Verfahren zum Betreiben von Turbinen. Es ist bekannt, Turbinen in der Weise zu betreiben, dass man gegen ihre Radschaufeln aus einer Düse ein Gemisch von .feinen Wassertröpfchen und Wasserdampf, einen sogenannten "Dampfwa,ss'ernebel" strömen lässt, welcher durch Expansion von unter Druck stehendem heissem Wasser in dieser Düse gewonnen wurde. Dieses heisse Nasser kann man einem Dampfkessel oder Wasser kessel entnehmen. Dies geschah bei dem be kannten Verfahren mit dem Druck, welcher rlem Siededruck bei derjenigen Temperatur, welche das Wasser im Kessel hatte, ent spricht.
Es hat sich nun herausgestellt, dass dieses bekannte Verfahren mit verschiedenen 1VIän- geln behaftet ist. Es ergibt sich, dass man, um zu erreichen, :dass die Kontinuität des Strahls gewahrt bleibt, und er sich nicht un ter Wirbelbildung von der Düsenwandung ablöst, Düsenformen anwenden muss, welche ganz verschieden sind, wenn sich Druck oder Temperatur zum Beispiel durch Verluste in der Zuleitung zur Düse auch nur um kleine Beträge ändern.
Bei einem Druck von 50 Atmosphären; zum Beispiel erweist es sich als notwendig, wenn die Temperatur genau diesem Druck entspricht, das heisst wenn kein Wärmeverlust in der Zuleitung einge treten ist, eine Düse anzuwenden, welche eine sehr starke Einschnürung zwischen der Ein tritts- und Austrittsöffnung hat. Besteht da.- gegen eine .Abkühlung von nur 3 C in der Zuleitung, so wäre eine Einsehnürung der Düse nicht mehr nötig, sondern auch eine solche Düse, welche sich von der Eintritts öffnung bis zur Austrittsöffnung stetig er weitert, würde einen wirbelfreien Durchtritt des - Dampfwasserstrahls erlauben.
Die Erfindung besteht darin, dass Turbi nen mit einem Dampfwassernebel der oben erwähnten Art in der Weise betrieben wer den, dass man von vornherein in dem Wasser erhitzer den Druck mindestens 10 /o höher hält, als dem Siededruck bei der im Wasser erhitzer bestehenden Temperatur entspricht.
Durch den Überdruck wird bewirkt, da.ss bei Schwankungen der Temperatur oder des Druckes oder der Leistung, wie solche Schwankungen im normalen Betrieb etwa auftreten, stets die Ausströmung des Strahls in wirbelfreier, das heisst in wirtschaftlicher Weise vor sich geht, auch ohne dass es nötig ist, die Düsenform zu ändern, was praktisch nur sehr schwer durchführbar wäre.
In der Zeichnung sind die F'ig. 1 und 2 Diagramme von Düsenquerschnitten bei 50 bezw. 200 Atm. Siededruck; Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel einer Turbinenanlage, die nach dem Ver fahren der Erfindung betrieben werden bann; Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie III-III in Fib. 3.
In dem Diagramm der Fig. 1 sind auf der Abszissenachse die Werte der Siede drücke von 0 bis 50 Atm. aufgetragen und auf der Ordinatenachse die Düsenquer schnitte, gemessen in cm' und für 1 kg Was ser pro Sekunde.
Die aus dem Diagramm ersichtlichen Kurven zeigen die hydrodyna misch richtigen Werte der Querschnitts flächen der Düsen, welche für einen Siede druck von 50 Atm. bezw. für eine diesem Siededruck entsprechende Temperatur von ?63 C bestimmt sind, für die verschiedenen Überdrücke im Wassererhitzer über dem Siededruck, und zwar gilt die oberste Kurve cr für einen Überdruck von 0 Atm., die Kurve b für einen solchen von 1 Atm., die Kurve c für einen solchen von 2 Atm.,
die Kurve d für einen solchen von 5 Attn.. die Kurve e für einen Überdruck von 10 Atm. und die Kurve f für einen Überdruck von <B><U>20</U></B> Atm.
In der Fig. 2 ist ein Siededruck von 200 Atm. zugrunde gelegt entsprechend einer Temperatur von 310 C. Das Querschnitts mass an der Ordinatenachse ist dasselbe wie in Fig. 1, nämlich cm' für 1 kg pro Sekunde.
Von den in Fig. 2 eingezeichneten Kurven gilt die oberste Kurve a.' für einen Überdruck von 0 Atm. im Wassererhitzer über dem Siededruck, die Kurve b' für einen Über druck von 1 Atm., die Kurve c in diesem Falle für einen Überdruck von 10 Atm., die Kurve d' für einen solchen von 20 Atm.,
die Kurve e für einen solchen von 40 Atm. und die Kurve f' für einen Überdruck von 100 Atm. In beulen Figuren deutet der einge zeichnete Pfeil die Eintrittsrichtung des hocherhitzten Druckwassers in die Düse an. Wie aus beiden Diagrammen ersichtlich, wird, wie die obersten Kurven a und<I>ä</I> zei gen, das heisst dann, wenn kein Überdruck vorhanden ist, sondern das Wasser mit dem Siededruck selbst in die Düse eintritt, die Düsenform theoretisch am Eintrittsende un endlich gross, wie sich aus dem steilen An stieg der obersten Kurve an diesem Ende der Düse ergibt.
Die darunter liegenden Querschnittskurven für wachsenden Über druck, das heisst für eine wachsende Differenz zwischen dem Siededruck und dem am Ein trittsende der Düse herrschenden Druck, las sen erkennen, dass, wenn der Wasserdruclz am Eintrittsende der Düse um mehr a15 etwa 10% über dem Siededruck liegt, eine weitere Erhöhung des Druckes selbst in recht weiten Grenzen nur noch geringe, praktisch zu ver nachlässigende Änderungen der Düsenform erforderlich macht.
Es ist ersichtlich, dass beispielsweise der Düsenquerschnitt gemäss der Kurve f in Fig. 1 für 50 Atm. Siededruck und 20 Atm. Über druck angenähert derselbe ist, wie der Düsen querschnitt gemäss der Kurve e in Fig. 2 für 200 Atm. Siededruck und 40 Atm. Über druck, nämlich 0,25 cm\ für 1 kg Wasser pro Sekunde; darnach ist also. dieselbe Düse brauchbar für Siededrücke von 50 bis 200 Atm. und auch noch über diese Grenze hinaus, unter Umständen bis über den kritischen Siededruck von 225 Atm. hinaus.
Ist die Speisewasserzufuhr konstant, wird sie zum Beispiel durch eine Kolbenpumpe mit konstanter Umdrehungszahl bewirkt, und ist für eine beliebige Wärmezufuhr, zum Bei spiel eine solche, welche dem Siededruck von 50 Atm. entspricht, die Düse so beschaffen, dass sieh an ihr ein nicht zu kleiner Über druck ausbildet, beispielsweise 20 Atm., so bildet sich bei erhöhter @NTärmezufuhr, z. B. einem Siededruck von 200 Atm. entsprechend, ein erhöhter Überdruck, im Falle des Bei spiels ein solcher von 40 Atm. automatisch aus.
Für einen gewissen Bereich der Schwan kungen von Temperatur und Druck- genügt es, um in der Düse ohne Änderung ihrer Form trotz dieser Schwankungen eine an genähert gleich günstige Wirkung zu be kommen, dass, ohne Rücksicht auf die Tem peratur, der Druck im Wassererhitzer gleich mässig höher als der kritische Druck von \Nasser, das heisst 225 Atmosphären, gehal ten wird, beispielsweise auf 250 Atm.
Weiter besteht bei dem neuen Verfahren der wichtige Vorteil, dass man sicher ist, dass auch bei erheblichen Schwankungen, sei es der Beheizung, sei es der Leistungsentnahme, niemals Dampf im Wassererhitzer entstehen kann. Dadurch entfällt die Gefahr des Ver brennens von Kesselflächen und die Notwen digkeit der Anwendung von Wasserstands anzeigern, die bekanntlich für hohe Drücke Schwierigkeiten bereiten. Hierdurch ergibt sich eine Ersparnis und eine Vereinfachung gegenüber einem Dampfkessel.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung kann durch eine Veränderung der Speise- wa.sserzufuhr in Verbindung mit einer Ände rung der Brennstoffzufuhr eine Regulierung der Leistung der Turbine erfolgen. Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Dampf kraftanlage mit einer nach dem Verfahren gemäss der Erfindung betriebenen Dampf wassernebelturbine. 1 ist ein Wassererhitzer, mit einem in irgendeiner Weise beheizten ge schlossenen Drucksystem; nach dem gezeich neten Beispiel besteht dieses geschlossene Drucksystem aus einer durch einen regelbaren Ölbrenner 3 beheizten Rohrschlange 2, durch welche mittelst einer Pumpe 4 Wasser getrie ben wird.
Hierbei wird dieses Wasser, wel ches vorteilhaft im Gegenstrom zu den Reiz gasen strömt, auf einen hohen Druck ge bracht, und zwar auf einen solchen, der um mindestens 10% höher liegt als der Siede druck, das heisst der Druck, bei welchem das Nasser bei der im Erhitzer herrschenden Temperatur sieden würde.
Mit diesem erhöh ten Druck tritt das Wasser in einen Vertei- lungsring 5 der Turbine 'und aus diesem mittelst Verbindungsstutzen 6 in zwei Düsen 7, aus deren Mündung es gegen das mit Schaufeln versehene Laufrad 8 strömt. In den Düsen verwandelt sich das hocherhitzte Wasser in einen Dampfwassernebel und ent spannt sich bis angenähert auf den Druck in dem Raum 9 des Turbinengehäuses.
ln die sem Raum 9 des Turbinengehäuses trennt sich der grösste Teil der Wasserteilchen von den Dampfteilchen des Nebels und dieses Wasser wird durch eine Leitung 10 der Speisepumpe 4 wieder zugeführt. Der ausgeschiedene Dampf gelangt in einen-Kondensator 11 und, nachdem er dort niedergeschlagen ist, gelangt das Kondenswasser durch eine Leitung 12 ebenfalls zur Speisepumpe 4.
In die zu der Rohrschlange 2 des Wassererhitzers 1 füh rende Speisepumpenleitung 13 ist ein Wind kessel 14 eingeschaltet, in welchem das Was ser und das darüber befindliche Luftkissen unter gleichem oder höherem Druck stehen wie das erhitzte Wasser in der Rohrschlange 2, je nach der Einstellung des zwischen Windkessel und Rohrschlange angeordneten Regelventils 15. In Fig. 4 sind die Düsen 7 im ,Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 3 ersichtlich. Jede Düse ist als spiralförmige Nute in das Gehäuse eingearbeitet und durch eine keil förmige Platte 16 abgedeckt, und zwar ist jede Düse zwischen ihrer Eintrittsöffnung und Austrittsöffnung an der Stelle 17 stark eingeschnürt.
Durch diese Einschnürung wird dem Verhältnis zwischen Geschwindigkeit. und Volumen im Verlauf der Strömung des Dampfwassernebels durch die Düse Rech nung getragen.
Die dargestellte Dampfkraftanlage ist nur eine beispielsweise Ausführungsform, bei welcher die Turbine qls Kondensationstur bine arbeitet. Arbeitet sie als Auspufftur bine oder Gegendruckturbine, so erfolgt die Expansion des Dampfwasserhebels in den Düsen naturgemäss nicht bis zu dem Konden- satordruck, sondern bis zum Druck der Aussenluft bezw, einem höheren Gegendruck.