Gashydraulikmotor
Gashydraulikmotor, der ein germetisches Gehäuse enthält, in dem eine drehbare Radialturbine, ein Leitkranz, Systeme für die Regulierung, die Brennstoffförderung, die Kühlung, die Kontrolle u. dgl. eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass er ein walzenförmiges Gehäuse aufweist, in dem ein drehbares Turbinenrad mit einer Passnut eingebaut ist, das zwischen zwei Seitenscheiben angeordnete Radialschaufeln enthält, die entgegengesetzt der Drehrichtung des Turbinenrads zur Peripherie hin gekrümmt sind und Zwischenschaufelkanäle bilden, die bei der Drehung des Turbinenrads periodisch völlig oder teilweise von Flüssigkeit entleerbar sind, dass zur Seite der Turbinenwelle hin in einer oder beiden Seitenscheiben Öffnungen gebildet sind, die von einer Seite auf einen Verteiler, und von der anderen Seite in die Zwischenschaufelkanäle hinausgehen, dass sich am Gehäuse auf der Außenseite der Zylinderwand mindestens ein flüssigkeitsgekühlter Sichelleitapparat anschließt, der eine mit der Öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses gemeinsame Ableitung in Drehrichtung des Turbinenrads aufweist, dass der Sichelleitapparat in Drehrichtung des Turbinenrads den Leitkranz...
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Maschinenbaus und kann bei Dampfkraftmaschinenund Gasturbinentriebwerken bei den Verbrennungsmotoren verwendet werden.
[0002] Es ist ein Freikolbenverbrennungsmotor bekannt, der zwei in einem Zylinderrohr angeordneteKolben enthält, die zusammen mit den Rohrwänden die Verbrennungskammer bilden, und durch dieStirnseiten eines Hohlrohrs für das Luftansaugen und die Luftverdichtung wird die Gasenergiein einer Zusatzgasturbine ausgenutzt. (Wärmekraftmaschinen, Moskau, Vysschaja Schkola", 1974, Seite181).
[0003] Ein Nachteil dieses Freikolbenverbrennungsmotors ist die komplizierte Synchronisierungder Kolbenbewegung und die Notwendigkeit eines Getriebes in den Motoren mit kleiner Drehzahl.
[0004] Ferner ist ein Umlaufkolbenmotor bekannt, der einen Radialzylinderblock enthält; in denZylindern werden Kolben auf einem Spannschaufelring gelagert, der um die Zylinder im Motorgehäuse angeordnetist und von den Zylindern entfernte und an diese angenäherte Abschnitte aufweist. (Vom Wasserradbis zum Quantenbeschleuniger, Moskau, Maschinostrojenije", 1990, Seite 63).
[0005] Ein Nachteil dieses Umlaufkolbenmotors ist die Störanfälligkeit des Kraftgetriebes.
[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Gashydraulikmotor zu schaffen,bei dem die Zuverlässigkeit des Kraftgetriebes erhöht, der Anwendungsbereich erweitert und derAufbau vereinfacht ist.
[0007] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0008] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung bildet die Ableitung, die den Sichelleitapparatenthält, gemeinsam mit der Öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses einen Kanal, der als Ansatzmit eingeschnürtem Querschnitt ausgebildet ist und dessen Achse auf die Schaufeln des Turbinenradsin dessen Drehrichtung ausgerichtet ist.
[0009] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Zwischenschaufelkanäle der Turbinezum Radius geneigt ausgeführt.
[0010] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Zwischenschaufelkanäle der Turbineschräg zur Turbinenwelle ausgerichtet.
[0011] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Düse des Leitapparats und der eingeschnürte Querschnittdes Kanals der Ableitung einstellbar.
[0012] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist bei Zweitaktbrennkraftmaschinen, Dampf-und Gasturbinen in einem Teil der Zylinderwand des Gehäuses zwischen der Ableitung und der Düse inDrehrichtung des Turbinenrads eine Auspuff- oder Dampfauslassöffnung vorgesehen, die einerseits aufdie Zwischenschaufelkanäle der Turbine gegen Ende des Arbeitstakts und andererseits auf einen Auslassstutzenhinausgeht, wobei diese Öffnung sowohl teils vereinigt mit, als auch isoliert von den Zwischenschaufelkanälender Turbine sein kann, die mit der Düse während des Verdichtungstakts in den Verbrennungsmotorenund während des Auspufftakts in den Gas- bzw. Dampfturbinen in Kontakt stehen.
[0013] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind an der Peripherie des Turbinenrads Zwischenschaufelkanäle inForm einer Schubdüse ausgebildet, die vorzugsweise an der Peripherie verjüngt sind.
[0014] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist das Gehäuse im Raum seitlich der Seitenscheiben derTurbine mit Druckflüssigkeit gefüllt.
[0015] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung bleibt das Gehäuse im Raum seitlich derSeitenscheiben der Turbine leer, und im Gehäuse sind Öffnungen für das Absaugen der durch Überströmbohrungen strömenden Flüssigkeiten undGase vorgesehen.
[0016] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird im Leitapparat und in den Zwischenschaufelkanälen dieDruckflüssigkeitsbilanz auf solche Weise eingehalten, dass die auf die Ableitung hinausgehenden Zwischenschaufelkanäle beimTurbinenumlauf zum Zeitpunkt der Kontaktvollendung maximal entleert und die auf die Düse hinausgehendenZwischenschaufelkanäle zum Zeitpunkt der Kontaktvollendung maximal mit Druckflüssigkeit gefüllt sind.
[0017] Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitungdes ersten Sichelleitapparats bei Viertaktmotoren mit der Düse des zweiten Apparats in Drehrichtungdes Turbinenrads durch eine Leitung verbunden ist und dass die Ableitung dieses Leitapparatsihrerseits mit der Düse des in Drehrichtung des Turbinenrads vorhergehenden Sichelleitapparats ebenfallsdurch eine Leitung verbunden ist, wobei die Ableitung und die Düse jedes einzelnen Sichelleitapparatsdurch Zwischenwände getrennt sind.
[0018] Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschaufelkanäle derTurbine im Teil von den Einlassöffnungen bis zum Krümmungsbeginn der Schaufeln eine zylindrische Form aufweisen, dass darin die Kolben mitden Dichtungsringen mit der Möglichkeit einer hin- und hergehenden Bewegung von der Mitte zurPeripherie der Turbine hin eingebaut sind und dass im Teil hinter der Krümmung der Schaufelndie Zwischenschaufelkanäle mit Flüssigkeit gefüllt sind.
[0019] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die in den Zwischenschaufelkanälender Turbine eingebauten Kolben als Differentialkolben ausgebildet.
[0020] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind in den Zwischenschaufelkanälen doppeltwirkende Kolben eingebaut.
[0021] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Zwischenschaufelkanäle radial-axialausgebildet und im radialen Teil mit Flüssigkeit gefüllt, und im axialen Teil sind doppelt wirkendeDifferentialkolben eingebaut.
[0022] Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gashydraulikmotoreine Kolbensynchronisiereinrichtung enthält, dass einer der Räume des doppelt wirkenden Kolbensbei dessen Bewegung zur Turbinenwelle mit Flüssigkeit gefüllt und mit dem Raum des anderen Kolbensbei dessen Bewegung zur Peripherie verbunden ist und dass die Verbindungsleitungen dieser Räumean eine zusätzliche, kinematisch mit dem Gashydraulikmotor verbundene Motorpumpe angeschlossen sind.
[0023] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind die Zwischenschaufelkanäle vor der Krümmung derSchaufeln durch germetische, elastische Membranen getrennt und hinter der Krümmung der Schaufelnzur Peripherie der Turbine mit Flüssigkeit gefüllt.
[0024] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Druckflüssigkeit eine Flüssigkeit mithoher Siedetemperatur, vorzugsweise Mineralöl, und das Kühlsystem des Gashydraulikmotors weisteinen Dampfumformer auf, der mit Flüssigkeit tiefer Siedetemperatur, vorzugsweise Wasser, gefülltund mit einer Zusatzgasturbine verbunden ist.
[0025] Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind Zündkerzen, Kraftstoffeinspritzdüsenund Einspritzpumpen bei Verbrennungskraftmaschinen unmittelbar in das Turbinenrad zur Seiteder Welle hin eingebaut.
[0026] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In Zeichnungensind dargestellt:
[0027] Fig. 1 einen Schnitt in Querrichtung durch einen Gashydraulikmotor gemäß der vorliegenden Erfindung,der als Nassgaszweitaktmotor ausgebildet ist,
[0028] Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil des Gashydraulikmotors der Fig. 1,
[0029] Fig. 3 einen weiteren Schnitt in Querrichtung des Gashydraulikmotors der Fig. 1 undFig. 2 mit doppelt wirkenden und einfach wirkenden Differentialkolben,
[0030] Fig. 4 einen Längsschnitt durch den Gashydraulikmotor der vorstehenden Figuren mit denaxial angeordneten, doppelt wirkenden Differentialkolben und
[0031] Fig. 5 einen Querschnitt in Querrichtung durch einen Gashydraulikmotor, der als dreifachwirkender Dampf- oder Gasmotor ausgebildet ist.
[0032] Der Gashydraulikmotor enthält ein Gehäuse 1, in dem ein drehbares Turbinenrad 2mit radialenund zum Radius geneigten Zwischenschaufelkanälen 3 mit zur Peripherie hin gekrümmten Schaufeln4 entgegengesetzt der Drehrichtung der Turbine und mit Einlassöffnungen 5, an denen zur Welledes Turbinenrads hin beispielsweise ein in einen Seitendeckel des Gehäuses 1 eingerichteter Stirnverteiler6 anschließt, eingebaut ist; die in einer Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 als Ableitung 8 ausgeführteÖffnung geht auf einen Sichelleitapparat 9 hinaus, der von außen am Gehäuse 1 befestigt istund der einen Leitkranz 10 mit einer nach der Ableitung 8 in Drehrichtung des Turbinenrads 2folgenden Öffnung in der Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 aufweist; Dichtungen, beispielsweise Labyrinthdichtungen11, der peripheren Stirnseite des Turbinenrads 2 und beispielsweise Schleifringdichtungen 12der Welle des Turbinenrads 2 sind vorgesehen; ferner sind eine Auslassöffnung 13 in der Zylinderwand7 des Gehäuses 1 zwischen der Ableitung 8 und der Düse 10, ein Differentialkolben 14, der einenVerbrennungsraum 15 in den Motoren bildet, ein Verdichter 16 und ein Raum 17 für das Überströmender Gase oder der Druckflüssigkeit oder eine Niederdruckstufe, ein Kanal mit eingeschnürtemQuerschnitt 18 der Ableitung 8 und ein Dampfumformer 19 vorgesehen.
[0033] Die Arbeitsweise des Gashydraulikmotors ist folgende.
[0034] In den Nassgaszweitaktmotoren (Fig. 1, Fig. 2) wird bei der Drehung des Turbinenrads2 die von den Zwischenschaufelkanälen 3 eingeschlossene Flüssigkeit zur Peripherie des Turbinenrads2 hin in den Kanal 18 der Ableitung 8 und dann in den Leitapparat 9 ausgestoßen; dabei wirdder mit der Ableitung 8 vereinigte Zwischenschaufelkanal 3 von der Druckflüssigkeit maximalentleert. Bei der weiteren Drehung des Turbinenrads 2 wird der von der Druckflüssigkeit entleerte Zwischenschaufelkanaldurch die nach der Ableitung 8 in Drehrichtung des Turbinenrads 2 ausgeführte Zylinderwand 7des Gehäuses 1 geschnitten, dann vereinigt dieser Zwischenschaufelkanal sich mit der Auslassöffnung13; dabei vereinigt sich die Einlassöffnung 5 des Zwischenschaufelkanals 3 durch den Verteiler6 mit der Druckluftleitung; die Druckluft strömt in den Zwischenschaufelkanal 3 unter Ausspülung diesesKanals. Bei Gas- und Vergasermotoren kann gegen Ende der Ausspülung das Brennstoff-Luft-Gemisch durchden Stirnverteiler 6 mittels der Einlassöffnung 5 in den Zwischenschaufelkanal 3 einströmen.Weiter vereinigt sich der Zwischenschaufelkanal 3 bei der Drehung des Turbinenrads 2 mit demLeitkranz 10; dabei beginnt der Takt der Luft- oder Kraftstoff-Luft-Gemisch-Verdichtung; gegenEnde des Luftverdichtungstakts vereinigt sich die Öffnung 5 mittels des Verteilers 6 mit derKraftstoffeinspritzdüse, durch die der Kraftstoff in den Zwischenschaufelkanal 3 eingespritzt wird;der Kraftstoff entzündet sich durch die verdichtete Luft oder durch die Zündkerze (in den Figurennicht gezeigt); bei der Kraftstoff-Luft-Gemisch-Verdichtung vereinigt sich die Öffnung 5 mitder Zündkerze gegen Ende des Verdichtungstakts, und das Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet sich. Weiterstoßen bei der Drehung des Turbinenrads 2 die expandierten Verbrennungsgase die Druckflüssigkeitaus dem Zwischenschaufelkanal 3 in den Kanal mit dem eingeschnürtem Querschnitt 18 der Ableitung8 aus, in dem die Geschwindigkeit des Austrittsflüssigkeitsstrahls ansteigt; der Strahl wirktauf die Schaufeln ein und lässt das Turbinenrad 2 rotieren, das auch durch die peripheren, alsverjungte Düsen ausgebildeten Zwischenschaufelkanäle 3 rotieren kann. Während des Arbeitstaktsströmt die Druckflüssigkeit aus dem Zwischenschaufelkanal 3 in die Ableitung 8, dann mittelsdes Leitapparats 9 zum Leitkranz 10 und dann auf die Schaufeln 4 des Turbinenrads 2, über die siedem Turbinenrad 2 infolge der Flussumkehr Energie erteilt, so dass das Turbinenrad 2 rotiert;dabei wird die Luft oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch in diesem Sektor während des Verdichtungstaktsverdichtet. Das Arbeitsspiel wiederholt sich bei der Drehung des Turbinenrads 2.
[0035] Während des Arbeitstakts strömt die Flüssigkeit am Anfang des Kontaktverfahrens aus demKanal 18 der Ableitung 8 des Zwischenschaufelkanals 3 unter energiearmem Auswurf der Flüssigkeit ausdem Zwischenschaufelkanal gegen Ende des Kontaktverfahrens mit dem Kanal 18 der Ableitung 8.
[0036] Die Arbeitsweise des Gashydraulikmotors als Nassgasviertaktmotor ist beispielsweise folgende.
[0037] Die Flüssigkeit wird bei der Drehung des Turbinenrads 2 in dem mit der Ableitung 8 vereinigtenZwischenschaufelkanal 3 zur Peripherie hin ausgestoßen und gelangt in den Leitapparat 9. Dabeivereinigt sich die Einlassöffnung 5 dieses Zwischenschaufelkanals 3 mittels des Verteilers 6mit der Einlassleitung, durch die die Luft oder das Brennstoff-Luft-Gemisch in den Zwischenschaufelkanal3 strömt. Weiter wird der Zwischenschaufelkanal 3 bei der Drehung des Turbinenrads 2 durch dieZylinderwand 7 des Gehäuses 1 geschnitten, und dann vereinigt er sich mit dem Leitkranz 10,wodurch der Zwischenschaufelkanal 3 mit der aus dem Leitapparat 9 kommenden Druckflüssigkeit beimVerdichtungstakt gefüllt wird; weiter wird bei der Drehung des Turbinenrads 2 der Zwischenschaufelkanal3 durch die Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 geschnitten; gleichzeitig und auch früher oder später vereinigensich die Einlassöffnungen 5 mit den Zündkerzen oder mit den Kraftstoffeinspritzdüsen mittelsdes Verteilers 6; das Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet sich; dabei vereinigt sich der Zwischenschaufelkanal3 mit dem Kanal mit dem eingeschnürten Querschnitt 18 der Ableitung 8, wohin die Verbrennungsgase dieDruckflüssigkeit ausstoßen, und infolge der Strahlrückwirkung wird das Turbinenrad 2 unter Energieabgabegedreht. Weiter wird bei der Drehung des Turbinenrads 2 der Zwischenschaufelkanal 3 gegen Endedes Arbeitstakts durch die Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 geschnitten, und dann vereinigt ersich mit dem Leitkranz 10; durch diesen strömt aus dem Leitapparat 9 in den Zwischenschaufelkanal3 die Druckflüssigkeit ein, deren Restenergie durch die Schaufeln 4 wegen des Umschlagens desDruckflüssigkeitsstroms verarbeitet wird; dabei vereinigen sich die Einlassöffnungen 5 dieses Zwischenschaufelkanalsdurch Verteiler 6 mit dem Auspuffsammler, wohin die Verbrennungsprodukte im Füllvorgang desZwischenschaufelkanals 3 von der Druckflüssigkeit ausgestoßen werden. Weiter wiederholt sichdas Arbeitsspiel bei der Drehung des Turbinenrads 2.
[0038] Die Arbeitsweise der Gashydraulikmotoren mit den in den Zwischenschaufelkanälen 3 eingebauten Kolben14 (Fig. 3) ist beispielsweise folgende.
[0039] Bei der Drehung des Turbinenrads 2 wird der Kolben 14 im mit der Ableitung 8 vereinigtenZwischenschaufelkanal 3 infolge der Schleuderwirkung (sowie durch die Druckluft der Luftaufladung) zurPeripherie des Turbinenrads hin gedrückt; dabei stößt er die Druckflüssigkeit in den Leitapparat9 aus und saugt die Luft in die Druckstufe 16 mittels des Verteilers 6 oder des Einlassventils(in den Figuren nicht dargestellt). Dabei strömt die Luft in den Verbrennungsraum beispielsweiseaus dem Druckgasbehälter (in den Figuren nicht dargestellt) und aus dem Verdichter 16 ein. Weiterwird der Zwischenschaufelkanal 3 bei der Drehung des Turbinenrads 2 durch die Zylinderwand desGehäuses 1 geschnitten, und dann vereinigt er sich mit dem Leitkranz 10, mittels dessen dieDruckflüssigkeit in diesen Zwischen-schaufelkanal 3 einströmt, und dadurch bewegt sich der Kolben 14 zum Mittelpunkt des Turbinenrads2. Im Verbrennungsraum wird die Luft dabei verdichtet, und aus dem Verdichter 16 wird die Luftin den Druckgasbehälter gestoßen. Weiter wird der Zwischenschaufelkanal 3 bei der Drehung desTurbinenrads 2 durch die Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 geschnitten. Im Überschneidungsgebiet desZwischenschaufelkanals 3 wird der Kraftstoff durch den Verteiler 6 oder durch die Kraftstoffpumpeund die im Turbinenrad 2 eingebauten Kraftstoffeinspritzdüsen (in den Figuren nicht dargestellt)in die Verbrennungskammer 15 eingespritzt, und dann entzündet sich der Kraftstoff durch dieVerdichtungswärme oder durch die Zündkerze (in den Figuren nicht dargestellt). Weiter vereinigtsich der Zwischenschaufelkanal 3 bei der Drehung des Turbinenrads 2 mit dem Kanal mit dem eingeschnürtenQuerschnitt der Ableitung 8; die sich ausdehnende Gase im Verbrennungsraum 15 stoßen den Kolben14 zur Peripherie des Turbinenrads 2 hin, bzw. die Druckflüssigkeit wird in die Ableitung 8gestoßen, und aufgrund der Strahlrückwirkung der in den Kanal der Ableitung 8 einströmendenFlüssigkeit oder aufgrund des düsenartigen Randgebiets des Zwischenschaufelkanals 3 wird dieEnergie auf das Turbinenrad 2 übertragen, so dass sich dieses dreht; dabei gelangt die Luftaus dem Verdichter 16 in den Druckgasbehälter. Weiter wird der Zwischenschaufelkanal 3 bei derDrehung des Turbinenrads 2 durch die Zylinderwand des Gehäuses 1 geschnitten, und dann vereinigter sich mit dem Leitkranz 10, und der Kolben 14 beginnt seine Bewegung zum Zentrum des Turbinenrads2 hin. Dabei strömen die Verbrennungsprodukte durch den Verteiler 6 (oder durch eine andereVorrichtung) auf die zweite Ausdehnungsstufe 16 in den anderen Zwischenschaufelkanälen 3, indenen der Kolben 14 in diesem Fall zur Peripherie des Turbinenrads 2 hin in einem Zylinder odergleichzeitig beiden Zylindern läuft, je nachdem, wie die Konstruktion des Gashydraulikmotorsbeschaffen ist. Bei der Rückwärtsbewegung der Kolben 14 werden die Verbrennungsprodukte durchden Verteiler 6 in den Auspuffsammler oder zuerst direkt in den Raum (wenn er hohl ist) desGehäuses 1 und dann in den Auspuffsammler ausgestoßen. Weiter wiederholt sich das Arbeitsspielbei der Drehung des Turbinenrads 2. Der Niederdruckraum 17 kann zum Überströmen der Gase oderder Druckflüssigkeit durch Kolbendichtungen 14 oder als Zusatzstufe der Expansion der Verbrennungsprodukteverwendet werden. Die Wärme, die der Druckflüssigkeit beim Lauf des Motors übertragen wird,kann aufgrund der Dampfumformer 19 in der zusätzlichen Gasturbine benutzt werden.
[0040] Der als Zweitaktbrennkraftmaschine ausgebildete Gashydraulikmotor mit den in die Zwischenschaufelkanäle eingebautenDifferentialkolben (Fig. 3) arbeitet beispielsweise in folgender Weise.
[0041] Bei der Drehung des Turbinenrads 2 wird der Differentialkolben 14 in dem mit der Ableitung8 des Leitapparats 9 vereinigten Zwischenschaufelkanal 3 zur Peripherie hin ausgestoßen; dann wirdder Zwischenschaufelkanal 3 durch die Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 geschnitten, und dann vereinigter sich mit dem Leitkranz 10, woraus die Druckflüssigkeit in den Zwischenschaufelkanal 3 einströmt;dabei lässt sie den Differentialkolben sich zum Zentrum des Turbinenrads 2 bewegen; sie komprimiert dieim Verdichter befindliche Luft und stößt sie in den Druckgasbehälter aus; dabei komprimiertsie auch die im Verbrennungsraum befindliche Luft. Weiter wird bei der Drehung des Turbinenrads2 der Zwischenschaufelkanal 3 durch die Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 geschnitten; im Überschneidungsgebiet vereinigtsich die Einlassöffnung 5 des Zwischenschaufelkanals 3 durch den Verteiler 6 mit den Kraftstoffeinspritzdüsen undmöglicherweise mit den Zündkerzen. Das im Verbrennungsraum 15 befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet sich.Bei der Drehung des Turbinenrads 2 vereinigt sich der Zwischenschaufelkanal 3 mit dem Kanalmit dem eingeschnürten Querschnitt 18 der Ableitung 8 des Leitapparats 9. Der Differentialkolben14 bewegt sich durch die Expansion der Verbrennungsprodukte zur Peripherie des Turbinenrads2 hin, stößt die Druckflüssigkeit aus dem Zwischenschaufelkanal 3 und bewirkt die Drehung desTurbinenrads aufgrund der Strahlrückwirkung. Dabei wird die im Verdichter 16 befindliche Luftkomprimiert und in den Druckgasbehälter ausgestoßen. Weiter werden bei der Drehung des Turbinenrads2 die Zwischenschaufelkanäle 3 durch die Zylinderwand 7 des Gehäuses 1 geschnitten; im Überschneidungsgebietöffnen sich gegen Ende der Bewegung des Kolbens 14 zur Peripherie des Turbinenrads 2 hin dieSchlitze (in den Figuren nicht dargestellt), die in den Zylinderwänden des Verbrennungsraumsvorgesehen und mit einem Auspuffsammler (in den Figuren nicht dargestellt) vereinigt sind. Dabeivereinigt sich die Einlassöffnung 5 mittels des Verteilers mit einem Windkessel (in den Figurennicht dargestellt), woraus die Spülluft in Verbrennungsraum einströmt. Sie stößt dabei die restlichenVerbrennungsprodukte aus und füllt den Verbrennungsraum 15 mit einer Portion Frischluft (gegenEnde des Spülens kann beispielsweise bei Gas- oder Vergasermotoren in den Verbrennungsraum gasförmigeroder zerstäubter Kraftstoff eintreten). Weiter vereinigen sich bei der Drehung des Turbinenrads2 die Zwischenschaufelkanäle 3 mit dem Leitkranz 10. Dabei wird die Energie der in den Zwischenschaufelkanal3 einströmenden Druckflüssigkeit durch die krummlinigen Schaufeln 4 infolge der Strahlumkehrausgenutzt, so dass der Kolben 14 zum Zentrum des Turbinenrads 2 hin bewegt wird. Dabei tretendie Verbrennungsprodukte in jenen Zwischenschaufelkanälen 3, deren Kolben 14 sich zur Peripheriedes Turbinenrads 2 hin bewegen, aus der Mitteldruckstufe 16 in die Niederdruckstufe 17 ein, oderdie Verbren-nungsprodukte werden beispielsweise mittels des Verteilers 6 nach außen gestoßen; in diesemFall wird die Niederdruckstufe 17 zum Überströmen der Gase und der Druckflüssigkeit verwendet.Weiter wiederholt sich bei der Drehung des Turbinenrads 2 das Arbeitsspiel.
[0042] Bei den Gashydraulikmotoren mit Axialanordnung der Kolben (längsseits der Turbinenradsachse)(Fig. 4) sind die Arbeitsgänge die gleichen wie bei den Gashydraulikmotoren mit der Radialanordnung derKolben 14 (Fig. 3).
[0043] Bei den gashydraulischen Turbomaschinen mit Trennmembranen (in den Figuren nicht dargestellt)sind die Arbeitsgänge die gleichen wie bei den Nassgasturbomaschinen (Fig. 1, Fig. 2), ausgenommendie Vermeidung eines Direktkontakts zwischen der Druckflüssigkeit und den Gasen.
[0044] Der Gashydraulikmotor kann als Motorverdichter arbeiten, wenn der Verbrennungsraum 15als Verbrennungskraftmaschine benutzt wird, wobei diese das Turbinenrad 2 dreht. Die Mitteldruckstufe16 oder Niederdruckstufe 17 des Differentialkolbens 14wird als Förderelement des Kompressors oderder Pumpe benutzt.
[0045] Bei Dampfkraftmaschinen und Gasturbinentriebwerken (Fig. 5) arbeitet der Gashydraulikmotorbeispielsweise als eine der Druckstufen, die die Energie des sich ausdehnenden Arbeitsmediumsausnutzen. Bei der Vereinigung des Zwischenschaufelkanals 3 mit dem Kanal mit dem eingeschnürtenQuerschnitt 18 der Ableitung 8 strömt durch den Verteiler 6 verdichtetes Gas oder verdichteter Dampfins Zwischenschaufelkanal 3 ein, in dem es sich ausdehnt, die Druckflüssigkeit in den Sichelleitapparat9 ausstößt und das Turbinenrad 2 zum Drehen bringt. Dann strömt die Druckflüssigkeit aus derDüse 10 in den nächstfolgenden Zwischenschaufelkanal 3 unter Abgabe von Energie an die Schaufelnein und stößt das in ihm befindliche Gas oder den Dampf in den Verteiler 6 oder in die Öffnung13 aus; die verdunstbare Flüssigkeit wird durch Flüssigkeitsförderung mittels der Kanäle kompensiert,die im Gebiet des Kanals mit dem eingeschnürten Querschnitt der Ableitung 8 vorgesehen ist.
[0046] Die Verwendung der vorliegenden Erfindung lässt zu, dass die Konstruktion der Freikolbenmotorenvereinfacht wird, die Zuverlässigkeit beispielsweise bei den Großmotoren oder langsam laufendenSchiffsmotoren und der Wirkungsgrad ansteigen, die Konstruktion der ersten Stufen bei Gas- oderDampfturbinen vereinfacht wird und der Anwendungsbereich beispielsweise bei den Kleinmotoren odervielmehr bei den langsam laufenden Großmotoren erweitert wird.
Zusammenfassung
[0047] Die Erfindung betrifft mechanische Maschinen und kann bei internen Verbrennungs- undDampfmaschinen sowie bei Gasturbinen verwendet werden. Die Maschine gemäß der Erfindung weistein zylinderförmiges Gehäuse mit einem drehbaren Turbinenrad auf, das zwischen zwei Seitenscheiben angeordneteRadialschaufeln enthält, die entgegengesetzt der Drehrichtung des Turbinenrads zur Peripherie hingekrümmt sind und Zwischenschaufelkanäle bilden, die bei der Drehung des Turbinenrads periodischmit Flüssigkeit gefüllt sind. Mindestens ein sichelförmiger Leitapparat bildet zu Beginn einenAblauf und danach eine Entlüftung, die in Drehrichtung des Turbinenrads angeordnet sind unddie sich zu den Turbinenradkanälen hin öffnen; dieser Sichelleitapparat ist am Gehäuse befestigt.Das Turbinenrad ist mit Öffnungen versehen, die auf der Seite der Turbinenwelle angeordnet sindund sich zu einem Verteiler öffnen, der Luft-, Gas-, Dampf- und Brennstoffzuführsysteme, einZündsystem usw. aufweist. Diese Erfindung ermöglicht eine Vereinfachung des Aufbaus und eineErhöhung der Zuverlässigkeit bei beispielsweise großen, mit geringer Geschwindigkeit arbeitendenMaschinen, Dampf- und Gasturbinen.
1. Gashydraulikmotor, der ein germetisches Gehäuse enthält, in dem eine drehbare Radialturbine,ein Leitkranz, Systeme für die Regulierung, die Brennstoffförderung, die Kühlung, die Kontrolleu. dgl. eingebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass er ein walzenförmiges Gehäuse aufweist,in dem ein drehbares Turbinenrad mit einer Passnut eingebaut ist, das zwischen zwei Seitenscheibenangeordnete Radialschaufeln enthält, die entgegengesetzt der Drehrichtung des Turbinenrads zurPeripherie hin gekrümmt sind und Zwischenschaufelkanäle bilden, die bei der Drehung des Turbinenradsperiodisch völlig oder teilweise von Flüssigkeit entleerbar sind, dass zur Seite der Turbinenwellehin in einer oder beiden Seitenscheiben Öffnungen gebildet sind, die von einer Seite auf einenVerteiler, und von der anderen Seite in die Zwischenschaufelkanäle hinausgehen, dass sich am Gehäuse aufder Außenseite der Zylinderwand mindestens ein flüssigkeitsgekühlter Sichelleitapparat anschließt, dereine mit der Öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses gemeinsame Ableitung in Drehrichtung desTurbinenrads aufweist, dass der Sichelleitapparat in Drehrichtung des Turbinenrads den Leitkranzenthält, der gemeinsam mit einer zweiten in Drehrichtung des Turbinenrads auf die Zwischenschaufelkanäle desTurbinenrads hinausgehenden Öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses gebildet ist, wobei dieAbleitung und eine Düse so voneinander entfernt sind, dass ein Teil der Zylinderwand des Gehäuseszwischen ihnen mindestens einen Zwischenschaufelkanal der Turbine schneidet, und dass ein Teil der Zylinderwand des Gehäuses zwischen der Düse und der Ableitung in Drehdichtungdes Turbinenrads jedes Sichelleitapparats seinerseits auch mit der Überschneidensmöglichkeitmindestens eines Zwischenschaufelkanals des Turbinenrads ausgeführt ist.
2. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung des Sichelleitapparatsgemeinsam mit der Öffnung in der Zylinderwand des Gehäuses einen Kanal bildet, der als Ansatzmit eingeschnürtem Querschnitt ausgebildet ist und dessen Achse auf die Schaufeln des Turbinenradsin dessen Drehrichtung gerichtet ist.
3. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschaufelkanäleder Turbine zum Radius geneigt ausgeführt sind.
4. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschaufelkanäleder Turbine schräg zur Turbinenwelle ausgerichtet sind.
5. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse des Leitapparatsund der eingeschnürte Querschnitt des Kanals der Ableitung einstellbar sind.
6. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zweitaktbrennkraftmaschinen,Dampf- und Gasturbinen in einem Teil der Zylinderwand des Gehäuses zwischen der Ableitung undder Düse in Drehrichtung des Turbinenrads eine Auspuff- oder Dampfauslassöffnung vorgesehen ist,die einerseits auf die Zwischenschaufelkanäle der Turbine gegen Ende des Arbeitstakts und andererseitsauf einen Auslassstutzen hinausgeht, wobei diese Öffnung sowohl teils vereinigt mit, als auchisoliert von den Zwischenschaufeikanälen der Turbine sein kann, die mit der Düse während desVerdichtungstakts in den Verbrennungsmotoren und während des Auspufftakts in den Gas- bzw. Dampfturbinenin Kontakt stehen.
7. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Peripherie desTurbinenrads Zwischenschaufelkanäle in Form einer Schubdüse ausgebildet sind, die vorzugsweisean der Peripherie verjüngt sind.
8. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse im Raum seitlichder Seitenscheiben der Turbine mit Druckflüssigkeit gefüllt ist.
9. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse im Raum seitlichder Seitenscheiben der Turbine leer bleibt und im Gehäuse Öffnungen für das Absaugen der durchÜberströmbohrungen strömenden Flüssigkeiten und Gase vorgesehen sind.
10. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Leitapparat und inden Zwischenschaufelkanälen die Druckflüssigkeitsbilanz auf solche Weise eingehalten wird, dassdie auf die Ableitung hinausgehenden Zwischenschaufelkanäle beim Turbinenumlauf zum Zeitpunktder Kontaktvollendung maximal entleert sind und die auf die Düse hinausgehenden Zwischenschaufelkanälezum Zeitpunkt der Kontaktvollendung maximal mit Druckflüssigkeit gefüllt sind.
11. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung des erstenSichelleitapparats bei Viertaktmotoren mit der Düse des zweiten Apparats in Drehrichtung desTurbinenrads durch eine Leitung verbunden ist und dass die Ableitung dieses Leitapparats ihrerseits mitder Düse des in Drehrichtung des Turbinenrads vorhergehenden Sichelleitapparats ebenfalls durcheine Leitung verbunden ist, wobei die Ableitung und die Düse jedes einzelnen Sichelleitapparatsdurch Zwischenwände getrennt sind.
12. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschaufelkanäle derTurbine im Teil von den Einlassöffnungen bis zum Krümmungsbeginn der Schaufeln eine zylindrischeForm aufweisen, dass darin die Kolben mit den Dichtungsringen mit der Möglichkeit einer hin-und hergehenden Bewegung von der Mitte zur Peripherie der Turbine hin eingebaut sind und dassim Teil hinter der Krümmung der Schaufeln die Zwischenschaufelkanäle mit Flüssigkeit gefüllt sind.
13. Gashydraulikmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Zwischenschaufelkanälender Turbine eingebauten Kolben als Differentialkolben ausgebildet sind.
14. Gashydraulikmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zwischenschaufelkanälen doppeltwirkende Kolben eingebaut sind.
15. Gashydraulikmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschaufelkanäle radial-axialausgebildet und im radialen Teil mit Flüssigkeit gefüllt sind und dass im axialen Teil doppeltwirkende Differentialkolben eingebaut sind.
16. Gashydraulikmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Kolbensynchronisiereinrichtungenthält, dass einer der Räume des doppelt wirkenden Kolbens bei dessen Bewegung zur Turbinenwellemit Flüssigkeit gefüllt und mit dem Raum des anderen Kolbens bei dessen Bewegung zur Peripherie verbundenist und dass die Verbindungsleitungen dieser Räume an eine zusätzliche, kinematisch mit dem Gashydraulikmotor verbundene Motorpumpe angeschlossen sind.
17. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschaufelkanäle vorder Krümmung der Schaufeln durch germetische, elastische Membranen getrennt und hinter der Krümmung derSchaufeln zur Peripherie der Turbine mit Flüssigkeit gefüllt sind.
18. Gashydraulikmotor nach Anspruch 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckflüssigkeit eineFlüssigkeit mit hoher Siedetemperatur ist, vorzugsweise Mineralöl, und dass das Kühlsystem des Gashydraulikmotorseinen Dampfumformer aufweist, der mit Flüssigkeit tiefer Siedetemperatur, vorzugsweise Wasser,gefüllt und mit einer Zusatzgasturbine verbunden ist.
19. Gashydraulikmotor nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass Zündkerzen, Kraftstoffeinspritzdüsen undEinspritzpumpen bei Verbrennungskraftmaschinen unmittelbar in das Turbinenrad zur Seite derWelle hin eingebaut sind.
