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Gasturbine.
Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, in der die Verbrennung der Ladung bei gleichbleibendem Volumen in einer Anzahl Trei1mittelll'zevgern oder Generatoren stattfindet und bei der der durch die
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dass die dem Dampf innewohnende Wärmeenergie vor der Mischung periodisch in kinetische Energie umgesetzt wird. Der Dampf, dessen Mischung mit den Verbrennungsgasen ausserhalb der Brennkammer erfolgt, saugt am Ende der Ausstrahlperiode die Verbrennungsgase aus der Brennkammer ab.
Der Eintritt der Luft und des Brennstoffes in die Verbrennungskammer der Erzeuger erfolgt erfindungsgemäss mittels gesonderter ineinanderliegender Schieber ; ein weiterer Schieber weist gesonderte Durchlässe filr die Verbrennungsgase und den Dampf auf.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Gasturbine dargestellt, wobei die Leitungsrohre zwischen den pumpen urd Generatoren der besseren Übersicht halber nicht gezeichnet sind. Es zeigt Fig. 1 eine Stirnansicht der Gasdampfturbine mit vier Generatoren ; Fig. 2 eine Seitenansicht der Turbine mit dem Regenerator im Längsschnitt ; Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen der Generatoren und einen Teil des Turbinenrades in grösserem Massstab ; Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie K-E der Fig. 3 ; Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie L-L der Fig. 3 ; Fig. 6 eine Vorrichtung zur Ausschaltung der einzelnen Generatoren ; Fig. 7 einen axialen Schnitt der Gasdampfturbine und der Niederdruckturbine nach der Linie M-M der Fig. 1. und Fig. 8 eine Vorrichtung zum Ausschalten einer Anzahl von Generatoren während des Betriebes.
In Fig. 2 sind die Pumpen und Kompressoren nur in Umrissen gezeigt, oder auch nur die Stellen angegeben, wo diese angebracht werden. In dieser Figur bezeichnet : A die Gasdampfturbine, B die Niederdruekturbine, C den mehrstufigen Turbokompressor, D die Kolbenkompressoren, E den Turboexhaustor, F den Regenerator, G die Stelle der Brennstoffpumpe, H die Stelle der Wasserpumpe, I die Stelle der Kreiselpumpe und J die Stelle des Regulators.
Der Aufbau der Gasdampfturbine ist folgender : Das Gehäuse besteht aus einer Anzahl von Gene- ratoren1, zwischen denen die Segmente 2 eingesetzt sind (Fig. 1 und 3), wodurch ein voller Ring entsteht, der durch die Stirnwände 3 und 4 abgedichtet wird. Die Stirnwände haben Lager für die Welle 5, die aus zwei Teilen besteht und das Turbinenrad 6 trägt ; weiter sind die Stirnwände mit Flanschen versehen, mit denen die Turbine auf den Trägern 7 ruht.
An der Stirnwand 3 ist die Ausheberscheibe 8, die am Umfange verzahnt ist, lose gelagert ; sie wird von der Turbinenwelle 5 durch die Kegelräder 9, 10, 12, 13, die Wellen 11, 14 und das Stirnrad 15, das in die Verzahnung der Scheibe 8 eingreift, mit verminderter Geschwindigkeit angetrieben (Fig. 7).
Jeder der Generatoren hat Einlassventile 16 und 17, die mit den Hebelarmen 18 und 19 verbunden sind, ferner ein Auslassventil 20, das mit dem Hebelarm 21 verbunden ist. Die Stirnwände haben radial ausstrebende Arme, an denen die Wellen 22,23 und 24 gelagert sind. Die Welle 22 ist hohl und bewegt sich lose auf der Welle 23 (Fig. 3 und 7). An diese Wellen sind die Hebelarme 18, 19 und 21 oberhalb der Ventile festgemacht ; oberhalb der Ausheberscheibe sind die Hebelarme 25, 26 und 27 fest angebracht.
Die letzteren tragen an den andern Enden je einen Mitnehmer 28a, die in die Ausheberrillen eingreifen und dadurch die Ventile verschieben.
Die Scheibe 8 hat Rillen an beiden Seiten, die gegeneinander um 450 versetzt -sind. In Fig. 1 sind nur die Mittellinien der Rillen auf der andern Seite gezeichnet. Zwei am Umfange gfgenüber ! ifgcnde
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Generatoren werden von den Rillen auf der einen Seite und zwei von den Rillen auf der andern Seite der Scheibe betätigt.
Jeder der Generatoren hat eine Verbrennungskammer 28 und eine Mischkammer 29, die durch die Öffnung 30 miteinander verbunden sind. Diese beiden Kammern sind eingehüllt in einen Dampfmantel 31 der durch die Öffnung 32 mit der Mischkammer verbunden ist. Anschliessend an den Dampfmantel sind die Luftkammer 33 und die Brennstoffkammer 34, mit den Öffnungen 55 und 56 in die Verbrennungskammer führend, angeordnet.
Alle diese Kammern und die dazugehörenden Ventilgehäuse sind aus einem Stück gegossen und mit einer aus zwei Teilen bestehenden Auspuffhaube 3"1 umgeben. An dieser Haube ist das Rohr 38 befestigt, das die Abgase zu der Niederdruckturbine B leitet.
Die Öffnungen zwischen den verschiedenen Kammern werden durch Kolbenventile offen oder geschlossen gehalten. Das Ventil 16 ist für die Luft, das Ventil 17 für den Brennstoff und das Ventil 20 für den Dampf und die Verbrennungsprodukte vorgesehen. Die Kolbenventile werden mittels der Hebel von der Aushebersaheibe betätigt und öffnen oder schliessen die Öffnung zwischen den verschiedenen Kammern dadurch, dass der Einschnitt 39 in dem betreffenden Ventil vor die Öffnung zwischen den Kammern gerückt oder zurückgezogen wird.
Jede Umdrehung der Scheibe 8 ergibt zwei Füllperioden und zwei Ausstrahlperioden pro Generator.
Die Welle 5 treibt bei verminderter Geschwindigkeit mittels der Stirnräder 40 und 41 die Kurbelwelle 42, die die Kolbenkompressoren D, die Brennstoffpumpe G, die Wasserpumpe H, die Kreiselpumpe I und den Regulator J betätigt.
Die Zylinder der Kolbenkompressoren sind in V-Form zueinander angeordnet, so dass die Kolbenstangen die Turbinenwelle nicht berühren. Die rotierenden Elemente der Turbine B, des Turbokompressors a und des Exhaustors E sind an der Welle 5 direkt befestigt.
Die Niederdruekturbine B ist als eine mehrstufige radiale Turbine gezeichnet. Das Turbinenrad 43 trägt die Schaufelkränze 44 ; die stehenden Umkehrschaufeln 45 sind in das Gehäuse eingebaut.
Die Abgase der Turbine. A werden mittels der Rohre 38 zu der Mitte der Turbine B geleitet, expandieren hier radial dem Umfange zu und strömen in den Regenerator F.
Der Regenerator hat schraubenförmige Heizkanäle, durch die die Abgase der Turbine B ziehen und in denen die Dampfrohrschlange 46 eingelegt ist. In der Mitte des Regenerators sind die Brennstoffrohre 47 länglich gewunden angebracht.
Die Abgase strömen bei 48 aus den Heizkanälen in die Mitte des Regenerators, bei 49 wieder zurück entlang der Brennstoffrohrschlange 47 und entweichen bei 50 in den Kondensatorraum 51. In diesem
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sierbaren Abgase werden durch den Exhaustor E, der an dem oberen Teile des Kondensators angebracht ist, verdichtet und entfernt.
Die Stirnwände 3 und 4 haben Kühlmantel, in die von der Wasserpumpe H mittels der Rohre 54 Wasser eingeführt wird ; dieselbe Pumpe leitet auch das erwärmte Wasser ab, das durch die Rohre 46 durch den Regenerator geführt wird, wo es verdampft.
Die Brennstoff zuführenden Rohre 4"1 gehen von der Pumpe G durch den Regenerator, dann durch die Rohre 38, werden hier von den Abgasen weiter erhitzt und führen durch die Auspuffhaube in die Brennstoffkammer 34.
Das Turbinenrad 6 hat zwei Reihen U-förmiger Schaufeln. Die Verbrennungsprodukte werden durch die Düsen 55 und der Dampf durch die Ringdüsen 56 in die Mischkammer 29 geleitet ; das gemischta Arbeitsmittel wird durch die Düsen 57 gegen die Schaufeln des Turbinenrades geschleudert.
Die Segmente 2 zwischen den Generatoren haben Umkehrschaufeln 58 und sind von Dampfmänteln 59 umgeben. Der in dem Regenerator erzeugte Dampf wird mittels der Rohre 46 bei 60 in den Mantel 59 und durch die Öffnung 61 in den Dampfmantel 31 eingeführt. Die Umkehrschaufeln tragen je ein ovales Segmentstück 62, das verhindert, dass sich der Strom der Arbeitsgas während der Umkehrperiode ausdehnt.
Die Luft wird zuerst durch den Turbokompressor a auf einen höheren Druck gebracht und von da in die doppeltwirkenden Zylinder der Kolbenkompressoren geführt. Mittels der Rohre 63 wird die Press. luft von den Kolbenkompressoren in die Luftkammer 33 eingeführt.
Durch die in Fig. 6 gezeigte Vorrichtung wird ermöglicht, einzelne Generatoren gänzlich oder teilweise auszuschalten. Die Hebelarme 25,26 und 27 werden mit den Wellen 22, 23 und 24 nicht fest, sondern lose verbunden, und wird an die betreffenden Wellen eine Klauenkupplung einrückbar angebracht.
Der die betreffende Welle tragende Arm wird verlängert und trägt den gabelförmigen Hebel 64. Das Kupplungsglied 65 hat einen Schlitz, in dem der Mitnehmer 66 gleitet. Wird durch die Griffstange 67 der Hebel 64 mit dem Kupplungsglied 65 in die Klauen des betreffenden Hebelarmes eingerückt, so wird die Ausheberbewegung auf die betreffende Welle übertragen und das Ventil betätigt. Wird die Kupplung ausgerückt, so überträgt der Hebelarm die Ausheberbewegung nicht und das Ventil wird nicht betätigt.
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die Luft und Brennstoff zuführenden Ventile abgestellt, so kann der in dem Generator angesammelte Dampf durch das in Tätigkeit gebliebene Auslassventil zum Antrieb verwendet werden, was beim Abstellen der Turbine vorteilhaft ist.
Die Verbindungsstange 68 betätigt die das betreffende Ventil speisende Pumpe und schaltet diese ein oder aus, je nach der Bewegung der Griffstange.
Zur Ausschaltung einiger der Generatoren während des Betriebes wird, wie Fig. 8 zeigt, an dem Hub der Ausheberscheibe 8 eine Nockenscheibe 72 einrückbar aufgesetzt. Die Nocken dieser Scheibe sind im Verhältnis zu den Rillen der Scheibe 8 durch den Mitnehmer 73 so gestellt, dass diese nur während der nichtaktiven Periode der Ventile diese abkuppeln können. Wird die Nockenscheibe durch den Hebel 74 unter die mit der Rolle 75 versehene Schubstange 76 gerückt, so überträgt diese die Hubbewegung mittels des gabelförmigen Winkelhebels 77 auf das Kupplongsglied 65, das dabei ausgerückt wird. Die Verbindungsstange 68 stellt die das Ventil speisende Pumpe gleichzeitig ab.
Wird die Nockenscheibe von der Schubstange wieder zurückgezogen, so wird diese mittels der Feder 78 nach unten gedrückt und dadurch das Kupplungsglied 65 wieder eingerückt, wodurch das betreffende Ventil wieder betätigt und von der Pumpe gespeist wird. Die Nocken der Scheibe 72 gehen allmählich in einen Kreis über, wodurch die Abkupplung erhalten wird. Wird bei der Ausführung der Erfindung gewünscht, dass der betreffende
Generator gänzlich ausgeschaltet wird, so erhält die Scheibe 72 zwei Nocken, wie es Fig. 8 zeigt.
Beim Anlassen der Turbine, bevor noch durch die Abgase in dem Regenerator Dampf erzeugt und Brennstoff erhitzt werden kann, wird der Brenner 69 in Tätigkeit gebracht. Von Hilfspumpen wird Pressluft mittels des Rohres 70 und vergaster Brennstoff mittels des Rohres 71 in den Brenner geleitet und dort entzündet. Die Heizgase strömen dann denselben Weg wie die Abgase der Turbine B.
Die Arbeitsweise der Turbine ist folgende : Durch Hilfspumpen wird die komprimierte Luft in die Luftkammer 33 gebracht und aus dem Regenerator der in erwähnter Weise erzeugte Dampf in den Dampfmantel 31 und der erhitzte Brennstoff in die Kammer 34 geleitet. Nun wird die Ausheberscheibe 8 durch geeignete Vorrichtung in Bewegung gesetzt, wobei das Luftventil die Luft in die Verbrennungkammer einlässt. Bei weiterer Bewegung der Scheibe 8 schliesst das Luftventil die Öffnung 35 und das Brennstoff ventil lässt nun den bis zur Selbstentzündung erhitzten Brennstoff in die Verbrennungskammer ein, wobei sofort Verbrennung stattfindet. Durch weitere Drehung wird die Brennstoffzufuhr unterbrochen und die Verbrennung vollzieht sich in der nun gänzlich abgeschlossenen Verbrennungskammer.
Ein Teil der dabei frei werdenden Wärme wird durch den Dampf in den Dampfmantel 31 aufgenommen.
Eine weitere Drehung der Scheibe 8 verschiebt das Ventil 20 und nun strömen die Verbrennungsprodukte durch die Düse 55 und gleichzeitig der Dampf durch die Ringdüse 56 in unmittelbarer Berührung durch die Mischkammer 29, wobei der Dampf überhitzt wird und das Gemisch durch die Düse 57 gegen die Schaufeln des Turbinenrades 6 strömt. Dieser Strom wird einige Male durch die Umkehrschaufeln des Segmentes 2 gegen das Turbinenrad geführt, bis die Auspuffhaube 37 des nächsten Generators erreicht wird ; durch diese, den Dampfmantel 31 umspülend, gelangt er in das Verbindungsrohr 38 und wird zur weiteren Arbeitsleistung in die Turbine B geleitet.
Da der Dampfdruck in dem Dampfmantel 31 beinahe ein konstanter ist, werden die Verbrennungsprodukte am Ende der Ausstrahlperiode, wenn der Druck in der Verbrennui. gskammer niedrig ist, durch die Saugwirkung der Ringdüse 56 ausgesaugt und die Verbrennungskammer wird für neues Spiel rein gemacht. Nach der Auslassperiode schliesst das Ventil 20 die Öffnungen 30 und 32 und. das Luftventil j ! 6 lässt wieder frische Luft für das nächste Spiel ein.
Zwei am Umfange gegenüberliegende Generatoren arbeiten gleichzeitig und während zwei Generatoren ausstrahlen, werden die andern zwei mit frischer Ladung gefüllt, so dass, obwohl abwechselnd, doch fortwährend das Turbinenrad angetrieben wird.
Ist die Turbine einmal in Bewegung, so werden auch alle zugehörigen Kompressoren und Pumpen mit angetrieben. Geregelt wird die Turbine durch Drosselung der Luftzufuhr zu dem Turbokompressor.
Das Dampfrohr 46 zweigt ausserhalb des Regenerators zu den einzelnen Dampfmänteln 59 der Generatoren ab, wodurch der Dampfdruck in allen Generatoren der gleiche sein kann.
Die Turbine ist vorzugsweise für flüssigen Brennstoff entworfen ; jedoch können bei entsprechender Vergrösserung der Brennstoffpumpen und Einlassventile auch gasförmige Brennstoffe verwendet werden.
Die Entzündung der Ladung kann auch dadurch herbeigeführt werden, dass der Brennstoff mittels Druckluft in die Verbrennungskammer eingeblasen wird, wie es bei "Dieselmotoren" geschieht, wobei dieses Luftventil ebenfalls von der Ausheberscheibe betätigt wird. Auch kann die Zahl der Generatoren geändert oder können diese für axiale Turbinen entworfen werden. Die Luft kann in dem Turbokompressor auch allein verdichtet werden.
Bei Ausführung der Turbine in grossen Einheiten kann eine Anzahl von Turbinen A nebeneinander angeordnet werden, die nur von einer Ausheberscheibe betätigt werden ; die Abgase können zu einer Niederdruckturbine geleitet werden, die auf derselben Turbinenwelle angeordnet ist.
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