DE359126C - Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Mischungsturbinen mit Dampf oder Druckluft - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Mischungsturbinen mit Dampf oder Druckluft

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DE359126C
DE359126C DEF37682D DEF0037682D DE359126C DE 359126 C DE359126 C DE 359126C DE F37682 D DEF37682 D DE F37682D DE F0037682 D DEF0037682 D DE F0037682D DE 359126 C DE359126 C DE 359126C
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  • Hydraulic Turbines (AREA)

Description

  • Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Mischungsturbinen mit Dampf oder Druckluft. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Mischungsturbinen mit hoch überhitzten Dämpfen oder Druckluft und die zur Ausführung derselben dienenden Einrichtungen. Bei dieser Turbine ist in bekannter Weise eine Hilfsflüssigkeit angewendet, die in einem geschlossenen Kreislauf umgetrieben wird und zur Übertragung der Energie von dem gasförmigen Treibmittel auf umlaufende Teile der Turbine dient. Der Kreislauf in dem Turbinenlaufrad wird durch ein feststehendes Leitrad ergänzt, das den Rückdruck der Flüssigkeit aufnimmt und der Strömung eine bestimmte Richtung gibt.
  • Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht in dem besonderen Arbeitsgang, bei dem die Hilfsflüssigkeit an der im umlaufenden Turbinenrad gelegenen Einführungsstelle unter hohen Druck gesetzt und das Treibmittel dort mit ungefähr dem gleichen Druck und annähernd derselben Strömungsgeschwindigkeit in die Hilfsflüssigkeit eingemischt und in dieser verteilt wird, worauf das Gemisch aus Treibmittel und Hilfsflüssigkeit in dem umlaufenden Turbinenrad, und zwar hauptsächlich in der Richtung gegen die Achse, weiterströmt, wobei die Gase ihre Verdrängungs- und Expansionsarbeit an die Flüssigkeit abgeben, ohne ihr jedoch. eine erhebliche Relativbeschleunigung zu erteilen, während die Flüssigkeit ihrerseits treibend auf das Turbinenrad wirkt. Nach mehr oder weniger vollständiger Abgabe der Energie werden die Gasblasen an anderer der Achse nähergelegener Stelle aus der Flüssigkeit ausgemischt, die hierauf durch das Leitrad unter Erteilung einer geeigneten Strömungsrichtung wieder unmittelbar in das Laufrad eingeführt werden kann.
  • Es sind Turbinen mit Hilfsflüssigkeit für gasförmige Treibmittel in verschiedenartiger Ausführung vorgeschlagen worden, jedoch wird - das Treibmittel stets benutzt, um die Hilfsflüssigkeit unter Beschleunigung durch die Kanäle des Laufrades hindurchzutreiben, und zwar wird die Beschleunigung dadurch erzielt, daß in feststehenden Teilen der Turbine das Treibmittel in die Hilfsflüssigkeit entweder vor oder nach seiner Expansion eingemischt wird. In beiden Fällen wird die Energie der hochgespannten Gase in Geschwindigkeit umgewandelt, die hierauf mit Hilfe der Hilfsflüssigkeit im Turbinenrad wirkt. Diese Umwandlung der Energie ist stets mit starker Reibung und Wirbelbildung, also mit erheblichen Verlusten, verbunden.
  • Im Gegensatz hierzu wird gemäß der Erfindung die Erzeugung hoher Ausflußgeschwindigkeiten vermieden, vielmehr wird die Verdrängungs- und Expansionsarbeit in günstiger Weise auf das Laufrad dadurch übertragen, daß die Expansion des Gemisches aus Treibmittel und Hilfsflüssigkeit im Laufrad selbst statt-. findet. Demzufolge ist es wichtig, daß die Hilfsflüssigkeit an der Einmischungsstelle des Treibmittels unter hohem Druck steht und die Expansion in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit erfolgt. Die vorteilhafteste Ausnutzung der Energie wird dann erhalten, wenn die Expansion des Gemisches in dem schnellumlaufenden Laufrad von außen nach innenvorgenommen wird, wobei die Strömung gegen die Achse gerichtet ist. Bei diesem Vorgang müssen an jeder Stelle die im Laufrad auftretenden sehr hohen Zentrifugalkräfte überwunden werden, wodurch gerade der Hauptteil der Arbeitsabgabe des Gemisches an den Läufer vonstatten geht.
  • Das neue Verfahren soll an Hand der schematischen Abb. =a erläutert werden, welche einen durch die Achse gelegten Schnitt einer nach dem vorliegenden Verfahren arbeitenden Luftturbine beispielsweise darstellt. i, 2, 3, 4 ist ein auf der Welle 7 befestigter turbinenartiger Laufkörper, welcher einen festen Leitapparat 5, 6, der mit einem Gehäuse verbunden ist, umschließt. Lauf- und Leitkörper sind mit turbinenartigen Kanälen versehen, welche beispielsweise in Abb. i einen enggeschlossenen, nur aus Turbinenkanälen geformten, hohlringartigen Kreislauf bilden, in welchem Hilfsflüssigkeit, z. B. Wasser, im Kreislauf über r, 2, 3, 4, 5, 6, i in der Pfeilrichtung kreist. 8 bedeutet einen Zuführungskanal für die Druckluft, welche bei 3 in den Strom der Hilfsflüssigkeit eingepreßt wird und sich in Form kleiner Blasen in derselben verteilt.
  • Zur weiteren Erläuterung des Verfahrens sei angenommen, Lauf- und Leitkörper seien mit Wasser gefüllt und in schnelle Umdrehung versetzt worden, so wird sich das `Wasser am äußeren Umfang bei 3 unter hohem Druck befinden, während nach innen hin, d. h. sowohl nach i wie nach 4 zu, kleinerer Druck vorhanden ist. Die im Betriebe im Sinne i, 2, 3, 4, 5, 6, i kreisende Wasserströmung führt die bei 3 eingemischten Druckluftblasen aus der Zone hohen Druckes bei 3 nach den Zonen kleineren Druckes bei 4, wobei starke Expansion und Volumenvergrößerung der Druckluft eintritt. Infolgedessen kreist durch den Querschnitt 4 pro Sekunde ein viel größeres Gesamtvolumen (Flüssigkeit -f- expandierte Druckluft) als wie bei 3 (Flüssigkeit + hochgespannteDruckluft), daher muß im allgemeinen die Strömungsgeschwindigkeit von 3 nach 4 hin im Mittel zunehmen, d. h. die Geschwindigkeit bei 4 muß um so größer werden, je mehr Druckluft bei 3 eingepreßt wird. Die Druckluftblasen nehmen an jeder Stelle zwischen 3 und 4 den dort herrschenden Wasserdruck an und geben durch die Vergrößerung ihres Volumens und durch den Druck, mit dem sie bei 3 in das Wasser eingepreßt werden, an das Wasser Verdrängungs-und Expansionsarbeit ab. Diese Arbeit kommt darin zum Vorschein, daß das Wasser in dem beschriebenen Sinne durch die Laufkanäle und den Leitapparat getrieben wird. Das Wasser seinerseits nun .gibt, vornehmlich auf dem Wege 3, 4, an den iurbinenlaufkörper und damit an die Welle 7 Arbeit ab. Die Druckluftblasen werden, nachdem sie ihre Arbeit an das Wasser abgegeben, in einer Zone kleinen Druckes nach der Mitte zu auf kleinerem Radius, z. B. bei 9, ins Freie oder in eine weitere Druckluftturbine mit Niederdruck oder in eine sonstige Vorrichtung ausgepufft. Die Zuführung der Druckluft nach den Kanälen 8 hin kann in beliebiger Weise, z. B. durch Rohre konzentrisch zur Drehachse, durch die hohle Achse u. dgl., an sich bekannte Einrichtungen, erfolgen.
  • An Stelle von Druckluft kann in gewissen Fällen überhitzter Dampf irgendeiner Flüssigkeit verwendet werden, wobei meistens als Hilfsflüssigkeit eine solche mit wesentlich schlechterem Wärmeübergang als Wasser verwendet werden muß, am besten mit einer mittleren Temperatur zwischen den Eintritts- und Austrittstemperatur des Dampfes.
  • Das Eigenartige des neuen Verfahrens besteht sonach darin, daß die einem Turbinenlaufkörper mit konstanter Pressung zugeführte Druckluft in eine kontinuierlich weiterströmende Hilfsflüssigkeit mit mäßiger Geschwindigkeit eingemischt, darauf expandierend und arbeitsleistend von der Hilfsflüssigkeit durch die Kanäle des Laufkörpers fortgetragen und dann ausgepufft wird. -Die Druckluft braucht keine hohe Geschwindigkeit anzunehmen, wie sonst bei freier Expansion im gewöhnlichen Turbinenprozeß; vielmehr wird sie dem Stiom der Hilfsflüssigkeit mit ungefähr gleicher Geschwindigkeit beigemengt. Jede Injektorwirkung, jedes Beschweren eines Gasstrahles durch einzelne in den Gasstrahl hineingemischte Flüssigkeitstropfen, wie für Dampfturbinen vorgeschlagen, wird vermi eden. Di eMischungist vielmehr umgekehrt ; die Gase werden blasenförmig in die Hilfsflüssigkeit eingemischt, welche mit einer gegenüber den üblichen Strahlgeschwindigkeiten von Druckluft und Dampfturbinen ganz mäßigen Geschwindigkeiten kreist. Durch dieses Verfahren wird es möglich, die Expansionskraft der Gase, selbst bei ioo Atm. Druck mit verhältnismäßig geringen Umfangsgeschwindigkeiten (15o bis 16o m/sek.) in einem einzigen Turbinenläufer auszunutzen. Von Wichtigkeit bezüglich Verringerung der Verluste ist die Tatsache, daß der Prozeß des Einmischens der Druckluftblasen in dem Turbinenläufer selbst vorgenommen wird.
  • Infolge des eigenartigen Verfahrens werden die Abmessungen der zur Verwirklichung desselben dienenden Turbine auch bei mäßigen Drehzahlen sehr klein; durch die hohe Zentrifugalkraft der Flüssigkeit kann ein hoher Anfangsdruck der Druckluft an der Einmischstelle bei mäßigen Umfangsgeschwindigkeiten aufrechterhalten werden.
  • Bei Verwendung überhitzter Dämpfe kann der Wärmeübergang von den Dampfblasen auf die heiße Hilfsflüssigkeit deshalb sehr klein gehalten werden, weil die Expansion von der Anfangstemperatur auf die. Temperatur der Flüssigkeit durch Steigerung der Umlaufgeschwindigkeit der Hilfsflüssigkeit in außer-Qrdentli ch kurg eir Zeit vor sich gehen kann. -Die Einrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht nach der schematischen Darstellung in Abb. 1b darin, daß die Hilfsflüssigkeit, nachdem sie im Laufkörper 1, 2, 3, 4 unter dem Druck der eingepreßten Druckluft Arbeit aufgenommen und an den Läufer abgegeben, sofort wieder einem Leitapparat 5, 6 zugeführt wird, der sie unmittelbar nach Erteilung einer geeigneten Strömungsrichtung und -geschwindigkeit wieder in den Laufkörper zurückführt. Es ist sonach ein ganz enggeschlossener Kreislauf 1, 2, 3, 4, 5, 6, I, der Alfsflüssigkeit in Form eines Hohlringes oder Wirbelring es verwendet (Abb.ia und 1b). Dies bietet den Vorteil der kleinsten Energieverluste und einer gedrungenen Bauart, ohne Zulauf- und Ablaufkrümmer für den Hauptstrom der Flüssigkeit.
  • Bei allzu starker Abkühlung der Hilfsflüssigkeit kann ein kleinerer Teil derselben von dem Umlauf im Kreislaufe abgespalten und nach außen hin zwecks Erwärmung durch irgendeine Wärmequelle geführt und durch eine Pumpe, einen Hochbehälter oder durch die Saugwirkung der Kreislaufströmung -der Druckluftturbine selbst der letzteren wieder zugeführt werden. Die Zuführung erfolgt am besten in der Nähe der Welle durch den Leitapparat hindurch oder an irgendeiner anderen Stelle in den Leitapparat hinein (Kanäle 30; 31, Abb: 1b). Als Auslaß für die nach außen abzuzweigende Flüssigkeitsmenge dient am besten die Abdichtung bei 6, 1, aus der z. B. in den Ringkanal 29 ein gewisser Bruchteil entlassen wird.
  • Statt der einfachen ovalen Form des Kreislaufs Abb. ia und 1b kann dieselbe auch nach Abb. 5 gewählt werden, wobei die Hilfsflüssigkeit durch einen Eintrittskrümmer 15 von außen dem Leitapparat zugeführt wird, um darauf im rechten Schenkel des Läufers nach außen, dann im linken Schenkel 3, 4 desselben samt der eingemischten Preßluft nach innen und zuletzt durch den Auslaßkrümmer 16 nach außen abzuströmen. Das Ausmischen der Luftblasen kann entweder nach der Mitte des Läufers zu etwa in der Rundung bei io oder an irgendeiner Stelle der Ablaufleitung, etwa im Krümmer 16 oder einem daran anschließenden Abscheidegefäß erfolgen. 15 und 16 können entweder durch ein Rohr unmittelbar verbunden oder an irgendwelche Zu- und Ablaufleitungen, Pumpen, Turbinen oder sonstige Einrichtungen angeschlossen sein. Es können auch nach Abb. 6 mehrere Leitapparate 21 und Laufkörper 2o hintereinander (in Serie) von der Hilfsflüssigkeitdurchströmtwerden. DieFlüssigkeit kann dabei, wie in Abb. 5 und 6 durch Krümmer ab- und zugeleitet werden oder sie kann, wie in Abb. 7 _ angegeben, von einem Ende zum andern durch ein zur Achse konzentrisches Rohr 28 zurückgeleitet werden, so d2B ein Hohlring von eingebuchteter Wellenform entsteht. 25 sind drei Leitapparate, 26, 26, 27 drei Laufkörper. Die Druckluftzuführungen der letzteren sowie die Auslässe können parallel oder in Serie geschaltet sein.
  • Es ist auch möglich, den gesamten Kreislauf der Hilfsflüssigkeit durch eine auBerhalbliegende, auf 30, 31 (Abb. i b) wirkende Pumpe oder einen daran angeschlossenen Hochbehälter o. dgl. unter erhöhten Druck zu setzen, z. B. um die Druckluft am Auspuff, z. B. bei io (Abb. i b oder Abb.5), mit höherem Druck als Atmosphärendruck für irgendwelchen Zweck zu entlassen, z. B. um damit noch eine Niederdruckturbine gewöhnlicher trockener Bauart zu betreiben, die auf derselben oder einer anderen Welle sitzen kann. Für das hohe Druckgebiet wird das oben beschriebene nasse Arbeitsverfahren,- für das Niederdruckgebiet das gewöhnliche trockene Luftturbinenverfahren verwendet. Die Niederdruckturbine kann nach einem der bekannten Dampfturbinensysteme gebaut werden.
  • Die Beschaufelung des Leitapparates und des Läufers kann in irgendeiner Weise nach den allgemeinen Regeln der Turbinenkonstruktion angeordnet sein; ein Beispiel ist in Abb. 2 oben rechts für den auswärts führenden Schenkel i, 2, oben links für den einwärts führenden Schenkel 3, 4, unten für den Leitapparat gegeben; alle Bilder sind dabei von links nach rechts von Abb. i 'a gesehen. Die Pfeile mit Ring bedeuten den Strömungssinn der Hilfsflüssigkeit, die Federpfeile den Drehsinn des Läufers.
  • Abb. 3 zeigt die Kanalstrecken 2, 3 von außen gesehen, während oben Mitte Abb. 2 ein Schnitt a-b durch einige Kanäle der Abb. 3 gelegt ist. Selbstverständlich geben Abb. 2 und 3 nur Beispiele möglicher Beschaufelungen ; die Kanäle können auch umgekehrt gekrümmt oder mehr gerade sein, je nach dem besonderen Zweck.
  • Die Zuführung und Einmischung der Prellluft bei 3 in die Hilfsflüssigkeit kann durch einzelne kleinere, an den Flüssigkeitskanälen bei 3 angebaute Kammern 8 erfolgen oder durch eine dort liegende ringsum laufende gemeinsame Ringkammer, aus der die Kanäle 3, 4 durch geeignete Öffnungen gespeist werden, die evtl. mit rohrartigen oder tüllenartigen Fortsätzen versehen sein können, um ein leichteres Einmischen der Luftblasen in die Strömung zu erreichen.
  • Die Durchbildung des Turbinenläufers kann als von außen glatter Hohlgußkörper geschehen, mit cingegossencn Kanälen, oder es werden an einem mittleren Körper die äußeren bogenrohrartigen Kanäle einzeln angesetzt, z. B. mit Schrauben oder Keilvcrb:ndungen; und zwar einzeln, zu zweien oder mehreren. Zur Einschränkung der Ventilationswirkung kann um die Rohre ein glatter Schutzrrr-antca mit ringsum laufendem Auspuffschlitz gelegt werden.
  • Der Querschnitt der einzelnen Kanäle kann viereckig, rund oder oval oder in einzelne kleine Teilkanäle, ähnlich einem Rohrbündel, zerlegt sein (Abb. io).
  • Erfolgt der Auspuff am inneren Mantel des Hohlringes, wie bei io (Abb. i), so kann die Abluft zweckmäßig durch Löcher oder Schlitze zwischen den einzelnen Kanälen der Hilfsflüssigkeit abgeführt werden.
  • Der Zweck der beschriebenen Unterteilung der Kanäle durch einzelne Zwischenwände in kleinere röhrenartige oder rohrbündelartige Kanäle kann entweder darin bestehen; die Abmessungen der Teilkanäle so klein zu machen, daß die einzelnen Luftblasen den Teilquerschnitt voll ausfüllen, unter Bildung einzelner zwischenliegender Wasserpfropfen oder Wasserkolben, oder darin, daß der mit der tangentialen Arbeitsabgabe an die Kanäle - immer verbundene Druckunterschied der Flüssigkeit zwischen der voraneilenden und der nacheilenden Seitenwand der Teilkanäle durch Unterteilung möglichst klein gemacht wird. Am Auspuff, z. B. in der Nähe von io (Abb. i), kann ein mit dem Laufkörper oder Leitapparat verbundener schirmartiger Fänger in Form eines Rotationskörpers angebracht sein, um das beim Auspuff de-Luftblasen mitgespritzte `Wasser abzufangen und irgendwo dem Läufer oder dem Leitapparat wieder zuzuführen.
  • Statt daß die Druckluft nach ihrer Arbeitsleistung nach der Innenseite des Hohlringes, wie bei io (Abb. i a), oder nach der Außenseite des Laufkörpers, wie bei io (Abb. 5), ausgepufft wird, kann dieselbe auch, wie Abb. ii zeigt, nach der Achse zu geleitet werden. Die Gase können nämlich durch genügend starke Drehung der von 4 austretenden Hilfsflüssigkeit nach der Stelle kleinsten Druckes, d. h. nach der Mitte gedrängt und entweder durch Bohrungen 32 im Laufkörper oder durch eine zentrale Öffnung des Leitapparates 33 oder durch 32 und 33 gleichzeitig ins Freie oder sonstwohin ausgepufft werden. Hierzu ist nur erforderlich, durch ge,-ignete Formgebung der Laufkörperschaufeln bei 4 eine genügend starke Drehung der dort austretenden Flüssigkeit zu erzielen.
  • Statt im oder unmittelbar am Laufkörper das Ausmischen der Auspuffgase aus der Hilfsflüssigkeit vorzunehmen, kann das Ausmischen bei Anordnung mit Zu- und Ablaufkrümmern, wie Abb. 5 und 6, auch im Krümmer 15, 16 oder in den daranschließenden Rohrleitungen o. dgl. oder in besonderen AbscheidegefäBen erfolgen. Das hier verwendete Verfahren zum Ein- und Ausmischen der Luftblasen gründet sich auf die Tatsache, daß solche in irgendeiner Flüssigkeit immer nach der Stelle kleinsten Druckes in dem benachbarten Bezirk gedrängt werden. Diese Stellen kleinsten Druckes liegen nach den Krümmungsmittelpunkten der Meridianschnitte (Abb. 1b, 5, 7 usw.) hin oder sie liegen bei manchen Schaufelformen nach der Mitte des betreffenden Rotationskörpers zu, wie in Abb.ii, ganz ähnlich wie bei den Wasserwirbeln, die in ihr Zentrum hinein von außen Luft ansaugen. Bei den arbeitgebenden Strömungen von 3 nach 4 in Abb. 2 liegen die Stellen kleineren Druckes in der Umfangsrichtung an der nacheilenden Seite der Kanäle, also bei c, c. Das Ein- und Ausmischen kann durch Anordnung geeigneter Vorsprünge, Ansatzröhren u. dgl. außerdem noch unterstützt werden, desgleichen durch geeignete Hohlräume.
  • Am Leitapparat 5, 6 oder am Laufkörper können Einrichtungen zur Verringerung oder Aufhebung des Achsialdruckes in ähnlicher Weise wie bei Zentrifugalpumpen, Wasser-oder Dampfturbinen vorgesehen sein.
  • Statt daß die Druckluft vollkommen gleichförmig der Hilfsflüssigkeit bei 3 zugemischt wird, kann dies, gemäß vorliegender Erfindung in gewissem Rhythmus stoßweise geschehen, so daß die Blasen absatzweise, mit etwaigen kleinen Zwischenpausen eingemischt werden. Hierzu wird der Druck derselben vor dem Einmischen rhythmisch verändert, durch außerhalb der Luftturbine liegende Vorrichtungen oder solche in der Luftturbine selbst, z. B. durch Erregung von Resonanzschwingungen, ähnlich wie bei singendenFlammen, Pfeifen und anderen auf der Elastizität von Gasen beruhenden Einrichtungen.
  • Solche Schwingungen können auch für den Austritt der Luft künstlich erregt werden, z. B. indem der Druck in der Auspuffkammer in bestimmtem Rhythmus verändert, z. B. abgedrosselt wird, etwa im Takte der Schaufelzahlen oder eines Vielfachen davon. Der Zweck solcher Schwingungen kann z. B. sein, Luftblasen in bestimmter Anzahl und Größe herzustellen.
  • Als Hilfsflüssigkeit kommen solche mit hohem spezifischen Gewicht, möglichst geringer Wärmeaufnahme und geringster innerer Reibung in Betracht. Ganz hohe Drücke kann man besonders mit organischen Flüssigkeiten, wie Tetrabromazetylen oder mit Quecksilber bewältigen. Bei Verwendung von überhitzten Dämpfen als Treibmittel kommen Flüssigkeiten geringsten Wärmeüberganges und lohen Siedepunktes in Betracht. Dabei ist es zweckmäßig, die Flüssigkeit in möglichst heißem Zustand zu verwenden, allenfalls in einer außerhalb liegenden Wärmequelle so hoch anzuwärmen, daß ein möglichst kleiner oder kein Wärmeübergang von den Dampfblasen auf die Flüssigkeit erfolgt, unter Umständen sogar der umgekehrte Wärmeübergang von der Flüssigkeit auf die Dampfblasen eintritt. Der letztere ist in vielen Fällen verhältnismäßig gering, so daß durch die Hilfswärmequelle für die Hilfsflüssigkeit nur verhältnismäßig wenig Wärme zugeführt zu werden braucht. Etwa verdampfende Hilfsflüssigkeit kann durch geeignete Kondensationsvorrichtungen aus den Auspuffgasen wiedergewonnen werden; verlorene Hilfsflüssigkeit muß ständig erneuert und durch Öffnungen im Leit- oder Laufkörper wieder zugeführt werden.
  • Eigenartig ist auch das Anlaßverfahren für die neue Druckluftturbine. Entweder wird durch Einlassen von Druckluft mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit im Sinn einer Bewegung i, 2, 3, 4, 5, 6, i (Abb. z a) ein anfänglicher Umlauf der vorher eingefüllten Hilfsflüssigkeit hergestellt, worauf sich durch die Flüssigkeitsströmung der Laufkörper langsam in Bewegung setzt und die Druckluft allmählich in normaler Weise, d. h. durch die Zuführungsrohre 8 eingelassen wird, während das erste Einlassen derselben, zum Herstellen des anfänglichen Umlaufs, beispielsweise durch Öffnungen in den Schaufeln des Leitapparates evtl. durch Schlitze in deren Austrittskanten geschehen kann (12-r4, Abb. q.).
  • Oder es wird der erste Umlauf der Hilfsflüssigkeit dadurch eingeleitet, daß dieselbe durch eine äußere Kraftquelle, eine Hilfsanlaßmaschine, einen Hochbehälter o. dgl. mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit in der Richtung 5-6 in den Leitungsapparat eingelassen wird, um durch eine Art Turbinenwirkung den Laufkörper in Bewegung zu setzen (ähnlich 12-r4, Abb. 4).
  • Zum Anlassen kann ferner der Laufkörper durch eine äußere Kraftquelle unter gleichzeitiger Zuführung von Druckluft in den Schenkel 3, 4 in Drehung versetzt- werden, worauf er nach Steigerung der Luftzufuhr von selbst weiter läuft.
  • Statt dessen kann auch der Leitapparat nach Füllung des Kreislaufs mit Flüssigkeit von außen in Drehung versetzt werden, der dann als Pumpe wirkt und den anfänglichen Umlauf erregt.
  • An dem festen Leitapparat insbesondere an dessen Übergang nach dem Laufkörper hin bei 6-i, können geeignete Regelungsvorrichtungen, insbesondere drehbare Schaufeln o. dgl. oder achsial oder tangential zu verstellende Ringschieber (Ringschützen) oder Gitterschieber u. dgl. angeordnet sein, um irgendeine Regelung der Strömungsgeschwindigkeit, des Druckes, der Liefermenge, der Turbinenleistung oder der Drehzahl vorzunehmen. Diese Regelungsvorrichtungen können auch an anderer Stelle eingebaut sein, etwa an der Übergangsstelle vom Laufkörper zum Leitapparat bei 4, 5. Eine Regelung kann auch für sich allein oder mit den eben genannten Maßnahmen zusammen durch einfache Drosselung oder Druckerhöhung der zugeführten Druckluft bzw. des Dampfes geschehen.
  • An Stellen des Kreislaufs, wo eine gegenseitig Einwirkung in der Umfangsrichtung zwischen der Flüssigkeit und den bewegten oder stillstehenden Organen, abgesehen von der Führung in den anderen Richtungen, nicht auftritt, können Schaufeln oder Zwischenwände wegbleiben, doch muß an diesen Stellen der Körper im übrigen geschlossen sein.
  • Es ist nicht erforderlich, daß der bisher als Leitapparat bezeichnete Teil stillsteht, derselbe kann auch z. B. irgendeine Drehung mit größerer oder kleinerer Geschwindigkeit entgegengesetzt der des Laufkörpers haben. In diesem Fall der »gegenläufigen Druckluftturbine« nimmt alsdann auch der bisher als Leitapparat bezeichnete Teil 5, 6 Arbeit auf, so daß er eine Welle und z. B. einen Propeller o..dgl. antreiben kann. Die beiden entgegengesetzt laufenden Teile können dabei entweder fliegend auf ihren zugehörigen Wellen aufgesetzt sein oder diese Wellen können ineinandergesteckt sein. Eine solche Anordnung käme z. B. zum Antrieb der gegenläufigen Schrauben von Torpedos in Betracht.
  • Die Preßluft kann auch in bekannter Weise vor ihrem Eintritt in die Turbine vorgewärmt werden. Statt dessen kann hier die Einrichtung so getroffen werden, daß die Preßluft durch die mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung entsprechend erhitzte Hilfsflüssigkeit selbst erwärmt wird, was innerhalb oder außerhalb der Druckluftturbine geschehen kann. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, daß die Vorwärmeeinrichtung, welche von Flüssigkeit, statt von Luft durchflossen wird, eine sehr viel kleinere Oberfläche erhält.
  • Statt daß Preßluft allein zugeführt wird, kann auch Gas oder Luft getrennt oder gemischt in komprimiertem Zustand zugeführt und vor dem Eintritt in die strömende Hilfsflüssigkeit bei 3 duich eine geeignete Verbrennungskammer verbrannt und damit hoch erhitzt werden. Entsprechend der Volumenzunahme der Gase wird dabei während ihrer Expansion entsprechend mehr Arbeit an die Hilfsflüssigkeit abgegeben.
  • Die Vorrichtungen nach Abb. zb und 2 sowie 7 mit Hohlringströmung können auch in umgekehrter Weise zum Komprimieren von Gasen verwendet werden, wenn der Umlaufsinn der Hilfsflüssigkeit umgekehrt, d. h. im Umlaufssinn 6, 5, 4, 3, 2, r, 6, gewählt, das zu verdichtende Gas bei 6, 5 oder. 4 oder zo in den Flüssigkeitsstrom eingeführt und auf größerem Radius, z. B. bei 3, ausgestoßen und durch das Rohr 8 oder sonstwie nach außen geleitet wird. Selbstverständlich muß alsdann der Laufkörper i, 2, 3, 4 bzw. dessen Welle 7 durch eine äußere Kraftquelle angetrieben werden. Die Einrichtung kann auch so" getroffen werden, daß der eine Schenkel des Laufkörpers 3, 4 in der früher beschriebenen Weise als Druckluft- oder Dampfturbine arbeitet, während der andere Schenkel z, 2 als Kompressor für ein anderes luft- oder dampfförmiges Medium mit gleichem oder mit einem anderen (größeren oder - kleineren) Förderdruck benutzt wird. Die Drücke können je nach den Kanalformen und den Radien der Stelle 2 und 3 für die Ein-bzw. Ausmischung verschieden gewählt werden. Durch die beschriebene Kreislaufströmung ergibt sich bei der letzteren Einrichtung eine innige organische Vereinigung von Turbine und Verdichter, .demgemäß ein gesteigerter mechanischer Nutzeffekt.

Claims (7)

  1. PATENT-ANsPRÜcjiE r. Verfahren zum Betrieb von Mischungsturbinen mit Dampf oder Druckluft, bei welchem eine Hilfsflüssigkeit durch das Treibmittel in Umlauf gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel im Laufrad mit annähernd gleicher Geschwindigkeit in die Hilfsflüssigkeit eingemischt; von dieser unter Expansion und Arbeitsleistung im Laufrad fortgetragen und hierauf wieder ausgemischt wird.
  2. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß den ein- und auszumischenden Gasen in geeignetem Rhythmus Stöße erteilt werden, z.B. durch geeignete Änderungen-des Druckes der einzumischenden oder ausgemischten Gasteile.
  3. 3. Turbine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch z, gekennzeichnet durch einen Läufer mit stern- oder strahlenförmig angeordneten Kanälen, Röhren o. dgl., in deren einem Schenkel eine Hilfsflüssigkeit von der Drehachse auswärts, in deren anderem Schenkel dieselbe einwärts strömt, während in der Nähe des äußeren Scheitels eine Einmischvorrichtung für die dort in den Flüssigkeitsstrom einzumischenden Gasblasen vorgesehen ist.
  4. 4. Turbine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anordnung eines festen Leitapparates welcherderHilfsflüssigkeit ein Bewegungsmoment ungefähr gleich dem auf den drehbaren Teil ausgeübten Drehmoment erteilt.
  5. 5. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit in einem enggeschlossenen _ Kreislauf geführt wird, wobei nur ein relativ kleiner Teil derselben in flüssigem. oder dampfförmigem Zustand zwecks Kühlung oder Erwärmung nach außen geleitet und wieder ersetzt wird.
  6. 6. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit in einem hohlringartigen Kreislauf geführt wird.
  7. 7. Turbine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (Laufringkörper) den stillstehenden Teil (Leitvorrichtung) von außen umschließt. B. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufkörper die Strömung der Flüssigkeit in der Meridianebene um ungefähr 18o' oder mehr umlenkt. g. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß' der Laufkörper an seinem äußeren Umfang in einzelne frei ausdehnbare Teile gespalten ist, die auf kleinerem Radius zusammenmünden. io. Turbine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Flüs igkeit mit möglichst geringem Wärmeübergangskoeffizienten (z. B. Ölen). ii. Turbine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Flüssigkeit mit möglichst hohem Siedepunkt (z. B. Salzlösungen, Ölen). 12. Turbine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Flüssigkeit mit möglichst hohem spezifischen Gewieht (z. B. Salzlösungen, organische Flüssigkeiten, wie Tetrabromazetylen, Quecksilber). 13. Turbine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Flüssigkeit in heißem Zustande, wobei die Erwärmung durch eine außerhalb liegende Heizvorrichtung geschehen kann. 14. Turbine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit der Reihe nach je eine Anzahl gleichachsig liegender Leit- und' Laufkörper durchläuft, wobei die Zu- und Abführungen außerhalb der Turbinenachse liegen (Abb. 5 und 6). 15. Turbine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit der Reihe nach je eine Anzahl gleichachsig liegender Leit- und Laufkörper durchläuft, wobei die Zurückführung der Flüssigkeit vom letzten *Laufrad zum ersten Leitapparat in einem gleichachsig mit der Welle liegenden Kanal erfolgt (Abb. 7). 16. Turbine nach Anspruch 3, bei der die Hilfsflüssigkeit durch Krümmer von außen zu- und abgeführt wird (Abb. 5), dadurch gekennzeichnet, daß die zu- oder abströmende Flüssigkeit durch irgendeine außerhalbliegende Pumpe oder Turbine geführt wird. 17. Turbine nach. Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreislauf der Flüssigkeit unter einen gleichmäßig wirkenden erhöhten Druck gesetzt wird, um die ein-oder austretenden Gase mit entsprechend erhöhtem Duck zu- bzw. abzuführen. 18. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckturbinen mit Hilfsflüssigkeit, die Niederdruckturbinen auf derselben oder einer anderen Welle ohne Hilfsflüssigkeit, also mit trockenen Schaufelrädern arbeiten (Abb. 8). ig. Turbine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Unterteilung der Arbeitskanäle in einzelne Bündel rohrartiger so enger Kanäle, daß die Gasblasen den Querschnitt ganz oder annähernd ausfüllen. 2o. Turbine nach Anspruch 3 und g, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufkörper aus einem mittleren vollen Teil besteht, an, welchem nach außen hin getrennte, rohrartige Kanäle einzeln oder gruppenweise angeschlossen sind. 21. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsflüssigkeit bei ihrem Austritt aus dem Laufkörper eine gewisse Drehung erteilt wird, um die Auspuffgase nach der Mitte zu drängen. 22. Turbine nach -Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an geeigneter Stelle des Kreislaufs verstellbare Abschlußorgane o. dgl. als Regelungsvorrichtung angeordnet sind. 23. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Lauf- wie Leitvorrichtung entgegengesetzt drehbar sind. 24. Turbine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einleiten eines gasförmigen oder flüssigen Druckmittels oder der Hilfsflüssigkeit selbst unter Druck ein Umlauf hervorgerufen wird, so daß der Läufer in Drehung versetzt wird, worauf durch das Treibmittel der Antrieb erfolgt.
DEF37682D 1913-11-21 1913-11-21 Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Mischungsturbinen mit Dampf oder Druckluft Expired DE359126C (de)

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