DE254107C - - Google Patents

Description

=exemplar

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-Λ* 254107-KLASSE 46//. GRUPPE

KLEMENS EGBERS in HANNOVER.

Gasturbine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. August 1911 ab.

Die Erfindung betrifft eine Explosionsgasturbine und will den Übelstand beseitigen, welcher daraus entsteht, daß die Geschwindigkeit der Treibgase sich ändert, während die Schaufelgeschwindigkeit gleich bleibt. Nach der Erfindung wird die Schaufelbahn spiralförmig um die Welle gelegt, so daß auch die Düse ihren Abstand von der Welle ändert. Man kann die Schaufelbahn regel- oder auch

ίο unregelmäßig anlegen, je nachdem, ob der Druck in der Gaskammer und damit die Gasgeschwindigkeit in den Düsen gleichmäßig oder ungleichmäßig abnehmen soll. Natürlich muß bei gleichmäßiger Abnahme des Gasdruckes auch die Bewegung der Düse gleichmäßig erfolgen, bei ungleichmäßiger Abnahme des Druckes ungleichmäßig. Eine gleichmäßige Bewegung kann man z. B. durchZahnstangen, die von Zahnrädern getrieben werden, erreichen, eine ungleichmäßige dagegen durch einarmige Hebel, die auf einer Welle befestigt sind und hin und her oder herumgedreht werden. In beiden Fällen müssen die Strecken, die den Anforderungen nicht entsprechen, dadurch ausgeschaltet werden, daß die Gaskammer abgesperrt wird. Wenn das Gas durch eine gleichbleibende Öffnung ausfließt, dann nimmt der Druck am Anfange der Ausströmungsperiode schneller ab als am Ende. Die Be- wegung der Düse und die Schaufelbahn muß diesem Umstände Rechnung tragen. Man kann aber auch durch eine Steuervorrichtung dafür sorgen, daß die Druckabnahme in der Gaskammer gleichmäßig erfolgt.

Wenn schnellströmendes Gas in der Bewegung gehindert wird, dann erhitzt es sich, 40

selbst wenn die Strömungstemperatur niedrig ist, unter Umständen derart, daß es die Baustoffe angreift. Deswegen müssen die Schaufeln einer Gasturbine mittelbar oder unmittelbar gekühlt werden. Da der Wärmedurchgangskoeffizient mit dem Quadrate der Entfernung kleiner wird, so muß die Kühlung in unmittelbarer Nähe der Erwärmung erfolgen. Im vorliegenden Falle muß demnach die Kühlung denselben Weg verfolgen wie die Erwärmung. Deswegen sind an den Gasdüsen in entsprechender Entfernung Kühldüsen vorzusehen, die den von außen zugeführten Kühlstoff entweder unmittelbar auf die Schaufeln oder auf die neben den Schaufeln befindlichen widerstandsfähigen Teile der Laufräder befördern.

Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. ι stellt einen wagerechten Mittelschnitt durch die Turbine dar, Fig. 2 ein Laufrad in Vorderansicht, Fig. 3 eine Zahnstangensteuerung in Vorderansicht.

In dem Gehäuse 1 ist die Welle 2 drehbar gelagert. Auf der Welle 2 sitzen die Laufräder 3 und 4 mit den spiralförmigen Schaufelbahnen 50, 51. Die Lauf räder sind Spiralkörper, die in ihren Lücken etwa schwalbenschwanzförmig befestigte Schaufeln tragen. 5, 6, 52, 53 sind Gasdüsen, die an dem Rahmen 43 befestigt sind. 5 und 6 führen das frische Gas dem Laufrade 3 zu, 52, 53 ändern die Strömungsrichtung des Gases, nachdem es 3 durchflossen hat, und führen es dem Laufrade 4 zu. Der Rahmen 43 wird von den Rädern 44,45,46,47 gestützt und geführt. Die Hin- und Herbewegung des Rah-

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mens und der Düsen erfolgt durch den jeweiligen Überdruck in Düse 5 oder 6, wird durch die Zahnstangen 17, 18 und die Räder 15,16 geregelt und in die rechte Beziehung zu dem Umlauf des Laufrades gesetzt. Nur etwa der halbe Umfang dieser Räder ist mit Zähnen besetzt (Fig. 3). Auf dem Hinwege greifen die Zähne in die obere Zahnstange, bei dem Herweg in die untere. Um die Umkehr der Bewegung zu erleichtern, sind in dem Gehäuse die Puffer 48, 49, 54, 55 vorgesehen. An den Gasdüsen und dem Rahmen sind die Kühldüsen 58, 59, 60, 61, 62, 63, 68, 69, 70, 71, 72, 73 in entsprechender Entfernung so befestigt, daß sie dieselbe Bewegung machen wie die Gasdüsen. Der Kühlstoff wird den Düsen durch die Rohre 65, 64, 66, 74, 75, 76 von außen zugeführt, auf denen die Düsen hin und her gleiten können. Die Zuführung wird durch einen Hahn im Rohr 67 und 77 in bekannter Weise zeitweilig unterbrochen. Der verbrauchte Kühlstoff wird durch entsprechende Ansatzrohre oder Kanäle im Gehäuse entfernt. Wenn die Turbine mit einem Kondensator versehen ist, dann wird der Kühlstoff durch Leitkanäle des Gehäuses gleichzeitig mit dem gekühlten Triebgas durch einen Ventilator abgesaugt. In diesem Falle kann das Kühlmittel durch den Überdruck der Atmosphäre selbsttätig in die Düsen gepreßt werden. Als Kühlmittel kann sowohl Wasser als auch Luft verwandt werden.

Die Gasdüsen 5 und 6 gleiten reibungsfrei auf den Rohren 7 und 8. Zur Regelung der Gaszufuhr und der Geschwindigkeitsabnahme sind in 5 und 6 Ventile vorgesehen. Diese müssen möglichst in der Nähe der Düsenmündungen angebracht werden, damit die Geschwindigkeit in den Zuleitungsrohren nicht zu groß wird und Geschwindigkeitsverluste nach Möglichkeit vermieden werden. Das Ventil in der Düse 5 besteht aus dem Kolben 11, der in dem Zylinder 56 hin und her geschoben wird. In dem Kolben 11 ist der Kanal 13 vorgesehen, der bewirken soll, daß vor und hinter dem Kolben derselbe Druck herrscht und dadurch das Ventil entlastet wird. Der Hin- und Herschub des Kolbens erfolgt durch das Rädchen 41, das von der Schiene 42 geführt wird. Diese Schiene kann den Bedürfnissen entsprechend ganz gerade verlaufen, oder die gerade Richtung kann auch zur zeitweiligen Schließung des Ventils durch entsprechende Kurven unterbrochen werden. Das Ventil in Düse 6 besteht aus dem Kolben 12 mit dem Kanal 14, dem Zylinder 57, dem Führungsrade 39 und der Führungsschiene 40.

Das Gaszuleitungsrohr 7 ist mit dem Überdruckventil 9 versehen. Dieses besteht aus einem doppelten Gehäuse. Zwischen den konzentrischen Wandungen des Gehäuses liegt die Feder 19. Diese Feder drückt auf die in den Schlitzen der inneren Wandung gleitenden Arme 25 und 24 des Kolbens 21. Geöffnet wird das Ventil durch einen entsprechenden Überdruck in der Gaskammer 31. Durch den Sperrbolzen 27 wird es so lange offen gehalten, bis der Sperrbolzen durch den Draht 29, der an dem Rahmen des Leitungsrades 41 befestigt ist, entriegelt wird. Die Entriegelung erfolgt, wenn die Düse 5 die kleinste Entfernung von der Welle 2 gewonnen hat.

Rohr 8 ist mit dem Ventil 10 versehen. Dieses besteht ebenfalls aus einem doppelten Gehäuse, zwischen dem die Feder 20 liegt. 22 ist der Kolben, 26 ein Kolbenarm, 23 ein Schlitz des inneren Gehäuses, 28 der Sperrbolzen, 30 der Entriegelungsdraht.

31 und 32 sind Verbrennungs- oder Explosionskammern. In ihnen befinden sich die durchlöcherten Wände 33, 34, 35, 36. Diese haben den Zweck, die Verbrennungskammern vor jeder neuen Füllung von verbrannten Gasen zu reinigen. Alle Turbinenteile, die hoher Temperatur ausgesetzt sind, werden durch feuersichere Stoffe, wie Quarz, Schieferasbest usw. geschützt.

Die Wirkungsweise einer solchen Turbine ist folgende:

Es soll angenommen werden, daß die Turbine sich in vollem Betriebe befinde. In dem Verbrennungsräume 32 ist der Druck etwas unter 5 Atmosphären gesunken. Infolgedessen öffnet sich ein nicht eingezeichnetes Überdruckventil im Rohr 38, das zum Luftkompressor führt. Der Kompressor treibt frische Luft durch die öffnungen der Wand 35 und fegt die verbrannten Gase durch die öffnungen der Wand 36. Wenn 32 mit frischer Luft gefüllt ist, entriegelt der Draht 30 den Sperrbolzen 28. Das Ventil 10 wird von der Feder 20 geschlossen. Die Düse 6 tritt ihren Rückgang an, während 5 in Tätigkeit tritt. Die frische Luft möge unter einem Kompressordruck von 5 Atmosphären stehen. Ihre Temperatur hat sich infolge der Kompression auf etwa 200 ° C. erhöht. Nun wird 32 der Brennstoff zugeführt und das Gemisch in dem Augenblicke entzündet, wo die Düse 6 wieder den Weg zur Welle hin angetreten hat. Durch die Verbrennung möge die Temperatur in 32 auf etwa 1020⁰ C. gebracht werden. Dann steigt der Druck auf 20 Atmosphären. Durch den Überdruck öffnet sich das Ventil 10 und wird von dem Sperrbolzen 28 festgehalten. Das Gas strömt nun durch die Düse 6 in die Schaufeln des Laufrades 3. Die Strömungsrichtung wird durch die Düse 53 wieder geändert, und nun durchströmt das Gas die Schaufeln des Rades 4. Anfangs strömt nur wenig Gas in die Turbine, weil die Düse durch das Düsenventil verengt

ist. Je mehr sich aber die Düse der Welle nähert, um so weiter wird sie durch die schräg gestellte Leitschiene 40 geöffnet. Kurz vor der Mündung der Düse 6 möge der Uberdruck des Gases vollständig in Geschwindigkeit umgewandelt werden. Der Enddruck möge durch Kondensation auf 0,5 Atmosphären gebracht sein. Die Kondensation erfolgt in ähnlicher Weise wie bei der Dampfturbine durch Kühlung und Absaugen. Durch die Druckerniedrigung auf 0,5 Atmosphären erniedrigtsich die Temperatur des Gases in der Düse auf etwa 170° C, so daß die Arbeitstemperatur des Gases nur 170° C. beträgt. Wenn das Gas aber auf die Schaufeln trifft, erhitzt es sich wieder, oder besser: es überhitzt .,sich. Diese Uberhitzungswärme muß zum Teil fortgeschafft werden, damit die Schaufeln nicht angegriffen werden. Deswegen treten in bekannter Weise gleichzeitig mit den Gasdüsen die Kühldüsen in Tätigkeit und kühlen die Schaufelräder.

■ Bevor das Gas das Düsenventil durchstreift, hat es eine verhältnismäßig hohe Spannung.

Infolgedessen sucht es seinen Raum zu vergrößern und drückt die Düse der Welle entgegen. Die Zahnstange 17 aber überträgt diesen Druck dem Rade 15, so daß die Düsenbewegung der Geschwindigkeit der Welle 2 und damit der Geschwindigkeit des Laufrades entspricht. Zahnstange 18 und Rad 16 bewirken, daß der Rahmen 43, auf den der Druck ja übertragen wird, gleichmäßig an der Bewegung teilnimmt. Demselben Zwecke dienen die Trag- und Leiträder 44, 45, 46, 47.

Wenn der Druck in der Verbrennungskammer 32 auf etwa 4,5 Atmosphären gesunken ist, öffnet sich wieder das Überdruckventil zum Kompressor, und der beschriebene Vorgang wiederholt sich. Nun wird die Verbrennungskammer 31 geöffnet, und damit beginnt auf der entgegengesetzten Seite der Turbine das eben beschriebene Spiel.

Die Zahl der Kammern und Düsen ist beliebig. An Stelle der Laufräder kann man auch konische Trommeln setzen.

Claims (2)

. Patent-Ansprüche:

1. Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufschaufelbahn spiralförmig um die Welle verläuft und die Treibmitteldüse diese Bahn entlang geführt wird.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannten Kühldüsen dieselbe Bewegung machen wie die Gasdüsen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.