DE496491C

DE496491C - Druckluftanlage mit Drucklufterzeugung durch Verbrennungsgase

Info

Publication number: DE496491C
Application number: DEM103418D
Authority: DE
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1928-02-10
Filing date: 1928-02-10
Publication date: 1930-04-25

Description

Druckluftanlage mit Drucklufterzeugung durch Verbrennungsgase Dem Bau einer betriebssicheren Brennkraftturbine steht die Schwierigkeit entgegen, claß 'bis heute ein genügend ,widerstandsfähiger Baustoff für die Schaufeln noch nicht gefunden ist. Die aus dem bisher bekannten Baustoff hergestellten Schaufeln werden im Betrieb, sofern man die Temperatur der Verbrennungsgase nicht in unwirtschaftlicher Weise niedrig hält, bald zerstört. Dies ist im wesentlichen auf die hohe Temperatur zurückzuführen, der sie bei der Beaufschlagung durch die heißen Verbrennungsgase ausgesetzt sind, sodann aber auch auf den Aufprall von Koks- und Ascheteilchen, die im Verbrennungsgas unvermeidlicherweise mitgerissen «-erden und ähnlich zerstörend wirken wie Wassertropfen im Dampf auf die Schaufeln einer Dampfturbine.
Eine weitere Schwierigkeit liegt in der Besehaffung der Verbrennungsluft, die erheblich vorverdichtet werden muß, wenn man dem wärmetechnischen Wirkungsgrad der Brennkraftkolbeninaschinen na:hekomm.en will. Soll beispielsweise in der Brennkammer, welche dieVerbrennungsgase zur Beaufschlagung der Turbine liefert, aus diesen wärmetechnischen Gründen ein Druck von 3o Atin. h:r rsch.en, so muß die zur Unterhaltung der Verbrennung Luft auf etwas mehr als 3o Atm. vorveridichtet werden, damit sie in die Brennkammer einströmt. Für derartig hohe Drücke lassen sich aber bisher Kreiselverdichter ausreichenden Wirkungsgrades nicht bauen. man ist vielmehr auf die Benutzttng von Kolbenverdichtern angewiesen. die aber wegen der Art ihres Antriebes als Hilfsmaschinen einer Turbine schlecht geeigliet sind.
Durch die vorliegende Erfindung sollen dkse Nachteile vermieden werden. Die Erfindung besteht darin, d.aß die Anlage aus einer mit einer Brennkammer verbundenen Zellenrafdmaschine bekannter Art und einer davon räumlich getrennten Druckluftturbine besteht, die mit der Zellenradmaschine eine gemeinsame Welle besitzt und mit von der Zellenradmase'hine gelieferter Druckluft über eine Leitung beaufschlagt wird. Die der Brennkammer zuzuführende Luft wird dabei zweckmäßig ebenfalls der Zellenradmaschine entnommen und durch ein Gebläse über den Druck in der Brennkammer verdichtet.
Daraus ergeben sich folgende Vorteile: Eine Zellenradlnaschine ist in höherem Grade für den Betrieb mit heißen Verbrennungsgasen befähigt wie eine Turbine. Der eigentliche Verdichtungsvorgang spielt sich nämlich nur auf ein:einkurzen Stück des Laufradumfanges ab, während der ganze übrige Teildes Laufrades unter dem Einfl:uß der durch die Zelle h ,indurchströ:menden kühlen Luft steht und so wirksam gekühlt wird.

Außerdem läßt es sich bei der Zellenradmaschi.ne erreichen, daß der Strom der Verbrennungsgase überhaupt nicht auf die Lauffläche der die einzelnen Zellen bildenden Trennwände aufprallt,. sondern zwischendiesen niit einer zu den Trennwänden parallelen

Strö niungsrichtung liindurchströnit. Hierzu

ist nur erforderlich, :der Zuführungsdüse der

Verbrennungsgase eine Neigung zur Dreh-

zahl der Maschine zu geben, derart, daß die

tangentiale Geschwindigkeit der Verbren-

nungsgase gleich oder nah-.zu gleich der

IZadtunfangsgeschi@vi:ndigkeitiist. Dann holen

gewissermaßen die Teilchen des Gas-

stromes einerseits die vor ihnen befind-

lichen Trennwände nicht ƒin; während sie

andererseits auch von der hinter ihiicn

befindlichen Trennwand nicht .einsgeholt -ver-

Ien. Auf .diese Weise -wird nicht nur eine

unzulässige Erwärmung der Trennwände ver-

mieden, sonldern auch die Gefahr mechani-

scher Zerfressung der Zellenwände ausge-

schlossen.

Bei der reinen Brennkraftturbine dagegen

beruht die Entstehung der mechanischen Lei-

stung geinde darauf, daß die Gase durch die

gekrümmten Turbinenschaufeln abgelenkt

werden und dabei durch allmähliches Abfan-

gen ihrer Bewegungsenergie einen Druck auf

die Schaufieln ausüben.

Schließlich ist @e;s noch ein Vorzug des Er-

fnd,ungsgegenst@ande-s, daß die zur Spe.is.tmg

der Brennkammer notwendige Preßlu.ft von

einer umlaufenden, auf gleicher Welle mit

den übrigen Maschinensätzen ang:ordneten

Maschine erzeugt wird, die im Gegensatz, zu

Kolbenverdichtern beim Verdichtern nicht ge-

kühlt zu weridien braucht, -was wiederum

Wärmeverluste erspart.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem

Ausführungsbeispiel in

Abbb. i im Längsschnitt und .in

Abb. z im Ouerschnitt durch die Zellen-

radmaschine nach A-B der Abb. i darge-

stellt.

Auf einer gemeinsamen Welle a sind ein

Kreiselgebläse b, eine Z-ellenradina@scliinie c und

eine Druckluftturbine d angeordnet. Das Ge-

bläse b steht ;furch eine Leitung e mit einer

Brenn@kamnrer f in Verbindung, die ans einem

gesclilossen:en, drucksicheren Gefäß mit Wän-

]en aus liitzebestänidigem Baustoff besteht

Lind gegebenfalls noch von einem Kühlmantel

umgeben sein kann, der Wasserkühlung er-

inöglicht. Vor der Brennkammer ist :in die

Leitung e oder gegebenenfalls auch unmittel-

bar in die Brennkaininer die Brennstoffzufüh-

rung g eingebaut, die entweder für flüssigen

oder für pulverförmigen Brennstoff einae-

richt,-t sein kann. Ein am Boden der Brenn-

kammer befindlicher Auslaß li. dient zur Ab-

führung,der darin bei Kohlenstaubbetrieb auf-

tretenden Asche. Durch eine Leitung i steht

die Brennkammer mit der Zellenradmaschine c

in Verbindung.

Diese besteht aus einem feststehenden Ge-

häuse i° un-1 einem Laufrad 1, :das auf seinen i

ganzen Umfang Treiiiiwäiicl" in trägt, die zzvi-

s chen sich nach innen und außen offene,

schmale Zellen n bilden. Der Deutlichkeit der

Darstellung wegen sind die Trennwände in

der Zeichnung mit größerem gegenseitigen

Abstand gezeichnet; in Wirklichkeit sitzen

sie dicht .nebeneinander, so,d.aß Zellen klein-

sten Inhaltes gebildet werden.

Auf einem Teil des Umfanges, von o bis p,

ist die Gehäusiewand :bis dicht an die Außen-

seite des Laufrades herangeführt, wälir:end

gleichzeitig eine diesem Teil des Umfanges

gegeniiberstehernde feste Wand q des Gehäuses

clie Zellen bei ihrem Durchgang durch den so

gebildeten Kanal innen abschließt. In .diese

Wand q ist ein Stutzen r schräg geneigt ein-

gebaut, an den sich die Verbindungsleitung s

zur Druckluftturbine d anschließt. Dem Stut-

zen r gegenüber liegt der Eintrittsstutzen x

für die Verbrennungsgase, an den die Lei-

tung i angeschlossen ist. Dieser Stutzen ist

nach innen zu unter einem Winkel a in der

Drehrichtung des Laufraides geneigt, so daß

die Verbrennungsgase in das Laufrad unter

dieseiin Winkel eintreten. Zwei weitere Stut-

zen t und u in :diesem Teil des Gehäuses die-

nen zum Abzug Ader Verbrenmungsgase nach

erfolgter Arbeitsleistung aus der -:Maschine.

Der übrige Teil -des Gehäuses h uingi'bt das

Laufrad mit Spiel, so daß ein Ringkanal v

gebildet wird, der in den Stutzen u ausmün-

det.

Die Wirkungsweise der Maschine ist die

folgende: Die Turbine d wird durch ein äuße-

res Mittel, z. B. Druckluft, angelassen. Sie

nimmt dabei die Laufräder der Zeillenrad-

inasehine c und ,des Gebläses b mit. Durch die

in der Gehäusewand der Zellenradmaschine

befindliche Öffnung w füllen sich die Zellen

;Ies Laufradies l mit Frischluft, die bei der

Drehung des Laufraides im Pfeilsinne von den

Zellen mitgeführt wird. Sobald nun eine mit

Luft gefüllte Zelle n dem Stutzen. x gegen-

übertritt, strömen die sn dex- Verbrennungs-

kammer f erzeugten Verbrernrnungsgas° in

diese Zelle ein und verdichten die .darin be-

findliche Luft, die, sobald die Zelle bei d°r

Weiterdrehung des Laufrades dem Auslaß-

stutzen r- gegenübertritt, .durch dies°n in die

Leiturig s und von hier auf die Schaufeln der

Druckluftturbi.ne geführt wird. Die Ge-

schwindigkeit :des Laufrades ist so beimessen,

daß der Übertritt Ader Luft aus der Zelle il in

den Stutzen r gerade beendet >ist, w:nti die

Zelle mit ihrer Rückwand die zu steuernde

Kante y .der Wand q erreicht.

Die in der Zelle verbli:eb°nen Verbren-

nungsgase -werden dadurch gehindert, in den

Auslaßstutz:en -r überzutreten. Sie verbleiben

vielmehr in der Zelle und können aus dieser

in das Freie entweichen, sobald die Zelle dein

Auslal.)stutzen t gegenübertritt. Dadurch wird

Druckausgleich zwischen Zelle und Außenluft

hergestellt. Der noch in der Zelle verbliebene

Abgasrest von atmosphärischer Spannung

wird dann bei der weiteren Bewegung des

Laufrades durch die Fliehkraft in den Ring-

hanal v gescliletid:#rt tun,#I strömt aus diesem

durch clen Stauen ic und die sich flaran an-

schließende Kaminleitung ins Freie ab.

So wird jede einzelne finit Frischluft be-

ladene Zelle während der Drehung des Lauf-

rades an dem Einlaßsttttz;ti x vorübergeführt

und durch die in die Zellen eindringenden ge-

span.ntcn Gase auf den Gasdruck verdichtet.

Es wird also durch die Verbrennungsgase

dauernd Druckluft von gleicher Spannung,

wie sie .die Verbrenntingsgasre besitzen, er-

zeugt und die Druckluftturbine damit beauf-

schlagt.

Die Druckluftturb@ine selbst ist .dabei nur

der Temperatur rler v:rdicliteten Luft ausge-

setzt, die durch :die Tatsache bestimmt ist,

daß der Verdichtungsvorgang im Zellenrad

rasch, also annähernd adiabatisch vor sich

geht, so daß bei etwa 50° Anfangstemperatur

und bei Verdichtung auf 3o Atm. die Tein-

1>Li-attu- der verdichteten Luft und der Tur-

bine nur etwa 47o" beträgt. Diese beispiels-

weise g;#naiinte Teinpieratur liegt beträchtlich

taiterhalb der Temperatur der Verbrennungs-

gase. Dies ermöglicht nicht nur, solche Luft

ohne besondere Schwierigkeiten in der Druck-

ltiftttii-bine arbeiten zu lassen, sonldern es be-

deutet auch noch, daß .das Gewicht der er-

zeugten Druckluft weseutIich höher ist wie

das Gewicht der verarbeiteten Verbrennungs-

01,ase.

Infolgedessen bleibt außer der der Dr uck-

Itifttttr,hine zugefiihrten Luft noch g;nügeryd

Druckluft übrig, ain .damit die Breirnkamm2r

zu speisen. Dieser Teil der erzeugten Druck-

luft wird durch die Abzweigleitung w dem

Gebläse h zugeführt, durch dieses auf einem

dun Druck in der Brennkammer Übersteigen-

den Druck verdichtet und durch die L°itung e

dc=r Brennkammer zugeleitet.

Der Einfachheit der Darstellung wegen ist

,lein Ausführungsbeispiel eine einstufige Zel-

lcnradinaschnne zugrunde gelegt. In dieser

einsttifigz-n Form würde der Verd.ichtungs-

vorgang nicht wirtschaftlich verlaufen. Bei

@ler praktischen Ausführung wird man -daher

eine mehrstufige Zellenradmaschine verwen-

den und so die Verdichtung mehrstufig vor-

nehmen. Da die Trennwände der einzelnen

Zellen auf dein weitaus größten Teil des Um-

f@angca von Frischluft bespült sind, so werden

sie gleichzeitig aasreichend -c-kühlt.

@1 ircl als Brennstoff z. B. Kohlenstaub ver-

wendet, so besitzt die Erfindung gegenüber

Kohlenstaubkolbenbrenn.kraftmasch.inen den

Vorzog, .daß (der Kohlenstaub nicht `vie (dort

in einigen litnidertsteln Sekunden verbrannt

werden muß, sondern es steht für die Ver-

brennung eine längere Zeitdauer zur Ver-

fügung, die bei geeigneter Gestalt und Größe

der Breinikannner ein Vielfaches davon ist.

Hieraus ergibt sich die Möglichkoit, auch

Steinkohlenstaub, dessen Verbrennung län-

gere Zeit beansprucht wie Braunkohlenstaub,

zu verwerten. Auch ist man in der Erzeugung

größerer Leistungen, da nur umlaufende Ma-

schinen in Frage kommen, weniger be-

schränkt wie bei mit Kohlenstaub betriebenen

Kolbenmaschinen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Druckluftkraftanlage mit Druckluft- erzeugung durch Verbrennungsgase, da- durch ge:ken.nzeiclinet, daß die Anlage aus einer mit einer Brennkammner verbunde- nen Zellenradmasch ine bekannter Art und einer davon räumlich getrennten Druck- ltiftturbine »besteht, die innfit der Zellenra-d- niaschiiie eine gemeinsame Weile besitzt und mit von der Zellenradmna@schine ge- lieferter Druckluft über eine Leitung be- aufschlagt wird. 2. DruckluftkraftanlagenachAnspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß von der: Ver- bindungsleitugg (s) der Zellenradinaschine (c) mit der Druckluftturbinte (d) eine zur 13rennkaminer führende Nebenlcitung (e) abzweigt, :durch die ein Teil der in der Zellenradmaschine erzeugten Druckluft der Brennkammer (j') als Verbrennungs- luft zugeführt wird. 3. Druckluftkraft.anlagenachAnspruchi und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Nebenleitung(e) ein auf der Turbiinen- welle (a) sitzendes Gebläse (b) .zur weite- ren Drucksteigeruirg der Verbrennungs- Iuft eingeschaltet ist. .I. DruckluftkraftanlagenachAnspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß,die LTinfangs- gesch:windigkeit des Zellenrades gleich oder nahezu gleich der Eintrittsgeschwin- digkeit der unter einem Winkel (a) zum Raddurchmresser in der Drehrichtung zu- geführten Verbrennungsgase ist, so daß ein Aufprallen der Verbrennungsgase auf die Schaufelflächen nicht eintritt.