DE319951C

DE319951C - Method and device for operating gas steam turbines

Info

Publication number: DE319951C
Application number: DE1913319951D
Authority: DE
Original assignee: HANS G NISSEN
Current assignee: HANS G NISSEN
Priority date: 1913-12-03
Filing date: 1913-12-03
Publication date: 1920-04-06
Also published as: GB146387A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von Gasdampfturbinen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Gasdampfturbinen, bei denen die bei der Explosion des Gasgemisches entstehende Wärme zum Teil einem die Explosionskammer kühlenden Mittel zur Erzeugung von Dampf zugeführt wird. Die Zufübrung von Dampf und einem zündfähigen Luftgasgemisch geschah bisher in der Weise, daß der Dampf erst nach der Expansion der Verbrennungsprodukte auf Eintrittsspannung in die Explosionskammer zugeführt wurde. Dem Dampf fiel dabei die doppelte Aufgabe zu, einmal die Leistung der Turbine zu erhöhen, indem die Geschwindigkeitsänderungen des ausströmenden Mittels möglichst klein gehalten wurden, und ferner die Schaufeln vor schädlicher Überhitzung zu schützen. Beide Aufgaben werden bei zeitlich getrennter Zuführung von Zündmenge und Dampf nur unvollkommen erreicht. Da die Ausströmungsgeschwindigkeit mit der Temperatur und dem Druck des ausströmenden Mittels zunimmt, geht ein großer Teil der Wärme der Verbrennungsgase unausgenutzt in die Schaufeln, ein Wärmeausgleich zwischen Dampf und Verbrennungsgasen findet nur unvollkommen statt, da im Augenblick der Zuführung des Dampfes das Verbrennungsprodukt bereits auf Ladespannung expandiert, seine Temperatur daher stark gesunken ist. Eine nennenswerte überhitzung des Dampfes findet daher nicht statt. Wird dagegen der Dampfraum gemäß vorliegender Erfindung im Augenblick der Explosion des Gasluftgemisches mit der Explosionskammer in Verbindung gebracht, so daß beide Mittel gleichzeitig expandieren, so findet neben sofortigem Druckausgleich ein günstigerer Wärmeausgleich statt. Der gleichzeitig, aber räumlich hinter den Verbrennungsgasen ausströmende Dampf kann sich an den Wandungen der Verbrennungskammer hoch erhitzen. Die Leistung der Turbine wird daher größer.Method and device for operating gas steam turbines. The invention relates to a method for operating gas steam turbines in which the Explosion of the gas mixture generated heat in part a the explosion chamber cooling means for generating steam is supplied. The addition of steam and an ignitable air gas mixture happened so far in such a way that the steam only after the expansion of the combustion products to entry voltage into the explosion chamber was fed. The steam had a double task, once the performance to increase the turbine by changing the speed of the outflowing agent were kept as small as possible, and also the blades from harmful overheating to protect. Both tasks are performed when the ignition quantity is supplied at separate times and steam is only imperfectly achieved. Since the outflow velocity with the As the temperature and pressure of the effluent increases, a large part goes the heat of the combustion gases unused into the blades, a heat balance between steam and combustion gases takes place only imperfectly, since at the moment When the steam is supplied, the combustion product expands to charge voltage, its temperature has therefore dropped sharply. Significant overheating of the steam therefore does not take place. If, however, the vapor space according to the present invention at the moment of the explosion of the gas-air mixture in connection with the explosion chamber brought so that both means expand at the same time, so takes place next to immediate Pressure equalization a more favorable heat equalization instead. At the same time, but spatially Steam escaping behind the combustion gases can build up on the walls of the combustion chamber heat high. The power of the turbine is therefore greater.

Die durch die gleichzeitige Expansion beider Mittel vereinfachte und beschleunigte Abwicklung eines Arbeitstaktes hat zugleich eine mechanische Vereinfachung der Turbine zur Folge, indem während eines Taktes nur ein Ventil sich einmal bewegt.Simplified by the simultaneous expansion of both means and accelerated processing of a work cycle also has a mechanical simplification the turbine as a result of only one valve moving once during a cycle.

Zur Ausführung des Verfahrens wird zwischen der Explosionskammer einerseits und dem Dampf- sowie Gasgemischraum anderseits ein selbsttätiges Ventil angeordnet, das die Explosionskammer während des Ladens unter Absperrung des Dampfraumes mit dem Gasgemischraum und im Augenblick der Explosion unter Abschluß des Gasgemischraumes mit dem Dampfraum in Verbindung setzt. Dabei ist die Explosionskammer von dem selbsttätigen Ventil durch einen engen langen Kanal getrennt, um das Ventil vor dem schädlichen EinfluB der hohen Temperatur der Explosionsgase zu schützen.To carry out the process, on the one hand, between the explosion chamber and the steam and gas mixture space on the other hand, an automatic valve is arranged, that the explosion chamber during loading while blocking off the vapor space the gas mixture space and at the moment of the explosion with the closure of the gas mixture space with the steam room in connection. The explosion chamber is of the automatic type Valve separated by a narrow long channel to keep the valve from damaging Protect from the high temperature of the explosion gases.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasdampfturbine gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. z einen senkrechten Schnitt durch die in Betracht kommenden Teile der Turbine, Fig. 2 einen Schnitt nach A-B der Fig. r. An dem Gehäuse x der Turbine sind ringförmig verteilt die Explosionskammern 2 angeordnet, deren jede von einer Wasserkammer 3 umschlossen ist. Um den Wärmeübergang aus der Explosionskammer in die Wasserkammer zu beschleunigen, ist die Explosionskammer mit Rippen 4 versehen und gegebenenfalls am hinteren Ende mit Siederohren 5 ausgerüstet. Die Wasserkammern stehen je durch ein Rückschlagventil 6 mit einem ringförmigen Wasserspeiseraum 7 in Verbindung. Die Füllung des Speiseraumes erfolgt durch eine Pumpe. Die Belastung der Ventile 6 ist regelbar. Den Stirnenden der die Explosionskammern umschließenden Kühlkammern 3 ist ein ringförmiger Gasgemischsammelraum 8 vorgelagert. Dem Sammelraum wird das Gasluftgemisch aus dem Vergaser durch eine Pumpe unter Druck zugeführt. Um Störungen zu vermeiden, wenn die Pumpe mehr Gemisch fördert und höheren Druck erzeugt, als zulässig ist, wird in dem Ringkanal ein Überströmventil vorgesehen, das das überschüssige Gasgemisch zu dem Vergaser zurückleitet. Der Sammelraum ist durch Rückschlagventile g gegenüber den einzelnen Explosionskammern bzw. den Ventilkammern von zwischengeschalteten Steuerventilen Io abgeschlossen, welche die Explosionskammern abwechselnd mit dem Gasgemischraum 8 und dem Wasser- bzw. Dampfraum 3 verbinden. Die Belastung der Rückschlagventile ist regelbar, um den Gemischdruck den verschiedenen Brennstoffen anzupassen. Um eine schädliche Überhitzung der Steuerventile zu verhindern, ist der Hals der Explosionskammer eng und lang ausgebildet.The drawing shows an exemplary embodiment of a gas steam turbine shown according to the invention, namely Fig. Z shows a vertical section by the relevant parts of the turbine, Fig. 2 a Section according to A-B of Fig. R. On the housing x of the turbine are distributed in a ring the explosion chambers 2 are arranged, each of which is enclosed by a water chamber 3 is. To accelerate the heat transfer from the explosion chamber to the water chamber, the explosion chamber is provided with ribs 4 and optionally at the rear end equipped with boiling tubes 5. The water chambers are each through a check valve 6 with an annular water feeding space 7 in connection. The filling of the dining room is done by a pump. The load on the valves 6 can be regulated. The forehead the cooling chambers 3 surrounding the explosion chambers is an annular gas mixture collecting space 8 upstream. The gas-air mixture from the carburetor is passed through a Pump fed under pressure. To avoid malfunctions when the pump has more mixture promotes and generates higher pressure than is permissible, an overflow valve is installed in the annular channel provided that returns the excess gas mixture to the carburetor. The collecting room is through check valves g opposite the individual explosion chambers or the Valve chambers closed by intermediate control valves Io, which the Explosion chambers alternating with the gas mixture space 8 and the water or steam space 3 connect. The load on the non-return valves can be regulated to match the mixture pressure to adapt to the different fuels. To a harmful overheating of the control valves To prevent this, the neck of the explosion chamber is made narrow and long.

Die Einrichtung der Steuerventile ist folgende: Das zylindrische hohlgebohrte Ventilküken Io ist in seinem Gehäuse II verschiebbar gelagert. Die Endstellungen sind auf der der Explosionskammer 2 zugekehrten Seite durch einen Anschlag I2 auf der der Gemischkammer 8 zugekehrten Seite durch das Aufsitzen des Ventilkegels I3 auf seinem Sitz I4 bestimmt. In die Ventilführung sind Längskanäle I5 eingeschnitten, zwischen denen radiale Kanäle I6 zur Verbindung des inneren Ventilraumes mit einer das Ventilgehäuse umgebenden Ringkammer I7 angeordnet sind. Von letzterer führt ein Rohr I8 in den Dampfraum der Wasserkammer 3. Bei aufsitzendem Ventilkegel I3 sind die radialen Kanäle I6 frei. Der in der Wasserkammer entwickelte Dampf kann daher in die Explosionskammer 2 strömen. Sitzt dagegen das Ventilküken auf dem Anschlag I2 auf, so sind die radialen Kanäle I6 abgeschlossen, dagegen der Ventilkörper offen. Das Gasgemisch strömt dann nach Öffnung des Rüekschlagventiles g durch die Längskanäle I5 um das Küken Io herum in die Explosionskammer.The setup of the control valves is as follows: The cylindrical, hollow-drilled one Valve plug Io is slidably mounted in its housing II. The end positions are on the side facing the explosion chamber 2 by a stop I2 the side facing the mixture chamber 8 by the seating of the valve cone I3 determined on its seat I4. Longitudinal channels I5 are cut into the valve guide, between which radial channels I6 to connect the inner valve chamber with a the valve housing surrounding annular chamber I7 are arranged. From the latter leads a pipe I8 into the steam space of the water chamber 3. With the valve cone I3 seated the radial channels I6 are free. The steam developed in the water chamber can therefore flow into the explosion chamber 2. If, on the other hand, the valve plug is seated on the stop I2, the radial channels I6 are closed, while the valve body is open. The gas mixture then flows through the longitudinal channels after the non-return valve g has been opened I5 around the chick Io into the explosion chamber.

Am Ende jeder Explosionskammer ist eine Zündkerze Ig angeordnet.A spark plug Ig is arranged at the end of each explosion chamber.

Die Wirkungsweise der Turbine ist folgende: Aus dem Vergaser wird durch die Pumpe das Gasgemisch angesaugt und in den ringförmigen Sammel- und Verteilungsraum 8 hineingedrückt. Sobald der von der Art des Brennstoffes abhängige Gemischdruck erreicht ist, öffnen sich die Rückschlagventile g. Das Gasgemisch schiebt das Küken Io jedes Steuerventiles vor sich her bis an den Anschlag Iz, umströmt dann das Küken und gelangt in die Explosionskammer 2. In dem Augenblick, wo das Gasgemisch die am Ende der Kammer befindliche, beim Anlaufen dauernd funkende Zündkerze Ig erreicht, wird es zur Explosion gebracht. Die explodierten Gase strömen zwischen den Siederohren 5 und dem Leitschaufelkranz 2o der Turbine hindurch in das Laufrad 2=, wo sie ihre Energie abgeben. Im Augenblick der Explosion wird durch den Druck der Explosionsgase das Steuerventilküken =o wieder auf seinen Sitz 14 zurückgeworfen und dabei die Verbindungskanäle 16 der Ventilkammer mit dem Dampfraum des Kühlwasserraumes 3 freigelegt. Die- überschüssige schädliche Explosionswärme wird durch die dünne mit Rippen versehene Wandung und die Siederohre 5 der Explosionskammer 2 in das Kühlwasser übergeführt. Es findet daher eine ununterbrochene heftige Dampfentwicklung statt. Infolge der Verbindung des Dampfraumes und des Explosionsraumes expandieren die Verbrennungsprodukte und der Dampf gleichzeitig, aber räumlich hintereinander, - Beim Durchströmen der Explosionskammer kühlt der Wasserdampf die inneren Wandungen der hoch erhitzten Explosionskammer und wird dabei selber sehr stark überhitzt, Sobald der Dampf im Kühlwasserbehälter so weit expandiert ist, daß der Druck 'im Dampf- und Explosionsbehälter geringer ist als der Druck im Gasgemischsammelraum 8, öffnet sich das Rückschlagventil g wieder und der Vorgang wiederholt sich in der eben beschriebenen Weise. Nach dem zweiten oder dritten Arbeitsvorgang kann die elektrische Kerzenzündung =g abgestellt werden. Die weiteren Explosionen werden dann durch Selbstzündung herbeigeführt.The way the turbine works is as follows: The carburetor becomes the gas mixture is sucked in by the pump and into the annular collecting and distribution space 8 pressed in. As soon as the mixture pressure, which depends on the type of fuel is reached, the check valves open g. The gas mixture pushes the chick Io of each control valve in front of it up to the stop Iz, then flows around the chick and gets into the explosion chamber 2. At the moment when the gas mixture reaches the reaches the spark plug Ig located at the end of the chamber and continuously sparking when starting, it will explode. The exploded gases flow between the boiler pipes 5 and the guide vane ring 2o of the turbine through into the impeller 2 = where they are Give up energy. At the moment of the explosion is due to the pressure of the explosion gases the control valve plug = o thrown back on its seat 14 and thereby the Connecting channels 16 of the valve chamber with the vapor space of the cooling water space 3 are exposed. The excess harmful heat of the explosion is passed through the thin ribbed Wall and the boiling tubes 5 of the explosion chamber 2 transferred into the cooling water. There is therefore an uninterrupted, violent development of steam. As a result of Combustion products expand when the vapor space and the explosion space are connected and the steam at the same time, but spatially one behind the other, - When flowing through the In the explosion chamber, the water vapor cools the inner walls of the highly heated Explosion chamber and is itself very much overheated as soon as the steam in the Cooling water tank is expanded so far that the pressure 'in the steam and explosion container is less than the pressure in the gas mixture collecting chamber 8, the check valve opens g again and the process is repeated in the manner just described. After this The second or third operation can switch off the electric candle ignition = g will. The further explosions are then caused by self-ignition.

In dem Maße, wie sich der Wasserinhalt der Wasserkammern 3 durch Dampfentwicklung vermindert, wird Wasser durch die selbsttätigen Rückschlagventile 6 wieder zugeführt, so daß der Wasserstand auf gleicher Höhe erhalten bleibt. Die Ventile 6 müssen sich also im gleichen Takte bewegen wie die Ventile g, Da beide sich gegen den in der Wasserkammer herrschenden Druck öffnen müssen, muß also die entsprechende Belastung gleich sein.To the extent that the water content of the water chambers 3 changes due to the development of steam reduced, water is fed back through the automatic check valves 6, so that the water level remains at the same height. The valves 6 must be so move in the same cycle as the valves g, since both move against the one in the Water chamber must open the prevailing pressure, so the corresponding load must be the same.

Claims

PATENT CLAIMS i. Method for operating gas steam turbines, in which the heat generated during the explosion of the gas mixture is partly supplied to a means for generating steam which cools the explosion chamber, characterized in that the explosion chamber is brought into connection with the steam chamber at the moment of the explosion of the gas mixture, so that the products of combustion and the steam expand at the same time, but spatially separated.

2. Gas steam turbine after Claim I, characterized in that between the explosion chamber (2) on the one hand, and the steam space (3) and mixture space (8), on the other hand, an automatic valve (io) is arranged that the explosion chamber (2) during loading under shut-off the vapor space (3) with the mixture space (8) and with each explosion under closure of the mixture space (8) with -`the steam space (3) in connection.

3. Gas steam turbine according to claim 2, characterized in that the explosion chamber (2) from the automatic Valve (io) separated by a narrow long channel to keep the valve from damaging To protect the influence of the high temperature of the explosion gases.