DE116742C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei den Wärmekraftmaschinen wird die zum Betriebe dienende Luft vor dem Eintritt in die Maschine entsprechend comprimirt und durch eine geeignete Heizquelle (zumeist eine äufsere Feuerung) vorgewärmt. Die Vorwärmung der zum Betrieb eines Motors dienenden Luft erfolgt in bekannter Art dadurch, dafs die in dem Motor verbrauchte Luft (Abluft) der Heizstelle als Verbrennungsluft zugeführt wird, um einen möglichst grofsen Theil der in der Abluft enthaltenen Wärme auszunutzen und hierdurch eine vollkommenere Ausnutzung des Brennstoffes zu erzielen. Gleichzeitig wird nämlich die Wärme, welche in der von dem Motor verbrauchten Luft enthalten ist, in den Kreislauf des Arbeitsprocesses eingeführt, so dafs auch diese Wärme nicht verloren geht. Dieses Verfahren hat aber den grofsen Nachtheil, dafs entsprechend der höheren Temperatur der Verbrennungsluft und infolge der vollkommeneren Verbrennung die Temperatur der Heizgase derart erhöht wird, dafs der Bestand der hierzu dienenden Vorrichtungen gefährdet ist. Die Regelung der.Feuerung kann hierbei nur durch Zuführen von frischer atmosphärischer Luft erfolgen, wodurch ein bedeutender Wärmeverlust verursacht wird.

Nach dem vorliegenden Verfahren werden diese Nachtheile dadurch gehoben, dafs die von der Turbine kommende entspannte Arbeitsluft (Abluft), ohne die darin enthaltene Wärmemenge zu verlieren, mit den den Feuerungsraum verlassenden Feuergasen in variablen Verhältnissen gemengt wird, wobei der abgezweigte Theil der Abgase ins Freie entweicht oder in bekannter Weise dem Feuerungsraum zugeführt wird.

Die Temperaturregelung erfolgt hierbei in den denkbar weitesten Grenzen durch Aenderung in der Vertheilung des Luftstromes, ohne frische atmosphärische Luft zuführen zu müssen.

Das Mischen der Abluft mit den den. Feuerungsraum verlassenden Feuergasen erfolgt in einem Mischraum, in welchem die Temperatur der Heizgase dadurch erniedrigt wird, dafs die sowohl in den Heizgasen als auch in der Abluft enthaltenen Wärmemengen sich über das durch diese beiden gebildete gröfsere Luft- und Heizgasquantum gleichmäfsig vertheilen. Die Temperaturen der Heizgase und der Abluft¹ im Verein mit den Mengen derselben werden die Temperatur der Mischung entsprechend der in denselben enthaltenen Wärmemengen regeln, wobei kein Wärmeverlust, sondern nur ein Wärmeaustausch stattfinden wird. Hierbei wird auch die Wärmemenge, welche in der in den Mischungsraum gelangenden Luft enthalten ist, vor einem Verlust bewahrt.

Zum besseren Verständnifs des vorliegenden Verfahrens ist dasselbe an einer Turbine zur Darstellung gebracht, welche für solche Zwecke am geeignetsten ist, da bei derselben keine Dichtungen wie bei Kolbenmaschinen erforderlich sind. Fig. 1 stellt einen Vertical- und Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1 dar, während Fig. 3 das Arbeitsdiagramm veranschaulicht. Fig. 4 veranschaulicht schematisch drei Turbinenräder, durch

welche die aus dem Regenerator kommende Luft hindurchgeht.

T sei eine Turbine von beliebiger Construction, welche durch einen geprefsten Luftstrom durch die drei Düsen D beaufschlagt werde, wobei das darüber befindliche Rohrsystem G, bestehend aus einer Anzahl concentrisch in einander steckender Rohre, der gleichen Aufgabe zu dienen hat, wie z. B. bei einem Heifsluftmotor der Regenerator. Durch den Fülltrichter K wird der Brennstoff aufgegeben, welcher alsdann durch sein Eigengewicht auf dem Rost R dem verbrannten Material nachsinkt und im Feuerraum F entflammt wird. Die entwickelten Feuergase vereinigen sich sofort nach dem Passiren der Brücke B im Mischraum M mit der von der Turbine kommenden verbrauchten Luft von wesentlich niederer Temperatur. Hierdurch kann unter der Einwirkung einer sehr einfachen automatischen Regelung (Schieber 5 und Kanal u) die hier entstehende Mischtemperatur auf einer noch zulässigen Höhe hinsichtlich der Haltbarkeit der berührten Wandungen gehalten werden. Die Mischgase nehmen nun ihren Weg in der Richtung der Pfeile durch den Wärmeaustauscher und ziehen schliefslich durch den Schornstein E ins Freie, nachdem sie ihren ganzen Wärmeüberschufs im Gegenstrom an die geprefste, von der Pumpe A kommende Luft abgegeben haben. Diese dehnt sich, jene Wärme aufnehmend, auf ihrem Wege zur Turbine successiv aus, ohne jedoch in der Spannung wesentlich zu schwanken, und treibt schliefslich durch die Düsen blasend das Turbinenrad.

Die Luftpumpe A ist von normaler bekannter Construction gedacht, wobei ihr Antrieb z. B. in der im Grundrifs angedeuteten Weise durch die Zahnräderübersetzung R₁ R₂ von der Kurbelweile W aus erfolgt und die Arbeitsleistung des Motors von der Riemscheibe C abgenommen werden kann.

Der Arbeitsgang ist folgender:

Die Pumpe A saugt durch das Ventil V¹ atmosphärische Luft ein (Fig. 3, Diagrammlinie o¹-0, atmosphärischem Druck p₀), comprimirt dieselbe auf die Spannung im Wärmeauslauscher G und prefst sie alsdann durch das Ventil F₂ in diesen hinein (Linie ο bis 1 und 1 bis 1'). Hier wird sie von ihrer niedrigen Anfangstemperatur (die Compression wird nur auf wenige Atmosphären getrieben und möglichst isothermisch) nahezu auf die im Mischraum M herrschende hohe Temperatur gebracht, wobei sie sich von v¹ auf v² ausdehnt (Diagrammlinie 1 bis 2), ohne ihre Spannung v¹ wesentlich zu ändern. Nun strömt sie durch die Düsen in die Turbine und verrichtet hier Arbeit, wobei der Druck bei etwa adiabatischer Expansion wieder auf den atmosphärischen Druck herabsinkt, dabei also auch eine bestimmte Temperaturabnahme erfährt (Curve 2 bis 3). Bei dem nun folgenden Herausblasen mischt sie sich mit den Heizgasen, aus welchen sie den von ihr abgegebenen bezw. in Arbeit umgesetzten Wärmeantheil wieder aufnimmt, und giebt endlich auf ihrem Wege durch den Wärmeaustauscher bis zu ihrem Austritt aus demselben ihren gesammten Wärmeüberschufs an den comprimirten, zur Turbine ziehenden Luftstrom wieder ab. Ihr Volumen ist dabei im Verhältnifs der absoluten Temperaturen ebenfalls geringer geworden (Linie 3 bis o).

Die Curvenfläche o, 1,2,3 stellt die theoretisch geleistete Arbeit dar.

Statt die Arbeitsleistung in einem Turbinenrade leisten zu lassen, können deren mehrere auf derselben Achse angeordnet sein. ' Fig. 4 veranschaulicht beispielsweise schematisch drei Turbinenräder T¹ T² T³, durch welche die von dem Regenerator kommende vorgewärmte, comprimirte Luft in der Richtung der Pfeile hindurchgeht, wobei das Druckgefälle in mehrere Stufen zerlegt wird. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Tourenzahl der Hauptwelle auf eine praktisch brauchbare Zahl herabzudrücken. Die von der letzten Turbine ausgehende Luft theilt sich und ein Theil derselben gelangt durch die Düse α in den Mischraum, während der andere Theil durch die Klappe S in bekannter Weise unter die Feuerung abgeführt werden kann.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Regelung der Beheizung von Druckluftturbinen mit äufserer Beheizung der Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dafs die von der Turbine kommende entspannte Arbeitsluft (Abluft) in variablen Verhältnissen mit den den Feuerungsraum verlassenden Feuergasen gemengt wird, wobei die Temperatur bezw. das Temperaturgefälle zwischen heizendem und beheiztem Luftstrom beliebig verändert werden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.