DE1301340B - Vorrichtung zur Erzeugung von Antriebskraeften in Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Bei den konventionellen Bauformen der Brennkraftmaschinen wird im allgemeinen nur das überdruckgefälle bis auf Atmosphärendruck zur Erzeugung der Nutzleistung ausgenutzt, wobei die Leistungs- und Wirkungsgradbilanz durch den Austrittsverlust stark beeinträchtigt wird.
• Vorliegende Erfindung vermeidet diesen bekannten Nachteil bei Brennkraftmaschinen und sucht eine neue konstruktive und verfahrenstechnische Grundlage zur Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung zu schaffen, und zwar durch Reduzierung des Austrittsverlustes und Ausdehnung des Nutzdruckgefälles auf das Unterdruckgebiet. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Wirkungsweise eines neuartigen Unterdruck-Diffusors, der hinter den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine geschaltet wird und durch seine Unterdruckerzeugung das absolute Druckgefälle im Abgasstrahl vergrößert. Die Abgase expandieren nicht mehr auf den Außendruck, sondern auf den Unterdruck im Düsensatz, der durch die Abgasenergie erzeugt und aufrechterhalten wird. Insbesondere wird bei Gasturbinen aus dem Raum hinter dem Turbinenlaufrad eine größere Gasmasse abgesaugt als durch das Turbinengitter nachströmen kann, da das Druckverhältnis der Turbine überkritisch ist, und das durchströmende Gasgewicht konstant bleibt. Dadurch wird der Druck im Raum hinter dem Turbinenlaufrad und in der Abgasdüse abgesenkt, das Turbinen-Druckgefälle und die Nutzleistung sowie der thermische Wirkungsgrad der Anlage verbessert.
• Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen mit hintereinander angeordneten verengten Düsen mit von Düse zu Düse in Stromrichtung größeren Austrittsquerschnitten die erste Düse des Düsensatzes an den Auslaß der inneren Turbine und die zweite Düse an den Auslaß der äußeren Turbine eines Mantelstrom-Gas- bzw. Luftturbinentriebwerks angeschlossen ist, während die folgenden Düsen in an sich bekannter Weise an durch den Gehäusemantel nach außen hin abgeschlossenen Kammern angeschlossen sind.
• In den Zeichnungen sind Beispiele der Erfindung dargestellt. Die Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Es sind lediglich die zum Verständnis des Erfindungsgedankens erforderlichen grundlegenden technischen Merkmale dargestellt.
• F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung an einem Gasturbinentriebwerk und F i g. 2 an einem Luftturbinentriebwerk.
• In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Zweikreis-Gasturbine mit einem inneren Verbrennungskreis und einem äußeren Luftkreis dargestellt. Die aus der Gasturbine mit dem Leitrad l und dem Laufrad 2 des inneren Verbrennungskreises, der in üblicher Bauform einen Verdichter 3 und eine Brennkammer 5 enthält, durch die Düsen 6 bis 10 mit den Düsenmündungsquerschnitten 11 bis 15 ausströmenden Abgase erzeugen durch ihre kinetische Energie in bekannter Weise Unterdrücke in den durch einen Gehäusemantel 16 nach außen hin abgeschlossenen Düsenkammern 19, 20 und 21, wobei die Düsenkammer 17 den Abgaskanal der Turbine des inneren Verbrennungskreises und die Düsenkammer 18 den Expansionskanal des äußeren Luftkreises bildet. Der nachgeschaltete Düsensatz bewirkt also eine Vergrößerung des Turbinendruckgefälles des Innenkreises und erzeugt außerdem das für die Arbeitsleistung der äußeren Luftturbine, bestehend aus Laufrad 22 und Leitrad 23 mit Lufteinlaufkanal 24, erforderliche Druckgefälle Außendruck-Düsenunterdruck. Die beiden Turbinenstufen des Innen-und Außenkreises 2 und 22 werden zweckmäßigerweise zu einem Laufrad kombiniert. Dieses erzeugt eine Leistung, die von der Welle 4 abgenommen wird. Die Arbeitsleistung der äußeren Luftturbine ist dabei abhängig von der kinetischen Energie der Abgase des Innenkreises. Mit 25 ist der Lufteinlaufkanal des inneren Verbrennungskreises, mit 26 die Kraftstoffeinspritzeinrichtung in die Brennkammer und mit 27 das Gehäuse des inneren Triebwerks bezeichnet.
• In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bei einer Kombination eines inneren Luftverdichterkreises, bestehend aus einem Turboverdichter 28 mit Lufteinlaufkana129, mit einem konzentrisch zur letzten Verdichterstufe 31, 32 angeordneten äußeren Luftturbinenkreis, bestehend aus den äußeren Turbinenstufen 33 und 34 mit vorgeschalteten Turbinen-Leitradstufen 35 und 36. Das innere Verdichterlaufrad 31 mit vorgeschaltetem Leitrad 32 und äußere Luftturbinenstufen 33 und 34 sind zu einem Laufrad kombiniert. Hinter dem letzten Verdichterlaufrad ist eine Wärmezufuhreinrichtung 37 angeordnet. Der Heißluft- bzw. Gasstrahl erzeugt wieder in bekannter Weise im Düsensatz mit den hintereinandergeschalteten Düsen 38 bis 42, die sich in Stromrichtung erweiternde Düsenmündungsquerschnitte 43 bis 47 aufweisen, in den Düsenkammern 48 bis 51 Unterdrücke, wobei die Düsenkammern 48 und 49 auf die Turbinenstufen 33 und 34 geschaltet sind. Diese verarbeiten das durch den Düsensatz erzeugte Druckgefälle bzw. das durch die kinetische Energie des Innenkreises im nachgeschalteten Düsensatz erzeugte Druckgefälle Außendruck-Düsenunterdruck und erzeugen eine Nutzleistung, die von der Welle 30 abgenommen wird. Mit 52 ist das Verdichtergehäuse, mit 53 der Lufteinlaufkanal der Turbinenleitradstufe 35, mit 54 das Turbinenzwischengehäuse, mit 55 der Lufteinlaufkanal der Turbinenleitradstufe 36, mit 56 das Turbinenaußengehäuse und mit 57 der zylindrische Gehäusemantel des nach außen hin abgeschlossenen Düsensatzes bezeichnet.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Vorrichtung zur Erzeugung von Antriebskräften in Abgasanlagen von Brennkraftmaschinen mittels hintereinander angeordneter verengter Düsen mit von Düse zu Düse in Stromrichtung größerem Austrittsquerschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Düse (6 bzw. 39) des Düsensatzes an den Auslaß (17 bzw. 48) der inneren Turbine (2 bzw. 33) und die zweite Düse (7 bzw. 40) an den Auslaß (18 bzw. 49) der äußerenTurbine (22 bzw. 34) eines Mantelstrom-Gas- bzw. Luftturbinentriebwerks angeschlossen ist, während die folgenden Düsen (8, 9, 10 bzw. 41, 42) in an sich bekannter Weise an durch den Gehäusemantel (16 bzw. 57) nach außen hin abgeschlossenen Kammern (19, 20, 21 bzw. 50, 51) angeordnet sind (F i g. 1 bzw. 2).