Turbine. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Turbine zur Entspannung von Treibmitteln verschiedenen Druckes, die dadurch gekenn- zeiehnet ist, dass die Treihmittel in getrenn ten Strömen zu den Turbinenstufen geleitet werden und dass mindestens die erste, vom Trüibmittel höchisten Druckes durühströmte Stufe mit geringerem Reaktionsgrad arbeitet als die, vom Treibmittel geringsten Druckes duro,hstr#>mte Stufe.
Die Erfindung !gründet sieh auf die be- 'kannte Tatsache, dass bei der Ausnutzung ein und desselben Wärmegefälles Laufschaufeln einer Gleichdruckstufe eine viel geringere Umfangsges.chwindigkeit erfordern als Lauf schaufeln einertberdruckstufe. Wenn daher eine Druckstufe, duro,11 die Mittel höheren Druckes strömen soll, als Gleiehdru#ekstuie ausgebildet wird und eine Drucketufe für das lZiederdruckmittel. als Tiberdruekst-afe,
kann man sowohl für die mit dem Hochdruckmittel betriebene als auch für die mit dem Nieder druckmittel betriebene Turbinenstufe einen guten Wirkungsgrad erhalten.
Durch -die Erfindung lässt sieh bei geeig neter Gestaltung eine so, ra;s,cliü und grosse Senkung des Druckes des Hochdruckmittels herbeiführen, dass dieses beispielsweise be reits nach dem Durühströmen einer einzigen Druakstufe den gleiehen Druck wie das Nie- derdruekmittel aufweist.
Wenn man den Laufkliaufeln einer Gleichdruckotufe für Iloelld-ruckmittel eine grössere Umfangsge- schwindigkeit gibt als den Laufschaufeln elner Überdruckstufe für Niederdruck-,mittel, kann bei entsprechenden Druckverhältnissen die Entspannung bis zu einem gewissen End- druck für beide Mittel in der gleich-en Anzahl von Stufenerfolgen.
Dies ergibt die Mögli--h- keiteinfacher Bauarten, da, die verschiedenen Mittel in konzentrischen Strömen durch auf dem -gleichen Turbinenrad angeordnete Schaufelkränze ueleitet werden können.
Unter gewissen Verhäftnissen kann es zweckmässig sein, für das Hochdruckmittel eine zusätzhühe erste Entspannungsstufe der Gleichdruakbauart vorzusehen.
Dadurch kön nen die Laufechaufeln der CTleiühd.ru-okstufe eine geringere Umfangsgeschwindigkeit er halten als die Laufechaufeln ein-er Über druckstufe für das Ni-ederdruekmittel, wobei das Hochdruekmittel, naeh dem Austritt aus der Gleichdruckstufe im wesentlichen den gleichen Druck haben kann wie das Nieder druckmittel.
Bei grossen Druckuntersthieden zwiss,chen den verschiedenen Mitteln können natürlich zwei oder mel-irere zusätzliche Stu fen für das Hochdruckmittel vorgesehen wer den.
Falls die Turbine durch Abgase einer Brennkraftmasehine betrieben werden soll, die bei verschiedenen Drücken entnommen werden, liegt noch ein anderer Grund da-zu vor, den Teil der Turbine, der vom Nieder- druckgas durchströmt werden soll, als. Über druckstufe auszubilden.
Wenn die Belastung- der Brennkraftmaseliine stliwankt, ändert sich nämlich das Wärmiegefälle des Nieder- druckgasses verhältnismässig viel otärker al,9 dasjenige des Hochdruckgases. Eine Über- dru,sskstuie ist für eine derartige Änderung -#veni!,
o"er empfindlich als eine Gleichdruck- stufe. Der Wirkungsgra4 der Überdruckstufe wird daher durch Änderungen in der B#e- lastung der Brennkraftmaschine fast nicht beeinflusst.
In den beiliegenden Zeichnungen 6ind ,einige Ausführungsbeispiele,einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Turbine dargestellt, die mit- Abgasen zweier verschiedener Drücke einer Brennkraftmaschine -betrieben wird.
Fig. <B>1</B> ist ein Axialschnitt durch das erste Aur,fü'hrung,sbei-s-piel.
Fig. <B>2</B> und <B>3.</B> sind S#ssh#nit-te durch die Leit- schaufeln und die Laufschaufeln nach den Linien II-II bezw. III-III in Fig. <B>1..</B>
Fig. 4 zeigteinen Axialschnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel, und Fig. <B>5</B> und<B>6</B> sind Schnitte durch die Leit- schaufeln und die Laufschaufeln nach der Linie V-V bezw. VI-VI in Fig. 4.
In Fig. <B>1</B> ist der Einlass für die Abgase höheren Druük.Es, oder IIo#ehd-ru#ckgaee mit<B>1</B> und der Einlass für das Niederdrueb,gas mit 2 bezeichnet. Durch eine Trennwand<B>3</B> wer den eine äussere Einlasskammer 4 für das Uochdruckgas undeineinnere Einlasskammer <B>5</B> für das Niederdruckgas gebildet.
Die Zu- etrömung der Gase zum Turbinenläufer<B>6</B> erfolgt durch Leitschaufeln <B>7</B> und<B>8,</B> die in zur Läuferwelle<B>9</B> konzentrie-chen, in der Cleichen Ebene liegenden Ringen angebraclit ,sind. Der Läufer ist ente-prechend den beiden Leit#schaufelkränzen <B>7</B> und<B>8</B> mit zwei konzen trischen Laufseha.ufelkränzen <B><U>10</U></B> und<B>11</B> ver- -eben-, die durch eine Zwischenwand 12 von einander getrennt sind.
Der Turbinenauslass ist mit<B>13</B> bezeichnet.
Wie, aus den Fig. 2 und<B>3</B> ersichtlich, die Schnitte durch die Schaufelung der beiden Systeme zeigen, besitzen die Laufseha.uf eln 14 im äussern Kranz<B>10</B> für das Hochdruck- ,ülas Gleic'hdru-ake-ahaufel-profile, während die Laufschaufeln<B>15</B> im innern Kranz<B>1.1</B> für das Niederdruükgas"Gberdrueks--Iia#ufelprofile besitzen.
Dadurch, da3 die Gleichdruckstufe im äussern Kranz mit dem grösseren Durchmesser liegt, besitzen die Laufschaufeln der Gleich- drutkstufe eine grössere Umfangsgeschwin digkeit; als die Laufsehaufeln der Überdruck stufe, wobei die Umfangsgescliwindigkeiten solche Werte haben, dass gute Wirku%gsgrade sowohl für die Gleichdruckstufe wie auch für die Überdruckotufe, erhalten werden können.
Mit Rücksicht auf Undiehtigkeitsverluste und den Wirkungsgrad der Dru-el-,stufe für das Hochdruckmittel ist es vorteilhaft, diese Druelt-3stufe mit etwas Überdruck arbeiten zu lassen. Dieser wird zweckmässig so gross ge wählt, dass der Druck im Zwischenraum<B>16</B> zwisehen den Leit- und den Laufs-ehaufelii für die beide Drueks#-tufen ungefähr gleich gross ist.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ein-er Turbine zum Betrieb mit Gamsen verschiedenen Druck-es und mit konzentrisahen Einlässen für das Hochdruck- und Niederdruck--as ist in Flg. 4 dargestellt.
Hier bezeichnet<B>17</B> den Einlass für das Niederdruckgas und<B>18</B> den Einlass fürdas Hochdrupkgas. Die Zwischen wand<B>19</B> trennt die Einlässe voneinander, so dass in ähnlicher Weise wie beim Ausfüh- run_7#sbeis-piel nach Fig. <B>1</B> zwei Einlasskam- mern 20 und 21 gebildet werden.
Hier liegt jedoch die. Einlasska-mmer 20, fürdas Nieder- druckgas ausserhalb der Einla.3kammer 21 für das Haabdruckgas.
Das Hoahdruckgas strömt zunächst durch ein Düsensyetem 22, darauf durch einen Laufschaufelkranz <B>23</B> und einen Leitsohau- fei.kranz 24 sowie schliesslich durch einen weiteren Laufschaufelkranz 2,5, der gemein sam für das HocIdruckgas und. das Nieder- z#eordnet ist. Das, Niederdrupkgas druckgas ane wird dem genannten Schaufelkranz<B>25</B> durch ein Düsensystem<B>26</B> zugeführt.
Der Turbi- nenausslass ist mit<B>27</B> bezeichnet.
Wie aus den Fig. <B>5</B> und<B>6</B> ersichtlich, be sitzen die La.ufschaufeln im Schaufelkranz <B>2-3</B> Glei-chdriiel-,s#chaufelprofile unil diejenigen im Sehaufelkranz <B>25</B> Überdruckschaufelpro- file. Das Hochdruekgas strömt also ausser durch eine Gleichdruckstufe au-eh durch eine, -Cherdruckstufe. Hierbei wird das Wärmege fälle so auf die Gleiehdruck- und Überdruck stufe verteilt,
dass der CTasdruek im Spalt<B>28</B> vor dem für Hochdruck- und Nie-clerdr-Ltek- ,las gemeinsamen Laufkhaufelkranz <B>25</B> un- L e 1. fähr auf der ganzen Sühaufellänige gleich ist.
Da das lIo#dhdrue'kgas durch zwei Druck- .stufen strömt, von denen. die erste Stufe, eine Gleidhdruckstufe ist, während da.s Nieder- dru,ekga,s nur eine Stufe, und zwar eine Über druckstufe, durchströmt, lassen sich die Um fangsgeschwindigkeiten für die Liaufschau- feln so wählen,
dass gute Wirkungsgradeso- wohl in dem vom Niederdruükgas durüh- strömten wie auch in dem vom Hochdruckgas durohströmten Turbinenteil erhalten werden.
Die Erfindung ist naturgemäss nicht auf die beschriebenen und in den Zeiehnungen dargestellten Ausführungsbeispiele<B>-</B> be schränkt, sondern kann hinsichtlich der Ein zelheiten abgeändert werden. Die Erfindung ist beispielsweise nieht auf eine Turbine für nur zwei Mittel verschiedenen Druckes be schränkt, sondern umfasst auch Turbinen für .mehr als zwei Mittel, die verschiedene Drücke haben und für die zum Beispiel konzentrische Einlässe zum Turbinenläufer angeordnet sind.
Der Unterschied zwischen den Di-iieli:- messern der verschiedenen Schaufel-kränze kann grösser sein als in den gegebenen Bei spielen, um die Umfangsgesthwindigkeit der Schaufeln den verschiedenen Mitteln anzu passen. Es können mehr als zwei axial hin tereinander angeordnete Stufen angeordnet werden, und der gleiche Laufsehaufelkranz kann mehr als zwei konzentriechen Leitschau- fel-kränzen gemeinsam sein.
Falls mehr als zwei konzentriseh-e Schaufelkrän7e verwen det werden und der äusserste Kranz als Gleichdruckstufe und der innerste Kranz als Überdrutketufe, ausgebildet ist, können die auf den dazwisehenli-egenden Kränzen ange ordneten Stufen ebenfalls Überdrückstufen ,s"-in, welche jedoch zweehmässig mit gerin- en gerem Reaktionsgrad arbeiten als die Über druckstufe auf dem innersten Kranz.
Oben sind nur Ausführungsbeispiele von Turbinen gemäss der Erfindung besohrieben, die als Axialturbinen ausgebildet sind. Die Erfindune- kann jedoch ohne weiteres auch bei Radialturbinen Anwendung finden.
Hier bei erfolgt die Anpas-sung der Schaufelung an die verschiedenen Mittel vorzugsweise durch Anordnung einer verschieden aTossen Anzahl von Stufen, wobei aber ebenfall-s mindestens die erste, vom Treibmittel höch sten Druckes durchströmte Stufe mit gerin- gerem Reaktionsgrad arbeitet als die vom Treibmittel geringsten Druckes durehetrömte el Stufe.
Die Turbine gemäss der Erfindung kann KIliesslieli auch als gegenläufige Radial- turbine ausgebildet sein, das heisst mit ent gegen der Drehrichtung der Laufschaufel- k# kränze umlaufenden Leitsehaufelkränzen, wodurch die Schaufelgeschwindiigkeit bei Aufrethterhaltung :des Wirkungegradeo auf die Hälfte herabgesetzt wird.
Turbine. The present invention relates to a turbine for the expansion of propellants of different pressure, which is characterized in that the turbines are conducted in separate streams to the turbine stages and that at least the first stage through which the turbidant at the highest pressure flows works with a lower degree of reaction than that , from the propellant of the lowest pressure duro, hstr #> mth stage.
The invention is based on the known fact that when one and the same heat gradient is used, blades of a constant pressure stage require a much lower circumferential speed than blades of a positive pressure stage. If, therefore, a pressure stage, duro, 11 is to flow the medium of higher pressure, it is designed as a balancing pressure and a pressure stage for the low pressure medium. as Tiberdruekst-afe,
you can get a good efficiency both for the operated with the high pressure medium and for the turbine stage operated with the low pressure medium.
With a suitable design, the invention allows such a, ra; s, cliü and large lowering of the pressure of the high pressure medium to be brought about that, for example, it already has the same pressure as the low pressure medium after flowing through a single pressure stage.
If the rotor blades of an equal pressure stage for Iloelld pressure medium are given a higher circumferential speed than the rotor blades of an overpressure stage for low pressure, medium, the expansion up to a certain final pressure can be achieved for both mediums in the same number of Stage successes.
This results in the possibility of simple designs, since the various means can be conducted in concentric flows through blade rings arranged on the same turbine wheel.
Under certain circumstances it can be useful to provide an additional first expansion stage of the constant pressure type for the high pressure medium.
As a result, the rotor blades of the CTleiühd.ru-ok stage can get a lower peripheral speed than the rotor blades of an overpressure stage for the Ni-ederdruekmittel, whereby the high-pressure medium, after leaving the constant pressure stage, can have essentially the same pressure as the low pressure stage pressure medium.
In the case of large pressure differences between the various means, two or more additional stages can of course be provided for the high pressure means.
If the turbine is to be operated by exhaust gases from an internal combustion engine that are drawn off at different pressures, there is another reason for this, the part of the turbine through which the low-pressure gas is to flow. Train over pressure level.
If the load on the internal combustion engine fluctuates, the thermal gradient of the low-pressure gas changes relatively much more than that of the high-pressure gas. A disgust for such a change - # veni !,
It is more sensitive than a constant pressure stage. The degree of effectiveness of the overpressure stage is therefore almost unaffected by changes in the load on the internal combustion engine.
In the accompanying drawings, some exemplary embodiments of a turbine designed according to the invention are shown, which is operated with exhaust gases from two different pressures of an internal combustion engine.
Fig. 1 is an axial section through the first aur, guide, sbei-s-piel.
Fig. 2 and 3 are S # ssh # nit-te through the guide vanes and the rotor blades according to the lines II-II respectively. III-III in Fig. 1 ..
4 shows an axial section through the second exemplary embodiment, and FIGS. 5 and 6 are sections through the guide vanes and the rotor blades along the line V-V and FIG. VI-VI in Fig. 4.
In Fig. 1, the inlet for the exhaust gas with a higher pressure, or IIo # ehd-ru # ckgaee, is labeled with <B> 1 </B> and the inlet for the low pressure, gas with 2 . A partition <B> 3 </B> forms an outer inlet chamber 4 for the high pressure gas and an inner inlet chamber <B> 5 </B> for the low pressure gas.
The gases flow to the turbine rotor <B> 6 </B> through guide vanes <B> 7 </B> and <B> 8 </B> which are concentric to the rotor shaft <B> 9 </B> -small rings lying in the Cleichen plane are attached. The runner ducks the two guide shovel rings <B> 7 </B> and <B> 8 </B> with two concentric barrel shovel rings <B><U>10</U> </B> and 11 interweave, which are separated from one another by an intermediate wall 12.
The turbine outlet is labeled <B> 13 </B>.
As can be seen from FIGS. 2 and 3, the sections through the blades of the two systems show that the barrel shells 14 in the outer rim <B> 10 </B> for the high pressure , ülas Gleic'hdru-ake-ahaufel-profiles, while the rotor blades <B> 15 </B> in the inner ring <B> 1.1 </B> for the low-pressure gas have "Gberdrueks - Iia # ufelprofile".
Because the constant pressure stage is located in the outer rim with the larger diameter, the blades of the constant pressure stage have a greater circumferential speed; than the moving blades of the overpressure stage, the circumferential speeds have such values that good degrees of efficiency can be obtained both for the constant pressure stage and for the overpressure stage.
With regard to leakage losses and the efficiency of the pressure stage for the high pressure medium, it is advantageous to let this pressure 3 stage work with a little overpressure. This is expediently chosen to be so large that the pressure in the gap <B> 16 </B> between the guide and barrel ehaufelii is approximately the same for the two pressure stages.
A second embodiment of a turbine for operation with Gamsen different pressure es and with concentric inlets for the high pressure and low pressure - as is shown in Flg. 4 shown.
Here, <B> 17 </B> designates the inlet for the low pressure gas and <B> 18 </B> the inlet for the high pressure gas. The intermediate wall <B> 19 </B> separates the inlets from one another, so that two inlet chambers 20 and 21 are formed in a manner similar to the embodiment according to FIG. 1 .
Here, however, lies the. Inlet chamber 20 for the low-pressure gas outside the inlet chamber 21 for the high-pressure gas.
The high pressure gas flows first through a nozzle system 22, then through a rotor blade ring <B> 23 </B> and a Leitsohau- fei.kranz 24 and finally through a further rotor blade ring 2.5, which is common for the high pressure gas and. that is laid down. The low pressure gas pressure gas ane is fed to the said blade ring <B> 25 </B> through a nozzle system <B> 26 </B>.
The turbine outlet is labeled <B> 27 </B>.
As can be seen from FIGS. <B> 5 </B> and <B> 6 </B>, the rotor blades in the blade ring have <B> 2-3 </B> sliding thrust and blade profiles unil those in the Sehaufelkranz <B> 25 </B> overpressure blade profiles. The high-pressure gas therefore flows not only through a constant pressure stage, but also through a high-pressure stage. Here, the heat gradient is distributed over the balancing pressure and overpressure stage,
that the CTaspressure in the gap <B> 28 </B> in front of the high pressure and Nie-clerdr-Ltek-, read common bucket wreath <B> 25 </B> un- L e 1. is almost the same on the whole Sühaufellänige .
Since the lIo # dhdrue'kgas flows through two pressure stages, of which. the first stage, a low pressure stage, while the low pressure, ekga, s flows through only one stage, namely an overpressure stage, the circumferential speeds for the running blades can be selected so
that good efficiency, both in the turbine part through which the low pressure gas flows and in the turbine part through which the high pressure gas flows, is obtained.
The invention is of course not limited to the exemplary embodiments described and shown in the drawings, but can be modified with regard to the details. For example, the invention is not restricted to a turbine for only two means of different pressure, but also includes turbines for more than two means that have different pressures and for which, for example, concentric inlets are arranged to the turbine runner.
The difference between the di-iieli: - knives of the various shovel rings can be larger than in the given examples in order to adapt the peripheral speed of the shovels to the different means. More than two stages arranged axially one behind the other can be arranged, and the same blade ring can be shared by more than two concentric guide blade rings.
If more than two concentric shovel cranes are used and the outermost rim is designed as a constant pressure stage and the innermost rim as an overpressure stage, the stages arranged on the wreaths next to them can also overpressure stages, s "-in, which, however, have two dimensions lower reaction degrees work than the overpressure stage on the innermost ring.
Above only exemplary embodiments of turbines according to the invention are described, which are designed as axial turbines. However, the invention can easily be used in radial turbines.
In this case, the adjustment of the blades to the various means is preferably carried out by arranging a different number of stages, but at least the first stage through which the propellant flows at the highest pressure also operates with a lower degree of reaction than the lowest level of the propellant The pressure flowed through the stage.
The turbine according to the invention can also be designed as a counter-rotating radial turbine, that is to say with guide vane rings rotating counter to the direction of rotation of the rotor blade rings, whereby the vane speed is reduced by half while maintaining upright: the degree of effectiveness.