<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Einrichtung zum Betrieb einer Verbrennungsturbine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb einer Verbrennungsturbine mit Verbrennungsgasen, deren Temperaturen wesentlich über den im Hinblick auf das Schaufelmaterial zulässigen Werten liegen. Hiezu hat man bereits vorgeschlagen, die Verbrennungsgase vor
EMI1.1
wenn sie vorher auf einen unter der Atmosphäre liegenden Druck expandiert sind und eine diesem Druckgefälle entsprechende Geschwindigkeit erlangt haben.
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass durch die Abkühlung der Verbrennungsgase nach ihrer Expansion und nach Erreichung der entsprechenden grösstmöglichen Geschwindigkeit ihre kinetische Energie nicht vermindert wird, wie dies bei der Abkühlung vor der Expansion der Fall wäre.
Die Abkühlung der Verbrennungsgase kann nach verschiedenen, an sich bekannten Methoden, z. B. mittels eines Wassermantels, erfolgen. Am wirksamsten ist die Abkühlung durch Einspritzen von Wasser in den Strom der Verbrennungsgase. Es wurde bereits vorgeschlagen, Wasser in die Veribrennungsgase vor dem Eintritt in die Turbine oder hinter der Turbine einzuspritzen. Siehe z. B. die Veröffentlichung Aerothermopressor" von A.
H. Shapira (Akroyd Stuart Memorial Lectures, 1956, oder The Engineer vom 18.5. 1956). Hier erfolgt jedoch das Einspritzen von Wasser zum Zwecke der Erhöhung des Druckes der Verbrennungsgase. Zum Unterschied von diesem bekannten Vorschlag verfolgt das erfindungsgemässe Verfahren den Zweck, dass trotz der hohen Temperaturen der aus der Verbrennungskammer austretenden Verbrennungsgase die Turbinenschaufeln von bereits gekühlten Verbrennungsgasen bei ungeminderter kinetischer Energie beaufschlagt werden.
Die Zeichnung erläutert in den Fig. 1 und 2 das erfindungsgemässe Verfahren an Hand von zwei Ausführungsbeispielen erfindungsgemässer Anlagen, von denen die erste für Geschwindigkeiten der Verbrennungsgase bestimmt ist, die kleiner sind als die Schallgeschwindigkeit, während die zweite Anlage auch für Überschallgeschwindigkeiten der Verbrennungsgase geeignet ist.
Fig. 3 zeigt beispielsweise ein TS-Diagramm, das die Vorteile der Kreisprozesse gemäss der vor-
EMI1.2
Material bestehen, das hohen Temperaturen widersteht. In der Kammer 3 wird die Luft durch die Verbrennung auf eine für die Turbinenschaufeln unzulässig hohe Temperatur erhitzt, z. B. auf 10000 C.
Die Temperatur der Verbrennungsgase beträgt bei den üblichen Turbinen zirka 700 C, wie ver- gleichsweise der Kreisprozess ABCDE im TS-Dia-
EMI1.3
pansion von der Turbine auf 650 C durch die Linie CD, während die Expansion in der Turbine auf 4000 C durch die Linie DE angedeutet ist.
Gemäss der Erfindung wird jedoch bei der gleichen Kompression AB die Erhitzung BF in der Verbrennungskammer 3 auf eine höhere Temperatur gewählt, z. B. auf 1000 C. Die aus der Verbrennungskammer 3 austretenden Verbrennungsgase expandieren in Düsen 4 auf einen Druck, der niedriger ist als der atmosphärische Druck (z. B. auf 0, 5 at), wobei sich ihre Temperatur auf zirka 600 C vermindert. Hiebei nehmen sie eine bedeutende Geschwindigkeit an. Diese Expansion ist
EMI1.4
sie heftig abgekühlt werden.
Diese Abkühlung erfolgt mittels der Wassermäntel 6. und 7, deren Wände aus einem porösen Material bestehen, kön- nen und ausserdem wird in die Verbrennungsgase aus den Düsen 8 Wasser gespritzt. Die Düsen 8 sind noch vor den Düsen 4 angeordnet, jedoch verdampfen die Wasserstrahlen wirksam erst in den Kanälen S, welche verhältnismässig lang sind. Dadurch werden die Verbrennungsgase beträchtlich
EMI1.5
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
C,sphärische Druck. Es ist vorteilhaft, auch den Diffusor 10, ähnlich wie die Kanäle 5, mittels eines Wassermantels . ! bzw. durch Einspritzen von Wasser aus den Düsen 12 zu kühlen.
Im TS-Diagramm ist dieser Vorgang durch die Linie HK1 ibzw. HK oder HK ; entsprechend dem Grad der Abkühlung (d. i. auf die Endtemperatur 4000 C, 4800 C oder 550'C) dargestellt.
In der gleichen Fig. 1 ist im linken unteren
EMI2.2
grosser Geschwindigkeit fliessen, ungefähr um soviel, als es der Schrumpfung des Inhaltes infolge der Abkühlung entspricht. Der Diffusor 10'ist so- dann bereits vor dem Eintritt in das Turbinenrad 9 angeordnet, so dass die Verbrennungsgase mindestens einen Druck annehmen, der zur Überwin- dung des Turbinenwiderstandes und des Widerstandes beim Austritt in die Atmosphäre genügt.
EMI2.3
erhitzer 2. Aus dem Verbrennungsraum 3 treten die VeI1brennungsgase in eine Düse, z. B. die Lavaldüse 4a, in der sie unter den atmosphärischen
Druck expandieren und eine Geschwindigkeit annehmen, die auch grösser als die der örtlichen Temperatur entsprechende Schallgeschwindigkeit sein kann.
Im Kanal 5a, welcher durch den Was- sermantel 6 und durch Einspritzen von Wasser aus der Düse 12 gekühlt wird, werden die Verbrennungsgase auf eine solche Temperatur abge- kühlt, dass sie die Schaufeln des Turbinenrades 9
EMI2.4
können,Überschallgeschwindigkeit bedeutende Verluste bewirken wurde. Die Schaufeln, auf welche der Strom der Verbrennungsgase mit einer relativen Geschwindigkeit stösst, welche kleiner als die Schallgeschwindigkeit ist, werden von dem Strahl auf einem verhältnismässig langen Teil des Tuainenradumfanges beaufschlagt. Auch mehrere solche Strahlen können längs des Umfanges angeordnet werden, wie es die Muffen 15a, 15b und 15c in Fig. 2 andeuten.
Die Verbrennungsgase verlassen das Turbinenrad durch die Muffe 13 und werden von dort durch die Rohrleitung M dem Lufterhitzer 2 zu- geführt. In diesem Fall hat der Kühlkanal 5a eine solche Form, dass in ihm ein bestimmter kleiner Geschwindigkeitsteil der Verbrennungsgase in Druck verwandelt wird, der etwas höher ist als der atmosphärische Druck ; oder es hat der Kanal Sa eine solche Form, dass die in die Turbine 9 eintretenden Verbrennungsgase noch einen Unterdruck haben und erst durch das Turbinenrad oder einen besonderen (in Fig. 2 nicht dargestellten) Kompressor auf den atmosphärischen oder einen
EMI2.5
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsturbine mit Verbrennungsgasen, deren Temperaturen wesentlich über den im Hinblick auf das Schaufelmaterial zulässigen Werten liegen und die vor Eintritt in die Turbine auf zulässige Werte gekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Gase erst einsetzt, wenn sie vorher auf einen unter der Atmosphäre liegenden Druck expandiert sind und eine diesem Druckgefälle ent- sprechende Geschwindigkeit erlangt haben.