DE241869C

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Publication number: DE241869C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- Λ£ 241869-KLASSE 46 d. GRUPPE

LUDWIK KNAUFF in WARSCHAU-PRAGA.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Juli 1907 ab.

In der Patentschrift 232234 ist eine durch erhitzte oder Explosionsgase oder -dämpfe betriebene Turbinenanlage beschrieben, in der das Treibmittel nacheinander komprimiert, erhitzt oder verbrannt wird und Arbeit leistend expandiert, und bei welcher in derselben Turbine die Frischgase an einer Stelle des Gehäuses in die Schaufelräume mit niedriger Spannung eintreten, bei der Weiterdrehung des Rades zwischen den Schaufeln durch einen mehrfach vom Schaufelkranz unterbrochenen,. allmählich sich erweiternden, jedoch nach der Eintrittsseite geschlossenen Kanal des Gehäuses zugeführte bereits komprimierte Gase mehr und mehr verdichtet werden und schließlich infolge der Zentrifugalkraft aus den Schaufelräumen heraustretend in einen Er-' hitzungs- oder Verbrennungsraum gelangen, um von dort von neuem den Schaufelräumen zugeführt zu werden und unter wiederholtem Durchströmen der Schaufelräume, wobei zur wiederholten Ab- .und Zuführung ein dementsprechend mehrfach durch den Schaufelkranz unterbrochener Kanal von allmählich zunehmendem Querschnitt dient, expandierend Arbeit zu leisten. Die Patentschrift 232682 bringt eine Verbesserung dieser eben beschriebenen Turbinenanlage in der Weise, daß zur allmählichen Kompression der Frischgase Gase oder Dämpfe aus den einzelnen Druckstufen der Expansionsseite entnommen und diese den auf drei Seiten durch das Gehäuse geschlossenen Schaufelräumen der Kompressionsseite durch voneinander getrennte Kanäle im Gehäuse zugeführt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine weitere Ausgestaltung der in der Patentschrift 232682 erläuterten Turbinenanlage. Handelt es sich nämlich um solche Treibmittel, bei denen es darauf ankommt, die in die Schaufelräume eingetretenen Frischgase vor einer Vermischung mit den von der Expansionsseite durch Kanäle , zuströmenden Gasen zu schützen, so bedarf es hierzu einer besonderen Ausgestaltung. Gemäß vorliegender Erfindung soll dieser Zweck dadurch erreicht werden, daß möglichst geringe Berührungsflächen zwischen den in den Schaufelzellen enthaltenen und den aus den Druckausgleichkanälen zuströmenden Gasen herbeigeführt werden, und zwar wird das dadurch erreicht, daß der Schaufelkranz für achsiale Beaufschlagung ausgebildet und in achsialer Richtung so ausgedehnt gebaut ist, daß die Mündungen der Druckausgleichkanäle mehr am Umfang des Schaufelkranzes liegen, die Explosion (Verbrennung) dagegen mehr in der Nähe der Schaufelradnabe erfolgen kann, während die Schaufeln selbst durch zur Schaufelradwelle konzentrische, jeweils einen Teil der Dicke des Schaufelrades einnehmende Ringe unterteilt sind, die infolge abgesetzter Anordnung" den Gasen in radialer Richtung einen gewundenen Weg freilassen. Dadurch wird einerseits nur eine geringe Berührungsfläche geschaffen, anderseits zwischen den Schaufeln ein in radialer Richtung langgestreckter Kanal geschaffen, so daß auf diese Weise die Vermischung der Frischgase mit den Verbrennungsprodukten verhindert bzw. erschwert ist.

Des weiteren ermöglicht die Erfindung eine

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Verdoppelung des Laufrades, wenn unter Verwendung von C -gebogenen Schaufeln und mit symmetrisch ausgebildetem Schaufelrad die Druckausgleichkanäle und die Ausströ-5. mung für die Verbrennungsprodukte am Umfang und beiderseitig die Frischgaszuströmungs- und die Explosionsräume in der Nähe der Nabe ebenfalls beiderseitig angeordnet sind. Hinsichtlich dieses letzteren Übelstandes ist zu berücksichtigen, daß an sich die A^erdoppelung des Laufrades und der sonstigen zum Betriebe der Maschine nötigen Teilebekannt ist.

Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung zur Veranschaulichung gekommen, und zwar ist:

Fig. ι ein zur Wellenrichtung rechtwinklig gelegter Schnitt Y-Y₁ der Fig. 2 durch die Turbine,

Fig. 2 der Querschnitt nach X-X₁ der Fig. 1, Fig. 3 eine Abwicklung des nach w-zv der Fig. 2 konzentrisch zur Wellenrichtung gelegt gedachten Zylinderschnittes der Turbine, Fig. 4 und 5 Schnitte durch das Schaufelrad,

Fig. 6 ein Schnitt nach Y₂-Ys der Fig. 7, eine andere Bauart der Turbine darstellend,

Fig. 7 ein Querschnitt nach X₂ - X₃ der Fig-_6,

Fig. 8 eine Abwicklung des nach W₁ der Fig. 6 konzentrisch zur Wellenrichtung gelegt gedachten Zylinderschnittes,

Fig. 9 und 10 eine teilweise Ansicht des Schaufelrades bzw. der Schaufelung bei der zweiten Ausführungsform,

Fig. 11 eine teilweise Ansicht der in der Mitte der Dicke des Schaufelrades angeordneten, mit Löchern versehenen Blechscheibe.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 bis 5 sitzt auf der Welle W das Turbinenschaufelrad E (Fig. 3), wobei die Verbindung zwischen Welle und Rad keine starre, sondern — mit Rücksicht auf die selbsttätige rechtwinklige und zentrische Einstellung — eine elastische ist. Dies letztere wird zweckmäßig durch eine zwischen Welle und Rad geschobene Büchse aus elastischem Material erreicht, wobei selbstverständlich eine Mitnahme der Welle bei der Drehung des Schaufelrades gesichert bleiben muß. Das aus Stahl oder Bronze bestehende Schaufelrad setzt sich aus zwei mit Stirnseiten aufeinander gelegten Hälften zusammen, die (Fig. 2) zusammengenietet sind. Die gefrästen Schaufeln haben bei der ersten Ausführungsform die aus den Fig. 4 und 5 ersichtliche S-Form, deren besonderer Zweck noch erläutert werden wird. Zur besseren Sicherung gegen die bedeutende auftretende Zentrifugalkraft kann das Schaufelrad am Umfang mit Stahldrahtwindungen versehen sein, die fest angezogen sind. Das Schaufelrad dreht sich mit nur sehr geringem Spielraum, aber reibungslos innerhalb des Gehäuses B Q H.

Bei der Bewegung der Schaufeln durch den Ausgleichraum A-Z (Fig. 1 bis 3), also auf dem Wege, den der Bogen L-N in Fig. 1 darstellt, saugen die Schaufeln M, die infolge ihrer Gestalt als Flügel eines achsial beaufschlagten Ventilators wirken, das Gemisch von Luft mit brennbarem Gase an, während sie gleichzeitig die zwischen den Schaufeln enthalten gewesenen Produkte der voraufgegangenen Explosion (Verbrennung o. dgl.) nach Z-Z₁ weiter befördern. Bei der bedeutenden Drehgeschwindigkeit werden jetzt die mit frischem Gasgemisch gefüllten Schaufelzellen in den Kompressionsraum der Turbine, der sich von N bis etwa P (Fig. 1) erstreckt, mit hineingerissen. In diesen Teil des Gehäuses münden nun am Umfang die Druckausgleichkanäle Ze-Ze₁, durch welche die der entgegengesetzten Expansionsseite entströmenden hochgespannten Verbrennungsprodukte zuströmen, das in den Schaufelzellen vorhandene Frischgasgemisch verdichtend. Da die Schaufeln durch konzentrische, in den beiden Schaufelradhälften zueinander versetzt angeordnete Stege, wie Fig. 2 und 4 zeigen, versteift sind, \verden die Gase bei ihrer Bewegung von den Druckausgleichkanälen nach der Nabe zu den in Fig. 2 durch einen wellenförmigen Pfeil angedeuteten gewundenen Weg einnehmen müssen. Hierdurch wird einer zu schnellen unerwünschten Mischung des brennbaren Gasgemisches mit den nachströmenden Verbrennungsprodukten vorgebeugt. Während sich nun also die komprimierten Schaufelzellenfüllungen von P nach Q (vgl. Fig. 1) bewegen, erfolgt die Verbrennung bzw. Explosion infolge des in T erzeugten elektrischen Zünd^ funkens. Hierdurch wird die Pressung der Zellenfüllungen erheblich erhöht. Nunmehr entweichen die Verbrennungsprodukte mit großer Geschwindigkeit auf dem Schaufelradwege von Q bis R (Fig. 1) aus den Schaufelzellen nach den Expansionsmündungen der Druckausgleichkanäle k (vgl. auch Fig. 2), wobei ihre Druckspannung absatzweise abnimmt. Dieses Ausströmen der Gase bei der Expansion erzeugt die Drehbewegung des Schaufelrades, da die Lauf- und Leitschaufeln nach den bekannten Regeln des Dampfund Gasturbinenbaues geformt sind. Hierbei hängt natürlich die Geschwindigkeit der Gasströmung und mit ihr auch diejenige der Turbinenraddrehung vom Druckunterschied an den beiden Mündungen der Druckausgleichkanäle ab.

Auf dem weiteren Wege von R bis L entweichen die Verbrennungsprodukte — ebenso wie auch bei dem darauffolgenden Durchstro-

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men des Ausgleichraumes A - Z — (Weg L-N) durch Z₁ nach außen.

Das brennbare Gas, das zur Erzeugung des Explosionsgasgemisches dient, wird der TJurbine zweckmäßigerweise von der Gasquelle aus durch das Rohr G (Fig. i, 2 und 6) in der Pfeilrichtung zugeführt. An das Rohr G schließen sich Ausströmrohre g mit Düsen an, aus denen das Gas in A eintritt. Zum Zweck einer Regelung der Gaszufuhr ist nun im Rohr G ein Kolben h verschiebbar angeordnet, der unter dem Einfluß eines von der Turbine aus gedrehten Geschwindigkeits- oder Leistungsreglers steht. Durch Verschiebung des Kolbens h wird nun eine größere oder kleinere Zahl der Ausströmrohre g freigegeben, wodurch die Menge des ausströmenden brennbaren Gases vergrößert oder verkleinert und in weiterer Folge die von der Turbine abzugebende Arbeit geregelt wird. Die Druckausgleichkanäle k sind aus parallel zueinander gelegten, an den Rändern zusammengenieteten Blechen gebildet, die an den Seiten mit einer angegossenen Metallwandung D versehen sind. Das Ganze ist in dem Gußansatz H des Turbinengehäuses BQH untergebracht und mittels des Deckels d darin festgehalten. Um eine übermäßige Erhitzung des Turbinengehäuses zu vermeiden, wird das letztere zweckmäßig mit einer Wasserkühlung versehen. Das Kühlwasser kreist in besonders dafür vorgesehenen Hohlräumen des Gehäuses, wie es aus Fig. 2 und 7 ersichtlich ist. Bei Verwendung der gewählten S - Form der Schauf elung kann — natürlich nach Vornahme gewisser Konstruktionsänderungen der unbeweglichen Teile — die Turbine umsteuerbar gemacht werden. Es ist nur nötig, mit entgegengesetzt gerichteten Leitkanten zu versehende Leitkanäle auch auf der anderen Schaufelradseite anzuordnen und im übrigen nur noch eine doppelseitige Gaszufuhr und doppelseitige Ausgleichräume Z₁ bzw. A vorzusehen. Es ist ersichtlich, daß dann bei Inbetriebnahme der einen oder der anderen Seite der Vorrichtung und gleichzeitiger Ausschaltung der anderen das Schaufelrad in der einen oder in der anderen Drehrichtung umlaufen wird.

Die aus den Fig. 6 bis 11 zu ersehende Ausführungsform stellt eine sonst nach den gleichen Grundsätzen gebaute, aber doppelt wirkende und nicht umsteuerbare Turbine dar. Die Schaufeln (Fig. 8 und 10) sind hier nicht S- sondern C-förmig, so daß das Schaufelrad zu der Hauptebene völlig symmetrisch gestaltet ist. Hieraus folgt, daß das Ansaugen des brennbaren Gasgemisches beiderseits erfolgt, zu welchem Zweck beiderseitige Gaszuführungsdüsen vorgesehen sind. Auch die Explosionskammern, die Druckausgleichkanäle und die Ausgleichräume sind, wie die Figuren zeigen, beiderseitig ausgeführt. Die Gaszufuhr und die Explosionsvorrichtung befinden sich nun in der Nähe der Nabe, während die Mündungen der Druckausgleichkanäle, und die Ausströmung der Verbrennungsprodukte am Umfang des Schaufelrades angeordnet sind. Durch diese Bauart wird erreicht, daß das Schaufelrad die Gasmischung bei A infolge der Zentrifugalbewegung der Zellenfüllungen ansaugt, hierbei also als ein Radialventilator zur Wirkung kommt. Die übrige Wirkungsweise ist auf Grund des bereits Gesagten ohne weiteres klar.

Das Schaufelrad besteht bei dieser Ausführungsform auch aus zwei aufeinander gelegten Hälften. Zwischen beiden ist jedoch eine mit Löchern/ versehene BlechscheibeC (Fig. 7 und 11) angeordnet. Diese letztere bezweckt, zunächst die bei beiderseitiger Gaszufuhr und Führung zu befürchtenden starken Gaswirbelungen möglichst zu vermeiden und hierdurch einer allzu schnellen Vermengung der frischen Gase mit den Verbrennungsprodukten vorzubeugen. Außerdem hat aber die perforierte Zwischenwand den wichtigen Zweck, Ungleichheiten der beiderseitigen Drücke sofort auszugleichen und auf diese Weise ein einseitiges Andrücken des elastisch gelagerten Schaufelrades an die umgebende Gehäusewand wirksam zu verhüten. Durch die in der vorstehenden Beschreibung klargelegten neuen Ausführungsformen des Schaufelrades und der Druckausgleichkanäle ist ihre Anwendungsfähigkeit selbstverständlich nicht als erschöpft anzusehen. Es ist ohne weiteres klar, daß auch z. B. bei der Ausführung der Turbine nach Fig. 2 der Patentschrift 232682 das Schaufelrad der vorliegenden Erfindung ohne Änderungen und die Druckausgleichkanäle mit geringen Änderungen, die sich ohne weiteres ergeben, vorteilhafte Anwendung finden können. Ferner sei noch besonders hervorgehoben, daß bei den vorliegenden beiden weiteren Ausführungsformen der Turbine nicht etwa nur Zustandsänderungen der brennbaren Gase oder Dämpfe durch Explosion in Frage kommen, sondern daß eine Verbrennung fester oder flüssiger Brennstoffe selbstverständlich auch ohne weiteres anwendbar ist.

Claims

Patent-Ansprüche:

I. Durch erhitzte· oder Explosionsgase oder -dämpfe betriebene Turbinenanlage, bei welcher zur allmählichen Verdichtung der Frischgase Gase oder Dämpfe aus den einzelnen Druckstufen der Expansionsseite entnommen und diese den voneinander getrennten Kanälen im Gehäuse zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaufelkranz für achsiale Beauf-

schlagung ausgebildet und die Mündungen der Druckausgleichkanäle (k k . . .) am Schaufelkranz angeordnet sind, die Explosion (Verbrennung) dagegen in der Nähe der Schaufelradnahe erfolgen kann, während die Schaufeln selbst durch zur Schaufelradwelle konzentrische, jeweilig nur einen Teil der Dicke des Schaufelrades einnehmende zylindrische Ringe unterteilt sind, die infolge abgesetzter Anordnung den Gasen in radialer Richtung nur einen gewundenen Weg freilassen, um eine Mischung der nach der Explosionskammer zuströmenden verdichteten Frischgase mit j den abziehenden Verbrennungsprodukten

j möglichst zu vermeiden.
2. Turbinenanlage nach Anspruch 1, cdaclurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad mit C-förmigen Schaufeln ausgerüstet ist und daß die Druckausgleichkanäle und die Ausströmung für die Verbrennungsprodukte am Umfang und beiderseitig, die Frischgaszuströmungs- und die Explosionsräume in der Nähe der Nabe und ebenfalls beiderseitig angeordnet sind, so daß eine doppelte Wirkung, wenn auch ohne die Möglichkeit einer Umkehrung der Drehrichtung, erzielt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.