-
Verfahren zum Betriebe von Brennkraftturbinen Vorliegende Erfindung
geht von der Erkenntnis aus, daß die Beanspruchung der Laufradschaufeln in V erpuffungsbrennkraftturbinen
eine andere ist wie in Turbinen, bei denen das Treibmittel die Schaufeln im Gleichstrom
beaufschlagt. Das Arbeitsverfahren einer V erpuffungsbrennkraftturbine bedingt es,
daß das Treibmittel in Form hochgespannter Verbrennungsgase in sehr kurzen Zeiten
mit sehr hoher Geschwindigkeit, also stoß- oder schußartig, aus den Düsen entlassen
und auf die Schaufeln zur Wirkung gebracht wird. Während die thermische Beanspruchung
einer Schaufel, die im Gleichstrom beaufschlagt wird, durch die Temperatur des Treibmittels
nach oben begrenzt ist, fehlt bei den schußartig beaufschlagten Schaufeln diese
obere Grenze. Es verdichtet sich vielmehr das auf die Schaufel schußartig zur Wirkung
kommende Treibmittel in der Mulde derselben, so daß sich seine Temperatur und damit
die Temperatur der Schaufelmasse selbst über die Temperatur des Treibmittels vor
der Beaufschlagung steigert. Da Verbrennungsgase an und für sich schon bei der Entlassung
aus einer Verpuffungskammer hohe Temperaturen aufweisen, wird damit die Wärmebeanspruchung
der die Verbrennungsgase verarbeitenden Schaufeln auf eine Höhe getrieben, bei der
eine Kühlung erforderlich wird, um die Schaufelbeanspruchung, insbesondere mit Rücksicht
auf die Kriechfestigkeit, auf einer erträglichen Höhe zu halten. Eine Schaufelkühlung
ist aber aus den verschiedensten Gründen unerwünscht; insbesondere ist sie mit Verwicklungen
im Aufbau der Brennkraftturbine und im Betriebe derselben verbunden, so daß man
nach Möglichkeit bestrebt ist, sie entbehrlich zu machen.
-
Hier setzt vorliegende Erfindung in der Erkenntnis ein, daß die Schaufelkühlung
zu vermeiden ist, wenn die durch den Verdichtungsstoß entstehende zusätzliche Wärmebeanspruchung
der Schaufel vermindert werden kann; durch eine derartige Verminderung wird die
Gesamtbeanspruchung so weit gesenkt, daß die Grenze erreicht wird, die den heute
bekannten hochwertigen Baustoffen in der Aufnahme von Beanspruchungen ge-' steckt
ist.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem der Gegendruck der
über ein gesteuertes Düsenventil absatzweise beaufschlagten Verpuffungsbrennkraftturbine
durch -Unterteilung des Druckgefälles über Atmosphärendruck - unabhängig vom Ladedruck
- gehalten und der Rest des Druckgefälles in einer Dauerstromturbine oder deren
mehrere verarbeitet wird. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß der
Verdichtungsstoß in der Schaufel und damit die durch ihn hervorgerufene zusätzliche
Wärmebeanspruchung abhängig ist von der Höhe des verarbeiteten Druckgefälles. Kann
dieses durch Unterteilung und Verarbeitung in
mehreren Turbinen
verkleinert werden, so verkleinert sich auch die Größe des Verdichtungsstoßes und
damit die zusätzliche Wärmebeanspruchung, wobei es möglich ist, die Gesamtbeanspruchung
auf den Wert zu senken, bei dem eine sichere Aufnahme derselben durch die heute
bekannten Baustoffe gewährleistet ist.
-
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, zwischen zwei Laufrädern einer
Brennkraftturbine, deren erstes Laufrad die Verbrennungsgase aus einer offenen Brennkammer,
also ungesteuert, zuströmen, eine Zwischenkammer anzuordnen, um einen einheitlichen
Druck in derselben durch Düsenregulierung vor dem zweiten Laufrad zu erhalten. Dabei
sollte dieser Zwischendruck möglichst genau mit dem Druck des zu verbrennenden Gemisches
übereinstimmen, um den sogenannten Auffüllverlust zu vermeiden. Bei der Erfindung
fehlt diese Bindung, und der Gegendruck der Verpuffungsbrennkraftturbine ist unabhängig
vom Ladedruck und ausschließlich durch die anteilsmäßigen Leistungen der Verpuffungsbrennkraft-
und Dauerstromturbinen bestimmt.
-
Zur Durchführung des Verfahrens geeignete Ausführungen von Verpuffungsbrennkraftturbinen
zeigt die Zeichnung.
-
Abb. i stellt einen Längsschnitt durch eine Anlage mit Verwendung
des Ausströmgehäuses der Verpuffungsbrennkraftturbine als Druckausgleicher dar,
während Abb. 2 einen Längsschnitt mit Anordnung eines besonderen Druckausgleichers
hinter der Verpuffungsbrennkraftturbine wiedergibt.
-
In beiden Zeichnungen bezeichnet io das Laufrad der Verpuffungsbrennkraftturbine,
das über die Düsen i i durch Verbrennungsgase beaufschlagt wird; sobald sich die
Düsenventile 12 geöffnet haben. Die Verbrennungsgase entstehen durch Verpuffungen
brennbarer Gemische, die in der Verpuffungskammer 13 durch Einführung der Gemischbestandteile
über die Einlaßventile 1q., 15 und 16 erzeugt werden.
-
Erfindungsgemäß wird nun die Wärmebelastung der Schaufeln des Laufrades
io dadurch herabgezogen, daß ein Teil des Druckgefälles in der Verpuffungsbrennkraftturbine
nachgeschalteten Dauerstromturbinen verarbeitet wird. Demgemäß wird der Gegendruck
im Radraum 18 der Verpuffungsbrennkraftturbine über Atmosphärendruck gehalten und
der Rest des Druckgefälles in einer Dauerstromturbine 2i verarbeitet. Die in der
Verpuffungsbrennkraftturbine durch Erhöhung des Gegendruckes nur teilweise abgearbeiteten
Verbrennungsgase werden der mit der Verpuffungsbrennkraftturbine auf derselben Welle
17 sitzenden Dauerstromturbine 21 über Leitung 19, 37 zugeführt. Das Ausströmgehäuse
18 der Verpuffungsbrennkraftturbine wirkt dabei als Druckausgleicher, so daß die
Laufradschaufeln 23 der Dauerstromturbine 21 durch einen stetigen Strom der Verbrennungsgase
beaufschlagt werden. Gasdüsen 22 dienen. dabei der erforderlichen Umsetzung der
Geschwindigkeit in Druck.
-
In den Abbildungen sind außer den Gasdüsen 22 für die Dauerstromturbine
21 noch Dampfdüsen 24 gezeichnet. Diesen Dampfdüsen 24 kann der Abdampf einer Dampfturbine
2o zugeführt werden, die ihrerseits über eine Leitung 34 durch Dampf beaufschlagt
wird, der mittels der Turbinenabwärme erzeugt wurde. Bei der Ausführung nach Abb.
i kann dieser Dampf z. B. erzeugt werden, indem im Leitungsweg 25 der die Dauerstromturbine
2i verlassenden Ausströmgase ein Wärmetauscher 33 eingeschaltet wurde, der mit zweckmäßig
vorgewärmtem Speisewasser beschickt wird. Der erzeugte Dampf wird über Leitung 34
der bereits erwähnten Dampfturbine 2o zugeführt. Der in der Turbine 2,1 weiter abgearbeitete
Dampf wird bei 26, von den Verbrennungsgasen getrennt, wieder aufgefangen und einer
Kondensationsturbine 28 zugeführt, um dort den Rest seines Druck- und Wärmegefälles
abzugeben. Ein Kondensator 29, dem der Dampf durch Leitung 3o zuströmt, dient zur
Niederschlagung des Dampfes; das Kondensat wird über Leitung 31 und Umwälzpumpe
32 dem Wärmetauscher 33 zugeführt. Die abgearbeiteten Verbrennungsgase werden bei
36 in das Freie geleitet. Der Leitungsweg 25 ist bei 35 zweckmäßig wärmeisoliert.
-
Abb. 2 zeigt die Anlage der Abb. i mit denselben Bezeichnungen und
dem Unterschied, daß Leitungsweg 36' zwischen Brennkraftturbine und Dauerstromturbine
zu einem Druckausgleicher ausgebildet ist und gleichzeitig den Wärmetauscher 33
aufnimmt.