DE356649C - Gasturbine mit Hilfstreibfluessigkeit - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 27. ÄJLI 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- J& 356649 - .,
KLASSE 46 f GRUPPE 6 "

(R₅Ii₉₇ I\4ßf)

Oskar Richter in Kiel.

Gasturbine mit Hilfstreibflüssigkeit.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. September 1920 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf solche Gas- i In Abb. ι der Zeichnung ist eine Gasturbine

turbinen, bei denen die Kraftübertragung von | dieser Art in Schnittdarstellung veranschaulicht,

den Explosionsgasen auf das Turbinenlaufrad \ und es sei zunächst der Arbeitsvorgang einer

durch einen von den Treibgasen beschleunigten, j solchen b kannten Turbine an der Hand dieser

S in geschlossenem Kreislauf in der Turbine um- ! Erläuterungsskizze beschrieben. L ist das in

laufenden Flüssigkeitsring erfolgt, der auch die j der Richtung des Pfeiles χ im Gehäuse G der

Kompression des Ladegemisches bewirkt. Turbine sich drehende Laufrad, dessen Schau-

fein zwischen sich Zellen ι bis 18 einschließen. K, K¹ sind zwei Umführungskanäle, E, E¹ die Einströmöffnungen für das Ladegemisch, A, A¹ die Auspufföffnungen für die verbrannten Gase und Z, Z¹ zwei Zünder. Der Arbeitsvorgang in einer Zelle (z. B. der Zelle i) spielt sich nun folgendermaßen ab. Bei der in Abb. ι veranschaulichten Stellung des Laufrades L befindet sich in der Nähe von dessen Nabe in der Zelle ι to eine bestimmte Menge komprimierten Ladegemisches (auf der Zeichnung weiß gelassen) und dieses Gemisch wird durch den Zünder Z in dem Augenblick gezündet, in dem die Zelle die Kante U des Gehäuses überlaufen hat. Infolge der Ausdehnung des verbrennenden Gasluftgemisches wird die in der Zelle 1 befindliche Flüssigkeit (schraffiert dargestellt) aus der Zelle hinaus und in den Umführungskanal K hineingedrängt, der in der Pfeilrichtung durchströmt wird und mit den Zellen 6, 7 und 8 in Verbindung steht. Wenn die Zelle 1 die Kante V des Gehäuses erreicht hat, ist die Entleerung ihres Flüssigkeitsinhaltes bis auf einen in der Zelle verbleibenden Restbetrag vollzogen. Die Zelle 1 läuft nun an der Auspufföffnung A vorbei, wobei Auspuff der verbrannten Gase und Druckausgleich erfolgt. Sodann kommt die Zelle in den Bereich der Einströmöffnung E, und es tritt neues Ladegemisch in die Zelle ein, das zugleich die Abgasreste durch die Öffnung A

W- des-

Gehäuses G vorübergelaufen, so beginnt die Verdichtung des in ihr befindlichen Ladegemisches durch die aus dem Umführungskanal K ausströmende und sich unter Druck in die Zelle ergießende Flüssigkeit. Die Verdichtung erreicht ihren Höhepunkt, wenn die hintere Begrenzungsschaufel der Zelle die Kante V des Gehäuses erreicht hat. Mit dem Durchlaufen der zweiten Hälfte des Gehäuses beginnt nun ein zweites Arbeitsspiel, nämlich Zündung des Ladegemisches durch den Zünder Z¹, Überströmen der Flüssigkeit durch den Umführungskanal K¹. Der für die Zelle 1 beschriebene Arbeitsvorgang gilt mit entsprechender Zeitverschiebung auch für jede andere Zelle. Die Veränderungen des Volumens des Lacegemisches während des Arbeitsvorganges sind aus der strichpunktierten Kurve erkennbar.

Der sich unter der Wirkung der expandierenden Gase vollziehende Austritt der Flüssigkeit | aus den einzelnen Zellen in die Überströmkanäle K, K¹ und der Wiedereintritt der Flüssigkeit in das Laufrad geht nun je nach der \

mehr oder weniger fortgeschrittenen Stellung | der Zellen zu diesen Kanälen mit ganz ver- | schiedenen Geschwindigkeiten vor sich, so daß | in den Kanälen K, K¹ sehr verwickelte Strömungserscheinungen auftreten, die Energie-Verluste zur Folge haben. Um den Strömungsverlauf in den Überströmkanälen zu verbessern, ist bereits vorgeschlagen worden, die Querschnittsöffnungen der Kanäle K, K¹ in der aus Abb. 2 ersichtlichen Weise durch Zwischenwände C, D zu unterteilen. Eine solche Unterteilung wird aber den Strömungserfordernissen nicht gerecht, denn es bleibt der Nachteil bestehen, daß die äußeren Wasserteilchen viel längere Wege zurücklegen müssen als die inneren. Dazu kommt, daß immer eine volle Ausströmzelle mit einer vollen Einströmzelle verbunden ist und ebenso eine halbvolle Zelle mit einer halbvollen und eine fast leere mit einer fast leeren. Diese Art der Umführung ist also nicht zweckmäßig, denn zwischen den vollen Einströmzellen wird im Überströmkanal notwendig eine Flüssigkeitsstauung und zwischen den leeren Zellen Flüssigkeitsmangel eintreten.

Die Erfindung bezweckt nun, eine Gasturbine zu schaffen, welche die Nachteile der oben be- ^ schriebenen bekannten Turbinen nicht aufweist, und dieser Zweck wird dadurch erreicht, daß für die Umführung des Wassers aus den Ausströmzellen des Schaufelrades in die Einströmzellen mehrere in der Achsenrichtung nebeneinander und in der Strömungsrichtung fortschreitend versetzt zueinander liegende Kanäle vorgesehen sind.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in den Abb. 3 bis 5 beispielsweise veranschaulicht.

Abb. 3 -«nd-3a~zeigen, ,die, jieue, _; Gasturbine __ teilweise in senkrecht zur Laufradachse verlaufenden Schnitten, und zwar ist in Abb. 3 der Schnitt durch den Umführungsteilkanal k¹ gelegt und verläuft nach der Linie 3r3 (Abb.4), während in Abb. 3a der Schnitt durch den Umführungsteilkanal k^l gelegt ist und nach der Linie 3a-3a (Abb. 4) verläuft.

Abb. 4 ist eine Ansicht des Turbinengehäuses von innen gegen die Mündungsstellen der Umführungskanäle gesehen (das Laufrad ist fortgelassen) und

Abb. 5 ein Schnitt nach der Linie 5-5 der Abb. 4 von rechts gesehen (das Laufrad ist mit dargestellt). ■ ..-_-.-.-

Die Einrichtung der neuen Turbine stimmt zunächst im wesentlichen mit derjenigen der oben beschriebenen Turbine nach Abb. 1 überein, d. h. es ist ein Schaufelrad D vorhanden, das im Sinne des Pfeiles χ im Gehäuse G umläuft und desgleichen Auspufföffnungen A, A¹ Einlaßöffnungen E, E¹ für das Ladegemisch und Zünder Z, Z¹. Neu ist die Anordnung der Umführungskanäle. Diese sind nicht in radialer Richtung, wie bei der Turbine nach Abb. 2, sondern, wie Abb. 5 erkennen läßt, in achsialer Richtung durch Wände unterteilt. Es ergeben sich dabei vier nebeneinanderliegende, voneinander getrennte Urnführungsteilkanäle k¹, k², k³, A⁴ (Abb. 5), welche wie die Abb.¹3, 3a und 4 erkennen lassen, in der Rieh-

tang des Umfanges fortschreitend versetzt zueinander liegen.

Durch diese Anordnung der Überströmkanäle wird erreicht, daß während der ganzen Expansionsperiode immer eine nahezu volle Ausströmzelle, z. B. die Zelle 2, mit einer fast leeren Einströmzelle io verbunden ist (Abb. 3) und ebenso eine fast leere Ausströmzelle, z. B. die Zelle 5, mit einer vollen Einströmzelle 13 (Abb. 3a). Die Teilkanäle k¹ bis k* besitzen, wie Abb. 4 und 5 zeigen, zunehmende Breite entsprechend der fortschreitenden Expansion des Ladegemisches. Um einen wirbelfreien Übertritt der Flüssigkeit aus dem Laufrad in

die Überströmkanäle Mbis k^l zu gewährleisten, ist die gleiche Unterteilung durch drei Wände auch im Laufrad L vorgesehen (siehe Abb. 5). Die Entleerung und das Wiederfüllen der Zellen vollzieht sich mit dem Fortschreiten der

•Zellen stufenweise, und zwar zunächst durch den Umführungsteilkanal k¹, dann durch A², durch k³ und endlich durch k^l. Da nun, wie erwähnt, immer eine volle Zelle mit einer leeren und umgekehrt verbunden ist, so wird durch

die beschriebene Anordnung in den Überströmkanälen ein wirbelfreier, stetig verlaufender Übertritt der Flüssigkeit und somit auch ein besserer Wirkungsgrad der Turbine erzielt. Die Kanäle k¹ bis &* der Abb. 4 können naturgemäß symmetrisch zur Mittelebene des. Laufrades bzw. der Turbine angeordnet werden, z. B. derart, daß der mittlere Kanal den kleinsten Querschnitt besitzt und die Querschnitte der sich links und rechts anschließenden Kanäle nach der Seite hin größer werden oder umgekehrt. Um den Wasserübertritt aus einem Kanal in den Nachbarkanal gleichmäßig zu gestalten, ist es zweckmäßig, die Kanalöffnungen A¹Ms &*schräg zu legen, derart, daß sie sich teilweise übergreifen und gewissermaßen einen durchgehenden Schlitz bilden, der lediglich durch die Trennungswände unterteilt ist. Dieser Schlitz kann auch, wie dies in der Abb. 4 mit gestrichelten Linien zum Ausdruck gebracht ist, gekrümmt ausgebildet werden.

Da für die erste Entleerung der Zellen nur die Öffnung k¹ im Gehäuse zur Verfügung steht, die in den Zellen des Schaufelrades befindliche Flüssigkeit auf der übrigen von dieser Öffnung nicht eingenommenen Breite des Schaufelrades dagegen auf die geschlossene Gehäusewand trifft, so wird unter Umständen an dieser Stelle eine Stauung der Flüssigkeit eintreten. Um diese zu vermeiden, kann (in Abb. 3 in strichpunk- J

tierten Linien dargestellt) ein luftdichtes Aus- | gleichgefäß B vorgesehen werden, das Wasser und Luft enthält und dessen mit Wasser gefüllter Tcdl einerseits durch eine Rohrleitung F mit einer zusätzlichen Öffnung f¹ (Abb. 4) in der Gehäusewand in Verbindung steht und von dem aus eine zweite Rohrleitung H nach einer zweiten Öffnung h¹ (Abb. 4) der Gehäusewand führt. Das Gefäß ist also einerseits (durch P) mit einer Stelle im Laufrad verbunden, an der " ein Drucküberschuß vorhanden ist, und anderscits steht es mit einer Stelle geringen Druckes in Verbindung. Es kann also die Rolle des Ausgleichs übernehmen etwa in derselben Weise wie das Schwungrad einer Kolbendampfmaschine. Aus dem Gefäß B kann nebenbei auch Druckwasser für andere Zwecke (z. B. zur Kühlung von Teilen der Turbine) entnommen werden. Die entnommene Flüssigkeit muß dann nur an einer Stelle geringen Druckes dem Kreislauf der Flüssigkeit wieder zugeführt werden.

Wenn man das Laufrad der Turbine durch irgendeine Kraftmaschine antreibt, so kann die beschriebene Einrichtung sinngemäß auch bei-Luftkompressoren angewendet werden.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Gasturbine mit arbeitsvermittelnder Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß für die Umführung des Wassers aus den Ausströmzellen des Schaufelrades in die _.. Einströmzellen mehrere in der Achsenrichtung nebeneinander und in der Strömungsrichtung fortschreitend versetzt zueinander liegende Kanäle (A¹, k², k^s, £⁴) vor- go gesehen sind.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teilkanäle entsprechend der fortschreitenden Expansion des Ladegemisches verschieden große, und zwar in der Umdrehungsrichtung zunehmende Querschnitte besitzen.

3. Gasturbine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Flüssigkeit und Luft enthaltendes Ausgleichdruckgefäß (B), dessen ioo mit Flüssigkeit angefüllter Teil einerseits mit einer Öffnung (Z"¹) in der Gehäusewand in Verbindung steht, an der hoher Druck herrscht und anderseits mit einer Stelle (h¹) niederen Druckes verbunden ist.

4. Gasturbine nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Ausgleichgefäß aufgespeicherte Druckflüssigkeit zu anderen, z. B. zu Kühlzwecken, Verwendung findet.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.