DE522436C - Multi-stage internal combustion turbine - Google Patents

Multi-stage internal combustion turbine

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DE522436C
DE522436C DEH114279D DEH0114279D DE522436C DE 522436 C DE522436 C DE 522436C DE H114279 D DEH114279 D DE H114279D DE H0114279 D DEH0114279 D DE H0114279D DE 522436 C DE522436 C DE 522436C
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E H HANS HOLZWARTH DR ING
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E H HANS HOLZWARTH DR ING
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C5/00Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
    • F02C5/12Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion the combustion chambers having inlet or outlet valves, e.g. Holzwarth gas-turbine plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure

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Description

IVfehrstufige Brennkraftturbine Vorliegende Erfindung bezieht sich auf mehrstufige Brennkraftturbinen und besteht darin, daß bei Verbundanordnung von in an sich bekannter Weise in Druckstufen geschalteten Curtisrädern, deren erste Stufe absatzweise über gesteuerte Düsenventile beaufschlagt wird, zwischen den einzelnen Stufen Sammelräume vorgesehen sind, die zum Ausgleich des Druckes der Verbrennungsgase und zur Beruhigung der Gaswirbel dienen, wobei der Druck in den Sammelräumen unabhängig vom Ladedruck durch die anteilmäßigen Leistungen der einzelnen Turbinenstufen bestimmt ist. Während der Betrieb von Verbundturbinen mit in Druckstufen geschalteten Curtisrädern in der Dampftechnik nicht die geringsten Schwierigkeiten macht, treten diese auf, wenn die bekannte Turbinenbauart als Brennkraftturbine betrieben werden soll, deren erste Stufe aus anderen Gründen absatzweise beaufschlagt wird. Durch diese absatzweise Beaufschlagung werden auf das Laufrad pulsierende Kräfte ausgeübt, die bei Anordnung mehrerer Laufräder auf ein und derselben Welle, wie sie bei der Verbundanordnung der in Druckstufen geschalteten Curtisräder erforderlich werden, dadurch, daß sie auf die Laufräder nicht synchron zur Wirkung kommen, zum Auftreten von Drehschwingungen der Laufradwelle und von Flatterschwingungen der Laufräder selbst führen. Durch die Erfindung sollen diese Schwierigkeiten bei den der ersten Stufe nachgeschalteten Laufrädern dadurch beseitigt werden, -daß zwischen den einzelnen Stufen einer derartigen Turbine Sammelräume vorgesehen werden, die zum Ausgleich des Druckes der Verbrennungsgase und zur Beruhigung der Gegenwirbel dienen. Während auf die erste Stufe nach wie vor pulsierende Kräfte ausgeübt werden, werden nunmehr die nachgeschalteten Stufen im Dauerstrom beaufschlagt, der keinerlei pulsierende Kraftwirkungen mehr ausübt, so daß die betriebsgefährlichen Schwingungserscheinungen bei diesen Stufen beseitigt sind. Außerdem ergibt sich der große Vorteil, daß sich durch die Beaufschlagung sämtlicher nachgeschalteten Stufen im Gleichstrom ein stetig gleichbleibender Wirkungsgrad derselben ergibt, der auch seiner absoluten Höhe nach größer ist wie der von absatzweise beaufschlagten Stufen. Der wirksame Beaufschlagungsbogen der nachgeschalteten Stufen kann , ebenfalls infolge des im Gleichstrom strömenden Treibmittels vergrößert werden, so daß durch die Erfindung nicht nur die Verwendung der an sich bekannten Turbinenbauart in der Brennkrafttechnik ermöglicht, sondern gleichzeitig der Wirkungsgrad derartiger Brennkraftturbinen sehr hoch wird.IVMulti-stage internal combustion turbine The present invention relates on multi-stage internal combustion turbines and consists in the fact that in the case of a composite arrangement of Curtis wheels connected in a known manner in pressure stages, the first of which Stage is applied intermittently via controlled nozzle valves between the individual Stages collecting chambers are provided to equalize the pressure of the combustion gases and serve to calm the gas vortices, the pressure in the plenum spaces being independent determined by the boost pressure through the proportional performance of the individual turbine stages is. During the operation of compound turbines with Curtis wheels switched in pressure stages does not cause the slightest difficulty in steam technology, they do occur, if the known turbine type is to be operated as an internal combustion turbine, whose the first stage is charged in sections for other reasons. Through this in paragraphs Impingement, pulsating forces are exerted on the impeller, which when arranged several impellers on one and the same shaft, as in the compound arrangement of the Curtis wheels switched in pressure stages are required by the fact that they do not act synchronously on the impellers, the occurrence of torsional vibrations the impeller shaft and flutter vibrations of the impellers themselves. By the invention is intended to address these difficulties in those downstream of the first stage Impellers are thereby eliminated -that between the individual stages of such a Turbine plenums are provided to balance the pressure of the combustion gases and serve to calm the counter-eddies. While on the first stage after how before pulsating forces are exerted, the downstream stages are now applied in a continuous current, which no longer exerts any pulsating force effects, so that the operationally dangerous vibration phenomena are eliminated at these stages are. In addition, there is the great advantage that the application All downstream stages in direct current have a constant level of efficiency the same results, which is also in its absolute height greater than that of paragraph-wise applied levels. The effective allocation form of the downstream stages can also be increased as a result of the propellant flowing in the same current, so that by the invention not only the use of the turbine type known per se in internal combustion technology, but at the same time the efficiency of such Internal combustion turbines is very high.

Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, zwischen zwei Laufrädern einer Brennkraftturbine eine Zwischenkammer anzuordnen, um einen einheitlichen Druck in derselben zu erhalten. Dieser Zwischendruck mußte jedoch, was durch Düsenregulierung des zweiten Laufrades erreicht wurde, möglichst genau mit dem Druck des zu verbrennenden Gemisches übereinstimmen, um den sogenannten Auffüllverlust zu vermeiden. Bei der Erfindung fehlt diese Bindung völlig, und der Gegendruck der Verpuffungsbrennkraftturbine ist unabhängig vom Ladedruck-Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel einer im teilweisen Längsschnitt und teilweiser Seitenansicht dargestellten zweistufigen Brennkraftturbine.It has already been proposed, one between two running wheels Internal combustion turbine to arrange an intermediate chamber in order to achieve a uniform pressure in to get the same. This intermediate pressure, however, had to be achieved by means of nozzle regulation of the second impeller has been reached, if possible exactly with the pressure of the mixture to be burned correspond to the so-called replenishment loss to avoid. In the invention, this bond is completely absent, and the back pressure of the Deflagration combustion engine is independent of the boost pressure - the drawing shows a Execution of the inventive concept using the example of a partial longitudinal section and partial side view shown two-stage internal combustion turbine.

Nachdem beispielsweise in der Kammer a, der Verbrennungskammern a eine Verbrennung stattgefunden hat, beaufschlagen die entstandenen Verbrennungsgase, nachdem ihnen der Weg über das Düsenventil. bi eröffnet worden ist, über Übergangskrümmer cl und Düse dl das zweikränzige Hochdruckcurtisrad e, wobei die Verbrennungsgase in den Leitschaufeln f ihre Umlenkung erfahren. Nachdem die Verbrennungsgase in dieser Hochdruckstufe der Brennkraftturbine Arbeit geleistet haben, gelangen sie in den ringförmigen Sammelraum g, in dem Druckausgleich und Beruhigung der Gaswirbel eintritt. Über übergangskanallt und Düsei beaufschlagen nunmehr die Verbrennungsgase im Dauerstrom das Curtisrad k der zweiten Stufe, das ebenfalls wieder zweikränzig ausgebildet ist; ihre Umlenkung erfahren die Verbrennungsgase dabei in den Leitschaufeln 1. Die bezüglich ihrer mechanischen Arbeitsfähigkeit völlig abgearbeiteten Verbrennungsgase sammeln sich im ringförmigen Raum ttz und werden über Stutzen n aus der Turbine zur weiteren Verwendung entlassen.After, for example, combustion has taken place in chamber a, the combustion chambers a, the resulting combustion gases act upon them after they have passed through the nozzle valve. bi has been opened, via the transition elbow cl and nozzle dl the two-ring high pressure curtain wheel e, whereby the combustion gases experience their deflection in the guide vanes f. After the combustion gases have done work in this high pressure stage of the internal combustion turbine, they reach the annular collecting space g, in which pressure equalization and calming of the gas vortices occur. Via the transition channel and nozzle, the combustion gases now act in a continuous flow on the Curtis wheel k of the second stage, which is also designed with two rings again; The combustion gases are deflected in the guide vanes 1. The combustion gases that have been completely processed with regard to their mechanical working capacity collect in the annular space ttz and are released from the turbine via nozzles n for further use.

Wie die Zeichnung zeigt, ist der Durchmesser des Wellenstumpfes o zwischen den beiden Curtisrädern e und k bis nahezu auf die Hälfte des Durchmessers der Curtisräder e bzw. k verstärkt worden und beträgt mithin ein Vielfaches des Durchmessers, den das zu übertragende Drehmoment bedingen würde. Auf diese Weise wird jede Möglichkeit des Auftretens von Dreh- und Biegungsschwingungen verhindert, die bekanntlich unruhigen Lauf des Turbinenlaufkörpers, Erhöhung der Spaltverluste und andere Nachteile hervorrufen. Labyrinthdichtungen p1, p2, p3; p, dichten das Curtisradgehäuse nach außen zu ab, während die Labyrinthdichtung p, des Wellenstumpfes o auf der durch die Anordnung des Sammelraumes g bedingten Entfernung der Curtisräder e und k untereinander die Curtisgehäuse q und r der beiden Druckstufen untereinander abdichtet. Im Turbinengehäuse selbst sind noch besondere Kühlräume s, t, u, 'v, w, i, y und z vor- gesehen, welche die aufgenommene Wärme an ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser oder öl, abgeben. Durch die Anordnung der Kühlräume s, zo und x wird eine nahezu vollkommene Kühlung der Turbinenradscheiben e und k erreicht. Durch Verbindungsstutzen können die einzelnen Kühlräume untereinander verbunden sein. So verbindet Stutzen v, den Kühlraum v mit dem Kühlraum w.As the drawing shows, the diameter of the stub shaft o between the two Curtis wheels e and k has been increased to almost half the diameter of the Curtis wheels e and k and is therefore a multiple of the diameter that the torque to be transmitted would require. In this way, any possibility of the occurrence of torsional and bending vibrations, which is known to cause uneven running of the turbine running body, increase in gap losses and other disadvantages, is prevented. Labyrinth seals p1, p2, p3; p, seal the Curtis wheel housing from the outside, while the labyrinth seal p, of the stub shaft o seals the Curtis housing q and r of the two pressure levels from one another at the distance between the Curtis wheels e and k caused by the arrangement of the collecting space g. In the turbine housing itself, special cooling spaces s, t, u, v, w, i, y and z are also provided, which give off the absorbed heat to a coolant, preferably water or oil. The arrangement of the cooling spaces s, zo and x results in an almost complete cooling of the turbine wheel disks e and k. The individual cold rooms can be connected to one another by connecting pieces. Thus, connector v connects the cooling space v with the cooling space w.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Mehrstufige Brennkraftturbine, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verbundanordnungen von in an sich bekannter Weise in Druckstufen geschalteten Curtisrädern, deren erste Stufe absatzweise über gesteuerte Düsenventile beaufschlagt wird, zwischen den einzelnen Stufen Sammelräume vorgesehen sind, die zum Ausgleich des Druckes der Verbrennungsgase und zur Beruhigung der Gaswirbel dienen, wobei der Druck in den Sammelräumen unabhängig vom Ladedruck durch die anteilsmäßigen Leistungen der einzelnen Turbinenstufen bestimmt ist.PATENT CLAIM: Multi-stage internal combustion turbine, characterized in that that in composite arrangements of switched in a known manner in pressure stages Curtis wheels, the first stage of which is applied intermittently via controlled nozzle valves collecting spaces are provided between the individual stages to compensate for this of the pressure of the combustion gases and to calm the gas eddies, whereby the pressure in the collecting areas independent of the boost pressure due to the proportional Performance of the individual turbine stages is determined.
DEH114279D 1927-12-10 1927-12-10 Multi-stage internal combustion turbine Expired DE522436C (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE930602C (en) * 1951-02-01 1955-07-21 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Multi-stage exhaust turbine
DE956821C (en) * 1951-12-24 1957-01-24 Schilling Estate Company Process for operating fire gases through deflagration producing propellant gas generators and device for carrying out the process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE930602C (en) * 1951-02-01 1955-07-21 Maschf Augsburg Nuernberg Ag Multi-stage exhaust turbine
DE956821C (en) * 1951-12-24 1957-01-24 Schilling Estate Company Process for operating fire gases through deflagration producing propellant gas generators and device for carrying out the process

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