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Gasturbine mit pendelnder Flüssigkeit als Übertragungsmittel.
Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, bei der die Energie gespannter Gase auf eine Flüssigkeit übertragen und weiter mit Hilfe eines Schaufelsystems in die mechanische Energie einer umlaufenden Welle umgewandelt wird. Bei einer solchen Turbine werden zu beiden Seiten eines Leitrades, das in Kanäle unterteilt ist, zwei in gleiche Zellen unterteilte Laufräder so angeordnet, dass sie gemeinsam i rotieren. Während der Rotation wird die Arbeitsflüssigkeit, die mit den Laufrädern umläuft, indem sie in der Form von kommunizierenden, rotierenden Flüssigkeitskolben die einzelnen Zellen anfüllt, durch die in den Laufradzellen sich ausdehnenden Gase beschleunigt und in schwingender Bewegung abwechselnd aus einem Laufrade in das andere durch die Kanäle des Leitrades hindurch hin und her geschoben.
Beim Durchgang durch das Leitrad gibt die Flüssigkeit ihre Energie an diese ab, und durch , den Rückdruck werden die Laufräder in Rotation versetzt.
Das Leitrad, demgegenüber sich die Laufräder bewegen, leitet die Flüssigkeit so über, dass eine bestimmte Zelle des einen Laufrades während eines Pendelhubes (Füll-oder Entleerungsvorgang) immer mit der gleichen Zelle des andern Laufrades zusammenarbeitet. Dabei sind die Durchflusskanäle in dem Leitrad so geformt, dass sie die Bedingungen zur stossfreien Überleitung der Flüssigkeit trotz nach Grösse und Richtung wechselnder Geschwindigkeit erfüllen. Die Form der Leitradkanäle ändert sich also längs des Leitradumfanges.
Es schwingen im gleichen Zeitpunkt nicht alle Flüssigkeitskolben in derselben Richtung, sondern eine Anzahl in der einen, eine andere Anzahl in der andern Richtung, u. zw. so, dass in jedem Augenblick die Zahl der in der einen Richtung pendelnden Flüssigkeitskolben gleich der in der andern Richtung pendelnden ist und die in jedem der beiden zusammenarbeitenden Laufräder enthaltene gesamte Flüssigkeitsmasse dauernd dieselbe bleibt. Der Strömungszustand der einzelnen Wasserkolben ist längs des Umfanges des Leitrades von Punkt zu Punkt ein anderer, bleibt aber an einem bestimmten Punkte des Leitradumfanges dauernd derselbe, d. h. die Geschwindigkeit bleibt nach Grösse und Richtung konstant, weil jede Laufradzelle an diesem Punkte genau mit demselben Schwingungszustand ankommt, mit dem ihn die vorhergehende Zelle verlassen hat.
Die hin und her schwingende Bewegung der Flüssigkeit wird durch Gasexplosionen aufrechterhalten, die an den dem Leitrad abgewandten Enden der Laufradzellen stattfinden. An diesen Stellen sind die Laufradzellen mit Einlassöffnungen für das Gasgemisch und für Spülluft sowie mit Auslass- öffnungen für die verbrannten Gase und endlich mit Zündvorrichtungen versehen, durch die die Gase im Takte der hin und her schwingenden Bewegung der Flüssigkeitskolben gezündet werden. Dieser Arbeitsvorgang des Gaszuführens, Verdichtens, Zündens und Ausdehnens erfolgt in allen Zellen nacheinander in der Weise, dass in jeder Zelle ein bestimmter Arbeitszustand immer dann eintritt, wenn die Zelle an einem ganz bestimmten im Raum stillstehenden Punkt des Umfanges vorbeikommt. Es kann z.
B. die Zündung so eingestellt werden, dass jede Zelle beim Durchgang durch die oberste Lage gezündet wird. In den Zellen des zugeordneten Rades finden die Vorgänge in gleicher Weise statt, aber am Umfang so verschoben, dass dem Expansionshub des einen Rades der Kompressionshub des andern gegen- überliegt usw. Für den hydraulischen Vorgang und damit auch für den Erfindungsgegenstand ist es belanglos, ob die treibenden Gase ausserhalb der Laufräder auf Druck gebracht wurden, wie es z. B. bei der Verwendung von Dampf oder Druckluft als Treibmittel der Fall ist, oder innerhalb und ob dies im letzteren Falle durch einen Verpuffungs-oder Gleichdruckprozess geschieht. Ebenso ist auch die Art
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des'Brennstoffes ohne Einfluss.
Der Leitring kann entweder stillstehen oder sich zur Erzielung günstiger Relativgeschwindigkeit der Räder zueinander ebenfalls drehen.
Die Erfindung bezieht sich auf solche Turbinen, bei denen der Leitring innerhalb der aussen verbundenen Laufräder angeordnet ist, und behebt den Nachteil, dass Lager gebraucht werden, bei denen die Lagerschalen umlaufen, wobei der Zapfen innerhalb der Lagerschalen entweder völlig stillsteht oder sich ebenfalls, aber mit anderer Geschwindigkeit als die Lagerschalen dreht. Derartige Lager sind schwer zu schmieren und schwer zugänglich und bringen daher für den Betrieb grosse Unzuträglichkeiten mit sich.
Gemäss der Erfindung werden sowohl die Leitringwelle als auch die die Laufräder tragenden Wellenenden für sich in stillstehenden, ausserhalb der Laufräder leicht zugänglich untergebrachten Lagern gelagert, Die beiden auf einer Turbinenseite liegenden Lagerstellen für Leitring-und Laufräderwellen werden dabei zweckmässig in einem Lagerkörper vereinigt, der entweder auf einem besonderen Lagerboe. k ruht oder unmittelbar am feststehenden Steuerring befestigt ist.
Die erfindungsgemässe Bauart bringt weiter die Möglichkeit mit sich, dass am Leitring aus den Laufradspalten in das Innere der Turbine tretende Wasser sowohl zur Kühlung der Laufradzellenwände als auch der Lager zu benutzen.
. Bei sich mitdrehendem Leitring werden die Steuerringe mit diesem zusammengebaut, der Antrieb des Leitringes kann von der Laufradwelle durch ein Zahnradgetriebe abgeleitet werden, das zweckmässig mit den Lagern im gleichen Tragkörper angeordnet wird.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen drei Ausführungsformen der Erfindung, beispielsweise zum Betrieb mit Brenngasen im Verpuffungsprozess, u. zw. stellt Fig. 1 im Längsschnitt eine Bauart dar, bei der die beiden auf einer Seite der Turbine liegenden Lagerstellen für den Leitring und die Laufräder zu einem Lagerkörper vereinigt sind, der von einem besonderen Lagerbock getragen wird. Fig. 2 zeigt ebenfalls im Längsschnitt eine Anordnung, bei welcher der die beiden Lager einer Seite enthaltende Lagerkörper unmittelbar am feststehenden Steuerring befestigt ist, während Fig. 3 im Längsschnitt eine Anordnung zeigt, wie sie dann gewählt werden kann, wenn der Leitring sich ebenfalls dreht.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Längsschnitte durch die Lager in grösserem Massstab, u. zw. Fig. 4 durch die Lagerbauart gemäss Fig. 1 und Fig. 5 durch die Lagerbauart gemäss Fig. 3.
In den Figuren bedeuten 1 und 2 die beiden Laufliiilrr, 3 das dazwischenliegende Leitrad. Die beiden Laufräder sitzen nebeneinander auf der gleichen Welle, mit der sie sich also in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit drehen. Die in den Laufrädern durch im wesentlichen in axialen Ebenen verlaufende Zwischenwände gebildeten Zellen sind an ihrem dem Leitrad abgewandten Ende mit Einlassöffnungen 4 für die Spülluft und das Gasgemisch versehen, aus denen auch die Abgase abströmen. Zur Zuführung der Spülluft und des Gasgemisches und zur Abführung der Abgase dient auf 'jeder Seite ein Steuerring 5, der stillsteht. Er enthält mehrere getrennte Räume für die Zuführung der Spülluft und des Gasgemisches.
Die Auslässe 6,7 aus diesen Räumen sind so angeordnet, dass aus ihnen die Spülluft oder die Gase im richtigen Zeitpunkt in die vorbeilaufenden Einlassöffnungen 4 der Laufradzellen strömen können. Die aus den Öffnungen 4 austretenden Abgase werden durch Öffnungen 8 durch den feststehenden Steuerring hindurch nach aussen geleitet.
Weiter trägt jede Laufradzelle eine Zündvorrichtung 9, auf die beim Vorbeigang vor dem Zündstift 10 der zündende Funke überspringt. Dem Zündstift wird der Strom durch das Kabel 11 zugeleitet.
'Die die Laufräder tragenden Wellenstummel 12 liegen nach Fig. 1 in den beiden Lagern 13. Die Wellenstummel 12 sind durchbohrt und werden von der das Leitrad 3 tragenden Welle 14 durchdrungen, i die in den Lagern 15 gehalten wird. Aus den Spalten 16 und 17 tritt Flüssigkeit in die Innenräume 18 der Turbine. Es wird zunächst zur Kühlung der Innenwände. 19 der Laufradzellen benutzt und weiter durch den Ringspalt 20 zwischen Leitrad-und Laufradwelle dem Lager 13 zugeleitet, wo es zur Kühlung dient. Die Bauart des im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 verwendeten Lagers zeigt Fig. 4. Auf der stillstehenden Leitradwelle 14 sitzt eine Stopfbüchse 21, die mit der Laufradwelle 12 verschraubt ist und mit ihr umläuft.
Sie wird umschlossen von einem zwischen dem feststehenden Lagerteil 15 und den ebenfalls feststehenden Lagerschalen 13 eingebauten Ring 22, der zwei nach innen ragende Ringrippen besitzt, durch die drei Räume 23,24 und 25 gebildet werden. Das zwischen 14 und 21 hindurchtretende Kühlwasser wird aus dem Raum 23 durch die Leitung 26 abgeführt. Das etwa aus Raum 23 noch in den Raum 24 übertretende Kühlwasser mischt sich dort mit dem aus Raum 25 etwa noch übertretenden I Lageröl und wird aus 24 durch eine weitere Leitung 27 ebenfalls abgeleitet.
Die beiden Lager 13 und 15 ruhen auf dem Lagerbock 28 (Fig. 1).
Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur dadurch, dass der. die Lager 13 und 15 enthaltende Lagerkörper nicht von dem Lagerbock 28 getragen wird, sondern mittels des Ringansatzes 29 unmittelbar an den feststehenden Steuerring 5. angeflanscht ist, so dass er von diesem ) getragen wird.
Soll sich der Leitring ebenfalls drehen, dann ist eine Bauart zu wählen, wie sie Fig. 3 und Fig. 5 beispielsweise darstellen. Das Leitrad 3 sitzt mit seiner Nabe 30 auf der Welle 31, die drehbar in den
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beiden Lagern 32 liegt. Die Welle 31 trägt an ihrem Ende das Zahnrad 33, das im Eingriff mit dem Zahn- rad 34 steht. Dieses Zahnrad sitzt auf der Zwischenwelle 35, die mittels der Lager 36 im gleichen Lager- hock gelagert ist und an ihrem andern Ende das Zahnrad. 37 trägt, das seinerseits in ein auf der Lauf- radwelle sitzendes Ritzel 38 eingreift. Durch die Wahl der Zahnradgrössen lässt sich jedes Drehzahl- verhältnis zwischen den Laufrädern und dem Leitring erreichen. Die Welle 12 der Laufräder ruht wieder in den Lagern 13 im gleichen Lagerboek wie die übrigen Lager auf dieser Seite.
Durch die Stopfbüchse 21 wird wiederum der Abfluss des Kühlwassers aus dem Spalt 20 gedrosselt und das Kühlwasser aus Raum 23 mittels der Leitung 26 abgeführt, während die Leitung 27 wieder zur Ableitung des Gemisches von
Wasser und Öl dient. Das aus den Lagern 32 der Leitradwelle austretende Öl wird durch einen Spritz- ring 39 nach aussen geschleudert. Das um die Rippe 40 herum in den Raum 41 dringende Spritzöl, dem sich unter Umständen bereits aus Raum 23 herüberdringendes Wasser beigemischt hat, wird aus diesem
Raum mittels der Leitung 42 abgeführt, die mit der Leitung 27 zu einer gemeinsamen Leitung 43 ver- einigt werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gasturbine mit pendelnder Flüssigkeit als Übertragungsmittel, bei der die Flüssigkeit unter dem Einfluss von sich ausdehnenden Gasen oder Dämpfen zwischen zwei gleichlaufenden, aussen ver- bundenen Laufrädern durch einen innerhalb der Laufräder angeordneten Leitring hin und her pendelt, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Leitringwelle als auch die die Laufräder tragenden Wellen- enden für sich in stillstehenden, ausserhalb der Laufräder leicht zugänglich untergebrachten Lagern gelagert sind.