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Gasturbine mit teilweisem Antrieb durch Dampf und Kühlung durch Dampf
Bei Gasturbinen zeigt sich bekanntlich die Schwierigkeit, daß das Gasgemisch bei
seiner Entzündung sehr hohe Temperaturen annimmt, die eine unzulässig hohe Wärmebeanspruchung
der Laufräder der Turbinen zur Folge haben und einen gleichmäßigen Lauf der Turbinen
verhindern. Man hat nun schon vorgeschlagen, diese Schwierigkeit dadurch zu beseitigen,
daß die Schaufelkränze der Laufräder sowohl durch Gas als auch durch Dampf beaufschlagt
werden, wobei der Dampf entweder dem Gas vor dem Eintritt in die Schaufelkränze
zugesetzt oder getrennt von dem Gas auf die durch das Gas beaufschlagten Schaufelkränze
geleitet wird. Bei diesen bekannten Anordnungen wird nun zwar infolge der teilweisen
Beaufschlagung der Schaufelkränze durch Dampf die Temperatur des Gases erheblich
herabgesetzt und infolgedessen auch eine übermäßige Wärmebeanspruchung der Laufkränze
vermieden, es zeigt sich jedoch andererseits der übelstand, claß auch die Leistungsfähigkeit
des unmittelbar mit dem Dampf in Berührung kommenden Gases infolge der erheblichen
Temperaturerniedrigung verringert und dadurch der Wirkungsgrad der Turbine verschlechtert
wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung soll dieser Übelstand vermieden werden.
Die Erfindung besteht darin, daß für die getrennt von dem Gas erfolgende Beaufschlagung
durch Dampf besondere Schaufelkränze an den Laufrädern neben den durch Gas beaufschlagten
Schaufelkränzen vorgesehen sind. Hierdurch wird erreicht, daß einerseits die Temperatur
des Gases nicht übermäßig herabgesetzt wird, da das Gas nicht unmittelbar mit deni
Dampf in Berührung kommt, andererseits aber trotzdem eine hinreichende Kühlung der
durch das Gas beaufschlagten Laufschaufeln erzielt wird, da ein Teil der von dem
Gas auf die Laufschaufeln und dem äußeren Umfang der Laufräder -übertragenen Wärme
auf den Dampf übergeht und von diesem abgeleitet wird. Die von dem Dampf beaufschlagten
Schaufelkränze werden bei der vorzugsweisen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
an den Seitenflächen des Laufrades zu beiden Seiten eines an dein äußeren Umfange
des Laufrades vorgesehenen und durch das Gas beaufschlagten Schaufelkranzes angeordnet.
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Die beiliegende Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung, und zwar ist Abb. i ein Längsschnitt durch eine gemäß= der Erfindung
ausgeführte Gasturbine, Abb. 2 ein Schnitt durch Abb. i in Richtung der Linie e-f,
während Abb. 3 eine Seitenansicht der Turbine darstellt.
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In der Zeichnung ist A das Gehäuse der Gasturbine, in welchem eine
Welle X gelagert ist, auf der vier Laufräder T von gleicher Größe in gleichmäßigen
Abständen angeordnet sind. An dein äußeren Umfang eines jeden Laufrades T ist ein
Schaufelkranz I''
angeordnet, während an den Seiten zwei Schaufelkränze
V2 und h', vorgesehen sind. Das Gehäuse A umschließt die die Schaufelkränze tragenden
Laufräder und weist an den unmittelbar neben den Schaufelkränzen liegenden Stellen
Kanäle Uz, U2 und U 3 auf, durch die das Gas bzw. der Dampf hindurchtreten kann.
An den mit Y1, Y2, Y3 und Y4 bezeichneten Stellen schließt das Gehäuse A deicht
gegen die Schaufelräder T ab, so daß ein Übertritt von Gas oder Dampf zwischen den
einzelnen Schaufelkränzen nicht stattfinden kann. Das Gehäuse A ist an seinem Umfange
doppelwandig ausgeführt, so daß ringförmige Räume K entstehen, die die Laufradkränze
umschließen und mit Kühlwasser gefüllt werden. Jedem Schaufelrad T ist eine auf
der Oberseite des Gehäuses A angeordnete Brennkammer C zugeordnet, in welche das
Gasgemisch durch eine Zuleitung A1 unter Druck hineingeleitet wird, worauf es durch
eine Zündkerze D zur Entzündung gebracht wird. Die Brennkammern C stehen durch eine
Leitung F mit dem Kanal U1 und dem Schaufelkranz V1 in Verbindung. Der übertritt
der entzündeten Gase aus der Brennkammer C in die Leitung F wird durch ein von einer
Nockenwelle W aus gesteuertes Einlaßventil E geregelt. Zur* Vermeidung unzulässig
hoher Drücke in den Brennkammern C sind Sicherheitsventile S vorgesehen.
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In jeder Brennkammer C ist eine Rohrschlange !l1 angeordnet, die durch
eine an der Oberseite des Gehäuses A angeschlossene Leitung L mit dem Kühlmantel
K in Verbindung steht. _ Das der Leitung L abgekehrte Ende der Rohrschlange M setzt
sich in einem durch ein Ventil N abschließbaren Rohr 0 fort, welches sich hinter
dem Ventil N in zwei Rohrleitungen 01 und 02 verzweigt, die seitlich zu den
Schaufelkränzen h2 und V3 der Laufräder T geführt sind.
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Die Wirkungsweise der Turbine ist folgende: Das in der Brennkammer
C entzündete Gasgemisch strömt nach Öffnung des Einlaßventils E durch die Leitung
F und trifft auf den Schaufelkranz V1 auf. Nach der Beaufschlagung strömt das Gas
durch den Kanal U1 um das Laufrad T herum und wird durch einen Auslaßstutzen H in
ein Auspuffrohr J geleitet. Ein Teil der Wärme des Gasgemisches wird durch die Wandungen
des Gehäuses A hindurch an das in dem Kühlmantel K befindliche Kühlwasser abgegeben,
welches hierdurch zum Verdampfen gebracht wird und als Dampf in die Rohrschlange
M eintritt. In der Rohrschlange Al wird der Dampf, da das Ventil N zunächst geschlossen
gehalten wird, durch die bei der Entzündung des Gasgemisches in der Brennkammer
C auftretende Wärme weiter erhitzt und auf eine bestimmte Spannung gebracht. Nach
Öffnung des Ventils N strömt dann der gespannte Dampf durch die Rohrleitung 0 und
die Zweigleitungen 01 und 02 hindurch und tritt in die seitlichen Schaufelkränze
Y2 und V3 des Laufrades T ein. Nach Abgabe seiner Energie an die Schaufelkränze
V2 und V3 strömt der Dampf durch die Kanäle U2 und U3 um das Laufrad T herum und
wird dann durch eine Ableitung P in einen Kondensator abgeleitet. Das gekühlte Kondensat
wird zweckmäßig als Kühlwasser für die Turbine verwendet und durch einen Einlaßstutzen
0 in den Kühlmantel K eingeführt. Durch den die Schaufelkränze V2 und V3 beaufschlagenden
Dampf werden die Laufräder T unmittelbar gekühlt und vor übermäßiger Erhitzung bewahrt,
wobei infolge der Trennung von Gas und Dampf eine wesentliche Herabsetzung der Gastemperatur
vermieden wird. Die Energie des Dampfes wird gleichzeitig noch mit zum Antrieb der
Laufräder ausgenutzt.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt,
vielmehr kann man beispielsweise die Schaufelkränze auch an mehreren Stellen ihres
Umfanges durch das Gas und den Dampf beaufschlagen lassen, auch ist die Zahl und
Anordnung der Schaufelkränze beliebig.