a certain overpressure through the guide nozzle 19 at high speed in the direction of the arrows 20 and comes into contact with the inner wall of the rotor 15. The device 16 is on the rotor wall attached to absorb the jet of propellant gas, which prevents turbulent or disruptive gas movement and transmits the flow energy to the rotor 15, so that a torque is created which a rotary movement ' generation according to the arrow 21 generated. The cylindrical housing 17 is a multipurpose part. It carries the guide nozzles 19, with its outer wall delimiting the expansion space in the direction of the axis of rotation, takes on the gas supply lines, nozzle control devices and combustion chambers and also serves to discharge the relaxed gases.

Die strömungsdruckaufnehmende Einrichtung kann auf verschiedene Art ausgebildet werden, muß aber folgenden Forderungen gerecht werden:The flow pressure receiving device can be designed in various ways, but must meet the following requirements:

a) Die Strömung des Treibgases darf nicht turbulent verlaufen;a) The flow of the propellant gas must not be turbulent;

b) die strömungsdruckaufnehmenden Flächen müssen möglichst groß sein;b) the flow pressure absorbing surfaces must be as large as possible;

c) es darf keine Überhitzung auftreten, undc) there must be no overheating, and

d) die Montage muß mit einfachen Mitteln durchführbar und das" Auswechseln soll mit keinen Schwierigkeiten verbunden sein.d) the assembly must be feasible with simple means and the "replacement should not be done with any Difficulties associated with it.

Im folgenden sind einige Beispiele für die strömungsdruckaufnehmendei Einrichtung näher beschrieben: The following are some examples of the flow pressure transducers Setup described in more detail:

Gemäß den Fig. 4 und 5 ist die innere Zylinderfläche des Zylinders 17 mit Ringe'n versehen. In der Fig. 4 sind es geschlossene Ringe 22, die parallel zueinander angeordnet sind, während in der Fig. 5 die Ringe 23 schraubenlinienartig verlaufen. In der Zeichnung ist die einfache, eingängige Ausführung gezeigt. Man kann die Ringe 23 aber auch mehrgängig anordnen. Durch die Nuten zwischen den Ringen 22, 23 wird das Treibgas so geführt, daß eine zu frühzeitige Expansion in axialer Richtung behindert ist. Die Strömung verläuft jedoch innerhalb der Nuten nicht geradlinig, sondern wellenförmig, da die Ringe 22, 23 mit strömungsdruckaufnehmenden Flächen (Fig. 6, 7, 8) ausgerüstet sind, die das Treibgas daran hindern, geradlinig durch die Nuten zu strömen.According to FIGS. 4 and 5, the inner cylindrical surface of the cylinder 17 is provided with rings. In the Fig. 4 are closed rings 22 which are arranged parallel to one another, while in Fig. 5 the Rings 23 extend helically. In the drawing is the simple, catchy version shown. But you can also arrange the rings 23 multiple threads. Through the grooves between the rings 22, 23 the propellant gas is guided in such a way that premature expansion in the axial direction is hindered. the However, the flow does not run in a straight line within the grooves, but in an undulating manner, since the rings 22, 23 are equipped with flow pressure-absorbing surfaces (Fig. 6, 7, 8), which prevent the propellant gas from to flow straight through the grooves.

Die wellenförmige Strömung ist in den Fig. 4 und 5 bei 24 und 25 gestrichelt angedeutet. Jede Welle des Treibgases erzeugt eine tangentiale Komponente, und alle zusammen ergeben ein Drehmoment, das den Rotor in Drehung versetzt.The undulating flow is indicated by dashed lines in FIGS. 4 and 5 at 24 and 25. Every wave of the Propellant creates a tangential component, and all of them together result in a torque that the Rotor set in rotation.

Nach der Fig. 6 sind als strömungsdruckaufnehmende Flächen an den Seiten 26 der Ringe 22, 23 Querlamellen 27 derart befestigt, daß das durchströmende Treibgas gezwungen wird, sich gemäß der gestrichelt eingezeichneten Wellenlinie 28 zu bewegen.According to FIG. 6, the rings 22, 23 are provided as flow pressure-absorbing surfaces on the sides 26 Transverse lamellas 27 attached in such a way that the propellant gas flowing through is forced to move according to the dashed line drawn wavy line 28 to move.

In der Fig. 7 sind zum gleichen Zweck Rund- und Halbrundstäbe 29 derart angeordnet, daß zwischen ihnen eine Gasströmung nach den Wellenlinien 30 entsteht. In Fig. 7 round and semicircular bars 29 are arranged for the same purpose that between a gas flow according to the wavy lines 30 is created for them.

In der Fig. S sind die Ringe 31 zickzackförmig ausgeführt, wodurch die besonderen Einbauten der Fig. 6 und 7 entfallen. Diese Formgebung ist besonders zweckmäßig, und außerdem strömt das Treibgas bei entsprechendem Zackenwinkel β ruhig und ohne Wirbelbildung.In FIG. 5, the rings 31 are designed in a zigzag shape, as a result of which the special internals of FIGS. 6 and 7 are omitted. This shape is particularly expedient, and in addition the propellant gas flows smoothly and without vortex formation at a corresponding point angle β.

Man kann die strömungsdruckaufnehmenden Flächen auch auf andere Weise und in anderer Form ausbilden. Sie können gegossen, gepreßt oder gefräst und aus metallischem oder keramischem Werkstoff hergestellt sein.One can use the flow pressure-absorbing surfaces also train in different ways and in different forms. They can be cast, pressed or milled and be made of metallic or ceramic material.

Man kann die der Erhitzung ausgesetzten Metallteile auch mit einer entsprechend starken Schicht aus keramischer Masse verkleiden und damit vor der direkten Einwirkung der heißen Gase schützen.The metal parts exposed to the heating can also be made with a correspondingly thick layer clad with ceramic mass and thus protect against the direct effects of hot gases.

Es können auch ganz keramische Ringe dort mit Vorteil verwendet werden, wo, wie z. B. bei zusatzlicher Brennstoffeinspritzung in der Nähe der Leitdüse 19, die Einlaßtemperatur des Gases so hoch ist, daß metallene Flächen nicht standhalten.It can also be used entirely ceramic rings where, such. B. with additional Fuel injection near the guide nozzle 19, the inlet temperature of the gas is so high that metal surfaces cannot withstand.

Die mit strömungsdruckaufnehmenden Flächen versehenen Ringe arbeiten unter bedeutend günstigeren Bedingungen als die Schaufeln der Räder von Axialturbinen. Der Temperaturverlauf ist in der Fig. 3 durch Pfeile verschiedener Stärke veranschaulicht. Der stärkste Pfeil 32 entspricht dem vollen Druck und der maximalen Temperatur des Treibgases. Sofort nach dem Verlassen der Leitdüse beginnt eine Druck- und Temperatursenkung, die in der Zeichnung durch Verkleinerung der Stärke und Größe der Pfeile angedeutet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung sind die strömungsdruckaufnehmenden Flächen im Gegensatz zu Axialturbinen nicht ständig Höchsttemperaturen ausgesetzt, sondern nur im Moment des Passierens der Leitdüse 19, so daß sie weit niedrigere Durchschnittstemperaturen annehmen, die keine Schädigung des Metalls hervorrufen.The rings, which are provided with flow pressure-absorbing surfaces, work at significantly cheaper rates Conditions than the blades of the wheels of axial turbines. The temperature profile is shown in FIG. 3 illustrated by arrows of different strengths. The strongest arrow 32 corresponds to full pressure and the maximum temperature of the propellant gas. Immediately after leaving the guide nozzle one begins Pressure and temperature decrease shown in the drawing by reducing the strength and size of the arrows is indicated. As a result of the design according to the invention, the flow pressure-absorbing surfaces are In contrast to axial turbines, they are not constantly exposed to maximum temperatures, but only at the moment of Passing the guide nozzle 19 so that they assume far lower average temperatures that do not damage of the metal.

Normalerweise liegt die Einlaßtemperatur des Gases unter 800° C, während die Durchschnittstemperatur unter 200° C sinken kann und somit jede Schädigungsgefahr ausgeschlossen ist.Usually the inlet temperature of the gas is below 800 ° C, while the average temperature can drop below 200 ° C, thus eliminating any risk of damage.

Die Ausführung nach den Fig. 9 und 10 ist ein Beispiel für Kleinstturbinen, die z. B. für Werkzeugmaschinen geeignet sind und auch mit Preßluft oder Dampf betrieben werden können.The embodiment according to FIGS. 9 and 10 is an example of small turbines which, for. B. for machine tools are suitable and can also be operated with compressed air or steam.

In dem Deckel 33 des Turbinengehäuses 34 sind zwei Leitdüsen 35 und 36 derart angeordnet, daß die unter einem kleinen Winkel zur Deckelfläche und gleichzeitig annähernd tangential zur Innenfläche des zylindrischen Rotors 37 verlaufen. Der Rotor 37 ist mit Führungsringen 38 gemäß der Fig. 8 versehen. Mit der Innenfläche des Deckels 33 ist ein dünnwandiger Zylinder 39 starr verbunden. Der Zylinder 39 begrenzt die Expansion des Treibgases gegen die Mitte und leitet sie in axialer Richtung. Die Düsenmündungen 40 und 41 befinden sich in dem Raum zwischen dem Rotor 37 und dem Hilfszylinder 39. Der Rotor 37 ist durch seinen Boden 42 mit der Welle 43 fest verbunden und in dem Gehäuse 34 drehbeweglich gelagert.In the cover 33 of the turbine housing 34 two guide nozzles 35 and 36 are arranged such that the at a small angle to the top surface and at the same time approximately tangential to the inner surface of the cylindrical rotor 37 extend. The rotor 37 is provided with guide rings 38 according to FIG. 8. A thin-walled cylinder 39 is rigidly connected to the inner surface of the cover 33. The cylinder 39 limits the expansion of the propellant gas towards the center and directs it in the axial direction. The nozzle mouths 40 and 41 are located in the space between the rotor 37 and the auxiliary cylinder 39. The rotor 37 is firmly connected to the shaft 43 by its base 42 and is rotatable in the housing 34 stored.

In der Mitte des Gehäusedeckels 33 befindet sich die Auslaßöffnung 44.The outlet opening 44 is located in the middle of the housing cover 33.

Die Leitdüse 35 ist geöffnet eingezeichnet, so daß das Treibgas im Pfeilsinn einströmen kann. Die Leitdüse 36 ist geschlossen. Ein aus der Leitdüsenmündung 41 austretender Treibgasstrahl strömt zwischen dem Rotor 37 und dem Zylinder 39 schraubenlinienförmig mit zunehmender Steigung bis zum Boden 42, dann durch den inneren Raum des Zylinders 39 und die Auslaßöffnung 44 ins Freie. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß das durch die Leitdüse 35 einströmende Treibgas eine Drehbewegung des Rotors 37 im entgegengesetzten Sinn des Uhrzeigers bewirkt.The guide nozzle 35 is shown open so that the propellant gas can flow in in the direction of the arrow. The guide nozzle 36 is closed. A propellant gas jet emerging from the guide nozzle opening 41 flows between the rotor 37 and the cylinder 39 helically with increasing slope to the bottom 42, then through the inner space of the cylinder 39 and the outlet port 44 to the outside. From the drawing it can be seen that the propellant gas flowing in through the guide nozzle 35 causes a rotary movement of the rotor 37 in the causes the opposite sense of the clockwise.

Um die Drehbewegung im Uhrzeigersinn zu bewirken, wird das Treibgas durch die rechte Düse 36 eingelassen, während dann die Leitdüse 35 geschlossen bleibt.In order to effect the clockwise rotation, the propellant gas is let in through the right nozzle 36, while the guide nozzle 35 then remains closed.

In der Fig. 10 ist die Drehbewegung des Rotors ion Uhrzeigersinn gemäß Pfeil 45 dargestellt.In Fig. 10, the rotational movement of the rotor ion is shown clockwise according to arrow 45.

Die gestrichelten Linien 46 zeigen die Gasbewegung von der Leitdüse 36 bis zur Aus laß öffnung 44. Aus diesem Beispiel ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäße Turbine eine einfache Lösung des Rotorantriebes in beiden Richtungen ermöglicht. Man kann die Drehrichtung des Rotors auch mit einer einzigen Leitdüse wechseln, wenn sie um 180° um ihren Mündungspunkt verstellbar ausgebildet ist.The dashed lines 46 show the gas movement from the guide nozzle 36 to the outlet opening 44. Out This example shows that the turbine according to the invention is a simple solution for the rotor drive in both directions. You can change the direction of rotation of the rotor with a single Change the guide nozzle when it is designed to be adjustable by 180 ° around its point of opening.

Aus den bisher beschriebenen Figuren -ist bereits deutlich der günstige Arbeitsablauf des Treibgases zu erkennen, Strömung, Expansion und Drehrichtung verlaufen im gleichen Sinn bei vollkommen stufenloser Übertragung der Strömungsenergie des Gases auf die druckaufnehmenden Flächen des Rotors, was eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Gasturbine gegenüber den bisherigen Bauarten bedeutet.From the figures described so far, the favorable workflow of the propellant gas is already clear recognize, flow, expansion and direction of rotation run in the same sense with completely stepless Transfer of the flow energy of the gas to the pressure-absorbing surfaces of the rotor, which is a Means an increase in the profitability of the gas turbine compared to previous designs.

In dem Gehäuse 46 (Fig. 11' und 12) ist der Rotor auf der Welle 48 gelagert. Innerhalb des Rotors 47The rotor is mounted on the shaft 48 in the housing 46 (FIGS. 11 'and 12). Inside the rotor 47

ist auf dem Gehäusedeckel 49 ein Körper 50 befestigt, der die Luftzuteilung 51, einen Brennraum 58 mit dem Brennstoffzerstäuber 52 und zwei oder mehr regelbaren Leitdüsen 53 und 54 enthält. Die Leitdüse 53 ist mit geöffneter Mündung eingezeichnet, die Leitdüse 54 geschlossen. Das Öffnen und Schließen der Düsen erfolgt durch Verdrehen der nockenförmigen Schieber 55 und 56.a body 50 is attached to the housing cover 49, the air distribution 51, a combustion chamber 58 with the fuel atomizer 52 and two or more controllable guide nozzles 53 and 54 contains. The guide nozzle 53 is shown with the mouth open, the guide nozzle 54 closed. The opening and closing of the Nozzles are made by rotating the cam-shaped slides 55 and 56.

Durch die Zuleitung 51 und die Kanäle 57 gelangt die Druckluft in den Verbrennungsraum 58. Durch die Zerstäuber 52 wird der Brennstoff eingespritzt und in dem Raum 58 verbrannt.The compressed air reaches the combustion chamber 58 through the supply line 51 and the channels 57 The fuel is injected into the atomizer 52 and burned in the space 58.

Die Leitdüse 54 ist geschlossen, so daß das Gas nicht hindurchströmen kann. Die Leitdüse 53 ist offen, und das Treibgas strömt in Richtung der Pfeile in die Führungsringe 59 und treibt den Rotor 47 an. Durch Verdrehen der Schieberwellen 60 und 61 betätigt man die Schieber 55 und 56 von Hand oder mechanisch derart, daß Gasgeschwindigkeit und Druckhöhe konstant bleiben. Die Regelvorrichtungen für die Leit- ao düsen 53, 54 können verschiedenartig ausgebildet sein. Die beschriebene Turbineneinheit ist mit A bebezeichnet. Das Treibgas gibt seine Energie in den Zwischenraum 62 ab und strömt dann durch den Gehäuseraum 63 und durch die Auslaßöffnung 64 ins Freie.The guide nozzle 54 is closed so that the gas cannot flow through it. The guide nozzle 53 is open and the propellant gas flows in the direction of the arrows into the guide rings 59 and drives the rotor 47. By rotating the slide shafts 60 and 61, the slide 55 and 56 are actuated by hand or mechanically in such a way that the gas velocity and pressure level remain constant. The regulating devices for the control nozzles 53, 54 can be designed in various ways. The turbine unit is described bebezeichnet with A. The propellant gas releases its energy into the space 62 and then flows through the housing space 63 and through the outlet opening 64 into the open.

In der Fig. 13 ist die Ausführung kleiner Gasturbinen schematisch dargestellt. Neben der Leistungsabgabe an die Getriebewelle treibt der Rotor auch noch einen Kompressor an. Diese Ausführung ist einer normalen Brennkraft-Kolbenmaschine ähnlich, die bei veränderlicher Belastung ein Wechselgetriebe benötigt. Eine Turbineneinheit A, wie in der Fig. 12 gezeigt und beschrieben, ist mit einem Kolbenkompressor 65 durch ein Stirnraduntersetzungsgetriebe 66 gekuppelt. Die Kurbelwelle des Kompressors 65 ist durch eine Kupplung 67 mit einem WechselgetriebeIn Fig. 13, the design of small gas turbines is shown schematically. In addition to outputting power to the gear shaft, the rotor also drives a compressor. This design is similar to a normal internal combustion piston engine, which requires a change gearbox when the load changes. A turbine unit A, as shown and described in FIG. 12, is coupled to a reciprocating compressor 65 through a spur gear reduction gear 66. The crankshaft of the compressor 65 is through a clutch 67 with a change gearbox

68 verbunden. Die Luft wird durch Einlaßöffnungen68 connected. The air is through inlet openings

69 und 70 eingesaugt, verdichtet, in den Druckraum 71 gepreßt und weiter durch den Kanal 72 in die Brennkammer 73 geleitet. Den Brennstoff fördert eine regelbare Pumpe 74 unter entsprechendem Überdruck in einen Zerstäuber 75. Durch eine Zündkerze 76 wird das Gemisch gezündet. Das auf diese Weise entstandene Treibgas strömt durch die Leitdüse 77 in den Rotor 78 und gibt hier seine Arbeit ab. Die entspannten Gase strömen durch das Auslaßrohr 79 in die Atmosphäre aus. Nach diesem Schema können Klein- und Kleinstturbinen für alle Zwecke gebaut werden.69 and 70 sucked in, compressed, pressed into the pressure chamber 71 and further through the channel 72 into the Combustion chamber 73 passed. A controllable pump 74 conveys the fuel under a corresponding excess pressure into an atomizer 75. A spark plug 76 ignites the mixture. The one created in this way Propellant gas flows through the guide nozzle 77 into the rotor 78 and does its work here. The relaxed ones Gases escape through the outlet pipe 79 to the atmosphere. According to this scheme, small and small turbines are built for all purposes.

In der Fig. 14 ist das Schema einer Kraftfahrzeug-Gasturbine dargestellt. Diese Bauart eignet sich für besonders schweren Betrieb im Bergland und im Gelände. Der Kolbenkompressor 80 ist durch ein Getriebe 81 dauernd mit der rechten Hälfte 82 der Turbine 83 verbunden.14 shows the diagram of a motor vehicle gas turbine. This design is suitable for particularly difficult operation in the mountains and off-road. The reciprocating compressor 80 is through a gearbox 81 permanently connected to the right half 82 of the turbine 83.

Die Turbine 83 besteht aus zwei symmetrischen, gleichachsig angeordneten Teilen 82 und 84. Die Teilturbine 82 dient ausschließlich dem Kompressorantrieb, der ähnlich der in der Fig. 13 dargestellten Ausführung gebaut ist.The turbine 83 consists of two symmetrical, coaxially arranged parts 82 and 84. The turbine section 82 is used exclusively for the compressor drive, which is similar to that shown in FIG Execution is built.

Die Teilturbine 84 gibt die Nutzleistung zum Antrieb des Fahrzeuges ab. Die Welle 85 ist auf bekannte Weise mit der Kardanwelle des Fahrzeuges unmittelbar gekuppelt.The turbine section 84 gives the useful power to drive of the vehicle. The shaft 85 is in a known manner with the cardan shaft of the vehicle directly coupled.

Jede der beiden Teilturbinen 82 und 84 hat eine eigene Brennkammer, eine eigene, regelbare Brennstoffzuleitung und auch eigene Regler für die Leitdüsen. Die Kompressorturbine 82 arbeitet bei immer gleichbleibender Drehrichtung des Rotors. Sie hat daher nur in einer Richtung arbeitende Leitdüsen.Each of the two turbine sections 82 and 84 has its own combustion chamber, its own controllable fuel supply line and also their own regulator for the guide nozzles. The compressor turbine 82 operates at always constant direction of rotation of the rotor. It therefore only has guide nozzles that work in one direction.

Die Brennstoffregelung erfolgt durch Betätigung eines Hebels 86; die Leitdüsenregelung wird durch einen Hebel 87 ausgeführt. Die Nutzleistungsturbine 84 kann nach Wahl rechts oder links laufen und benötigt deshalb rechts und links gerichtete Leitdüsen. Ihre Brennstoffregelung erfolgt durch Betätigung eines Hebels 88, während die Leitdüsenverstellung und -regelung durch einen Hebel 89 erfolgt.The fuel is regulated by actuating a lever 86; the guide nozzle control is controlled by a Lever 87 executed. The power turbine 84 can run to the right or left, as required, and needs therefore guide nozzles directed to the right and left. Your fuel control is carried out by actuating a Lever 88, while the guide nozzle adjustment and control is carried out by a lever 89.

Die Luft wird durch einen Einlaßstutzen 90 angesaugt und durch ein Verbindungsstück 91 in die beiden Brennkammern gleichzeitig eingepreßt.The air is drawn in through an inlet port 90 and into the two through a connector 91 Combustion chambers pressed in at the same time.

Der Brennstoff wird durch eine Pumpe 92 unter bestimmtem konstantem Überdruck gefördert.The fuel is conveyed by a pump 92 under a certain constant overpressure.

Diese Einrichtung arbeitet wie folgt: Durch einen Stromschalter 93 werden Zündkerzen 94 und 95 eingeschaltet. Der durch einen Druckknopf 96 eingeschaltete Anlasser 97 bringt die Welle 98 des Kompressors 80 wie üblich in Umlauf.This device works as follows: A power switch 93 turns on spark plugs 94 and 95. The starter 97 switched on by a push button 96 brings the shaft 98 of the compressor 80 in circulation as usual.

Die vom Kompressor 80 verdichtete Luft und der von der Pumpe 92 geförderte Brennstoff kommen gleichzeitig in beide Teilturbinen 82 und 84. Die Leitdüse der Kompressorturbine 82 wird geöffnet.The air compressed by the compressor 80 and the fuel delivered by the pump 92 come at the same time in both sub-turbines 82 and 84. The guide nozzle of the compressor turbine 82 is opened.

Die beiden Leitdüsen und die Brennstoffdüse der Nutzleistungsturbine 84 bleiben jedoch geschlossen, so daß die gesamte vom Kompressor angesaugte Luft nur in die Brennkammer der Kompressorturbine eingepreßt wird. Gleichzeitig wird der Brennstoff durch den Zerstäuber eingespritzt. Die Zündkerze 95 zündet das entstandene Gasgemisch, das durch die Leitdüse strömt und den Rotor in Umlauf versetzt. Dieser treibt über .das Getriebe 81 den Kompressor 80 an. Der so angelassene Kompressor kann im Leerlauf weiterlaufen.The two guide nozzles and the fuel nozzle of the power turbine 84 remain closed, however, so that all the air sucked in by the compressor is only pressed into the combustion chamber of the compressor turbine will. At the same time, the fuel is injected through the atomizer. The spark plug 95 ignites the resulting gas mixture, which flows through the guide nozzle and sets the rotor in circulation. This drives the compressor 80 via .das transmission 81. The compressor started in this way can idle keep walking.

Um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, wird die Leitdüse der Nutzleistungsturbine 84 etwas geöffnet und der Brennstoff in der erforderlichen Menge in die Brennkammer eingespritzt. Das entstandene Gasgemisch wird durch die Zündkerze 94 gezündet und entwickelt Treibgas, das durch die Leitdüse strömt und an dem Rotor der Nutzleistungsturbine 84 ein Drehmoment erzeugt. Durch Regelung des Gasgemisches wird das Drehmoment vergrößert, bis das Fahrzeug in Bewegung gesetzt und auf die gewünschte Geschwindigkeit gebracht ist. Das größte Drehmoment ergibt sich, wenn der Rotor noch keine Beschleunigung erfahren hat, weil dabei das Treibgas seine maximale relative Rotationsgeschwindigkeit im Rotorzylinder entwickeln kann. Mdt zunehmender Geschwindigkeit des Rotors nimmt die relative Geschwindigkeit des Treibgases ab und verkleinert damit das Drehmoment des Rotors auf dieselbe Weise wie bei den üblichen Turbinen, d. h., es ist bei kleinerer Geschwindigkeit des Rotors das größere Drehmoment und bei größerer Geschwindigkeit ein entsprechend kleineres Drehmoment vorhanden. Diese Eigenschtft ist für den Fahrzeugantrieb sehr günstig, und man kann mit ihrer Hilfe ein mehrgängiges Getriebe ersparen. Die bei Brennkraft-Kolbentnaschinen erforderliche Kupplung ist ebenfalls überflüssig.In order to set the vehicle in motion, the guide nozzle of the power turbine 84 is opened slightly and the fuel is injected into the combustion chamber in the required amount. The resulting gas mixture is ignited by the spark plug 94 and develops propellant gas which flows through the guide nozzle and generates torque on the rotor of the power turbine 84. By regulating the gas mixture the torque is increased until the vehicle is set in motion and at the desired level Speed is brought. The greatest torque occurs when the rotor is not yet accelerating because the propellant gas is at its maximum relative speed of rotation in the rotor cylinder can develop. As the speed of the rotor increases, the relative speed increases of the propellant gas and thus reduces the torque of the rotor in the same way as with the usual turbines, d. that is, it is the greater torque at a lower speed of the rotor and a correspondingly smaller torque is available at higher speeds. These Eigeneschtft is very cheap for driving the vehicle, and you can use it to create a multi-speed gearbox save. The clutch required in internal combustion piston machines is also superfluous.

Durch die Betätigung des Hebels 89 können die Leitdüsen nach Wunsch -geregelt werden, wie es an Hand der Fig. 11 beschrieben wurde.By operating the lever 89, the guide nozzles can be regulated as desired, as it is Hand of Fig. 11 has been described.

Das Bremsen mit der Turbine nach der Fig. 11 ist mit ständigem Brennstoffverbrauch verbunden, da der Kompressor, um die bremsende Wirkung des Nutzleistungsrotors zu erzeugen, durch Treibgas angetrieben sein muß.Braking with the turbine according to FIG. 11 is associated with constant fuel consumption, since the Compressor, to generate the braking effect of the power rotor, driven by propellant gas have to be.

Die Bauart nach der Fig. 14 gibt dagegen die Möglichkeit, mit der Turbine ohne Brennstoffverbrauch zu bremsen, und zwar durch die Verbindung der Korn-The design according to FIG. 14, on the other hand, gives the possibility of using the turbine without consuming fuel brake, namely by connecting the grain

pressorwelle 98 mit der Welle 85 der Nutzleistungsturbine 84 über eine Kupplung 99 und ein Zahnradgetriebe 100.Pressor shaft 98 with the shaft 85 of the power turbine 84 via a clutch 99 and a gear transmission 100.

Die Zahnräder des Getriebes 100 können wahlweise in dauerndem Eingriff gehalten oder, wie in der Zeichnung gezeigt, durch Verstellen des Zahnrades 101 außer Eingriff gebracht werden.The gears of the transmission 100 can optionally be kept in permanent engagement or, as in the drawing shown, can be disengaged by adjusting the gear 101.

Während des normalen Fahrens bleiben die Welle 98 des Kompressors 80 und die Leistungswelle 85 getrennt. Tritt aber die Notwendigkeit des Bremsens ein, so bringt man die beiden Wellen mit Hilfe der Kupplung 99 und des Getriebes 100 miteinander in Eingriff.During normal driving, the shaft 98 of the compressor 80 and the power shaft 85 remain separate. But if the need to brake occurs, the two waves are brought together with the help of the The clutch 99 and the transmission 100 are engaged with each other.

Dieses Bremsen ist sehr wirksam, weil dabei nicht nur die Luftverdichtung im Kompressor 80 die Bremswirkung erzeugt, sondern auch der aus der Leitdüse der Leistungsturbine 84 gegen die Drehrichtung des Rotors austretende Luftstrahl.This braking is very effective because not only does the air compression in the compressor 80 die Braking effect generated, but also that from the guide nozzle of the power turbine 84 against the direction of rotation the air jet emerging from the rotor.

Beim Parken auf abschüssiger Straße vergrößert man die Sicherheit der angezogenen Bremsen durch Einschalten des Kompressors und vollkommenes Schließen der Leitdüsen.When parking on a sloping road, the safety of the brakes on is increased Switching on the compressor and completely closing the guide nozzles.

Beim Versagen des Anlassers kann man die Turbine auch noch durch Anschieben des Fahrzeugs anlassen. If the starter fails, the turbine can also be started by pushing the vehicle.

Die Darstellung der Fig. 15 ist eine ähnliche wie in der Fig. 14, aber mit dem Unterschied, daß der Motor mit einem Radialkompressor an Stelle mit einem Kolbenkompressor versehen ist und daß sämtliche rotierenden Teile auf einer Achse angeordnet sind. Diese Ausführung ist nur für größere und schnellere Turbinen geeignet, da der Radialkompressor nur bei ausreichender Umfangsgeschwindigkeit wirksam sein kann. Die Arbeitsweise dieser Einheit ist folgende:The representation in FIG. 15 is similar to that in FIG. 14, but with the difference that the motor is provided with a radial compressor instead of a piston compressor and that all rotating Parts are arranged on an axis. This version is only for larger and faster turbines suitable, as the radial compressor will only be effective if the peripheral speed is sufficient can. This unit works as follows:

Die Luft gelangt durch Zufuhrkanäle 102 in den Kompressor 103, strömt in verdichtetem Zustand durch eine Verbindungsleitung 104 in die beiden Brennkammern 105 und 106 und bildet hier nach der Verbrennung das Treibgas. Dieses strömt durch Leitdüsen 107 und 108 und treibt die beiden Rotoren 109 und 110 an. Der Rotor 109 ist durch eine hohl ausgebildete Welle 111 mit dem Kompressor 103 und mit dem Kupplungsgehäuse 112 verbunden.The air enters the compressor 103 through supply ducts 102 and flows in a compressed state through a connecting line 104 into the two combustion chambers 105 and 106 and forms here after the Burn the propellant. This flows through guide nozzles 107 and 108 and drives the two rotors 109 and 110 on. The rotor 109 is through a hollow shaft 111 with the compressor 103 and with the clutch housing 112 connected.

Der Rotor 110 ist mit der Nutzleistungswelle 113 und der Kupplungsscheibell4 verbunden. Die Kupplung bleibt während des Betriebes immer ausgeschaltet, so daß die beiden Antriebe unabhängig voneinander umlaufen. Die Kupplung wird nur für das Bremsen verwendet. Das entspannte Treibgas aus den beiden Rotoren sammelt sich in dem Raum 115 des Turbinengehäuses 116 und strömt durch ein Auslaßrohr 117 ins Freie. Die Leitdüsen 107 und 108 sind regelbar, und ihre Betätigung erfolgt wie bereits beschrieben. The rotor 110 is connected to the power shaft 113 and the clutch disk 4. The coupling remains switched off during operation, so that the two drives are independent of each other circulate. The clutch is only used for braking. The relaxed propellant from the both rotors collects in the space 115 of the turbine housing 116 and flows through an outlet pipe 117 into the open. The guide nozzles 107 and 108 can be regulated and are actuated as already described.

In der Fig. 16 besteht die Gasturbine für Wasserfahrzeuge und für Flugzeuge mit Propellerantrieb ebenfalls aus zwei Turbinen und aus einem Radialkompressor. Die Verbrennung erfolgt jedoch in einer für beide Turbinen gemeinsamen Brennkammer. In dem Gehäuse 118 sind zwei Rotoren 119 und 120 unabhängig voneinander gelagert. In der Zeichnung liegen sie gleichachsig, sie können jedoch den jeweiligen Arbeitsbedingungen entsprechend beliebig angeordnet sein.In FIG. 16 there is the gas turbine for watercraft and for aircraft with propeller drive also made up of two turbines and a radial compressor. However, the incineration takes place in one common combustion chamber for both turbines. In the housing 118, two rotors 119 and 120 are independent stored from each other. In the drawing they are coaxial, but they can be the respective Working conditions can be arranged as required.

Die Zahl der Turbinen und ihre Kupplung mit den anzutreibenden Hilfs- und Arbeitsmaschinen kann gleichfalls dem jeweiligen Verwendungszweck entsprechend gewählt werden.The number of turbines and their coupling with the auxiliary and working machines to be driven can be can also be selected according to the respective intended use.

Der Rotor 119 ist durch die Welle 121 mit dem Laufrad 122 des Kompressors 123 fest verbunden. Sie bilden zusammen den Kompressorantrieb. Der Rotor 120 ist mit der Nutzleistungswelle 124 fest verbunden und gibt die Nutzleistung nach außen ab.The rotor 119 is firmly connected to the impeller 122 of the compressor 123 by the shaft 121. she together form the compressor drive. The rotor 120 is firmly connected to the power shaft 124 and gives the useful power to the outside.

Die durch die Einlaßöffnung '125 eingesaugte und durch das Laufrad 122 geförderte Luft wird in den Ringraum 126 gepreßt, strömt durch einen Kanal 127 und einen Mischer 128 und gelangt in den Verbrennungsraum 129. Der Brennstoff wird in den Mischer 128 eingespritzt und im Raum 129 zu Treibgas verbräm Ii.The air sucked in through the inlet opening '125 and conveyed through the impeller 122 is in the Pressed annular space 126, flows through a channel 127 and a mixer 128 and enters the combustion chamber 129. The fuel is injected into the mixer 128 and is converted into propellant gas in space 129 Ii.

Vom Verbrennungsraum 129 strömt das Treibgas unter gleichem Überdruck zu den beiden Leitdüsen 130 und 131. Die Leitdüse 130 der Kompressorturbine ist durch einen Regler 132 regelbar. Die Drehrichtung des Rotors bleibt immer dieselbe. Der Rotor der Nutzleistungsturbine soll dagegen in zwei Richtungen laufen. Deswegen sind mindestens eine rechte und eine linke Leitdüse 131 erforderlich. Durch einen Regler 133 werden die Leitdüsen 131 geregelt und die Drehrichtung des Rotors 120 eingestellt. Man kann also die Nutzleistungswelle 124 willkürlich in beiden Drehrichtungen umlaufen lassen, d. h. vorwärts und rückwärts fahren, und auch entsprechend bremsen, während der Kompressorantrieb ungehindert läuft. Das entspannte Treibgas sammelt sich in dem Gehäuse 118 und strömt durch den Auslaß 134 ins Freie.The propellant gas flows from the combustion chamber 129 to the two guide nozzles under the same overpressure 130 and 131. The guide nozzle 130 of the compressor turbine can be regulated by a controller 132. The direction of rotation of the rotor always remains the same. The rotor of the power turbine, on the other hand, should go in two directions to run. Therefore, at least one right and one left guide nozzle 131 are required. Through a regulator 133, the guide nozzles 131 are regulated and the direction of rotation of the rotor 120 is set. So you can let the power shaft 124 rotate arbitrarily in both directions of rotation, d. H. forward and Drive backwards and brake accordingly while the compressor drive is running unhindered. The expanded propellant gas collects in the housing 118 and flows through the outlet 134 to the outside.

Der torusförmige Expansionsraum gemäß den Fig. 17 und 18 wird durch die beiden Teile 135 und 136 gebildet. Einer dieser Teile ist ortsfest, der andere drehbar. In der Zeichnung ist der innere Teil 135 ortsfest und der ihn umfassende Teil 136 drehbar angenommen. Der Teil 136 sitzt fest auf der Welle 137. Sie ist im ortsfesten Teil 135 drehbeweglich gelagert. Die Turbine kann auch so ausgeführt werden, daß der umfassende Teil 136 ortsfest und der innere Teil 135 drehbar ist. Der Teill35 ist mit einer Leitdüse 138, einer Trennwand 139 und einer Auslaßöffnung 140 versehen. Der rotierende, umfassende Teil 136 hat mehrere flache, radial angeordnete Stege 141, die den Innenraum der rotierenden Hälfte 136 des torusförmigen Expansionsraumes in halbrunde Kammern 142 teilen und die strömungsdruckaufnehmende Flächen bilden.The toroidal expansion space according to FIGS. 17 and 18 is formed by the two parts 135 and 136 formed. One of these parts is stationary, the other rotatable. In the drawing, the inner part is 135 stationary and the part 136 comprising it assumed to be rotatable. Part 136 is firmly seated on shaft 137. It is rotatably mounted in the stationary part 135. The turbine can also be designed so that the comprehensive part 136 is stationary and the inner part 135 is rotatable. The Part35 is equipped with a guide nozzle 138, a partition wall 139 and an outlet opening 140 is provided. The rotating comprehensive part 136 has a plurality of flat, radially arranged webs 141, which the Interior of the rotating half 136 of the toroidal expansion space in semicircular chambers 142 divide and form the flow pressure-absorbing surfaces.

Die Trennwand 139 ist zwischen der Leitdüse 138 und der Auslaßöffnung 140 angeordnet und dient dazu, das Treibgas in der Pfeilrichtung zur Auslaßöffnung 140 zu leiten. Normalerweise wird diese Trennwand nicht benötigt, da das Treibgas infolge des Eintrittswinkels des von der Leitdüse kommenden Strahles richtig geführt wird. Wird der Eintrittswinkel jedoch zu klein eingestellt, so besteht die Gefahr, daß ein Teil des Treibgases durch die Auslaßöffnung verlorengeht. In diesem Falle verhindert die Trennwand 139 das Entweichen von Treibgas vor seiner Energieabgabe. The partition wall 139 is arranged between the guide nozzle 138 and the outlet opening 140 and serves to to direct the propellant gas in the direction of the arrow to the outlet opening 140. Usually this partition is used not required because the propellant gas is due to the angle of entry of the jet coming from the guide nozzle is properly managed. However, if the entry angle is set too small, there is a risk that some of the propellant gas is lost through the outlet opening. In this case, the partition prevents 139 the escape of propellant gas before its energy release.

Die Arbeitsweise ist folgende: Das Treibgas wird durch die Leitdüse 138 unter bestimmtem Eintrittswinkel eingelassen und strömt in den Expansionsraum nach der mit Richtungspfeilen versehenen Schraubenlinie mit wachsender Steigung. Dabei wirkt der Strömungsdruck auf die Stege 141, und es entsteht ein Drehmoment, das den drehbaren Teil 136, 141 in Drehung versetzt.The mode of operation is as follows: The propellant gas is admitted through the guide nozzle 138 at a certain entry angle and flows into the expansion space after the helical line marked with directional arrows with increasing slope. The flow pressure acts here on the webs 141, and there is a torque that the rotatable part 136, 141 in rotation offset.

Die Bildung der strömungsdruckaufnehmenden Flächen und ihre Anordnung im Expansionsraum können gemäß den Fig. 19 und 20 auf verschiedene Art erfolgen. Gemäß der Fig. 19 ist der unbewegliche Teil 143 mit der Leitdüse 144, der Auslaßöffnung 145 und mit Trennwänden 146 versehen. Auf der Welle 147 ist ein Schaufelrad 148 befestigt. Seine Schaufeln 149The formation of the flow pressure-absorbing surfaces and their arrangement in the expansion space can 19 and 20 take place in different ways. 19 is the immovable part 143 with the guide nozzle 144, the outlet opening 145 and with partition walls 146. On the wave 147 a paddle wheel 148 is attached. His Shovels 149

009 590/116009 590/116

sind flach und radial angeordnet. Die Trennwände 146 sind derart in dem Teil 143 befestigt, daß das Schaufelrad 148 in der Mitte zwischen ihnen umläuft.are arranged flat and radially. The partition walls 146 are fixed in the part 143 that the impeller 148 running in the middle between them.

Gemäß der Fig. 20' sind zwei torusförmige Expansionsräume 150 und 151 so miteinander verbunden, daß sie ein einziges Gehäuse 152 bilden. Zwischen beiden Expansionsräumen ist ein Schaufelrad so gelagert, daß seine Welle 154 in der gemeinsamen Achse der Expansionsräume liegt. Seine Schaufeln 155 und sind hier parallel zur Welle 154 radial angeordnet. Sie sind mit einem Schaft 157 paarweise verbunden.According to FIG. 20 ', there are two toroidal expansion spaces 150 and 151 connected to one another so that they form a single housing 152. Between the two Expansion spaces, a paddle wheel is mounted so that its shaft 154 is in the common axis the expansion rooms. Its blades 155 and are here arranged radially parallel to the shaft 154. They are connected in pairs to a shaft 157.

Die Trennwände 158 und 159 bestehen wie in der Fig. 19 aus zwei symmetrischen Teilen und sind derart befestigt, daß die Schaufeln in der Mitte zwischen beiden Hälften umlaufen können.The partition walls 158 and 159 consist of two symmetrical parts as in FIG. 19 and are of this type attached so that the blades can rotate in the middle between the two halves.

Das Treibgas wird durch den Kanal 160 zugeführt und strömt durch zwei Leitdüsen 161 und 162 in die beiden Expansions räume.The propellant gas is supplied through the channel 160 and flows through two guide nozzles 161 and 162 into the both expansion rooms.

Hinter den Trennwänden 158 und 159 sind die Auslaßöffnungen 170 und 171 angeordnet.The outlet openings 170 and 171 are arranged behind the partition walls 158 and 159.

Es handelt sich um eine parallele Anordnung von zwei Expansionsräumen, bei der die Arbeit in beiden Teilen gleichzeitig und gleichartig verläuft.It is a parallel arrangement of two expansion rooms, with work in both Sharing takes place at the same time and in the same way.

Durch Verwendung der rechten oder der linken Leitdüsen kann man den Rotor wahlweise in der einen oder der anderen Drehrichtung laufen lassen.By using the right or left guide nozzles, the rotor can either be turned into one or the other direction of rotation.

Claims

Patent claims:

1. Gas or steam turbine with propellant gas jet directed in a helical shape, characterized in that that the propellant gas jet into a cylindrical or toroidal expansion space through at least one stationary, approximately tangential Guide nozzle directed towards the inner wall of the expansion chamber and inclined towards the tangent is introduced, the propellant gas jet moving freely with an increasing gradient due to the expansion moved along the inner wall of the expansion space and one with flow pressure receiving Infinitely variable rotor with flat surfaces.

2. Gas or steam turbine according to claim 1, characterized in that the cylindrical expansion space is rotatably mounted on its axis and itself forms the rotor, which is driven by the Propellant is set in rotation.

3. Gas or steam turbine according to claim 1, characterized in that in the toroidal Expansion space a rotatable on its axis go borrowed rotor is installed.

4. Gas or steam turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the flow pressure-absorbing Areas of parallel or helical rings attached to the inner surface of the rotor (22, 23) with Ouerlamellen (27) exist (Fig. 4, 5 and 6).

5. Gas or steam turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the flow pressure-absorbing Areas of parallel or helical rings attached to the inner surface of the rotor (22, 23) with round and half-round bars (29) exist (Fig. 4, 5 and 7).

6. Gas or steam turbine according to claim 1 and 2, characterized in that the flow pressure-absorbing Areas of parallel or helical zigzag-shaped surfaces attached to the inner surface of the rotor Rings (22, 23) exist (Fig. 8).

7. Gas or steam turbine according to claim 2,4,5 and 6, characterized in that a stationary cylindrical housing wall inside the rotor (15) (17) the propellant gas expansion is arranged correspondingly eccentrically, which is attached to the rotor (15) the first part, the propellant gas supply line (18) with the tangentially directed, against the tangent inclined guide nozzle (19) carries (Fig. 3).

8. Gas or steam turbine according to claim 7, characterized in that the cylindrical housing wall (39) forms one piece with the turbine housing (34) and the rotor (37) between this and the housing wall (39) is cantilevered (Fig. 10).

9. Gas or steam turbine naoh claim 8, characterized in that the turbine housing (34) two guide nozzles (35, 36) in the area of the expansion space and symmetrically to the central axis are provided, one of which is optionally open and the other is closed to the rotor in Or in the opposite direction of the clockwise direction (Fig. 9 and 10).

10. Gas or steam turbine according to claim 8 and 9, characterized in that the stationary Combustion chamber (58) in the interior of the overhung rotor (47) arranged centrally and with two or more controllable guide nozzles (53, 54) symmetrically distributed around the central axis is connected, which by rotating cam-shaped slide (55, 56) either fully or partially opened or can be closed (Figs. 11 and 12).

11. Gas or steam turbine according to claim 10, characterized in that the turbine (A) is coupled to a piston compressor (65) by a spur gear reduction gear (66) and the crankshaft of the compressor is connected to a change gear (68) by a clutch (67) is (Fig. 13).

12. Gas or steam turbine according to claim 1 and 3, characterized in that the toroidal Expansion space from a stationary inner part (135) and a rotatable one surrounding it Part (136) which is firmly connected to the turbine shaft (137) (FIGS. 17 and 18).

13. Gas or steam turbine according to claim 12, characterized in that the stationary part

(135) is provided with a guide nozzle (138) and a partition (139) and in the rotatable part

(136) flat, radially arranged webs (141), which form flow pressure-absorbing surfaces, arranged are (Figs. 17 and 18).

14. Gas or steam turbine according to claim 1,3 and 12, characterized in that the rotatable Part of a blade that is fixed on the turbine shaft (147) and provided with flat blades (149) The impeller (148) is located on the center of the toroidal, fixed housing (143) surrounding expansion space rotates (Fig. 19).

15. Gas or steam turbine according to claim 14, characterized in that in the fixed housing (143) radial partition walls (146) are installed on both sides of the blades (149) (FIG. 19).

16. Gas or steam turbine according to claim 1 and 3, characterized in that two toroidal Expansion spaces (150, 151) are formed by a single stationary housing (152) (Fig. 20).

17. Gas or steam turbine according to claim 16, characterized in that between the toroidal

Shaped expansion spaces (150, 151) a blade wheel (153) is keyed on the turbine shaft (154), whose horizontally arranged, radially positioned blades (155, 156 ) protrude into the expansion spaces (150, 151) (FIG. 20).

18. Gas or steam turbine according to claim 16, characterized in that the intermediate spaces between the horizontally arranged, radially

provided blades (155, 156) and the expansion spaces (150, 151) are filled by radial partition walls (158, 159) (Fig. 20).

Considered publications: German patent specifications No. 571 996, 809 641, 080;

French patent specification No. 462 732.

For this purpose 2 sheets of drawings