Gasturbine. Die Ausnutzung von hocherhitzten Ver brennungsgasen in Turbinen mit Schaufel rädern scheiterte bisher daran, dass kein Baustoff vorhanden ist, woraus Turbinen schaufeln hergestellt werden können, welche bei Temperaturen von 1000 C und höher widerstandsfähig sind. Anderseits hat sich die Brennkraftmaschine als Kolbenmaschine gut bewährt. Die Widerstandsfähigkeit der Kolbenmaschine gegen hohe Gastemperatu ren ist zu einem grossen Teil ihrer robusten Bauart zuzuschreiben. Gelingt es, .eine Gas turbine ohne die empfindlichen Schaufeln zu bauen, so nähert sie sich in ihrer Wider- 4andsfähi9keit der Kolbenmaschine und wird zum Betriebe mit Verbrennungsgasen geeignet.
Eine Turbine, in welcher das Treibmit tel allein durch Rückstoss während der Ex- pansion die umlaufenden Räder in Bewe gung versetzt (Reaktionsgrad = 1), kann ohne Schaufeln ausgeführt werden. Eine solche bekannte Turbine zeigt schematisch die Fig. 1 beiliegender Zeichnung. Deren Vorbild ist das bekannte Segnexsche Was serrad. Diese Turbine besteht in der Haupt sache aus einem umlaufenden Rohr 1, das an seinen Enden die Düsen 2 trägt.
Bei spielsweise wird ein durch die hohle Welle 3 zugeführtes, brennbares Gasgemisch bei der radial gerichteten Strömung durch das umlaufende Rohr infolge der Fliehkraft verdichtet, dann gezündet und durch die Düsen 2 ausgestossen. Beim Ausströmen üben die Gase einen Rückdruck auf die Düsen 2 und das umlaufende Rohr 1 aus, wodurch die Turbine angetrieben wird.
Der Wärmenutzungsgrad einer solchen Turbine ist bekanntlich sehr klein, weil :das Treibmittel das umlaufende Rohr mit grosser Geschwindigkeit verlässt, welche ein erheb liches Vielfaches. der Umlaufsgeschwindig- keit ist, mit der die Turbine wirklich betrie ben werden kann. Die im Treibmittel unmit telbar, vor der Expansion enthaltene Wärme bleibt grösstenteils, als kinetische Energie im expandierten Treibmittel enthalten; nur ein kleiner Bruchteil der Wärme wird als mechanische Arbeit an die Turbinenwelle ab gegeben. In dieser Form ist daher eine Gas turbine nicht brauchbar.
Auch Unterteilung der Expansion des Treibmittels in mehrere Stufen, wobei die Reaktionsrohre in geschlossenen Kammern umlaufen, verbessert,die Wärmenutzung nur dann, wenn Vorkehrungen getroffen sind; welche die Geschwindigkeit des die Düsen verlassenden Treibmittels zwecks Arbeits leistung ausnutzen. Diese Aufgabe wurde bei der Entwicklung der Dampfturbine da- .durch gelöst, dass zwischen den Reaktions rohren aufeinander folgender Stufen umlau fende .Schaufelräder mit entgegengesetztem Drehsinn zur Anwendung kamen.
Der Dampf wurde dann an diesen Schaufeln um gelenkt und seine Geschwindigkeit zur Ar beitsleistung ausgenützt. Am Ende dieses Entwicklungsganges steht heute die be kannte Gegenlaufturbine.
Vorliegende Erfindung, die eine Gastür-* bine betrifft, soll die angeführten Nachteile vermeiden. Erfindungsgemäss wird zwischen einer Expansion und der nachfolgenden die Gasgeschwindigkeit durch Wirbelung in Wärme rückverwandelt und gleichzeitig Wärme von den Gasen an ein zugeführtes Treibmittel übergeführt, das dazu bestimmt ist, in einer Wärmekraftmaschine Arbeit zu leisten.
Die Erfindung ermöglicht die Anwen dung robuster Bauteile, welche auch bei hoher Gastemperatur widerstandsfähig sind.
Die Fig. 2; bis 4 der Zeichnung betref fen Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes, und zwar Fig. 2 und 4 eine Gasturbine .im Schnitt mit radialer Aufein anderfolge der verschiedenen Expansions stufen, während bei der in Fig. 3 im Schnitt dargestellten Turbine :die Stufen in axialer Richtung aufeinander folgen.
Nach Fig. 2. sitzt auf einer Welle 4 eine Trommel 5, welche in Kammern 6 unterteilt ist. Von einer Kammer zur nächstfolgenden führen Düsen 7, deren Axen tangential zur Umlaufrichtung stehen. Bei 8 wird Luft an gesaugt, die im Verdichter 9 zunächst auf höheren Druck verdichtet wird. Nach dem Verdichter führt man durch eine Öffnung 10 im Turbinengehäuse 11 den Brennstoff zu. Das explosible Gemisch gelangt in den Zünd- raum 12, wo es an nicht dargestellten Zünd vorrichtungen entzündet wird und verbrennt.
Die Verbrennungsgase strömen durch die Düsen 7 in die Kammern 6. Die Kammern sind ringförmig. Die Anordnung der Düsen 7 in den Kammern 6 verdeutlicht die Fig. 4., welche einen Schnitt senkrecht auf die Tur binenaxe und durch die Düsenmitte,darstellt. Beim Durchströmen durch die Düsen wird die in den Verbrennungsgasen enthaltene Wärme in kinetische Energie umgesetzt, und die Gase werden beschleunigt. Während der Beschleunigung entsteht ein Rückdruck auf die Düsen und die Trommel, so,dass diese in Umlauf versetzt wird.
In den Kammern 6 stossen die Gase an Rippen 24, welche in die Kammern 6 hineinreichen und mit dem Ge häuse 11 fest verbunden sind. Dadurch wird die kinetische Energie der Gase durch Wir- belung in Wärme rückverwandelt. Die Kam mern 6, sind einseitig mit nur dünnen Wän den ausgeführt, welche auch die Kammern 13 im Gehäuse 11 begrenzen.
Durch die Öffnungen 14 im Gehäuse 11 wird das Treib mittel einer andern Wärmekraftmaschine, beispielsweise Wasserdampf, in die Kam mern 13 geführt, wo es von den Gasen Wärme aufnimmt, welche durch die dünnen Wände der Kammern hindurchtritt; das Treibmittel der zugeschalteten Maschine tritt jeweils wärmer durch die Öffnungen 15 wie der aus dem Gehäuse aus und kann von da weg dieser Maschine zwecks Arbeitsleistung wieder zugeführt werden. Bei 16 treten die entspannten und abgekühlten Gase aus der Turbine aus.
Die beschriebene Turbine weist keine feinen Schaufeln auf und ist .daher bei hohen Temperaturen des Treibmittels ebenso wider standsfähig wie eine Kolbenmaschine. Die in den Gasen nach dem Austritt aus einer Düse enthaltene kinetische Energie ist nicht verloren, sondern wird grösstenteils vermit telst des Treibmittels der zweiten Maschine ausgenützt. Die Gase arbeiten ausserdem in mehreren Stufen, wodurch kleine Geschwin digkeiten möglich sind. Infolge der Wärme ableitung von den Gasen ist die Temperatur abnahme von Stufe zu Stufe eine rasche, so dass nur ein kleiner Teil der Maschine wirk lich hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
Wei ter besteht die Möglichkeit, .die umlaufende Trommel 5 mit Wasserkühlung auszurüsten, wodurch ein Glühen der umlaufenden Teile sicher verhindert werden kann.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die hauptsächlichsten Teile der Gastur bine wiederum die Welle 4, die Trommel 5 mit Kammern 17 und das Gehäuse 11. Bei 8 wird das von einem Verdichter (nicht ge zeichnet) kommende, brennbare Gasgemisch zugeführt; es gelangt in die Kammer 19, wo es gezündet wird. Die Verbrennungsgase durchströmen dann die Düsen 7 und Kam mern 17 in der beim Beispiel Fig. 2 be schriebenen Weise und verlassen die Turbine bei 16. An den Stellen 20 wird,der Turbine Wasserdampf zugeführt. Dieser durchströmt die Kammern 18. Von den Kammern 17 fin det nach den Kammern 18 hin ein Wärme übergang statt; während die Verbrennungs gase gekühlt werden, nimmt der Wasser dampf Wärme auf.
An den Stellen 21 ver- lässt der Wasserdampf die Turbine und ist dann noch in einer nachgeschalteten Dampf maschine auszunützen. Um diejenigen um laufenden Teile der Maschine, welche mit den heissesten Verbrennungsgasen in Berüh rung kommen gegen ein Erglühen zu schüt zen, wird bei 22 Wasser durch die hohle Welle zugeführt; das erwärmte Kühlwasser tritt bei 23 wieder aus.