DE263140C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 263140 KLASSE 46 d. GRUPPE

WESTINGHOUSE MACHINE COMPANY in EAST PITTSBURG, V. St. A.

Die Erfindung betrifft eine Explosionstur-■ bine mit mehreren nacheinander wirkenden Explosionskammern.

Sie besteht in der Hauptsache darin, daß die aus einer Kammer expandierten Gase außer zum Antrieb des Laufrades auch zur unmittelbaren Verdichtung der Ladung einer anderen Kammer benutzt werden.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem ίο Ausführungsbeispiel dargestellt.

Fig. ι ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, teilweise im Aufriß, einer Anlage, die in mehr oder weniger schematischer Anordnung den Erfindungsgegenstand verkörpert. Der Schnitt durch die Gasturbine und das Ausströmungsoder Verteilerventil, welche in dieser Figur zu sehen sind, ist nach der Linie I-I von Fig. 5 geführt.

Fig. 2 ist eine Aufsicht auf einen Teil der in Fig. ι dargestellten Anordnung.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht nach der Linie 3-3 von Fig. I.

Fig. 4 stellt einen Schnitt nach der Linie 4-4 von Fig. ι in der Richtung der Pfeile gesehen dar.

Fig. 5 ist ein Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 9 in Richtung der Pfeile gesehen und zeigt eine bewährte Ausführungsform eines Verteilerventiles, durch das die Abgabe der Verbrennungsprodukte nach der Gasturbine überwacht wird.

Fig. 6, 7 und 8 sind Ansichten im Aufriß des in Fig. 5 dargestellten Ventiles und zeigen die aufeinanderfolgenden Stellungen des Ventiles während eines Umlaufspieles der Anordnung.

Fig. 9 ist eine Schnittansicht nach der Linie 9-9 der Fig. 8, in der auch das Turbinenrad erscheint.

Fig. 10 ist eine schematische Schnittdarstellung und zeigt die Teilabwicklung eines Ventiles, welches dem in Fig. 5 dargestellten entspricht.

Die dargestellte Anordnung zur Erläuterung der Erfindung weist vier Verbrennungskammern 11, 12, 13, 14 auf, in die brennbare oder explosive Gemische, vornehmlich aus Gas und Luft, nacheinander eingeführt, verdichtet und entzündet werden. Die Anlage besitzt außerdem eine Gasturbine 15, welche durch die Explosionsgase angetrieben wird, und eine Dampfturbine 16, deren Betriebsmittel durch die Abhitze der Verbrennung in den Verbrennungskammern und durch die Abhitze der Verbrennungsprodukte auf ihrem Wege nach der Gasturbine gewonnen wird. Ein Drehschieber 17 dient zur Überwachung der Abgabe der Verbrennungsprodukte von den Kammern nach der Gasturbine.

Die Explosionskammern 11, 12, 13, 14 sind in einem Gehäuse 18 angeordnet, welches mit Wasser gefüllt werden kann und mit einer Dampfleitung 19 durch eine Mündung 20 in Verbindung steht zwecks Abgabe von Dampf an die Dampfturbine 16.

Das Gemisch von Gas und Luft wird durch die Öffnungen 22 nach den Kammern geleitet, wobei jede öffnung durch ein Ventil 23 über-

.wacht wird. Die.Innenräume der Kammern ii, 12, 13, 14 stehen je mit Ausströmungsöffnungen 24, 25, 26, 27 durch Rohre 28 in Verbindung. Das Gehäuse 18, die Kammern und die Rohre 28 wirken als Kessel, welcher die Abhitze der Verbrennung in den Kammern und der Gase, die nach der Gasturbine strömen, ausnutzt und das Antriebsmittel für die Turbine 16 liefert.

Die Verbrennungsprodukte aus den einzelnen Verbrennungskammern werden nach den Schaufeln 29 durch im Drehschieber 17 vorgesehene Düsen geleitet. Bei der gezeigten Anordnung bildet diesen Schieber ein Gehäuse für das Turbinenrad 30.

Ein Verdichter 33 für das nach der Verbrennungskammer geleitete Gas- und Luftgemisch wird gemäß der Darstellung durch AVelle 31 der Gasturbine angetrieben und ist so eingerichtet, daß er Luft und Gas schwach verdichtet und nach den Verbrennungskammern drückt. Die wirksamen Durchgänge des Verdichters sind durch eine Membrane 35 so getrennt, daß auf der einen Seite des Schaufelrades Luft, auf der anderen Seite Gas verdichtet wird. Die Luft wird vom Verdichter durch ein Rohr 38 und das Gas durch ein Rohr 39 gedruckt.

In der Zeichnung ist ein Mischventil für jede Kammer dargestellt, welches aus einem zylindrischen Gehäuse 40 mit Gas- und Lufteinströmöffnungen 41 und 42 besteht und einen Rundschieber 43 umschließt, der drehbar auf der Stange des Ventiles 23 angeordnet ist.

Der Schieber ist mit Öffnungen versehen, die mit den öffnungen 41 und 42 des Gehäuses 40 zusammenarbeiten und diese offen legen, wenn das Ventil 23 sich in geöffneter Stellung befindet. Ein Arm 44 befindet sich an dem oberen Verschluß jedes Gehäuses 40 und wird durch einen Geschwindigkeitsregler in verschiedene Lagen gedreht, um den Schieber 43 zu verdrehen und so den Betrag zu ändern, um den die Öffnungen 41 und 42 entsprechend den Tourenschwankungen der Gasturbine freigelegt werden.

Die Stange jedes Ventiles 23 wird durch eine unrunde Scheibe 45 geöffnet. Eine Feder 46 bewirkt die Schließung des \fentiles 23.

Die unrunden Scheiben 45 sitzen, wie gezeichnet, auf einer Welle 47, die durch ein geeignetes Getriebe von der Welle 31 der Gasturbine 15 aus angetrieben wird.

Die Anordnung ist so getroffen, daß Gas- und Luftladungen nacheinander zu den Kammern gesandt werden. Diese Ladungen werden dann stufenweise verdichtet und entzündet ; die Explosionsgase expandieren in drei verschiedenen Stufen und werden dann aus den Verbrennungskammern durch die eintretenden Ladungen frischen Gemisches ausgeblasen. Die Verteilerscheibe 17 dient zur Durchführung dieses Arbeitsganges. Sie isl drehbar auf Kugellagern in einem Gehäuse 48 gelagert und durch ein Stirnrad 49 angetrieben. Die Scheibe ist so angeordnet, daß die Ausströmöffnungen jeder Kammer während jeder Entzündungsperiode versetzt bzw. geschlossen sind.

Der Schieber 17 weist einen ebenen Teil 51 auf, der- nacheinander die Ausströmöffnungen der Verbrennungskammern während der Umdrehung des Schiebers abzuschließen vermag. Eine Düse 52 (Fig. 10) liegt neben dem ebenen Teil 51, erhält nacheinander Verbindung mit den Ausströmöffnungen der Kammern und leitet die anfängliche Expansion aus einer Kammer nach der Explosion nach den Schaufeln 29 der Turbine. Ein Kanal 53 nimmt die von der Düse 52 ausströmenden Gase auf, nachdem sie die Schaufeln 29 passiert haben, lind leitet sie durch Umführung nochmals durch das Turbinenrad 30 und darauf durch eine der Ausströmöffnungen in eine andere Kammer, zum Zwecke endgültiger Verdientung der Ladung. Eine Düse 54 neben der Düse 52 steht nacheinander in Verbindung mit den Ausströmöffnungen und entläßt den Gasstrom, der von der fortgesetzten Expansion in den Kammern herrührt, ebenfalls nach den Schaufeln 29. Ein Kanal 55 ist so angeordnet, daß er das aus der Düse 54 hervorströmende Mittel nach Durchtritt durch die Schaufeln 29 aufnimmt und wieder zurück durch das Turbinenrad und nach einer der Kammern leitet, damit die Ladung dort die Vorverdichtung erhält. Eine Düse 56 gelangt schließlich nacheinander mit den Ausströmöffnungen der Kammern in Verbindung und entläßt die Explosionsgase durch die Schaufeln 29 nach dem Auspuffkanal 5.7. Der Auspuffkanal 57 kann mit der Atmosphäre in Verbindung stehen, wenn dies geeignet erscheint. Neben der Düse 56 ist eine Ausnehmung 58 vorgesehen, die nacheinander mit den Aus-Strömöffnungen in Verbindung tritt und sie mit dem Auspuffkanal verbindet. Der Drehschieber läuft in Richtung der Pfeile in Fig. 5, 6, 7, 8 und 10 um und um das Turbinenrad 30 in umgekehrtem Sinn. no

In den Fig. 5, 6, 7 und 8 der Zeichnung sind die aufeinanderfolgenden Stellungen des Schiebers 17 während eines Arbeitsspieles der Anordnung dargestellt. In diesen Figuren sind die Stellungen der Ausströmöffnungen 24, 25, 26 und 27, welche mit den entsprechenden Kammern 11,12,13 ^im(i ^X4 ^m Verbindung stehen, durch gestrichelte schräge Schraffur angedeutet.

In Fig. 5 ist der Schieber 17 in der Stellung dargestellt, die er während der Zündperiode in der Kammer 12 einnimmt. Der ebene Teil 51

des Schiebers verdeckt die öffnung 25. Der Kanal 55 steht so, daß er die Verbrennungsprodukte von der Kammer 11 in die Kammer 13 ableitet, zum Zwecke der Vorverdichtung der Ladung in der Kammer 13. Der Kanal 58 befindet sich in direkter Verbindung mit der Öffnung 27 und infolgedessen auch mit der Kammer 14. Der Kanal 53 ist dabei außer Benutzung. In dieser Stellung des Schiebers 17 erhält die Kammer 14 eine frische Ladung, und die von der vorherigen Verbrennung in der Kammer herrührenden verbrauchten Gase ■ werden durch die eintretende frische Ladung nach dem Auspuff ausgeblasen.

Die schematische Darstellung der Fig. 10 entspricht der Stellung des Schiebers, welche in Fig. 5 gezeichnet ist.

In Fig. 6 nimmt der Schieber 17 seine nächste Stellung ein. Der Kanal 53 steht so, daß er den Gasstrom, der von der anfänglichen Expansion in der Kammer 12 herrührt, in die Kammer 11 hinüberleitet, zum Zwecke endgültiger Verdichtung der Ladung in dieser Kammer. Der Kanal 55 ist abgeschaltet und außer Tätigkeit. Die Ausnehmung 58 steht noch in Verbindung mit der Öffnung 27, und der Kanal 57 steht so, daß er die aus der Kammer 13 hervortretenden Gase nach dem Auspuff entläßt, nachdem sie die Schaufeln 29 der Gasturbine durchtreten haben.

In Fig. 7 ist das Ventil in der Lage gezeichnet, die es während der Zündungsperiode in der Kammer 11 einnimmt, d.h. der Periode, in welcher durch die Expansion in der Kammer 11 die Ladung in der Kammer 14 ihre Vorverdichtung erhält und die Kammer 13 durch den Eintritt einer frischen Ladung ausgespült wird. Die Kanäle 53 und 57 sind abgeschattet und außer Tätigkeit.

In Fig. 8 ist der Schieber 17 in die Lage gedreht, bei der die anfängliche Expansion in der Kammer 11 für die endgültige Verdichtung der Ladung in der Kammer 14 ausgenutzt wird. . Die Endexpansion aus der Kammer 12 erfolgt durch die Schaufeln 29 hindurch nach dem Auspuff, und die Kammer 13 wird schließlich ausgespült und wieder gefüllt. Der Kanal 55 ist abgeschaltet und außer Tätigkeit.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die Explosionskammern nur teilweise auszuspülen, so daß verbrauchtes Gas von der vorherigen Explosion in den Rohren 28 zurückbleibt. Am Ende der Spül- und Füllperiode ist das Ventil 23 geschlossen, und die Ladung erhält ihre Vorverdichtung. Diese Vorverdichtung bewirkt, daß verbrauchte, aber heiße Gase von der Verdichtungskammer in die Rohre 28 gepreßt werden, die mit der Kammer zusammenhängen, in welcher die Ladung verdichtet werden soll. Während der Verdichtung werden heißere Gase, die unter einer höheren'Pressung stehen, in die Rohre getrieben, welche mit der Kammer zusammenhängen, in der die Verdichtung vor sich geht, und die Trennungs- 65 linie zwischen der frischen Ladung und dem verbrauchten Gas in der Kammer wird in dem Maße verschoben, wie der Druck in der Kammer steigt. Die Kammern sind am besten im Verhältnis zu.ihren Durchmessern lang ausgeführt, so daß eine . deutliche Schichtung entsteht. Jede Kammer kann durch irgendein geeignetes Mittel 61 zur Entzündung gebracht werden.

Offenbar ist das Gas, welches zuerst in die Schaufeln 29 der Gasturbine tritt, verbrauchtes und verhältnismäßig kühles Gas, welches während der Verdichtungsperiode nach den Rohren 28 gelangt ist. Bei dieser Anordnung werden die heißen Gase, welche von der Explosion herrühren, lange genug in der Kammer zurückgehalten, um sie durch Expansion beträchtlich zu kühlen und einen Teil ihrer Abhitze an das Wasser in dem Behälter 18 abgeben zu lassen. Die Gase sind ferner ge-' kühlt, während ihres Durchtrittes durch die Rohre 28, und dabei ist ihre Temperatur, ehe sie nach den Schaufeln 29 gelangen, herabgesetzt.

In der Zeichnung ist der Geschwindigkeits- 90 regler 63 dargestellt, der durch die Dampfund Gasturbinen angetrieben wird und die Lage der Arme 44 der Mischventile, welche die Gemische nach den Kammern 11, 12, 13, 14 führen, verändern soll.

Ein Klappventil 62 ist in die Einlaßöffnung 37 des Verdichters eingebaut, um die Zusammensetzung des nach den Mischventilen entsandten Gemisches verändern zu können. Dieses Ventil kann von Hand eingestellt werden oder auch durch den Regler oder auf beide Art und Weisen, je nach Wunsch. Die Dampfturbine 16 und der Verdichter müssen nicht notwendigerweise mit der Welle der Gasturbine unmittelbar verbunden sein.

Claims (7)

Patent-Ansprüche:

1. Explosionsturbine mit einer Anzahl nacheinander wirkender Explosionskammern, dadurch gekennzeichnet, daß die aus einer Kammer expandierenden Gase außer zum Antrieb der Turbine zur unmittelbaren Verdichtung des Gemisches in einer

. anderen Kammer ausgenutzt werden.

2. Ausführungsförm der Turbine gemaß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosionsgase in einer Kammer die Verdichtung von Ladungen in zwei

' oder mehreren anderen Kammern bewirken.

3. Ausführungsform der Turbine gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn-

zeichnet, daß jede Explosionskammer (z.B. ii) in Aufeinanderfolge mit zwei oder mehreren anderen Kammern (z. B. 14, 13) in Verbindung gebracht werden kann, um eine Verdichtung der Gemische in denselben in verschiedenen Verdichtungsstufen zu bewirken.

4. Ausführungsform der Turbine gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertritt der Explosionsgase von einer Kammer (z.B. 11) nach den anderen Kammern (z. B. 14, 13) durch einen Drehschieber (17) überwacht wird, der von der Welle (31) aus, auf welcher das Turbinenrad (30) sitzt, angetrieben wird.

5. Ausführungsform der Turbine gemäß Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (17) auch die Beaufschlagung des Turbinenrades (30) überwacht.

6. Ausführungsform der Turbine gemäß Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (17) einen Teil der Verbrennungsprodukte in jeder Kammer in Aufeinanderfolge durch das Turbinenrad in eine zweite Kammer treten läßt, einen weiteren Teil bei niedrigerem Druck durch das Turbinenrad in eine dritte Kammer und noch einen weiteren Teil bei einem Druckmindestmaß durch das Turbinenrad nach dem Auspuff, worauf die Kammer unmittelbar nach dem Auspuff geöffnet wird.

7. Ausführungsform der Turbine gemaß Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (17) zwei Öffnungen (52, 54, Fig. 10) besitzt, die nacheinander mit den Kanälen in Verbindung treten, die nach den Explosionskammern führen, um die Explosionsgase in zwei verschiedenen Expansionsstufen nach den anderen Verbrennungskammern strömen zu lassen, ferner eine Öffnung (56), um einen weiteren Teil der Gase durch das Turbinenrad in den Auspuff strömen zu lassen, und endlich gegebenenfalls eine Ausnehmung (58) für den Auspuff, um die Kammern ausspülen lassen zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.