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Mehrstufige Brennkraftturbine Im Patent 522 436 sind bereits mehrstufige
Brennkraftturbinen vorgeschlagen worden, bei denen unter 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. Bei diesem Vorschlag hat man sich zur Verwendung von Curtisrädern, d. h. Rädern
mit mehreren Geschwindigkeitsstufen, in den nachgeschalteten Stufen durch die Erwägung
bestimmen lassen, daß in Druckstufen angeordnete einkränzige Räder zur Verarbeitung
der hohen in Betracht kommenden Temperaturen nicht geeignet sind. Vorliegende Erfindung
geht aber von der zusätzlichen Erkenntnis aus, daß die Wirkungsgraderhöhung durch
Verwendung von derartigen Gleichdruckrädern so groß sein kann, daß sich die Erhöhung
der Baukosten für diese Räder wirtschaftlich rechtfertigt; diese Überlegung gilt
besonders für große Maschinen, bei denen sich der Wirtschaftlichkeitszuwachs durch
Erhöhung des Wirkungsgrades infolge der absoluten großen Leistungshöhe erheblich
auswirkt.
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Gemäß vorliegender Erfindung wird daher vorgeschlagen, die zum Ausgleich
des Drukkes der Verbrennungsgase und zur Beruhigung der Gaswirbel vorgesehenen Sammelräume
zwischen die Stufen einer Verbundanordnung mit einer Curtisturbine in der ersten
Stufe und einer mehrstufigen Gleichdruckturbine in den folgenden Stufen einzuschalten.
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In dem Druckausgleichsbehälter vor der Dauerstromturbine lassen 'sich
zwar die Druckschwankungen, welche von der vorgeschalteten Verpuffungsbrennkraftturbine
ausgehen, bereits 'erheblich vermindern; bei wirtschaftlichen Abmessungen des Druckausgleichsbehälters
lassen sie sich dagegen nicht ganz beseitigen. In weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens
werden daher auch zwischen den einkränzigen Gleichdruckrädern Ausgleichsbehälter
angeordnet, in denen ein weiterer Ausgleich der Druckschwankungen stattfindet, so
daß die späteren Stufen der Dauerstromturbine immer gleichmäßiger beaufschlagt
werden.
Diese Anordnung weitererDruckausgleichsbehälter ist jedoch lediglich ein Mittel
zur Erhöhung des Wirkungsgrades während der grundsätzliche Erfolg schon dann eintritt,
wenn lediglich vor der gesamten Dauerstromturbine Sammelräume angeordnet werden.
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Räderturbinen mit Verbundanordnung eines Curtisrades in der ersten
Stufe und nachgeschalteter Gleichdruckturbine mit mehreren Druckstufen sind im Dampfturbinenbau
bekannt. Einer Übertragung dieser Anordnung auf dem Verpuffungsbrennkraftturbineiibau
stellen sich Schwierigkeiten entgegen, die gemäß der Erfindung durch die Anordnung
von Sammelräumen zwischen den einzelnen Stufen beseitigt werden sollen.
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Diese Schwierigkeiten bestehen vor allem darin, daß die in gleichen
Zeitabständen auftretenden Stöße auf die dünnwandigen und im Durchmesser großen
Räder des Gleichdruckteiles in ihrer Stärke wechselnde Kräfte ausüben, die leicht
zum Auftreten betriebsgefährlicher Flatterschwingungen führen können. Gerade die
Räder des Gleichdruckteiles sind diesen Flatterschwingungen in hohem Maße unterworfen,
weil sie im Gegensatz zu den meist gedrungen gehaltenen und kleine Durchmesser aufweisenden
Curtisrädern dünnwandig und im Durchmesser groß sind. Eine zweite Schwierigkeit
wird durch das Bestreben bedingt, mit möglichst niedrigen Schaufelhöhen auszukommen;
entsprechend muß durch bestimmte Maßnahmen Sorge dafür getragen werden, daß der
wirksame Beaufschlagungsbogen, wenigstens im Gleichdruckteil, möglichst groß wird.
Schließlich ist die Möglichkeit vorzusehen, bei Teilbelastungen die Arbeit gerade
von dem oder den Turbinenteilen leisten zu lassen, welche den günstigstenWirkungsgrad
gewähren; entsprechend war die teilweise Beaufschlagbarkeit der Räder geringeren
Durchmessers zu gewährleisten. Die Übernahme der aus dem Dampfturbinenbau bekannt
gewordenen Verbundturbinenanordnung in den Brennkraftturbinenbau hätte keineLösung
dieser Schwierigkeiten gebracht. Es bedurfte erst der eigen- und neuartigen Hinzunahme
des neuen Merkmales der Anordnung von Sammelräumen zwischen der Curtisstufe und
der ersten Gleichdruckstufe sowie zwischen den Gleichdruckstufen untereinander,
um die an sich bekannte Turbinenbauart mit Erfolg auf das Brennkraftturbinenwesen
übertragen zu können.
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Sammelräume sind im Brennkraftturbinenbau an sich bereits vorgeschlagen
worden, wenn es sich bei Turbinen, die keinen gesteuerten Auslaß der Brennkammer
aufweisen, darum handelte, den sogenannten Auffüllverlust herabzusetzen, indem man
den Gegendruck in der Kammer durch mehr oder weniger große Drosselung der Auslaßquerschnitte
derselben künstlich erhöht.
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Die Zeichnung zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens am Beispiel
einer im teilweisen Längsschnitt und teilweiser Seitenansicht dargestellten Scheibenradbrennkraftturbine
mit einer zweistufigen Curtisturbine und einer dreistufigen Gleichdruckturbine in
Verbundanordnung.
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Sobald in den Verbrennungskammern der Turbine eine Verbrennüng stattgefunden
hat, begufschlagen die Verbrennungsgase, nachdem ihnen der Weg eröffnet worden ist,
über Übergangskanal a und Düse b die Curtisturbinenstufe der Brennkraftturbine,
die beim Ausführungsbeispiel aus einem zweikränzigen Curtisrad c besteht; ihre Umlenkung
erfahren die Feuergase in den Leitschaufeln d. Nachdem dieFeuergase in der Curtisturbine
kräftig auf niedrige Temperaturen und Drucke entspannt worden sind, gelangen sie
in den Sammelraum e, in dem Druckausgleich und Beruhigung der Gaswirbel eintritt.
Im Dauerstrom strömen nunmehr die Feuergase über Düse i dem ersten Rad
f der Gleichdruckrädergruppe f, g und h zu. Zwischen den Rädern
f und g ist wieder ein Sammelraum k geschaltet, der in der gleichen Weise wie der
vorgeschaltete Raum e bzw. wie der Raum L
zwischen den Rädern g und
h dem Druckausgleich und der Beruhigung der Gaswirbel dient. Über Düse en beaufschlagen
die Feuergase das Gleichdruckrad g, während über Düse n das letzte Rad k
der Gleichdruckrädergruppe beaufschlagt wird. Die Beaufschlagung selbst kann in
bekannter Weise total oder, wie bei l', e' und k' ersichtlich, partiell erfolgen.
Die bezüglich ihrer mechanischen Arbeitsfählgkeit abgearbeiteten Feuergase sammeln
sich im Raum o und werden über Stutzenp der weiterenVerwendung zugeführt.
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Wie die Zeichnung zeigt, ist der Durchinesser der Wellenstümpfe q1,
q2 und q3 zwischen den einzelnen Scheibenrädern der verschiedenen Stufen 'auf ein
Mehrfaches des durch das übertragende Drehmoment bedingten Durchmessers verstärkt
worden, um das Auftreten von Dreh- und Biegungsschwingungen, die durch die ungleichartige
Beanspruchung der Turbinenräder entstehen können, mit ihren nachteiligen Folgen
für den Turbinenbetrieb auszuschließen. Labyrinthdichtungen r1, r2 und r3 dichten
das Turbinengehäuse nach außen zu ab, während Labyrinthdichtungen r$ und r4 des
Wellenstumpfes q1 bzw. q2. auf der durch die Anordnung der Sammelräume
l bzw. k bedingten Entfernung der Gleichdruckräder lt und g
bzw. g und f untereinander die Radgehäuse s und t
der
Gleichdruckstufen abdichten und Labyrinthdichtung rs des Wellenstumpfes q$ auf der
durch die Anordnung des Sammelraumes e bedingten Entfernung des Curtisrades c vom
ersten Gleichdruckrad f das Gehäuse u abdichtet. Im Turbinengehäuse selbst
sind noch besondere Kühlräume w1, w2, Ws, w4, w5, w8, u."" w, und w8 vorgesehen,
welche die aufgenommene Wärme an ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser oder Öl, übertragen.
Durch die Anordnung der Kühlräume w1, w4, w8, WI und w9 wird eine nahezu vollkommene
Kühlung der T urbinenradscheiben c, f, g und la erreicht. Die einzelnen Kühlräume
können durch Stutzen untereinander in Verbindung stehen; so ist Kühlraum w$ mit
w4 über Stutzen x verbunden worden.