Umsteuerbare Radialturbine, insbesondere für Heissluft- und Gasturbinenanlagen Die Erfindung betrifft eine umsteuerbare Radialturbine, insbesondere für Heissluft- und Gasturbinenanlagen, bei welcher das Ar beitsmittel von aussen nach innen einem Laufrad mit. Drall zugeleitet wird.
Bei manchen Kraftanlagen, wie etwa von solchen zum Antrieb von Fahrzeugen, insbe sondere von Schiffen, ist es erwünscht, dass die Antriebsmaschine auf eine zur normalen Drehrichtung entgegengesetzte Drehrichtung umgesteuert werden kann.
Für solche Fälle ist schon die Verwen dung einer Radialturbine vorgeschlagen wor den, bei welcher das Arbeitsmittel von aussen nach innen dem Laufrad mit Drall zugeleitet und nach Durchströmen des Laufrades in axialer Richtung abgeleitet wird. Bei einer bisher bekanntgewordenen Bauart einer sol chen Turbine erfolgt die Umsteuerung der Drehrichtung durch Verdrehen von Leit- schaufeln, welche dem Eintritt des Laufrades vorgelagert sind, wobei dem zuströmenden Arbeitsmittel je nach der gewünschten Dreh richtungdurch entsprechende Einstellung der Leitschaufeln ein Drall. im einen oder andern Drehsinn erteilt werden kann.
Die Leitschau- feln schliessen hierbei an, einen Ringraum an, welchem das Arbeitsmittel zugeleitet wird.
Solche Leitapparate mit @drehba,ren Leit schaufeln besitzen aber einerseits den. Nach teil, dass es bei grösserer Schaufelzahl, also bei enger Teilung des Schaufelgitters, nicht mehr gelingt, für jede Schaufel den Verst,ell- mechanismus innerhalb der Schaufelteilung unterzubringen. Strömungstechnisch; ist ferner eine solche Ausführung auch nur ,dann vor teilhaft, wenn es möglich ist, das Arbeitsmit tel von allen Seiten mehr oder weniger gleich mässig zuzuführen.
Tritt dagegen das Ar beitsmittel nur an einer Stelle in den dem Leitschaufelgitter vorgelagerten Ringraum ein, so ergibt sich, falls sieh das Arbeitsmit tel auf beide Seiten des Umfanges verteilt, der Nachteil, dass die Leitschaufeln der einen Hälfte mit Stoss: angeströmt werden. Wird indessen das Arbeitsmittel dem \Ringraum tangential zugeführt, so dass es dem ganzen Umfang in gleicher Drehrichtung zuströmt, so werden wohl die Leitschaufeln in jener Stellung, welche für die eine der beiden Drehrichtungen bestimmt ist, richtig ange strömt.
Es ergibt sich aber dann bei der für die andere Drehrichtung bestimmten Stellung eine Anströmung mit Stoss und damit unter Umständen eine beträchtliche Einbusse an Wirkungsgrad.
Dieser Nachteil tritt auch dann auf, wenn, wie auch schon vorgeschlagen wurde, an Stelle von drehbaren Leitschaufeln zwei Leit- schaufelgitter mit verschiedener Drehrich tung vorgesehen werden, von denen wahl weise das eine oder das andere vor das Lauf rad geschoben werden kann, oder auch, wenn gemäss einem andern Vorschlag zwischen einem feststehenden Leitapparat und dem Laufrad zur- Umkehrung der Drehrichtung ein zweiter Leitapparat zwischengeschaltet wird. Auch hier ergibt sich eine merkliche Einbusse an Wirkungsgrad für die eine der beiden Drehrichtungen.
Hierzu kommt. bei den bisher bekanntge wordenen Bauarten noch die Schwierigkeit, Verstellmeehanismen für die Leitapparate bei den hohen Arbeitsmitteltemperaturen von Heissluft- und Gasturbinen betriebssicher zu bauen.
Im weiteren ist. ,eine umsteuerbare Dampf turbine bekanntgeworden, bei welcher das Ar beitsmittel von aussen nach innen einem Lauf rad mit Drall zugeleitet wird, und zwei axial nebeneinander angeordnete Eintrittsräume und umsteuerbare Mittel vorgesehen sind, welche gestatten, das Arbeitsmittel je nach der gewünschten Drehrichtung durch den einen oder den andern dieser beiden Eintritts räume dem Laufrad zuzuleiten.
Bei dieser Turbine sind für die Bea.uE- schlagung des Laufrades Düsenreihen vor gesehen, wobei die Mündungen der Düsen, welche vom einen Eintrittsraum ausgehen, und jener Düsen, die vom andern Eintritts raum ausgehen, in einer und derselben Ra; dialebene liegen. Es wechselt dabei jeweils eine Düse für die eine Drehrichtung mit einer Düse für die andere Drehrichtung ab.
Eine solche Bauart ist indessen für die Beaufschlagung eines Radialrades ausser ordentlich ungünstig. Es würde sieh nämlich stets eine Teilbea.ufschlagung des Rades erge ben, wobei jeweils eine vom Arbeitsmittel durchströmte Düse mit einer nicht benützten Düse abwechseln würde. Dies führt zu einem schlechten Wirkungsgrad der Einrichtung.
Im weiteren weist bei einer bekannten Bauart :eines Ventilators das Spira.lgehäuse zwei in axialer Richtung nebeneinander ge legene Durchströmkanäle auf, von denen der eine für die Vorwärts- und der andere für die Rückwärtsdrehung bestimmt ist. Es sind hier zwei Schaufelgitter vorgesehen, von denen wahlweise das eine oder das andere vor ,las Laufrad verschoben wird. Diese beiden wahlweise zu benützenden Leitapparate die nen zur Verbesserung des Wirkungsgrades.
Sie dienen nicht der Änderung der Dreh richtung, da das Zentrifugalgebläse auch ohne diese Einrichtungen mit. beiden Drehrichtun gen betrieben werden kann.
Bei einer umsteuerbaren Radialturbine, insbesondere für Heissluft- und Gasturbinen anlagen, bei welcher das Arbeitsmittel von aussen nach innen einem Laufrad mit Drall zugeleitet wird, und zwei axial nebeneinander angeordnete Eintrittsräumte und umsteuer bare Mittel vorgesehen sind, welche gestatten, das Arbeitsmittel je nach der gewünschten Drehrichtung durch den einen oder den an dern dieser beiden Eintrittsräume dem Lauf rad zuzuleiten, weisen nun gemäss der Erfin dung diese zwei Eintrittsräume zwei in Rich tung gegen die Achse sich fortsetzende. ring förmige Verbindungskanäle auf, die in eine dem Laufrad vorgelagerte Ringdüse ausmün den,
deren seitliche Begrenzungswände als stetige Fortsetzungen .der äussern Begren zungswände der axial nebeneinander ange ordneten Verbindungskanäle ausgebildet sind.
Durch diese Massnahme ergibt. sich stets eine volle Beaufschlagung des Laufrades. Die Ringdüse bewirkt. bei der Turbine eine Ord nung der Strömung vor ihrem Auftreffen auf das Laufrad, gleichgültig, ob sie nun von dem einen oder von dem andern der Ein trittsräume herkomme. Sie schliesst sich stetig an die äussern Begrenzungen der axial neben einanderliegenden Verbindungskanäle an, so dass dort. auch keine Wirbelverluste ent stehen. Versehiebbare Leitapparate, welche besonders bei hohen Temperaturen Schwierig keiten ,ergeben, sind hierbei nicht erforder lich. Das Umsteuerorgan befindet sich ausser halb der Turbine. Die Strömungsführung ist günstiger als bei den bekannten Ausfüh rungsformen.
In der Zeichnung sind verschiedene Aus.. führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan des in vereinfachter Darstellung veranschau licht. Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Längsschnitt, durch eine Radialturbine, Fig. 2 einen Schnitt quer zur Achse nach der Linie II-II der Pig. 1 und Fig. 3 eine Variante für die Anordnung der Eintrittsspiralräume in axialem Längs schnitt.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestell ten Turbine ist in einem Gehäuse 1 ein Lauf rad 2 mit radialgestellten Schaufeln 3 flie gend auf einer Welle 4 angeordnet. Von der Lagerung der Welle ist ein der Turbine be- naehbartes Lager 5 gezeigt.
Das Arbeitsmittel tritt durch eine Leitung 6 in die Turbine ein und wird dem Laufrad 2 an seinem äussern Umfang mit Drall von aussen nach innen zugeleitet. Nach Durch strömen des Laufrades verlässt es die Tur bine durch einen axial gerichteten Abström- stutzen 7.
Das Turbinengehäuse 1 begrenzt nun zwei in axialer Richtung nebeneinander angeord nete, gegensinnig verlaufende Eintrittsspiral- räume 8 und 9.
In der Leitung 6 ist -eine Klappe 10 um eine Achse 11 schwenkbar gelagert. Entspre chende Einstellung der Klappe 10 gestattet, das zuströmende Arbeitsmittel wahlweise in den Eintrittsspiralraum 8 oder in den Ein trittsspiralraum 9 zu leiten. In Fig. 2 ist die Klappe 10 in einer Stellung gezeigt., bei wel cher das zuströmende Arbeitsmittel dem Ein trittsspiralraum 8 zugeführt wird.
In diesem Spiralra.um erhält es gemäss Fig. 2 eine Drehung gegen den Uhrzeigerdrehsinn. Der Spiralraum 8 setzt sich in im wesentlichen radialer Richtung nach innen in einen ring förmigen Verbindungskanal 12 fort, in wel chem feststehende Leitsehaufeln 13 angeord net. sind, und durch welchen das Arbeitsmit tel dem Laufrad zugeleitet wird. Der Kanal 12 mündet hierbei in eine dem Laufrad am äussern Umfang vorgelagerte Ringdüse 11 aus. Die Leitschaufeln 13 erteilen dem Ar beitsmittel vor dem Eintritt in das Laufrad die zu, dessen Antrieb erforderliche Dreh bewegung.
Das Laufrad dreht. dabei in der Richtung gegen .den Uhrzeigerdrehsinn.
Bei Umstellen der Klappe 10 nach links wird dagegen das Arbeitsmittel in den ge mäss Fig. 2 hinter dem Spiralraum 8 gele genen Eintrittsspiralraum 9 geleitet. Es er- hält dabei eine Drehung im Uhrzeigerdreh- sinn und gelangt über einen mit Leitschau- feln 15 versehenen Verbindungskanal. 16 in die dem Laufrad vorgelagerte Ringdüse 1:1.
Die seitlichen Begrenzungswände der Ring düse 14 sind als stetige Fortsetzungen der äussern Begrenzungswände der axial neben einander angeordneten Verbindungskanäle 12 und 16 ausgebildet. Die Leitschaufeln 15 sind so gestellt, dass sie dem Arbeitsmittel eine zusätzliche Drehung im Uhrzeigerdreh- sinn erteilen. Bei dieser Stellung der Klappe 7.0 wird also das Laufrad in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben zu jener bei der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Klappe 10.
Bei der beschriebenen Bauart ergibt sich der Vorteil, da.ss bei beiden Drehrichtungen des Laufrades das Arbeitsmittel in einem Spiralraum zugeleitet wird, dessen Quer schnittsverlauf in korrekter Weise dem all mählichen Abströmen von Arbeitsmittel nach dem Innern längs des Umfanges angepasst werden kann. Beide Spiralräume leiten das Arbeitsmittel stossfrei zu den Leitschaufeln. Es wird auf diese Weise für beide Drehrich tungen ein guter Wirkungsgrad der Turbine erzielt.
Bei der gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes liegen die Eintritte der beiden Spiralräume 8 und 9 nahe- beiein ander. Die Querschnitte dieser Spiralräume nehmen in Umfangsrichtung allmählich ab. Da die beiden Spiralräume gegensinnig ver laufen, kommt nun der Endquerschnitt des einer. Spiralraumes ungefähr neben den An fangsquerschnitt des andern Spiralraumes zu liegen.
Bei dieser Anordnung bleibt die Summe der Querschnitte der nebeneinander liegenden Spiralräume längs des ganzen Um fanges ungefähr konstant. Die äussern Ab messungen des Gehäuses bleiben somit prak tisch über den ganzen Umfang gleich, wäh rend sich nur die innere Unterteilung des Querschnittes auf die beiden Spiralräume ändert.
An der Einströmstelle in die beiden Spiral- räume erfährt hier das Arbeitsmittel eine Umlenkung von der Radialrichtung in die Umfangsrichtung. Es ergeben sich dabei aber immerhin nur verhältnismässig geringe Strö mungsverluste, da die in Betracht kommen den Geschwindigkeiten des Arbeitsmittels noch klein sind.
Will man das Arbeitsmittel, wie es sonst bei Spiralturbinen üblich ist, in tangentialer Richtung zuleiten, so werden zweckmässig die Eintritte der beiden Spiralräume in Umfangs richtung ungefähr mit einem Zentriwinkel von 180 versetzt, wobei getrennte Zuleitungs kanäle für das Arbeitsmittel tangential in die beiden Spiralräume einmünden. Hierbei erhält dann das Gehäuse auf der einen Hälfte des Umfanges einen etwas grösseren Gesamtquerschnitt als auf der andern Hälfte des Umfanges.
Bei der tangentia.len Ein führung des Arbeitsmittels kann gegebenen falls auf das Anordnen von Leitschaufeln zwischen dem Spira.lraum und dem Laufrad verzichtet werden. Der Verbindungskanal ist dann als schaufelloser Raum ausgebildet. .
Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstan- des münden die Verbindungskanäle 12 und 16 V-artig in die denn Laufrad vorgelagerte Ringdüse 14. Die beiden äussern axialen Be grenzungen der Spiralräiune sind im wesent lichen senkrecht zur 1blaschinenaehse stehende Ebenen. Die Mittelwand zwischen den beiden Spiralräumen verschiebt sich in axialer Rich tung nach Massgabe der Abnahme des Quer schnittes des einen und der entsprechenden Zunahme des Querschnittes des andern auf dem Umfang.
Im Gegensatz hierzu behält nun in der Ausführungsform gemäss Fig. 3 die Mittel- wand, eine feste Lage. Die Turbine hat ein Gehäuse 17, welches zwei gegensinnig verlau fende Eintrittsspiralrä.ume 18 und 19 be grenzt. Diese sind in axialer Richtung neben einander angeordnet. und durch eine in der Mittelebene senkrecht. zur Achse des Lauf rades 2 verlaufende Zwischenwand 20 von einander getrennt. Das Arbeitsmittel wird durch von der gleichen Zwischenwand 20 von einander getrennte Verbindungskanäle 21 bzw. 22 dem Laufrad zugeleitet, wobei es vor- erst in eine dem Eintritt des Laufrades vor gelagerte Ringdüse 23 gelangt.
Die äussern axialen Begrenzungen des Ge häuses im Bereiche der Spiralrä:ume verlau fen bei dieser Ausführungsform nach Art von Schraubenflächen schief zur Achse. Die Ver bindungskanäle 21 und 22 verlaufen dagegen auf dem ganzen Umfang nahe der Mittelebene des Laufrades. Bei der@Ausführungsform ge mäss Fig. 3 sind ferner noch Vorkehrungen getroffen, um bei Benützung des einen oder des andern Spira.lraumes eine gute Führung des Arbeitsmittels in der R.in-,düse 23 zu er halten.
Zu diesem Behufe ist, in diesem Ring raum ein Ringkörper 24 von keilförmigem Querschnitt, angeordnet., welcher von aussen durch Zugstangen 2:) in. axialer Richtung verschoben werden kann. In der gezeichneten Lage schliesst er den Verbindungskanal 22 ab und dient gleichzeitig als Führung für das Arbeitsmittel in der Ringdüse 23. Er ist. so ausgebildet, dass er bei Benützung des Ein trittsspiralraumes 19 für die Zuleitung des Arbeitsmittels naeh Verschiebung in seine linke Extremlage den Verbindungskanal 21 abschliesst und für das nun vom Verbin dungskanal 22 zuströmende Arbeitsmittel in der Ringdüse 23 als Führuns dient.
Da, die Umsteuerung des Arbeitsmittels auf den einen oder andern Eintrittsspiralraum schon vorher durch die in Fig. 3 nicht mehr ge zeigte :Klappe 10 oder äquivalente Mittel er folgt, ist kein dichter Abschluss des nicht be nützten<U>Ring</U> kanals durch den Ringkörper 24 erforderlich.