DE503720C

DE503720C - Heat machine system with steam generator, turbine and condenser

Info

Publication number: DE503720C
Application number: DED55538D
Authority: DE
Original assignee: FRANCOIS XAVIER JOSEPH ALBERT
Current assignee: FRANCOIS XAVIER JOSEPH ALBERT
Priority date: 1927-05-31
Filing date: 1928-04-27
Publication date: 1930-07-26
Also published as: GB291374A; FR635334A

Description

Es ist bekannt, daß man bei einem sich adiabatisch entspannenden und daher mit einer bestimmten Geschwindigkeit fließenden Dampfstrahl theoretisch durch Hindurchführen durch einen zweckmäßig bemessenen Kanal die kinetische Energie des Dampfstrahles in potentielle Energie umwandeln und seinen Druck erhöhen kann. In der Praxis vollzieht sich diese Umwandlung infolge von Reibungsverlusten mit einem schlechten Wirkungsgrad. It is known that one is adiabatically relaxing and therefore with A certain speed flowing steam jet theoretically by passing through it the kinetic energy of the steam jet through a suitably dimensioned channel can convert it into potential energy and increase its pressure. In practice, this transformation takes place as a result of Frictional losses with poor efficiency.

Andererseits kann man bekanntlich, wenn es gelingt, bei der Verdichtung dem Dampfstrahl eine große Wärmemenge zu entziehen und damit seine innere Energie nennenswert" herabzusetzen, unter Beibehaltung der kinetischen Energie des Dampfstrahles eine Vergrößerung des Druckes erzielen, weil die anfängliche kinetische Energie sich auf eine Dampfmenge bezieht, deren Verdichtung wenig Arbeit erfordert.On the other hand, you can, as is well known, if it succeeds, in the compression of the steam jet to withdraw a large amount of heat and thus significantly "reduce its internal energy, while maintaining the kinetic Energy of the steam jet achieve an increase in pressure because the initial kinetic energy refers to an amount of steam that requires little work to be compressed.

Da sich die Verkleinerung der inneren Energie dann in der Verkleinerung der Dampfmenge ausdrückt, ergibt sich, daß die Querschnitte des Kanals, in welchem die Umwandlung der kinetischen in potentielle Energie stattfindet, bei sonst gleichen Verhältnissen kleiner sein müssen als in dem oben betrachteten Fall.Since the diminution of the internal energy is then in the diminution of the Expressing the amount of steam, it follows that the cross-sections of the channel in which the conversion the kinetic energy takes place in potential energy, all other things being equal must be smaller than in the case considered above.

Andererseits führt die große abzuführende Wärmemenge zu einer großen Austauschfläche für die Umhüllung des Strahles und zu der Benutzung einer Kühlflüssigkeit von einer Temperatur, die weit unterhalb der Temperatur des Dampfstrahles liegt. Die erforderliehe große Austauschfläche nötigt dazu, dem Abflußkanal eine große Länge zu geben, so daß er nicht im normalen Auspuffstützen einer Dampfturbine untergebracht werden kann.On the other hand, the large amount of heat to be dissipated leads to a large exchange surface for enveloping the jet and for using a cooling liquid from one Temperature that is far below the temperature of the steam jet. The required large exchange area makes it necessary to give the drainage duct a great length, so that it cannot be accommodated in the normal exhaust stanchions of a steam turbine.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Wand des Dampfkanals mittels Kühlkanälen auf eine wenig unterhalb der Temperatur des Kondensators liegende Temperatur gekühlt, die also auch der Temperatur des Dampfstrahles ziemlich naheliegt. Es wird somit eine nennenswerte Änderung der inneren Energie des Dampfstrahles vermieden und durch die Abkühlung in der Hauptsache die Energieumwandlung ausgelöst. Im Zusammenhange damit behalten die einzelnen Kanalquerschnitte die Werte, die sie rechnerisch haben müssen, um bei Abfluß unter Verdichtung den Durchgang des gesamten Dampfes ohne Änderung der Menge zu sichern. Ferner kann die Länge des Abflußkanals von derselben Größenordnung wie sein Durchmesser sein.According to the present invention, the wall of the steam channel is made by means of cooling channels cooled to a temperature slightly below the temperature of the condenser, which is also the temperature of the Steam jet is pretty obvious. There will thus be a noticeable change in the internal Energy of the steam jet is avoided and the cooling mainly triggers the energy conversion. In context This means that the individual sewer cross-sections retain the values that they must have mathematically in order to be able to run off under compression to ensure the passage of all steam without changing the amount. Furthermore, the length of the drainage channel can be from be of the same order of magnitude as its diameter.

Die Steigerung der Abflußgeschwindigkeit des Abdampfes führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Turbine.The increase in the flow rate of the exhaust steam leads to an increase in the Turbine efficiency.

Die Erfindung ist das Ergebnis des folgenden Versuches: Ein Gefäß ι (Abb. i) mit gleichbleibend gesättigtem oder ein wenig feuchtem Dampf unveränderter Spannung von 30 mm Hg steht durch einen Hahn 2 und eine kegelig sich verjüngende Düse 3, an die sich ein zylindrischer Teil 4 oder ein leicht kegelig sich erweiternder Teil anschließt, mit einem Kondensator 5 in Verbindung, in welchem ein Druck von 25 mm Quecksilber aufrechterhalten wird. Die Teile 3 und 4 der Düse sind durch eine enge Öffnung 6 getrennt, welche von einer geschlossenen Kammer 6' zum Messen des Dampfdruckes bei 6 umgeben ist. Wenn der Hahn 2 offen ist, strömt der Dampf aus dem Gefäß 1 in den Kondensator 5, wobei der Druck in Richtung des Abflusses gleichmäßig abnimmt. Es wurden folgende Drücke festgestellt:The invention is the result of the following experiment: A vessel ι (Fig. I) with Constantly saturated or slightly moist steam of unchanged tension of 30 mm Hg is available through a tap 2 and a conically tapering nozzle 3 to which a cylindrical part 4 or a slightly conically widening part adjoins, with a capacitor 5 in connection, in which a pressure of 25 mm of mercury is maintained. Parts 3 and 4 of the nozzle are separated by a narrow opening 6, which of a closed chamber 6 'for measuring the vapor pressure at 6 is surrounded. When the tap 2 is open, the steam flows from the vessel 1 into the Condenser 5, the pressure decreasing evenly in the direction of the drain. There were the following pressures were determined:

bei 1' 30 mm Quecksilber,at 1 '30 mm of mercury,

- 6 28 -- 6 28 -

Die Geschwindigkeit des Dampfes bei 6 betrug 150 m pro Sekunde und die Dampf menge 55 kg¹ P^ro Stunde. Legt man um 4 einen Doppelmantel 7, durch welchen Wasser fließt, dessen Temperatur um einige Grade niedriger ist als die im Kondensator 5, so wird festgestellt, daß die Drücke, die Geschwindigkeit und die Menge in folgender Weise sich verändern:The velocity of the steam at 6 was 150 m per second and the amount of steam 55 kg P ^ro ¹ hour. If a double jacket 7 is placed around 4, through which water flows, the temperature of which is a few degrees lower than that in the condenser 5, it is found that the pressures, the speed and the quantity change in the following way:

Druck bei 1' 30 mm Quecksilber,Pressure at 1 '30 mm mercury,

- 6' 20 - -- 6 '20 - -

- 5' 25 -- 5 '25 -

Geschwindigkeit bei 6 : 400 m pro Sekünde, Speed at 6: 400 m per second,

Dampfaustrittsmenge: 65 kg pro Stunde.
Dieser Versuch zeigt die Möglichkeit, im Laufe seines Weges den Druck eines elastischen Treibmittelstrahles unterhalb seines Austrittsdruckes herabzusetzen.Steam output: 65 kg per hour.
This experiment shows the possibility of reducing the pressure of an elastic jet of propellant below its exit pressure in the course of its way.

Bei 4 und 5' wächst der Druck. Die dem Treibmittel bei 4 zu entziehenden Wärmemengen sind nur gering.At 4 and 5 'the pressure increases. The amount of heat to be extracted from the propellant at 4 are only minor.

Die Vorrichtung findet vielfache Anwendung, deren wesentlichste die auf Dampfturbinen ist, die nachstehend beschrieben wird: Bringt man unmittelbar hinter dem Schaufelkranz des letzten Turbinenrades Leitungen für den Dampf, der auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt ist, also die des Kondensators, an, so kann man die Dampfgeschwindigkeit und -menge in der Turbine und damit die Leistung dieser erhöhen, oder aber man kann den Querschnitt der Austrittsleitungen des Dampfes vermindern, ohne Herabsetzung der Leistung.The device has many uses, the most important of which is on steam turbines which is described below: If pipes are installed immediately behind the blade ring of the last turbine wheel for the steam that has cooled to a lower temperature, i.e. that of the condenser, on, then you can increase the steam speed and quantity in the turbine and thus the power of this, or else the cross-section of the steam outlet pipes can be reduced without reducing it performance.

Die Verwendung der Vorrichtung gestattet ferner, einen Kondensator schwächeren Vakuums und höherer Temperatur zu benutzen, ohne die Leistung und den Dampfverbrauch der Turbine zu verändern. Dadurch, daß man das Vakuum nicht zu weit zu treiben braucht, ist man imstande, die Anlage mit geringen Kosten zu bauen; andererseits vermehrt die höhere Temperatur des Kondenswassers, welches in den Kessel zurückgeführt wird, die thermodynamische Leistung der Gesamtanlage.The use of the device also allows a capacitor to be weaker Using vacuum and higher temperature without sacrificing power and steam consumption to change the turbine. By not having to drive the vacuum too far, one is able to do that To build facility at low cost; on the other hand, the higher temperature of the increases Condensation water, which is returned to the boiler, the thermodynamic Performance of the entire system.

Auf der Zeichnung sind beispielsweise drei verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung in Anwendung auf Dampfturbinen dargestellt.For example, three different embodiments of the device are shown in the drawing shown in application to steam turbines.

Abb. ι zeigt das Schema des eingangs erwähnten Versuches, welcher zur vorliegenden Erfindung geführt hat.Fig. Ι shows the scheme of the experiment mentioned at the beginning, which for the present Invention has led.

Abb. 2 und 2a zeigen in Querschnitt und Vorderansicht das letzte Schaufelrad einer Turbine mit der Vorrichtung,Fig. 2 and 2a show the last paddle wheel in cross section and front view Turbine with the device,

die Abb. 3 und 3a ebenfalls im Querschnitt und in Ansicht dasselbe Schaufelrad mit einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,Figs. 3 and 3a also in cross section and in view the same paddle wheel with a second embodiment of the device,

Abb. 4 einen Querschnitt durch eine Turbine mit radial austretendem Dampf in Verbindung mit der Vorrichtung.Fig. 4 shows a cross section through a turbine with radially exiting steam in connection with the device.

Entsprechend Abb. 2 und 2a sind gegenüber dem Austritt der Schaufeln 9 des letzten Turbinenrades 8 eine bestimmte Anzahl ringförmiger Doppelwandungen 11, 12; 13, 14 angeordnet, die unter sich durch Rohre 15 verbunden sind und sämtlich durch die Ein- und Austrittsrohre 16 und 17 mit Wasser gespeist werden, dessen Temperatur wenig niedriger ist als die des Kondensators. Die Doppelwände 11, 12; 13, 14 sind durch Abstände getrennt, durch die der Dampf hindurchgeht und die im Querschnitt an beiden Enden sich erweitern.According to Fig. 2 and 2a are opposite the exit of the blades 9 of the last Turbine wheel 8 a certain number of annular double walls 11, 12; 13, 14 arranged, which are connected to each other by pipes 15 and all through the inlet and outlet pipes 16 and 17 are fed with water, the temperature of which is slightly lower is than that of the capacitor. The double walls 11, 12; 13, 14 are by spacing separated through which the steam passes and which expand in cross-section at both ends.

Entsprechend den Abb. 3 und 3a erfolgt die Kühlung des Dampfes bei seinem Austritt aus den Schaufeln 9 durch den Hindurchtritt durch die Kanäle eines Zellenkühlers 18 mit Wasserumlauf. Selbstverständlich richtet sich die Anlage der Kühlkanäle für den Dampfaustritt nach dem aus den Schaufeln 9 austretenden Dampfstrom.According to Figs. 3 and 3a, the steam is cooled when it emerges from the blades 9 through the passage through the channels of a cell cooler 18 with Water circulation. Of course, the installation of the cooling channels is geared towards the steam outlet after the steam flow emerging from the blades 9.

Das Kühlwasser kann durch eine flüchtige Flüssigkeit ersetzt werden. Bei mehrkörperigen Turbinen kann eine Dampfkühlvorrichtung am Austritt eines jeden der Turbinenkörper angeordnet werden. Die Temperatur des Kühlwassers jedes Turbinenkörpers wird entsprechend der Geschwindigkeit und dem Druck, den der Dampf bei seinem Eintritt in den nächsten Körper besitzen muß, gewählt.The cooling water can be replaced by a volatile liquid. With multi-body Turbines can have a steam cooling device at the exit of each of the turbine bodies to be ordered. The temperature of the cooling water of each turbine body is determined according to the speed and the Pressure that the steam must have when it enters the next body, selected.

In Abb. 4 ist eine Turbine mit radialem Dampfs.trom dargestellt. Bei diesen Turbinen benutzt man bekanntlich Räderpaare 19,Fig. 4 shows a turbine with a radial steam flow. With these turbines it is well known that pairs of wheels 19 are used,

20, deren Schaufelreihen 21, 22 von der Achse zum Umfang verlaufen und übereinandergreifen, wobei der nahe der Welle eintretende Dampf an dem Umfang 23 austritt. Man 5 ordnet dort einen ringförmigen Austrittskanal 24 an, der zwischen zwei kegeligen Flächen 25, 26 eingeschlossen liegt, die von einem Doppelmantel überdeckt sind, welcher Kühlkammern 27, 28 für das Wasser bildet.20, the rows of blades 21, 22 of which run from the axis to the circumference and overlap, the steam entering near the shaft exiting at the periphery 23. One arranges 5 there an annular outlet channel 24, which is between two conical Areas 25, 26 is enclosed, which are covered by a double jacket, which Forms cooling chambers 27, 28 for the water.

Claims

Patent claims:

i. Heat engine system with steam generator, turbine and condenser and with one arranged between the last wheel of the turbine and the condenser Drainage channel whose inlet cross-section corresponds to the outlet cross-section of the last wheel and its successive ones Cross-sections have dimensions that theoretically convert the kinetic energy of the whole Steam correspond to potential energy, characterized in that the wall of the steam channel by means of cooling channels to a temperature slightly below the temperature of the condenser is cooled to enable that energy conversion without, for this purpose, the length of the duct needs to be greater than its radial height.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the cooling channels through concentric cylinders with little widening in the manner of cylindrical nozzles Cross-section and are formed with a cooled double wall.

3. Plant according to claim 1, characterized in that the cooling channels through a cell cooler are formed.

4. Plant according to claim 1 with a radially acted turbine, characterized in that that the cooling element is a circumferential chamber with cooled double cone walls, which in section according to Kind of a narrowing nozzle runs.

1 sheet of drawings