DE501137C - Gasturbine mit pendelnder Fluessigkeit - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Gasturbinen mit pendelnder Flüssigkeit als Übertragungsmittel, bei denen in bekannter Weise pendelnd umlaufende Wasserkolben unter der Einwirkung von Gas- oder Dampfdrücken und Fliehkräften zwischen zwei Lauf rädern' durch einen ,feststehenden Leitring hindurch schwingen.

Abb. ι zeigt eine solche Turbine bisheriger Bauart, wobei 1 die Laufräder, 2 den Leitring

bedeuten. 'Durch die Stützung des feststehenden Leitrings von außen sind bei 3 und 4 sowie bei 5 Spalte unvermeidlich. Die in diesen Spalten entstehenden Verluste sind im Verhältnis zur Gesamtleistung besonders hoch, weil die Flüssigkeit an diesen gewöhnlich weitest außen liegenden Stellen den höchsten Energieinhalt hat. Es sind bauliche Maßnahmen zur Abdichtung dieser Spalte bekannt, die aber eine unerwünschte Erhöhung der Baukosten bringen und die Spaltverluste doch nicht ganz unterdrücken.

Durch die Erfindung sollen die Spaltverluste vollständig vermieden werden. Die Erfindung besteht darin, daß die Teile des mehrteiligen Laufrades um den innenliegenden Leitring herum zu einem geschlossenen Ganzen miteinander verbunden sind. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß keine Außenspalte zwischen Leitring und Laufrädern bestehen und somit keine Spaltverluste eintreten können. Der Leitring wird dabei in den von den außen verbundenen Laufradteilen gebildeten Innenraum geführt.

Nach Abb. 2, die ein Ausführungsbeispiel

darstellt, bestehen jetzt nur noch die Spalte 6 und 7, die gegen den Iimenraum offen sin In diesem Innenravon bildet sich derogemä ein Flüssigkeitsring, dessen Niveauflächen dem mittleren Spaltdruck entsprechen. Diejenigen Laufradkanäle, in welchen der Druck jeweils größer ist als dieser mittlere Spaltdruck, werden durch die Spalte 6 oder 7 etwas Flüssigkeit nach diesem Ring entsenden, während diejenigen, in welchen der Druck jeweils kleiner ist, Wasser entnehmen, wobei sich von selbst ein Gleichgewichtszustand einstellt.

Dieser Umstand kann in bequemer Weise dazu benutzt werden, den mittleren Spaltdruck und damit die von diesem Spaltdruck abhängige Füllung der Laufradzellen zu regeln. Führt man die Flüssigkeit, wie Abb. 2 beispielsweise zeigt, durch eine hohle Welle in den Ringraum, so ist die Füllung in den Laufradzellen, d. h. die Lage des Flüssigkeitsspiegels abhängig von der Füllung im Ringraum. Zur Einhaltung bestimmter Lagen des Flüssigkeitsspiegels in den Zellen genügt es also, wenn für eine zuverlässige Einhaltung des Spiegels im Ringraum gesorgt wird. Dies erreicht man durch einen Schwimmer im Ringraum, der bei Überfüllung ein Auslaßventil, bei Flüssigkeitsmangel ein Einlaßventil öffnet und so selbsttätig einen Gleichgewichtsspiegel einstellt.

In Abb. 2 bedeuten 8 den Schwimmer, 9 das Einlaß-, 10 das Auslaßventil. 11 ist eine Feder, die bewirkt, daß bei Stillstand in jeder Lage das Auslaßventil offen und das Einlaßventil geschlossen bleibt. Durch den Deckel 12 am Umfang des Laufrades ist die Einrichtung

bequem zum Einstellen oder Nachsehen zu gänglich. Die aus dem Auslaßventil austretende Flüssigkeit wird zweckmäßig durch die Wandung einer Laufradschaufel ins Freie geführt Dieser Gedanke läßt sich auch auf Turbinen nach Abb. ι anwenden, wenn man dort die Laufradkanäle bei 5 mit Löchern nach dem Innenraum hin versieht.

Die Abb. 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsformen für die Innenlagerung des Leitrings. In Abb. 2 wird der umlaufende Teil 1 von zwei Wellenstummeln 13 und 14 getragen, die in den Lagern 15 und 16 ruhen. Durch die Bohrung der Welle 14 ist die feststehende Welle 17 geführt, die den Leitring 2 trägt. Sie ruht im Lager 18; ihr freies Ende ist im Lager 16 gegen axiale Verschiebung befestigt. Nach Abb. 3 sitzt der umlaufende Teil 1 der Turbine fliegend auf der Welle 19, die im Lager 20 läuft. Der Leitring 2 wird von der Welle 21 getragen, die im Lager 22 liegt. Sie ist so stark ausgebildet, daß sich der umlaufende Teil an der Durchdringungsstelle mit einem Lager 23 auf sie abstützen kann. Eine weitere Führung der Leitradwelle ist bei den Lagerungsarten noch auf der andern Laufradseite durch Lager 24 möglich.

Durch die Innenlagerung des Leitrings kann . man ohne besondere Schwierigkeiten den Leitring in gleichem Sinne mit den Laufrädern mitdrehen lassen, und zwar mit einer solchen Drehzahl, daß die Geschwindigkeitsverhältnisse für die Energieumsetzung im Leitring am günstigsten werden. Diese Verhältnisse sind nur vom Drehzahlunterschied zwischen Leitring und Laufrad, nicht aber von der absoluten Höhe der Drehzahl abhängig.

Für die Durchführung eines geordneten Arbeitsprozesses der Dehnungsgase in den Laufradzellen ist eine gewisse Höhe der Laufraddrehzahl notwendig, damit der Flüssigkeitsspiegel erhalten bleibt. Ist nämlich die Beschleunigung, mit der die Flüssigkeitskolben unter dem Einfluß der Gasdrücke bewegt werden, größer als die Beschleunigung infolge der Fliehkraft, unter der die Wasserkolben wegen ihres Kreisens mit dem Laufrad stehen, so können die Wasserkolben besonders an ihren Enden zerreißen und schäumen, wobei ein geordneter Betrieb unmöglich wird. Die von den Gasdrücken herrührende Beschleunigung der Kolben und damit die Zahl der Hübe in der Zeiteinheit dürfen demnach um so höher sein, je höher die Beschleunigung infolge der Fliehkraft ist. Die Mindestdrehzahl wächst also mit dem Höchstdruck, den die Arbeitsgase in den Zellen annehmen. Bisher war es mit Rücksicht auf die hydraulische Energieumsetzung im Leitring nicht möglich, mit diesem Höchstdruck über einen gewissen Betrag hinauszugehen, wodurch die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt wurde. Nach der Erfindung ist hierfür aus hydraulischen Gründen die Einhaltung einer oberen Grenze nicht mehr notwendig.

Der Leitring kann über irgendein bekannte? 65 Getriebe angetrieben werden. Selbstverständlich muß die Steuerung der Dehnungszellen in einem dem Drehzahlunterschied zwischen Leitring und Laufrad entsprechenden Takte erfolgen, weshalb sie am zweckmäßigsten in irgendeiner Weise vom Leitring selbst abgeleitet wird. Das kann vorteilhaft dadurch geschehen, daß der Steuerring mit dem umlaufenden Leitring zusammengebaut wird, so daß er ebenfalls umläuft. Abb. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür. Das Leitrad 2 sitzt mit der Nabe 25 auf der Welle 26, die drehbar in den beiden Lagern 27 liegt. Angetrieben wird sie mittels des auf ihr befestigten Zahnrades 28. Die Welle trägt weiter die Laufradteile 1, 1, die sich um die Lager 29 und 30 drehen.

Die Steuerung ist als Schlitzsteuerung ausgebildet. Die Schlitze 31 in den Laufradzellen laufen vor den Öffnungen 32, 33 der Räume 34 und der Öffnung 35 des Raumes 36 vorbei, die mit der Leitradwelle 26 umlaufen. Dem Räume 34 wird das Gasgemisch durch das Rohr 37 und die Bohrung 38 zugeführt. Aus dem Ringraum 36 strömen die Abgase durch das Rohr 39 ab. Die Zündkerze 40 sitzt ebenfalls an dem die Räume 35 und 36 enthaltenden Wellenteil und zündet die Gase beim Vorbeilaufen jeder Zelle. Für die Zuführung des Stroms dient der mit dem Zahnrad 28 zusammengebaute Schleifring 41, der durch die Kabel 42 mit den Zündkerzen in Verbindung steht. Der Schleifring nimmt den Strom von der Zuführung 43 ab. In der Wellenbohrung 38 liegt das Rohr 44, das Zusatzflüssigkeit in den Innenraum des Doppellaufrades führt. Seine öffnungen nach diesem Räume können durch von Schwimmern gesteuerte Ventile, wie in Abb. 2, geöffnet und geschlossen werden.

In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, die von der Turbine erzeugte mechanische Arbeit nicht am Laufrad, sondern an dem mit geringer Drehzahl umlaufenden Leitring oder an beiden Rädern zugleich abzunehmen. In jedem Falle bestimmt das Getriebe zwischen Leitring und Laufrad den Drehmomentausgleich.

Durch die Innenlagerung des Leitrings gibt der freie äußere Umfang dem Laufrad in einfachster Weise Gelegenheit zur Ableitung der erzeugten Energie.

Die Abb. 5 bis 7 zeigen, wie Band-, Ketten- oder Seiltriebe, Zahnräder oder Stromerzeuger mit dem Laufrad unmittelbar vereinigt werden können. Die Umfangskraft wird dabei auf kürzestem Weg von der Schaufelung als Er-•.eugungsstelle nach außen abgeleitet. Die Notwendigkeit, den Kraftverbraucher an eine umlaufende Welle anzuschließen, fällt fort. Daher

können alle umlaufenden Teile nach Abb. 7 mittels der Lager 45 und 46 auf der Leitringwelle 47 ruhen.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Gasturbine mit pendelnder Flüssigkeit als Übertragungsmittel, wobei die Flüssigkeit, unter dem Einfluß von Gas- oder Dampfdrücken und Fliehkräften zwischen zwei gleichlaufenden Laufrädern, durch einen Leitring hin und her pendelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des mehrteiligen Laufrades um den innenliegenden Leitring herum zu einem geschlossenen Ganzen miteinander verbunden sind.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitring in dem von den außen verbundenen Laufradteilen gebildeten Innenraum geführt ist.

3. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Leitringes vom umlaufenden Teil getragen wird.

4. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Teil nur einseitig von seiner Welle getragen wird und auf der anderen Seite auf der in ihn eintretenden Welle des Leitringes ruht.

5. Gasturbine nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Welle des Leitringes den umlaufenden Teil trägt.

6. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Arbeit ganz oder teilweise unmittelbar vom Laufradumfang abgeleitet wird.

7. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den außen verbundenen Laufrädern gebildeten Innenräume zur Reglung der Flüssigkeitsfüllung benutzt werden.

8. Gasturbine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reglung der Flüssigkeitsfüllung ein auf dem Spiegel im Innenraum liegender Schwimmer benutzt wird, der Ein- und Auslaßorgane für die Flüssigkeit bedient oder steuert.

9. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitring im gleichen Sinne mit den Laufrädern mit geringerer Geschwindigkeit umläuft.

10. Gasturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Laufradzellen vom Leitring abgeleitet ist.

11. Gasturbine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Turbine erzeugte Arbeit ganz oder teilweise an der Leitringwelle abgenommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen