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Verfahren zur Kühlung von Brennkraftturbinen mit hochsiedendem Öl
als Kühlmittel Bei der Kühlung von Brennkraftturbinen sind die verschiedensten Bedingungen
einzuhalten. Die Kühlung darf zunächst nur bis zu einem solchen Grade getrieben
werden, daß einerseits die Baustoffe vor übermäßigen Temperatureinwirkungen gerade
noch geschützt werden, andererseits der Wirkungsgrad des Arbeitsverfahrens durch
unnötig große Wärmeabfuhr nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere aber muß das Kühlverfahren
so bestimmt sein, daß die in das Kühlmittel übergehende Wärme möglichst vollkommen
für das Arbeitsverfahren der Brennkraftturbinenanlage ausgenutzt werden kann. Würde
beispielsweise, wie bereits vorgeschlagen, Wasser als Kühlmittel verwandt, so darf
eine Mindesttemperatur nicht überschritten werden, wenn mit Sicherheit die Dampfbildung
vermieden werden soll, oder es müßte Kühlwasser zur Vermeidung der Dampfbildung
unter Druck zugesetzt werden. Die Kühlung mit flüssigem Wasser unter Einhaltung
einer bestimmten Mindesttemperatur verschlechtert den Wirkungsgrad des Arbeitsverfahrens,
weil die abgeführten Wärmemengen zu groß werden; die Unterdrucksetzung des Wassers
hat den Nachteil, daß die Kühlräume drucksicher ausgestaltet werden müssen.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits die Kühlung mit hochsiedenden
Kühlmitteln, wie beispielsweise mit hochsiedendem Öl, im Kolbenbrennkraftmaschinenbau
vorgeschlagen worden. Würde aber dort die Kühlöltemperatur so hoch getrieben werden,
daß die Erzeugung von Dampf mit einer wirtschaftlichen Spannung möglich ist, so
würden sich Zvlinderwandungstemperaturen ergeben, welche die sichere Kolbenschmierung
in Frage stellen oder gar unmöglich machen.
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Diese Beschränkung fällt bei Brennkraftturbinen fort, weil .die zu
kiihlendenTeile, wie beispielsweise die Wandungen der Verpuffungskammern, der Düsen,
des Düsenringes und des Radgehäuses, unbewegte Teile sind, so daß auf die gleitende
Führung anderer Maschinenteile in einem der gekühlten Teile kein Bedacht genommen
zu werden braucht. Dazu kommt, daß bei Brennkraftturbinen ein eigener Fortschritt
bei der wegen ihrer hohen Wirtschaftlichkeit durchweg angewandten Pausenregulierung
auftritt. Bei dieser Pausenregulierung werden einzelne Kammern außer Betrieb gesetzt
oder in Betrieb genommen. Die Durchführung des Regelungsverfahrens bedingt, daß
die abgeschalteten Kammern bei Einschaltung sofort normale Betriebszustände annehmen
müssen, damit der Ungleichförmigkeitsgrad der Maschine in den zulässigen Grenzen
bleibt. Würden die abgeschalteten Kammern in der Zwischenzeit erkalten, so würde
die Durchführung
des Regelungsverfahrens zu Schwierigkeiten führen.
Dadurch, daß die abgeschalteten Kammern ständig von dem heißen Kühlölstrom umflossen
bleiben, verharren sid in den Temperaturen, die ein sofortiges Anfahren ermöglichen.
Unter Erreichung dieser Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren kennzeichnet
sich das gemäß der Erfindung vorgeschlagene neue Kühlverfahren -für Brennkraftturbinen
also dadurch, daß die vom Kühlöl in den Kühlmänteln der Brennkammern und Düsen aufgenommene
Wärme in einem Wärmetauscher auf flüssiges Wasser unter Verdampfung desselben übertragen
wird, wobei der Dampf in die Wärmewirtschaft der Brennkraftturbine wieder eingeführt
wird.
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Führt man beispielsweise das Kühlöl mit einer Temperatur von 23o°
in die Brennkraftturbine ein bzw. treibt man die Rückkühlung des aufgeheizten Kühlöles
nur bis zu diesem Grade und läßt man eine Temperaturerhöhung von etwa 35° in den
Kühlräumen zu, so ist das aufgeheizte Kühlöl imstande, im Wärmetauscher Dampf von
der wirtschaftlich ausnutzbaren Spannung von etwa 2o Atmosphären zu erzeugen. Diese
Dampfspannung wird erreicht, ohne daß die Kühlräume der Brennkraftturbine gegen
diesen hohen Druck abgedichtet zu werden brauchen. Der bei der Kühlung mit flüssigem
Wasser eintretende Verlust der V erdampfungswärme wird vermieden. Die Kühlöltemperatur
selbst kann ohne die im Kolbenbrennkraftmaschinenbau auftretenden Beschränkungen
auf die Höhe getrieben werden, die zur Erzeugung von Dampf mit wirtschaftlicher
Spannung erforderlich sind. Das neue Kühlverfahren gewährt dabei bei Anwendung der
Pausenregulierung den besonderen Fortschritt, daß der Temperaturzustand sämtlicher
der Kühlkammern trotz Abschaltung einzelner Brennkammern gleichförmig erhalten bleibt.
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Die Zeichnung zeigt das Ausführungsbeispiel einer Anlage, mit der
das erfindungsgemäßeVerfahren durchgeführt werden kann.
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Mit i wird eine der Verpuffungskammern einer Brennkraftturbine bezeichnet.
Es bezeichnet weiter 2 die Düsenventile, nach deren Öffnung die Verbrennungsgase
in die Düse strömen. Mit 3 ist der Düsenring bezeichnet, in dem die Düsen gelagert
sind, während q. die Düsen sind, welche den Strom der Verbrennungsgase aufnehmen
und gegen die (nicht dargestellten) Schaufeln des Laufrades leiten.
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Das Arbeitsverfahren der Turbine bringt es mit sich, daß die Wärme
aus den Verbrennungsgasen teils in die Wandungen der Verpuffungskammern i, teils
in die Düseu und den Düsenring übergeht. Diese Teile müssen also gekühlt werden,
ohne daß durch die Kühlung der Wirkungsgrad der Brennkraftturbine ungünstig beeinflußt
werden darf.
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Das diese Bedingungen erfüllende, erfindungsgemäß ausgebildete Kühlverfahren
kennzeichnet sich nun -wie folgt: Eine Ölpumpe 5 steht durch Rohrleitungen 5a mit
den Kühlräumen in Verbindung, mit denen die Verpuffungskammer i, der Düsenring 3
und die Düsen q. in üblicher Weise ummantelt sind. Rücklaufleitungen 511
führen
das aufgeheizte Kühlöl zum Wärmetauscher 6; das rückgekühlte 01 wird durch
die Rücklaufleitung 5c der Saugseite der Pumpe 5 zugeleitet. Der Wärmetauscher 6
ist mit einem Einlaß 7 und einem Auslaß g versehen, um beispielsweise Speisewasser
zum Wärmetausch mit dem heißen Öl zu bringen und den gebildeten Dampf abzuziehen.
Der gebildete Dampf wird in die Wärmewirtschaft der Brennkraftturbinenanlage eingeführt.
Das neue Verfahren gewährt dabei die mannigfachsten Vorteile. Trotz der Erzeugung
von hochgespanntem Dampf im Wärmetauscher 6 bleiben die Kühlräume der Teile 1, 2,
3 und q. der Brennkraftturbine vom Druck entlastet. Die Verbrennungskammern selbst
bleiben dauernd von einem heißen Kühlölstrom umspült, so daß ihre Temperaturzustände
trotz der bei Anwendung der wirtschaftlichen Pausenregulierung vorgenommenen Abschaltung
einzelner Kammern gleichförmig bleiben. Schließlich fehlen die Nachteile, die bei
Anwendung hoher Kühlmitteltemperaturen bei Kolbenbrennkraftmaschinen dadurch auftreten,
daß die gekühlten Flächen gleichzeitig als Führungsflächen für bewegte Maschinenteile
dienen müssen; derartige Führungsflächen fehlen bei den gekühlten Teilen der Brennkraftturbinen.