DE496046C

DE496046C - Gas turbine with auxiliary fluid

Info

Publication number: DE496046C
Application number: DEH106971D
Authority: DE
Original assignee: HANS HOLTZE DIPL ING
Current assignee: HANS HOLTZE DIPL ING
Priority date: 1926-06-22
Filing date: 1926-06-22
Publication date: 1931-02-12

Description

Den Gegenstand der Erfindung bildet eine Gasturbine mit Hilfsflüssigkeit. Die Erfindung besteht darin, daß als Hilfsflüssigkeit ein Stoff, wie z. B. Blei, Zinn, Wismut, oder eine Legierung solcher Stoffe, wie z. B. Blei oder Wismut, verwendet wird, die durch die Fliehkraft in der Schauflung nicht entmischt werden und erst bei einer Temperatur verdampfen, welche über der bei öffnung desThe subject of the invention is a gas turbine with auxiliary liquid. The invention is that as an auxiliary liquid, a substance such. B. lead, tin, bismuth, or an alloy of such substances, such as. B. lead or bismuth, is used by the centrifugal force in the blade cannot be separated and only at one temperature evaporate, which over the opening of the

ίο Auspuffs herrschenden liegt. Solche Flüssigkeiten sind an sich schon bekannt, aber als Hilfsflüssigkeiten für Gasturbinen bisher noch nicht verwendet worden. Wohl hat man schon leicht schmelzbare Metallegierungen dazu vorgeschlagen; diese enthalten aber meist Stoffe von zu niedrigem Siedepunkt und von verschiedenem spezifischen Gewicht und wurden sich im Laufrad unter der Wirkung der Fliehkraft entmischen. Es würden dann im Laufrad und in den Rohrleitungen Kraft verzehrende Wirbelungen und in den Rohrleitungen teilweise Neumischungen entstehen. In den Brennkammern aber tritt bei ungünstigem Zusammentreffen von ungleichmäßiger Verteilung des Druckes der Verbrennungsgase und von verschiedenen Stoffen am Spiegel übermäßiges Aufspritzen ein, so daß die Strömung betriebsmäßig nicht mehr sicher beherrscht werden kann und namhafte Kraft-Verluste auftreten. Bekannt ist es ferner, die Hilfsflüssigkeit durch Schmelzen fester Stoffe zu gewinnen und durch die Verbrennung flüssig zu erhalten.ίο Exhausts prevailing lies. Such liquids are already known per se, but have not yet been used as auxiliary fluids for gas turbines. Well one has already easily fusible metal alloys proposed for this purpose; but these contain mostly substances of too low a boiling point and of different specific gravity and were segregated in the impeller under the effect of centrifugal force. It would then In the impeller and in the pipelines, force-consuming eddies and in the pipelines partly new mixes arise. In the combustion chambers, however, it occurs in the event of unfavorable conditions Coincidence of uneven distribution of the pressure of the combustion gases and of various substances on the mirror excessive spraying, so that the flow is no longer operationally safe can be controlled and considerable power losses occur. It is also known that the Auxiliary liquid can be obtained by melting solid substances and by incineration to get liquid.

Da auch die gemäß der Erfindung zu wählenden Stoffe bei gewöhnlicher Temperatur fest sind, werden sie vor dem Anlassen geschmolzen und im Betrieb bei abgestellter Heizung durch die Verbrennungstemperatur, in kürzeren Betriebspausen und bei Störungen aber durch die wieder angestellte Heizung flüssig und damit die Turbine betriebsbereit gehalten.As also the substances to be selected according to the invention at ordinary temperature are solid, they are melted before the starter and when the machine is turned off during operation Heating by the combustion temperature, during short breaks in operation and in the event of malfunctions but because the heating is switched on again, it is liquid and the turbine is ready for operation held.

Um die Strömung der Flüssigkeit nach Menge und Geschwindigkeit genügend beständig zu erhalten, sind in die Flüssigkeitsleitungen druckausgleichende Windkessel eingeschaltet. Durch die Wahl einer schweren Hilfsflüssigkeit kann man bei gegebenem Windkesseldruck ihre Ausflußgeschwindigkeit und bei entsprechender Schaufelung die Drehzahl der Turbine herabsetzen.To ensure that the flow of the liquid is sufficiently stable in terms of quantity and speed to obtain, pressure-equalizing air tanks are switched on in the liquid lines. By choosing a heavy auxiliary liquid, you can determine its outflow velocity at a given air vessel pressure and reduce the speed of the turbine with the appropriate blades.

Obgleich in den Arbeitskammern der neuen Turbine alle bekannten Arbeitsverfahren Anwendung finden können, empfiehlt es sich doch, die Arbeitskammern als aufrecht stehende, im Zweitakt arbeitende Hohlräume auszuführen und dabei die Ladung durch die Restenergie der aus der Turbine zurückfließenden Flüssigkeit verdichten zu lassen.Although all known working methods are used in the working chambers of the new turbine it is advisable to use the working chambers as upright, two-stroke working cavities and the charge is carried out by the residual energy flowing back from the turbine To let the liquid condense.

Die Gasturbine ist auf der Zeichnung dargestellt, und zwar istThe gas turbine is shown in the drawing, namely is

Abb. ι ein senkrechter Schnitt durch die Arbeitskammer und die Turbine,Fig. Ι a vertical section through the working chamber and the turbine,

Abb. 2 ein ebensolcher Schnitt durch die Arbeitskammer allein.Fig. 2 is just such a section through the working chamber alone.

ι ist der Arbeitsraum mit der Zündvorrichtung und dem Einspritzventil 2, dem Einlaßventil 3, dem Auspuffventil 4, dem Austritts-ι is the working space with the ignition device and the injection valve 2, the inlet valve 3, the exhaust valve 4, the outlet

ventil 5 für Flüssigkeit und dem Eintrittsventil 6 für Flüssigkeit. 8 ist das Turbinengehäuse, dessen mittlerer Teil durch den Rückflußkanal 25 mit Ventil 6 und dessen äußerer Ringkanal durch Kanal 26 und Ventil 5 mit dem Arbeitsraum verbunden ist. Der Arbeitsraum ist oben von einem Kühlmantel 7 und unten von einem Heizmantel 9 umgeben, der sich auch um den unteren Teil der Flüssigkeitskanäle 25, 26 und des Turbinengehäuses 8 erstreckt und durch einen Kanal 24 mit dem Auspuffventil 4 verbunden ist, so daß während des Arbeitens alle Auspuffgase oder nur ein Teil davon den Arbeitsraum, die Kanäle und das Turbinengehäuse ift beträchtlichem Umfang umspülen und beheizen, worauf sie bei 23 austreten. Der untere Teil des Turbinengehäuses einschließlich des Arbeitsraumes ist noch von einem Heizmantel umgeben, der durch die Zündflamme 17, die Heizbrenner 18 und den Schornstein 22 beheizt werden kann.valve 5 for liquid and the inlet valve 6 for liquid. 8 is the turbine housing, its central part through the return channel 25 with valve 6 and its outer ring channel through channel 26 and valve 5 is connected to the working space. Of the The working space is at the top by a cooling jacket 7 and at the bottom by a heating jacket 9 surrounded, which is also around the lower part of the liquid channels 25, 26 and the turbine housing 8 extends and is connected by a channel 24 to the exhaust valve 4, so that all exhaust gases during operation or only part of it ift the working space, the ducts and the turbine housing wash around and heat a considerable amount, whereupon they emerge at 23. The lower Part of the turbine housing including the working space is still from a heating jacket surrounded by the pilot flame 17, the heating burner 18 and the chimney 22 can be heated.

Nach der dargestellten Ausfuhrungs form· wirkt im Betrieb die Arbeitskammer oder, wenn mehrere vorhanden sind, wirken die Arbeitskammern mit Gemischladung oder im Dieselverfahren und mit Zündung durch Zündkerzen und· Einspritzventil 2 im Zweitakt wie folgt:According to the embodiment shown the working chamber takes effect during operation or, if there are several, they take effect Working chambers with mixed charge or in the diesel process and with ignition by spark plugs and · Injection valve 2 in the two-stroke cycle as follows:

Im Arbeitsraum ι ist die Ladung durch die bis. zum obersten· gezeichneten Spiegel gestiegene Flüssigkeit verdichtet. Im Turbinengehäuse 8 strömt ein Flüssigkeitsring mit annähernd gleichförmiger Gesehwindigkeit. Der Druck im Windkessel 27 treibt die Flüssigkeit in ständig nahezu gleicher Menge und Geschwindigkeit durch die Düsen oder, wie hier gezeichnet, daß die Leitschaufern 29. und das Laufrad 30. Sobald jetzt die nicht gezeichnete Turbinenregelungsvorrichtung die Ladung durch die Zündkerze und das Einspritzventil 2 zündet und annähernd gleichzeitig das: Flüssigkeitszuflußventil S öffnet, wird durch die Verbrennungstemperatur der Flüssigkeitsspiegel erhitzt, durch den Druck der Verbrennungsgase die im Arbeitsraum 1 und die in der Zufiußleitung 26 bis zu dem kreisenden Flüssigkeitsring noch ruhende Flüssigkeit auf dessen Geschwindigkeit beschleunigt, dieser selbst aber infolge seiner erheblichen Masse nur wenig. Ein Teil seiner Flüssigkeit unterhalt nach wie vor die gleichförmige Strömung durch die Schaufeln; der augenblicklich übersehießende Rest wird einstweilen bis zur nächsten Verbrennung in den Windkessel gedrückt und steigt bis zum obersten gezeichneten Spiegel. Solange der Entspannungsdruck den Windkesseldruek überwiegt, wird die zuströmende Flüssigkeit beschleunigt, nach dessen Unterschreitung wird sie verzögert, strömt aber infolge ihrer Trägheit weiter, und dieTurbinen-■ regelungsvorrichtung schließt das Ventil S gerade, wenn die Flüssigkeit zurückströmen will. Dann ist die Entspannung beendet und der Kammerinhalt bis zum untersten gezeichneten Spiegel gesunken. Fast gleichzeitig öffnet die Turbinenregelungsvorrichtung das Auspuffventil 4, so daß die Abgase in den Heizraum 9 austreten und die in den Kanälen und der Turbine enthalteneFlüssigkeit heizen. Bald danach wird das Einlaßventil 3 geöffnet, so daß die nicht gezeichnete Ladepumpe die neue Ladung in den Arbeitsraum 1 drückt.In the work area ι the charge is through the bis. Liquid which has risen to the uppermost level drawn is compressed. A ring of liquid flows in the turbine housing 8 at an approximately uniform velocity. The pressure in the air chamber 27 drives the liquid through the nozzles in almost the same amount and speed, or, as shown here, that the guide vanes 29 and the impeller 30. As soon as the turbine control device (not shown) ignites the charge through the spark plug and the injection valve 2 and almost at the same time that: the liquid inflow valve S opens, the liquid level is heated by the combustion temperature, the pressure of the combustion gases accelerates the liquid in the working chamber 1 and the liquid still resting in the inflow line 26 up to the circling liquid ring to its speed, but this itself as a result of it significant mass only a little. Some of its liquid still maintains the steady flow through the blades; the remainder that is currently overlooked is temporarily pressed into the air chamber until the next burn and rises to the topmost mirror drawn. As long as the expansion pressure outweighs the windkesseldruek, the inflowing liquid is accelerated, after which it is decelerated, but continues to flow due to its inertia, and the turbine ■ control device closes the valve S just when the liquid wants to flow back. Then the relaxation is over and the contents of the chamber have sunk to the lowest mirror drawn. Almost simultaneously, the turbine control device opens the exhaust valve 4 so that the exhaust gases exit into the heating room 9 and heat the liquid contained in the ducts and the turbine. Soon afterwards the inlet valve 3 is opened so that the charging pump, not shown, pushes the new charge into the working space 1.

Es ist bei den eingangs genannten. Stoffen, Blei, Zinn oder Wismut, oder der Legierung aus Blei und Wismut nicht ausgeschlossen, daß die Verbrennungstemperatur den Siedepunkt des Stoffes überschreitet und etwas davon verdampft. Das schadet dann nichts, wenn der Siedepunkt solcher Stoffe, wie es bei den angeführten der Fall ist, wesentlich über der bei öffnung des Auspuffes noch herrschenden liegt, so daß während der Entspannung alles etwa Verdampfte wieder verflüssigt wird. Dies Verhalten ist erforderlich, damit die am Kreislauf beteiligte Flüssigkeit in der Turbine immer in gleicher Menge erhalten bleibt.It is with the ones mentioned at the beginning. Substances, lead, tin or bismuth, or the alloy from lead and bismuth does not exclude that the combustion temperature the boiling point of the substance and some of it evaporates. That doesn't do any harm if the boiling point of such substances as it is the case with the ones listed, significantly above that when the exhaust is opened prevailing, so that during the relaxation everything that has evaporated is liquefied again will. This behavior is necessary so that the fluid involved in the circulation is always retained in the turbine in the same amount.

Nach beendeter Ladung schließt die Regelungsvorrichtung die Ventile 3 und 4 und öffnet das Rückflußventil 6. Die Flüssigkeit hat bei ihrem Austritt aus dem Turbinenlaufrad 30 noch genügend kinetische Energie, um die in der Rückflußleitung 25 zunächst noch ruhende Flüssigkeit zu beschleunigen und dann die Ladung zu verdichten, wird aber durch den schließlich stark steigenden Verdichtungsdruck verzögert, wobei die ständig in gleicher Menge aus dem Laufrad nachströmende Flüssigkeit einstweilen in den Windkessel 28 bis zum obersten Spiegel steigt, um bei Beginn der Verdichtung im nächsten Arbeitsraum mitzuwirken. Bei beendeter Verdichtung schließt die Regelungsvorrichtung das Ventil 6, und das Arbeitsspiel beginnt von neuem. Sind so viel Arbeitsräume vorhanden, daß ihre Verdichtungsstufen sich zeitlich genügend überschneiden, so ist der Windkessel 28 entbehrlieh, weil dann der Druck am Schluß der Verdichtung der einen Kammer die Flüssigkeit im Kanal 25 der nächsten beschleunigt. Man kann, um die Hilfsflüssigkeit vor den hohen Verbrennungstemperaturen und chemisehen Einwirkungen der Verbrennungsgase zu schützen, eine Deckschicht 10 (Abb. 2) anwenden, die entweder flüssig (Schlacke) oder körnig ist und auf der schweren Flüssigkeit schwimmt und deshalb niemals den Arbeitsraum 1 verläßt.The control device closes when the charge is complete the valves 3 and 4 and opens the reflux valve 6. The liquid has enough kinetic energy when it leaves the turbine runner 30, in order to accelerate the liquid which is initially still at rest in the reflux line 25 and then to compress the charge, but will eventually rise sharply Compression pressure is delayed, with the constant flow of the same amount from the impeller Liquid temporarily in the air chamber 28 up to the uppermost mirror increases in order to contribute to the start of compression in the next work area. When finished Compression closes the control device, the valve 6, and the work cycle starts all over again. There are so many working spaces that there are levels of compression overlap sufficiently in time, the air chamber 28 is not required, because then the pressure at the end of the compression of one chamber is the liquid in channel 25 the next accelerated. One can to the auxiliary liquid before the high combustion temperatures and chemical effects of the combustion gases To protect, apply a top layer 10 (Fig. 2) that is either liquid (slag) or is granular and floats on the heavy liquid and therefore never the work space 1 leaves.

Die zum Druckausgleich während des Be-The pressure equalization during loading

triebes dienenden Windkessel 27, 28 können mit Einrichtungen versehen werden, um ihren Inhalt zu verändern und damit den in ihnen herrschenden Druck dem Arbeitsdruck anzugleichen. drive serving air chamber 27, 28 can be provided with devices to their To change content and thus to adjust the pressure prevailing in them to the work pressure.

Claims

Patent claims:

i. Gas turbine with auxiliary liquid, characterized in that the auxiliary liquid made of a substance such as B. lead, tin or bismuth, or an alloy of such substances, such as. B. lead and Bismuth, which are not separated by the centrifugal force in the blade and only evaporate at a temperature which is higher than that prevailing at the opening of the exhaust.

2. Gas turbine according to claim 1, characterized in that the surface the auxiliary fluid in the working area from a non-participating, pliable and in relation to the Dimensions of the work space is covered with a thin protective layer.

1 sheet of drawings

Serum. geöruCkt in DSr REICHSDRUCKEREtSerum. marked in DSr REICHSDRUCKEREt