DE452250C - Gasturbine mit pendelnder Fluessigkeit als Treibmittel - Google Patents

Description

Gasturbinen mit pendelnder Flüssigkeit als Treibmittel, bei denen in bekannter Weise pendelnd umlaufende Wasserkolben unter der Einwirkung von Gasdrücken zwischen zwei Laufrädern durch einen feststehenden Leitring hindurchschwingen, sind wirtschaftlich davon abhängig, daß es gelingt, ihre Energieverluste aus Wasserreibung und Wirbelung niedrig zu gestalten und die hydraulischen Nebenwirkungen der Pendelbewegung ihrer Wasserkolben unschädlich zu machen. Diese Aufgaben werden nach dem gegenwärtigen Stand der Erkenntnis am vollkommensten bei einer Ausführungsform der Turbine ge- *5 löst, die in bekannter Weise zwei völlig getrennte Laufräder besitzt und diese mit den besonderen Eigentümlichkeiten ausstattet, welche die Merkmale der Erfindung bilden. Die Erfindung besteht zunächst darin, daß der Leitringhalbmesser nur wenig größer ist als der Außenabstand des Wasserspiegels von der Welle. Sie besteht außerdem in einer besonderen Gestaltung der Verschaufelung, und zwar besitzen die Laufradzellen zwischen Verbrennungsraum und Austrittsspalt unveränderlichen Querschnitt, sind in dem überwiegenden achsialen Teil durch eine zylindrische Wand unterteilt und zwischen Verbrennungsraum und achsialer Zone mit radialen Schaufeln versehen. Der Erfolg dieser Merkmale ist nachfolgend erörtert.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht.

Die neue Bauart, in Abb. 1 ^ dargestellt, zeigt zunächst eine möglichst weitgehende Annäherung der Umfangsgeschwindigkeit im Leitradspalt an diejenige in den Wasserspiegeln. Je kleiner dadurch die Umfangsgeschwindigkeit im Leitradspalt wird, desto kleiner werden auch für eine bestimmte spezifische · Leistung die absoluten Wassergeschwindigkeiten im Leitring, desto größer werden ferner die zugehörigen Durchflußquerschnitte, desto geringer werden endlich die von beiden abhängigen Reibungsverluste in den Leitkanälen. Mit den bisher bekannt gewordenen, an Schleuderpumpen und Transformatoren angelehnten Radformen war die wünschenswerte Verkleinerung der Umfangsgeschwindigkeiten im Radspalt nicht zu erzielen, weil die im Interesse der Spritzsicherheit gebotenen Längen der Wasserkolben den Raddurchmesser um so mehr vergrößerten, je spritzsicherer man die Hubbewegung der Wasserspiegel gestalten wolke. Erfindungsgemäß läßt sich aber die Umfangsgeschwindigkeit im Radspalt ohne Beeinträchtigung der Spritzsicherheit weitgehend verkleinern oder die Spritzsicherheit ohne Vergrößerung der Umfangsgeschwindigkeit im Radspalt nach Belieben steigern, und zwar dadurch, daß die hauptsächlichste Entwicklung der benötigten Lauf schaufellängen im Grenzfall achsial erfolgt und radial nur so weit, als es durch die Außenlage der Wasserspiegel bedingt ist. Dieses Merkmal der neuen Bauart kommt in Abb. 1 zum Ausdruck. Der einzelne Wasserkolben pendelt zwischen den Rädern 1 und 2 durch den Leitring 3 hindurch. Der Innendurchmesser der Radtrommeln ist tunlichst nahe an die Außenlage der Wasserkolben herangerückt. Die Laufschaufelung ist zwischen den Punkten 4-5 und 6-7 rein achsial entwickelt und so weit in die Länge gezogen, als es angesichts der gegebenen Winkelgeschwindigkeit der Turbine durch die vorgeschriebene Spritzsicherheit bedingt ist. Jede weitere Verlängerung der Laufschaufelung vergrößert die Spritzsicherheit, ohne die Umlaufgeschwindigkeit im Radspalt zu vergrößern.

Durch diese erste Maßnahme wird eine zweite möglich, die sich ebenfalls in einer Verbesserung des Wirkungsgrads des Pendelvorgangs auswirkt und im gleichen Sinn wie die zuerst behandelte als Erfindungsmerkmal zu betrachten ist. Da jedes gewünschte Maß von Spritzsicherheit durch entsprechende Kolbenlängen ohne Vergrößerung der Umfangsge- go

schwindigkeit im Radspalt und ohne Vergrößerung der mit dieser zusammenhängenden Reibungsverluste im Leitring erreichbar ist, können die Durchflußqucrschnitte der Laufradzcllen in Richtung zum Leitring hin im Grenzfall unveränderlich gehalten werden, so daß der Wiedereintritt des Wassers in eine J-auf zelle ohne Rückumsetzung von Geschwindigkeit in Druck möglich ist. Bei den

to bisher bekannt gewordenen Radformen war es im Interesse der Spritzsicherheit geboten, die Laufzellenquerschnitte in Richtung zum Leitring hin zu verjüngen, und damit war eine Rückumsetzung von Geschwindigkeit in Druck beim Eintritt des Wassers in die Laufzellen verbunden, also eine gewisse Verschlechterung des hydraulischen Wirkungsgrads des Pendelvorgangs unvermeidlich. Diese Verlustgruppe ist mit der neuen Bauart völlig zu vermeiden.

Xoch ein drittes Erfindungsmerkmal hängt mit dem zuerst geschilderten zusammen, das eine weitere Verbesserung für den Betrieb der Turbine bedeutet. Bei der neuen Radform sind die Laufschaufeln zwischen den Punkten 8-4 und 7-9, also im gesamten Bereich der Spiegelhübe und der anschließenden Krümmer im Grenzfall vollkommen radial. Das war bisher unmöglich, ist aber von besoliderem Vorteil gegenüber der Wirkung der Coriolisbeschleunigung, die sich an den Kolbenenden in veränderlichen Schrägstellungen der Wasserspiegel äußert und bei nicht radialen Schaufeln ein unzulässiges Freilegen der Schaufelwände bewirken kann. In der neuen Bauart werden diese unerwünschten Nebenwirkungen der Pendelbewegung j wesentlich geringer.

Unabhängig von der verhältnismäßigen Verkleinerung der Umfangsgeschwindigkeit im Radspalt wird in .der neuen Bauart eine vierte Maßnahme durchgeführt, die eine weitere Verkleinerung der Reibungsverluste im Leitring und gleichzeitig eine Verbesserung der Schaufelwirkung in den Leitkanälen bewirkt. Die achsiale Zone der Laufradzellen ist durch zylindrische Wände ro und 11 unterteilt. Der Wasseraustritt erfolgt nur durch den einen Teil, etwa den äußeren bei

go 12, der Wiedereintritt in die Lauf zellen dagegen gleichzeitig durch beide Teile 13 und 14. Der Erfolg dieser Maßnahme kommt in Abb. 2 zum Ausdruck, im Geschwindigkeitsdiagramm für irgendeine, beispielsweise die höchstvorkommende relative Pendelgeschwindigkeit. Die relative Austrittsgeschwindigkeit aus der Laufschaukel, Wa. ist wesentlich größer als die relative Eintrittsgeschwindigkeit in die Laufschaukel. JJ'c. Wegen der verhältnismäßigen Verkleinerung der L'mfallgeschwindigkeit im Radspalt [" wird für eine bestimmte spezifische Leistung die Projektion X an sich größer als sonst. Durch die hinzukommende Verschiedenheit der relativen Geschwindigkeiten Wa und ZZV. werden nun die Diagrammwinkel α und β wesentlich größer, als es bisher erreichbar war. Je größer aber der Winkel α. desto größer werden auch die Leitradquerschnitte, desto kleiner somit die spezifischen Reibungsverluste in den Leitkanälen. Je größer ferner der Winkel ß. desto sicherer wird die erforderliche Umlenkung des Wassers innerhalb der Leitungskanäle und desto empfindlicher wird die Regelungseinwirkung. Hierin liegt ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung.

Die geschilderten Erfindungsmerkmale kennzeichnen zwar Grenzzustände mit Höchstwirkung, insbesondere bei gleichzeitiger Anwendung. Aber auch in der bewußten Annäherung an die Grenzfälle und in der Einzelwirkung bedeuten sie gegenüber den bisher bekannten Bauformen wesentliche Verbesserungen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gasturbine mit pendelnder Flüssigkeit als Treibmittel, bei welcher die Flüssigkeit unter dem Einfluß von Gasen zwischen zwei getrennten Laufrädern achsial durch einen -Leitring hin und her pendelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitringhalbmesser nur wenig größer als der Außenabstand des Wasserspiegels von der Welle ist. so daß der größere Teil der zur Spritzsicherheit nötigen Wasserkolbenlängen im achsialen Teil (4-5 und 6-7) der Laufschaufeln untergebracht ist.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieLaufradzellen zwisehen Verbrennungsraum und Austrittsspalt unveränderlichen Querschnitt besitzen.

3. Gasturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradzellen zwischen Verbrennungsraum und achsialer Zone radiale Schaufeln besitzen.

4. Gasturbine nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die achsiale Zone der Laufradzellen durch eine zylindrische Wand unterteilt ist und das pendelnde Wasser nur durch einen Teil des einzelnen Zellenquerschnitts aus-, durch den Gesamtquefschnitt hingegen eintritt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.

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