DE186535C

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Publication number: DE186535C
Application number: DENDAT186535D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 186535 -. KLASSE 14 h. GRUPPE

RUDOLF BERGMANS in KALK β. CÖLN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Juni 1906 ab.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren für Wärmekraftmaschinen, hauptsächlich Dampf- oder Gasturbinen, bei dem das Arbeitsmittel durch eine Umformdüse in einen kontinuierlichen Kreislauf gebracht wird.

Das Arbeitsverfahren besteht darin, daß die zur Vollführung des Arbeitsprozesses erforderliche Wärmemenge dem Arbeitsmittel in

ίο zwei Teilen zugeführt wird, und zwar ein Teil vor der Umformung und der andere nach dieser. Dies vollzieht sich folgendermaßen :

Die Abdämpfe oder Abgase einer Turbine

werden zunächst in einen Überhitzer geleitet, wo ihnen so viel Wärme zugeführt wird, daß sie mit Hilfe einer bekannten Umformdüse auf -die für den Betrieb der Turbine erforderliche Spannung gebracht werden können. Nach dieser Umformung wird ihnen bei konstanter Spannung nochmals Wärme zugeführt, was in einem zweiten Überhitzer geschieht. In diesem wird den umgeformten Dämpfen oder Gasen nur so viel Wärme zugeführt, als sie für die Verrichtung einer gewissen Arbeitsleistung in der Turbine benötigen.

Die Fig. ι veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform einer nach dem vorliegenden Verfahren eingerichteten Wärmekraftanlage.

Die aus der Turbine T strömenden Abdämpfe oder Abgase treten unmittelbar in den ersten Überhitzer H₁ ein, wo sie auf die für die Umformung erforderliche Temperatur gebracht werden. Mit dieser gelangen sie dann in die Umformdüse D und werden hier in bekannter Weise auf die Betriebsspannung erhöht. Nach der Umformung wird den Dämpfen oder Gasen nochmals in dem zweiten Überhitzer H₂ Wärme zugeführt.

Da nun bei diesem Arbeitsverfahren den aus der Umformdüse D strömenden Dämpfen oder Gasen je nach der Belastung der Türbine mehr oder weniger Wärme zugeführt wird, so werden zum Zwecke der Regelung dieser Wärmezuführung in der Leitung hinter der Umformdüse zwei Drosselklappen d₁ und d.₂ angebracht. Durch diese kann die Temperatur der nach der Turbine strömenden Dämpfe oder Gase beliebig gesteigert und somit auch die Turbinenleistung geregelt werden, und dies geschieht folgendermaßen.

Ist der Durchgang in der Drosselklappe d_x gesperrt und der in ^₂ ganz freigegeben, sp wird die gesamte Dampf- oder Gasmenge durch den Überhitzer H₂ strömen und dort eine gewisse Höchsttemperatur annehmen. Im umgekehrten Falle werden die aus der Umformdüse D strömenden Dämpfe oder

f.

Gase unmittelbar in die Zuführungsleitung / eintreten, ohne daß ihre Temperatur erhöht wird. Durch das verschieden große öffnen der beiden Drosselklappen (I₁ und d₂ kann nun die nach dem Überhitzer H₂ strömende Dampf- oder Gasmenge beliebig geändert werden, und es wird hierdurch bewirkt, daß die Dämpfe oder Gase mit höherer oder tieferer Temperatur in die Turbine gelangen.

ίο Die Fig. 2 stellt graphisch den Arbeitsvorgang in der Wärmekraftanlage dar.

Der Vorgang in der Umformdüse wird bekanntlich durch den Linienzug 1-2-3-4-5-6-7-1 graphisch dargestellt. Der Abdampf mit der Spannungp₀ dehnt sich, nachdem ihm eine gewisse Wärmemenge zugeführt worden ist, in dem ersten Düsenteil auf die Spannung P₁ aus. Die adiabatische Ausdehnung (3,4) liefert die Arbeitsfläche 1-2-3-4-1, durch die die Größe der Strömungsenergie des ausgedehnten Dampfes dargestellt ist. Nach der Wärmeentziehung folgt dann die Verdichtung (5, 6) und die Fläche 1-5-6-7-1 stellt die hierfür verbrauchte Arbeit dar. Bei einer verlustfreien Strömung müssen die Flächen 1-2-3-4-5-1 und 1-5-6-7-1 einander gleich sein. Der Dampf möge nun nach dieser Zustandsänderung eine Spannungp₂ und eineTemperatur /₂ besitzen. Gelangt er mit diesen in die Turbine, wo er sich bis auf die Austrittsspannung p₀ ausdehnt, so wird er eine Arbeit leisten, die durch die Arbeitsfläche 2-7-6-10-2 gegeben ist. Diese Arbeit kann bei gleichbleibender Spannung p₂ und p₀ dadurch vergrößert werden, daß die Temperatur t₂ des umgeformten Dampfes auf eine höhere, etwa auf i₃ gebracht wird. Man müßte ihm somit eine dieser Temperaturerhöhung entsprechende Wärmemenge zuführen, und diese Zustandsänderung wird in dem Diagramm " (Fig. 2) durch Vergrößerung des Volumens V₁ auf V₂ graphisch dargestellt. Führt man ihn mit dieser Temperatur t_s und Spannung p₂ der Turbine zu und bringt ihn dort zur Ausdehnung (Kurve 8, 9), so gibt dies eine Arbeitsfläche 2-7-8-9-2, die offenbar größer ist als die Fläche 2-7-6-10-2. Die noch größere Arbeitsfläche 2-7-11-12-2 erhält man, wenn die Temperatur t₂ des umgeformten Dampfes auf t_i erhöht und somit sein Volumen V₁ auf V₄ vergrößert wird.

Die Fig. 2 zeigt ferner, daß bei der Vergrößerung der Leistungsfähigkeit des umgeformten Dampfes infolge seiner Temperaturerhöhung das Diagramm 1-2-3-4-5-6-7-1 der Umformung unverändert bleibt. Die Arbeitsleistung der Turbine kann somit innerhalb gewisser Grenzen beliebig geändert werden, ohne daß hierbei die Umformung des Ab-

dampfes irgendwelcher Änderung unterworfen werden muß. Dies ist zur Erlangung eines guten Arbeitsvorganges in der Wärmekraftanlage von großem Werte, denn durch die Unveränderlichkeit der 'Umformung werden in der Umformdüse Energieverluste vermieden, die sonst auftreten können, sobald die Dampfströmung in der Düse geändert wird. Diese Verluste werden durch Dampfstöße hervorgerufen, die bekanntlich auftreten werden , wenn die Formgebung und Bemessung der Düse dem Strömungsvorgang nicht angepaßt sind.

Bei diesem Arbeitsverfahren würde man, um einen guten Wirkungsgrad der Wärmekraftanlage zu erzielen, die Umformung des Abdampfes der Turbine derartig vornehmen, daß die Arbeitsfläche 2-7-6-10-2 für den Leerlauf oder eine geringe Belastung der Turbine genügt, und die größeren Arbeitsleistungen durch die Erwärmung des umgeformten Dampfes bewerkstelligt werden. Für die Höchstbelastung der Turbine müßte man die Temperaturerhöhung des Arbeitsdampfes so hoch führen, daß er nach seiner Ausdehnung noch eine solche Temperatur besitzt, die er zu seiner Umformung nötig hat.

Das Diagramm (Fig. 2) zeigt ferner, daß dem Abdampf für seine Umformung mehr Wärme zugeführt werden muß, je geringer die Belastung der Turbine ist, denn bei der go Ausdehnung (6, 10) ist die Volumenvergrößerung v_i auf V₀ größer als bei der Ausdehnung (8, 9). Das umgekehrte findet bei dem umgeformten Abdampfe statt, und die Verteilung der zur Ausübung des Arbeitsprozesses erforderlichen Wärmemenge wird sich demnach in den beiden Überhitzern H₁ und H₂ von selbst regeln.

Die Wärmeabgabe der auf dem Roste R erzeugten Verbrennungsgase an den Arbeitsdampf wird nämlich bei der Aufstellung der Überhitzer H₁ und H₂ nach Fig. 1 derartig erfolgen, ,,,daß bei größerer Turbinenbelastung auch mehr Wärme an den zweiten Überhitzer H₂ abgegeben wird, und bei geringerer Belastung nimmt dann der erste Überhitzer H₁ mehr Wärme auf.

Claims

Patent-An Sprüche:

ι. Arbeitsverfahren für Wärmekraftmaschinen, bei dem das Arbeitsmittel durch Umformdüsen in einen kontinuierlichen Kreislauf gebracht Wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ausführung des Arbeitsprozesses erforderliche Wärmemenge dem Arbeitsmittel in zwei Teilen derart zugeführt wird, daß den aus der Wärmekraftmaschine strömenden Dämpfen oder Gasen in einem Überhitzer (H₁) so viel Wärme zugeführt wird, als zu ihrer

Rückführung durch Umformung auf die Betriebsspannung notwendig ist und hierauf durch einen zweiten Überhitzer (H₂) den umgeformten Dämpfen oder Gasen noch eine solche Wärmemenge zugeführt wird, wie sie für die Leistung der Arbeit in der Wärmekraftmaschine nötig ist.
2. Verfahren nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der dem Arbeitsmittel zugeführten Wärmemengen derartig erfolgt, daß auch bei allen Arbeitsleistungen der Dämpfe oder Gase der Umformungsvorgang in der Umformdüse unverändert bleibt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.